BRPI0618029A2 - sistema de célula de combustìvel para extinguir incêndios - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE CéLULA DE COMBUSTìVEL PARA EXTINGUIR INCêNDIOS De acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção, um sistema de combate a incêndio para extinguir um incêndio é fornecido, que tem uma célula de combustível para produzir um ar de descarga de catodo enriquecIdo com nitrogênio. A célula de combustível é abastecida com ar e um combustível. Dentro da célula de combustível, o ar é então reduzido a um teor determinado de oxigênio. O ar de descarga é fornecido â fonte de incêndio.

Description

"SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL PARA EXTINGUIR

INCÊNDIOS"

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS

Esse pedido reivindica o beneficio da data de de-pósito do pedido de patente alemã número 10 2005 053 694.8depositado em 10 de novembro, de 2005 e do pedido de patenteprovisional dos Estados Unidos número 60/738.079 depositadoem 18 de novembro de 2005, a revelação desses pedidos é pelapresente incorporada a titulo de referência.

Campo da invenção:

A presente invenção refere-se ao combate de incên-dios. Em particular, a presente invenção refere-se a um sis-tema de combate a incêndios para extinguir um incêndio, ouso desse sistema de combate a incêndios em uma aeronave, ouso desse sistema de combate a incêndios em um edifício, ouso desse sistema de combate a incêndios em um navio, umaaeronave tendo um tal sistema de combate a incêndios, e ummétodo para combate de incêndios.

Antecedentes técnicos da invenção:

Por aproximadamente 40 anos, hidrocarbonetos halo-genados (Halon) têm sido utilizados para extinguir incêndiosa bordo de aeronaves. Halon são hidrocarbonetos parcial outotalmente halogenados, que engajam quimicamente na reaçãoem cadeia do incêndio e desse modo levam a uma interrupçãoda reação.

Admitidamente, o Halon 1211 (cloro-bromo-diflúor-metano para extintores de incêndio portáteis) e 1301 (bromo-triflúor-metano para montagens de extinção instaladas) con-tribuem para a formação do ozônio estratosférico e portantosão incluídos nos materiais que foram proibidos no Protocolodas Nações Unidas de Montreal.

Sumário da invenção:

Pode ser desejável fornecer um sistema de combatea incêndios, aperfeiçoado, em uma aeronave.

De acordo com uma modalidade exemplar da presenteinvenção, um sistema de combate a incêndios para extinguirum incêndio em uma sala é fornecido, o sistema de combate aincêndio incluindo uma célula de combustível para produzirum ar de descarga de catodo enriquecido com nitrogênio e umamontagem de condutos para conduzir o ar de descarga de cato-do enriquecido com nitrogênio para a fonte de incêndio, demodo que um teor de oxigênio em torno da fonte do incêndio éreduzida, de tal modo que a fonte do incêndio é extinta.

Desse modo, um sistema eficaz para combater incên-dios em salas ou objetos pode ser fornecido, que utiliza arde descarga rico em nitrogênio e pobre em oxigênio de umsistema de célula de combustível. Desse modo, o ar de des-carga de um sistema de célula de combustível interno a bordopara combater um incêndio ou para evitar o risco de incên-dio, pode ser utilizado. Além disso, dispositivos extintorespodem ser dimensionados menores ou mesmo totalmente elimina-dos. Para essa finalidade, todos os tipos de células de com-bustível podem ser utilizados, como por exemplo, Células decombustível alcalino (AFC), Células de combustível de mem-brana de permuta de próton (PEMFC), células de combustívelde ácido fosfórico (PAFC), Células de combustível de carbo-nato fundido (MCFC), Células de combustível de óxido sólido(SOFC), ou Células de combustível de metanol/álcool direto(DAFC/DMFC).

A esse respeito, a temperatura operacional do ele-trólito não pode ser importante, em vez disso exclusivamentea composição do ar de descarga de catodo. Esse pode conterum gás inerte, como nitrogênio ou similar. O ar de descargapode ser,, portanto seco ou conter água, dependendo do tipode célula de combustível e se necessário, os ajustes do sis-tema .

Com base nas propriedades inertes do nitrogênio,nitrogênio pode ser particularmente bem apropriado para com-bater incêndios em salas.

De acordo com uma modalidade adicional da inven-ção, o sistema de combate a incêndios tem adicionalmente umaunidade de controle ou regulação para disparar (empregar) ofornecimento do ar de descarga de catodo enriquecido com ni-trogênio para a fonte do incêndio.

O ajuste do teor de oxigênio pode ser executadopela alteração do valor de lambda do catodo da célula decombustível. 0 valor de lambda representa a razão entre aquantidade de oxigênio fornecida à célula de combustível e aquantidade de oxigênio convertida no interior da célula decombustível. A razão pode ser ajustada pela regulação dofornecimento de ar (soprador) da célula de combustível. Nocaso do teor de oxigênio no gás de descarga de catodo serdemasiadamente elevado, o fornecimento de ar e portanto ovalor de lambda tem de ser diminuído. Desse modo, o teor deoxigênio dentro da sala pode ser controlado pelo fornecimen-to de ar de descarga de catodo adequado para a sala.

Desse modo, um processo de extinção pode ser ini-ciado automaticamente. Além disso, o teor de oxigênio podeser ajustado ou reajustado de acordo dependendo das especi-ficações. O controle/regulação pode ocorrer de forma total-mente automática. Por exemplo, o teor de oxigênio pode serajustado, quando pessoas vão entrar na sala, de modo que sesitua aproximadamente em 15% de volume. Desse modo, pode serassegurado que pessoas podem entrar na sala, e por outro la-do, entretanto, o risco de ignição ou risco de incêndio emrelação ao ar normal é substancialmente reduzido. O sistemade combate a incêndio, então, também pode ser utilizado deforma defensiva ou preventiva.

Por outro lado, por exemplo, por intermédio da u-nidade de regulação ou controle, pode ser assegurado tambémque a porção de oxigênio permanece sempre sob um valor máxi-mo predefinido, determinado, por exemplo, abaixo de 12% devol. ou abaixo de um valor ainda menor.

Naturalmente, a unidade de regulação ou controletambém pode ser projetada como uma unidade de controle sim-ples. A regulação pode ser então executada manualmente.

De acordo com uma modalidade adicional da presenteinvenção, a unidade de regulação ou controle é projetada pa-ra controlar ou regular um fornecimento de ar do catodo dacélula de combustível, um fornecimento de combustível do a-nódio da célula de combustível e/ou fornecimento do ar dedescarga de catodo enriquecido com nitrogênio para a fontede incêndio.

Desse modo, a força da célula de combustível podeser ajustada dependendo das exigências, em que mais ou menoscombustível, mais ou menos ar é fornecido ou mais ou menosforça é exigida pelos consumidores. Além disso, a conduçãodo ar de descarga de catodo enriquecido com nitrogênio paradentro da sala pode ser controlada ou regulada em que, porexemplo, uma válvula correspondente é operada pela unidadede controle ou regulação.

De acordo com uma modalidade adicional da presenteinvenção, o sistema de combate a incêndio inclui ainda umaunidade de medição para medir pelo menos um parâmetro físi-co, selecionado do grupo que Consiste em teor de oxigênio nasala, o teor de hidrogênio na sala, uma temperatura dentroda sala, uma pressão dentro da sala, um teor de umidade den-tro da sala, e um detector para reconhecer uma característi-ca de incêndio dentro da sala. Além disso, o sistema de com-bate a incêndio inclui uma linha de dados para transmitir osparâmetros físicos medidos a partir da unidade de mediçãopara a unidade de regulação ou controle.

Desse modo, a condição na sala pode ser monitora-da. Se a temperatura na sala aumentar, por exemplo, ou sefumaça se desenvolver nesse lugar, o teor de oxigênio podeser reduzido adicionalmente através do fornecimento do ar dedescarga de catodo, para extinguir um incêndio em desenvol-vimento. De modo semelhante, a pressão pode ser monitorada.Se a pressão exceder um valor determinado, por exemplo, for-tificado, descarga de catodo enriquecida com nitrogênio podeser fornecida, em que parâmetros de incêndio são relaciona-dos à intensidade do desenvolvimento de fumaça. A manutençãopermanente e automática do parâmetro predeterminado pode serum objetivo principal da unidade de regulação e controle dosistema de combate a incêndio de acordo com isso.

De acordo com uma modalidade adicional da presenteinvenção, o sistema de combate a incêndio inclui ainda umaunidade de medição para medir pelo menos um parâmetro físi-co, selecionado do grupo que consiste em teor de oxigênio doar de descarga em um sistema de conduto, o teor de hidrogê-nio do ar de descarga em um sistema de conduto, o teor dedióxido de carbono do ar de descarga em um sistema de condu-to, o teor de monóxido de carbono do ar de descarga em umsistema de conduto, o teor de óxido de nitrogênio do ar dedescarga, o fluxo de volume do ar de descarga em um sistemade conduto, uma temperatura do ar de descarga em um sistemade conduto, uma pressão do ar de descarga em um sistema deconduto, um teor de umidade do ar de descarga em um sistemade conduto. Além disso, o sistema de combate a incêndio in-clui uma linha de dados para transmitir os parâmetros físi-cos medidos a partir da unidade de medição para a unidade decontrole e regulação.

De acordo com uma modalidade adicional da presenteinvenção, o sistema de combate a incêndio inclui ainda umaválvula para liberar a descarga de um sistema de conduto pa-ra o ar circundante. Se, por exemplo, o teor de oxigênio doar de descarga do sistema de conduto exceder ou cair abaixode um valor determinado, isso pode ser detectado pela unida-de de medição, transmitido para a unidade de controle e re-gulação, e se necessário, o valor é acionado, de tal modoque o ar de descarga não é fornecido a uma sala, em vez dis-so para o ar circundante.

De acordo com uma modalidade adicional da presenteinvenção, o sistema de combate a incêndio inclui ainda umaválvula de descarga de pressão para regular a pressurizaçãona sala.

Se, por exemplo, a pressão na sala exceder um va-lor limite determinado ou se a diferença entre a pressão in-terna na sala e o ambiente circundante da sala exceder umparâmetro determinado, ar pode ser liberado de acordo.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o sistema de combate a incêndio incluiainda um compressor para comprimir o ar de descarga de cato-do enriquecido com nitrogênio, de modo que o desempenho deextinção de incêndio é aumentado e/ou um permutador de calorpara resfriar o ar de descarga de catodo enriquecido com ni-trogênio .

Desse modo, o ar de catodo enriquecido com nitro-gênio pode ser comprimido ou resfriado, antes de ser forne-cido à sala ou fonte de incêndio.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o sistema de combate a incêndio incluiainda um condensador para condensação de água a partir do arde descarga de catodo enriquecido com nitrogênio e um tanquede ar para armazenar a água condensada-para fora.Desse modo, a água de descarga de catodo pode serproduzida, que é então armazenada. A partir dessa armazena-gem, pode ser então fornecida para o suprimento de água daaeronave, por exemplo, ou pode ser utilizada no evento de umincêndio para fins de extinção.

Uma linha direta também pode ser fornecida a par-tir do condensador para o sistema de água da aeronave (semter de armazenar a água condensada-para fora em um tanque deágua).

Além disso, também um fornecimento do condensadorpara um sistema reformador de hidrogênio pode ser fornecido,uma vez que o reformador de hidrogênio pode ser necessáriopara produzir hidrogênio a partir de água de hidrocarboneto.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o sistema de combate a incêndio incluiuma montagem de controle de clima para temperar a sala. Des-se modo, o ar pode ser aspirado, resfriado, e novamente for-necido para a sala, sem afetar o teor de oxigênio na sala.Além disso, a montagem de controle de clima pode ser utili-zada para temperar a descarga de célula de combustível antesdo fornecimento para a sala. Portanto, por exemplo, após acondensação, a temperatura antes do fornecimento para dentroda sala é regulada novamente a um nível determinado.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o sistema de combate a incêndio incluiainda uma linha de fornecimento para fornecer um suprimentode ar do catodo da célula de combustível a partir da sala,pelo que o teor de oxigênio na sala pode ser diminuído aindamais.

Esse suprimento, por exemplo, pode ser ligado a-través do dispositivo de controle e regulação, quando a por-ção de oxigênio na sala deve ser diminuída ainda mais, paraaumentar adicionalmente a proteção contra incêndio. Em ou-tros casos (ou simultaneamente), a célula de combustível po-de ser abastecida com ar externo ou também ar de cabine.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, a unidade de controle ou regulação é pro- jetada para controlar ou regular pelo menos um do permutadorde calor, compressor, válvula de descarga de pressão, asválvulas de sangria, a montagem de controle de clima, e ofornecimento da água para o reformador de hidrogênio.

Dependendo das especificações, portanto, a tempe- ratura do gás de descarga de catodo enriquecido com nitrogê-nio conduzido para dentro da sala pode ser resfriado de a-cordo. Além disso, o grau de compressão do ar de fornecimen-to de anódio, ar de fornecimento de catodo, ou descarga decatodo enriquecido com nitrogênio fornecida para dentro da sala pode ser ajustado.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, a descarga de catodo pode ser interconec-tada com células de combustível adicionais, de modo que o ardescarregado a partir de um catodo serve como o fornecimento para outros. Isso leva à diminuição adicional do teor de o-xigênio no ar descarregado das células de combustível inter-conectadas.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção do sistema de combate a incêndio, o ar dedescarga de catodo também pode ser interconectado a um dis-positivo para redução adicional do oxigênio. Para essa fina-lidade, por exemplo, uma membrana de fracionamento de ar po-de ser apropriada. Pode separar a descarga de catodo em doisfluxos: ar rico em oxigênio e ar rico em nitrogênio. 0 arrico em oxigênio é emitido para a atmosfera; o ar rico emnitrogênio restante é fornecido à sala.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, a energia térmica e elétrica necessáriano sistema de combate a incêndio é fornecida diretamente apartir da célula de combustível.

Desse modo, nenhum fornecimento de energia externopode ser necessário. O sistema pode trabalhar em um modo deauto-sustentação e pode produzir sua própria energia.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, um sistema de combate a incêndio é forne-cido, que inclui ainda uma linha de fornecimento e uma arma-zenagem de água, pelo que água pode ser fornecida a partirda armazenagem de água para a fonte de incêndio através dalinha de fornecimento.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o sistema de combate a incêndio incluiainda uma armazenagem intermediária para armazenar o ar dedescarga de catodo enriquecido com nitrogênio, que pode seresvaziado no evento de um incêndio para extinção rápida.

Além disso, de acordo com uma modalidade exemplaradicional da presente invenção, a sala na qual o incêndiodeve ser extingo, é uma sala em uma aeronave.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o uso de um sistema de combate a incên-dio, como descrito acima, é fornecido para extinguir umafonte de incêndio em uma aeronave. Por exemplo, uma fonte deincêndio na bay de carga, bay eletrônica ou pequenas áreasocultas.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o uso de um tal sistema de combate a in-cêndio para extinguir uma fonte de incêndio em um navio éfornecido.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o uso de um tal sistema de combate a in-cêndio para extinguir uma fonte de incêndio em edifícios éfornecido.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, o uso de um tal sistema de proteção con-tra incêndio é fornecido para redução geral de oxigênio como mesmo, para simulação de altitude e para redução de oxida-ção em uma sala.

Além disso, uma aeronave é fornecida, incluindo umsistema de combate a incêndio, como descrito acima, paracombater incêndio em uma sala em uma aeronave.

Além disso, de acordo com uma modalidade exemplaradicional da presente invenção, um método para combater in-cêndio é fornecido, no qual um ar de descarga de catodo en-riquecido com nitrogênio é produzido por uma célula de com-bustível e o ar de descarga de catodo enriquecido com nitro-gênio é conduzido para uma fonte de incêndio, de modo que oteor de oxigênio em torno da fonte de incêndio é reduzido,de tal modo que a fonte de incêndio seja extinta.

A esse respeito, um método pode ser fornecido a-través do qual um combate aperfeiçoado a incêndio em uma sa-la de uma aeronave pode ser tornado disponível. Sistemas deextinção de incêndio adicionais, como sistemas Halon, podemnão ser necessários.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, parâmetros físicos dentro da sala são me-didos, como a temperatura dentro da sala, a pressão dentroda sala, o teor de oxigênio dentro da sala, o teor de umida-de dentro da sala, o teor de hidrogênio dentro da sala, ou odesenvolvimento de fumaça dentro da sala. Esses parâmetrosmedidos podem ser então transmitidos a partir da unidade demedição para a unidade de regulação ou controle para dispa-rar o fornecimento do ar de descarga de catodo enriquecidocom nitrogênio para a fonte de incêndio. O teor de oxigênioda descarga de catodo pode ser ajustado pelo controle daLambda do catodo pela unidade de controle. Além disso, umaunidade de separação de ar pode diminuir adicionalmente oteor de oxigênio da descarga de catodo antes de fornecer amesma para uma fonte de incêndio.

De acordo com uma modalidade exemplar adicional dapresente invenção, parâmetros físicos em um sistema de con-duto são medidos, como por exemplo o teor de oxigênio do arde descarga, o teor de hidrogênio do ar de descarga, o teorde dióxido de carbono do ar de descarga, o teor de monóxidode carbono do ar de descarga, o teor de óxido de nitrogêniodo ar de descarga, o fluxo de volume do ar de descarga, atemperatura do ar de descarga, a pressão do ar de descarga,e o teor de umidade do ar de descarga. Além disso, o sistemade combate a incêndio inclui uma linha de dados para trans-mitir os parâmetros físicos medidos a partir da unidade demedição para a unidade de regulação e controle.

Desse modo, pode ser assegurado que o teor de oxi-gênio na sala é ajustado respectivamente, conforme necessá-rio de acordo com as presentes condições na sala.

Modalidades exemplares adicionais da invenção sãofornecidas nas reivindicações dependentes.

A seguir, modalidades exemplares preferidas dapresente invenção serão descritas com referência às figuras.

Descrição curta dos desenhos:

A figura 1 mostra um diagrama de fluxo esquemáticode um sistema de combate a incêndio de acordo com uma moda-lidade exemplar da presente invenção.

A figura 2 mostra um diagrama de fluxo esquemáticode um sistema de combate a incêndio de acordo com uma moda-lidade exemplar adicional da presente invenção.

A figura 3 mostra um diagrama de princípio esque-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

A figura 4 mostra um diagrama de princípio esque-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar adicional da presente invenção.

A figura 5 mostra um diagrama de princípio esque-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

A figura 6 mostra um diagrama de principio esque-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

A figura 7 mostra um diagrama de principio esque-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

A figura 8 mostra um diagrama de principio esgue-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

A figura 9 mostra um diagrama de principio esgue-mático de um sistema de combate a incêndio de acordo com umamodalidade exemplar da presente invenção.

Descrição detalhada de modalidades exemplares:As ilustrações nas figuras são esguemáticas e nãoem escala.

Na descrição a seguir das figuras, os mesmos nume-rais de referência são utilizados para os elementos iguaisou similares.

A figura 1 mostra um diagrama de fluxo esguemáticode um sistema de combate a incêndio para extinguir uma fontede incêndio em uma sala, por exemplo, em uma aeronave, deacordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. Co-mo pode ser visto na figura 1, o sistema de combate a incên-dio 100 tem uma célula de combustível ou montagem de célulade combustível 1, gue é fornecida no lado de entrada com ma-térias primas correspondentes 5, 9 e libera energia elétrica101, energia térmica 102 e ar com uma porção de oxigênio re-duzido 2. Vapor d'água pode ser adicionado ao ar e a célulade combustível, dependendo do desenho da célula de combustí-vel 1. O ar com oxigênio reduzido 1 é então fornecida parafins de proteção contra incêndio através de uma linha cor-respondente 16 para a sala a ser protegida.

A figura 2 mostra um diagrama de fluxo esquemáticode um sistema de combate a incêndio 100, de acordo com umamodalidade adicional da presente invenção. NO sistema mos-trado na figura 2, o ar de descarga 2 é separado por um con-densador 19 para dentro de água 20 e ar rico em nitrogênio(pobre em oxigênio) seco 202. Aqui, somente o ar rico em ni-trogênio, seco, 202 serve como um gás de proteção inerte,que é fornecido através da linha 16 para o incêndio a serextinto.

Todas as salas e objetos podem ser "tornados iner-tes" pelo ar de descarga da célula de combustível ou todosos incêndios em salas e objetos podem ser extintos com o arde descarga de catodo.

Com redução do teor de oxigênio para abaixo de a-proximadamente 15% de volume essas salas e objetos podem nãoservir como residências permanentes de pessoas e animais.Com aproximadamente 17% de volume a possibilidade de incên-dio pode ser muito reduzida, habitação por mais tempo porpessoas, entretanto, pode ainda ser possível. A porção deoxigênio reduzido pode reduzir pelo risco de incêndio ou ex-plosão .

o uso do gás de descarga de célula de combustívelpode ser favorável ao meio ambiente e não tóxico.

Com o uso de um sistema de célula de combustívelpara obter corrente, calor e/ou água, o ar pobre em oxigêniopode ser eliminado como subproduto.

O sistema de combate a incêndio 100 pode ser uti-lizado em veículos móveis ou dispositivos de extinção ou emaeronave bem como em aplicações estacionárias, por exemplo,em edifícios.

A figura 3 e a figura 4 mostram, esquematicamentediagramas de princípios de um sistema de combate a incêndio100 de acordo com modalidades exemplares adicionais da pre-sente invenção. Com a célula de combustível 1, todos os ti-pos de células de combustível podem ser utilizados. Alémdisso, múltiplas células de combustível 1 podem ser forneci-das, que, por exemplo, são conectadas juntas como uma bate-ria de célula de combustível ou (redundante) são montadas emlocais separados (vide os sistemas de célula de combustível501, 502, 503 e salas 504., 505 na figura 4) . Desse modo, asegurança do sistema de combate a incêndio inventivo 100 po-de ser adicionalmente aumentada.

Com as células de combustível 1 a serem utiliza-das, as denominadas Célula de combustível alcalino (AFC),Célula de combustível de membrana de permuta de prótons(PEMFC), Célula de combustível de ácido fosfórico (PAFC),Célula de combustível de carbonato fundido (MCFC), Célula decombustível de óxido sólido (SOFC) ou uma Célula de combus-tível de metanol/álcool direto (DAFC/DMFC) podem ser utili-zadas. Entretanto, também outros tipos de célula de combus-tível podem ser possíveis e desejáveis.

Como pode ser visto na figura 3, a célula de com-bustível 1 é fornecida no lado de anódio com um combustível3 e no lado de catodo com ar 4.

O combustível 3, que é fornecido ao anódio 31, po-de variar dependendo do tipo de célula de combustível. Podenão ser importante qual é o tipo de célula de combustível.Por exemplo, hidrogênio pode ser utilizado como o combustí-vel, que pode ser disponível reformado ou armazenado, porexemplo, a partir de hidrocarbonetos (como presente em com-bustível de aeronave) . Com a reformação de hidrogênio, águaé necessária, que pode ser fornecida através de uma linha defornecimento a partir da armazenagem de água para o reforma-dor .

O fornecimento de célula de combustível 5 é moni-torado e regulado por uma unidade de medição, controle e re-gulação 6. A esse respeito, a unidade pode operar como umsensor, que mede volume, temperatura, pressão, ou tambémmassa, e então processa adicionalmente os parâmetros físicoscorrespondentemente medidos, para executar então uma regula-ção ou controle correspondente baseado nos mesmos.

Os dados medidos podem ser transmitidos através dalinha 27 para uma unidade de regulação/controle central 23,que conduz então os ajustes correspondentes no fornecimentode combustível 5, por exemplo, pelo ajuste de valores cor-respondentes de acordo.

Para levar o combustível 3 ao nível de temperaturae pressão da célula de combustível 1, se necessário, um per-.mutador de calor 7 e/ou um compressor 8 é conectado à célulade combustível 1.

o fornecimento de ar do lado de catodo 9 do catodode célula de combustível 32 pode ser monitorado e controla-do/regulador similar ao fornecimento de combustível 5 poruma unidade de medição, controle e regulação 10. Parâmetrosde medição adicionais também aqui são volume, temperatura,pressão, massa ou fluxo de massa e também o valor de lambda(ar em excesso) ou a pureza do ar fornecido.

Também aqui, os dados medidos podem ser transmiti-dos através de uma linha 2 6 para uma unidade de regula-ção/controle central 23, que então conduz o ajuste de válvu-la correspondente ou similar no fornecimento de ar 9.

Além disso, uma unidade de filtro 11, um soprador12, um permutador de calor 13 ou um compressor 14 podem serconectados individualmente ou em qualquer combinação à célu-la de combustível 1 e à unidade de controle e regulação 23.

Com relação ao fornecimento de ar 9, pode ser im-portante que nitrogênio esteja contido no ar. Em aeronave,ar de cabine ou externo pode ser utilizado, por exemplo.

Além disso, o ar pode ser conduzido através de umalinha 15 a partir da sala 25 ou do objeto 25 ao qual o ar dedescarga de catodo enriquecido com nitrogênio 2 é fornecidonovamente para dentro da célula de combustível 1. Desse mo-do, a porção de oxigênio na sala 25 pode ser diminuída aindamais, pelo que a proteção contra oxigênio ou o combate a in-cêndio pode ser ainda mais eficaz.

Além disso, a linha 15 e o outro fornecimento dear 4 podem ser controlados ou regulados através da regula-ção/controle central 23.

É importante que o gás de descarga do catodo 2 te-nha uma porção mínima de oxigênio e uma porção mais elevadade nitrogênio do que o fornecimento de ar do lado de catodo9. Dependendo do tipo de célula de combustível, o ar de des-carga de catodo pode conter a água de produto desenvolvido,até onde a reação de oxigênio/hidrogênio ocorre no lado decatodo.

Esse ar de descarga 2 tem propriedades inertes apartir de sua porção de nitrogênio aumentado, que podem le-var ao resultado de que um incêndio não pode primeiramenteexistir ou pelo menos se espalhar muito menos intensamentedo que sob condições normais.

Por exemplo, o ar de descarga de catodo 2 com umataxa de conversão de oxigênio (Iambda) de 2(que significaque 50% do oxigênio fornecido reage na célula de combustível1 com o hidrogênio para água) tem ainda somente uma porçãode oxigênio de aproximadamente 10,5% de volume. Ar normaltem uma porção de oxigênio de aproximadamente 21% de volume.

Esse ar de descarga pode ser fornecido diretamenteatravés de um sistema de conduto 16 para a sala ou objeto 15e com o mesmo, contribui para a redução da porção de oxigê-nio na sala ou objeto 25.

Através das unidades de medição 401, 403 (vide afigura 3), o ar de descarga de catodo é monitorado continua-mente com pelo menos um parâmetro físico de porção de oxigê-nio, porção de hidrogênio, pressão, temperatura, teor de u-midade, fluxo de volume, teor de dióxido de carbono e de mo-nóxido de carbono. Pontos de medição adicionais 402, 404,405 são encontrados, por exemplo, no sistema de conduto 16antes de fornecimento para dentro da sala 25 ou para a en- trada de anódio ou entrada de catodo das células de combus-tível. Os dados medidos são transmitidos para a unidade decontrole e regulação central 23. Dependendo da situação, asválvulas de liberação comutam o fornecimento para dentro dasala ou a liberação para o meio ambiente.

Através de um compressor 17 e/ou um permutador decalor 18, o ar de descarga de catodo enriquecido com nitro-gênio 2 pode ser comprimido e/ou resfriado, antes de serfornecido à sala/objeto 25.

Como já mencionado, dependendo do tipo de célula de combustível, o ar de descarga de catodo enriquecido comnitrogênio 2 contém água, se necessário. Nesse caso, um con-densador 19 (além de ou como alternativa ao compressor 17 epermutador de calor 18) pode ser conectado. O condensador 19condensa a água para fora e armazena a mesma em um tanque deágua 20 ou leva diretamente para um sistema de água externo201. O sistema de água 20 pode ser um consumidor interno abordo ou também, entretanto, um sistema de extinção adicio-nal 32 para extinguir incêndios. Além disso este sistema deextinção adicional 32 pode ser controlado pelo regulador de controle 23. Com a provisão de um reformador de hidrogênio405, a água condensada para fora pode ser fornecida ao pro-cesso de reformador.

O ar restante, levemente úmido ou totalmente seco,dependendo do grau de condensação, como descrito anterior-mente, pode ser agora fornecido diretamente à fonte de in-cêndio 41 na sala 25 ou através de um compressor 21.

Uma válvula direcional 34 pode conduzir o ar dedescarga de catodo rico em nitrogênio após o condensador 19para um recipiente de armazenagem 36. Um compressor 35, co-nectado se necessário, comprime o ar de descarga de catodorico em nitrogênio e aumenta a densidade de armazenagem. Nocaso de um incêndio, o ar de descarga de catodo rico em ni-trogênio pode fluir para fora da armazenagem 36 e pode serfornecido através de uma válvula de regulação de pressão 37e terminais 38, 39 para o sistema de tubo-conduto 16.

Para aumentar a força de extinção do ar de descar-ga de catodo rico em nitrogênio, água adicional pode serfornecida a partir de uma linha 40 diretamente para dentrodo sistema de tubo ou conduto 16. Além disso, um sistema detubo ou conduto 4 0 que é separado do ar de descarga de cato-do rico em nitrogênio pode ser fornecido. A água pode se o-riginar portanto a "partir da própria célula de combustível,como mostrado pela linha 43, ou a partir de uma fonte exter-na 42, que é controlada pelo regulador/controle 23.

Um aspecto adicional da invenção é a combinação douso de ar de descarga de catodo rico em nitrogênio para ex-tinguir ou parar incêndios com métodos de extin-ção/extintores comuns 32. A esse respeito, por exemplo, acombinação de montagens de névoa de água, C02, nitrogênio,argôni.o, FM200, Novec ou similares com o ar de descarga decatodo rico em nitrogênio de uma célula de combustível éfornecida.

No evento de um incêndio, então, o meio de extin-ção externo pode ser fornecido através do mesmo sistema dedistribuição de tubo ou conduto 16 ou um sistema separado 31para a fonte do incêndio. Além disso, esse sistema separado31 pode ser controlado pelo regulador/controle 23.

A seguir, duas modalidades exemplares serão des-critas:

- a primeira fonte 41 é automaticamente reconheci-da através de um sistema de reconhecimento de incêndio 22. Osistema de reconhecimento de incêndio 22 ativa através daunidade de regulação de controle 23 as características deextinção de incêndio, como o fornecimento do ar de descargade catodo enriquecido com nitrogênio. Por exemplo, em umaaeronave, o sistema de reconhecimento de incêndio 22 anunciaa ocorrência de um incêndio para a tripulação através da u-nidade de controle 23, de modo que então o piloto possa ati-var manualmente as características de extinção.

com aplicações móveis, como por exemplo, comcarros de bombeiros, ou extintores portáteis de célula decombustível, a fonte de incêndio 41 é extinta manual e dire-tamente. Um reconhecimento automático e/ou extinção portantonão é freqüentemente acoplado diretamente ao sistema de com-bate a incêndio 100.

Para extinção eficaz de um incêndio, o ar na sala25 pode ser reduzido a um teor determinado de oxigênio. De-pendendo do uso, o teor de oxigênio pode ser variado.

Com um teor de oxigênio de 15% de volume, muitosmateriais não queimarão mais. Uma entrada na sala generica-mente pode ser ainda possível.

Por exemplo, o controle/regulador 23 é programado,de tal modo que o teor de oxigênio na sala 25 é mantido em15% de volume constante. Entretanto, também outra programa-ção pode ser possível. Por exemplo, o controle/regulador 23pode ser programado, de tal modo que o teor de oxigênio nasala 25 sempre se situa sob um valor limite ajustável. 0 va-lor limite é aproximado a partir debaixo, se necessário cé-lulas de combustível adicionais podem ser conectadas ou aforça da célula de combustível e portanto o fluxo de volumepode ser aumentado.

A sala 25 tem um dispositivo de medição 22 paraessa finalidade, que é conectado ao controle/regulador 23(via uma linha 28) . O dispositivo de medição 22 serve paramedir constantemente e monitorar o teor de oxigênio e se ne-cessário, parâmetros adicionais, como por exemplo, pressão,temperatura, desenvolvimento de fumaça, teor de hidrogêniodentro da sala 25.

Além disso, uma válvula de descarga de pressão 24pode ser fornecida, que pode regular a pressurização.

O dispositivo de medição 22 pode medir continua-mente o teor de oxigênio, a temperatura e a pressão. As in-formações correspondentes são transferidas para a unidade decontrole ou regulação 23.

O desenvolvimento de fumaça pode ser detectadotambém visualmente, por exemplo (com o auxílio de uma vídeocâmera). As imagens capturadas são então eletronicamente a-valiadas e podem, se necessário, ser transmitidas para a ca-bine, de modo que o piloto possa formar uma imagem da situa-ção na sala 25.

Além disso, uma montagem de controle de clima podeser fornecida, que aspira ar a partir da sala 25, aquece ouresfria o mesmo, e fornece o mesmo novamente para a sala.Desse modo, por exemplo, com aquecimento na sala, nenhum ardeve ser fornecido externamente à sala. Desse modo, o teorde oxigênio pode permanecer constante e a temperatura podeser controlada. Além disso, a montagem de controle de climatambém pode ser utilizada para regulação de temperatura dalinha de fornecimento 16.

A unidade de controle ou regulação 23 regula e/oucontrola em particular, por exemplo, o fornecimento de ar 9para ajustar o teor de oxigênio na descarga, o fornecimentode combustível 5, o fornecimento 2 do ar de descarga de ca-todo enriquecido com nitrogênio e todas as válvulas, permu-tadores de calor, compressores, montagens de controle declima, e sopradores instalados no sistema de combate a in-cêndio 100.

O sistema de controle e regulação pode ser contro-lado através de uma linha 29. A linha de fornecimento 16 apartir da sala 25 pode ser regulada através de uma válvula30.

Além disso, a energia elétrica e térmica necessá-ria no sistema, como por exemplo para os compressores, per-mutador de calor, ou a montagem de controle de clima, podeser fornecida a partir da célula de combustível 1, a partirdas fontes externas (não mostradas na figura 3) ou a partirde uma combinação de ambas.

A figura 6 mostra esquematicamente uma conexão emsérie de células de combustível 601, 602. O ar de descargade catodo de uma célula de combustível 601 pode servir aquicomo fornecimento de ar de outra célula de combustível 602.Desse modo, o teor de oxigênio do ar de descarga de catododa segunda célula de combustível 602 pode ser diminuído ain-da mais. Esse arranjo técnico pode ser possível somente atéum certo grau, uma vez que células de combustível exigem umacerta porção de oxigênio no fornecimento de catodo, para não"sufocar" a partir de demasiadamente pouco oxigênio. A linhade fornecimento de uma célula de combustível para outra, bemcomo a linha de fornecimento da última célula de combustível602 para dentro da sala 603 pode compreender um arranjo dedispositivos de medição, compressores, e permutadores de ca-lor, como mostrado na figura 3.

A figura 7 mostra uma modalidade adicional. Aqui,o ar de descarga de catodo 701 é conectado a um dispositivoadicional para redução de oxigênio 702, como por exemplo,uma membrana de fracionamento de ar. Desse modo, o teor deoxigênio do ar de descarga de catodo é diminuído ainda maisantes do fornecimento para dentro da sala 703. Membranas defracionamento de ar dividem ar em um fluxo de ar enriquecidocom oxigênio e um enriquecido com nitrogênio. A porção enri-quecida com oxigênio é liberada para o meio ambiente e aporção enriquecida com nitrogênio é conduzida para dentro dasala.Os princípios de redução de oxigênio genericamentecom células de combustível 601 são mostrados na figura 8. Asvantagens de redução de oxigênio, que é fornecida para com-bate a incêndio, armazenagem de artigos, treinamento de al-titude, e muitas outras aplicações, podem ser suplementadaspor células de combustível nas áreas a seguir. Células decombustível operam silenciosamente, com baixas emissões, emuito eficientemente na produção de corrente e calor. Emcombinação com todas as aplicações da redução de oxigênio, acélula de combustível avança para um sistema de segurança eenergia. Corrente e calor podem ser utilizados ou fornecidoslocalmente. 0 gás de descarga reduz o teor de oxigênio emsalas 801. As salas 801 são protegidas contra incêndios e ocomportamento de oxidação de artigos armazenados é reduzido.Uma vantagem adicional é fornecida pela temperatura opera-cional da célula de combustível, que totaliza pelo menos70°C, de modo que o gás de descarga pode ser considerado co-mo quase livre de germes/estéril.

A célula de combustível pode oferecer fornecimentode energia e combate a incêndio em um sistema.

Um diagrama de princípio esquemático de um sistemade segurança e energia auto-suficiente com as aplicações a-dicionais em áreas esportivas, médicas e logísticas é mos-trado na figura 9. Corrente é produzida em um modo renovávelem modos diferentes e fornecida em um eletrolisador 901. Aprodução da corrente ocorre, por exemplo, através de foto-voltaicos 902, força de água 903, força de vento 904, ou emoutro modo 905. Um gerador correspondente 906 (por exemplo,uma usina hidroelétrica ou uma turbina de vento) conduz acorrente a partir do eletrolisador 901. O eletrolisador gerahidrogênio e oxigênio a partir da água. Oxigênio pode serutilizado, por exemplo em aplicações industriais ou liberadopara o meio ambiente. O hidrogênio produzido pode ser arma-zenado em uma armazenagem 907 ou pode ser fornecido direta-mente à célula de combustível 908. Alternativamente ao ele-trolisador, o hidrogênio pode ser produzido por um reforma-dor 909, que é fornecido através de uma armazenagem de bio-gás 911, armazenagem de hidrocarboneto 912, ou armazenagemde gás natural 913. O oxigênio pode ser armazenado em umaarmazenagem 910.

Além de hidrogênio, a célula de combustível requerar, que é fornecido através do fornecimento 914 . A energiade produto em uma forma térmica e elétrica pode ser forneci-da a um consumidor térmico 915 ou a um consumidor elétrico916 ou fornecido em uma rede. De modo semelhante, a águaproduzida 923 pode ser utilizada. As possibilidades de apli-cação do ar pobre em oxigênio 917 são inúmeras, como por e-xemplo, o uso para proteção contra incêndio 919, para simu-lação de altitude 920, e para fins médicos 921 ou para redu-ção de oxidação para armazenagem de alimento ou plásticos.

O ar pobre em oxigênio é separado da água produzi-da no dispositivo de separação 918.

A invenção não é limitada em seu desenho às moda-lidades preferidas mostradas nas figuras. Além disso, umapluralidade de variações é considerada, que fazem uso da so-lução mostrada e princípio inventivo também essencialmentecom outras modalidades diferentes.

Além disso, é observado que "incluindo" não excluioutros elementos ou etapas e "um" ou "uma" não exclui umapluralidade. Além disso, observa-se que características ouetapas, que são descritas com referência a uma das modalida-des acima, também podem ser utilizadas em combinação com ou-tras características ou etapas de outras modalidades descri-tas acima. Numerais de referência nas reivindicações não de-vem ser vistos como limitações.

Claims (26)

1. Sistema de combate a incêndio para extinguiruma fonte de incêndio em uma sala, o sistema de combate aincêndio (100) sendo CARACTERIZADO por incluir:uma célula de combustível (1) para produzir um arde descarga de catodo enriquecido com nitrogênio; euma montagem de conduto (16) para fornecer o ar dedescarga de catodo enriquecido com nitrogênio para a fontede incêndio (41), de modo que um teor de oxigênio em tornoda fonte de incêndio (41) é reduzido, de tal modo que a fon-te de incêndio (41) seja extinta.

2. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom a reivindicação 1, CARACTERIZADO por incluir ainda:uma unidade de controle ou regulação (23) paradisparar o fornecimento do ar de descarga de catodo enrique-cido com nitrogênio para a fonte de incêndio (41).

3. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a uni-dade de controle ou regulação (23) é incorporada para con-trolar ou regular pelo menos um entre um fornecimento de air(9) para o catodo da célula de combustível (1), um forneci-mento de combustível (5) para o anodo da célula de combustí-vel (1), e o fornecimento do ar de descarga de catodo enri-quecido com nitrogênio para a fonte de incêndio (41).

4. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações 1 até 3, CARACTERIZADO por inclu-ir ainda:uma primeira unidade de medição (6, 10, 22) paramedir pelo menos um parâmetro físico selecionado do grupoque consiste em teor de oxigênio dentro da sala (25), um te-or de hidrogênio dentro da sala, uma temperatura na sala(25) , uma pressão na sala (25), e desenvolvimento de fumaçadentro da sala (25); euma linha de dados (26, 27, 28) para transmitir osparâmetros físicos medidos a partir da primeira unidade demedição (22) para a unidade de controle e regulação (23).

5. Sistema de combate a incêndio, de acordo comuma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por incluirainda:uma segunda unidade de medição para medir um parâ-metro físico, selecionado do grupo que consiste em teor deoxigênio do ar de descarga em um sistema de conduto, teor dehidrogênio do ar de descarga em um sistema de conduto, teorde dióxido de carbono do ar de descarga em um sistema deconduto, teor de monóxido de carbono do ar de descarga em umsistema de conduto, um teor de óxido de nitrogênio do ar dedescarga no sistema de conduto, o fluxo de volume do ar dedescarga em um sistema de conduto, uma temperatura do ar dedescarga em um sistema de conduto, uma pressão do ar de des-carga em um sistema de conduto, um teor de umidade do ar dedescarga em um sistema de conduto.

6. Sistema de combate a incêndio, de acordo comuma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por incluirainda:uma linha de dados para transmitir os parâmetrosfísicos medidos a partir da primeira ou segunda unidade demedição para a unidade de controle e regulação.

7. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:uma válvula de descarga de pressão (23) para regu-lar uma pressurização na sala (25) .

8. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:um compressor (17, 21) para comprimir o ar de des-carga de catodo enriquecido com nitrogênio, de modo que aforça de extinção de incêndio é aumentada; e/ouum permutador de calor (18) para resfriar o ar dedescarga de catodo enriquecido com nitrogênio.

9. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:um condensador (19) para condensar água para forado ar de descarga de catodo enriquecido com nitrogênio; eum tanque de água (20) para armazenar a água con-densada .

10. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:uma linha de fornecimento (15) para fornecer umfornecimento de ar (9) do catodo da célula de combustível(1) a partir da sala (25), pela qual o teor de oxigênio nasala (25) pode ser diminuído ainda mais.

11. Sistema de combate a incêndio, de acordo comuma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por incluirainda:uma montagem de controle de clima para regulaçãode temperatura da sala.

12. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores,· CARACTERIZADO pelofato de que a unidade de controle e regulação (18) é incor-porada adicionalmente para controlar ou regular pelo menosum entre o permutador de calor (18), um compressor (8, 14,-17, 21), a válvula de descarga de pressão (24), a montagemde controle de clima, uma válvula de sangria, e o forneci-mento da água para o reformador de hidrogênio.

13. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelofato de que a energia elétrica e térmica necessária no sis-tema de combate a incêndio (100) é fornecida diretamente apartir da célula de combustível (1).

14. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:uma linha de fornecimento (40);uma armazenagem de água (42);em que a fonte de incêndio (41) pode ser abasteci-da através da linha de fornecimento (40) com água a partirda armazenagem de água.

15. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:uma armazenagem intermediária (36) para armazenaro ar de descarga de catodo enriquecido com nitrogênio, quepode ser esvaziada no evento de um incêndio para extinçãorápida.

16. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:um sistema de extinção separado (32), baseado emmeios de extinção ou métodos de extinção comuns.

17. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO por in-cluir ainda:uma segunda célula de combustível ou uma célula decombustível de membrana de fração de ar (602) conectada àprimeira célula de combustível (1) para redução adicional doteor de oxigênio do ar de descarga de catodo.

18. Sistema de combate a incêndio (100), de acordocom uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelofato de que a sala é uma sala em uma aeronave.

19. Uso de um sistema de combate a incêndio (100),de acordo com uma das reivindicações de 1 até 18,CARACTERIZADO por combater incêndio de uma sala (25) em umaaeronave.

20. Uso de um sistema de combate a incêndio (100),de acordo com uma das reivindicações de 1 até 18,CARACTERIZADO por combater incêndio em uma sala em um edifí-cio, em que o sistema de combate a incêndio tem um forneci-mento de ar, que é disposto fora da sala.

21. Uso de um sistema de combate a incêndio (100),de acordo com uma das reivindicações de 1 até 18,CARACTERIZADO por combater incêndio em um navio.

22. Uso de um sistema de combate a incêndio (100),de acordo com uma das reivindicações de 1 até 18,CARACTERIZADO por redução geral de oxigênio em uma sala.

23. Aeronave, incluindo um sistema de combate aincêndio (100), de acordo com uma das reivindicações de 1até 18, CARACTERIZADO por combater incêndio na aeronave.

24. Método para combater incêndio, o método sendoCARACTERIZADO por incluir as etapas:produzir um ar de descarga de catodo enriquecidocom nitrogênio com uma célula de combustível (1);fornecer o ar de descarga de catodo enriquecidocom nitrogênio a uma fonte de incêndio (41), de modo que umteor de oxigênio em torno da fonte de incêndio (41) é redu-zido, de tal modo que a fonte de incêndio (41) seja extinta.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24,CARACTERIZADO por incluir ainda a etapa:disparar o fornecimento do ar de descarga de cato-do enriquecido com nitrogênio para a fonte de incêndio (41).

26. Método, de acordo com as reivindicações 24 ou-25, CARACTERIZADO por incluir ainda as etapas:medir pelo menos um parâmetro físico selecionadodo grupo que consiste em um teor de oxigênio dentro da sala(25) , um teor de hidrogênio dentro da sala, uma temperaturana sala (25), um teor de umidade na sala, uma pressão na sa-Ia (25), e uma detecção de uma característica de incêndiodentro da sala (25); etransmitir os parâmetros físicos medidos a partirda unidade de medição (22) para uma unidade de controle ouregulação (23) para disparar o fornecimento do ar de descar-ga de catodo enriquecido com nitrogênio para a fonte de in-cêndio (41) . .