最近美国时代杂志遴选了2011年度的50大发明，灭火魔杖被选为第27项。虽然听起来挺邪乎的，但其中的原理相当的简单，我只是纳闷为什么前人没有追梦呢？为什么又是美国？为什么是2011年的发明，而不是1893年的发明（芝加哥世博会，电气产品大展览，现在的主要电气产品，当时都出现了）？ 对于电气原理，笔者似懂非懂，对于灭火原理，笔者还是有长期的思考投入，可以从火焰结构的改变来认识电杖灭火现象（魔杖是外行的说法，产生可以移动的电场，用来驱动火焰中的电离子，这是电杖灭火的关键）。

   通常我们所说的火焰，又预混火焰和扩散火焰两种。。预混火焰燃烧温度高，效率高，但使用风险也高（有爆燃和爆炸的危险）。通常民用火灾，主要是扩散火焰，也就是说，燃料和氧气的接触是在火焰发生之后通过扩散进行的，关键是需要温度来维持燃烧反应的持续进行。通常燃料的能量是以化学能的形式贮存在燃料中，燃料需要被加热气化，气相的燃料继续被加热到燃烧温度，才可能持续释放能量，维持反应的进行。火焰的反应区很细，通常是毫米，甚至是微米水平的，我们所看到的火焰，其实是燃烧产物烟黑辐射的结果，并不是真正的反应区。真正的反应区非常薄，非常高温，才可以维持燃烧反应的正常进行。多少温度才可以维持燃烧？点火的扩散火焰，需要1600K（1300摄氏度），才能被点燃。而灭火时的预混火焰，需要把火焰温度降低到1800K（1500摄氏度）左右，才能保证灭火的效果。

怎样才能灭火？有两种主要的灭火方式，一种是从源头停止燃料的供给，如用水灭火，降低燃料的表面温度，停止吸热挥发的热解过程，大约80%的灭火市场是基于水的冷却灭火原理。还有一种方式就是对火焰结构作文章，所谓的气相灭火方式，只有20%的市场份额，可也是最有利可图的市场份额。原因在于，气相灭火方式，没有污染，不需要后处理，一旦灭火可以立即回复生产，因此，可以避免常规灭火方式带来的停产损失。所以，虽然非水灭火系统比水喷淋系统贵上很多倍，仍然有一些财大气粗的企业安装气体灭火系统。笔者曾经给美国南极洲的McMurdo科学考察基地设计过一套气体灭火系统（FE13/HFC23）。为什么南极需要气体？因为水会结冰。为什么需要昂贵的系统？因为距离厂家太远，停产损失代价太高，或无法接受。从美国本土到南极的输运费用，有可能超过设备本身，所以对设备的可靠性要求很高，而这是气体灭火系统的优势。气体灭火系统保障其他设备的正常运行。

  那么，灭火魔杖是按照什么原理工作的呢？通过对火焰中的电离子加以控制和驱动，可以改变火焰的结构，如果火焰变厚，意味着散热增加，燃烧就不可维持。如果在火焰中加入导热性大的物体，也可以把火焰淬熄。哈龙产品可以通过所谓的离子夺取来达到提高火焰阈值，让火焰难以维持。而电杖呢？也是通过对离子的控制，来改变火焰的散热结构，导致火焰无法维持正常的火焰温度，不得不熄灭。也就是说，令火焰熄灭的是空气和燃料（不错，燃料也有质量，有质量就吸热，可以看作灭火潜力，当然燃料的防热潜力大于灭火潜力，这是相对的贡献。绝对的贡献是燃料拥有两种潜力，而灭火剂只吸热，不防热，比较单一功能。灭火，不过是放热与吸热潜力的相互竞争罢了。）而电杖的功能在于调节火焰发生的温度阈值，让本来比较容易的反应条件难以满足而已。　

  我看研制者的应用领域，似乎是当作消防队员的灭火工具而设计，这样的科研思路很不对头。因为电杖本身并不吸热，它的工作是通过改变燃烧条件而达到灭火效果的。可是，灭火之后的燃料依然存在，以预混形式存在的气体燃料又爆炸的危险，因此，把电杖当作灭火工具的想法，似乎有技术并伦理的困境。而我认为，电杖的最佳使用场合应该是电气火灾，以其道还治其人之身。电杖灭火的最佳场合是电器火灾，有可能对Ｃｌａｓｓ　Ｃ火灾带来很大影响。也就是说，那些数据库，交换中心，资料室，最有可能使用电子灭火系统，这是利润最优厚的灭火市场，哈佛大学的设计，只有在这个领域才能发挥更好的经济效益。

在高利润的气体灭火领域，中国是蒙特利尔条约的最大受益国家，通过西方国家的技术转移和发展中国家地位带来的优惠条件而在灭火市场有所发展。可是，保护带来的后果是，中国对于新型灭火剂的研究很少，基本没有前期的市场投入。高端灭火剂市场拱手让人，底端灭火剂市场你死我活高度竞争。当市场出现革命性产品之时，就是我们停止窝里斗，看准目标投入科研的时候。由于不能找到哈龙产品的完美替代品，美国的灭火市场被几十种灭火剂瓜分，混战不已。这种电杖灭火技术，如果应用在高端的 Class C 灭火领域，有可能因其环保效果而达到驱逐所有灭火剂，独霸江湖的效果。不错，市场靠技术来推动，但灭火剂市场更依赖于政治和技术的综合考量，特别是人民对环境如此关注的今天，革命性的产品，必将颠覆所有的传统认识，这是笔者作为旁观者的感受。

有道是，电杖简单似神奇，燃烧原理解奥秘；革命技术刚露头，颠覆市场藏机会。横批是：时不我待。

 

An electric field pushes a flame away from a burner in a recent Harvard experiment. 电场改变火焰结构，导致局部灭火，而燃料在其他地方继续反应，看上去，就是火焰被魔杖驱赶了。

附录：

哈佛大学怀特塞德斯研究团队研制出一种新型灭火装置，被形象地称之为“魔杖”。这款装置的主要部件是一个电极，在设计用于减弱火势和扑灭火焰。参与研究的鲁多维科-卡德马蒂里表示：“它并不是在变魔术。”“魔杖”可以形成一个电场，电场产生带电粒子流，对抗火焰。这款装置不仅可以减少火灾造成的破坏，同时也能减少灭火用水数量。

 

哈佛大学怀特塞德斯研究团队研制出的灭火装置，可形成一个电场，产生带电粒子流，对抗火焰。在哈佛的一项近期实验中，一个电场把火焰从燃烧器上推开。

图片提供：Jabulani Barber and Ludovico Cademartiri  

2011年3月29日出版的国家地理新闻,撰文：Charles Choi

近期的实验表明，电魔杖让未来的消防队员只需手一挥就可以灭火。目前，消防队员使用水、泡沫、粉末及其它物质灭火。然而，哈佛大学由Whitesides领导的研究团队的一组人员指出电场也能灭火——可减少水的破坏及阻燃剂对环境构成的威胁。科学家们用一根细电线连接一台600瓦放大器——其功率约为一组高端汽车音响的功率，其尺寸如一个文件柜的大小——插入墙。  该“魔杖”系统产生一个强度为每米1000千伏的电场，“约为在干燥空气中必然产生火花的电场强度，”哈佛博士后、化学家Ludovico Cademartiri说。

每当研究人员把电魔杖靠近一个喷射高达20英尺(50厘米)的细火焰时，火几乎立即被熄灭。  

虽然它有哈利·波特级的能量，但据说灭火魔杖是相当安全的。它的频率、电压及电流“不足以对健康的人造成健康问题，”Cademartiri解释说。未来的型号会更完善。一个电魔杖仅使用实验功率的十分之一就可以发挥作用Cademartiri推测——未来制造的电魔杖系统可能是便携式的。

电魔杖的工作原理

火焰中的电子、离子和烟尘都会受电场影响。基于此原理，实验中的电魔杖本质上使用电推离燃烧器喷出的火，“把它与燃料分离，然后火就熄灭了。”现在，科学家希望通过改变电极的形状、电流、电频及电压，扩大电魔杖的灭火范围。Cademartiri表示：“我们最近才开始研究潜在的扩展性”。他设想，最终类似的设备可以被安装到建筑的天花板或轮船上——就像现在的喷水系统——或者是可让消防队员携带的肩背式。

不过，魔杖不是灵丹妙药，他补充说。因为未来该工具多用于室内灭火，在森林火灾及其它大面积的火灾中，电魔杖无法很好地发挥作用，他说。“我们看到其作用大小取决于电场强度，”他解释说，“制造超过大面积的巨大电场是一个挑战。” 除了灭火，电魔杖正适合在紧要关头控制火势，如发动机、炉和火炬等。研究人员发现，这是因为电场还会影响火焰温度和闪烁的位置。“寻找影响并控制火的新方法，”Cademartiri说，“可能对更广的科技领域带来影响。” 研究发现，这是因为电场也会影响火焰的温度，在火焰闪烁处的温度。”卡德马迪里说，“寻找新的方式来影响和控制火焰，可能需要用多种技术来解决。“

最近的试验研究表明，电魔杖可以让未来的消防队员用手一挥就可以扑灭火焰。目前，消防队员使用水，泡沫和粉末等物质来扑灭火焰。但哈佛大学怀特赛德斯领导的研究小组团队指出，电场十分有可能用来熄灭火焰，可以减少因水带来的危害以及由灭火剂引起环境影响。.科学家们将一根细电线连接到600瓦的放大器中--功率大致为高端汽车音响的的功率，尺寸大致为文件夹大小--将它塞进墙内。电魔杖系统能产生每米一百万伏特的电场强度，“大约相当于要在干燥空气中产生电火花的电场强度”，哈佛大学的博士后，化学家卢多维科 卡德马迪里说。.只要将电魔杖接近燃烧高度为20吋（50厘米）的火焰时，火苗几乎立即被扑灭。而且据说电魔杖是相当安全的。它的频率，电压和电流“是不足以对健康人造成健康问题，”卡德马迪里说。未来的电魔杖可能会更加温和。仅使用实验电魔杖功率的十分之一的店，魔杖也可以实现几乎一样的结果，卡德马迪里推测--魔杖系统可能在将来某个时间制成便携式的。电魔杖是如何工作的呢？火焰中的电子，离子和里面的火焰烟尘都会对电场有相应。根据这一原理，在实验基中，电魔杖用电将火焰推离燃烧器，“将火焰与燃料分离，因此它就熄灭了。”科学家现在通过改变电魔杖中电极的形状，电流强度，频率，电压等来延长灭火的距离以及灭火的范围。”卡德马迪里说，我们最近才开始研究其可能的时间表，”。最终，类似的装置可在建筑物的天花板安装或舰船上，就像现在的喷淋装置--或者是可携带式的，消防队员可以背在背上的形式，卡德马迪里推测。但他补充说，电魔杖是不能包治百病的。这种灭火工具可能只能在室内使用，电魔杖对森林火灾和其它面积太大的大火灾不能起作用，他说。他解释说“，我们看到的效果取决于电场的强度，”。“要在大面积区建立一个大的电场，这是一个挑战“，他说。除了熄灭火焰外，电魔杖可能只能满足小火灾的需要，如发动机，熔炉，和火把等。

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