เครื่องดับเพลิง CO2 ทำให้สิ่งที่เย็นได้อย่างไร? ฟิสิกส์อธิบาย

เหตุใดเครื่องดับเพลิง CO2 จึงทำให้สิ่งของเย็น

น้ำค้างแข็งที่คืบคลานผ่านแตรระบายไม่ใช่ความผิดและไม่ใช่กลไก เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหลวที่เปลี่ยนระยะในระยะไม่กี่เซนติเมตรของการเดินทาง และการทำความเข้าใจว่าขั้นตอนดังกล่าวจะเปลี่ยนวิธีการระบุ ตำแหน่ง และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ CO2 ของคุณ

ปล่อยเครื่องดับเพลิงคาร์บอนไดออกไซด์ 5 กก. ลงในตู้แบบเปิด และลำดับการทำงานรวดเร็วและไม่ผิดเพี้ยน เขาสัตว์จะเปลี่ยนเป็นสีขาวและมีน้ำค้างแข็งภายในสองหรือสามวินาที และฝุ่นสีซีดคล้ายหิมะก็กระจายออกจากหัวฉีด และหายไปเกือบจะทันทีที่ตกลงสู่พื้น ใครก็ตามที่คว้าเขานั้นด้วยมือเปล่าจะได้เรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับคาร์บอนไดออกไซด์ พวกเขาจะไม่ลืม

คำตอบสั้นๆ ก่อน: เครื่องดับเพลิง CO2 จะทำให้ทุกอย่างเย็นลงเนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ภายในจะถูกเก็บไว้เป็นของเหลวที่มีแรงดัน และต้องเปลี่ยนเฟสเมื่อทางออก การขยายตัวจากประมาณ 57 บาร์ลงไปที่ความดันบรรยากาศ บวกกับพลังงานที่ CO2 ดูดซับในขณะที่เดือดและกลายเป็นน้ำแข็งบางส่วน ส่งผลให้กระแสน้ำที่ปล่อยออกมามีอุณหภูมิประมาณ -70 °C ในรูปของก๊าซ และประมาณ -78.5 °C ในรูปของอนุภาคน้ำแข็งแห้ง ความเย็นนั้นเป็นผลพลอยได้จากวิธีเก็บรักษาสารดังกล่าว ไม่ใช่เหตุผลที่หน่วย CO2 ดับไฟ

จากของเหลวสู่หิมะในไม่กี่เซนติเมตร

ถัง CO2 ไม่ใช่ถังก๊าซอัดธรรมดา ที่อุณหภูมิแวดล้อม 20 °C คาร์บอนไดออกไซด์จะอยู่ในลักษณะของผสมอิ่มตัว ได้แก่ ของเหลวที่ด้านล่าง ไอที่อยู่ด้านบน ทั้งสองอย่างอยู่ที่ประมาณ 57 บาร์ อุ่นห้องให้อุณหภูมิอยู่ที่ 30 °C และความดันจะสูงขึ้นประมาณ 72 บาร์ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเปลือกถึงหนา เหตุใดตัวเครื่องจึงมีแผ่นร้าวแทนที่จะต้องอาศัยผู้ปฏิบัติงาน และเหตุใดเกจวัดความดันจึงเป็นเกจวัดอุณหภูมิจริงๆ

ภายในกระบอกสูบ ท่อกาลักน้ำจะเข้าใกล้ด้านล่างเพื่อให้วาล์วดึงของเหลวออกมาแทนที่จะเป็นไอ สิ่งนี้มีความสำคัญมากกว่าที่เจ้าของส่วนใหญ่ตระหนัก: การป้อนของเหลวจะให้การระบายออกที่รวดเร็วและหนัก ในขณะที่การป้อนด้วยไออย่างเดียวจะทำให้หัวฉีดอดอาหารและยืดเวลาการระบายออกได้นานกว่าตัวเลขที่กำหนด

การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นที่ปากวาล์ว ในช่องว่างไม่กี่มิลลิเมตร ความดันจะยุบจากมากกว่า 50 บาร์สู่ชั้นบรรยากาศ ของเหลวไม่สามารถคงสภาพเป็นของเหลวได้ภายใต้สภาวะดังกล่าว ส่วนหนึ่งของมวลจะกะพริบเป็นแก๊สทันที และส่วนที่เหลือจะแข็งตัวเป็นอนุภาคน้ำแข็งแห้งละเอียด ทั้งสองปล่อยให้เขาสัตว์เย็นพอที่จะทำให้โลหะแข็งตัว ควบแน่นไอน้ำในอากาศโดยรอบ และทำร้ายผิวหนัง

เอฟเฟกต์สองประการที่ทำให้เกิดความเย็น

การขยายตัวแบบอะเดียแบติก

เมื่อของเหลวที่มีแรงดันถูกบังคับผ่านช่องเปิดเล็กๆ ของเหลวนั้นจะขยายตัว และการขยายตัวนั้นจะจ่ายให้กับพลังงานภายในของของเหลวนั้นเอง เนื่องจากไม่มีเวลาที่ความร้อนจะไหลเข้ามาจากบริเวณโดยรอบ ที่แรงกดดันในการทำงานปกติ คาร์บอนไดออกไซด์จะมีค่าสัมประสิทธิ์จูล-ทอมสันเป็นบวก ซึ่งหมายความว่า การควบคุมปริมาณจะทำให้คาร์บอนไดออกไซด์เย็นลงแทนที่จะทำให้อุ่นขึ้น กระแสน้ำเย็นลงแล้วทันทีที่มันเคลียร์ปาก

ความร้อนแฝงของการระเหยและการระเหิด

การต้ม CO2 ของเหลวให้เป็นแก๊ส แล้วแช่แข็งส่วนหนึ่งของก๊าซนั้นให้เป็นของแข็ง ทั้งสองอย่างนี้ต้องใช้พลังงาน CO2 จ่ายพลังงานจากมวลที่เหลืออยู่ในตัวมันเอง เศษส่วนที่เป็นของแข็งคือน้ำแข็งแห้ง ซึ่งเป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่ใช้ในการขนส่งแบบโซ่เย็น และจะระเหิดกลับเป็นก๊าซโดยตรงที่อุณหภูมิ -78.5 °C

รวมผลกระทบทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันและพฤติกรรมบนไซต์งานก็สมเหตุสมผล: หมอกของก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วที่อุณหภูมิประมาณ -70 °C พาอนุภาคของแข็งที่อุณหภูมิประมาณ -78.5 °C เดินทางผ่านเขาที่ปกติจะหล่อขึ้นจากโพลีเมอร์ที่เป็นฉนวนด้วยเหตุผลดังกล่าว

ความเย็นไม่ใช่กลไกดับไฟ ถือเป็นลักษณะที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการจัดเก็บสารดับเพลิงในรูปของก๊าซเหลวและปล่อยออกมาภายในไม่กี่วินาที

หนาวแค่ไหนและที่ไหน

ตารางด้านล่างนี้แสดงร่องรอยของถังดับเพลิง CO2 โดยทั่วไปขนาด 5 กก. ที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิแวดล้อม 20 °C ตัวเลขจริงจะเปลี่ยนไปตามขนาดกระบอกสูบ การออกแบบวาล์ว ความหนาแน่นของถังบรรจุ และอุณหภูมิโดยรอบ แต่รูปแบบไม่ได้เป็นเช่นนั้น

ความหนาวเย็นส่งผลอย่างไรต่อไฟ และต่อสิ่งอื่นๆ ทั้งหมด

CO2 ดับลงโดยการแทนที่เป็นหลัก เมื่อปล่อยออกสู่เขตไฟจะเจือจางออกซิเจนที่การเผาไหม้ขึ้นอยู่กับ และจะทำเช่นนั้นโดยไม่ทิ้งสารตกค้างหรือนำไฟฟ้า อาการหนาวสั่นมีจริงแต่เป็นเรื่องรอง น้ำดูดซับประมาณ 2.26 MJ ต่อทุกๆ กิโลกรัมที่เดือดออกไป ซึ่งเป็นสาเหตุที่น้ำเป็นตัวทำความเย็นและ CO2 เป็นตัวดูดซับ หน่วย CO2 จะทำให้เปลวไฟดับลงอย่างรวดเร็ว แต่ไม่ได้ขจัดความร้อนที่สะสมอยู่ในโลหะที่อยู่ด้านหลัง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการจุดติดไฟจึงเป็นเรื่องปกติเมื่ออุปกรณ์ร้อนถูกปล่อยพลังงานไว้

อุณหภูมิต่ำสร้างปัญหาในตัวมันเอง แก้วที่ร้อน เซรามิก และพลาสติกบางอาจแตกร้าวได้เมื่อโดนกระแสน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง 70 องศา และการที่พื้นผิวที่ร้อนจัดเย็นอย่างรวดเร็วในท้องถิ่นถือเป็นความเสี่ยงอย่างแท้จริงภายในชุดประกอบไฟฟ้าที่อัดแน่น

รายละเอียดการออกแบบที่ตัดสินว่าความเย็นจะเป็นอย่างไร

เครื่องดับเพลิงสองเครื่องที่มีความจุระบุเท่ากันสามารถทำงานได้แตกต่างกันมากในไซต์งาน และความแตกต่างมักจะอยู่ที่ฮาร์ดแวร์มากกว่าการตลาด:

• แตรและด้ามจับ แตรโพลีเมอร์ที่เป็นฉนวนหรือด้ามจับแบบหล่อช่วยให้มือของผู้ปฏิบัติงานหลุดจากพื้นผิวที่อยู่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง
• โครงสร้างวาล์วและซีล วาล์วจะต้องปิดผนึกก๊าซเหลวที่ 50 ถึง 70 บาร์ และยังคงหมุนเวียนได้อย่างสะอาดหลังจากเก็บไว้เป็นเวลานาน ดังนั้นจึงเลือกใช้วัสดุตัวถังและสารประกอบซีลสำหรับพฤติกรรมที่อุณหภูมิต่ำ
• สายยาง ท่ออ่อนหักงอ และท่อหักงอระหว่างการระบายออกเป็นปัญหาเกี่ยวกับแรงดันมากกว่าปัญหาด้านความสะดวก
• ท่อกาลักน้ำ. ความยาวและความพอดีเป็นตัวตัดสินว่าเครื่องจะจ่ายประจุตามที่กำหนดหรือตายก่อนกำหนดเนื่องจากไอระเหย
• แผ่นดิสก์แตก อุปกรณ์บรรเทาคือสิ่งที่หยุดยั้งกระบอกอุ่นไม่ให้เป็นอันตราย เนื่องจากความดันจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิแวดล้อมแทนที่จะเพิ่มขึ้นตามการใช้งาน

สำหรับผู้ซื้อเพื่อการส่งออก เกรดวัสดุมีความสำคัญพอๆ กับตัวเลขกำลังการผลิต หน่วยที่มีเครื่องหมาย CE ที่สร้างขึ้นบนตัวเครื่อง CK45 พร้อมด้วยวาล์วที่เข้าคู่กันนั้นเป็นบทความที่แตกต่างจากชุดประกอบที่ไม่มีแบรนด์ซึ่งมีฉลาก 5 กก. เดียวกัน

อุณหภูมิแวดล้อมเป็นอีกครึ่งหนึ่งของข้อกำหนด ผู้ผลิตมักเสนอราคาหน้าต่างการทำงาน เช่น -20 °C ถึง 60 °C และระยะการทำงานที่มีประโยชน์ในห้องเย็น ห้องโรงงาน และคลังสินค้าที่ไม่มีเครื่องทำความร้อนสมควรได้รับคำตอบที่ชัดเจนในระหว่างการสอบสวน แทนที่จะเป็นข้อสันนิษฐานในการทดสอบเดินเครื่อง ที่ตีพิมพ์ ช่วงการปรับตัวของอุณหภูมิ สำหรับหน่วย CK45 CE ขนาด 5 กก. เป็นจุดอ้างอิงที่มีประโยชน์เมื่อจับคู่ฮาร์ดแวร์กับสภาพแวดล้อมเฉพาะ

ความสามารถที่ตรงกับงาน

พฤติกรรมการคายประจุเปลี่ยนแปลงไปตามขนาด และรูปแบบน้ำค้างแข็งก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน ถังขนาดเล็กจะเทออกเร็วกว่าและแข็งตัวเร็วกว่า ในขณะที่ถังขนาดใหญ่จะให้สารมากกว่าในระยะเวลานานกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรถเข็นขนาด 10 กก. จึงเป็นคำตอบที่ถูกต้องในห้องโรงงานและพื้นที่จัดการเชื้อเพลิง แทนที่จะเป็นกลุ่มของอุปกรณ์พกพา ผลิตภัณฑ์แบบพกพามีน้ำหนักตั้งแต่ 2 กก. ถึง 3 กก. ถึง 5 กก. และแต่ละขั้นตอนจะเปลี่ยนเวลาในการคายประจุและการขว้าง แทนที่จะเปลี่ยนหลักฟิสิกส์ข้างใต้ ผู้ซื้อเปรียบเทียบขนาดทั่วทั้ง เครื่องดับเพลิงชนิด CO2 ควรอ่านตัวเลขเวลาและช่วงการคายประจุร่วมกัน ไม่ใช่ความจุเพียงอย่างเดียว

กฎการจัดการและบำรุงรักษาในทางปฏิบัติ

ความเย็นไม่ได้เปลี่ยนวิธีดูแลรักษาถังดับเพลิง CO2 แต่จะเปลี่ยนวิธีจัดการถังดับเพลิง กฎเหล่านี้ครอบคลุมถึงสิ่งที่ผิดพลาดเป็นส่วนใหญ่:

1. เก็บกระบอกสูบให้ตั้งตรง ท่อกาลักน้ำจะทำงานตามที่ออกแบบไว้ในแนวตั้งเท่านั้น
2. ห้ามสัมผัสแตรหรือช่องโลหะในระหว่างหรือหลังการคายประจุทันที รอจนกว่าน้ำค้างแข็งจะหมดไป
3. ใช้การระเบิดระยะสั้นด้วยไฟขนาดเล็กและโจมตีจากระยะที่แนะนำ เนื่องจากกระแสความเย็นที่สาดเข้ามานั้นสั้นกว่าที่เห็น
4. ชั่งน้ำหนักกระบอกสูบในการตรวจสอบแต่ละครั้ง แทนที่จะเชื่อถือเกจเพียงอย่างเดียว การสูญเสียประจุอย่างช้าๆ จะทำให้เกจดูเป็นปกติ
5. ยืนยันว่าแผ่นดิสก์ ท่อ และแตรที่แตกร้าวไม่มีความเสียหาย และแตรไม่แตกร้าวจากรอบการทำความเย็นครั้งก่อน
6. หลังจากใช้งานในห้องปิด ให้ระบายอากาศก่อนใครก็ตามกลับเข้าไปใหม่ ไม่ว่าไฟจะเล็กแค่ไหนก็ตาม

สิ่งนี้หมายความว่าเมื่อคุณระบุ

สำหรับใครก็ตามที่ระบุ ซื้อ หรือใช้งานอุปกรณ์ CO2 ข้อสรุปเชิงปฏิบัตินั้นตรงไปตรงมา ปฏิบัติต่อกระแสระบายออกเป็นไอพ่นความเร็วสูงที่เย็นแทนที่จะเป็นกลุ่มก๊าซ ตรวจสอบว่าแตรและด้ามจับได้รับการออกแบบมาเพื่อความเป็นจริงดังกล่าว ยืนยันว่าวัสดุวาล์วและตัวถังเหมาะสมกับอุณหภูมิโดยรอบในไซต์งานของคุณ และฝึกผู้ปฏิบัติงานให้เอามือออกจากฮาร์ดแวร์จนกว่าน้ำค้างแข็งจะหายไป

ทำความเข้าใจกลไกนั้นและน้ำค้างแข็งหยุดดูเหมือนเป็นข้อบกพร่อง มันกลายเป็นข้อจำกัดในการออกแบบที่คาดเดาได้ ซึ่งเป็นสิ่งหนึ่งที่การผลิตภาชนะรับแรงดันที่ดีและวิศวกรรมวาล์วที่ถูกต้องถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับตั้งแต่การปล่อยครั้งแรกจนถึงครั้งที่สิบ