CN113663254A - 一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置 - Google Patents

Abstract

一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置,包括贮气瓶组、减压装置、贮水瓶组、分区控制阀、细水雾灭火喷头、连接管道及管件、复合探测器、驱动模块、联动控制器；贮气瓶组设置容器阀与减压装置连接，减压装置出口分两路，一路气体由管道经分区控制阀一与安装在电池箱上的细水雾喷头气体接口连接；另一路气体连接至贮水瓶组，贮水瓶组液体出口连接分区控制阀二并与喷头进液接口连接；复合探测器安装在电池箱内与箱外的驱动模块和分区控制阀连接，然后接至联动控制器。本发明设置一套灭火防控装置既能快速有效的扑灭火灾，又能对锂电池早期热失控行为进行有效抑制，起到了“消”和“防”的双重保护作用。

Description

一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置

技术领域

本发明属于灭火防控装置技术领域，特别涉及一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置。

背景技术

储能电站又称为锂离子电池储能系统，其主要作用是为清洁能源提供“蓄水池”。以水电、太阳能、风能为代表的清洁能源是降低碳排放的主力军，但清洁能源最大缺点是不稳定。电无法储存，电网可根据用户端的耗电要求调配发电厂上网功率，清洁能源没有火电、核电来得方便，太阳能、风能并网则严重依赖储能系统。

储能电站电池舱内的电池箱（pack）是容易产生火灾或爆炸的关键点，国内外储能电站已发生多起燃烧、爆炸事故都是由此引发。2021年在我国进行的“国际锂电池火灾安全研讨会”，多个科研机构经过几年的研究、试验、论证，就锂电池的热失控成因和采用何种灭火介质能够高效灭火控火等提出了较为明确的思路：

⑴ 细水雾是锂离子电池最佳的灭火方案，细水雾能够迅速弥散到整个防护区，大量吸收热量，使可燃物表面迅速降温，从而达到灭火控火的作用。

⑵ 由于锂离子电池极易复燃，要求灭火装置具有多次间隙式喷放的功能。

⑶ 设置的灭火装置既能快速有效的扑灭火灾，又能对锂离子电池早期热失控行为进行有效抑制，起到“消”和“防”的双重保护作用。

到目前为止，能同时满足以上要求的灭火防控装置还是一个空白。

发明内容

本发明的目的是想针对储能电站电池箱灭火防控技术存在的缺陷，提供一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置，使其具备高效冷却、快速灭火；能够多次间隙式喷放、防止复燃；同一套灭火防控装置实现“消”和“防”的双重保护作用。

实现本发明目的的技术方案是这样的：

一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置, 该装置包括贮气瓶组、减压装置、贮水瓶组、分区控制阀、声学低压细水雾灭火喷头和连接管道及管件；复合探测器、驱动模块、联动控制器。贮气瓶组上设置能自动启闭的容器阀组与减压装置连接，减压装置出口分两路，一路气体由管道经分区控制阀一与安装在电池箱上的细水雾喷头的气体接口连接；另一路气体连接至贮水瓶组，贮水瓶组液体出口连接另一个分区控制阀二并与喷头的进液接口连接。复合探测器安装在电池箱内与箱外的驱动模块和分区控制阀一、分区控制阀二连接，然后接至联动控制器；贮气瓶组上的容器阀组也接至联动控制器。

所述的声学低压细水雾灭火喷头，包括螺栓、螺母、本体、锥体、共振体、外壳和上盖，共振体和锥体由螺栓连接在一起；锥体和本体由螺母连接为一体；本体的上端设置有喷头进气接口，考虑到气流的冲击作用，在螺母连接位置设置有弹性垫圈。外壳与本体螺纹连接，上盖与外壳、本体螺纹连接，本体内壁上设置有气体分流孔，本体与锥体的外锥形面形成喇叭型空腔，与气体分流孔相通。在本体下端靠近外径处设置有水分流槽孔，在外壳和本体的侧壁上设置有喷头进水接口，进水接口与水分流槽孔连通，在进水接口孔的上下位置本体与外壳的间隙处设置有防止水泄露的密封圈，本体和共振体间隙形成细水雾喷出口。低压细水雾喷头是双流体低压开式喷头，气体在喷头处产生声波，使流出喷头的水迅速雾化，用于灭火。

贮气瓶组贮存一定压力的氮气，容器阀上的电磁驱动装置在接收到启动信号后打开容器阀释放气体，容器阀具有自动启闭的功能，容器阀上设置有压力表和安全泄放装置。减压装置预先设置减压出口压力，将贮气瓶组释放的高压气体减压后输送到下游管道。减压装置上设置有压力表或压力传感器。贮水瓶组贮存一定质量的水，瓶阀的进气端设置有单向阀，出水口连接到分区控制阀一。

分区控制阀一、分区控制阀二能接收控制信号并自动开启，使细水雾喷头向对应的防护区喷放细水雾，实施降温、灭火的控制阀。

复合探测器具有探测温度、烟雾、一氧化碳的功能，当防护区内的指标超值时，发出报警信号。

联动控制器具有自动启动、手动启动的功能，可按预定设置的喷放时间开启容器阀和某防护区的分区控制阀，喷放时间到，自动关闭容器阀，待设置的间隙时间后，自动开启容器阀，进行第二次喷放，如此进行不少于三次。

本发明的工作原理为：

（1）设置在电池箱内的复合探测器探测到箱内温度或烟雾或一氧化碳指标超值，发出报警信号至联动控制器，联动控制器按预定设置的喷放时间开启容器阀和该电池箱的分区控制阀，容器阀开启后经减压装置将气流分为两路，一路直接输送到细水雾喷头处并产生超声波；另一路将贮水瓶组的水输送到细水雾喷头处并被超声波作用，形成超细水雾，喷放到电池箱内，进行降温和灭火，喷放时间到，自动关闭容器阀，待设置的间隙时间后，自动开启容器阀，进行第二次喷放，如此进行不少于三次。

（2）容器阀开启后，贮气瓶组的高压气体流出，经减压装置减压后输出。

（3）减压输出的气体分为两路，一路输送到贮水瓶组，将贮水瓶组内的水压出，流经打开的分区控制阀输送到细水雾喷头；另一路气体经管道和分区控制阀输送到细水雾喷头。

（4）安装在锂离子电池箱上的声学低压细水雾喷头在气体的作用下产生超声波，将水迅速雾化，产生的细水雾快速喷射到电池箱内，进行降温、灭火。

本发明具有如下显著效果：

1. 灭火和抑制：设置一套灭火防控装置既能快速有效的扑灭火灾，又能对锂电池早期热失控行为进行有效抑制，起到了“消”和“防”的双重保护作用。

（1）灭火：锂电池火灾的扑灭受氮气和细水雾的双重作用，氮气充当抑制剂，可稀释氧气浓度；细水雾快速蔓延至整个电池箱空间，箱内温度迅速降低，从而迅速扑灭火灾，单个电池箱灭火时间不超过10s。

（2）抑制：当电池箱内温度达到临界点时，系统开启喷雾，喷雾时间不小于灭火时间，细水雾迅速弥散至整个电池箱空间，使箱内温度迅速降低。间隔5min后，开始第二次喷雾。可进行三到四次的间隙喷雾，从而实现对锂电池早期热失控行为的有效抑制。

2. 本发明中采用的声学低压细水雾喷头喷出的雾滴进行粒径分布测试，喷头产生的细水雾的平均粒径范围为50-300µm，百万倍提高了水雾的比表面积，遇到火焰时瞬时汽化，吸热形成蒸汽，既降低了火场温度，又形成了一个高效缺氧的环境，达到了最理想的灭火原理-降温、窒息。

3. 本发明不会引起电器火灾的短路，普通水可以在6000V以下正常灭火不导电；如果选用蒸馏水，可以在高压10KV条件下灭火不导电，也不会与热油发生爆炸反应。

4.本发明节能效果明显：

（1）本发明灭火防控装置的压力等级低，为低压范围，减少了水和氮气的消耗，满足节能的要求。

（2）由于采用低压雾化技术，灭火防控装置设备的成本大大降低。

5.环保效果明显，本发明灭火剂由氮气和水组成，不含有其他化学品以及二氧化碳等有害环境的物质。

6.本发明灭火防控装置可同时保护多个电池箱。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图。

图2本发明声学低压细水雾喷头结构示意图。

图1中：1-贮气瓶组，2-贮水瓶组，3-贮水瓶阀，4-输气管，5-容器阀，6-减压装置，7-输气管，8-输水管，9-管道件，10-联动控制器，11-分区控制阀一，12-低压细水雾喷头，13-细水雾喷头喷口，14-电池箱，15-复合探测器，16-驱动模块，17-喷头进水管，18-分区控制阀二，19-喷头进气管，20-贮瓶柜，21-控制线路。

图2中：22-上盖，23-外壳，24-细水雾喷口，25-共振体，26-螺栓，27-锥体，28-本体，29-螺母，30-喷头进水接口，31-喷头进气接口。

具体实施方式

本发明的具体实施方式结合附图加以说明。

如图1、图2所示，一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置, 该装置贮瓶柜20内设置有贮气瓶组1、容器阀5、减压装置6、贮水瓶组2、贮水瓶阀3；由输气管7连接到分区控制阀一11，由输水管8连接到分区控制阀二18；喷头进气管19连接分区控制阀一11和喷头进气接口31，喷头进水管17连接分区控制阀二18和喷头进水接口30。

低压细水雾喷头12固定在电池箱14上，细水雾喷头喷口13位于电池箱14内部。

复合探测器15设置在电池箱14内部，通过控制线路21与箱外的驱动模块16、分区控制阀一11和分区控制阀二18相连并连接到联动控制器10，贮气瓶组1上的容器阀5通过控制线路21连接到联动控制器10。

所述的声学低压细水雾灭火喷头12，包括螺栓26、螺母29、本体28、锥体27、共振体25、外壳23和上盖22，共振体25和锥体27由螺栓26连接在一起；锥体27和本体28由螺母29连接为一体；本体28上设置有喷头进气接口31，考虑到气流的冲击作用，在螺母29连接位置设置有特性垫圈。上盖22与外壳23螺纹连接，本体28内壁上设置有气体分流孔，在本体上设置有水分流槽孔，在外壳23上设置有喷头进水接口30，本体28与外壳23的间隙处设置有防止水泄露的密封圈，本体28和共振体25间隙形成细水雾喷口24。共振体25是经特殊设计的，是符合声学原理的。

下面结合图1图2对本发明装置灭火防控的工作流程进行描述：

贮气瓶组1贮存压力为15MPa的氮气，贮水瓶组2贮存一定质量的水，容器阀5和分区控制阀一11、分区控制阀二18处于关闭状态；联动控制器10和复合探测器15处于工作状态。

当某个电池箱14内复合探测器15探测到箱内温度或烟雾或一氧化碳指标超值，发出报警信号至联动控制器10，联动控制器10按预定设置的喷放时间开启容器阀5和该电池箱的分区控制阀一11和分区控制阀二18，容器阀5开启后经减压装置6将气流分为两路，一路由输气管7经开启的分区控制阀一11输送到细水雾喷头12的共振体25产生超声波；另一路由输气管4进入贮水瓶组2，,贮水瓶组2的水经加压后由输水管8经分区控制阀二18输送到细水雾喷头12处并被超声波作用，形成超细水雾，在细水雾喷头喷口13喷放到电池箱14内，进行降温和灭火，喷放时间到，联动控制器10自动关闭容器阀5，待设置的间隙时间后，联动控制器10自动开启容器阀5，进行第二次喷放，如此进行不少于三次。

下面进一步结合图2对本发明产生细水雾灭火过程进行描述：

本发明声学低压细水雾灭火喷头12内水路和气路是分离的。压力为0.5MPa±0.3MPa的气体进入喷头进气接口31到达本体28，被气体分流孔分流，进入本体28与锥体27的外锥形面形成的空腔内，再由本体28和锥体27形成的二次分流喷出，击打共振体25，然后由细水雾喷口24喷出。压力为0.03MPa-0.1MPa的水由喷头进水接口30进入由外壳23和本体28形成的圆环内，由于左右有密封圈密封，水不会从喷头内部渗漏，然后由水分流槽孔喷出。这时，共振体25上产生的声波，将流出喷头的水瞬间雾化成细小雾滴，由细水雾喷口24喷出，并迅速扩散到整个空间。

经过测试，声学低压细水雾喷头12产生的细水雾的平均粒径范围为50-300µm，百万倍提高了水雾的比表面积，遇到火焰时瞬时汽化，吸热形成蒸汽，既降低了火场温度，又形成了一个高效缺氧的环境，达到了最理想的灭火原理-降温、窒息和除尘。

Claims (2)

1.一种储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置,其特征在于，该装置包括贮气瓶组、减压装置、贮水瓶组、分区控制阀、声学低压细水雾灭火喷头和连接管道及管件；以及复合探测器、驱动模块、联动控制器；贮气瓶组上设置能自动启闭的容器阀组与减压装置连接，减压装置出口分两路，一路气体由管道经分区控制阀一与安装在电池箱上的细水雾喷头的气体接口连接；另一路气体连接至贮水瓶组，贮水瓶组液体出口连接另一个分区控制阀二并与喷头的进液接口连接；复合探测器安装在电池箱内与箱外的驱动模块和分区控制阀一、分区控制阀二连接，然后接至联动控制器；贮气瓶组上的容器阀组也接至联动控制器。

2.如权利要求1所述的储能电站电池箱声学低压细水雾灭火防控装置，其特征在于，所述的声学低压细水雾灭火喷头，包括螺栓、螺母、本体、锥体、共振体、外壳和上盖，共振体和锥体由螺栓连接在一起；锥体和本体由螺母连接为一体；本体的上端设置有喷头进气接口，考虑到气流的冲击作用，在螺母连接位置设置有弹性垫圈；外壳与本体螺纹连接，上盖与外壳、本体螺纹连接，本体内壁上设置有气体分流孔，本体与锥体的外锥形面形成喇叭型空腔，与气体分流孔相通；在本体下端靠近外径处设置有水分流槽孔，在外壳和本体的侧壁上设置有喷头进水接口，进水接口与水分流槽孔连通，在进水接口孔的上下位置本体与外壳的间隙处设置有防止水泄露的密封圈，本体和共振体间隙形成细水雾喷出口。

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