CN113694443A - 一种压缩空气泡沫自动灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩空气泡沫自动灭火系统，由热成像探测器、控制系统、压缩空气泡沫发生装置和自动泡沫炮构成；热成像探测器固定设置于监控现场并与自动泡沫炮相对位置固定安装，用于对监控现场热源进行实时监视并将热源信息传送给控制系统；本发明热成像探测器可对动力电池温度异常和动力电池燃爆温度异常进行探测和图像分析并获取信息；本发明将全景热成像探测技术针对温度异常、火灾发生进行区别判断，将空间定位技术和自动寻的泡沫炮合二为一，有效解决了单一的报警或仅在火灾发生后泡沫炮自动寻的灭火的缺陷。将全景热成像探测器和自动灭火装置结构位置固化，方便了产品出厂调试，现场工程安装可竖立、侧面、垂吊安装等，方位更灵活。

Description

一种压缩空气泡沫自动灭火系统

技术领域

本发明属于消防自动灭火系统设计技术领域，尤其是针对新能源动力电池火灾消防系统设计技术，具体涉及一种压缩空气泡沫自动灭火系统。

背景技术

随着经济的发展，电动车安全越来越受到重视，社会上出现的电动车起火燃烧事件越来越多，迫切需要一种对电动车动力电池全时监控，对动力电池火灾能够自动预警、报警，并进行及时扑救的消防系统。

现有动力电池以锂电池为主，其燃烧主要发生在充电过程中，动力电池从热失控到燃烧的过程是：某一电芯的绝缘由于各种原因击穿失效后，正负极短路产生化学反应发热，俗称热失控，当热失控后，温度不断上升，并释放出爆炸性气体CO、H²等；随着电池温度升高，所释放的气体在密封的空间内压力越来大后，产生爆燃现象，并快速引燃周围可燃烧物。

压缩空气泡沫灭火是一种有效的泡沫灭火技术，它是通过向泡沫溶液中正压注入空气的方式而产生泡沫；压缩空气泡沫结构致密、均匀，析液时间长，稳定性高，可长时间覆盖在保护对象的表面。采用压缩空气泡沫对电池火灾进行扑救，在火灾即将发生前或发生时迅速响应进行扑救，将火源隔离，阻止火势蔓延至周边环境，达到控制损失的效果。

自动消防系统是实现全时监控，自动预警、报警并实现及时扑救的重要技术方法。现有自动消防炮探测定位方法，通常由紫外开关、可旋转的狭缝红外传感器和置于水炮炮口的红外传感器组成。发生火灾时，火源发出的紫外线触发系统紫外开关，系统启动；狭缝红外传感器朝向与水炮喷射方向一致，系统启动后狭缝红外传感器与水炮同步旋转，当狭缝旋转至正对火源时停止旋转，确定火源的水平方位；随后置于水炮和红外传感器由关节电机带动上下扫描，确定火源的竖直方位后，开始灭火。现有装置的紫外传感器由于对火源识别的局限性，造成误报率较高，更不可能对火灾前的异常温升进行预报，特别是对动力电池从热失控到爆燃期间的温度异常进行预警，错失最佳消防灭火处置时间。也未见在扑灭动力电池火灾时，使用压缩空气泡沫灭火剂的自动消防炮的技术。更未见利用热成像空间定位技术，指挥压缩空气泡沫灭火剂的自动消防炮的技术。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种压缩空气泡沫自动灭火系统。本发明目的是提供一种采用全景热成像，能够早期针对可能形成火警的热源自动跟踪，对电池火灾进行监控、预警、报警，自动启动、寻的并实施对火源及周围全覆盖进行压缩空气泡沫灭火的消防系统。

本发明通过以下技术方案实现：

一种压缩空气泡沫自动灭火系统，由热成像探测器、控制系统、压缩空气泡沫发生装置和自动泡沫炮构成；

热成像探测器，通过固定装置设置于监控现场并与自动泡沫炮相对位置固定安装，用于对监控现场热源进行实时监视并将热源信息传送给控制系统；本发明热成像探测器可对动力电池温度异常和动力电池燃爆温度异常进行探测和图像分析并获取信息。

控制系统，与热成像探测器、自动泡沫炮和压缩空气泡沫发生装置控制联接；控制系统可以通过单片机或工业PLC实现。

压缩空气泡沫发生装置，包括：空气压缩机、囊式泡沫罐、气液混合器和相应阀门，气液混合器通过由控制系统控制的各阀门与消防栓或水泵、囊式泡沫罐、空气压缩机分别联通；

自动泡沫炮，包括：全景转动的云平台，和设置于云平台上的泡沫炮；云平台与控制系统控制联接实现转动，泡沫炮与压缩空气泡沫发生装置的气液混合器联通。

所述控制系统设置多级火灾控制识别，将热成像探测器获得热源信息进行如下分析识别处理：

当探测到热源温度＞120℃时，进行实时声光报警、获取热源空间位置信息，自动泡沫炮开始寻的。

当热源同时满足：升温速率＞1℃/s、持续时间＞30s、温度达到300℃且经自动图像分析后具有火焰特征时，将自动判定为火灾并开始灭火。否则进行人工干预。

动力电池中一般动力锂电池充电时温度为40～65℃，当发生故障核心温度达到120℃且升温速率≥1℃/s，动力电池进入热失控状态，热失控发生后不可逆转，电池温度不断升高并向外溢出爆炸性危险气体。当电池温度达到300℃且周围危险气体浓度达到一定水平时，电池将发生燃爆。从热失控开始至发生燃爆全程约3min。

所述热成像探测器用于将获得的热源空间位置信息和图像信息传输到控制系统，控制系统控制自动泡沫炮转动定向实现自动泡沫炮喷射方向的空间定位，对准危险源。本发明可探测危险源到自动泡沫炮的空间距离，可自动调整泡沫炮在喷射过程中的扫描角度，达到危险源在不同位置下，泡沫灭火剂喷射覆盖面积基本相同。

本发明所述气液混合器出口端与自动泡沫炮通过电动总阀连接，供水消防栓或水泵通过电动水阀与气液混合器一入口端连接，泡沫罐通过电动泡沫阀与气液混合器一入口端连接，空气压缩机通过电动气阀与气液混合器一入口端连接；各阀均与控制系统控制联接。

所述消防栓或水泵提供的压力水经气液混合器一出口与囊式泡沫罐联接输出经压力水驱动挤出的泡沫液。

所述灭火泡沫炮喷口、与灭火剂喷射方向一致设置前端红外探测器，前端红外探测器用于精确确定热源位置信息并传送给控制系统控制自动泡沫炮喷射方向。

所述灭火系统设置有手动操作机构。手动操作机构可对系统各阀门、装置进行手动操作。

本发明采用压缩空气泡沫对动力电池热失控引发的火灾进行覆盖灭火。通常，动力电池热失控后，其释放热量的趋势不可逆转。用现有的传统灭火剂，如水、干粉、气体、低发泡倍数泡沫等，都不能有效阻止电池燃爆产生的辐射热。本发明采用压缩空气泡沫，将燃烧的电池和其周围的燃烧物进行全覆盖，同时实施隔离、绝热、降温、断氧、吸烟的灭火方式。

本发明采用全景热成像技术对发热进行监控，结合大数据对发热现象的进一步深度学习，能够更及时、准确地提前预警并实时启动灭火救援。动力电池燃爆前有一个发热过程，如何发现，现有的火灾探测器，如感温探测器、感烟探测器、紫外探测器、可视图像探测器实现有各自的不足。全景热成像技术可探测范围内的温度异常，并预警、报警，给进一步的灭火处置提供更充分时间。

由于动力电池热失控后到燃爆的时间较短，燃爆后有可能伤人，并产生大量有毒气体，非专业人员和传统的灭火方式，如灭火器、喷水、砂袋等不安全。本发明采用热成像探测定位、预警、报警，用压缩空气泡沫自动寻的，远距离扫射喷射，全覆盖灭火、吸烟尘，能够及时、安全地完成从预警、报警、覆盖灭火的全过程。

本发明灭火系统设置于充电站、新能源车停车场，如公共汽车、运输车、出租车、乘用车、游览车、单车停车场等，能够非常有效地实现全天候监控、及时提前预警、即时覆盖灭火，保护生命财产安全。

本发明将全景热成像探测技术针对温度异常、火灾发生进行区别判断，将空间定位技术和自动寻的泡沫炮合二为一，有效解决了单一的报警或仅在火灾发生后泡沫炮自动寻的灭火的缺陷。将全景热成像探测器和自动灭火装置结构位置固化，方便了产品出厂调试，现场工程安装可竖立、侧面、垂吊安装等，方位更灵活。

本发明系统采用一体化设计，工厂制造成本更低，系统安装、运行更可靠，产品一致性更好，安装更灵活，维护更方便。

附图说明

图1是本发明消防系统结构原理示意图；

图2是本发明消防系统布置结构示意图；

图3是本发明红外热成像全景探测火灾报警流程图。

图中，1是热成像探测器，2是控制系统，3是自动泡沫炮，4是压缩空气泡沫发生装置，5是手动操作盘，4-1是气液混合器，4-2是囊式泡沫罐，4-3是空气压缩机，4-4是电动水阀，4-5是电动泡沫阀，4-6是电动气阀，4-7电动总阀；

A是竖直管架，B是热成像探测器，C是自动泡沫炮，D是压缩空气泡沫发生装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合附图。

如图1所示，图1是本发明消防系统结构原理示意图；包括热成像探测器1、控制系统2、自动泡沫炮3、压缩空气泡沫发生装置4和手动操作盘5。

压缩空气泡沫发生装置4由气液混合器4-1、囊式泡沫罐4-2、空气压缩机4-3、电动水阀4-4、电动泡沫阀4-5、电动气阀4-6和电动总阀4-7组成。其中，气液混合器4-1出口端与自动泡沫炮3连接，供水消防栓或水泵通过电动水阀4-4与气液混合器4-1一入口端连接，囊式泡沫罐4-2通过电动泡沫阀4-5与气液混合器4-1一入口端连接，空气压缩机4-3通过电动气阀4-6与气液混合器4-1一入口端连接；空气压缩机4-3还向泡沫罐4-2通过压缩空气挤出泡沫液。各阀均与控制系统2控制联接。

热成像探测器1、自动泡沫炮3、压缩空气泡沫发生装置4与控制系统2控制连通，由控制系统2接收处理监控系统输送来的信息，并指挥自动泡沫炮3、压缩空气泡沫发生装置4做出响应。

如图3所示，图3是本发明消防系统火灾报警流程图。

当发生故障核心温度达到120℃且升温速率≥1℃/s，动力电池进入热失控状态，热失控发生后不可逆转，电池温度不断升高并向外溢出爆炸性危险气体。当电池温度达到300℃且周围危险气体浓度达到一定水平时，电池将发生燃爆。从热失控开始至发生燃爆全程约3min。

本发明控制系统设置多级电池火灾识别，将热成像探测器获得热源信息进行如图3处理分析：

在探测到热源温度＞120℃时进行实时声光报警、获取热源空间位置信息，自动泡沫炮开始寻的。

当热源同时满足：升温速率＞1℃/s、持续时间＞30s、温度达到300℃且经自动图像分析后具有火焰特征时，将自动判定为动力电池火灾并开始灭火。否则进行人工干预。

热成像探测器用于将获得的热源空间位置信息和图像信息传输到控制系统，控制系统控制自动泡沫炮转动定向实现自动泡沫炮喷射方向的空间定位，对准危险源。本发明可探测危险源到自动泡沫炮的空间距离，可自动调整泡沫炮在喷射过程中的扫描角度，达到危险源在不同位置下，泡沫灭火剂喷射覆盖面积基本相同。

热成像探测器1使用红外热成像全景监控，在探测到高温危险源或火源时，向控制系统2输出危险源或火源的空间位置信息，控制系统2控制自动泡沫炮3水平转动使泡沫炮喷射方向与高温危险源或火源位于同一竖直平面。随后调节炮口俯仰角上下扫描，由设置于炮口、与灭火剂喷射方向一致的红外探测器进行二次精准确定危险源或火源位置。

压缩空气泡沫发生装置4启动时，控制系统2控制电动水阀4-4、电动泡沫阀4-5和电动气阀4-5开/关并启动空气压缩机4-3，压力水进入囊式泡沫罐4-2后，向气液混合器4-1正压注入泡沫液。

由消防栓或水泵提供的水与泡沫液、气体在气液混合器4-1混合后，径电动总阀4-7输出至自动泡沫炮3并进行喷射。

根据被保护对象大小，压缩空气泡沫喷射流量5～600L/s，保护射程0～80m。灭火时，控制系统2自动调整泡沫炮3喷射角度，以扫射方式控制灭火剂在以危险源/火源为中心2～200㎡内均匀铺洒。

本发明可探测危险源到自动泡沫炮的空间距离，可自动调整泡沫炮在喷射过程中的扫描角度，实现危险源在不同位置下，泡沫灭火剂喷射覆盖面积基本相同。

本发明设置的手动操作盘5能手动操作各装置的启停和动作。

如图2所示，系统在应用场景一种安装形式如图2所示，由竖直管架A、热成像探测器B、自动泡沫炮C和压缩空气泡沫发生装置D组成现场系统。

其中，竖直管架A为端口封闭的支撑架，仅在压缩空气泡沫发生装置D与自动泡沫炮C之间路径为中空管路，如图中虚线标识，管路材料采用防腐蚀不锈钢。竖直管架A主体直径50～150mm，高度1～18m。本系统装置不限于竖直安装，也可侧面安装和吊装。

安装中或工厂化制造时，热成像探测器B与自动泡沫炮C的安装位置相对固定，由算法抵消二者空间位置不同造成的误差。

热成像探测器B使用红外热成像全景监控，获取危险源或火源的空间位置参数输出至控制系统，兼输出普通视频信号。

灭火时压缩空气泡沫发生装置D将压缩空气泡沫延管道输送至自动泡沫炮C。

Claims (7)

1.一种压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：灭火系统由热成像探测器、控制系统、压缩空气泡沫发生装置和自动泡沫炮构成；

热成像探测器，通过固定装置设置于监控现场并与自动泡沫炮相对位置固定安装，用于对监控现场热源进行实时监视并将热源信息传送给控制系统；

控制系统，与热成像探测器、自动泡沫炮和压缩空气泡沫发生装置控制联接；

压缩空气泡沫发生装置，包括：气液混合器，气液混合器通过由控制系统控制的各阀门与消防栓或水泵、囊式泡沫罐、空气压缩机分别联通；

自动泡沫炮，包括：全景转动的云平台，和设置于云平台上的泡沫炮；云平台与控制系统控制联接实现转动，泡沫炮与压缩空气泡沫发生装置的气液混合器联通。

2.根据权利要求1所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述控制系统设置多级火灾控制识别，将热成像探测器获得热源信息进行如下识别处理：

当探测到热源温度＞120℃时，进行实时声光报警、获取热源空间位置信息，自动泡沫炮开始寻的；

当热源同时满足：升温速率＞1℃/s、持续时间＞30s、温度达到300℃且经自动图像分析具有火焰特征时，自动判定为火灾并开始灭火；否则进行人工干预。

3.根据权利要求1所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述热成像探测器用于将获得的热源空间位置信息和图像信息传输到控制系统，控制系统控制自动泡沫炮转动定向实现自动泡沫炮喷射方向的空间定位，对准危险源。

4.根据权利要求2或3所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述气液混合器出口端与自动泡沫炮通过电动总阀连接，供水消防栓或水泵通过电动水阀与气液混合器一入口端连接，泡沫罐通过电动泡沫阀与气液混合器一入口端连接，空气压缩机通过电动气阀与气液混合器一入口端连接；各阀均与控制系统控制联接。

5.根据权利要求4所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述消防栓或水泵提供的压力水经气液混合器一出口与囊式泡沫罐联接输出经压力水驱动挤出的泡沫液。

6.根据权利要求4所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述灭火泡沫炮喷口、与灭火剂喷射方向一致设置前端红外探测器，前端红外探测器用于精确确定热源位置信息并传送给控制系统控制自动泡沫炮喷射方向。

7.根据权利要求4所述的压缩空气泡沫自动灭火系统，其特征在于：所述灭火系统设置有手动操作机构。

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