Jak CO2 hasicí přístroj chladí? Fyzika vysvětlila

Proč CO2 hasicí přístroj chladí

Námraza, která se plíží přes výtlačný roh, není závada ani trik. Je to zkapalněný oxid uhličitý, který mění fázi na několika centimetrech dráhy a jeho pochopení mění způsob, jakým specifikujete, umístíte a udržujete CO2 zařízení.

Vypusťte 5 kg hasicí přístroj s oxidem uhličitým do otevřené skříně a sekvence je rychlá a nezaměnitelná. Houkačka během dvou nebo tří sekund zbělá mrazem a z trysky se rozlétne bledý sněhový prach, který zmizí téměř hned, jak dopadne. Každý, kdo ten roh chytne holou rukou, se dozví něco o oxidu uhličitém, na co nezapomene.

Nejprve krátká odpověď: CO2 hasicí přístroj chladí, protože oxid uhličitý uvnitř je uložen jako stlačená kapalina a musí při výstupu změnit fázi. Expanze ze zhruba 57 barů až na atmosférický tlak plus energie, kterou CO2 absorbuje, když se vaří a částečně mrzne, přivádí výstupní proud na asi -70 °C jako plyn a asi -78,5 °C jako pevné částice suchého ledu. Tento chlad je vedlejším produktem toho, jak je agent skladován. Není to důvod, proč jednotka CO2 hasí požár.

Z kapaliny do sněhu za pár centimetrů

Láhev s CO2 není jednoduchá nádrž na stlačený plyn. Při okolní teplotě 20 °C sedí oxid uhličitý jako nasycená směs: kapalina na dně, pára nad ní, obojí při zhruba 57 barech. Místnost vyhřejte na 30 °C a tlak se vyšplhá na hodnotu kolem 72 barů. To je důvod, proč je plášť tlustý, proč jednotka nese průtržný kotouč místo toho, aby se spoléhala na obsluhu, a proč je manometr skutečně měřičem teploty.

Uvnitř válce sahá sifonová trubice až ke dnu, takže ventil nasává spíše kapalinu než páru. Na tom záleží více, než si většina majitelů uvědomuje: kapalný přívod poskytuje rychlý a silný výtlak, zatímco přívod pouze párou by vyhladil trysku a prodloužil dobu výtlaku daleko nad jmenovitou hodnotu.

Samotná transformace se děje v otvoru ventilu. Přes mezeru několika milimetrů se tlak zhroutí z více než 50 barů na atmosférický. Za těchto podmínek kapalina nemůže zůstat kapalná. Část hmoty se okamžitě promění v plyn a zbytek zmrzne na jemné částice suchého ledu. Oba nechávají roh dostatečně studený, aby zmrzl kov, aby kondenzovala vodní pára v okolním vzduchu a poškodila pokožku.

Dva efekty provádějící chlazení

Adiabatická expanze

Když je stlačená kapalina protlačena malým otvorem, expanduje a tato expanze je hrazena z vlastní vnitřní energie tekutiny, protože není čas, aby teplo proudilo z okolí. Při normálním pracovním tlaku má oxid uhličitý kladný Joule-Thomsonův koeficient, což znamená, že jeho škrcení ho spíše ochlazuje než ohřívá. Proud je již chladnější v okamžiku, kdy vyčistí otvor.

Latentní teplo vypařování a sublimace

Převaření kapalného CO2 na plyn a následné zmrazení části tohoto plynu na pevnou látku, obojí spotřebovává energii. CO2 dodává tuto energii ze své vlastní zbývající hmoty. Pevná frakce je suchý led, stejný materiál, jaký se používá při přepravě chladícího řetězce, a sublimuje přímo zpět do plynu při -78,5 °C.

Zkombinujte tyto dva efekty a chování na místě dává smysl: rychle se pohybující plynová mlha o teplotě asi -70 °C, která nese pevné částice o teplotě asi -78,5 °C, procházející trubicí, která je právě z tohoto důvodu obvykle lisována z izolačního polymeru.

Chlad není hasicím mechanismem. Je to nevyhnutelný znak skladování hasicí látky jako zkapalněného plynu a jeho uvolnění za méně než sekundu.

Jak chladno a kde

Níže uvedená tabulka ukazuje typický 5 kg CO2 hasicí přístroj vypouštěný při okolní teplotě 20 °C. Skutečná čísla se mění s velikostí válce, konstrukcí ventilů, hustotou náplně a okolní teplotou, ale vzor ne.

Co dělá chlad s ohněm a se vším ostatním

CO2 hasí hlavně vytěsněním. Uvolněný do požární zóny ředí kyslík, na kterém závisí hoření plamenů, a to bez zanechání zbytků nebo vedení elektřiny. Mrazivý efekt je skutečný, ale druhotný. Voda absorbuje zhruba 2,26 MJ na každý kilogram, který se vyvaří, a proto je voda chladivá a CO2 dusivá. Jednotka CO2 plamen rychle srazí dolů, ale neodebere teplo uložené v kovu za ní, a proto je opětovné zapálení běžné, když je horké zařízení ponecháno pod napětím.

Nízká teplota sama o sobě vytváří problémy. Horké sklo, keramika a tenké plasty mohou prasknout při zasažení proudem, který je sedmdesát stupňů pod bodem mrazu, a rychlé lokální zchlazení velmi horkých povrchů je skutečným rizikem uvnitř těsně zabalených elektrických sestav.

Designové detaily, které rozhodují o chování chladu

Dva hasicí přístroje se stejnou nominální kapacitou se mohou na místě chovat velmi odlišně a rozdíl je obvykle spíše v hardwaru než v marketingu:

• Klakson a rukojeť. Izolační polymerový klakson nebo tvarovaná rukojeť udrží ruku operátora mimo povrch, který je hluboko pod bodem mrazu.
• Konstrukce ventilů a těsnění. Ventil musí utěsňovat zkapalněný plyn při 50 až 70 barech a po dlouhém skladování stále čistě cyklovat, takže materiál těla a těsnicí směsi jsou zvoleny pro chování při nízkých teplotách.
• Hadice. Tuhá hadice se zalomí a zalomená hadice během vypouštění je spíše problémem tlaku než problémem pohodlí.
• Sifonová trubice. Jeho délka a uložení rozhodují o tom, zda jednotka dodá svůj jmenovitý náboj, nebo zemře brzy na páru.
• Prasknutí disku. Odlehčovací zařízení je to, co zabraňuje tomu, aby se teplý válec stal nebezpečným, protože tlak roste s okolní teplotou spíše než s používáním.

Pro exportní odběratele záleží na kvalitě materiálu stejně jako na kapacitě. Jednotka s označením CE postavená na těle CK45 s přizpůsobeným ventilem se liší od neznačkové sestavy se stejným štítkem o hmotnosti 5 kg.

Okolní teplota je druhá polovina specifikace. Výrobci běžně uvádějí provozní okno, jako je -20 °C až 60 °C, a užitečný pracovní rozsah v chladírenských skladech, provozních místnostech a nevytápěných skladech si zaslouží výslovnou odpověď během dotazu, spíše než předpoklad při uvádění do provozu. Zveřejněné rozsah teplotní adaptability pro jednotku CK45 CE o hmotnosti 5 kg je užitečným referenčním bodem při přizpůsobení hardwaru konkrétnímu prostředí.

Přizpůsobení kapacity práci

Chování výboje se mění s velikostí, stejně jako vzorec mrazu. Menší lahve se vyprazdňují rychleji a dříve se projeví námraza, zatímco větší lahve dodávají více prostředku po delší dobu, a proto je 10 kg vozíková jednotka obvykle správnou odpovědí v provozovnách a oblastech manipulace s palivem spíše než shluk ručních jednotek. Přenosný rozsah se pohybuje od 2 kg přes 3 kg do 5 kg a každý krok mění dobu vybíjení a házení spíše než fyziku pod ním. Kupující porovnávající velikosti napříč Dosah hasicího přístroje CO2 by měly číst údaje o době vybíjení a dosahu společně, nikoli pouze o kapacitě.

Praktická pravidla pro manipulaci a údržbu

Chlad nemění způsob údržby CO2 hasicího přístroje, ale mění způsob zacházení s ním. Tato pravidla pokrývají většinu chyb:

1. Udržujte válec ve svislé poloze. Sifonová trubice funguje tak, jak je navržena, pouze ve svislé poloze.
2. Nikdy se nedotýkejte klaksonu nebo kovového výstupu během nebo těsně po vybití; počkejte, až námraza zmizí.
3. Na malé ohně používejte krátké dávky a útočte z doporučené vzdálenosti, protože vrh studeného proudu je kratší, než vypadá.
4. Zvažte válec při každé kontrole spíše než důvěřujte samotnému měřidlu; pomalý úbytek náboje zanechá měřidlo normální.
5. Ujistěte se, že průtržný kotouč, hadice a houkačka nejsou poškozené a že houkačka není prasklá z předchozího studeného cyklu.
6. Po každém použití v uzavřené místnosti vyvětrejte, než kdokoli znovu vstoupí, bez ohledu na to, jak malý byl požár.

Co to znamená, když zadáte

Pro každého, kdo specifikuje, kupuje nebo provozuje CO2 zařízení, je praktický závěr jednoznačný. S proudem výboje zacházejte spíše jako se studeným proudem o vysoké rychlosti než s oblakem plynu. Zkontrolujte, zda jsou klakson a rukojeť navrženy pro tuto skutečnost, ověřte, zda materiály ventilu a těla vyhovují okolní teplotě na vašem pracovišti, a vyškolte obsluhu, aby držela ruce pryč od hardwaru, dokud námraza nezmizí.

Pochopte ten mechanismus a mráz přestane vypadat jako defekt. Stává se předvídatelným konstrukčním omezením, které dobře zvládne výroba tlakových nádob a správná konstrukce ventilů od prvního vypuštění do desátého.