CN110090374B - 机车锂电储能装置防灭火装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机车锂电储能装置防灭火装置与方法，其通过制氮机分离空气中的氮气，自动化程度高，操作简单，节约成本，利用制氮机制取的氮气用以产生两相流细水雾，节约用水，扑救效率高，还可防止锂电储能装置复燃；同时，本方案中制氮机充分利用空气中氮气，节约外置氮气成本，重复利用率高，且锂电储能装置在惰性环境中工作，可大幅延长储能装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电储能装置防灭火技术领域，尤其涉及一种机车锂电储能装置防灭火装置与方法。
背景技术
我国幅员辽阔，人口密度极大，交通出行需求多。近年来，高速动力组轨道交通(高铁动车)具有承载量大、出行速度快、安全性高、环保程度高、能源需求量小及占用地窄等优势，逐步成为国民出行的首选模式。
但高铁动车也面临一些问题：一方面，对接触网依赖性太高，架设接触网或铺设电气化无缝钢轨的难度高，成本大，尤其很难在山地、丘陵地带覆盖接触网；另一方面，高铁供电方式单一，接触网或机车内牵引供电系统出现故障，机车只能就地停留，危险程度大。
新兴锂电储能元件的能量密度越来越大，可解决高铁动车出现的上述问题。备用锂电储能装置可通过在有接触网区域储能，而在未覆盖接触网区域供电的方式，极大延伸高铁网络；接触网或牵引供电发生故障时，依靠锂电储能装置能保障故障机车驶入安全区域。但是，锂电储能装置大幅应用也存在安全隐患，锂电储能装置一旦发生热失效、热失控，易引发火灾或爆炸，锂电池密闭强度越高，热失控后泄压越大，形成射流火越剧烈，火蔓延速度极快，火灾扑救及人员疏散难度也越大。在高铁动车组上发展专门的锂电储能装置防灭火方法，对保障锂电储能装置的安全使用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种机车锂电储能装置防灭火装置与方法，自动化程度高，操作简单，节约成本，能够有效保障锂电储能装置的安全。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种机车锂电储能装置防灭火装置，包括：氮气发生系统、锂电储能装置防火模块以及锂电储能装置灭火模块；其中：
所述氮气发生系统包含两个支路，第一支路上设有膜气体分离器，其后端分别通过第一单向控制阀、第二单向控制阀各自连接锂电储能装置防火模块、锂电储能装置；第二支路上设有分子筛制氮机，其后端通过第四单向控制阀与锂电储能装置灭火模块相连；
所述锂电储能装置防火模块通过第三单向控制阀与锂电储能装置相连；所述锂电储能装置设有第一排空阀，其内仓还设有所述锂电储能装置防火模块与锂电储能装置灭火模块共用的热电偶与感烟探测器。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过制氮机分离空气中的氮气，自动化程度高，操作简单，节约成本，利用制氮机制取的氮气用以产生两相流细水雾，节约用水，扑救效率高，还可防止锂电储能装置复燃；同时，本发明中制氮机充分利用空气中氮气，节约外置氮气成本，重复利用率高，且锂电储能装置在惰性环境中工作，可大幅延长储能装置的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种机车锂电储能装置防灭火装置的示意图；其中，1-空气压缩机，2-粒子过滤器，3-第二质量流量控制计，4-第一质量流量控制计，5-膜气体分离器，6-排氧控制单向阀，7-第一单向控制阀，8-第二单向控制阀，9-冷凝器，10-锂电储能装置，11-热电偶，12-感烟探测器，13-第一排空阀，14-分子筛制氮机，15-储气罐，16-压力表，17-氧气浓度测量仪，18-第二排空阀，19-第三质量流量控制计，20-第四单向控制阀，21-液体流量控制计，22-第五单向控制阀，23-供水系统，24-细水雾喷头，25-第三单向控制阀；
图2为本发明实施例提供的一种机车锂电储能装置防灭火装置的工作原理示意图。
具体实施方式
下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种机车锂电储能装置防灭火装置，如图1所示，其主要包括：氮气发生系统、锂电储能装置防火模块以及锂电储能装置灭火模块；其中：
所述氮气发生系统包含两个支路，第一支路上设有膜气体分离器，其后端分别通过第一单向控制阀、第二单向控制阀各自连接锂电储能装置防火模块、锂电储能装置；第二支路上设有分子筛制氮机，其后端通过第四单向控制阀与锂电储能装置灭火模块相连；
所述锂电储能装置防火模块通过第三单向控制阀与锂电储能装置相连；所述锂电储能装置设有第一排空阀，其内仓还设有所述锂电储能装置防火模块与锂电储能装置灭火模块共用的热电偶与感烟探测器。
下面针对装置内部的三个部分分别进行介绍。
一、氮气发生系统。
还参见图1，所述氮气发生系统包括：空气压缩机、粒子过滤器、第一质量流量控制计、第二质量流量控制计、膜气体分离器、分子筛制氮机以及储气罐；
所述空气压缩机与粒子过滤器相连后分为两个支路；其中：
第一支路上依次设有第一质量流量控制计与膜气体分离器；膜气体分离器第一气体输出端口设有排氧控制单向阀，第二气体输出端口通过第一单向控制阀连接锂电储能装置防火模块，第三气体输出端口通过第二单向控制阀连接锂电储能装置；
第二支路上依次设有第二质量流量控制计、分子筛制氮机以及储气罐；所述储气罐通过第三单向控制阀连接锂电储能装置灭火模块内的细水雾发生系统；所述储气罐上还设有压力表、氧气浓度测量仪以及第二排空阀。
锂电储能装置正常工作时，空气经由空气压缩机储气，并经粒子过滤器过滤掉颗粒物后，自动调节第一质量流量控制计工作流量，一部分空气进入膜气体分离器，分离的富氧气体由排氧单向阀排出，而分离的富氮气体经由第二单向控制阀进入锂电储能装置，在锂电储能装置的排空阀后实时监测排出气体中氧气含量，若氧气体积浓度小于设定值(例如5％)，则关闭第二单向控制阀与锂电储能装置的排空阀，关闭第一质量流量控制计，排空空气压缩机中空气。
上述方案中，通过制氮机充分利用空气中氮气，节约外置氮气成本，重复利用率高，且锂电储能装置在惰性环境中工作，可大幅延长储能装置的使用寿命。
二、锂电储能装置防火模块。
还参见图1，所述锂电储能装置防火模块包括：冷凝器，其一端通过第一单向控制阀连接氮气发生系统第一支路上的膜气体分离器，另一端通过第三单向控制阀连接锂电储能装置。
其原理如图2所示，热电偶实时监控锂电储能装置内舱温度，若温度不超过阈值(例如80℃)，一直保持锂电储能装置的惰性工作环境。如果热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器未发出警告时，第一单向控制阀、第三单向控制阀以及第一排空阀开启；自动启动空气压缩机，空气经由空气压缩机，经粒子过滤器过滤后，自动开启第一质量流量控制计，中流量(由锂电储能装置和膜气体分离器尺寸决定)空气进入膜分离器，分离的富氧气体由排氧单向阀排出，而分离的富氮气体(低氧浓度)经第一单向控制阀进入冷凝器，冷凝器将传输而来的气体进行冷却，并通过第三单向控制阀送入锂电储能装置，实时监测热电偶11采集数据，若锂电储能装置内舱温度降至设定的安全值(60℃)以下，关闭第一单向控制阀、第三单向控制阀以及第一排空阀开启，关闭第一质量流量控制计，排空空气压缩机中空气。
上述方案中，通过隔氧防止锂电储能装置发生热失控，冷却锂电储能装置防止热失控进一步扩大。
三、锂电储能装置防火模块。
还参见图1，所述锂电储能装置防火模块包括：细水雾喷头、第三量流量控制计、液体流量控制计以及供水系统；
所述第三量流量控制计的一端通过第四单向控制阀连接氮气发生系统第二支路上的分子筛制氮机，另一端连接细水雾喷头的一端；所述细水雾喷头的另一端连接液体流量控制计，所述液体流量控制通过第五单向控制阀连接供水系统。
其原理如图2所示，打开第二排空阀，关闭第四单向控制阀与第五单向控制阀，空气经由空气压缩机进入粒子过滤器，调节第二质量流量控制计，空气以大流量(由分子筛制氮机型号决定)进入分子筛制氮机，分离的高纯度氮气经由单向控制阀进入储气罐，实时监测储气罐内压力与氧气浓度，若氧气浓度过高，说明进口空气流量过大，在分子筛制氮机中未充分分离氧气，应降低第二质量流量控制计流量，若储气罐内氧气浓度符合要求，关闭第二排空阀，利用压力计监测储气罐内氮气压力，若储气罐内压力达到要求(例如0.2MPa)，关闭第二质量流量控制计，排空空气压缩机内空气。通过热电偶实时监控锂电储能装置内舱温度，若温度不超过阈值，一直保持锂电储能装置的惰性工作环境。若热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器发出警告时，第四单向控制阀、第五单向控制阀以及第一排空阀开启，第三量流量控制计、液体流量控制计各自控制通过的气体、液体流量，最终通过细水雾喷头朝锂电储能装置喷射水雾；当热电偶测量数值等于为环境温度、感烟探测器不再报警时，认为锂电储能装置不再发生复燃现象，关闭第四单向控制阀、第五单向控制阀以及第一排空阀。
上述灭火过程中，通过制取的氮气产生两相流细水雾，节约用水，扑救效率高，还可防止锂电储能装置复燃。
本发明另一实施例还提供一种机车锂电储能装置防灭火方法，该方法前述的装置实现，其原理可参见图2：
在热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器未发出警告时，第一单向控制阀、第三单向控制阀以及第一排空阀开启；所述锂电储能装置防火模块包括：冷凝器；由冷凝器将气体发生系统通过第一单向控制阀传输而来的气体进行冷却，并通过第三单向控制阀送入锂电储能装置；
所述锂电储能装置防火模块包括：细水雾喷头、第三量流量控制计、液体流量控制计以及供水系统；所述第三量流量控制计的一端通过第四单向控制阀连接氮气发生系统第二支路上的分子筛制氮机，另一端连接细水雾喷头的一端；所述细水雾喷头的另一端连接液体流量控制计，所述液体流量控制通过第五单向控制阀连接供水系统；在热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器发出警告时，第四单向控制阀、第五单向控制阀以及第一排空阀开启，第三量流量控制计、液体流量控制计各自控制通过的气体、液体流量，最终通过细水雾喷头朝锂电储能装置喷射水雾。
上述方法所涉及的装置在之前的实施例已经进行了详细的介绍，详见前文的描述，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种机车锂电储能装置防灭火方法，其特征在于，该方法基于一种机车锂电储能装置防灭火装置实现，防灭火装置包括：氮气发生系统、锂电储能装置防火模块以及锂电储能装置灭火模块；其中：
所述氮气发生系统包含两个支路，第一支路上设有膜气体分离器，其后端分别通过第一单向控制阀、第二单向控制阀各自连接锂电储能装置防火模块、锂电储能装置；第二支路上设有分子筛制氮机，其后端通过第四单向控制阀与锂电储能装置灭火模块相连；
所述锂电储能装置防火模块通过第三单向控制阀与锂电储能装置相连；所述锂电储能装置设有第一排空阀，其内仓还设有所述锂电储能装置防火模块与锂电储能装置灭火模块共用的热电偶与感烟探测器；
所述氮气发生系统包括：空气压缩机、粒子过滤器、第一质量流量控制计、第二质量流量控制计、膜气体分离器、分子筛制氮机以及储气罐；
所述空气压缩机与粒子过滤器相连后分为两个支路；其中：
第一支路上依次设有第一质量流量控制计与膜气体分离器；膜气体分离器第一气体输出端口设有排氧控制单向阀，第二气体输出端口通过第一单向控制阀连接锂电储能装置防火模块，第三气体输出端口通过第二单向控制阀连接锂电储能装置；
第二支路上依次设有第二质量流量控制计、分子筛制氮机以及储气罐；所述储气罐通过第三单向控制阀连接锂电储能装置灭火模块内的细水雾发生系统；所述储气罐上还设有压力表、氧气浓度测量仪以及第二排空阀；
防灭火方法包括：
锂电储能装置正常工作时，空气经由空气压缩机储气，并经粒子过滤器过滤掉颗粒物后，自动调节第一质量流量控制计工作流量，一部分空气进入膜气体分离器，分离的富氧气体由排氧单向阀排出，而分离的富氮气体经由第二单向控制阀进入锂电储能装置，在锂电储能装置的排空阀后实时监测排出气体中氧气含量，若氧气体积浓度小于设定值，则关闭第二单向控制阀与锂电储能装置的排空阀，关闭第一质量流量控制计，排空空气压缩机中空气；
所述锂电储能装置防火模块包括：冷凝器，其一端通过第一单向控制阀连接氮气发生系统第一支路上的膜气体分离器，另一端通过第三单向控制阀连接锂电储能装置；在热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器未发出警告时，第一单向控制阀、第三单向控制阀以及第一排空阀开启，冷凝器将氮气发生系统通过第一单向控制阀传输而来的气体进行冷却，并通过第三单向控制阀送入锂电储能装置；
所述锂电储能装置灭火模块包括：细水雾喷头、第三量流量控制计、液体流量控制计以及供水系统；所述第三量流量控制计的一端通过第四单向控制阀连接氮气发生系统第二支路上的分子筛制氮机，另一端连接细水雾喷头的一端；所述细水雾喷头的另一端连接液体流量控制计，所述液体流量控制通过第五单向控制阀连接供水系统；在热电偶采集到的锂电储能装置的温度高于阈值，并且感烟探测器发出警告时，第四单向控制阀、第五单向控制阀以及第一排空阀开启，第三量流量控制计、液体流量控制计各自控制通过的气体、液体流量，最终通过细水雾喷头朝锂电储能装置喷射水雾。
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