Kuinka CO2-sammutin tekee asioista kylmiä? Fysiikka selitti

Miksi CO2-sammutin tekee asioista kylmiä

Purkaustorven yli hiipivä huurre ei ole vika eikä temppu. Se on nesteytetyn hiilidioksidin muutosvaihe muutaman senttimetrin matkalla, ja sen ymmärtäminen muuttaa tapaa, jolla määrität, sijoitat ja huollat ​​CO2-laitteita.

Pura 5 kg hiilidioksidisammutin avoimeen kaappiin ja toiminta on nopeaa ja erehtymätöntä. Torvi muuttuu valkoiseksi huurteesta kahdessa tai kolmessa sekunnissa, ja suuttimesta leviää vaaleaa lumen kaltaista pölyä, joka katoaa melkein heti laskeutuessaan. Jokainen, joka tarttuu tuohon sarveen paljain käsin, oppii jotain hiilidioksidista, jota he eivät unohda.

Lyhyt vastaus ensin: CO2-sammutin tekee asiat kylmäksi, koska sen sisällä oleva hiilidioksidi varastoituu paineistettuna nesteenä ja sen on vaihdettava vaihetta poistuessaan. Laajentuminen noin 57 barista ilmakehän paineeseen sekä energia, jonka CO2 absorboi kiehuessaan ja osittain jäätyessään, nostaa poistuvan virran noin -70 °C:seen kaasuna ja noin -78,5 °C:seen kiinteinä kuivajäähiukkasina. Tuo kylmä on aineen varastoinnin sivutuote. Se ei ole syy, miksi CO2-yksikkö sammuttaa tulipalon.

Nesteestä lumeksi muutamassa senttimetressä

CO2-sylinteri ei ole yksinkertainen painekaasusäiliö. Ympäristön 20 °C:ssa hiilidioksidi istuu kylläisenä seoksena: pohjassa nestettä, yläpuolella höyryä, molemmissa noin 57 baarissa. Lämmitä huone 30 °C:seen ja paine nousee noin 72 baariin. Tästä syystä kuori on paksu, miksi yksikössä on repeytyslevy sen sijaan, että se luottaisi käyttäjään, ja miksi painemittari on todella lämpötilamittari.

Sylinterin sisällä sifoniputki ulottuu lähelle pohjaa, joten venttiili imee nestettä höyryn sijaan. Tällä on enemmän merkitystä kuin useimmat omistajat ymmärtävät: nestemäinen syöttö antaa nopean ja raskaan purkauksen, kun taas vain höyryä sisältävä syöttö nälkäisi suuttimen ja pidentäisi poistoaikaa huomattavasti yli nimellisarvon.

Itse muutos tapahtuu venttiilin aukossa. Muutaman millimetrin raon yli paine putoaa yli 50 barista ilmakehän paineeseen. Neste ei voi pysyä nesteenä näissä olosuhteissa. Osa massasta leimahtaa välittömästi kaasuksi ja loput jäätyy hienoiksi kuivajäähiukkasiksi. Molemmat jättävät sarven riittävän kylmäksi jäätymään metalliin, tiivistämään vesihöyryä ympäröivässä ilmassa ja vahingoittamaan ihoa.

Kaksi tehostetta viilentävät

Adiabaattinen laajennus

Kun paineistettu neste pakotetaan pienen aukon läpi, se laajenee, ja se laajeneminen maksetaan nesteen omasta sisäisestä energiasta, koska lämpö ei ehdi virrata ympäristöstä sisään. Normaalissa työpaineessa hiilidioksidilla on positiivinen Joule-Thomson-kerroin, mikä tarkoittaa, että sen kuristaminen jäähdyttää sen lämmittämisen sijaan. Virta on jo kylmempää sitä hetkeä, kun se tyhjentää aukon.

Piilevä höyrystymis- ja sublimaatiolämpö

Nestemäisen CO2:n keittäminen kaasuksi ja sitten osan kaasusta jäädyttäminen kiinteäksi aineeksi kuluttavat molemmat energiaa. CO2 toimittaa tämän energian omasta jäljellä olevasta massastaan. Kiinteä jae on kuivajäätä, samaa materiaalia, jota käytetään kylmäketjukuljetuksessa, ja se sublimoituu suoraan takaisin kaasuksi -78,5 °C:ssa.

Yhdistä nämä kaksi vaikutusta ja käyttäytyminen paikan päällä on järkevää: nopeasti liikkuva kaasusumu noin -70 °C:ssa, joka kuljettaa kiinteitä hiukkasia noin -78,5 °C:ssa, kulkee torven läpi, joka on yleensä valettu eristävästä polymeeristä juuri tästä syystä.

Kylmä ei ole sammutusmekanismi. Se on väistämätön tunnusmerkki sammutusaineen varastoinnista nesteytettynä kaasuna ja sen vapauttamiselle alle sekunnissa.

Kuinka kylmä ja missä

Alla oleva taulukko kuvaa tyypillistä 5 kg CO2-sammutinta, joka purkautuu 20 °C:n lämpötilassa. Todelliset luvut muuttuvat sylinterin koon, venttiilin rakenteen, täyttötiheyden ja ympäristön lämpötilan mukaan, mutta kuvio ei.

Mitä kylmä tekee tulelle ja kaikelle muulle

CO2 sammuu pääasiassa siirtymällä. Paloalueelle päästettynä se laimentaa happea, josta liekehtivä palaminen riippuu, ja tekee sen jättämättä jäämiä tai johtamatta sähköä. Jäähdyttävä vaikutus on todellinen, mutta toissijainen. Vesi imee noin 2,26 MJ jokaista pois kiehuvaa kiloa kohden, minkä vuoksi vesi on jäähdytysaine ja CO2 tukahduttava aine. CO2-yksikkö katkaisee liekin nopeasti, mutta se ei poista sen takana olevaan metalliin varastoitunutta lämpöä, minkä vuoksi uudelleensytytys on yleistä, kun kuuma laite jätetään jännitteiseksi.

Matala lämpötila aiheuttaa omat ongelmansa. Kuuma lasi, keramiikka ja ohuet muovit voivat halkeilla, kun niihin osuu 70 astetta pakkasastetta oleva virta, ja erittäin kuumien pintojen nopea paikallinen jäähtyminen on todellinen riski tiiviisti pakatuissa sähkökokoonpanoissa.

Suunnittelun yksityiskohdat, jotka ratkaisevat kylmän käyttäytymisen

Kaksi samalla nimellisteholla olevaa sammutinta voivat käyttäytyä paikan päällä hyvin eri tavalla, ja ero on yleensä laitteistossa eikä markkinoinnissa:

• Torvi ja kahva. Eristävä polymeeritorvi tai muotoiltu kädensija pitää käyttäjän käden poissa pinnalta, joka on reilusti pakkasen alapuolella.
• Venttiilin rakenne ja tiivisteet. Venttiilin on tiivistettävä nesteytetty kaasu 50-70 baarissa ja sen on silti pyörittävä puhtaasti pitkän varastoinnin jälkeen, joten runkomateriaali ja tiivisteyhdisteet valitaan alhaisen lämpötilan käyttäytymistä ajatellen.
• Letku. Jäykkä letku taittelee ja mutkainen letku tyhjennyksen aikana ovat enemmän paine- kuin mukavuusongelma.
• Sifoni putki. Sen pituus ja istuvuus ratkaisevat, tuottaako yksikkö nimellislatauksen vai kuoleeko se aikaisin höyrystä.
• Repeämä levy. Kevennyslaite estää lämpimän sylinterin muodostumisen vaaraksi, koska paine nousee ympäristön lämpötilan mukaan eikä käytön myötä.

Vientiostajille materiaalilaadulla on yhtä paljon merkitystä kuin kapasiteettiluvulla. CE-merkitty yksikkö, joka on rakennettu CK45-runkoon sopivalla venttiilillä, on eri tuote kuin merkkitön kokoonpano, jossa on sama 5 kg:n tarra.

Ympäristön lämpötila on spesifikaation toinen puoli. Valmistajat mainitsevat yleensä käyttöikkunan, kuten -20 °C - 60 °C, ja hyödyllinen työskentelyalue kylmävarastoissa, tehdashuoneissa ja lämmittämättömissä varastoissa ansaitsee selkeän vastauksen tiedustelussa eikä oletuksena käyttöönoton yhteydessä. Julkaistu lämpötilan mukautumiskykyalue 5 kg:n CK45 CE -yksikölle on hyödyllinen vertailukohta sovitettaessa laitteistoa tiettyyn ympäristöön.

Kapasiteetin sovittaminen työhön

Purkauskäyttäytyminen muuttuu koon mukaan, samoin kuin huurrekuvio. Pienemmät sylinterit tyhjenevät nopeammin ja huurre tulee nopeammin, kun taas isommat säiliöt tuottavat enemmän ainetta pidemmällä aikavälillä, minkä vuoksi 10 kg:n vaunuyksikkö on yleensä oikea ratkaisu tehdastiloissa ja polttoaineen käsittelyalueilla kädessä pidettävien yksiköiden sijaan. Kannettava valikoima vaihtelee 2 kg:sta 3 kg:n ja 5 kg:n välillä, ja jokainen askel muuttaa purkamisaikaa ja heittoa, ei sen alla olevaa fysiikkaa. Ostajat vertailevat kokoja eri puolilla CO2-sammuttimien valikoima pitäisi lukea purkausaika- ja etäisyysluvut yhdessä, ei kapasiteettia yksinään.

Käytännön käsittely- ja huoltosäännöt

Kylmä ei muuta CO2-sammuttimen huoltoa, mutta sen käsittelyä se muuttaa. Nämä säännöt kattavat suurimman osan siitä, mikä menee pieleen:

1. Pidä sylinteri pystyssä. Sifoniputki toimii vain pystyasennossa suunnitellulla tavalla.
2. Älä koskaan koske äänitorveen tai metalliseen ulostuloaukon purkamisen aikana tai heti sen jälkeen; odota, kunnes pakkanen on poistunut.
3. Käytä lyhyitä purskeita pienissä tulipaloissa ja hyökkää suositellulta etäisyydeltä, koska kylmän virran heitto on lyhyempi kuin miltä näyttää.
4. Punnitse sylinteri jokaisessa tarkastuksessa sen sijaan, että luottaisi pelkästään mittariin; hidas latauksen menetys jättää mittarin näyttämään normaalilta.
5. Varmista, että repeämälevy, letku ja äänitorvi ovat ehjät ja että äänitorvi ei ole haljennut edellisestä kylmäjaksosta.
6. Kun olet käyttänyt suljetussa tilassa, tuuleta ennen kuin kukaan palaa sisälle riippumatta siitä, kuinka pieni tuli oli.

Mitä tämä tarkoittaa, kun määrität

Kaikille, jotka määrittelevät, ostavat tai käyttävät CO2-laitteita, käytännön johtopäätös on suoraviivainen. Käsittele poistovirtaa kylmänä, nopeana suihkuna eikä kaasupilvenä. Tarkista, että äänitorvi ja kahva on suunniteltu tähän todellisuuteen, varmista, että venttiilin ja rungon materiaalit sopivat työmaasi ympäristön lämpötiloihin, ja kouluta käyttäjiä pitämään kätensä poissa laitteistosta, kunnes huurre katoaa.

Ymmärrä tämä mekanismi ja huurre lakkaa näyttämään vialta. Siitä tulee ennustettavissa oleva suunnittelurajoitus, jota hyvä paineastioiden valmistus ja oikea venttiilitekniikka on rakennettu kestämään ensimmäisestä purkamisesta kymmenesosaan.