CN103071256A - 具有内部汲取管的自动灭火系统 - Google Patents
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Abstract
一种自动灭火系统，包括：具有中心轴线的筒；设置在所述筒上的出口端口；汲取管，所述汲取管具有汲取管侧孔和入口开口，围绕中心轴线设置在所述筒中，与所述筒部分流体连通，且联接到所述出口端口；设置在所述筒中的推进剂气体混合物；以及设置在所述筒中的气态灭火剂。
Description
技术领域
本发明涉及灭火系统，且更具体地涉及用于对姿态不敏感的高速率排放灭火器的系统和方法，所述灭火器具有内部汲取管，所述汲取管带有相对于出口端口定尺寸的汲取管侧孔和入口开口。
背景技术
自动灭火（AFE）系统在检测到火灾或爆炸事件后使用。在一些情况下，AFE系统在事件之后在受限空间（例如，军用车辆的工作人员舱）内使用。AFE系统通常使用高速红外（IR）和/或紫外（UV）传感器以检测火灾/爆炸进展的早期阶段。AFE系统通常包括填充有灭火剂的缸体、快速作用阀和喷嘴，所述喷嘴允许灭火剂快速而有效地散开遍及受限空间。常规AFE系统在车辆内直立地安装以允许例如在军用车辆经受的倾斜、摇晃和温度的极端情况下有效地使用全部内容物。为了保持系统效率，喷嘴定位成使得其可以提供灭火剂在车辆内的均匀分布。对于这些类型的系统，该要求可以通过在阀出口处增加软管来满足，软管延伸到车辆内的期望位置。虽然有效，但是该措施增加了额外水平的系统复杂性和因而成本。
存在解决需要直立安装的抑制器（suppressor）的问题的多个方案。例如，管式灭火器设计可以以任何取向安装在车辆内且仍然提供灭火剂的有效排放以防车辆火灾或爆炸挑战。如果在事故之前或者期间车辆呈现任何取向，灭火器也将工作。已溶解氮（或其它惰性气体）从灭火剂快速解吸（形成两相混合物（例如，泡沫或摩丝））基本上填充灭火器内的容积且使得灭火剂从阀组件排放。该两相混合物的形成允许灭火剂充分排放，而与灭火器取向无关。然而，包括管设计的当前方案并未完全解决经受军用车辆所经受的倾斜、摇晃和温度的极端情况的受限空间的对姿态不敏感的要求。
发明内容
示例性实施例包括一种自动灭火系统，包括：具有中心轴线的筒；设置在所述筒上的出口端口；汲取管，所述汲取管具有汲取管侧孔和入口开口，围绕中心轴线设置在所述筒中，与所述筒部分流体连通，且联接到所述出口端口；设置在所述筒中的推进剂气体混合物；以及设置在所述筒中的气态灭火剂。
附加示例性实施例包括一种自动灭火系统，包括：具有中心轴线的筒；设置在所述筒上的出口端口；汲取管，所述汲取管具有汲取管侧孔和入口开口，围绕中心轴线设置在所述筒中，与所述筒部分流体连通，且联接到所述出口端口；在所述筒中的推进剂气体混合物，所述推进剂气体混合物具有第一推进剂气体和第二推进剂气体；以及设置在所述筒中的气态灭火剂。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书结束时在权利要求中特别指出且明确要求保护。本发明的前述和其它特征和优点从以下详细描述结合附图显而易见，在附图中：
图1图示了根据一个实施例的自动灭火（AFE）系统的第一视图；
图2图示了根据一个实施例的AFE系统的第二视图；
图3图示了根据一个实施例的AFE系统的第三视图；
图4图示了处于打开和完全起用状态的AFE系统的第四视图；和
图5图示了处于打开和完全起用状态的AFE系统的第五视图。
具体实施方式
图1图示了根据一个实施例的自动灭火（AFE）系统100。图2图示了系统100的一部分的放大透视图。图3图示了系统100的内部视图。系统100配置成在火灾或爆炸事件之后在受限空间（例如，军用车辆的工作人员舱）内快速地分散灭火剂。
系统100包括筒105，所述筒105可以是任何合适材料，例如不锈钢。筒105配置成接收气态灭火剂和推进剂气体（例如，惰性气体，如N2）两者。可以理解的是，可设想许多常规气态灭火剂，包括但不限于1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(即，HFC-227ea
(例如FM200®)), 三氟一溴甲烷（即，BTM (例如，哈龙（Halon）1301)以及1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟代-4-(三氟代甲基)-3-戊酮 (即，FK-5.1.12
(例如，Novec 1230®))。此外，筒105可以包括本文进一步所述的其它推进剂气体（例如，CO2）。筒105中的压力可以经由开关106从气体源（即，灭火剂和推进剂气体）监测。系统100还包括任何合适喷嘴歧管110和喷嘴115，用于将灭火剂和推进剂气体引导和释放到受限空间中。系统100还包括设置在筒105中的汲取管120。汲取管120配置成与筒105和喷嘴歧管110流体连通，如本文进一步所述。汲取管120包括联接到中心杆160的内环125，中心杆160围绕中心轴线101设置在筒105和汲取管120中。中心杆160包括挡块161，挡块161具有的半径大于中心杆160的半径。汲取管120包括围绕汲取管120的周边设置的多个汲取管侧孔130。内环125在系统100处于关闭和未起用状态时覆盖汲取管侧孔130。汲取管120还包括入口端口135，所述入口端口135具有由半渗透膜137覆盖的多个开口136。此外，筒105从外部环境气密密封。此外，汲取管120和中心杆160自由地允许筒105的内容物经由半渗透膜137来回移动。汲取管120还包括唇缘121，所述唇缘121具有的半径大于内环125的半径。如本文进一步所述，汲取管120还可以包括灭火剂，例如干粉灭火剂。可以理解的是，干粉灭火剂可以包括任何常规干粉灭火剂，包括但不限于基于碳酸氢钾 (即，KHCO3，例如
PurpleK™)以及碳酸氢钠 (即，NaHCO3，例如KiddeX™) 的灭火剂，具有增强流动属性的附加硅石。可以理解的是，半渗透膜137在筒105和汲取管120之间提供部分流体和气体连通。由此，干粉灭火剂保持隔离在汲取管120内。然而，筒105内的推进剂气体可以穿过半渗透膜137且使得汲取管120被增压处于与筒105相同或大致相同的压力。
出口端口111设置在筒105和喷嘴歧管110之间，且联接到汲取管120。宽切割头（broad
cutting head）165联接到中心杆160且定位靠近爆破隔膜170，并且在系统100处于关闭和未起用状态时覆盖出口端口111。爆破隔膜170保持筒105（包括汲取管120）和喷嘴歧管110的内容物之间气密密封隔离。因而，筒105保持相对于外部环境增压。系统100还包括联接到筒105的电致动器150。电致动器150配置成在致动时机械地联接到设置在筒105和汲取管120内的中心杆160。机械销151联接在电致动器150和中心杆160之间。膜片152将筒105从外部环境气密密封，从而筒105内的压缩气体不逸出。
在一个实施例中，一旦系统100检测到本文所述的火灾或爆炸事件，电致动器150就被致动，其通过膜片152驱动机械销151。机械销151进一步驱动中心杆160。中心杆160的驱动引起内环125的移动，因为内环125联接到中心杆160。内环125的移动使得内环125从汲取管侧孔130揭开。此外，中心杆160的驱动通过爆破隔膜170驱动宽切割头165。系统100于是变为打开和起用状态。中心杆160的驱动在挡块161与入口端口135接触时被限制。当系统100处于打开和完全起用状态时，加压筒105将加压气体释放到外部环境中。筒105和外部环境之间的压力差使得半渗透膜137折叠不挡道，从而暴露入口开口136。当系统100处于打开和起用状态时，筒105和汲取管120完全流体连通。干粉灭火剂在汲取管120中通过推进剂气体加压且从筒105隔离，从筒105释放到外部环境，随后其余推进剂气体和气态灭火剂从筒105释放到外部环境。图4和5示出了处于打开和完全起用状态的AFE系统100。
如本文所述，惰性推进剂气体可以包括N2。虽然例如62 bar(g)
(900 psig)的氮过压可以在筒105填充有设计浓度的气态灭火剂和干粉灭火剂时提供充分的灭火效率，但是在筒105的较低操作温度和不同姿态（例如，喷嘴115朝向上）时灭火性能和筒105排出的灭火剂的质量可能受影响。在一个实施例中，N2的过压可以增加高于62 bar(g)
(900 psig)。此外，附加推进剂气体（例如，CO2）添加到N2推进剂气体。通过增加N2的过压和通过添加CO2，灭火性能和排出的灭火剂的总质量均提高。例如，在用所示FM200®部分填充的容器中需要4.3 g
(0.1摩尔)CO2的较小比例实验以产生10 bar(g)过压。当实验重复时，添加仅仅0.7 g (0.025摩尔)的氮实现相同的压力。该结果表明，CO2比N2明显更易溶解在FM200®中。因而，通过类比，在抑制器（例如，系统100）排放期间，CO2从FM200®解吸的速率显著大于N2。然而，高于某些极限，CO2已知是对人类有毒的（即，OSHA、NIOSH和ACGIH工作暴露标准为40小时工作内平均0.5 vol％的CO2，短期（15分钟）暴露为平均3 vol％，且被认为立即对生命和健康有危险的最大瞬时极限为4 vol％）。因而，在一个实施例中，系统100包括受限的CO2量，以在保护区域内给予小于2 vol％，这应当在这些类型的事件的短持续时间内对乘员没有有害影响。可以理解的是，N2推进剂气体内添加CO2改进加压气体从大量气态灭火剂解吸的速率。在系统100处于打开和起用状态时，猛烈反应形成两相混合物（例如，泡沫或摩丝），其基本上填充筒105的容积且允许灭火剂离开。该特征是从筒105释放灭火剂的主要机制且提高排放的灭火剂质量和灭火性能。此外，通过添加一部分CO2，灭火剂的总体灭火性能（即，热容量）少量增加。在一个实施例中，由于CO2比N2更易溶解在气态灭火剂中，因而气态灭火剂首先添加到筒105中，随后是CO2，然后是N2。在一个实施例中，高达20 bar(g)
(290 psig)的CO2被添加，随后是高达62 bar(g)
(900 psig)的过压。虽然描述了在填充有气态灭火剂和干粉灭火剂组合物的筒105内添加CO2与N2混合，但是可以理解的是，在其它实施例中，还可以设想其它惰性气体和挥发性/汽化液体灭火剂（例如，在存储时含有一部分液体和气体的灭火剂）。用于加压高速率排放型灭火器的其它惰性气体的一些示例包括但不限于氦、氩和Argonite®。可能的是，空气也可以用作加压气体。其它灭火剂可以包括但不限于哈龙1301、哈龙1211、FE36、FE25、FE13和PFC410以及Novec1230。
在一个实施例中，出口端口111的尺寸可以变化。在本文所述的受限空间中，某些参数被设定以满足受限空间的要求。例如，如本文所述，添加CO2和增加充气压力导致提高的灭火性能和较高的排放灭火剂质量。然而，可能超过受限空间的某些限制（例如，人可承受的峰值声音水平）。在一个实施例中，出口端口111的直径可以被调节，同时保持灭火性能。例如，当筒105用推荐设计量的气态灭火剂和干粉灭火剂填充且用CO2部分加压至15 bar(g)
(218 psig)并且然后用N2完全加压至76 bar(g)
(1100 psig)时，在出口端口111尺寸为38-40 mm时满足充分的灭火性能。如果出口端口比灭火剂质量流率更小，因而灭火性能下降低于可接受极限。如果出口端口尺寸更大，将克服受限空间限制中的一个或多个（即，抑制器变得太吵或者从灭火剂经受太大的冲击力）。在一个实施例中，出口端口111尺寸和气体以及干粉灭火剂之间的关系可能变化。例如，对于仅仅用N2填充的60 bar(g)
(900 psig)，足够的出口端口111尺寸是50-55 mm直径。该关系可以根据所使用的灭火剂和加压气体以及使用的过压变化。在一个实施例中，系统100是高速率排放（HRD）型灭火器，采用惰性推进气体作为从筒105排放灭火剂的主要机制。
如本文所述，在一个实施例中，筒105可以包括气态灭火剂和推进剂气体。此外，汲取管120可以包括干粉灭火剂。由此，汲取管120确保在排放早期阶段干粉灭火剂的输送，而与系统100的取向无关，从而提供系统100的对姿态不敏感的特征。如图1-3所示，汲取管120保持干粉灭火剂靠近出口端口11，而与系统100的取向（即，姿态）无关。如本文所述，半渗透膜137允许推进剂气体（例如，CO2和N2）以及气态灭火剂的混合物在干粉灭火剂结构的空隙中形成。当系统置于其打开和起用状态时，干粉灭火剂在总灭火器排放的早期阶段排放。该干粉灭火剂在早期阶段到达扩散火球的事实已经表明不但改进灭火性能而且减少产生的酸性气体量。如本文所述，干粉灭火剂可以包括任何常规干粉灭火剂，只要其与容器内的所有其它剂化学上相容即可，包括但不限于基于碳酸氢钾 (即，KHCO3，例如
PurpleK™)以及碳酸氢钠 (即，NaHCO3，例如KiddeX™) 的灭火剂，具有增强流动属性的附加硅石。
如本文所述，在一个实施例中，汲取管120可以被定制以提供气态灭火剂和干粉灭火剂的充分的对姿态不敏感的输送，在冷存储条件下可能是特定问题。如本文所述，汲取管120包括一系列汲取管侧孔130以及入口开口136。汲取管侧孔130靠近入口端口135和入口开口136。在一个实施例中，通过改变入口端口135（经由入口开口136）和汲取管侧孔130之间的面积相对于筒105的出口端口111的比率，可以调节排放特性以提供非常类似的属性，而与姿态或操作温度无关。所述调节还保持充分的灭火性能和满足受限空间要求。汲取管120设计的示例基于40 mm的出口端口111直径。例如，入口开口136的面积是出口端口111面积的100％，且汲取管侧孔130的面积是出口端口111面积的另外50％。在另一个示例中，入口开口136的面积是出口端口111的50％，且汲取管侧孔130的面积是出口端口111面积的100％。在两个示例中，入口开口136的面积和汲取管侧孔130的面积的总和是出口端口111面积的150％。可以理解的是，汲取管120可以不包括汲取管侧孔130。然而，干粉灭火剂的初始排放和气态灭火剂的缓慢（在排放后从液化状态变为气态）可导致质量流率和来自于出口端口111的灭火剂的密度的减小，同时气态灭火剂仍在筒105内形成两相溶液。通过将汲取管包括侧孔130和控制汲取管120设计内面积的相对比例，减少在两相剂的情况下剂从筒105排放所花费的时间。因而，在干化学物从筒120初始排放之后，保持气态灭火剂的提高质量流率，同时气态灭火剂仍在筒105内形成两相溶液。该限制较少的流动路径使得在排放期间每单位压力衰减的排出灭火剂的质量最大化。因而，系统100展示高的对姿态不敏感程度，甚至在较低操作温度下也是如此。
虽然本发明仅仅结合有限数量的实施例详细描述，但是应当容易理解的是，本发明并不限于这样公开的实施例。相反，本发明可以修改以包含迄今未描述但与本发明的精神和范围匹配的任何数量的变型、变化、替代或等价设置。此外，虽然已经描述本发明的各个实施例，但是要理解的是，本发明的各方面可包括所述实施例中的仅仅一些。因此，本发明并不由前述描述限制，而仅仅由所附权利要求的范围限制。
Claims (16)
1. 一种自动灭火系统，包括：
具有中心轴线的筒；
设置在所述筒上的出口端口；
汲取管，所述汲取管具有汲取管侧孔和入口开口，围绕中心轴线设置在所述筒中，与所述筒部分流体连通，且联接到所述出口端口；
设置在所述筒中的推进剂气体混合物；以及
设置在所述筒中的气态灭火剂。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积和入口开口的面积的总和相对于出口端口的面积定尺寸。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积和入口开口的面积的总和是出口端口的面积的150％。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积是出口端口的面积的100％，入口开口的面积是出口端口的面积的50％。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积是出口端口的面积的50％，入口开口的面积是出口端口的面积的100％。
6. 根据权利要求1所述的系统，还包括设置在所述筒和汲取管中的中心杆。
7. 根据权利要求6所述的系统，还包括电致动器，在致动之后，所述电致动器机械地联接到所述中心杆。
8. 根据权利要求7所述的系统，还包括：
设置在中心杆上的宽头切割器；以及
设置在出口端口中且靠近所述宽头切割器的爆破隔膜。
9. 一种自动灭火系统，包括：
具有中心轴线的筒；
设置在所述筒上的出口端口；
汲取管，所述汲取管具有汲取管侧孔和入口开口，围绕中心轴线设置在所述筒中，与所述筒部分流体连通，且联接到所述出口端口；
在所述筒中的推进剂气体混合物，所述推进剂气体混合物具有第一推进剂气体和第二推进剂气体；以及
设置在所述筒中的气态灭火剂。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积和入口开口的面积的总和相对于出口端口的面积定尺寸。
11. 根据权利要求9所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积和入口开口的面积的总和是出口端口的面积的150％。
12. 根据权利要求9所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积是出口端口的面积的100％，入口开口的面积是出口端口的面积的50％。
13. 根据权利要求9所述的系统，其中，汲取管侧孔的面积是出口端口的面积的50％，入口开口的面积是出口端口的面积的100％。
14. 根据权利要求9所述的系统，还包括设置在所述筒和汲取管中的中心杆。
15. 根据权利要求14所述的系统，还包括电致动器，在致动之后，所述电致动器机械地联接到所述中心杆。
16. 根据权利要求15所述的系统，还包括：
设置在中心杆上的宽头切割器；以及
设置在出口端口中且靠近所述宽头切割器的爆破隔膜。
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