灭火二元化学冷凝组合物和用于灭火的设备.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103974749 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 4 7 4 9 A (21)申请号 201180074676.X (22)申请日 2011.11.22 2011140521 2011.10.05 RU 2011140522 2011.10.05 RU A62D 1/02(2006.01) A62C 13/66(2006.01) A62C 31/02(2006.01) (71)申请人卡兰查有限责任公司 地址俄罗斯联邦莫斯科卡亚 申请人 VI谢利维奥尔斯托夫 VI斯坚科沃伊 (72)发明人 VI谢利维奥尔斯托夫 VI斯坚科沃伊。

2、 PG韦列京斯基 PV库科申 DD奥斯马科夫 L V勒扎斯基 AV斯捷潘诺夫 GV特鲁布尼科娃 VL巴哈列夫 VM米纳什金 (74)专利代理机构永新专利商标代理有限公司 72002 代理人苗征 于辉 (54) 发明名称 灭火二元化学冷凝组合物和用于灭火的设备 (57) 摘要 本发明涉及灭火设备，并且更具体涉及灭火 二元化学冷凝组合物，用于扑灭可燃性气体、液体 和固体材料所引起的火灾，并涉及可以使用该组 合物的设备。所述灭火组合物包含：气态减敏剂 推进剂，其由与氮气或者空气混合的二氧化碳组 成；液态碱性减敏剂，其是氨水与中性抑制剂的 混合物，其比例范围为991-8020，中性抑制 剂即氟化成膜泡。

3、沫剂和/或铯盐溶液；以及酸中 和剂和推进剂，所述推进剂由二氧化碳、压力稳定 剂与防冻剂的体积比为80155-9721 的混合物组成，其中压力稳定剂即氮气或空气。所 述设备包括具有化学抑制剂的储罐，通过管道通 气装置连接到所述储罐的空腔的气瓶，启动-进 气设备，以及通过阀连接到管状喷嘴雾化器的出 口管，其中具有不少于3个狭缝状喷嘴，所述不少 于3个狭缝状喷嘴相对于水平线具有递减的倾斜 角，离雾化器末端最远的喷嘴与水平线垂直，且末 端喷嘴的分散矢量与水平线平行。本发明提高了 灭火效率，具有改善的环境友好性，可制造性和安 全性，并降低了材料成本。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶。

4、段日 2014.05.05 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/RU2011/000917 2011.11.22 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/051957 RU 2013.04.11 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103974749 A CN 103974749 A 1/1页 2 1.灭火二元化学冷凝组合物，其包含：与氮气或者空气混合的气态减敏剂推进剂二 氧化碳；液态碱性减敏剂氨水或者其衍生物；酸中和剂，其中所述碱。

5、性减敏剂是化学式为 NH 3 nH 2 O，其中n0.54的氨水与中性抑制剂的混合物，所述中性抑制剂是氟化成膜泡 沫剂和/或铯盐溶液，二者以下述体积比混合：氨水/中性抑制剂分别为991到8020； 并且酸中和剂/推进剂混合物是二氧化碳、压力稳定剂、防冻剂的混合物，压力稳定剂即氮 气或者空气，二氧化碳、压力稳定剂和防冻剂以下述体积比混合：二氧化碳/压力稳定剂/ 防冻剂分别为80155到9721，组合物的组分比例为(重量)： 带有中性抑制剂的碱性减敏剂 30-60， 酸中和剂/推进剂 余量。 2.如权利要求1所述的灭火二元化学冷凝组合物，其中所述铯盐是卤化铯、硫酸铯、磷 酸铯或者碳酸铯，并且所述防。

6、冻剂是烷基甲醇和/或烷基酮。 3.用于扑灭由可燃性气体、液体和固体引发的火灾的设备，其包括：紧密密封的储罐， 其含有化学抑制剂；通过管道通风装置连接到所述储罐内部的气体源即气瓶，其便于通过 锁定-释放装置(LRD)喷射所述灭火组合物；通过膜、机械或者电气阀连接到管道雾化器喷 嘴的出口管，其中所述雾化器喷嘴开有至少三个狭缝，所述至少三个狭缝相对于水平线具 有递减的倾斜角，其中距离雾化器末端最远的喷嘴与水平线相垂直，末端雾化器喷嘴的分 散矢量与水平线相平行，并且所述狭缝的倾斜高度如下计算： 其中l i -第i个狭缝的倾斜高度，m i -第i个狭缝的倾斜角，度 -狭缝的末端孔径角，度 pa度 狭缝宽。

7、度计算如下： 其中是第i个狭缝的宽度，m K D -雾化器的配流因子，以喷嘴雾化器面积S atom ，m 2 的累积总量与出口管的末端面积 S Tp ，m 2 之间的比值计算； S T -雾化器的末端喷嘴的面积，m 2 。 4.如权利要求3所述的设备，其中密封储罐中的化学抑制剂是碱性的，气瓶中的推进 剂气体是酸性的，二者混合时发生放热反应。 5.如权利要求3所述的设备，其中具有中性成分的气体分散组合物包含在相同储罐中 的固体和/或液体抑制剂以及气态减敏剂推进剂，所述储罐装配有压力控制装置。 权 利 要 求 书CN 103974749 A 1/5页 3 灭火二元化学冷凝组合物和用于灭火的设备 技。

8、术领域 0001 本发明涉及灭火设备，即，涉及灭火二元化学冷凝组合物以及采用所述组合物的 设备。 0002 本发明提出的灭火组合物和本发明的设备，以及基于此的构件和系统，可成功应 用于每个产业分支中进行防火、灭火，例如，化学、石化勘探和生产、木工行业，以及民用建 筑的防火。 背景技术 0003 本领域中已知，二元化学冷凝组合物包含：与气体推进剂相结合的基于液氨或者 其衍生物的碱性组分；酸性组分，其由磷酸的50-80水溶液和二氧化碳，或者二氧化碳 和空气的混合物组成(RF专利#2393901，申请日2008年10月7日)。 0004 所述组合物的第一个缺点是磷酸的高化学反应性，需要使用非常昂贵的。

9、高合金钢 容器(参见N.N.Postnikov“Thermal Acids，Salts，and Fertilizers Based on such Acids”M.“Khimia”，1976，p.335)；第二个缺点是，由于氨气的高毒性和与皮肤接触时可能 的热灼伤(局部过冷)，在工业中使用液氨是有危险的；第三个缺点是，气态氨与空气的混 合物是可燃的。 0005 作为与本发明最接近的类似物，所述二元化学冷凝组合物的主要缺点是其低放热 性，在火区进行灭火操作时，在灭火剂(FEA)磷酸铵的合成期间不产生足够的水蒸气，以使 火区的氧气浓度降低到临界值。 0006 使用气体分散组合物进行3D和平面灭火(。

10、areal fire fighting)的灭火器、灭火 模块和装置是本领域已知的(RF专利#2362599、RF专利#2355450、RF专利#2393901、RF专 利#2283154、RF专利#2258549、专利申请PCTWO2008/103065A1、申请日为2010年02月24 日的专利申请#2010106910)。 0007 所有所述设备工作原理相同，是基于通过装配有锁定-释放装置的管道喷射减敏 剂推进剂气体到装有分散化学抑制剂的储罐中，在此(储罐中)产生气体分散悬浮物(灭 火组合物)，即FEA，并随后通过膜阀和多孔雾化器喷嘴传送到火区中。 0008 所有这样的设备的缺点是整个储罐。

11、中FEA分散不均匀，这是由两个因素引起的。 第一个因素是：为了在储罐中产生更均一的FEA分布，需要最大可能量的精细喷射流。反过 来，这会显著减少FEA喷射流的有效范围，即，产生以下的另一依赖关系：FEA在储罐中均一 分散，但是却停留在相当靠近FEA产生源的区域中，或者，有力的喷射流可以达到远射程， 但是在整个体积内分散不均一。明显的结论是，在防护边界内或者操作区域内这种结构要 么需要设置导水管要么需要设置多个灭火设备。 0009 在可用的典型RF专利#83926中描述了最接近的雾化器喷嘴设备和模型本身，该 专利的分类号A62C13/62，A62C35/02，申请日2008年1月15日，“气体粉。

12、末灭火器(Gas Powder Fire Extinguisher)”，其被选择作为原型。所述气体粉末灭火器包括：含有粉末 FEA抑制剂和减敏剂推进剂气体的桶、锁定-释放装置、汲取管和进口管道，该进口管道 说 明 书CN 103974749 A 2/5页 4 将FEA在1.2-30mPa压力下送入到管道雾化器喷嘴中，总体排出面积等于进口雾化器喷嘴 管道面积的0.4-0.95倍，其中所述雾化器喷嘴是圆柱体形状，外径等于中心管道内径的 1.5-1.7倍，而外表面包括至少2个圆锥形凹槽，其带有不同倾角的圆柱形元件，其中所述 凹槽的母线包括径向圆柱雾化器喷嘴或者斜度为3-15的扩散雾化器喷嘴，其轴与母。

13、线 垂直，其中径向扩散器的轴和雾化器喷嘴的中心管的轴之间的倾角从80-90逐渐减小为 15-30。 0010 所述设备的缺点在于，当用作独立灭火模块或者作为灭火单元时，储罐中 的FEA分布不均一，结果就是，减少了火势控制的特定容量。例如，气体粉末灭火模块 M 7.5-3-K1-y2，其中FEA的重量为8.5kg，在45m 3 的体积内灭火，即C sup 0.19kg/m 3 ， 对于现在的灭火设备来说这是不合格的。 发明内容 0011 本发明的目的是提供一种水基灭火二元化学冷凝组合物，其在汇聚(也就是喷 雾)的过程中表现出更高的热释放，便于水转换为水蒸气，结果提高灭火效率，并且同时提 高环境友。

14、好性、性能和安全性，并降低总体成本。因此，二元组合物的喷雾和混合产生集群 型细分散气溶胶。 0012 所述目的是通过制备灭火二元化学冷凝组合物来实现的，所述组合物包含与氮气 或者空气混合的气态减敏剂推进剂(phlegmatizer propellant)二氧化碳；液态碱性减敏 剂氨水或者其衍生物；其中所述碱性减敏剂是化学式为NH 3 nH 2 O，其中n0.54的氨水 与中性抑制剂的混合物，所述中性抑制剂是氟化成膜泡沫剂和/或铯盐溶液(卤化物、硫酸 盐、磷酸盐和碳酸盐)，二者以下述比例混合：氨水/中性抑制剂为991到8020；并且 酸中和剂/推进剂混合物是二氧化碳、压力稳定剂、防冻剂的混合物，。

15、所述压力稳定剂即氮 气或者空气，所述防冻剂为烷基甲醇和/或烷基酮，二氧化碳、压力稳定剂和防冻剂具有以 下组成比例(重量)： 0013 带有中性抑制剂的碱性减敏剂 30-60， 0014 酸中和剂/推进剂 余量。 0015 本发明的精神是使用内能，即，在合成新的灭火化合物期间最初组分的焓；根据热 力学法则，所述焓，当反应是放热的并且释放热量时可以是正的，或者当通过施加热进行合 成时吸热。本发明提供两种类型的反应来获得磷酸铵和碳酸铵： 0016 NH 3 +H 3 PO 4 NH 4 H 2 PO 4 +826kJ/kg 0017 NH 3 +NH 4 H 2 PO 4 (NH 4 ) 2 HPO。

16、 4 +780kJ/kg 0018 换句话说，制备1kg安福粉(ammophos)的反应平均释放热量800kJ，所述安福粉 是磷酸一铵和磷酸二铵的混合物。 0019 由于70的磷酸用于反应中，释放能量为800kJ0.7560kJ。 0020 当转化为水蒸汽，即温度t100时，1dm 3 的水释放出1700dm 3 水蒸汽，即1kg水 产生1.7m 3 水蒸汽。在t0时水转换成水蒸汽需要2675kJ/kg，或者640kcal/kg。因此， 根据专利模型，在合成1kg安福粉中，560kJ：2675kJ0.2kg水转化成水蒸汽，等于1.7m 3 / kg0.2kg0.34m 3 水蒸汽。 0021 。

17、根据提出的发明，反应如下： 说 明 书CN 103974749 A 3/5页 5 0022 NH 3 H 2 O+CO 2 NH 4 HCO 3 +2177kJ/kg 0023 在70时，碳酸氢铵分解成强阻燃剂NH 4 OH，减敏剂二氧化碳CO 2 。因此，1kg根据 本发明的二元组合物的热混合物产生0.45kg氢氧化铵NH 4 OH和0.55kg CO 2 ，相当于1m 3 CO 2 。 根据所示反应，3.4kg水能够被转化成水蒸汽，即反应可以产生1.7m 3 0.8kg1.38m 3 水蒸 汽和1m 3 二氧化碳。因此，提出的组合物的减敏剂的气体容量可以超过根据专利RF#2393901 的。

18、气体容量的七倍。氨水是液体肥料，不仅没有腐蚀性，低毒，环境友好，而且还比磷酸更经 济。特别地，氨水容易溶解铯盐，在由溶液浓缩时形成集群气溶胶。 0024 由于对于凝聚，形成的气溶胶的分散相是稳定的，其便于形成FFF，即氟化成膜泡 沫剂，FFF赋予气溶胶颗粒一定的电荷，因此阻止在灭火溶胶中的超分散颗粒的凝聚。 0025 所提出的成分以所提出的比例组合，提供了一种具有期望性能的组合物，其可以 获得期望的技术效果，尤其是，释放更多热量而且更有效灭火。 0026 还通过使用设备来扑灭由可燃性气体、液体和固体引起的火灾来达到所述目的， 所述设备包括紧密密封的储罐，其含有化学阻燃剂，通过管道通风装置连接到。

19、所述储罐内 部的气体源(气瓶)，便于通过锁定-释放装置(LRD)喷射所述阻燃剂，通过膜、机械或者电 气阀连接到管道雾化器喷嘴的出口管，其中所述雾化器喷嘴包含至少三个狭缝，所述至少 三个狭缝相对于水平线具有递减的倾斜角，其中距离雾化器末端最远的喷嘴与水平线相垂 直，末端雾化器喷嘴的分散矢量与水平线相平行，并且所述狭缝的倾斜高度如下计算： 0027 0028 其中l i -第i个狭缝的倾斜高度，m 0029 i -第i个狭缝的倾斜角，度 0030 -狭缝的末端孔径角，度 0031 ，pa度 0032 狭缝宽度计算如下： 0033 0034 其中是第i个狭缝的宽度，m 0035 K D -雾化器的配。

20、流因子(orificing factor)，以喷嘴雾化器面积S atom ，m 2 的累积总 量与出口管S Tp ，m 2 的的末端面积之间的比值计算；S T -雾化器末端喷嘴的面积，m 2 ，其中在密 封储罐中的化学抑制剂是碱性的，气瓶中的推进剂气体是酸性的，当混合时发生放热反应。 0036 对于中性组分(pH7)的组合物，例如，粉末组合物如“Phoenix-70”和四氟化碳 的混合物，固体和液体抑制剂以及气态减敏剂推进剂都装在带有压力控制装置的相同的储 罐内。 说 明 书CN 103974749 A 4/5页 6 0037 根据本发明的装满化学冷凝(或者气体-分散)组合物与碱性雾化器结合的。

21、模块 设备灭火体积可以达到95m 3 ，即灭火能力C ff 90g/m 3 ，与原型相比表现出的灭火能力提高 两倍以上。 附图说明 0038 结合附图1-5举例说明本发明。 0039 图1显示用于扑灭可燃性气体、液体和固体的火灾的设备，其包括开缝喷嘴，其中 装有二元化学冷凝组合物。 0040 要求保护的设备是气体-分散灭火模块，其包括装有碱性化学抑制剂2的密封储 罐1、管道通风装置3、出口管4、膜、机械或者电气阀门5、开缝喷嘴6、具有单独的电和/或 手动启动器的锁定-释放装置7、装有推进剂气体9的气瓶8。 0041 图2显示用于可燃性气体、液体和固体的3D灭火的设备，其是带有开缝喷嘴的单 块气。

22、体分散模块。 0042 要求保护的设备包括：装有气体-分散组合物2和9的气瓶1、用于将固体或者液 体阻燃剂转化成气溶胶的通风管3、出口管4、锁定-释放装置5、开缝喷嘴6、压力控制装 置-大气压力传感器10。 0043 图3显示相对于水平线具有不同倾角的开缝喷嘴的侧视图。 0044 图4显示开缝喷嘴的末端孔径角的不同变型。 0045 图5显示末端雾化器喷嘴的不同变型。 0046 优选实施方式 0047 组合物的成分都可以通过商业购买，大量存在，价格不贵，环境友好，并且没有腐 蚀性。 0048 将所提出的灭火二元化学冷凝组合物装入到两个分别的瓶中：酸性和碱性。第一 瓶装有二氧化碳(主推进剂)，氮气。

23、或者空气(压力稳定剂，其抑制二氧化碳对大气压力随 温度波动的高度敏感性)，以及防冻剂，例如乙醇和/或丙酮。碱性瓶装有氨水、表面活性剂 和铯盐溶液。也可以用氢氧化铯替代铯盐。原型组合物的配方和主要性能列在表中。表中 的数据清晰显示，要求保护的组合物的气体(水蒸汽)输出超过原型的2.8-11.9倍，此外， 本发明的组合物不会腐蚀铁质材料制成的设备，不会燃烧，没有毒性，并且在危险分级标准 中属于低危险等级(4级)。 0049 对于要求保护的二元化学冷凝组合物的定性和定量组分含量的数据分析见表1。 0050 表1 0051 说 明 书CN 103974749 A 5/5页 7 0052 0053 带有。

24、要求保护的灭火二元化学冷凝组合物的设备如下操作(参见图1)： 0054 一旦接收到火警信号，火警信号激活安装在气瓶8上的锁定-释放装置7，然后酸 性推进剂气体9，例如二氧化碳，通过管道通风装置3进入充满碱性化学抑制剂2的密封储 罐1中，与气态酸性推进剂减敏剂发生放热反应生成水蒸汽-气体-分散灭火混合物，进 而，在储罐1中产生压力，释放膜阀5，然后前述混合物通过出口管4和开缝喷嘴6进入操作 区域。 0055 图2所示的设备以类似的方式操作，区别在于气体分散体系(组合物)2，9不是在 反应中得到，而是预混合好装入密封储罐1中。此外，所述储罐包括大气压力传感器10。 0056 工业实用性 0057 本发明可以用于气体、化学、石化、木工和矿物开采，以及民用目的、家庭、车库和 办公室，用于防止和扑灭可燃性气体、液体和固体引起的火灾。 说 明 书CN 103974749 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103974749 A 2/3页 9 图2 说 明 书 附 图CN 103974749 A 3/3页 10 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 103974749 A 10 。