基于電力場模型形成的密閉空間應急救援滅火裝置的研究

陸佳 李金鶴

據(jù)統(tǒng)計，2016年，全國接報火災事故31.2萬起，死亡1582人，傷1065人，直接財產損失37.2億元。其中，54.4%的火災可在30分鐘內被撲滅；26.4%的火災在30分鐘至2小時內被撲滅；12%的火災需在1至2個小時內被撲滅；另有7.1%的火災，撲救時間超過2個小時。早在200年前，科學家就發(fā)現(xiàn)電力場對火焰的作用，電場可以改變火焰的強度、形狀和方向，甚至將火撲滅。但描述電力場強滅火規(guī)律的場強理論和相應的數(shù)學模型未建立，對電力場強滅火客觀規(guī)律的探索和滅火裝置設備的研究未能實質性應用。本文主要研究的是一種通過電力場展開的應急滅火裝置，該裝置有利于迅速撲滅相對密閉空間火焰，高效、低成本、無二次受損、無污染。

裝置開發(fā)關鍵技術

關鍵技術。本文設計研究的應急滅火裝置，由針式陣列正電極、網狀陣列負電極、直流高壓電源構成。該裝置不使用任何固、液、氣態(tài)滅火介質，可達到高效率、低成本、無污染迅速撲滅各類密閉空間火場的火。

技術原理。本文設計研究的裝置中，針式陣列正電極與網狀陣列負電極相互等間路設置，直流高壓電源的兩個輸出電極分別連接于正電極和負電極，正電極與負電極之間形成場強均勻的電力場。當電力場強達到一定強度時，其中的火焰受到電力場的作用，迅速熄滅。

電力場場強越強，滅火效果越快、越顯著。針對一個相對密閉空間環(huán)境，針式陣列正電極和網狀陣列負電極分置于密閉空間的頂部和地面，或兩側墻面，或中央位置和外圍。此時，正電極與負電極之間的距離就成為一個固定值，通過調節(jié)施加在正、負電極上的直流高壓電源電壓差值，獲得不同場強的電力場。電壓差值越大，電力場場強越強；反之越弱。正電極與負電極之間距離固定的情況下，調節(jié)直流高壓電源的電壓差值即可調節(jié)電力場強度。

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

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

針式陣列正電極可為球體、立方體、網狀陣列正電極或正電極，網狀負電極可為中空球體、中空立方體或板狀負電極。

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

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

該裝置還包括多個磁場發(fā)生單元組成的片式陣列磁板，多個磁場發(fā)生單元為感應電磁體或永磁體，按陣列要求，分別組裝構成磁極性為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置，并形成磁場，磁場場強與裝置內水平電力場強共同作用于火焰，加速火焰熄滅。

該裝置電力場的直流高壓電場強度在1kV/cm至30kV/cm之間。針式陣列正電極、網狀陣列正電極、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電材料構成。網狀陣列負電極、板狀負電極、中空球體網狀負電極、中空立方體網狀負電極為導電網，或為建筑物地面和墻體內部的導電材料。

設置方式

本文研究的滅火裝置，針式陣列正電極為滅火電極，由耐高溫的導電材料構成；網狀陣列負電極為導電網，也可以是建筑物地面、墻體和頂面內部的導電材料。

方式1直流高壓電源的兩個輸出電極分別連接于上下設置的針式陣列正電極板和網狀陣列負電極板，其間形成的電力場強垂直向下，垂直電力場強自上而下作用于火焰。電力場的直流高壓電場強度在1kV/cm至30kV/cm之間，通過調節(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強度。

方式2針式陣列正電極板與網狀陣列負電極板呈左右設置，直流高壓電源兩個輸出電極分別連接于正電極板和負電極板 ，正電極板與負電極板之間形成的電力場強方向為水平方向，水平電力場場強自左向右作用于火焰。

基于方式2，增加磁場，電力場滅火為主，磁場滅火為輔。該磁場由相互平行設置的磁極性為S極的片式陣列磁板和磁極性為N級的片式陣列磁板構成，磁極性為S極的片式陣列磁板設置在密閉空間的前面，磁極性為N級的片式陣列磁板設置在密閉空間的后面。片式陣列磁板是由多個磁場發(fā)生單元組成，磁場發(fā)生單元為感應線圈和導磁體構成的感應電磁體。當感應線圈中通往一定方向直流電流時，導磁體呈現(xiàn)N極磁極性或S極磁極性。若在感應線圈供電回路中設置電流換向開關，即可隨時調節(jié)變換感應電磁體的N/S磁極極性，從而調節(jié)變換片式陣列磁板的磁極性。

網狀陣列負電極呈現(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狀陣列負電極內部中心位置。當直流高壓電源兩個輸出電極分別連接于正電極和負電極，正電極與負電極之間形成球狀輻射方向的電力場，作用于發(fā)生在負電極板內部空間的火焰。此設置方式，電力場場強足夠強大時，可將四周火焰熄滅；電力場場強稍弱時，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，網狀陣列負電極為中空立方體。正電極處在負電極內部的中心位置，直流高壓電源兩個輸出電極分別連接于正電極和負電極，正電極與負電極之間即形成了輻射狀電力場，作用于發(fā)生在負電極內部空間的火焰。

結論

使用本文研究的基于電力場模型形成的密閉空間應急救援滅火裝置，整體結構簡單，功能穩(wěn)定，在保證滅火效果的同時降低了設備的成本，不僅可迅速撲滅各類密閉空間內的火焰，對大空間或開闊的火焰也可起到壓制或抑制擴散的作用。該系統(tǒng)的推廣和應用，對優(yōu)化事故應急滅火救援具有重要的現(xiàn)實意義。