CN1427733A - 用氮缓冲器的惰性化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用来防止和/或扑灭在一封闭空间内的燃火的惰性化方法，其中通过将排除了氧气的气体引入目标房间形成一具有与自然比例相比降低了的氧气含量的第一基本惰性化级，并通过进一步－在必要情况下分级地或在失火时突然地－将排除了氧气的气体引入目标房间调整到一个或几个与之不同的具有更少氧气含量的惰性化级。其次本发明涉及一种用来实施这种方法的装置，它具有一在目标房间内的氧气测量装置和一排除了氧气的气体源。本发明的目的是，提供一种惰性化方法和实施这种方法的装置，它允许以简单和成本低廉的方式方法不用通常为此而设置的专门空间贮存用于灭火的灭火气体。
Description
本发明涉及一种用来防止和/或扑灭在封闭空间(下面也称为“目标房间”)内的燃火的惰性化方法，其中通过将排除了氧气的气体引入目标房间建立具有与自然状态相比较少氧气成份的第一基本惰性化级，并且通过进一步-在必要情况下分级地或在燃烧情况下突然地-将排除了氧气的气体引入目标房间建立一个或多个与它不同的具有更少氧气含量的惰性化级。其次本发明涉及一种用来实施这种方法的装置，它带一个在目标房间内的氧气测量装置和一个排除了氧气的气体源。
由现有技术已经知道所述类型的方法和装置。所谓“惰性气体消防技术”的作用主要基于，在人或动物只是偶然进入并且其装置在采用普通的消防方法(水和泡沫)时会受到其严重损害的封闭空间内通过这样的方法应付失火的危险，即将相关区域内的氧气浓度降低到平均约12％体积百分比的数值，这时大多数易燃物质不再能燃烧。应用领域是EDV(电子数据处理)区、电力控制和配电室或贵重经济价值物品的贮存区。这里消防作用是基于氧气排除原理。普通大气由21％的氧气、78％的氮气和1％的其它气体组成。为了灭火例如通过输入纯氮进一步提高目标房间内的氮气浓度，从而降低氧气含量。已知当氧气含量下降到15％体积百分比之下时便产生灭火效果。根据在相关空间内存在的物质的不同可能需要将氧气含量进一步下降到所述的12％体积百分比或更低一些。
作为排除了氧气的气体可以采用常见的气体如二氧化碳、氮气、惰性气体和它们的混合物，它们通常贮存在专门的邻室中的钢瓶内。然而为了用灭火气体灌注目标室-迄今为止特别是在工业用房如大型办公室、仓库中需要贮存数量可观的灭火气体。因为由于可供使用的配件有限的承载能力瓶的压力受到限制，而且装灌容积也不能任意提高，因此为了提供灭火气体需要大量钢瓶。加上必要的管道和配件这对库房的承载能力和大小提出了很高的要求。即使在将钢瓶放在地下室时为了铺设通入目标房间的输入管需要可观的建筑费用。此外由于相应地较大的库房造成高的建筑和运行成本。
最新的发展表明，这个问题将通过将目标房间内的氧气含量降到对于生命没有损害的平均约为17％体积百分比的基本惰性化水平来解决。由此减少为达到氧气浓度低于15％体积百分比时的完全惰性化水平以防止燃烧和/或灭火气体的贮存量，这带来所述贮存问题的改善。然而尽管如此仍然要设置结构特殊的空间，它们由于其承载能力和大小适合于贮存钢瓶。这特别是在倾向于建造越来越大的建筑物的情况下导致在建造阶段和使用期间可观的财务开支。
本发明的目的是提供一种惰性化方法和实施这种方法的装置，它们可以不用通常专门为此设置的房间以简单和经济的方式方法贮存用来灭火的灭火气体。
这个目的通过这样的惰性化方法来实现，其中在第一个工步a)中在一通过输入管与目标房间连接的封闭缓冲室内通过输入排除了氧气的气体产生一缓冲气体，其氧气含量如此之少，使得在将缓冲气体体积和目标房间内的空气混合时可以达到对于灭火工作的完全惰性化水平，和在一个第二个工步b)中在必要情况下通过输入管向目标房间输入缓冲气体，并在那里在目标房间的气体和缓冲气体混合的情况下用来建立不同于第一基本惰性化级的惰性化水平。
本发明从这样的考虑出发，即特别是由于在一定压力下保存在专门容器如钢瓶内，并且该容器由于其重量和安全方面的原因又需要特别的空(房)间，所以灭火气体的贮存存在问题。另一方面鉴于新型建筑物的占主导地位的方案中尤其是在工业领域，用作其它用途的房间绝大部分和实际上由人和/或动物所使用的房间分开，但是其空间只有很少一部分配备建筑设施，如空调装置、照明装置和电缆物件。同时在建立目标房间内尽可能接近15％体积百分比以下完全惰性化水平的平均约为17％的氧气浓度的基本惰性化水平的情况下也可以不压缩地保存必要数量的灭火气体，如果存在相应的缓冲室的话。这种缓冲室可以成为房间的一部分，例如中间天花板，双层地板、中间墙或相邻的工业用房，其中缓冲室的墙可以是牢固的隔墙也可是薄膜。这里在本方法的第一个工步a)内建立的位于缓冲室内的缓冲气体中的氧气含量少到这样的程度，使得缓冲气体在与目标房间内的保持在平均约为17％体积百分比的氧气浓度的基本惰性化水平上的空气混合后在整个房间内调整到完全惰性化的水平，其氧气浓度低于15％体积百分比，以防止和/或消除燃烧。
然而这里必须注意缓冲室和目标房间之间一定的容积和氧气浓度比，它们由以下算式得到：
VN-缓冲室容积
VR-目标房间容积
VRN-整个房间的容积，和
KN-缓冲室氧气浓度
KR-目标房间氧气浓度
KNR-整个房间的氧气浓度
由关于混合前后缓冲室和目标房间之和的容积比和浓度比的基本方程
VN·KN+VR·KR＝VNR·KRN (1)
得到
VNR＝VN+VR，和 (2)
V＝A·H (3)
其中
V-房间容积
A-房间底面积
H-房间高度
将方程(2)代入方程(1)并按VN/VR求解
VN/VR＝(KNR-KR)/(KN-KNR) (4)
最后通过将方程(3)代入方程(4)
HN/HR＝(KNR-KR)/(KN-KNR) (5)
由此，若给定完全惰性化水平的确定的氧气浓度KNR和目标房间内的基本惰性化水平KR和缓冲室内的氧气浓度KN的话，则由方程(5)给出缓冲室和目标房间之间必要的高度比HN/HR。当然反过来可以由给定的比例HN/HR推算出必要的氧气浓度。
本方法优良的改进方案在后续的从属权利要求中给出。
本发明方法的一个突出优点是，可以调整到一个不同于第一基本惰性化级的带有更低氧气含量的第二基本惰性化级或用于灭火工作的完全惰性化水平。由此本方法可以尽可能和建筑物的使用条件适应。如果例如整幢建筑物在夜间不被生物使用或进入，那么可以在将用于白天运行的具有氧气浓度为例如17％体积百分比的基本惰性化水平降低到用于夜间运行的具有氧气浓度为例如15％体积百分比的基本惰性化水平情况下，通过从缓冲室输入相应数量的排除了氧气的气体迅速达到用于灭火工作的具有低于15％体积百分比氧气浓度的完全惰性化水平，而产生灭火作用。当然也可以，作为在周末或假期建筑物未被使用时防止燃烧和在必要情况下灭火的预防措施形成用于夜间运行的第二基本惰性化水平。
如果目标房间内的空气和缓冲气体体积这样混合，使得由于在两个室内给定的氧气量和浓度比在目标房间内建立一8％-17％体积百分比之间的平均氧气浓度，那么便以优选的方式防止可能的燃烧，或者根据燃烧检测信号灭火。这可以这样进行，首先在白天运行时调整到例如17％体积百分比的基本惰性化水平，这对出现在那里的生物没有损害。在夜间运行时在第二个工步中调整到例如15％体积百分比的进一步降低的基本惰性化水平，由此出发通过将排除了氧气的气体从缓冲室迅速输入目标房间方便地达到例如11％体积百分比的完全惰性化水平。这时用调整到用于白天运行的基本惰性化水平预防产生燃烧，如果将氧气浓度降低到用于夜间运行的基本惰性化水平并在燃烧情况下降低到更低的完全惰性化水平，那么在受监控的房间内使用的大多数物质不再能够燃烧。
缓冲室内的氧气含量为10％体积百分比或更低特别有利。这个浓度提供足够的防止缓冲室可能的泄漏的可靠性，并可通过相应的设备来达到，并且使在缓冲气体和目标房间空气混合时提供从基本惰性化水平到完全惰性化水平的最有效的下降效果。
缓冲气体最好由纯惰性气体组成。由此特别是在监控带有高易燃材料的房间时可以提供具有特别大潜能的排除了氧气的气体，以最大限度地降低目标房间内空气中的氧气含量。
在一种可能的实施形式中在必要情况下可以通过输入管从其它房间或其它几个房间的缓冲器中给目标房间输入缓冲气体。在这种实施形式中有利的是，在建筑物的许多房间分别配备一个缓冲器的情况下可以利用所有缓冲器中的惰性气体，以便扑灭一个房间(目标房间)内的燃火。从而即使在那些所属缓冲气体量只够用来形成基本惰性化水平的房间内也可以调整到完全惰性化水平。由此达到，即使在这种房间内可以有效地扑灭可能的燃烧。
本发明的目的也通过用来实施所述方法的带有一与目标房间相邻的、通过气体输入管与目标房间连通的封闭缓冲室的装置来实现。在缓冲室内通过输入排除了氧气的气体产生缓冲气体，其氧气含量如此之小，使得在缓冲气体与目标房间内的空气混合时可以达到用于灭火工作的完全惰性化水平。
通过来自缓冲室的气体输入管既可以控制目标房间的基本惰性化，也可以建立目标房间的快速完全惰性化。当然也可以设想，一个缓冲室供给多个相邻的目标房间。
本装置优良的改进结构在后续的从属权利要求中给出。
通过以下的方法达到本发明装置特别好的灵活性，即可以调整到不同于第一基本惰性化级的具有更低氧气含量的第二基本惰性化级，或用于灭火工作的完全惰性化水平。当然也可以在周末或假期内建筑物未被使用时相应地调整到这种类型的通常离用于灭火工作的完全惰性化水平如此之近，使得可以预防性地防止在封闭的房间内的燃烧的第二基本惰性化级。由此可以在必要情况下通过从缓冲室输入排除了氧气的气体迅速达到用于灭火的完全惰性化水平。
缓冲室最好做成容器，特别是贮存罐。由此从一开始便排除可能的不密封性，这种不密封性在使用由建筑方面确定的用来贮存缓冲气体的房间时是可能存在的。这里容器在结构方面可以设计成这样，使它在充分利用可供使用的空间的情况下可以最佳地装在中间天花板或隔墙内。
在一种可能的实施形式中建筑物的房间的各个缓冲室通过气体输入管与各个房间连通。从而在必要情况下可以通过这些输入管将另一个房间或其它许多房间的缓冲器的缓冲气体输入目标房间。其前提条件是，建筑物的各个房间分别配备一个缓冲器。在这种实施形式中有利的是，即使在各个缓冲气体量只够建立用于单个房间的基本惰性化水平的情况下在目标房间内可以达到完全惰性化水平，以扑灭燃火。
其所属缓冲气体量只够建立各基本惰性化水平的房间最好通过活门或阀与通向各其它房间的缓冲室的输入管连接。因此在失火的情况下可以用其它缓冲室的缓冲气体控制目标房间的供给，并在目标房间内达到完全惰性化水平时重新调整。从而达到，尽可能快和有效地扑灭目标房间内的燃火。
为了使缓冲气体和室内空气很快混合最好设一用来使目标房间内的空气与缓冲气体混合的混合单元。由此在失火情况下可以进行快速混合，以在目标房间内达到完全惰性化水平。但是也可以考虑由来自缓冲室的缓冲气体控制目标房间内的基本惰性化水平。
带有通风活门和风扇的混合单元的结构有利的，它们安装在目标房间内或上。这种特别简单的结构在通风活门关闭时允许缓冲室相对于目标房间完全气体密封地关闭。在通风活门完全或部分打开时可以使目标房间有控制地进气。
最好设置一个用来调节目标房间内的氧气含量的、带一来用在白天运行和夜间运行之间进行切换的信号发生器的控制器。这种控制器可以使惰性化水平与各自所希望的运行状态相匹配，其中信号发生器不依赖于手动操作，从而不需要必要的操作人员便能在白天运行和夜间运行之间进行希望的切换。
一种实现的可能性是，控制器还通过测量一氧化碳和二氧化碳含量监控室内空气的空气质量，并控制通风活门或风扇，以输入新鲜空气。在这种实施形式方面有利的是，不需要用来调节室内空气质量的附加装置。
这里信号发生器可以有利地做成这样，使它发出一时间测量信号、一故障报警信号或一接近控制信号。如果例如采用时间测量装置作为信号发生器，那么可以按编好的程序在白天运行和夜间运行之间自动切换。这里这种预先调整也可以针对非工作日，例如周末进行，在这段时间内通常没有人员留在待监控的房间内，将基本惰性化水平调整到白天运行水平以下以防止燃烧是有益的。然而信号发生器也可以做成接近控制装置，它在确认例如通过代码或磁卡证实的人员时给控制器发出一个信号，然后控制器建立一个对于生命没有危险的惰性化水平。相反在采用故障报警装置作为信号发生器时则可以设想，如果在一个区域内所有在场人员都离开后打开(电路)开关的话，便切换到完全惰性化水平。
最好通过一燃烧警报器，例如自动烟雾或热量警报器或一手动燃烧警报器确保在灭火运行时触发缓冲气体与目标房间内的空气的混合，使得在任何时候都可以可靠地发现和扑灭燃火。此外这种燃烧警报器也可以触发对于在相关区域内的人员的声学和/或视觉报警功能。同时燃烧警报器也可以和防火门连接，这种门在触发缓冲气体与有关区域内的室内空气混合时将自动关闭，并将这个区域与其它区域隔开。
下面通过借助于附图较详细地说明的实施例对本发明作一阐述。附图表示：
图1 一带有缓冲室20、20’和目标房间10的空间在缓冲气体22、22’和室内空气12混合前的示意图；
图2 与图1相似的在缓冲气体22、22’和室内空气12混合后的示意图；
图3 一带有许多通过一个输入管31连接的缓冲室20、20’的建筑物的示意图；
图4 不同的体积比V和缓冲室与目标房间空间高度H随在混合前后各存在于其中氧气浓度K变化的表格；
图5 用来实施本发明的方法的装置的原理图。
下面对于相同或功能相同的零件采用相同的附图标记。
图1表示一带有缓冲室20、20’和目标房间10的空间在缓冲气体22、22’和室内空气12混合之前的示意图。缓冲室含有氧气含量分别为5％体积百分比的缓冲气体，目标房间含有为17％体积百分比的基本惰性化水平氧气浓度的室内空气。在旁边给出了缓冲室20、20’的高度H。
图2表示和图1中相似的在缓冲气体22、22’和室内空气12混合后的示意图。由于高度比和浓度比在整个房间内按方程(5)形成15％体积百分比的完全惰性化水平。这既可以发生在用来防止燃烧的夜间运行时，也可以作为燃烧检测信号的结果。
图3表示带有许多通过一个输入管31连接的缓冲室20、20’的建筑物的示意图。在例子中建筑物的各个房间只具备用来调整到基本惰性化水平的缓冲气体量，各个缓冲室20、20’通过活门或阀门53与输入管31连接。因此在失火时可以用其它缓冲室20、20’的缓冲气体22，22’进行目标房间10的附加供给，并在目标房间10内建立完全惰性化水平。从而达到，尽可能快速和有效地扑灭目标房间10内的燃火。
图4表示一表格，它带有取决于在混合前后存在于缓冲室和目标房间内的氧气浓度K的不同的体积比V和缓冲室及目标房间高度H。从在缓冲室和目标房间内的不同氧气浓度出发在所列高度和体积比时达到11％至15％体积百分比之间的不同的完全惰性化水平。从而使必要的浓度比和体积比可以和在所用房间内存在的主要可燃物质相匹配。
图5表示用来实施按本发明的方法的装置的功能原理图。可以看到一缓冲室20、20’和一目标房间10。缓冲室和目标房间通过输入管30、30’连接，输入管配备由风扇54、54’和通风活门52、52’组成的混合单元50、50’。在该结构中发生器80既给缓冲室又给目标房间供给氮气，以便在缓冲气体22、22’和室内空气12中得到规定的氧气浓度。借助于氧气测量装置40，40’测量氧气浓度并作为信号传送给控制器60。它又通过一信号线控制发生器80。控制器60包括一计时器62，它通过另一信号线将发生器切换到夜间运行或白天运行。然后发生器80通过加大或减小氮气的输送在缓冲室20、20’和目标房间10内建立希望的惰性化水平。由此防止在这些区域内形成燃火。但是也可以通过燃烧检测器70、70’直接通过在失火情况下启动的控制器62触发混合单元60，60’。
这里应该指出，上面所述的全部内容单独地和以任意的组合，特别是在附图中所示的细节都作为本发明的主要内容要求权利要求保护。这些内容的变更是专业人员所熟悉的。
附图标记表
10 目标房间 12 室内空气
20、20’缓冲器 22、22’缓冲气体
30、30’输入管 31 气体输入管
40、40’氧气测量装置 50、50’混合单元
52、52’通风活门 53 活门/阀
54、54’风扇 60 控制器
62 计时器 70、70’燃烧检测器
80 发生器
Claims (17)
1.用来防止和/或扑灭封闭空间(以下称为“目标房间”)内的燃火的惰性化方法，其中通过将排除了氧气的气体引入目标房间(10)形成一具有与自然的比例相比减少的氧气含量的第一基本惰性化级，其中在必要情况下分级地或在失火情况下突然地通过进一步将排除了氧气的气体引入目标房间(10)形成一个或几个与此不同的具有更少氧气含量的惰性化水平，
其特征在于以下工步：
a)在至少一个通过输入管(30、30’)与目标房间(10)连通的封闭缓冲室(20、20’)内通过引入排除了氧气的气体产生缓冲气体(22、22’)，其氧气含量这样少，使得在缓冲气体(22、22’)与目标房间(10)内的空气(12)混合时可达到具有更低氧气含量的惰性化水平；和
b)在必要情况下通过输入管(30、30’)将缓冲气体(22、22’)引入目标房间(10)，并在那里在目标房间(10)内的空气(12)与缓冲气体(22、22’)混合的情况下形成一不同于第一基本惰性化级的惰性化水平。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为：不同于第一基本惰性化级的惰性化水平是具有更少氧气含量的第二基本惰性化级或用于灭火工作的完全惰性化水平。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征为：这样地混合目标房间(10)内的空气(12)和缓冲气体(22、22’)，使得由于在两个空间内的规定的氧气含量和浓度比例在目标房间(10)内调整到一8％至17％体积百分比之间的平均氧气浓度，由此防止可能的燃烧，或根据燃烧检测信号灭火。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：在缓冲室(20、20’)内的缓冲气体的氧气含量为10％体积百分比或更少。
5.按权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征为：缓冲气体(22、22’)由纯惰性气体或惰性气体的混合物组成。
6.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为：在必要情况下将用阀(53)通过输入管(31)连接的不同缓冲室(20、20’)的缓冲气体(22、22’)引入目标房间(10)。
7.用来实施按权利要求1至6之任一项所述的方法的装置，具有
一在目标房间(10)内的氧气测量装置(40、40’)；
一排除了氧气的气体源；
其特征在于：一封闭的缓冲室(20、20’)，它通过气体输入管(30、30’)与目标房间(10)连通，在缓冲室内通过引入排除了氧气的气体产生缓冲气体(22、22’)，缓冲气体的氧气含量如此少，使得在缓冲气体(22、22’)和目标房间(10)内的空气(12)混合时可达到用于灭火工作的完全惰性化水平。
8.按权利要求7所述的装置，其特征为：不同于第一基本惰性化级的惰性化水平是具有更少氧气含量的第二基本惰性化级或用于灭火工作的完全惰性化水平。
9.按权利要求7或8所述的装置，其特征为：缓冲室(20、20’)做成容器，特别是贮存罐。
10.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征在于：一气体输入管(31)，它连接建筑物各个房间的封闭的缓冲室(20、20’)，在必要情况下通过该输入管将各个房间的缓冲气体(22、22’)引入目标房间(10)。
11.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为一阀单元(53)，输入管(31)通过它与建筑物的各个房间的缓冲室(20、20’)连接。
12.按权利要求7至11之任一项所述的装置，其特征为，一用来使目标房间(10)内的空气(12)与缓冲气体(22、22’)混合的混合装置(50，50’)。
13.按权利要求12所述的装置，其特征为：混合单元包括通风活门(52、52’)和风扇(54、54’)，它们安装在目标房间(10)内或上。
14.按权利要求7至13之任一项所述的装置，其特征为，一用来调节目标房间(10)内的氧气含量的控制器(60)，它带一个用来从一个第一基本惰性化级切换到一个或几个不同的基本惰性化级的信号发生器(62)。
15.按权利要求14所述的装置，其特征为：控制器(60)还通过测量一氧化碳和二氧化碳含量监控室内空气(12)的空气质量，并控制通风活门(52、52’)和/或风扇(54、54’)，以输入新鲜空气。
16.按权利要求14或15所述的装置，其特征为：信号发生器(62)发出一时间测量信号、故障警报信号或接近控制信号。
17.按权利要求7至16之任一项所述的装置，其特征为，一燃烧警报器(70，70’)，它用来在灭火工作时触发缓冲气体(22、22’)与目标房间(10)内的空气(12)的混合。
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