Ako CO2 hasiaci prístroj ochladzuje? Fyzika vysvetlila

Prečo CO2 hasiaci prístroj chladí

Mráz, ktorý sa plazí cez výtlačný klaksón, nie je chyba ani trik. Je to skvapalnený oxid uhličitý, ktorý mení fázu v priebehu niekoľkých centimetrov dráhy a jeho pochopenie mení spôsob, akým špecifikujete, umiestnite a udržiavate CO2 zariadenia.

Vypustite 5 kg hasiaci prístroj s oxidom uhličitým do otvorenej skrinky a postup je rýchly a nezameniteľný. Klaksón zbelie od mrazu v priebehu dvoch alebo troch sekúnd a z trysky sa rozptýli bledý sneh podobný prachu, ktorý zmizne takmer hneď, ako dopadne. Každý, kto chytí roh holou rukou, sa dozvie niečo o oxide uhličitom, na čo nezabudne.

Najprv krátka odpoveď: CO2 hasiaci prístroj ochladzuje veci, pretože oxid uhličitý v ňom je uložený ako stlačená kvapalina a pri výstupe musí zmeniť fázu. Expanzia zo zhruba 57 barov až na atmosférický tlak, plus energia, ktorú CO2 absorbuje pri varení a čiastočnom zamrznutí, prináša výstupný prúd na približne -70 °C ako plyn a približne -78,5 °C ako tuhé častice suchého ľadu. Tento chlad je vedľajším produktom toho, ako sa agent skladuje. Nie je to dôvod, prečo jednotka CO2 hasí požiar.

Z tekutiny na sneh za pár centimetrov

Fľaša CO2 nie je jednoduchá nádrž na stlačený plyn. Pri teplote okolia 20 °C sa oxid uhličitý nachádza ako nasýtená zmes: kvapalina na dne, para nad ňou, obe pri tlaku približne 57 barov. Miestnosť vyhrejeme na 30 °C a tlak sa vyšplhá na hodnotu okolo 72 barov. To je dôvod, prečo je plášť hrubý, prečo jednotka nesie prietržný kotúč namiesto toho, aby sa spoliehala na obsluhu, a prečo je tlakomer skutočne teplomer.

Vnútri valca siaha sifónová trubica blízko dna, takže ventil nasáva skôr kvapalinu ako paru. Na tom záleží viac, ako si väčšina majiteľov uvedomuje: tekutý prívod poskytuje rýchle a ťažké vypúšťanie, zatiaľ čo privádzanie len vo forme pary by vyhladilo trysku a predĺžilo čas vypúšťania výrazne nad predpísanú hodnotu.

Samotná transformácia prebieha na ventilovom otvore. Cez medzeru niekoľkých milimetrov tlak klesá z viac ako 50 barov na atmosférický. Kvapalina za týchto podmienok nemôže zostať tekutá. Časť hmoty sa okamžite zmení na plyn a zvyšok zamrzne na jemné častice suchého ľadu. Obidve nechávajú klaksón dostatočne chladný, aby zmrazil kov, kondenzovala vodná para v okolitom vzduchu a poškodila pokožku.

Dva efekty na chladenie

Adiabatická expanzia

Keď sa stlačená kvapalina pretlačí malým otvorom, roztiahne sa a táto expanzia je platená z vlastnej vnútornej energie tekutiny, pretože nie je čas, aby teplo prúdilo z okolia. Pri normálnom pracovnom tlaku má oxid uhličitý kladný Joule-Thomsonov koeficient, čo znamená, že škrtenie ho skôr ochladzuje ako ohrieva. Prúd je už chladnejší v okamihu, keď vyčistí ústie.

Latentné teplo vyparovania a sublimácie

Varenie kvapalného CO2 na plyn a následné zmrazenie časti tohto plynu na pevnú látku spotrebúvajú energiu. CO2 dodáva túto energiu zo svojej vlastnej zostávajúcej hmoty. Pevná frakcia je suchý ľad, rovnaký materiál, aký sa používa pri preprave chladiaceho reťazca, a sublimuje priamo späť do plynu pri -78,5 °C.

Skombinujte tieto dva efekty a správanie na mieste dáva zmysel: rýchlo sa pohybujúca plynová hmla s teplotou približne -70 °C nesúca pevné častice pri teplote približne -78,5 °C, ktorá sa pohybuje cez rohovinu, ktorá je zvyčajne vylisovaná z izolačného polyméru práve z tohto dôvodu.

Chlad nie je hasiacim mechanizmom. Je to nevyhnutný znak skladovania hasiaceho prostriedku ako skvapalneného plynu a jeho uvoľnenia za menej ako sekundu.

Aká zima a kde

Nižšie uvedená tabuľka znázorňuje typický 5 kg CO2 hasiaci prístroj vypúšťaný pri teplote okolia 20 °C. Skutočné hodnoty sa menia s veľkosťou valca, konštrukciou ventilu, hustotou náplne a teplotou okolia, ale vzor nie.

Čo robí chlad s ohňom a so všetkým ostatným

CO2 hasne hlavne vytesnením. Uvoľnený do požiarnej zóny riedi kyslík, na ktorom závisí horiace horenie, a to bez zanechania zvyškov alebo vedenia elektriny. Mrazivý efekt je skutočný, ale sekundárny. Voda absorbuje približne 2,26 MJ na každý kilogram, ktorý sa vyvarí, a preto je voda chladiacim činidlom a CO2 dusivým činidlom. Jednotka CO2 rýchlo zrazí plameň, ale neodstráni teplo uložené v kove za ňou, a preto je opätovné zapálenie bežné, keď je horúce zariadenie ponechané pod napätím.

Nízka teplota spôsobuje svoje vlastné problémy. Horúce sklo, keramika a tenké plasty môžu prasknúť, keď ich zasiahne prúd, ktorý má sedemdesiat stupňov pod bodom mrazu, a rýchle lokálne ochladenie veľmi horúcich povrchov je skutočným rizikom vo vnútri tesne zabalených elektrických zostáv.

Dizajnové detaily, ktoré rozhodujú o tom, ako sa bude správať chlad

Dva hasiace prístroje s rovnakou nominálnou kapacitou sa môžu na mieste správať veľmi odlišne a rozdiel je zvyčajne skôr v hardvéri ako v marketingu:

• Klaksón a úchop. Izolačný polymérový klaksón alebo tvarovaná rukoväť držia ruku operátora mimo povrchu, ktorý je hlboko pod bodom mrazu.
• Konštrukcia ventilov a tesnenia. Ventil musí utesniť skvapalnený plyn pri tlaku 50 až 70 barov a po dlhom skladovaní musí stále čisto cyklovať, takže materiál telesa a tesniace zmesi sa vyberajú pre správanie sa pri nízkych teplotách.
• hadica. Tuhá hadica sa zalomí a zalomená hadica počas vypúšťania je skôr problémom s tlakom ako problémom pohodlia.
• Sifónová trubica. Jeho dĺžka a prispôsobenie rozhodujú o tom, či jednotka dodá svoju menovitú náplň, alebo zanikne skôr, ako výpary.
• Roztrhnutie disku. Odľahčovacie zariadenie je to, čo bráni tomu, aby sa teplý valec stal nebezpečným, pretože tlak stúpa s teplotou okolia a nie pri používaní.

Pre exportných nákupcov je kvalita materiálu dôležitá rovnako ako údaj o kapacite. Jednotka s označením CE postavená na telese CK45 s prispôsobeným ventilom je odlišným výrobkom od neznačkovej zostavy nesúcej rovnaký štítok s hmotnosťou 5 kg.

Okolitá teplota je druhá polovica špecifikácie. Výrobcovia bežne uvádzajú prevádzkové okno, ako je -20 °C až 60 °C, a užitočný pracovný rozsah v chladiarňach, prevádzkach a nevykurovaných skladoch si zaslúži jasnú odpoveď počas dopytu, a nie predpoklad pri uvedení do prevádzky. Zverejnené rozsah teplotnej adaptability pre jednotku CK45 CE s hmotnosťou 5 kg je užitočným referenčným bodom pri prispôsobovaní hardvéru konkrétnemu prostrediu.

Prispôsobenie kapacity úlohe

Správanie sa pri výboji sa mení s veľkosťou, a tak sa mení aj vzor mrazu. Menšie fľaše sa vyprázdňujú rýchlejšie a skôr sa prejavia námrazy, zatiaľ čo väčšie dodávajú viac činidla počas dlhšieho obdobia, a preto je 10 kg vozíková jednotka zvyčajne správnou odpoveďou v prevádzkach a priestoroch na manipuláciu s palivom, a nie zhluk ručných jednotiek. Prenosný rozsah sa pohybuje od 2 kg cez 3 kg do 5 kg a každý krok mení čas vybíjania a hod namiesto fyziky pod ním. Kupujúci porovnávajúci veľkosti v rámci Dosah hasiaceho prístroja CO2 by mali čítať hodnoty doby vybíjania a rozsahu spolu, nie len kapacitu.

Praktické pravidlá manipulácie a údržby

Chlad nemení spôsob údržby CO2 hasiaceho prístroja, ale mení spôsob, akým sa s ním zaobchádza. Tieto pravidlá pokrývajú väčšinu toho, čo sa pokazí:

1. Udržujte valec vo zvislej polohe. Rúrka sifónu funguje tak, ako je navrhnutá, iba vo vertikálnej polohe.
2. Počas vybíjania alebo tesne po ňom sa nikdy nedotýkajte klaksónu ani kovového výstupu; počkajte, kým mráz pominie.
3. Pri malých požiaroch používajte krátke dávky a útočte z odporúčanej vzdialenosti, keďže hod studeného prúdu je kratší, ako vyzerá.
4. Zvážte valec pri každej kontrole a nedôverujte iba meraciemu prístroju; pomalá strata náboja zanecháva meradlo normálne.
5. Uistite sa, že prietržný kotúč, hadica a klaksón nie sú poškodené a že klaksón nie je prasknutý z predchádzajúceho studeného cyklu.
6. Po akomkoľvek použití v uzavretej miestnosti vyvetrajte predtým, ako niekto znova vstúpi, bez ohľadu na to, aký malý bol požiar.

Čo to znamená, keď špecifikujete

Pre každého, kto špecifikuje, kupuje alebo prevádzkuje CO2 zariadenia, je praktický záver jednoduchý. S prúdom výboja zaobchádzajte skôr ako so studeným prúdom s vysokou rýchlosťou než s oblakom plynu. Skontrolujte, či sú klaksón a rukoväte navrhnuté pre túto realitu, potvrďte, že materiály ventilu a telesa vyhovujú okolitým teplotám na vašom pracovisku a zaškolte operátorov, aby držali ruky preč od hardvéru, kým nezmizne námraza.

Pochopte ten mechanizmus a mráz prestane vyzerať ako defekt. Stáva sa to predvídateľným konštrukčným obmedzením, ktoré dokáže zvládnuť dobrá výroba tlakových nádob a správna konštrukcia ventilov od prvého vypustenia po desiate.