基于电力场模型形成的密闭空间应急救援灭火装置的研究

2018-07-18陆佳李金鹤

中国安全生产 2018年1期

陆佳李金鹤

据统计，2016年，全国接报火灾事故31.2万起，死亡1582人，伤1065人，直接财产损失37.2亿元。其中，54.4%的火灾可在30分钟内被扑灭；26.4%的火灾在30分钟至2小时内被扑灭；12%的火灾需在1至2个小时内被扑灭；另有7.1%的火灾，扑救时间超过2个小时。早在200年前，科学家就发现电力场对火焰的作用，电场可以改变火焰的强度、形状和方向，甚至将火扑灭。但描述电力场强灭火规律的场强理论和相应的数学模型未建立，对电力场强灭火客观规律的探索和灭火装置设备的研究未能实质性应用。本文主要研究的是一种通过电力场展开的应急灭火装置，该装置有利于迅速扑灭相对密闭空间火焰，高效、低成本、无二次受损、无污染。

装置开发关键技术

关键技术。本文设计研究的应急灭火装置，由针式阵列正电极、网状阵列负电极、直流高压电源构成。该装置不使用任何固、液、气态灭火介质，可达到高效率、低成本、无污染迅速扑灭各类密闭空间火场的火。

技术原理。本文设计研究的装置中，针式阵列正电极与网状阵列负电极相互等间路设置，直流高压电源的两个输出电极分别连接于正电极和负电极，正电极与负电极之间形成场强均匀的电力场。当电力场强达到一定强度时，其中的火焰受到电力场的作用，迅速熄灭。

电力场场强越强，灭火效果越快、越显著。针对一个相对密闭空间环境，针式阵列正电极和网状阵列负电极分置于密闭空间的顶部和地面，或两侧墙面，或中央位置和外围。此时，正电极与负电极之间的距离就成为一个固定值，通过调节施加在正、负电极上的直流高压电源电压差值，获得不同场强的电力场。电压差值越大，电力场场强越强；反之越弱。正电极与负电极之间距离固定的情况下，调节直流高压电源的电压差值即可调节电力场强度。

根据火灾的外部环境、火焰燃烧面积、火焰强度等实际情况，调节正电极与负电极之间距离与直流高压电源的输出电压，以调节电力场强度，达到最佳的能耗与效果比。若增加磁场，燃烧火焰中的带电离子在电力场和磁场强度的共同作用下，产生分离和偏转，使火焰快速熄灭。电力场场强与磁场强度组合形成的灭火装置，其产生的电力场、磁场、等离子场等的存在和分布，符合麦克斯韦方程组。

特征和方案。本文设计研究的应急灭火装置的特征在于，针式阵列正电极和网状阵列负电极均为平板状，其正电极与负电极相互平行设置，直流高压电源的两个输出电极分别连接于正电极和负电极，正电极与负电极之间形成电力场，迅速扑灭该电力场作用下的火场。

针式阵列正电极可为球体、立方体、网状阵列正电极或正电极，网状负电极可为中空球体、中空立方体或板状负电极。

针式阵列正电极为球体，网状阵列负电极为中空球体。球体针式阵列正电极处在中空球体网状阵列负电极内部的中心位置，直流高压电源两个输出电极分别连接于球体针式阵列正电极和中空球体网状阵列负电极，正电极与负电极之间形成球状辐射状电力场，作用于发生在中空球体网状阵列负电极内部空间的火焰。

平板针式阵列正电极与平板网状阵列负电极呈上下、左右设置，直流高压电源的两个输出电极分别连接于正电极和负电极，其间形成的电力场强方向呈垂直向下、水平方向，自上而下、自左向右作用于火焰。

该装置还包括多个磁场发生单元组成的片式阵列磁板，多个磁场发生单元为感应电磁体或永磁体，按阵列要求，分别组装构成磁极性为N极的片式阵列磁板、磁极性为S极的片式阵列磁板，磁极性为S极片式阵列磁板与磁极性为N极片式阵列磁板呈前后设置，并形成磁场，磁场场强与装置内水平电力场强共同作用于火焰，加速火焰熄灭。

该装置电力场的直流高压电场强度在1kV/cm至30kV/cm之间。针式阵列正电极、网状阵列正电极、板状正电极、球体针式阵列正电极、立方体针式阵列正电极为灭火电极，正电极由耐高温的导电材料构成。网状阵列负电极、板状负电极、中空球体网状负电极、中空立方体网状负电极为导电网，或为建筑物地面和墙体内部的导电材料。

设置方式

本文研究的灭火装置，针式阵列正电极为灭火电极，由耐高温的导电材料构成；网状阵列负电极为导电网，也可以是建筑物地面、墙体和顶面内部的导电材料。

方式1直流高压电源的两个输出电极分别连接于上下设置的针式阵列正电极板和网状阵列负电极板，其间形成的电力场强垂直向下，垂直电力场强自上而下作用于火焰。电力场的直流高压电场强度在1kV/cm至30kV/cm之间，通过调节两块电极板间的上下距离和所施加电压差值控制电力场强度。

方式2针式阵列正电极板与网状阵列负电极板呈左右设置，直流高压电源两个输出电极分别连接于正电极板和负电极板，正电极板与负电极板之间形成的电力场强方向为水平方向，水平电力场场强自左向右作用于火焰。

基于方式2，增加磁场，电力场灭火为主，磁场灭火为辅。该磁场由相互平行设置的磁极性为S极的片式阵列磁板和磁极性为N级的片式阵列磁板构成，磁极性为S极的片式阵列磁板设置在密闭空间的前面，磁极性为N级的片式阵列磁板设置在密闭空间的后面。片式阵列磁板是由多个磁场发生单元组成，磁场发生单元为感应线圈和导磁体构成的感应电磁体。当感应线圈中通往一定方向直流电流时，导磁体呈现N极磁极性或S极磁极性。若在感应线圈供电回路中设置电流换向开关，即可随时调节变换感应电磁体的N/S磁极极性，从而调节变换片式阵列磁板的磁极性。

网状阵列负电极呈现中空球体形状，针式阵列正电极也呈现球体形状，并且球体正电极处在网状阵列负电极内部中心位置。当直流高压电源两个输出电极分别连接于正电极和负电极，正电极与负电极之间形成球状辐射方向的电力场，作用于发生在负电极板内部空间的火焰。此设置方式，电力场场强足够强大时，可将四周火焰熄灭；电力场场强稍弱时，可将四周火焰逼退至该球体空间的边缘，使球体空间中部出现灭火的生命通道，以便施救。

针式阵列正电极为立方体，网状阵列负电极为中空立方体。正电极处在负电极内部的中心位置，直流高压电源两个输出电极分别连接于正电极和负电极，正电极与负电极之间即形成了辐射状电力场，作用于发生在负电极内部空间的火焰。