CN101394901B - 具有氮发生器的惰性化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建立并维持惰性化水平的惰性化设备(1)，该惰性化水平可以在要被监控的防火室(2)内预置。为此，惰性化设备(1)具有可控惰性气体系统(10、11)、第一供气管系统(20)和控制单元(12)，该可控惰性气体系统(10、11)用于提供惰性气体，该第一供气管系统(20)被连接到惰性气体系统(10、11)并可以被连接到防火室(2)，以便将惰性气体系统(10、11)制备的惰性气体供应到防火室(2)，该控制单元(12)被配置为控制惰性气体系统(10、11)以便在防火室(2)内建立并维持可预置的惰性化水平。为了能够将防火室(2)内的惰性化水平迅速升高到可达到的水平而不需要大部分的结构性措施(如防火室(2)内多个通风阀的整合)，根据本发明提供了可以连接到控制单元(12)的阀门(31)，该阀门被连接到惰性气体系统(10、11)和第一供气管系统(20)以便将由惰性气体系统(10、11)制备的排出空气作为新鲜空气通过出口(11b)供应到防火室(2)。

Description

具有氮发生器的惰性化设备

技术领域

【0001】本发明涉及在受监控的防火室内建立并维持可预置惰性化水平的惰性化设备，其中该惰性化设备具有可控惰性气体系统、第一供气管系统和控制设备，该惰性气体系统用于提供惰性气体，该第一供气管系统被连接到惰性气体系统且可以被连接到防火室以便将惰性气体系统提供的惰性气体供应到防火室，该控制设备被配置以便用这样的方式控制惰性气体系统：在防火室内建立并保持特定的可预置的惰性化水平。

背景技术

【0002】在现有技术中这样的惰性化设备原则上是已知的。例如，德国专利说明书DE 198 11 851 C2描述了封闭空间内用于降低火灾风险和灭火的惰性化设备。已知系统被配置以将封闭室(下文中称为“防火室”)内的氧气浓度降低到可以预先预置的基本惰性化水平，而如果发生火灾则使氧气浓度迅速地被进一步降低到特定的完全惰性化水平，从而能够以惰性气体罐要求的最小可能存储量有效灭火。为此目的，已知设备具有可以通过控制单元控制的惰性气体系统和连接到惰性气体系统与防火室的供气管系统，通过该供气管系统由惰性气体系统提供的惰性气体被供应到防火室。惰性气体系统可以是钢瓶组(其中惰性气体以压缩的形式存储)、用于产生惰性气体的系统或者这两个选择的组合。

【0003】开始时提及的类型的惰性化设备是用于在被监控的防火室内降低火灾风险和灭火的系统，其中防火室内持续的惰性化用于防止火灾和/或灭火。该惰性化设备的运行方法基于以下知识：在封闭空间内，火灾的风险可以通过在有关区域内以持续的方式将氧气浓度降低到例如低于标准状况的大约为12％的体积百分比(12vol.-％)的水平而得到阻遏。在此氧气浓度下，大多数可燃物将不再燃烧。特别地，应用的主要区域包括ADP区域、电气开关和配电空间、封闭设备和包含高价值商业货物的存储区域。

【0004】此惰性化过程产生的防火和/或灭火作用基于氧气置换原理。众所周知，标准环境空气由体积百分比为21％的氧气、体积百分比为78％的氮气和体积百分比为1％的其他气体组成。为了有效地降低防火室内起火的风险，通过引入惰性气体例如氮气，有关空间内的氧气浓度被降低。例如，众所周知的是，关于多数固体材料的灭火，灭火作用产生于氧气比例降低到体积百分比15％以下时。取决于防火室中存在的易燃物，进一步降低氧气比例(例如降低到体积百分比12％)可能是必要的。换句话说，通过防火室内持续的惰性化到所谓的“基本惰性化水平”，在此基本惰性化水平下室内空气中的氧气比例被降低到例如体积百分比15％以下，防火室内着火的风险可以有效地被降低。

【0005】本文使用的术语“基本惰性化水平”通常理解为指的是和标准环境空气的氧气浓度相比被降低的防火室内空气中的氧气浓度，但是，原则上从医学观点来说此降低的氧气浓度对人或者动物不产生任何种类的危险，所以人或者动物仍然可以进入防火室——在某些情况下具有特定防护措施。如已经提及的，和所谓的“完全惰性化水平”不同，基本惰性化水平的建立主要用于在防火室内降低着火的风险，不需要对应被降低以便能够有效地灭火的氧气比例。

【0006】相反，术语“完全惰性化水平”指的是与基本惰性化水平的氧气浓度相比被进一步降低的氧气浓度，并且在此氧气浓度下，大多数材料的可燃性已经被降低很多以至于它们不再能被点燃。取决于防火室内的火灾荷载，完全惰性化水平通常在体积百分比为11％的氧气浓度到体积百分比为12％的氧气浓度范围内。

【0007】虽然原则上防火室内空气中对应基本惰性化水平的降低的氧气浓度对人和动物不产生危险，所以他们至少短期时间内可以安全地例如不戴防毒面具进入防火室而不感到显著不适，但进入已经持久惰性化到基本惰性化水平的室内时必须遵守某些国家标准规定的安全措施，因为原则上在氧气被降低的空气中停留能够导致缺氧，在某些情况下可以在人有机体内产生生理学上的后果。这些安全措施在各个国家的规章中都有规定，并且特别地取决于对应基本惰性化水平的被降低的氧气浓度的水平。

【0008】在下面表1中显示了对人有机体和材料可燃性的这些影响。

【0009】为了遵守关于国家规章中规定的防火室的可通过性的安全措施——该规章随着防火室内空气中氧气比例以特别容易实施的简单方式降低而变得更严格，可想到的是，为了进入防火室的目的和为了持续进入防火室，将防火室内持续惰性化从基本惰性化水平升高到所谓的可通过水平，在该可通过水平下规定的安全要求更低并且不产生大的不便就可以满足。

表1

 

防火室内的氧气比例	对人有机体的影响	对材料可燃性的影响
			体积百分比8％	有生命危险	不可燃
体积百分比10％	对疼痛的识别力和敏感度变小	不可燃
			体积百分比12％	疲劳、呼吸量和脉搏上升	难以点燃
体积百分比15％	无影响	难以点燃
			体积百分比21％	无影响	无影响

【0010】例如，在标准状况下被持久惰性化到基本惰性化水平例如体积百分比13.8％到体积百分比14.5％的防火室内，根据表1，在此基本惰性化水平下可以达到有效地抑制起火，当要进入防火室时(例如为了维护的目的)有必要将氧气比例降低到可通过水平，例如体积百分比15％到体积百分比17％的水平。

【0011】从医学的观点，在降低到此可通过水平的氧气气氛中暂时停留对于没有心脏病、循环系统疾病、血管疾病或者呼吸系统疾病的人来说是安全的，所以各个国家的规章对此的控制是不需要的或者只需要较少的附加安全措施。

【0012】通常，将防火室内建立的惰性化水平从基本惰性化水平升高到可通过水平是通过惰性气体系统的相应控制完成的。在这方面，一旦视察结束，为了将引入回到防火室内的惰性气体量减到最少，为了重新建立基本惰性化水平，将防火室内建立的惰性化水平在通过进入防火室期间始终保持在可通过水平是实际的(例如在相应控制范围内)，特别是因为经济的原因。为此，在通过进入防火室期间惰性气体系统也应该产生和/或提供惰性气体，从而惰性气体将相应地供应到防火室以在防火室中将惰性化水平维持在可通过水平(选择性地在特定控制范围内)。

【0013】注意到在所述过程中，本文中使用的术语“可通过水平”指的是防火室中与标准环境空气相比被降低的空气中氧气浓度，在该可通过水平下各个国家的规章不需要或者只需要较少的用于进入防火室的辅助安全措施。通常，可通过水平对应于防火室内空气中高于基本惰性化水平的氧气比例。

【0014】现在本发明的目的是对开始时提及类型的惰性化设备进一步改进，以便其能够可靠地保证在持久惰性化的防火室内的惰性化水平可以迅速地升高到可通过水平而不需要大部分的附加的结构性措施。

【0015】概括地说，本发明的目的是提出一种前述类型的惰性化设备，使用此惰性化设备，可以在被监控的防火室内预置的惰性化水平可以可靠地建立和/或保持，其中防火室内建立的惰性化水平可以尽可能迅速地在基本惰性化水平或完全惰性化水平和可通过水平之间转换，而不需要大部分的附加的结构性措施。

发明内容

【0016】根据本发明的第一方面，这些目的是用开始时提及的类型的惰性化设备达到的，其中惰性气体系统还具有旁通管系统，该旁通管系统可以优选地通过截止阀门被连接到控制单元，并且被连接到压缩空气源和第一供气管系统，以便按照需要将压缩空气源提供的压缩空气作为新鲜空气供应到防火室内，从而将防火室内的氧气浓度调节到对应防火室内要建立和/或保持的特定惰性化水平的水平。

【0017】根据第一方面，通过本发明的解决方案得到的优点是明显的：供应到防火室的惰性气体量和已经在惰性气体系统中的惰性气体内的氧气浓度被调节到建立和/或维持可以在防火室内预置的惰性化水平所需的水平，由此惰性气体系统包含惰性气体系统、旁通管系统和供气管系统，该旁通管系统通过截止阀门被连接到控制单元并且被连接到压缩空气源和第一供气管系统。此外，根据第一方面，通过本发明的解决方案，惰性气体系统实现提供(完全纯的)惰性气体和新鲜空气的功能，以便将惰性气体系统连接到防火室的供气管系统被用于供应纯的惰性气体、纯的新鲜空气或者两者的混合物。

【0018】关于这一点，注意术语“压缩空气”指的是最广意义的压缩空气。但是特别地，术语“压缩空气”也可以指的是压缩空气和富氧空气。压缩空气可以存储在合适的加压罐内或者使用合适的压缩器系统现场产生。关于这一点，还要注意术语“压缩空气”也可以指的是例如通过合适的鼓风机引入到旁通管系统内的新鲜空气。因为通过合适的鼓风机引入到旁通管系统内的空气与标准环境空气相比也处于高压下，它也是压缩空气。

【0019】特别地，通过本发明的解决方案，由惰性气体系统提供并供应到防火室的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度是通过惰性气体系统的相应控制来控制的，由此每单位时间内提供惰性气体的绝对量，并且也通过截止阀门的相应控制来控制，以分配给旁通管系统，由此调节每单位时间内供应到防火室的新鲜空气的绝对量。

【0020】在根据第一方面的本发明解决方案的特别优选的进一步研发中，规定了，压缩空气源具有用于存储氧气、富氧空气或者压缩空气的加压存储罐，其中控制单元被配置以控制被分配给加压存储罐并连接到第一供气管系统的可控减压阀，以便在防火室内建立和/或维持某一惰性化水平。关于这一点，注意，关于此优选实施方式，加压存储罐可以被提供为压缩空气源自身或者作为惰性化设备以外的独立的辅助单元被提供。加压存储罐有利地与通过截止阀门连接的旁通管系统流动连通。

【0021】在根据第一方面的本发明解决方案的特别优选实施方式和根据以上描述的实施例中，规定了，惰性气体系统具有氮气发生器，该氮气发生器连接到压缩空气源，以便从压缩空气源供应的压缩空气中分离氧气并且在氮气发生器的第一出口提供富氮空气，其中由氮气发生器提供的并且富含氮气的空气可以通过氮气发生器的第一出口作为惰性气体被供应给第一供气管系统。从而规定了旁通管系统绕过氮气发生器，以便至少部分地直接引导压缩空气源提供的压缩空气作为新鲜空气按照需要供应到防火室，并且利用分配给旁通管系统的截止阀门的相应控制，以及以便在防火室内调节和/或保持某一惰性化水平。惰性气体系统中提供的氮气发生器可以用作惰性化设备中提供的氮气的唯一源；但是对于氮气发生器来说，也可想到的是连同其他可以通过例如外部和/或氮气发生器充气的加压惰性气体存储罐一起被提供，以构成惰性化设备的惰性气体源。特别地，氮气发生器可以是基于膜技术或者基于PSA技术的发生器。

【0022】惰性化设备中氮气发生器的用法是已知的。氮气发生器是能够从例如标准环境空气中产生富含氮气的空气的系统。这样的系统包括气体分离系统，其功能基于例如气体分离膜。此处，氮气发生器被设计为从周围空气中除去氧气。为了基于氮气发生器构造可操作的气体分离系统，需要压缩空气网络或者至少一个压缩机，其为氮气发生器产生预置容量。氮气发生器的运行原理基于的事实是：在氮气发生器中提供的膜系统中，供应到氮气发生器的压缩空气中含有的各种成分(氧气、氮气、稀有气体等等)基于它们的分子结构以不同速率扩散透过空心纤维膜。具有低扩散速率的氮气非常慢地穿过空心纤维膜，并且因此当其流过空心纤维时变得富集。

【0023】根据本发明的第二方面，基于本发明的目的进一步通过开始时描述的类型的惰性化设备实现，其中惰性气体系统具有连接到压缩空气源的氮气发生器，以便从压缩空气源供应的压缩空气中分离氧气并在氮气发生器的第一出口提供富氮空气，其中由氮气发生器提供并富含氮气的空气可以作为惰性气体通过氮气发生器的第一出口被提供给第一供气管系统。根据本发明，关于现在提供的本发明的第二方面，可以通过控制单元控制氮气发生器，以便可以在防火室内建立和/或维持某一惰性化水平，由此可以调节供应到防火室的惰性气体中的氧气浓度，其中由氮气发生器提供的富氮空气中的氮气富集程度基于压缩空气的停留时间进行控制，该压缩空气由氮气发生器的空气分离系统中的压缩空气源提供。

【0024】如果在氮气发生器中使用了例如膜技术，则应用不同气体以不同速率扩散透过材料这一常识。在此情况下，氮气发生器中空气的主要成分(即氮气、氧气和水蒸气)的不同扩散速率在技术上被用于产生富含氮气的氮气流和/或空气。特别地，对于基于膜技术的氮气发生器的技术实施方式，将分离材料加到空心纤维膜的外表面，水蒸汽和氧气非常容易地透过该材料扩散。相反，对于该分离材料氮气仅具有低的扩散速率。当空气流过如此方式制备的空心纤维内部时，水蒸汽和氧气通过空心纤维壁迅速地向外扩散，而氮气被大量保留在纤维内，从而在通过空心纤维的过程中出现高浓度的氮气。此分离过程的效能基本上依赖于纤维内的流动速率和空心纤维壁两侧的压差。通过减小的流动速率和/或空心纤维膜内部和外部之间更高的压差，最后所得到的氮气流的纯度提高。因此，一般来说，关于基于膜技术的氮气发生器，由氮气发生器提供的富氮空气中氮气的富集程度可以基于压缩空气的停留时间控制，该压缩空气由氮气发生器的分离系统中的压缩空气源提供。

【0025】另一方面，如果氮气发生器中使用了例如PSA技术，则利用空气中的氧气和空气中的氮气对特别处理的活性炭的不同结合速率。此过程中使用的活性炭的结构被改变以产生具有大量微孔和超微孔(直径<1nm)的非常大的表面。在此孔径下，空气中的氧气分子比氮气分子明显更快地扩散进入孔，从而活性炭周围区域中的空气变得富含氮气。因此，通过基于PSA技术的氮气发生器——如同基于膜技术的发生器一样——由氮气发生器提供的富氮空气中氮气的富集程度可以基于压缩空气的停留时间进行控制，该压缩空气由氮气发生器中的压缩空气源制备。

【0026】本领域技术人员会认识到，从广义上来说，根据本发明的第二方面的解决方案包括先前论述的根据第一方面的惰性化设备的具体实施例，所以已经论述的与第一方面有关的优点也可以通过第二方面得到。注意，同样对于根据第二方面的实施方式，由惰性气体系统提供并供应到防火室的惰性气体量和/或来自惰性气体系统的惰性气体中的氧气浓度本身被控制在相应水平，然而在此情况下，以下知识也被利用：当氮气发生器被用作惰性气体系统时，由氮气发生器提供并富含氮气的气流的被调节纯度水平例如取决于流过例如氮气发生器的膜系统或者PSA系统的压缩空气的速率，并因此取决于氮气发生器的空气分离系统中压缩空气的停留时间。

【0027】在后一实施例的一个可能实施方式中——其中在由压缩空气源提供的压缩空气在氮气发生器中的停留时间期间，防火室内的某一惰性化水平被建立或者维持，规定了，包含在氮气发生器中的空气分离系统(膜系统或者PSA系统)具有多个单独的空气分离单元的级联，其中用于从压缩空气源供应的压缩空气中分离氧气和制备富含氮气的空气的单独空气分离单元的数量可以通过控制单元在氮气发生器的第一出口处选择，其中氮气发生器制备的富氮空气中氮气的富集程度基于通过控制单元选择的单独空气分离单元的数量进行控制。由控制单元启动的单独空气分离单元的数量的选择可以使用例如相应配置的旁通管系统来实施，该旁通管系统被连接到单独空气分离单元的各自入口和出口。因此，通过本发明的第二方面的此优选实施例，供应到防火室的惰性气体中的氧气浓度——如同根据本发明的第一方面的实施例一样——通过提供相应配置的旁通管系统进行调节。当然，用于选择单独空气分离单元数量的其他实施例也是可能的。

【0028】在本发明惰性化设备的第二方面的后一实施方式的进一步实施例中——其中供应到防火室的惰性气体中的氧气浓度基于空气分离系统中压缩空气的停留时间进行控制，规定了，连接到氮气发生器的压缩空气源可由控制单元控制以便控制流过包含在氮气发生器中的空气分离系统的压缩空气的速率，从而控制空气分离系统中压缩空气的停留时间。

【0029】根据本发明的进一步(第三)方面，基于本发明的目的通过起初描述的惰性化设备实现，其中惰性气体系统也具有连接到压缩空气源的氮气发生器，其中包含空气分离系统，以便从压缩空气源提供的压缩空气中分离氧气，并在氮气发生器的第一出口得到富氮空气，由此由氮气发生器提供的富氮空气可以作为惰性气体通过氮气发生器的第一出口供应给第一供气管系统。根据本发明，可以想象，惰性化设备进一步具有可以连接到惰性气体系统的第二供气管系统，由此被氮气发生器从压缩空气中除去的氧气可以作为富氧空气通过氮气发生器的第二出口供应到第二供气管系统，以便由此在防火室内建立和/或维持特定的惰性化水平。

【0030】这样，根据本发明的此第三方面，来自氮气发生器的排放空气——其基本由富氧空气组成并通常被排放到周围空气中——被用于利用此排放空气调节防火室内的氧气浓度。

【0031】通过本发明的第三方面将获得的其它优点是明显的。据此，例如，将防火室内建立的完全惰性化水平或者基本惰性化水平升高到可达到的水平可以通过根据本发明第三方面的惰性化设备在最短可能时间内实施。

【0032】关于这一点，应该注意，根据本发明的第一方面、第二方面和第三方面的单独表征特性当然可以彼此结合。换句话说，这意味着，例如，根据第一方面的惰性化设备也可想到其中惰性气体系统也具有氮气发生器，由此从氮气发生器产生的作为排出空气的富氧空气可以用于调节防火室内的氧气浓度。但是另一方面，本发明各方面的表征特性的其他结合也是可能的。

【0033】特别地，关于本发明的第三方面，优选地进一步规定，第二供气管系统流注入第一供气管系统，从而可以通过第一供气管系统连接到防火室，以便此第一供气管系统再一次单独使用以在防火室内建立和/或维持某一惰性化水平。

【0034】为了能够尽可能快地在防火室内建立预置的持续的惰性化水平并且精确地维持，关于根据第三方面的惰性化设备，优选地规定，根据第三方面的惰性化设备进一步具有截止阀门，该截止阀门被分配给第二供气管系统并且可以通过控制单元控制，用于断开可能在氮气发生器的第二出口和防火室之间由第二供气管系统产生的连接。这一可控截止阀门可以是例如适当可调控制阀门或类似阀门。

【0035】关于根据第三方面的惰性化设备的优选进一步改进，惰性化系统进一步具有加压存储罐，其用于储存由氮气发生器提供的并且富含氧气的空气，其中控制单元被配置以便控制与所谓的“加压氧气存储罐”相关联并且连接到第二供气管系统的可控减压阀，以便在防火室内建立和/或维持某一惰性化水平。

【0036】根据本发明的第三方面的惰性化设备的后一实施例的一个优选实施方式中，进一步提供了依赖压力的阀门设备，其在可以预置的第一压力范围内被开启，以允许加压氧气存储罐被氮气发生器提供的富氧空气充满。

【0037】下面将描述优选的进一步改进，其可以用在根据前述和上述方面中的一个方面的惰性化设备中。

【0038】例如，可想到惰性化设备也具有至少一个截止阀门，此截止阀门被分配给第一供气管系统并且可以通过控制单元控制，用于断开在氮气发生器的第一出口和防火室之间由第一供气管系统产生的连接。通过可以分配给第一供气管系统的此可控截止阀门，可以控制氮气供应。这是在防火室内维持可预置惰性化水平方面的特别优点，因为在此情况下要供应到防火室的惰性气体量和/或惰性气体的氧气浓度主要仅基于防火室内的气体交换速率，并且能够基于防火室的配置呈现相应的低水平。

【0039】根据上述方面的惰性化设备的一个有利的进一步改进中——虽然这在现有技术中是部分已知的，但进一步提供了用于检测防火室内空气中的氧气比例的至少一个氧气检测设备，其中控制单元被配置为基于测量的防火室内空气中的氧气比例调节供应到防火室的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度，以便原则上只向防火室供应在防火室内建立和/或维持某一惰性化水平实际需要的惰性气体量。此类型氧气检测设备的提供特别地保证了防火室内要建立的惰性化水平可以通过供应适当量的惰性气体和/或适当量的新鲜空气和/或氧气尽可能精确地建立和/或维持。从而可想到，氧气检测设备连续地或者以预置时间间隔发出相应信号到相应控制单元，其结果是惰性气体系统被相应控制，以便总是向防火室供应维持防火室内建立的惰性化水平所必需的惰性气体量。

【0040】关于这一点，应注意，本领域技术人员会认识到，本文使用的术语“将氧气浓度维持在某一惰性化水平”指的是将氧气浓度维持在具有某一控制范围的惰性化水平，其中该控制范围可以优选地基于防火室的类型(例如基于对防火室适用的空气交换率，或者基于防火室内存储的材料)和/或基于使用的惰性化系统的类型进行选择。代表性地，此类型的控制范围为大约±0.2％体积百分比。然而，当然，其他控制范围也是可能的。

【0041】但是，除上述对氧气浓度的连续和/或定期测量外，氧气浓度可以基于之前完成的计算维持在特定的预置惰性化水平，其中该计算中应包括防火室的某些设计参数，如对防火室适用的空气交换率，特别地，例如防火室的n50值，和/或防火室和周围区域之间的压差。

【0042】作为氧气检测设备，吸气型设备特别地适合。通过此类型的设备，代表性空气样本被从受监控的防火室内的空气中持续地获取并被送到氧气检测器，此氧气检测器向适合的控制单元发出相应的检测信号。

【0043】原则上，可提供环境空气压缩机和与其连接作为惰性气体系统的惰性气体发生器，其中控制单元被配置以便例如控制环境空气压缩机的空气流速，从而将由惰性气体系统制备、供应到防火室的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度设定在某一水平，该水平适合建立和/或维持第一可预置惰性化水平。就惰性气体系统优选的此解决方案，其特征特别在于惰性气体系统能够现场产生惰性气体，由此消除例如提供以压缩形式存储惰性气体的加压罐组的需要。

【0044】但是，当然地，可想到的是，惰性气体系统具有加压惰性气体存储罐，其中控制单元应被配置以便控制与惰性气体加压存储罐相关联并连接到第一供气管系统的可控减压阀，以便将由惰性气体系统提供的要供应到防火室的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度设定在某一水平，该水平适合建立和/或维持第一可预置惰性化水平。加压惰性气体存储罐可以和上述的环境空气压缩机和/或惰性气体发生器共同被提供，或者单独被提供。

【0045】在后一实施例的优选进一步改进中——其中惰性气体系统具有所谓的“加压惰性气体存储罐”，可以想象惰性化设备也具有依赖压力的阀门单元，其在第一可预置压力范围内(例如在1巴到4巴之间)被开启，并允许通过惰性气体系统填充惰性气体加压存储容器。

【0046】如同已经表明的，本发明的解决方案不限于防火室内可通过水平的建立和/或维持。相反地，请求保护的惰性化设备被配置以使可预置惰性化水平可以为完全惰性化水平、基本惰性化水平或者一个可达到的水平。

附图说明

【0047】下面，根据本发明的惰性化设备的优选实施例将通过参考附图组，进行更详细的描述。

【0048】图1是根据本发明的第一方面和第二方面结合的本发明惰性化设备的第一优选实施例的示意图；

【0049】图2是根据本发明的第一方面和第二方面如图1中所示结合的本发明惰性化设备的第二优选实施例的示意图；

【0050】图3是根据本发明的第三方面的本发明惰性化设备的第一优选实施例的示意图；

【0051】图4是根据本发明的第二方面和第三方面结合的本发明惰性化设备的第二优选实施例的示意图；以及

【0052】图5是根据本发明的第一方面、第二方面和第三方面结合的本发明惰性化设备的优选实施例的示意图。

参考符号说明：

1   惰性化设备

2   防火室

10  压缩空气源；环境空气压缩机

11  惰性气体发生器

11a 供应富氮空气的氮气发生器第一出口

11b 供应富氧空气的氮气发生器第二出口

12  控制单元

20  第一供气管系统

21  可控截止阀门

22  惰性气体加压存储罐

23  减压阀门

24  依赖压力的阀门单元

30  第二供气管系统

31  可控截止阀门

32  加压氧气存储罐

33  减压阀门

34  依赖压力的阀门单元

40  旁通管系统

41  可控截止阀门

50  氧气检测设备

51  排气喷嘴

具体实施方式

【0053】图1所示为依照本发明第一方面和第二方面结合的本发明惰性化设备1的第一优选实施例，用于在受监控的防火室2内建立并维持可预置的惰性化水平。基本上，惰性化设备1包含惰性气体系统，该惰性气体系统在所述实施例中具有环境空气压缩机10和与其连接的惰性气体和/或氮气发生器11。还提供了控制单元12，其被配置以通过相应控制信号开启和关闭环境空气压缩机10和/或氮气发生器11。以此方式，可以通过控制单元12在防火室2内建立并维持预置的惰性化水平。

【0054】由惰性气体系统10、11产生的惰性气体通过供气管系统20(“第一供气管系统”)供应到受监控的防火室2；当然，也可能有多个防火室连接到供气管系统20。特别地，由惰性气体系统10、11提供的惰性气体通过相应的排气喷嘴51供应，这些排气喷嘴被布置在防火室2内的合适地点。

【0055】在图1所示的本发明解决方案的优选实施例中，惰性气体(有利地为氮气)是从周围空气中现场得到的。惰性气体发生器和/或氮气发生器11的功能是产生具有例如体积百分比为90％到95％的氮气比例的富氮空气，该功能基于例如现有技术已知的膜技术或者PSA技术。此富氮空气在图1所示的优选实施例中用作惰性气体，其通过供气管系统20被供应到防火室2。在此情况下，富含氧气并到达出口11b的空气在惰性气体产生期间作为排放空气通过第二管道系统被排到外面。

【0056】特别地，规定了，控制单元12基于惰性化信号(例如由使用者输入到控制单元12的输入信息)控制惰性气体系统10、11，以便防火室2内的预置惰性化水平被建立并维持。需要的惰性化水平可以在控制单元12上选择，例如使用按键开关或者密码保护的控制面板(此处未明确示出)。当然，也可想到惰性化水平根据事件的预先确定的序列进行选择。

【0057】例如，如果预先确定的基本惰性化水平在控制单元12上选择，特别地考虑到防火室2的特征值，并且如果在防火室2内基本惰性化水平的选择中还没有惰性化水平被建立，也就是如果防火室内存在的气体环境基本上和周围空气的化学成分一致，则分配给供气管系统20的截止阀门21通过控制单元12被转换到将惰性气体系统10、11提供的惰性气体直接供应到防火室2内。同时，通过使用氧气检测设备50，防火室2内的氧气浓度优选地被连续测量。如图所示，氧气检测设备50被连接到控制单元12，以便控制单元12原则上获知防火室2内建立的氧气浓度。

【0058】如果通过测量防火室2内的氧气浓度确定了防火室2内的基本惰性化水平已经达到，则控制单元12向惰性气体系统10、11和/或截止阀门21发出相应的控制信号以截止惰性气体的进一步供应。随着时间流逝，惰性气体通过某些漏气点泄漏，以致室内空气中的氧气浓度升高。当惰性化水平从目标水平变化了某一量时，控制单元12将相应信号发到惰性气体系统10、11和/或截止阀门21以继续接通惰性气体的供应。

【0059】根据图1中所示的实施例，进一步提供了将压缩空气源10的出口连接到供气管系统20的旁通管系统40。通过此旁通管系统40，由压缩空气源10提供的压缩空气可以按照需要作为新鲜空气直接被供应到供气管系统20并从而供应给防火室2。当防火室2内已建立的惰性化水平对应的氧气浓度低于防火室2内要建立的惰性化水平的氧气浓度时，将新鲜空气直接供应到防火室2内是必要的。例如如果在防火室2内基本惰性化水平的建立期间由于疏忽或者其他原因引入了过多的惰性气体，这将是这种情况。另一方面，当防火室2内已经建立的维持的惰性化必须尽可能迅速地升高时，也需要供应新鲜空气，这对于例如允许通过进入防火室2是必需的。

【0060】一般来说，通过根据本发明的惰性化设备1的第一优选实施例的惰性气体系统，如图1中所示，提供了要供应到防火室以建立和/或维持特定惰性化水平的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度，其中由惰性气体系统制备的此惰性气体通过同一供气管系统20被供应到防火室2。

【0061】图2所示为根据本发明的第一方面和第二方面如图1中所示结合的惰性化设备1的第二优选实施例的示意图。与图1中所示的实施例相比，图2中所示的惰性化设备1也具有加压存储罐22，用于存储在此情况下由氮气发生器11制备并富含氮气的空气。图2中进一步示出了控制单元12被配置以控制分配给加压氮气存储罐22并连接到第一供气管系统20的减压阀，以使最终要供应到防火室2的制备的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度可以被设定在某一水平，该水平适合建立和/或维持特定惰性化水平。

【0062】此外，在根据图2的实施例中，提供了在第一可预置压力范围内被开启的依赖压力的阀门单元24，从而允许加压氮气存储罐22充满氮气发生器11制备的富氮空气。

【0063】图3是根据本发明的第三方面的本发明惰性化设备1的第一优选实施例的示意图。

【0064】据此提供了，惰性气体系统10、11具有连接到压缩空气源10的氮气发生器11，其具有包含在其中用于从压缩空气源10供应的压缩空气中分离氧气并在氮气发生器11的第一出口11a提供富氮空气的空气分离系统(未明确示出)。特别地，提供了，由氮气发生器11提供的富氮空气可以作为惰性气体通过氮气发生器的第一出口11a被供应到第一供气管系统20。

【0065】与根据图1和图2中描述的本发明的解决方案的实施例不同，在根据图3的系统中，可以想象惰性化设备11进一步具有第二供气管系统30，其连接到惰性气体系统10、11并可以通过由控制单元12控制的截止阀门31连接到防火室2，其中由氮气发生器11从压缩空气中分离出的氧气可以通过氮气发生器11的第二出口11b作为富氧空气被供应到第二供气管系统30。在此，第二供气管系统30流注入第一供气管系统20并可以因此通过第一供气管20连接到防火室2。通过适当控制惰性气体系统10、11、分配给第一供气管系统20的截止阀门21和/或分配给第二供气管系统30的截止阀门31，因此可能在防火室2内迅速地建立并精确地保持特定的惰性化水平。

【0066】图4是根据图3中所示本发明的第三方面的本发明惰性化设备1的第二优选实施例的示意图。图4中所示的系统与根据图3的实施例的区别在于额外提供了用于存储由氮气发生器11制备的富氧气体的加压存储罐32，其中控制单元12被配置以控制分配给加压氧气存储罐32并连接到第二供气管系统30的可控减压阀门33，用这样的方式，由惰性气体系统10、11提供并要供应到防火室2的惰性气体量和/或惰性气体中的氧气浓度可以被设定在某一水平，该水平适合建立和/或维持特定的惰性化水平。

【0067】此外，提供了在第一可预置压力范围内被开启的依赖压力的阀门设备34，从而允许加压氧气存储罐32充满氮气发生器11提供的富氧空气。

【0068】图5是根据本发明的第一方面、第二方面和第三方面结合的本发明惰性化设备1的优选实施例的示意图。这样在此实施例中，提供了根据本发明的第一方面和第二方面的旁通管系统40和在氮气发生器11的第二出口11b与第一供气管系统20之间的第二供气管系统30。

【0069】关于可以通过图5中所示的实施例获得的运行方法和优点，参考以上的描述。

【0070】当然，在根据图5的系统中也提供用于富氧空气的加压存储罐和/或用于富氮空气的加压存储罐也是可想到的，如同根据图2和图4的实施例一样。

【0071】关于通过控制单元12对氮气发生器11的控制，还应注意到氮气发生器11可以具有例如单独膜单元的级联，其中单独膜单元的数量可以通过控制单元12选择，这些单独膜单元用于从压缩空气源10提供的压缩空气中分离氧气并在氮气发生器11的第一出口11提供富氮空气，其中由氮气发生器11提供的富氮空气中的氮气富集程度可以基于经由控制单元12选择的单独膜单元的数量来控制。

【0072】在这点上应注意到，本发明的配置并不限于图1到图5中描述的示例性实施例，而可能有多种变化。

Claims (27)

1.一种用于建立并维持惰性化水平的惰性化设备(1)，该惰性化水平可以在要被监控的防火室(2)内预置，所述惰性化设备具有：

用于提供惰性气体的可控惰性气体系统(10、11)；

第一供气管系统(20)，其被连接到所述惰性气体系统(10、11)并可以被连接到所述防火室(2)以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供的所述惰性气体供应到所述防火室(2)；

控制单元(12)，其被配置为控制所述惰性气体系统(10、11)以便在所述防火室(2)内建立并维持特定的可定义惰性化水平；

其特征在于：

所述惰性气体系统(10、11)进一步具有旁通管系统(40)，该旁通管系统一端连接到压缩空气源(10)且另一端连接到所述第一供气管系统(20)，以便将所述压缩空气源提供的压缩空气作为新鲜空气直接提供给所述防火室(2)，并由此在所述防火室(2)内建立和/或维持特定的惰性化水平。

2.根据权利要求1所述的惰性化设备(1)，其中所述旁通管系统(40)通过可由所述控制单元(12)控制的截止阀门(41)一端连接到所述压缩空气源(10)且另一端连接到所述第一供气管系统(20)。

3.根据权利要求1所述的惰性化设备(1)，其中所述压缩空气源(10)具有用于存储氧气、富氧空气或者新鲜空气和/或压缩空气的加压氧气存储罐(32)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氧气存储罐(32)并连接到所述第一供气管系统(20)的可控减压阀门(33)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的氧气浓度设定在适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

4.根据权利要求2所述的惰性化设备(1)，其中所述压缩空气源(10)具有用于存储氧气、富氧空气或者新鲜空气和/或压缩空气的加 压氧气存储罐(32)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氧气存储罐(32)并连接到所述第一供气管系统(20)的可控减压阀门(33)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的氧气浓度设定在适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

5.根据权利要求1所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)具有连接到所述压缩空气源(10)的氮气发生器(11)，以便从所述压缩空气源(10)供应的所述压缩空气中分离氧气，并在所述氮气发生器(11)的第一出口(11a)得到富氮空气，其中由所述氮气发生器(11)制备的所述富氮空气可以作为惰性气体通过所述氮气发生器(11)的所述第一出口(11a)被供应到所述第一供气管系统(20)，并且其中所述旁通管系统(40)绕开所述氮气发生器(11)，以便将所述压缩空气源(10)制备的所述压缩空气按照需要至少部分地作为新鲜空气直接供应到所述防火室(2)，并从而在所述防火室(2)内建立和/或维持某一惰性化水平。

6.根据权利要求3所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)具有连接到所述压缩空气源(10)的氮气发生器(11)，以便从所述压缩空气源(10)供应的所述压缩空气中分离氧气，并在所述氮气发生器(11)的第一出口(11a)得到富氮空气，其中由所述氮气发生器(11)制备的所述富氮空气可以作为惰性气体通过所述氮气发生器(11)的所述第一出口(11a)被供应到所述第一供气管系统(20)，并且其中所述旁通管系统(40)绕开所述氮气发生器(11)，以便将所述压缩空气源(10)制备的所述压缩空气按照需要至少部分地作为新鲜空气直接供应到所述防火室(2)，并从而在所述防火室(2)内建立和/或维持某一惰性化水平。

7.根据权利要求1所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)具有连接到压缩空气源(10)的氮气发生器(11)，以便从所述压缩空气源(10)供应的所述压缩空气中分离氧气并在所述氮 气发生器(11)的第一出口(11a)得到富氮空气，其中由所述氮气发生器(11)提供的所述富氮空气可以通过所述氮气发生器(11)的所述第一出口(11a)作为惰性气体被供应到所述第一供气管系统(20)；

其特征在于：

所述氮气发生器(11)可以通过所述控制单元(12)以这样一种方法控制：可以在所述防火室(2)内建立和/或维持特定惰性化水平，由此可以调节供应到所述防火室(2)的所述惰性气体中的氧气浓度，其中基于所述氮气发生器(11)的空气分离系统中由所述压缩空气源(10)提供的压缩空气的停留时间，控制由所述氮气发生器(11)提供的所述富氮空气中的氮气富集程度。

8.根据权利要求7所述的惰性化设备(1)，其中包含在所述氮气发生器(11)中的所述空气分离系统具有多个单独空气分离单元的级联，其中用于从所述压缩空气源(10)供应的所述压缩空气中分离氧气并向所述氮气发生器(11)的所述第一出口(11a)提供所述富氮空气的单独空气分离单元的数量可以通过所述控制单元(12)选择，其中基于通过所述控制单元(12)选择的单独空气分离单元的数量控制由所述氮气发生器(11)提供的所述富氮空气中的所述氮气富集程度。

9.根据权利要求7所述的惰性化设备(1)，其中连接到所述氮气发生器(11)的所述压缩空气源(10)可以通过所述控制单元(12)控制，以便控制流过包含在所述氮气发生器(11)中的所述空气分离系统的所述压缩空气的速率，从而控制所述压缩空气在所述空气分离系统中的所述停留时间。

10.根据权利要求8所述的惰性化设备(1)，其中连接到所述氮气发生器(11)的所述压缩空气源(10)可以通过所述控制单元(12)控制，以便控制流过包含在所述氮气发生器(11)中的所述空气分离系统的所述压缩空气的速率，从而控制所述压缩空气在所述空气分离系统中的所述停留时间。

11.根据权利要求7所述的惰性化设备(1)，

其特征在于：

所述惰性化设备(1)进一步具有连接到所述惰性气体系统(10、11)的第二供气管系统(30)，此第二供气管系统可以被连接到所述防火室(2)，由此由所述氮气发生器(11)从所述压缩空气中分离的氧气可以作为富氧空气通过所述氮气发生器(11)的第二出口(11b)被供应到所述第二供气管系统(30)，从而在所述防火室(2)内建立和/或维持某一惰性化水平。

12.根据权利要求11所述的惰性化设备(1)，其中所述第二供气管系统流注入所述第一供气管系统(20)并从而可以通过所述第一供气管系统(20)被连接到所述防火室(2)。

13.根据权利要求11所述的惰性化设备(1)，其进一步具有分配给所述第二供气管系统(30)并可通过所述控制单元(12)控制的截止阀门(31)，用于断开在所述氮气发生器(11)的所述第二出口(11b)和所述防火室(2)之间由所述第二供气管系统(30)产生的连接。

14.根据权利要求12所述的惰性化设备(1)，其进一步具有分配给所述第二供气管系统(30)并可通过所述控制单元(12)控制的截止阀门(31)，用于断开在所述氮气发生器(11)的所述第二出口(11b)和所述防火室(2)之间由所述第二供气管系统(30)产生的连接。

15.根据权利要求11所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)进一步具有用于存储所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气的加压氧气存储罐(32)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氧气存储罐(32)并连接到所述第二供气管系统(30)的可控减压阀门(33)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的所述氧气浓度设定为适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

16.根据权利要求12所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)进一步具有用于存储所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气的加压氧气存储罐(32)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氧气存储罐(32)并连接到所述第二供气管系统(30)的可控减压阀门(33)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的所述氧气浓度设定为适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

17.根据权利要求13所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)进一步具有用于存储所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气的加压氧气存储罐(32)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氧气存储罐(32)并连接到所述第二供气管系统(30)的可控减压阀门(33)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的所述氧气浓度设定为适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

18.根据权利要求15所述的惰性化设备(1)，其进一步具有依赖压力的阀门单元(34)，其在第一可预置压力范围内被开启，以允许所述加压氧气存储罐(32)被所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气充满。

19.根据权利要求16所述的惰性化设备(1)，其进一步具有依赖压力的阀门单元(34)，其在第一可预置压力范围内被开启，以允许所述加压氧气存储罐(32)被所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气充满。

20.根据权利要求17所述的惰性化设备(1)，其进一步具有依赖压力的阀门单元(34)，其在第一可预置压力范围内被开启，以允许所述加压氧气存储罐(32)被所述氮气发生器(11)提供的所述富氧空气充满。

21.根据权利要求5所述的惰性化设备(1)，其进一步具有至少一个截止阀门(21)，该截止阀门被分配给所述第一供气管系统(20)并可以通过所述控制单元(12)控制，用于断开在所述氮气发生器(11)的所述第一出口(11a)和所述防火室(2)之间可以由所述第一供气管系统(20)产生的连接。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的惰性化设备(1)，其进一步具有至少一个氧气检测设备(50)，用于检测所述防火室(2)内空气中的氧气含量，其中所述控制单元(12)被配置以基于测量的所述防火室(2)内空气中的所述氧气含量调节由所述惰性气体系统(10、11)提供并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的氧气浓度。

23.根据权利要求22所述的惰性化设备(1)，其中所述氧气检测设备(50)为吸气型氧气检测设备。

24.根据权利要求5所述的惰性化设备(1)，其中所述惰性气体系统(10、11)进一步具有用于存储由所述氮气发生器(11)提供的所述富氮空气的加压氮气存储罐(22)，其中所述控制单元(12)被配置以控制分配给所述加压氮气存储罐(22)并连接到所述第一供气管系统(20)的可控减压阀门(23)，以便将由所述惰性气体系统(10、11)制备并供应到所述防火室(2)的惰性气体量和/或所述惰性气体中的氧气浓度设定为适合建立和/或维持所述特定惰性化水平的水平。

25.根据权利要求24所述的惰性化设备(1)，其进一步具有依赖压力的阀门单元(24)，其在第一可预置压力范围内被开启，以允许所述加压氮气存储罐(22)被所述氮气发生器(11)制备的所述富氮空气充满。

26.根据权利要求1-21和23-25中的任一项所述的惰性化设备(1)，其中所述可定义惰性化水平为完全惰性化水平、基本惰性化水平或者 可通过水平。

27.根据权利要求22所述的惰性化设备(1)，其中所述可定义惰性化水平为完全惰性化水平、基本惰性化水平或者可通过水平。

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