陸佳 李金鶴

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，全國(guó)接報(bào)火災(zāi)事故31.2萬(wàn)起，死亡1582人，傷1065人，直接財(cái)產(chǎn)損失37.2億元。其中，54.4%的火災(zāi)可在30分鐘內(nèi)被撲滅；26.4%的火災(zāi)在30分鐘至2小時(shí)內(nèi)被撲滅；12%的火災(zāi)需在1至2個(gè)小時(shí)內(nèi)被撲滅；另有7.1%的火災(zāi)，撲救時(shí)間超過2個(gè)小時(shí)。早在200年前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)電力場(chǎng)對(duì)火焰的作用，電場(chǎng)可以改變火焰的強(qiáng)度、形狀和方向，甚至將火撲滅。但描述電力場(chǎng)強(qiáng)滅火規(guī)律的場(chǎng)強(qiáng)理論和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型未建立，對(duì)電力場(chǎng)強(qiáng)滅火客觀規(guī)律的探索和滅火裝置設(shè)備的研究未能實(shí)質(zhì)性應(yīng)用。本文主要研究的是一種通過電力場(chǎng)展開的應(yīng)急滅火裝置，該裝置有利于迅速撲滅相對(duì)密閉空間火焰，高效、低成本、無(wú)二次受損、無(wú)污染。

裝置開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)。本文設(shè)計(jì)研究的應(yīng)急滅火裝置，由針式陣列正電極、網(wǎng)狀陣列負(fù)電極、直流高壓電源構(gòu)成。該裝置不使用任何固、液、氣態(tài)滅火介質(zhì)，可達(dá)到高效率、低成本、無(wú)污染迅速撲滅各類密閉空間火場(chǎng)的火。

技術(shù)原理。本文設(shè)計(jì)研究的裝置中，針式陣列正電極與網(wǎng)狀陣列負(fù)電極相互等間路設(shè)置，直流高壓電源的兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極和負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間形成場(chǎng)強(qiáng)均勻的電力場(chǎng)。當(dāng)電力場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，其中的火焰受到電力場(chǎng)的作用，迅速熄滅。

電力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)，滅火效果越快、越顯著。針對(duì)一個(gè)相對(duì)密閉空間環(huán)境，針式陣列正電極和網(wǎng)狀陣列負(fù)電極分置于密閉空間的頂部和地面，或兩側(cè)墻面，或中央位置和外圍。此時(shí)，正電極與負(fù)電極之間的距離就成為一個(gè)固定值，通過調(diào)節(jié)施加在正、負(fù)電極上的直流高壓電源電壓差值，獲得不同場(chǎng)強(qiáng)的電力場(chǎng)。電壓差值越大，電力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)；反之越弱。正電極與負(fù)電極之間距離固定的情況下，調(diào)節(jié)直流高壓電源的電壓差值即可調(diào)節(jié)電力場(chǎng)強(qiáng)度。

根據(jù)火災(zāi)的外部環(huán)境、火焰燃燒面積、火焰強(qiáng)度等實(shí)際情況，調(diào)節(jié)正電極與負(fù)電極之間距離與直流高壓電源的輸出電壓，以調(diào)節(jié)電力場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到最佳的能耗與效果比。若增加磁場(chǎng)，燃燒火焰中的帶電離子在電力場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度的共同作用下，產(chǎn)生分離和偏轉(zhuǎn)，使火焰快速熄滅。電力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)與磁場(chǎng)強(qiáng)度組合形成的滅火裝置，其產(chǎn)生的電力場(chǎng)、磁場(chǎng)、等離子場(chǎng)等的存在和分布，符合麥克斯韋方程組。

特征和方案。本文設(shè)計(jì)研究的應(yīng)急滅火裝置的特征在于，針式陣列正電極和網(wǎng)狀陣列負(fù)電極均為平板狀，其正電極與負(fù)電極相互平行設(shè)置，直流高壓電源的兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極和負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間形成電力場(chǎng)，迅速撲滅該電力場(chǎng)作用下的火場(chǎng)。

針式陣列正電極可為球體、立方體、網(wǎng)狀陣列正電極或正電極，網(wǎng)狀負(fù)電極可為中空球體、中空立方體或板狀負(fù)電極。

針式陣列正電極為球體，網(wǎng)狀陣列負(fù)電極為中空球體。球體針式陣列正電極處在中空球體網(wǎng)狀陣列負(fù)電極內(nèi)部的中心位置，直流高壓電源兩個(gè)輸出電極分別連接于球體針式陣列正電極和中空球體網(wǎng)狀陣列負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間形成球狀輻射狀電力場(chǎng)，作用于發(fā)生在中空球體網(wǎng)狀陣列負(fù)電極內(nèi)部空間的火焰。

平板針式陣列正電極與平板網(wǎng)狀陣列負(fù)電極呈上下、左右設(shè)置，直流高壓電源的兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極和負(fù)電極，其間形成的電力場(chǎng)強(qiáng)方向呈垂直向下、水平方向，自上而下、自左向右作用于火焰。

該裝置還包括多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生單元組成的片式陣列磁板，多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生單元為感應(yīng)電磁體或永磁體，按陣列要求，分別組裝構(gòu)成磁極性為N極的片式陣列磁板、磁極性為S極的片式陣列磁板，磁極性為S極片式陣列磁板與磁極性為N極片式陣列磁板呈前后設(shè)置，并形成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)與裝置內(nèi)水平電力場(chǎng)強(qiáng)共同作用于火焰，加速火焰熄滅。

該裝置電力場(chǎng)的直流高壓電場(chǎng)強(qiáng)度在1kV/cm至30kV/cm之間。針式陣列正電極、網(wǎng)狀陣列正電極、板狀正電極、球體針式陣列正電極、立方體針式陣列正電極為滅火電極，正電極由耐高溫的導(dǎo)電材料構(gòu)成。網(wǎng)狀陣列負(fù)電極、板狀負(fù)電極、中空球體網(wǎng)狀負(fù)電極、中空立方體網(wǎng)狀負(fù)電極為導(dǎo)電網(wǎng)，或?yàn)榻ㄖ锏孛婧蛪w內(nèi)部的導(dǎo)電材料。

設(shè)置方式

本文研究的滅火裝置，針式陣列正電極為滅火電極，由耐高溫的導(dǎo)電材料構(gòu)成；網(wǎng)狀陣列負(fù)電極為導(dǎo)電網(wǎng)，也可以是建筑物地面、墻體和頂面內(nèi)部的導(dǎo)電材料。

方式1直流高壓電源的兩個(gè)輸出電極分別連接于上下設(shè)置的針式陣列正電極板和網(wǎng)狀陣列負(fù)電極板，其間形成的電力場(chǎng)強(qiáng)垂直向下，垂直電力場(chǎng)強(qiáng)自上而下作用于火焰。電力場(chǎng)的直流高壓電場(chǎng)強(qiáng)度在1kV/cm至30kV/cm之間，通過調(diào)節(jié)兩塊電極板間的上下距離和所施加電壓差值控制電力場(chǎng)強(qiáng)度。

方式2針式陣列正電極板與網(wǎng)狀陣列負(fù)電極板呈左右設(shè)置，直流高壓電源兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極板和負(fù)電極板 ，正電極板與負(fù)電極板之間形成的電力場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)樗椒较?，水平電力?chǎng)場(chǎng)強(qiáng)自左向右作用于火焰。

基于方式2，增加磁場(chǎng)，電力場(chǎng)滅火為主，磁場(chǎng)滅火為輔。該磁場(chǎng)由相互平行設(shè)置的磁極性為S極的片式陣列磁板和磁極性為N級(jí)的片式陣列磁板構(gòu)成，磁極性為S極的片式陣列磁板設(shè)置在密閉空間的前面，磁極性為N級(jí)的片式陣列磁板設(shè)置在密閉空間的后面。片式陣列磁板是由多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生單元組成，磁場(chǎng)發(fā)生單元為感應(yīng)線圈和導(dǎo)磁體構(gòu)成的感應(yīng)電磁體。當(dāng)感應(yīng)線圈中通往一定方向直流電流時(shí)，導(dǎo)磁體呈現(xiàn)N極磁極性或S極磁極性。若在感應(yīng)線圈供電回路中設(shè)置電流換向開關(guān)，即可隨時(shí)調(diào)節(jié)變換感應(yīng)電磁體的N/S磁極極性，從而調(diào)節(jié)變換片式陣列磁板的磁極性。

網(wǎng)狀陣列負(fù)電極呈現(xiàn)中空球體形狀，針式陣列正電極也呈現(xiàn)球體形狀，并且球體正電極處在網(wǎng)狀陣列負(fù)電極內(nèi)部中心位置。當(dāng)直流高壓電源兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極和負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間形成球狀輻射方向的電力場(chǎng)，作用于發(fā)生在負(fù)電極板內(nèi)部空間的火焰。此設(shè)置方式，電力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)足夠強(qiáng)大時(shí)，可將四周火焰熄滅；電力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)稍弱時(shí)，可將四周火焰逼退至該球體空間的邊緣，使球體空間中部出現(xiàn)滅火的生命通道，以便施救。

針式陣列正電極為立方體，網(wǎng)狀陣列負(fù)電極為中空立方體。正電極處在負(fù)電極內(nèi)部的中心位置，直流高壓電源兩個(gè)輸出電極分別連接于正電極和負(fù)電極，正電極與負(fù)電極之間即形成了輻射狀電力場(chǎng)，作用于發(fā)生在負(fù)電極內(nèi)部空間的火焰。

結(jié)論

使用本文研究的基于電力場(chǎng)模型形成的密閉空間應(yīng)急救援滅火裝置，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能穩(wěn)定，在保證滅火效果的同時(shí)降低了設(shè)備的成本，不僅可迅速撲滅各類密閉空間內(nèi)的火焰，對(duì)大空間或開闊的火焰也可起到壓制或抑制擴(kuò)散的作用。該系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，對(duì)優(yōu)化事故應(yīng)急滅火救援具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。