CN107875539A - 一种低氧防火系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低氧防火系统，包括：制氮机组；储气罐，连接到制氮机组；以及控制部分；其中，控制部分能够响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气；响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

Description

一种低氧防火系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种防火领域，特别地涉及一种低氧防火系统及其方法。

背景技术

科学研究表明，在常温、常压并且氧体积分数约为16.8％的低氧环境中，一般可燃物都不能被点燃。而正常人在氧体积分数14％～16％的空气环境中活动，也基本不会对身体造成危害。因此，低氧环境可以用于防火。然而，现有技术中并没有成本和实用性都满足需求的成熟方案。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种低氧防火系统，包括：制氮机组；储气罐，连接到制氮机组；以及控制部分；其中，控制部分能够响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气；响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

如上所述的系统，其中控制部分能够响应于储气罐的氮气含量低于第一预定值，控制制氮机组向储气罐提供氮气；响应于储气罐的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组停止向储气罐提供氮气。

如上所述的系统，其中储气罐经过第一稳压器提供氮气，其中第一稳压器输出的氮气压力为0.05-1.0MPa，优选为0.05-0.1MPa。

如上所述的系统，进一步包括：灭火氮气瓶组，其包括一个或多个氮气瓶；其中，控制部分能够响应于防火空间的火情警报，控制灭火氮气瓶组向防火空间提供氮气；响应于提供了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值，控制灭火氮气瓶组停止向防火空间提供氮气。

如上所述的系统，进一步包括：增压机，其连接到制氮机组和灭火氮气瓶组，响应于灭火氮气瓶组的氮气含量低于第三预定值，控制部分控制制氮机组和增压机向灭火氮气瓶组充氮；响应于灭火氮气瓶组的氮气含量高于第四预定值，控制制氮机组和增压机停止向灭火氮气瓶组充氮。

如上所述的系统，其中灭火氮气瓶组经过第二稳压器提供氮气，其中第二稳压器输出的氮气压力为0.05-1.0MPa，优选为0.1-0.5MPa。

如上所述的系统，进一步包括气体检测装置，其安装在防火空间中用来检测防火空间中氧气的含量；其中控制部分能够接收来自气体检测装置的测量值。

如上所述的系统，进一步包括报警装置，其安装在防火空间中用来探测火情；其中控制部分能够接收来自报警装置的火情警报。

如上所述的系统，进一步包括额外的气体检测装置或报警装置。

如上所述的系统，进一步包括防火空间中的管路和一个或多个喷嘴，其中管路连接到储气罐和灭火氮气瓶组；多个喷嘴位于管路上；其中管路位于防火空间的上方和/或喷嘴的方向朝向上方。

如上所述的系统，其中管路穿过防火空间的多个隔间，其中隔间中至少包括一个喷嘴。

如上所述的系统，进一步包括防火空间中的自动进排气装置和/或机械排气装置。

如上所述的系统，进一步包括手动控制装置，其能够控制储气罐或灭火氮气瓶组开启或停止供气。

根据本发明的另一个方面，提出一种低氧防火系统的操作方法，包括：监视防火空间中的氧气含量；响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气；以及响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

如上所述的方法，进一步包括：响应于储气罐的氮气含量低于第一预定值，控制制氮机组向储气罐提供氮气；以及响应于储气罐的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组停止向储气罐提供氮气。

如上所述的方法，进一步包括：响应于防火空间的火情警报，控制灭火氮气瓶组向防火空间提供氮气；以及响应于提供了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值，控制灭火氮气瓶组停止向防火空间提供氮气。

如上所述的方法，进一步包括：响应于灭火氮气瓶组的氮气含量低于第三预定值，控制部分控制制氮机组和增压机向灭火氮气瓶组充氮；以及响应于灭火氮气瓶组的氮气含量高于第四预定值，控制制氮机组和增压机停止向灭火氮气瓶组充氮。

如上所述的方法，进一步包括：响应于手动控制装置，控制储气罐或灭火氮气瓶组开始或停止供气。

如上所述的方法，进一步包括：响应于防火空间中多个隔间中一者的氧气含量变化或者火情警报，控制该隔间中的喷嘴从储气罐或灭火氮气瓶组供气。

如上所述的方法，进一步包括：响应于防火空间中火情警报，控制储气罐或灭火氮气瓶组同时开始或停止供气。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1是根据本发明一个实施例的低氧防火系统的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的制氮机组的示意图；以及

图3是根据本发明一个实施例的低氧防火系统的操作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

本发明提出的防火系统正是应用低氧安全环境可以防止火灾发生的原理，即通过向防护区输送氮气，控制防护区的氧浓度，使防护区处于常压低氧的防火环境，防止火灾发生。进一步地，当防护区的氧浓度降至允许燃烧的下限浓度以下，供氮装置停止运行，以节省能耗；当防护区氧浓度上升至上限浓度时，重新启动供氮装置，向防护区内补充氮气。如此达到不发生燃烧、杜绝火灾的目的。

现有技术中有利用存储氮气灭火的方案。然而，高纯度氮气的方案容易造成危险；而低纯度氮气(12％-16％的氧气含量)由于储气成本高，仅能用于飞机、火车、隧道等有限领域，更毋庸说作为防火用途使用。

图1是根据本发明一个实施例的低氧防火系统的示意图。如图所示，低氧防火系统100包括制氮机组101和与制氮机组101连接储气罐102。储气罐的进一步通过第一稳压器103连接到防火空间110。制氮机组101用于向储气罐102提供高纯度氮气(大于99％)，并在储气罐102的压力达到第一预定值后停止工作。当储气罐的压力下降为第二预定值后，启动制氮机组101向储气罐供气。举例而言，储气罐102压力的第一预定值为1.0-1.2MPa。第二预定值为0.6-0.8MPa。储气罐102用于维持防火空间110中的低氧环境，例如小于16％的氧含量。

低氧防火系统100包括控制部分200，其包括处理器201、输入装置202和显示屏203。处理器201根据防火空间110中氧气的浓度，控制储气罐102向防火空间110提供气体。当防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐102向防火空间110提供气体。当防火空间的氧气含量下降为第二氧气预定值，处理器201关闭储气罐102的阀门，停止向防火空间110供气。

进一步地，处理器201通过显示屏203向使用者展示防火空间中氧气的浓度。控制部分200还可以包括输入装置202。使用者可以通过输入装置202和显示屏203进行交互，对本发明的低氧防火系统进行控制。根据本发明的一种实施方式，显示屏203可以为触摸屏，同时兼具显示和输入功能。根据本发明的一个实施例，处理器201的实例可以中央处理器CPU、单片机、或者专用微处理器，诸如数字信号处理DSP、现场可编程门阵列FPGA、可编程逻辑控制器PLC、超长指令字处理器VLIW等其他微处理器。

防火空间110中包括气体检测装置，用于监视防火空间110中的氧含量。气体检测装置可以仅为一个传感器，实现对气体采样，并将针对采样气体检测的电信号、红外信号等信号发送到处理器201进行处理。根据本发明一个更为可取的实施例，气体检测装置可以包括电信号或红外信号的处理部分，而将氧气含量的测量值发送到处理器201。根据本发明的一种实施方式，气体检测装置还包括二氧化碳传感器，用来检测防火空间110中二氧化碳的含量。

防火空间110中包括手动控制装置108。手动控制装置可以用于对处理器201中的逻辑进行设定，例如储气罐102的第一和第二预定值以及防火空间氧含量的第一和第二氧含量预定值等。手动控制装置108也可以开启和关闭储气罐102向防火空间110的供气。

根据本发明的一种实施方式，防火空间110中氧气的含量被设定为低于16％。当气体检测装置检测到防火空间110中的氧气的含量高于16％，处理器201控制储气罐102的阀门开启，向防火空间110提供高纯度氮气。气体检测装置持续监视防火空间110氧气的含量的变化。当氧气含量低于15％，处理器201控制储气罐102的阀门关闭，停止向防火空间110提供氮气。

根据本发明的一种实施方式，在储气罐102与防火空间110之间的管路上还包括第一稳压器103。第一稳压器103为气体稳压器或者稳压阀，以恒定的压力向防火空间110释放氮气。根据防火空间110中设施或者物品的不同，提供的氮气压力范围0.05-1.0MPa，优选0.05-0.1MPa。

图2是根据本发明一个实施例的制氮机组的示意图。如图所示，制氮机组300包括空压机301、气体净化装置302、和制氮机303。空压机301和制氮机303二者一起构成了制氮部分的主体。当然，制氮部分也可以包括其他元件或者以本领域的其他技术实现。进一步地，空压机301可以为往复活塞式，旋转叶片式或旋转螺杆式等。制氮机302包括分子筛制氮设备、膜制氮设备或其他制氮设备。根据本发明的一个实施例，制氮机组300还可以包括发电机组304。在不具备外部电源的情况下，发电机组304可以自行发电以供制氮机组以及后续的低氧防火系统的其他部分使用。

虽然本发明的低氧防火系统将防火空间的氧气含量限制在低于16％，但是在某些特殊的情况下，防火空间中还是可能出现火情。

根据本发明的一个实施例，本发明的低氧防火系统还可以进一步包括低氧灭火部分，以应对防火空间中突然出现的火情。如图1所示，低氧防火系统100还包括增压机104、灭火氮气瓶组105和第二稳压器106。灭火氮气瓶组105包括一个或多个氮气瓶。灭火氮气瓶组105通过第二稳压器106接入到防火空间110中。第二稳压器提供的压力为0.05-1.0MPa，优选为0.1-0.5MPa。灭火氮气瓶组105的氮气瓶的个数可以根据防火空间110的大小等条件确定。例如对于需要300m³的氮气，灭火氮气瓶组的储气压力可以为30MPa，需要的储气容积为1m³。

增压机104与制氮机组101和灭火氮气瓶组105相连，用于为灭火氮气瓶组105充氮。具体而言，响应于灭火氮气瓶组105的氮气含量低于第三预定值，控制部分200控制制氮机组101和增压机104向灭火氮气瓶组105充氮；以及响应于灭火氮气瓶组105的氮气含量高于第四预定值，控制制氮机组101和增压机104停止向灭火氮气瓶组充氮。举例而言，第三预定值可以为25MPa，而第四预定值可以为30MPa。

根据本发明的一个实施例，防火空间110包括报警装置107。报警装置107具有火情探测和报警功能，在发出声光报警的同时将火情警报发送到控制部分200。报警装置107可以为现有技术中任何的类似装置，包括但不限于：光电感烟探测器、感温探测器等。根据本发明的一种实施方式，防火空间110包括两套光电感烟探测器和感温探测器，以达到冗余备份功能。根据本发明的一种实施方式，报警装置107还包括独立的声光报警器以在火灾发生后发出声光警报。根据本发明的一种实施方式，气体检测装置可以包括在报警装置107中而作为报警装置107的一部分。

根据本发明的一个实施例，控制部分200响应于来自防火空间的报警装置107的火情警报，控制灭火氮气瓶组105向防火空间提供氮气，快速建立低氧环境以灭火。在释放了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值(例如15-16％的氧含量)，控制部分200控制灭火氮气瓶组105停止向防火空间提供氮气。

根据本发明的一个实施例，防火空间110中的手动控制装置108可以手动启动/关闭灭火氮气瓶组的阀门，以开启/停止防火空间110中灭火过程。

根据本发明的一个实施例，防火空间110包括自动进排气装置与机械排气装置。在灭火氮气瓶组开始输送氮气后，自动进排气装置能够自动开启，以排出防火空间中的烟雾。必要时，也可通过机械排气装置排放。在灭火之后，也可以打开自动进排气装置与机械排气装置对防护区通风换气，以便工作人员清理火场。

根据本发明的一个实施例，防火空间110可以包括多个区域，各个区域可以共享同一套低氧防火系统。根据本发明的一个实施例，防火空间110包括管道和其上的多个喷嘴。管道分别与储气罐102和灭火氮气瓶组105连接。通过管道上的多个喷嘴向防火空间110提供氮气。根据本发明的一个实施例，当一个区域中的氧气含量低于第一预定值时，控制系统可以控制储气罐102和该区域中的喷嘴打开，向该区域补充氮气，而其他区域的喷嘴保持关闭状态，其他区域不受影响。当一个区域出现火情警报时，控制系统可以控制灭火氮气瓶组105和该区域中的喷嘴打开，向该区域提供氮气灭火，而其他区域的喷嘴保持关闭状态，其他区域不受影响。也就是说，防火空间的各个区域可以独立操作而共享同一低氧防火系统。根据本发明的一个实施例，管道布置在防火空间的上方和/或喷嘴的方向为向上方喷射。

提供高纯度氮气通过迅速建立低氧环境灭火方式的安全隐患在于：第一，由于火灾或其他原因造成防火空间中气体检测装置损坏，无法停止供气，导致防火空间中氧含量过低而出现危险；第二，氮气压力较大而且局部分布不均匀。特别是积聚在防火空间底部时容易造成躺在地面上或在地面上爬行的人窒息；第三，氮气压力较大而容易造成防火空间中的贵重物品损伤。

本发明的实施例的防火灭火一体式方案则完全可以消除上述隐患。首先，防火空间中的氧含量和报警器的工作状态始终处于监视中，因此可以排除火灾以外的因素导致气体检测装置损坏。而本发明的实施例中，防火空间中可以包括2套报警装置(均含有气体检测装置)。在具备冗余备份的情况下，2套报警装置均同时损坏的可能性已经很小。在本发明的实施例中，管道布置在防火空间的上方和/或喷嘴的方向为向上方喷射，可以使得在地面出现氮气积聚的可能性减小。另外，由于本实施例的防火空间中始终维持低氧环境。虽然由于突然的原因引起了火情，但是总体而言氧的含量仍然是较低的。因此，喷嘴可以不必采用过高的压力从而避免对贵重物品造成伤害。具体而言，喷嘴的喷射压力可以小于1MPa，优选小于0.5MPa。

本发明的低氧防火灭火系统使用的灭火剂是氮气。因此，还可以具有以下优点：第一，环境因素：氮气取自大气又回归大气,对环境没有任何影响,不存在温室效应,不破坏臭氧层,无残留物,无热分解物,是真正意义上的绿色灭火剂。第二，对生命和财产的保护：利用氮气灭火可稀释空气中的有毒物质的浓度，化学成分稳定，喷放时不会产生雾化，不会分解产生有毒或有腐蚀性的分解物。第三，维护保养费用，氮气来源广泛，工业生产的氮气纯度较高，无论是生产投入还是后期使用的成本都十分低廉。第四，灭火能力：氮气相对空气密度为0.97，灭火剂和空气的密度相近，进行全淹没灭火可以与周围的空气很好地进行混合，有效防止了复燃的产生。

图3是根据本发明一个实施例的低氧防火系统的操作方法流程图。如图所示，低氧防火系统的操作方法300包括如下步骤：在步骤310，监视防火空间中的氧气含量。在步骤320，响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气。在步骤330，响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

根据本发明的一个实施例，操作方法300进一步包括储气罐的供气步骤，其包括：响应于储气罐的氮气含量低于第一预定值，控制制氮机组向储气罐提供氮气；以及响应于储气罐的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组停止向储气罐提供氮气。

根据本发明的一个实施例，操作方法300进一步包括灭火步骤，其包括：响应于防火空间的火情警报，控制灭火氮气瓶组向防火空间提供氮气；以及响应于提供了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值，控制灭火氮气瓶组停止向防火空间提供氮气。根据本发明的一种实施方式，响应于防火空间中火情警报，控制储气罐或灭火氮气瓶组同时开始或停止供气。

根据本发明的一个实施例，操作方法300进一步包括灭火氮气瓶组的充气步骤，其包括：响应于灭火氮气瓶组的氮气含量低于第一预定值，控制部分控制制氮机组和增压机向灭火氮气瓶组充氮；以及响应于灭火氮气瓶组的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组和增压机停止向灭火氮气瓶组充氮。

进一步，操作方法300包括：响应于手动控制装置，控制储气罐或灭火氮气瓶组开始或停止供气。增加手动控制的步骤可以降低系统的风险。

进一步，如果防火空间包括多个隔间，响应于防火空间中多个隔间中一者的氧气含量变化或者火情警报，可以控制该隔间中的喷嘴从储气罐或灭火氮气瓶组获得氮气，以用来维持低氧环境或者灭火。

针对文物、档案、奢侈品、中药材、烟草等库房，以及通讯机房等容易发生火灾的场所，采用本发明的低氧防火灭火系统，利用制氮系统将火灾防护空间内的氧含量长期控制在15％～16％之间，不影响人员日常活动还可起到防火作用。同时，在普通库房内设置光电感烟探测器和感温探测器等报警装置，实时监测，一旦发现火情，本发明的系统能够立即启动灭火系统，快速灭火。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (20)

1.一种低氧防火系统，包括：

制氮机组；

储气罐，连接到制氮机组；以及

控制部分；

其中，控制部分能够响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气；响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

2.根据权利要求1所述的系统，其中控制部分能够响应于储气罐的氮气含量低于第一预定值，控制制氮机组向储气罐提供氮气；响应于储气罐的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组停止向储气罐提供氮气。

3.根据权利要求1所述的系统，其中储气罐经过第一稳压器提供氮气，其中第一稳压器输出的氮气压力为0.05-1.0MPa，优选为0.05-0.1MPa。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：灭火氮气瓶组，其包括一个或多个氮气瓶；其中，控制部分能够响应于防火空间的火情警报，控制灭火氮气瓶组向防火空间提供氮气；响应于提供了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值，控制灭火氮气瓶组停止向防火空间提供氮气。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括：增压机，其连接到制氮机组和灭火氮气瓶组，响应于灭火氮气瓶组的氮气含量低于第三预定值，控制部分控制制氮机组和增压机向灭火氮气瓶组充氮；响应于灭火氮气瓶组的氮气含量高于第四预定值，控制制氮机组和增压机停止向灭火氮气瓶组充氮。

6.根据权利要求5所述的系统，其中灭火氮气瓶组经过第二稳压器提供氮气，其中第一稳压器输出的氮气压力为0.05-1.0MPa，优选为0.1-0.5MPa。

7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括气体检测装置，其安装在防火空间中用来检测防火空间中氧气的含量；其中控制部分能够接收来自气体检测装置的测量值。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括报警装置，其安装在防火空间中用来探测火情；其中控制部分能够接收来自报警装置的火情警报。

9.根据权利要求7或8所述的系统，进一步包括额外的气体检测装置或报警装置。

10.根据权利要求4所述的系统，进一步包括防火空间中的管路和一个或多个喷嘴，其中管路连接到储气罐和灭火氮气瓶组；多个喷嘴位于管路上；其中管路位于防火空间的上方和/或喷嘴的方向朝向上方。

11.根据权利要求10所述的系统，其中管路穿过防火空间的多个隔间，其中隔间中至少包括一个喷嘴。

12.根据权利要求10所述的系统，进一步包括防火空间中的自动进排气装置和/或机械排气装置。

13.根据权利要求4所述的系统，进一步包括手动控制装置，其能够控制储气罐或灭火氮气瓶组开启或停止供气。

14.一种低氧防火灭火系统的操作方法，包括：

监视防火空间中的氧气含量；

响应于防火空间的氧气含量高于第一氧气预定值，控制储气罐向防火空间提供氮气；以及

响应于防火空间的氧气含量低于第二氧气预定值，控制储气罐停止向防火空间提供氮气。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：响应于储气罐的氮气含量低于第一预定值，控制制氮机组向储气罐提供氮气；以及响应于储气罐的氮气含量高于第二预定值，控制制氮机组停止向储气罐提供氮气。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：响应于防火空间的火情警报，控制灭火氮气瓶组向防火空间提供氮气；以及响应于提供了预定量的氮气或者防火空间的氧含量以及低于预定氧含量值，控制灭火氮气瓶组停止向防火空间提供氮气。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：响应于灭火氮气瓶组的氮气含量低于第三预定值，控制部分控制制氮机组和增压机向灭火氮气瓶组充氮；以及响应于灭火氮气瓶组的氮气含量高于第四预定值，控制制氮机组和增压机停止向灭火氮气瓶组充氮。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：响应于手动控制装置，控制储气罐或灭火氮气瓶组开始或停止供气。

19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：响应于防火空间中多个隔间中一者的氧气含量变化或者火情警报，控制该隔间中的喷嘴从储气罐或灭火氮气瓶组供气。

20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：响应于防火空间中火情警报，控制储气罐或灭火氮气瓶组同时开始或停止供气。