一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹及其工作方法与流程

本发明涉及一种机载液氮灭火弹及其工作方法，具体是一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹及其工作方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快，城市人口急剧增加，土地供应紧张，促使人们向高空发展，在非常有限的土地上建造出更多的使用空间，高层建筑便在我国进入了高速发展。高层建筑为人民带来一定便捷的基础上，带来的安全问题也引起人们的思考，其中最难解决的当属高层建筑的火灾问题。目前高层火灾的特点为：(1)火势迅猛，烟火蔓延迅速，极易形成立体式火；(2)高层建筑钢结构耐火性不够；(3)高层建筑内部情况复杂，人员疏散困难等。当前高层建筑的火灾救援常采用的方式为：灭火喷淋系统、消防车救援。遇到较大火灾时，高层建筑中的灭火喷淋系统便会失效，而消防车救援时消防员负重登楼救援不能超过20层，水炮车、举高车的喷水高度不超过50米。且在一些建筑密集和街道狭窄的地方，消防车等大型救援车辆更是无法快速部署。因而上述的消防措施不能快速有效地解决高层建筑的火灾问题。

为了解决高层建筑的灭火，目前开始采用无人机携带灭火弹飞至高层建筑的着火楼层，然后将灭火弹抛至或发射至着火位置，然后灭火弹破裂后灭火剂(如水)对着火位置进行灭火及降温工作，这种方式虽然能有效实现对高层建筑的灭火工作，但是仍然存在如下问题：①现有的灭火弹在进入火场或周围环境时，均是破裂后迅速将灭火剂完全释放，这样虽能对着火处进行灭火，但是由于灭火剂过多可能对周围未着火区域造成较大损坏，同时也可能对处于火场的被困人员造成危险；②现有的灭火弹并没有测温装置，从而在灭火弹进入火场灭火后，消防人员无法及时知晓灭火情况；③现有灭火弹采用的灭火剂主要为水，水接触火后产生水蒸气能阻隔氧气，同时降低火场温度，从而扑灭火源，但是水在降温方面效果较差，从而导致在明火被扑灭后，由于火场温度较高，消防人员无法及时进入火场进行后续工作。因此如何能克服上述问题，是本行业的研究方向。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹及其工作方法，在进入火场后能根据不同位置的不同温度情况，以不同速率释放液氮，从而不仅能实现灭火降温效果，而且能实时将周围温度值反馈给地面消防人员，便于及时知晓火场情况。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹，包括弹头和弹体，弹头与弹体一体化成型，

所述弹头表面镶嵌有测温及发送装置，所述测温及发送装置包括温度传感器、控制器和无线通信模块，温度传感器处于弹头表面，控制器和无线通信模块处于弹头内部，控制器分别与温度传感器和无线通信模块连接，温度传感器将检测的实时温度值反馈给控制器，控制器将其通过无线通信模块进行发送；

所述弹体包括壳体、隔热层和液氮存储腔，壳体为圆柱形，液氮存储腔处于壳体内，隔热层处于壳体和液氮存储腔之间、且隔热层将液氮存储腔包裹；在弹体外圆周面设有第一液氮释放组、第二液氮释放组和第三液氮释放组，第一液氮释放组由多个液氮释放孔ⅰ组成，多个液氮释放孔ⅰ环绕弹体一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅰ均穿过隔热层与液氮存储腔连通；第二液氮释放组由多个液氮释放孔ⅱ组成，多个液氮释放孔ⅱ环绕弹体一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅱ均穿过隔热层与液氮存储腔连通；第三液氮释放组由多个液氮释放孔ⅲ组成，多个液氮释放孔ⅲ环绕弹体一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅲ均穿过隔热层与液氮存储腔连通；所述每个液氮释放孔ⅰ均采用锡铋合金的密封堵头进行封口；每个液氮释放孔ⅱ均采用锡铅合金的密封堵头进行封口；每个液氮释放孔ⅲ均采用铅铟合金的密封堵头进行封口；壳体底端开设带有密封盖的液氮注入孔，液氮注入孔穿过隔热层与液氮存储腔连通。

进一步，所述控制器为单片机。

进一步，所述锡铋合金的密封堵头熔点为60℃；锡铅合金的密封堵头熔点为110℃；铅铟合金的密封堵头熔点为210℃。

进一步，所述弹头和弹体的材质均为航空铝。

一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹的工作方法，具体步骤为：

a、当高层建筑某处发生火灾后，将液氮灭火弹通过无人机到达火灾区域附近；

b、无人机将液氮灭火弹抛掷或发射，使液氮灭火弹穿过高层建筑上的玻璃到达火场内；

c、灭火弹到达火场后，根据其当前所处的环境温度，分别将液氮以不同释放速率的方式进行释放；其中若环境温度大于60℃，则采用锡铋合金的密封堵头熔化，从而使液氮存储腔内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

若环境温度大于110℃，则采用锡铋合金的密封堵头和采用锡铅合金的密封堵头均熔化，从而使液氮存储腔内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ和液氮释放孔ⅱ同时释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

若环境温度大于210℃，则采用锡铋合金的密封堵头、采用锡铅合金的密封堵头和采用铅铟合金的密封堵头均熔化，从而使液氮存储腔内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ、液氮释放孔ⅱ和液氮释放孔ⅲ同时释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

d、在液氮灭火弹释放液氮灭火过程中，测温及发送装置中的温度传感器将检测的实时温度值反馈给控制器，控制器将其通过无线通信模块进行发送；地面消防人员通过无线接收终端接收无线通信模块发送的实时温度数据，从而确定火灾现场的温度情况；该液氮灭火弹持续工作一段时间后，若火场实时温度处于设定阈值以下，则判断火灾被扑灭，此时消防人员能进入火场；若火场实时温度未处于设定阈值以下，则判断未完成火灾扑灭过程，此时，重复a至c再次投放一个液氮灭火弹，继续进行火灾灭火工作，直至火场实时温度处于设定阈值以下，则判断火灾被扑灭，完成本次火灾救援过程。

与现有技术相比，本发明采用弹头和弹体相结合的方式，具有如下优点：

1、本发明的弹体上设有液氮释放孔ⅰ、液氮释放孔ⅱ和液氮释放孔ⅲ，然后分别设置不同熔化温度的密封堵头进行封口，当弹体进入火场后，根据其所处环境温度，若环境温度大于液氮释放孔ⅰ的密封堵头的熔化温度，则液氮只能通过液氮释放孔ⅰ释放出来对火场进行灭火降温；若环境温度大于液氮释放孔ⅰ和液氮释放孔ⅱ的密封堵头熔化温度，则液氮能同时通过液氮释放孔ⅰ和液氮释放孔ⅱ以更快的释放速率对火场进行灭火降温；若环境温度大于液氮释放孔ⅰ、液氮释放孔ⅱ和液氮释放孔ⅲ的密封堵头熔化温度，则液氮能同时通过液氮释放孔ⅰ、液氮释放孔ⅱ和液氮释放孔ⅲ以最快的释放速率对火场进行灭火降温；因此根据不同温度情况，以不同速率释放液氮，从而不仅能实现灭火降温效果，而且降低对周围环境的影响情况；

2、本发明弹头上装有测温及发送装置，在灭火弹进入火场进行灭火时，测温及发送装置实时检测周围环境温度情况并通过无线发送，地面消防人员通过接收终端能实时知晓火场内部的温度情况，若本次灭火弹未实现灭火，能及时再投送灭火弹进行后续灭火；若火场温度恢复正常说明已经完成灭火，此时消防人员可进入现场进行后续处理；

3、本发明采用液氮作为灭火剂，具有更好的灭火效率，1m³的液氮气化吸收的热量约为同体积水气化吸收热量的3倍。由此可以看出，液氮吸收的热量更高，同时液氮在气化时可产生氮气，稀释空气中氧气的含量，可更有效地扑灭火灾。

附图说明

图1是本发明液氮灭火弹的内部结构示意图；

图2是本发明液氮灭火弹的外观示意图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明的液氮灭火弹工作流程图。

图中：1、弹头，2、弹体，3、测温及发送装置，4、隔热层，5、液氮存储腔，6、液氮释放孔ⅰ，7、液氮释放孔ⅱ，8、液氮释放孔ⅲ，9、液氮注入孔。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹，包括弹头1和弹体2，弹头1与弹体2一体化成型，

所述弹头1表面镶嵌有测温及发送装置3，所述测温及发送装置3包括温度传感器、控制器和无线通信模块，温度传感器处于弹头1表面，控制器和无线通信模块处于弹头1内部，控制器分别与温度传感器和无线通信模块连接，温度传感器将检测的实时温度值反馈给控制器，控制器将其通过无线通信模块进行发送；

所述弹体包括壳体、隔热层4和液氮存储腔5，壳体为圆柱形，液氮存储腔5处于壳体内，隔热层4处于壳体和液氮存储腔5之间、且隔热层4将液氮存储腔5包裹；在弹体2外圆周面设有第一液氮释放组、第二液氮释放组和第三液氮释放组，第一液氮释放组由多个液氮释放孔ⅰ6组成，多个液氮释放孔ⅰ6环绕弹体2一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅰ6均穿过隔热层4与液氮存储腔5连通；第二液氮释放组由多个液氮释放孔ⅱ7组成，多个液氮释放孔ⅱ7环绕弹体2一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅱ7均穿过隔热层4与液氮存储腔5连通；第三液氮释放组由多个液氮释放孔ⅲ8组成，多个液氮释放孔ⅲ8环绕弹体2一周且处于同一横截面上，每个液氮释放孔ⅲ8均穿过隔热层4与液氮存储腔5连通；所述每个液氮释放孔ⅰ6均采用锡铋合金的密封堵头进行封口；每个液氮释放孔ⅱ7均采用锡铅合金的密封堵头进行封口；每个液氮释放孔ⅲ8均采用铅铟合金的密封堵头进行封口；壳体底端开设带有密封盖的液氮注入孔9，液氮注入孔9穿过隔热层4与液氮存储腔5连通。

上述温度传感器、控制器、无线通信模块均为现有部件；上述锡铋合金材质、铅铟合金材质和铅铟合金材质均为现有材质。

进一步，所述控制器为单片机。

进一步，所述锡铋合金的密封堵头熔点为60℃；锡铅合金的密封堵头熔点为110℃；铅铟合金的密封堵头熔点为210℃。

进一步，所述弹头1和弹体2的材质均为航空铝。

如图4所示，一种用于高层建筑火灾的机载液氮灭火弹的工作方法，具体步骤为：

a、当高层建筑某处发生火灾后，将液氮灭火弹通过无人机到达火灾区域附近；

b、无人机将液氮灭火弹抛掷或发射，使液氮灭火弹穿过高层建筑上的玻璃到达火场内；

c、灭火弹到达火场后，根据其当前所处的环境温度，分别将液氮以不同释放速率的方式进行释放；其中若环境温度大于60℃，则采用锡铋合金的密封堵头熔化，从而使液氮存储腔5内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ6释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

若环境温度大于110℃，则采用锡铋合金的密封堵头和采用锡铅合金的密封堵头均熔化，从而使液氮存储腔5内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ6和液氮释放孔ⅱ7同时释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

若环境温度大于210℃，则采用锡铋合金的密封堵头、采用锡铅合金的密封堵头和采用铅铟合金的密封堵头均熔化，从而使液氮存储腔内的液氮气化后从各个液氮释放孔ⅰ、液氮释放孔ⅱ和液氮释放孔ⅲ同时释放至火场中，对火场进行降温及灭火；

d、在液氮灭火弹释放液氮灭火过程中，测温及发送装置3中的温度传感器将检测的实时温度值反馈给控制器，控制器将其通过无线通信模块进行发送；地面消防人员通过无线接收终端接收无线通信模块发送的实时温度数据，从而确定火灾现场的温度情况；该液氮灭火弹持续工作一段时间后，若火场实时温度处于设定阈值以下，则判断火灾被扑灭，此时消防人员能进入火场；若火场实时温度未处于设定阈值以下，则判断未完成火灾扑灭过程，此时，重复a至c再次投放一个液氮灭火弹，继续进行火灾灭火工作，直至火场实时温度处于设定阈值以下，则判断火灾被扑灭，完成本次火灾救援过程。

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