CN102176949A - 用于防火和/或灭火的惰性化方法以及实施该方法的惰性化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于防火和/或灭火的惰性化方法以及惰性化系统(1)，其中，设有气体分离系统(3、4)，用于在封闭室(2)的空间大气中设定和/或维持比常态环境空气中的含量少的可预先确定的氧气含量，所述系统从初始氮气/氧气气体混合物中分离出至少一部分氧气并由此在气体分离系统(3、4)的出口(4a)处提供氮化气体混合物。为了以可能的最低能耗设定并维持预定惰性化水平，本发明设有控制装置(5)，该控制装置设计成控制气体分离系统(3、4)，使得根据此刻在所述封闭室(10)的空间大气中的氧气含量来改变氮化气体混合物的剩余氧气含量。

Description

用于防火和/或灭火的惰性化方法以及实施该方法的惰性化系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的惰性化方法。

本发明具体涉及一种用于防火和/或灭火的惰性化方法，其中在封闭室的空间大气中设定并保持比常态环境空气中的含量少的可预先确定的氧气含量。为此，提供含有可适用的氧气、氮气和其它组分的初始气体混合物，其中，气体分离系统从该提供的初始气体混合物中分离出至少一部分氧气，并在此过程中在该气体分离系统的出口处提供富氮气体混合物，并且，该富氮气体混合物被引入该封闭室的空间大气中。

本发明还涉及一种惰性化系统，用于在封闭室的空间大气中设定和/或保持比常态环境空气中的含量少的可预先确定的氧气含量，其中该惰性化系统包括用于从初始氮气/氧气气体混合物中分离出至少一部分氧气并在此过程中在该气体分离系统的出口处提供富氮气体混合物的气体分离系统，并且该惰性化系统包括用于将该氮化气体混合物供应至该封闭室的供应管线系统。

背景技术

上述类型的惰性化系统具体是一种在受控的保护室中减小发生火灾的风险并灭火的系统，其中，为了防火或控制火灾而使该保护室持续保持惰性化。这样一种惰性化系统的动作机理是基于这样的知识：通常通过将氧气浓度持续降低至例如体积含量约12％-15％中的一个值来消除封闭室的火灾风险。在该氧气浓度下，大部分易燃材料不再燃烧。本发明主要适用于信息技术(IT)领域、电气开关装置和配电隔间，封闭设施以及高价值物品的存储区域。

该惰性化方法产生的预防性或灭火效果基于氧气置换原理。正如众所周知的那样，常态环境空气中含有体积含量约21％的氧气，体积含量约78％的氮气和体积含量约1％的其它气体。为了能够有效减小在保护室内发生火灾的风险，通过引入惰性化气体如氮气来减少各室内的氧气浓度。就大多数固态物而言，当氧气体积百分比降至15％以下时，灭火效果显现。根据各个保护室内包含的易燃材料，还另外需要进一步将氧气体积百分比降至例如12％。因此，使保护室持续惰性化也可以有效地将在所述保护室内发生火灾的风险降至最低。

发明内容

因此，本发明要解决的问题是，进一步开发上述类型的惰性化系统，使得尽可能经济地设定和维持封闭室内的预定惰性化水平。特别地，利用将要详细说明的技术方案可以减少惰性化封闭室的运行成本。另外要详细说明的是对应的惰性化方法，该方法是经济的，尤其可使封闭室保持持续惰性化。

就该方法而言，上述类型的惰性化方法创造性地首要解决的任务是：控制气体分离系统，使得所述氮化气体混合物的剩余氧气含量调节至根据此刻所述封闭室的空间大气中的氧气含量所选定的值。

就机构而言，本发明通过上述类型的惰性化系统创造性地解决了本发明要解决的任务，其中该惰性化系统设有控制装置，该控制装置设计成控制所述气体分离系统，以使得所述氮化气体混合物的剩余氧气含量调节至根据此刻所述封闭室的空间大气中的氧气含量而选定的值。

因此，本发明基于这样的知识：在气体分离系统的出口处提供的氮化气体混合物的氮气纯度和在气体分离系统的出口处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量分别对所谓的“下降时间”有影响。术语“下降时间”指的是将封闭室的空间大气调节至预定的惰性化水平所需的时间长度。

具体而言，由此可以意识到，随着氮气纯度的增加，气体分离系统的空气系数以指数方式上升。

术语“空气系数”指的是每单位时间向气体分离系统提供的初始气体混合物的体积与每单位时间在气体分离系统的出口处提供的氮化气体的体积的比值。氮气产生器通常可以在气体分离系统的出口处任意选择氮气纯度，也可以根据氮气产生器自身进行设定。通常有效的是：设定的氮气纯度越低，氮气产生器的运行成本越低。这在气体分离系统的出口处提供具有设定氮气纯度的氮化气体混合物时能够使压缩机运行相对较短的时间。

然而，在使封闭室惰性化时，关于惰性化系统的运行成本，还需要考虑其它额外因素。这些因素中特别包括净化因素，其中，通过在气体分离系统的出口处提供的氮化气体混合物，该净化因素封闭室的空间大气中的氧气移动，直到达到了预定的惰性化水平并维持该惰性化水平。这些净化因素具体包括每单位时间由气体分离系统提供的氮化气体的体积、封闭室的空间体积、以及此刻封闭室的空间大气中的氧气含量与对应于预定惰性化水平的氧气含量之间的差值。由于净化过程越快，氮化气体混合物中的剩余氧气含量越低，因此，要考虑的是就下降时间而言，在气体分离系统的出口处提供的气体混合物的氮气纯度与氮化气体混合物的剩余氧气含量同样地起着关键作用。

此处使用的术语“气体分离系统”应理解为一种能将至少含有“氧气”和“氮气”组分的初始气体混合物分离成富氧气体和富氮气体的系统。这种气体分离系统的机能通常是基于气体分离膜的作用效果。本发明应用的气体分离系统主要设计成从初始气体混合物中分离出氧气。这种类型的气体分离系统也常常被称作“氮气产生器”。

这种类型的气体分离系统利用例如膜组件等，在该系统中，初始气体混合物中所含的不同组分(例如，氧气、氮气、稀有气体等)基于其分子结构以不同速度扩散通过膜。中空纤维膜可用作该膜。氧气、二氧化碳和氢气具有较高的扩散速率，由于此，在通过膜组件时能相对较快地从初始气体混合物中释放出来。具有低扩散速率的氮气非常缓慢地渗透穿过膜组件的中空纤维膜，且由此在通过所述中空纤维/膜组件时集中在膜组件中。通过流通速率分别确定存在于气体分离系统中的气体混合物的氮气纯度或剩余氧气含量。通过改变压力和流动速率可使气体分离系统调节为所需的氮气纯度和必要的氮气量。具体而言，氮气纯度通过气体通过膜的速度(停留时间)来调节。

通常，被分离的氧化气体混合物被集中并排出至大气压力下的环境中。在气体分离系统的出口处提供被压缩的氮化气体混合物。通过测量剩余氧气的体积百分比含量对产物气体组分进行分析。通过从100％中减去测得的剩余氧气含量计算出氮气含量。在此情况下，应理解的是，尽管该值被指定为氮气含量或氮气纯度，但实际上是惰性气体的含量，这是因为该组分流不仅含有氮气，还含有诸如稀有气体等其它气体组分。

通常，已被上游过滤器单元净化的压缩空气被供应至气体分离系统或氮气产生器。原理上可以想到的是，使用利用两个分子筛床提供氮化气体的变压吸附方法(PSA技术)，由此，两个分子筛交替地从过滤模式切换到再生模式，从而产生氮化气体流。

例如，在将膜技术应用于氮气产生器上时，利用的是这样的公知常识：不同气体以不同速度的流率扩散通过各种材料。就氮气产生器技术而言，利用空气的主要组分(即，氮气、氧气和水蒸气)的不同扩散速率来产生氮气流或氮化空气。详细地，为了从技术上实现基于膜技术的氮气产生器，向水蒸气和氧气提供良好扩散而仅对氮气提供低扩散速率的分离膜适用于中空纤维膜的外表面。当空气通过如此处理的中空纤维的内部时，水蒸气和氧气通过中空纤维壁快速向外扩散，而氮气则大部分被保持在纤维内，从而使氮气在通过中空纤维期间形成高浓度。分离过程的效力从根本上取决于在纤维中的流速和相对中空纤维壁的距离压差。通过降低流速和/或中空纤维膜的内部与外部之间的较高压差，提高了产生的氮气流的纯度。一般而言，基于膜技术的氮气产生器能根据在氮气产生器的空气分离系统中的压缩空气源所提供的压缩空气的停留时间来调节由氮气产生器提供的氮化空气中的氮化程度。

另一方面，如果在氮气产生器中采用PSA技术，例如，特殊处理的活性炭利用大气中的氧气和大气中的氮气的不同的结合率。由此改变所采用的活性炭的结构，使其提供带有大量微孔和子微孔(d＜lnm)的非常大的表面区域。在这样的孔尺寸下，空气中的氧分子比氮分子快得多地扩散进入这些孔中，这样，靠近活性炭的空气变得富氮。就基于PSA技术的氮气产生器而言，如基于膜技术的氮气发生器的情况一样，也可以根据由氮气产生器中的压缩空气源提供的压缩空气的停留时间来调节由氮气产生器产生的氮化空气中的氮化程度。

如上所述，本发明的技术方案基于这样的知识：一方面，气体分离系统的空气系数随着氮气纯度的增加而成指数地增加，另一方面，此刻在封闭室的空间大气中的氧气含量与氮化气体混合物中的剩余氧气含量之间的差值越小，为了设定预定惰性化水平，惰性化系统的压缩机不得不运行较长时间段。由于惰性化系统的功耗与待被惰性化的封闭室所经历的下降过程的时间长短几乎成正比，并且气体分离系统上游的压缩机被数字驱动为运行在最佳效率点，因此需要考虑的是：是否将封闭室设定在固定的剩余氧气含量或何时降低至一个新的下降水平。

因此，还需要注意的是，当例如体积含量仅为90％的较低值被选择作为氮气纯度时，惰性气体系统不得不运行相对较长的时间段来设定惰性化水平。如果氮气纯度值上升至例如体积含量为95％，要设定的惰性化水平的氧气含量与在气体分离系统的出口处提供的气体混合物的剩余氧气含量之间的差值也同样增加，这样降低了压缩机的必要运行时间，并因此降低了惰性化系统用于设定惰性化水平的功耗。然而，在气体分离系统的出口处增加氮气纯度也不可避免地增加了空气系数的情况在这里同样具有效果。在压缩机的运行时间或惰性化系统用于设定惰性化水平所需的功耗的方面，这种情况具有负面影响。如果空气系数因氮气纯度的增加而增加明显时，则该负面影响较大。

与现有技术已知的选择固定值作为氮气纯度的常规系统不同，根据本发明的技术方案可以实现，在使封闭室惰性化时，在气体分离系统的出口处提供的剩余氧气含量和氮化气体混合物可优选地或选择性地将自动调节至此刻在封闭室的空间大气中的氧气含量，由此将气体分离系统的氮气纯度设定为根据所需时间而优化的值。

本文中使用的短语“时间优化氮气纯度值”应理解为气体分离系统的氮气纯度或在气体分离系统的出口处提供的剩余氧气含量和氮化气体混合物，限定的惰性化系统通过该值而具有从当前氧气含量降至对应于给定惰性化水平的预定氧气含量所需的最小时间段，每单位时间获得的氮化气体混合物的量利用该惰性化系统而恒定。

本发明技术方案的有利实施方式在权利要求中体现。

本发明的惰性化方法的优选实施方式根据预先确定的特征曲线优选自动地设定氮化气体混合物的剩余氧气含量、气体分离系统的氮气纯度。该特征曲线表明了氮化气体混合物的剩余氧气含量相对于封闭室的空间大气中氧气含量的时间优化性能。短语“剩余氧气含量的时间优化性能”指的是剩余氧气含量的取决于封闭室的空间大气中的氧气含量的时间优化值。如上所述，剩余氧气含量的时间优化值对应于为气体分离系统选定的剩余氧气含量值，使得可利用惰性化方法在最短时间段内设定封闭室的空间大气中比常态环境空气含量小的可预先确定的氧气含量。

为气体分离系统/惰性化系统预先确定(测得或计算出)特征曲线，在本发明惰性化方法的优选实施方式中，根据该特征曲线，将剩余氧气含量设定为此刻在封闭室的空间大气中的氧气含量的系数。

由于本发明技术方案涉及优选根据此刻在所述封闭室的空间大气中的氧气含量而自动调节气体分离系统的氮气纯度、氮化气体混合物中的剩余氧气含量，并由此以最低可能的运行成本使封闭室惰性化。优选直接或间接连续地或以预定次数和/或根据预定情况测量封闭室的空间大气中的当前氧气含量。还优选的是，连续或以预定次数和/或根据预定情况将氮化气体混合物中剩余氧气含量设置为预定的时间优化值。该预定的时间优化值对应于剩余氧气含量，在该时间优化值处，惰性化方法基于当前氧气含量在可能的最短时间内将封闭室的空间大气中的氧气含量降至预定下降量。

本发明技术方案的另一优选实施方式不仅根据此刻在所述封闭室的空间大气中的氧气含量来改变气体分离系统的氮气纯度，还可以根据此刻聚集在所述封闭室的空间大气中的氧气含量来改变初始气体混合物中的氧气含量。这利用了该知识：在供应至气体分离系统的初始气体混合物具有减少的氧气含量时可降低气体分离系统的空气系数。

因此，对于初始气体混合物的提供，本发明技术方案的优选实施方式使封闭室内的一部分环境空气可调地排出，并将新鲜空气可调地供应至从封闭室排出的那部分空气。通过供应氮化气体或通过排出一部分环境空气来避免封闭室内部压力发生变化，选择与从封闭室排出的环境空气混合的新鲜空气的量，使得每单位时间从封闭室排出的环境空气的量与每单位时间在气体分离系统的出口处提供并输送至封闭室的空间大气中的氮化气体混合物的量相同。

附图说明

下面根据附图对本发明的惰性化系统的优选实施方式进行说明。

图1是根据本发明第一实施方式的惰性化系统的示意图；

图2是根据本发明第二实施方式的惰性化系统的示意图；

图3是根据本发明第三实施方式的惰性化系统的示意图；

图4是图1、图2或图3所示的惰性化系统的空气系数相对于氮气纯度的曲线图以及下降时间相对于氮气纯度的曲线图，具体而言，氧气含量按体积计算从其最初的17.4％降至17.0％，以及氧气含量按体积计算从其最初的13.4％降至13.0％；

图5是图1、图2或图3所示的惰性化系统的时间优化氮气纯度相对于封闭室的空间大气中当前氧气含量的曲线图；

图6是具有图1、图2或图3所示的惰性化系统的气体分离系统的空气系数相对于初始气体混合物的氧气含量的曲线图，其中初始气体混合物被供应至气体分离系统，以便从初始气体混合物分离出至少一部分氧气并由此在气体分离系统的出口处提供氮化气体混合物；以及

图7是利用本发明技术方案通过降低封闭室的空间大气的氧气含量实现能量节约的曲线图。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的惰性化系统1的第一实施方式的一个示例。所示的惰性化系统1用于设定和维持封闭室2的空间大气中可预先确定的惰性化水平。封闭室2可以例如是贮藏室，在其内通过使环境空气中的氧气含量降至并维持在一个特定惰性化水平(例如，体积含量为12％或13％的氧气)而作为防火的预防性保护措施。

在控制装置5的帮助下，可选择性地、自动地惰性化封闭室2。为此，根据图1所示的实施方式的惰性化系统1包括气体分离系统，该气体分离系统包括压缩机3和氮气产生器4。压缩机3用于向氮气产生器4提供至少含有氧气和氮气组分的压缩的初始气体混合物。为此，压缩机3的出口通过管线系统17与氮气产生器4的入口相连，以便向氮气产生器4提供压缩的初始气体混合物。可以想到将压缩机3出口处的初始气体混合物的压力压缩至例如7.5-9.5巴，优选为8.8巴。

氮气产生器4包括至少一个膜组件19，例如，中空纤维膜组件，压缩机3所供应的初始气体混合物在通过合适的过滤器18之后被压挤穿过膜组件19。在膜组件19内部，初始气体混合物所含的不同组分(尤其是氧气和氮气)根据其分子结构以不同速率扩散通过膜组件19的中空纤维膜。由于氮气以低扩散速率非常缓慢地穿过中空纤维膜且在此情况下在其穿过时充实了膜组件19的中空纤维膜，因此，基于该已知的工作原理实现了气体分离。因此，在氮气产生器4的出口4a处提供了氮化气体混合物。然而，如同向氮气产生器4的入口处供应的初始气体混合物，该氮化气体混合物呈压缩形式，该氮化气体混合物穿过氮气产生器4的至少一个膜组件19，然而确实导致压力下降了例如1.5-2.5巴。

尽管在图1中没有明确示出，但从氮气产生器4中分离出的氧化气体混合物被集中并排放到大气压力下的周围环境中。

在氮气产生器4的出口处4a提供的氮化气体混合物通过供应管线7被供应至封闭室2，以便通过调节氮化气体来降低封闭室2的空间大气中的氧气含量，或维持封闭室2中预先设定的下降水平。

可以通过适当的减压，使封闭室2内部的压力不会随着氮化气体混合物的供应而发生变化。例如，这可以通过独立地打开和/或关闭减压阀(图1未示出)实现减压目的。另一方面，还可以想到的是，为了在使封闭室2惰性化时实现减压目的，可以将排出的环境空气通过回路管线系统9供应至混合腔室6。

从封闭室2排出的环境空气通过回路管线系统9的第一入口9a被供应至混合腔室6。混合腔室6还包括与供应管线系统8相连的第二入口8a，其中供应管线系统8用于向混合腔室6供应新鲜空气。在混合腔室6内制备初始气体混合物，压缩机3压缩该初始气体混合物，且气体分离系统(氮气产生器4)从该初始气体混合物中分离出至少一部分氧气。为此，混合腔室6的出口通过合适的管线系统15与压缩机3的入口相连。

详细地说，可被控制装置5控制的第一阀11设于回路管线系统9中，第一阀1可具体实现为切断阀，并且，可被控制装置5控制的第二阀10被设于新鲜空气供应管线系统8中，第二阀10可具体为切断阀的形式。这样做可以确保：通过各个阀10和11的合适的致动，来选择新鲜空气与从封闭室2排出的环境空气相混合的量，使得每单位时间从封闭室2排出的空气量等于每单位时间在氮气产生器4的出口4a处提供并输入封闭室2的空间大气中的氮化气体混合物的量。

根据图1示意性示出的本发明实施方式的惰性化系统1的特征在于，上述控制装置5与惰性化系统1的相应可控部件相连，并设计为对氮气产生器4和气体分离系统3、4分别进行自动控制，使得在气体分离系统3、4的出口4a处提供的氮化气体混合物含有剩余氧气含量。该剩余氧气含量取决于此刻封闭室2的空间大气中所含的氧气含量。具体地，利用氮气产生器4的控制装置5对本发明图示优选实施方式的惰性化系统1进行控制，使得根据由氧气测量系统16测得的封闭室2的空间大气中的氧气含量，氮化气体混合物具有体积含量为10.00％-0.01％的剩余氧气含量，其中，氮化气体混合物的剩余氧气含量随着封闭室的空间大气中的氧气含量的减少而减少。

为此，除上述用于测量或检测封闭室2的空间大气中的当前氧气含量的氧气测量系统16之外，本发明的惰性化系统1还包括用于测量在氮气产生器4的出口4a处提供的氮化气体混合物中的剩余氧气含量或用于确定在氮气产生器4的出口4a处提供的气体混合物的氮气纯度的剩余氧气含量测量系统21。两个测量系统16、21均相应地与控制装置5相连。

图2示出根据本发明第二实施方式的惰性化系统1的示意图。根据第二实施方式的惰性化系统1特别适于尽可能经济地设定和维持空调室(例如冷藏室或冷库)内的预定惰性化水平。根据图2所示的实施方式的惰性化系统1的结构和功能与参照图1所述的惰性化系统的结构和功能实质上相同，为避免重复，下面仅描述其区别。

如图2所示，为使空调室2的惰性化最经济，在封闭室2和混合腔室6之间的回路管线系统9中优选设有热交换器系统13。如图2所示，更加有利的是，回路管线系统9可至少局部包裹在合适的热绝缘件20内，以防在环境空气被输入混合腔室6之前当从封闭室2排出的冷却的环境空气经由回路管线系统9被供给至热交换器系统13时回路管线系统9被冻住。如果需要，热交换器系统13可包括支持风扇14，使得环境空气能够在压力不下降的情况下从封闭室2的空间大气中排出。

因此，热交换器系统13可以利用压缩机3的运行所产生的至少一部分多余热量来加热从封闭室排出的冷却的环境空气。不同系统均可用于热交换器系统13，例如，翅状盘管热交换器，该热交换器系统将从压缩机3排放的空气的至少一部分热能通过热交换介质例如水传递给从封闭室排出的空气，从而使排出的环境空气的温度升高至适中的温度(例如20℃)，这对氮气产生器4的运行和效率有利。

从封闭室2排出的环境空气经热交换器系统13过滤之后，经由回路管线系统9的第一入口9a被供给至混合腔室6。混合腔室6还包括第二入口8a，供应管线系统8通过第二入口8a向混合腔室6供应新鲜空气。在混合腔室6内产生了被压缩机3压缩并被气体分离系统(氮气产生器4)分离出至少一部分氧气的初始气体混合物。为此，混合腔室6的出口通过合适的管线系统15与压缩机3的入口相连。

图3示出了根据本发明第三实施方式的惰性化系统1的示意图。根据图3所示的实施方式的惰性化系统1的结构和功能实质上与参照图1描述的惰性化系统的结构和功能相同，由此，为避免重复，下面仅描述其区别。

如图3所示，在该实施方式中，在图1的实施方式中具体构造为切断阀并分别设于新鲜空气供应管线系统8和回路管线系统9中的两个阀10和11被组合形成一个三通阀10’，从而简化了惰性化系统1的结构。三通阀10’由控制装置5控制。

图3实施方式中示出的混合腔室还可实现为过滤器6’。因此，实现为过滤器6’的混合腔室具有两个功能：第一，通过将经由新鲜空气供应管线系统供应的新鲜空气与通过回路管线系统9供应的从封闭室2排出的环境空气进行混合来产生初始气体混合物；第二、在所产生的初始气体混合物被压缩机3压缩之前对其进行过滤。因此，不必在压缩机3的入口处设置附加的过滤器。

正如下面参照图4-6的曲线图所详细描述的，通过对氮气产生器4的氮气纯度进行适当调节，或对在气体分离系统4的出口4a处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量进行适当调节，能够根据所需时间以优化的方式设定封闭室的空间大气中的预定下降水平。因此，本发明技术方案提供了在惰性化所述封闭室2时根据此刻封闭室的空间大气中氧气含量来设定和调节氮气产生器4的氮气纯度。

可以通过改变初始气体混合物在氮气产生器4的至少一个膜组件19中的停留时间来改变氮气纯度。由此可以想到的是，例如，通过位于膜组件19的出口处的合适的控制阀24来调节穿过膜组件19的流量和背压。膜上的高压和长停留时间(较低流量)可在氮气发生器的出口4a处提供高氮气纯度。

优选，为各氮气纯度选定时间优化值，该时间优化值能够使惰性化系统在最短可能时间内将封闭室2设定和维持在预定惰性化水平。在将封闭室的空间大气设定并维持在预定惰性化水平时，通过利用用于氮气纯度的合适的时间优化值，可以减少下降过程(是否控制持续不变的剩余氧气含量或何时降至新下降水平)所需的时间，因此压缩机3被数字驱动(输入/输出)为在最佳效率点运行而减少惰性化系统所需的能量。

根据图1或图2所示的实施方式的惰性化系统1的另一个特征在于，通过混合腔室6向包括压缩机3和氮气产生器4的气体分离系统提供这样的初始气体混合物，该初始气体混合物具有比常态环境空气的氧气含量(即，体积含量约21％)低的氧气含量。具体而言，为此目的提供了上述回路管线系统9，可以由控制装置5调节的方式利用回路管线系统9将封闭室2的至少一部分环境空气通过阀11供应至混合腔室6。因此，在封闭室2内的氧气含量已减少的情况下，回路管线系统9向混合腔室6供应与常态环境空气相比富氮的气体混合物。封闭室的该部分空气在混合腔室6内与供应空气进行混合，从而向压缩机3、氮气产生器4分别供应所需体积的初始气体混合物。由于初始气体混合物的氧气含量分别对气体分离系统、氮气产生器4的空气系数有影响，并且还对氮气产生器4的氮气纯度的时间优化值有影响，因此图1所示的本发明实施方式的惰性化系统1在混合腔室6的出口与压缩机3的入口之间的管线系统15中设有氧气测量系统22，用于测量输出气体混合物中的氧气含量。在此还可以选择性地想到的是，分别在回路管线系统9和新鲜空气供应管线系统8中设有氧气测量系统23和24，以连续地或以预定次数或根据预定情况测量供应空气和氮化室的空气中的氧气含量。基于测得的读数，可通过阀10和/或11的相应的致动来适当地控制初始气体混合物的组分(特别是氧气含量)。

下面参照图4-6的曲线图根据图1或图2示意性示出的惰性化系统1说明本发明技术方案的运行模式。本文为了对图1或图2示意性示出的惰性化系统1进行描述，假设封闭室2具有1000立方米的空间体积。进一步假设惰性化系统1被设计成在氮气产生器4的出口4a处每小时提供最大总量为48立方米的氮化气体。

图4示出了在图1或图2示意性示出的惰性化系统1中采用的氮气产生器4的空气系数对应不同氮化纯度的曲线图。结合本文，应注意的是，空气系数随着在氮气产生器4的出口4a处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量的降低而以指数方式增加。具体而言，在剩余氧气的体积含量约为10％(氮气纯度：90％)时，空气系数约为1.5，这意味着每立方米的初始气体混合物在氮气产生器4的出口4a处可提供体积为0.67立方米的氮化气体混合物。从图4的曲线图中可以看出，该关系是随着氮气纯度的增加而下降。

图4另外示出了空气系数的发展趋势，在不同的氮气纯度下，调节的下降时间如何随着氮气纯度增加而变化。具体而言，首先表明的是，为了使封闭室2的空间大气中氧气的体积含量从最初的17.4％降至17.0％，压缩机3需要运行多长时间。其次表明的是，为了利用图1或2的惰性化系统1而使封闭室2的空间大气中氧气的体积含量从最初的13.4％降至13.0％，压缩机3还需要运行多长时间。

这两个下降时间(氧气的体积含量从17.4％至17.0％的下降时间和从13.4％至13.0％的下降时间)的对比说明了：要设定并维持氧气的体积含量为17.0％的惰性化水平，在氮气产生器4中设定体积含量约93.3％的氮气纯度时，压缩机3的运行时间缩至最短。然而，要设定并维持氧气的体积含量为13.0％的惰性化水平时，时间优化纯度产生于氮气体积含量约为94.1％处。因此，压缩机3用于设定封闭室2的空间大气的预定惰性化水平的下降时间、运行时间分别取决于利用氮气产生器4所设定的氮气纯度、利用氮气产生器4所设定的用于在氮气产生器4的出口4a处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量。

在下文中，最短下降时间对应的氮气纯度被称为“时间优化氮气纯度”。图5的曲线图示出了图1或图2的惰性化系统1的时间优化氮气纯度。具体而言，对于封闭室2的空间大气中不同的氧气浓度，显示了应用于根据图1或图2的惰性化系统1的气体分离系统3、4的时间优化纯度。

可从图5所示的特征曲线直接推断出，对氮气产生器4进行调整，使在气体分离系统3、4出口4a处的气体混合物中的剩余氧气含量随着封闭室2的空间大气中氧气含量的减少而减少。当在使封闭室惰性化2并根据图5所示的氮气纯度特征曲线对氮气产生器进行相应操作时，可以压缩机3的最短可能运行时间并由此以最低可能能耗将封闭室2的空间大气设定并维持在预定惰性化水平。

图6是初始气体混合物中的氧气含量对气体分离系统3、4的空气系数的影响的曲线图。由此，在气体分离系统3、4的固定氮气纯度下，空气系数随着初始气体混合物中氧气含量的减少而下降。如上所述，根据图1示意性视图的惰性化系统1设有回路管线系统9，通过回路管线系统9以调节方式将从封闭室排出的一部分环境空气(根据需要被氮化)输送至混合腔室6，从而使初始气体混合物中的氧气的体积含量从其最初21％(常态环境空气的氧气含量)开始减少。由此，封闭室中已氮化的空气的再循环可进一步减小气体分离系统3、4的空气系数，从而增加气体分离系统3、4的效率，甚至进一步减少设定和维持预定惰性化水平所需的能量。

图6所示的特征曲线优选以这样的方式与图4和5以图表方式示出的方法组合：使在初始气体混合物和封闭室2内的各氧气浓度均可以实现氮气的优化供应。

为便于计算，图7示出了，在封闭室的空间大气中的氧气浓度降低时通过本发明的技术方案利用封闭室的空间大气中设定的氧气含量所实现的节能(％)。本文考虑的情况是，一方面，在封闭室惰性化期间，为氮气产生器的氮气纯度选定时间优化氮气纯度，另一方面，使已被氮化的封闭室空气再循环，从而进一步减小氮气产生器的空气系数并增加其效率。

本发明并不局限于附图所示的实施方式。

Claims (18)

1.一种用于防火和/或灭火的惰性化方法，其中在封闭室(2)的空间大气中设定并维持比常态环境空气中含量少的预先确定的氧气含量，所述方法包括以下方法步骤：

提供含有氧气、氮气和其它适用组分的初始气体混合物；

气体分离系统(3、4)从提供的所述初始气体混合物中分离出至少一部分氧气，并由此在所述气体分离系统(3、4)的出口(4a)处提供富氮气体混合物；以及

将所述氮化气体混合物输送至所述封闭室(2)的空间大气中；

其特征在于，控制所述气体分离系统(3、4)，使得所述氮化气体混合物的剩余氧气含量调节至根据在此刻聚集在所述封闭室的空间大气中的氧气含量而选定的值。

2.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，所述氮化气体混合物的剩余氧气含量随着所述封闭室(2)的空间大气中的氧气含量的减少而降低。

3.根据权利要求1或2所述的惰性化方法，其中，根据预先确定的特征曲线设定所述氮化气体混合物的剩余氧气含量，所述特征曲线示出了与所述封闭室(2)的空间大气的氧气含量相关的所述氮化气体混合物中剩余氧气含量的时间优化值，所述惰性化方法根据所述特征曲线在最短时间段内设定所述封闭室(2)的空间大气中比常态环境空气中的含量少的预先确定的氧气含量。

4.根据权利要求1或2所述的惰性化方法，其中，直接或间接地连续或以预定次数和/或根据预定情况测量在所述封闭室(2)的空间大气中的氧气含量；并且连续地或以预定次数和/或根据预定情况将所述氮化气体混合物中的剩余氧气含量设定为预定值，在所述预定值，所述惰性化方法基于当前氧气含量在可能的最短时间内将所述封闭室的空间大气中的氧气含量降至预定下降量。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的惰性化方法，其中，根据所述封闭室的空间大气中的氧气含量，将所述氮化气体混合物的剩余氧气含量设定为体积含量为0.01％与10.0％之间的值，优选地体积含量为5.5％与7.5％之间的值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的惰性化方法，其中，根据此刻所述封闭室(2)的空间大气中的氧气含量改变所述初始气体混合物中的氧气含量，至少一部分氧气从所述初始气体混合物分离出。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的惰性化方法，其中，为提供所述初始气体混合物，使所述封闭室(2)内部的一部分环境空气以调节方式从所述封闭室(2)排出，并使新鲜空气以调节方式与所述封闭室排出的空气进行混合。

8.根据权利要求7所述的惰性化方法，其中，每单位时间新鲜空气与从所述封闭室(2)排出的环境空气相混合的量选择为：使得每单位时间从所述封闭室(2)排出的环境空气的量与每单位时间输送至所述封闭室(2)的空间大气中的氮化气体混合物的量相同。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的惰性化方法，其中，根据此刻所述封闭室(2)的空间大气中的氧气含量，自动调节所述氮化气体混合物的剩余氧气含量。

10.一种惰性化系统，用于在封闭室(2)的空间大气中设定和/或维持比常态环境空气中的含量少的预先确定的氧气含量，其中该惰性化系统(1)包括气体分离系统(3、4)，该气体分离系统用于分离出包含在初始氮气/氧气气体混合物中的至少一部分氧气并由此在所述气体分离系统(3、4)的出口(4a)处提供富氮气体混合物，并且所述惰性化系统(1)包括用于将所述氮化气体混合物供应至所述封闭室(2)的供应管线系统(7)；

其特征在于，控制装置(5)设计为控制所述气体分离系统(3、4)，使得所述氮化气体混合物的剩余氧气含量调节至根据此刻在所述封闭室(10、10’)的空间大气中的氧气含量而选定的值。

11.根据权利要求10所述的惰性化系统，其中，所述控制装置还设计成根据此刻所述封闭室的空间大气中的氧气含量来控制所述气体分离系统(3、4)，使得当所述封闭室(2)的空间大气中的氧气含量减少时自动减少在所述气体分离系统(3、4)的出口(4a)处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量；和/或

所述控制装置(5)还设计成控制所述气体分离系统(3、4)，使得在所述气体分离系统(3、4)的出口(4a)处提供的氮化气体混合物具有体积含量为10.00％-0.01％的剩余氧气含量。

12.根据权利要求10或11所述的惰性化系统，还包括氧气测量系统(16)，该氧气测量系统设计成连续地或以预定次数和/或根据预定情况测量所述封闭室内空气的氧气含量并将测得的氧气含量值供应至所述控制装置(5)作为当前氧气含量。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的惰性化系统，其中，还设有用于提供所述初始气体混合物的混合腔室(6、6’)，其中第一管线系统(9)与所述混合腔室(6、6’)相连，所述封闭室(2)内的一部分空间大气以由所述控制装置(5)调节的方式通过所述第一管线系统(9)从所述封闭室(2)中排出并供应至所述混合腔室(6、6’)，并且第二管线(8)与所述混合腔室(6、6’)相连，新鲜空气以由所述控制装置(5)调节的方式通过所述第二管线(8)供应至所述混合腔室(6、6’)。

14.根据权利要求13所述的惰性化系统，还包括：

第一阀(11、10’)，具体为切断阀，在所述第一管线系统(9)中被所述控制装置(5)控制；和

第二阀(10、10’)，具体为切断阀，在所述第二管线系统(8)中被所述控制装置(5)控制；

其中，所述控制装置(5)设计为控制所述第一阀和/或第二阀(11，10；10’)，使得每单位时间从所述封闭室(2)排出的环境空气的量与每单位时间供应至所述封闭室(2)的空间大气中的氮化气体混合物的量相同。

15.根据权利要求14所述的惰性化系统，其中，所述第一阀(11、10’)和所述第二阀(10、10’)被实现为由所述控制装置(5)控制的一个组合的三通阀(10’)。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的惰性化系统，其中，所述气体分离系统包括氮气产生器(4)和压缩机(3)，通过所述控制装置(5)分别对氮气纯度、在所述氮气产生器(4)的出口(4a)处提供的氮化气体混合物的剩余氧气含量进行调节，且所述压缩机(3)布置在所述混合腔室(6、6’)与所述氮气产生器(4)之间。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的惰性化系统，其中，在所述第一管线系统(9)中设有热交换器系统(13)，用于在从所述封闭室(2)排出的空间大气和所述压缩机(3)多余热量之间传递热能。

18.根据权利要求13-16中任一项所述的惰性化系统，其中，所述混合腔室(6、6’)实现为布置在所述气体分离系统(3、4)的入口处或该入口之前的过滤器(6’)。

Images