TWI520759B - 具有內部汲取管的自動滅火系統 - Google Patents

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羅伯特 派倫特
法蘭西斯Ｔ 克萊倫斯
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丹尼爾Ｒ 馬克萊雀蘭
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Description

具有內部汲取管的自動滅火系統
本發明係關於滅火系統，且更特定言之，係關於用於具有一內部汲取管(其具有相對於出口埠而設定大小之汲取管側孔及入口開口)之一姿態不靈敏型高速率排放滅火器之系統及方法。
在偵測到一火災或爆炸事件之後即部署自動滅火(AFE)系統。在一些情況下，AFE系統在一事件之後部署於一狹窄空間(諸如一軍事車輛之組員艙)內。AFE系統通常使用高速紅外(IR)及/或紫外(UV)感測器來偵測火災/爆炸發展之早期階段。該等AFE系統通常包括一填充有滅火劑之汽缸、一快速作用閥及一噴嘴，該噴嘴使得能夠快速且有效地將滅火劑部署在整個狹窄空間內。舉例而言，習知AFE系統豎直安裝在車輛內以使全部內容物能够在於軍事車輛內所經歷之傾斜、搖晃及溫度之極限條件下得以有效部署。為了維持系統功效，噴嘴經定位使得其可提供滅火劑在車輛內之均勻分佈。對於此等類型之系統，此需求可藉由在閥出口處添加延伸至車輛內所需之位置之一軟管來滿足。此措施雖然有效，但其添加一額外系統複雜度級別且因此增加成本。
存在解決需要被豎直安裝之一抑制器之問題之若干解決方案。舉例而言，一導管型滅火器設計可以任何定向安裝在一車輛內且面臨一車輛火災或爆炸挑戰仍提供滅火劑之 一有效排放。假定車輛在事故之前或事故期間為任何定向，該滅火器亦將起作用。溶解氮氣(或其他惰性氣體)自形成一兩相混合物(舉例而言，發泡體或摩絲(mousse))之滅火劑的快速解吸附大體上填充該滅火器內之體積且引起滅火劑自閥總成排放。此兩相混合物之形成使該滅火劑能夠充分排放，而不管該滅火器定向如何。然而，包括導管設計之當前解決方案無法充分解決經歷在軍事車輛內所經歷之傾斜、搖晃及溫度之極限條件之狹窄空間之姿態不靈敏需要。
例示性實施例包括一種自動滅火系統，該自動滅火系統包括：一罐，其具有一中心軸；一出口埠，其安置於該罐上；一汲取管，其具有若干汲取管側孔及若干入口開口，且其繞該中心軸而安置在該罐中且與該罐部分流體連通且耦接至該出口埠；一推進氣體混合物，其安置在該罐內；及一氣體火焰抑制劑，其安置在該罐中。
額外例示性實施例包括一種自動滅火系統，所述自動滅火系統包括：一罐，其具有一中心軸；一出口埠，其安置於該罐上；一汲取管，其具有若干汲取管側孔及若干入口開口，且其繞該中心軸而安置在該罐中且與該罐部分流體連通且耦接至該出口埠；一推進氣體混合物，其具有一第一推進氣體及一第二推進氣體且在該罐內；及一氣體火焰抑制劑，其安置在該罐中。
在說明書之結尾處之申請專利範圍中特定指出並明確主張被視為本發明之主旨。自與附圖結合之隨後詳細描述，本發明之前述及其他特徵及優點係顯而易見的。
圖1繪示根據一實施例之一自動滅火(AFE)系統100。圖2繪示該系統100之一部分之一關閉透視圖。圖3繪示該系統100之一內部視圖。該系統100經構造以在一火災或爆炸事件之後快速將滅火劑分散在一狹窄空間(諸如一軍事車輛之組員艙)內。
系統100包括可為任何合適材料(諸如不鏽鋼)之一罐105。該罐105經構造以收納氣體火焰抑制劑及推進氣體(例如，惰性氣體，諸如N2)兩者。可瞭解，存在許多習知氣體火焰抑制劑，包括但不受限於：1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(即，HFC-227ea(例如，FM200®))、一溴三氟甲烷(即BTM(例如，Halon 1301)及1,1,1,2,2,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)-3-戊酮(即，FK-5.1.12(例如，Novec 1230®))。此外，如本文進一步描述，該罐105可包括其他推進氣體組分(例如，CO2)。該罐105中之壓力可經由一開關106自氣體(即，火焰抑制劑及推進氣體)之一源而監測。該系統100進一步包括任何合適之噴嘴歧管110及噴嘴115，用以引導並釋放滅火劑及推進氣體進入該狹窄空間內。該系統100進一步包括安置於該罐105內之一汲取管120。如本文進一步描述，該汲取管120經構造以與罐105及噴嘴歧管110流體連通。該汲取管120包括耦接至一中心桿160之一內部環125，該中心桿160繞一中心軸101而安置在該罐105及該汲 取管120中。該中心桿160包括一止檔161，該止檔161具有比該中心桿160之一半徑更大之一半徑。該汲取管120包括圍繞該汲取管120之一圓周而安置之若干汲取管側孔130。當系統100處於一關閉且未啟動狀態時，該內部環125覆蓋該等汲取管側孔130。該汲取管120進一步包括具有若干開口136之一入口埠135，該等開口136由一半透膜137覆蓋。此外，該罐105自外部環境密閉地密封。此外，該汲取管120及該中心桿160自由地容許罐105之內容物經由該半透膜137來回移動。該汲取管120進一步包括一唇緣121，該唇緣121具有比該內部環125之一半徑更大之一半徑。如本文進一步描述，該汲取管120可包括另外之滅火劑，諸如乾粉火焰抑制劑。可瞭解，乾粉火焰抑制劑可包括任何習知乾粉火焰抑制劑，包括但不限於碳酸氫鉀(即，KHCO3，例如，PurpleKTM)及碳酸氫鈉(即，NaHCO3，例如，KiddeXTM)為主之滅火劑，該滅火劑具有額外矽石以增強流動性質。可瞭解，該半透膜137提供該罐105與該汲取管120之間之部分流體及氣體連通。以此方式，該乾粉滅火劑在該汲取管120內保持隔離。然而，該罐105內之推進氣體可滲透該半透膜137且維持該汲取管120以與該罐105相同或實質上相同之壓力而受壓。
一出口埠111經安置於該罐105與該噴嘴歧管110之間且耦接至該汲取管120。一寬切割頭165經耦接至該中心桿160且鄰近於一爆破隔膜170而定位且在該系統100處於關閉且未啟動狀態時覆蓋該出口埠111。該爆破隔膜170維持 該罐105(包括該汲取管120)之內容物與噴嘴歧管110之間之密閉式密封隔離。因而，該罐105相對於外部環境而保持受壓。該系統100進一步包括耦接至該罐105之一電致動器150。該電致動器150經構造以在致動時機械地耦接至安置於該罐105與該汲取管120內之該中心桿160。一機械銷151耦接在該電致動器150與該中心桿160之間。一隔板152將該罐105自外部環境密閉地密封以使在該罐105內之壓縮氣體無法逸出。
在一實施例中，如本文所描述，一旦該系統100偵測到一火災或爆炸事件，即啟動該電致動器150，該電致動器150驅動該機械銷151穿過該隔板152。該機械銷151進一步驅動該中心桿160。因為該內部環125耦接至該中心桿160，該中心桿160之驅動引起該內部環125偏移。該內部環125之偏移使該內部環125自該等汲取管側孔130脫離。此外，該中心桿160之驅動將該寬切割頭165驅動穿過該爆破隔膜170。該系統100接著變成一打開且啟動狀態。當止檔161接觸入口埠135時，該中心桿160之驅動受限。當該系統100處於打開且完全啟動狀態時，該受壓罐105釋放受壓氣體進入外部環境中。該罐105與外部環境之間之差壓引起該半透膜137皺褶而移開，藉此曝露該等入口開口136。當該系統100處於打開且啟動狀態時，該罐105及該汲取管120處於全流體連通。在該汲取管120內受到推進氣體之壓力且自該罐105隔離之乾粉滅火劑自該罐105被釋放到外部環境，接著剩餘推進氣體及氣體滅火劑自該罐105 被釋放到外部環境。圖4及圖5繪示處於打開且完全啟動狀態之AFE系統100。
如本文所描述，惰性推進氣體可包括N2。雖然當該罐105填充有一設計濃度之氣體火焰抑制劑及乾粉火焰抑制劑時62巴(900磅/平方英寸)之氮過壓(舉例而言)可提供足夠抑制效率，但在較低操作溫度及罐105之變化姿態(舉例而言，該噴嘴115面朝上)下離開罐105之滅火劑之抑制效能及質量可能受損。在一實施例中，N2之過壓可增加至62巴(900磅/平方英寸)以上。此外，一額外推進氣體(諸如CO2)被添加至N2推進氣體。藉由增加N2過壓及藉由添加CO2，滅火劑之滅火效能及總質量都被增強。舉例而言，在部分填充有FM200®之一容器內之一較小規模試驗說明需要4.3g(0.1莫耳)之CO2來產生10巴過壓。當使用氮氣重複該試驗時，僅添加0.7g(0.025莫耳)氮氣便可實現相同壓力。此結果顯示CO2顯著地比N2更可溶於FM200®。用類比之方法，因此在一抑制器(諸如該系統100)之排放期間CO2自FM200®之解吸附率顯著大於N2之解吸附率。然而，超出特定限制之CO2對人類有毒(即，OSHA、NIOSH及ACGIH職業曝露標準係在每週40小時內平均為0.5vol% CO2、對於短期(15分鐘)曝露平均為3vol%及最大瞬時限制4vol%被視為對生命及健康有直接危險)。因而，在一實施例中，該系統100包括被限制於在保護區內提供少於2vol%之量之CO2，其在此等類型之事件之短持續時間內對持有者不會引起有害效應。可瞭解，將CO2添加至N2推進 氣體內改良加壓氣體自主體氣體火焰抑制劑之解吸附率。劇烈反應形成兩相混合物(舉例而言，發泡體或摩絲)，該兩相混合物大體上填充該罐105之體積且容許滅火劑在該系統100處於打開且啟動狀態時排出。此特徵係用於自該罐105釋放滅火劑之主要機制且增強排放之滅火劑之質量及抑制效能。此外，藉由添加一部分CO2，火焰抑制劑之整體滅火效能(即，熱容)少量增加。在一實施例中，由於CO2比N2更可溶於氣體火焰抑制劑中，所以首先將氣體火焰抑制劑添加至該罐105，然後添加CO2，接著添加N2。在一實施例中，添加多達20巴(290磅/平方英寸)之CO2，然後過壓高達62巴(900磅/平方英寸)。雖然已經描述將混合有N2之CO2添加至填充有氣體火焰抑制劑與乾粉火焰抑制劑之組合之罐105內，但可瞭解在其他實施例中亦預期其他惰性氣體及揮發性/氣化液體滅火劑(舉例而言，儲存時含有一部分液體及氣體之一滅火劑)。用於對高速率排放類型滅火器進行加壓之其他惰性氣體之一些實例包括但不受限於：氦、氬及Argonite®。可行的是，空氣亦可被用作加壓氣體。其他滅火劑可包含但不受限於：Halon 1301、Halon 1211、FE36、FE25、FE13及PFC410及Novec 1230。
在一實施例中，出口埠111之尺寸可改變。在本文所描述之狹窄空間中，設定某些參數以便滿足該狹窄空間之需求。舉例而言，如本文描述所提及，添加CO2及增加充填壓力導致增強之抑制效能及排放之滅火劑之更高質量。然 而，可超越狹窄空間之某些限制(舉例而言，人類可忍受之峰值聲級)。在一實施例中，在維持抑制效能之同時，可調整出口埠111之直徑。舉例而言，當該罐105填充有一推薦設計量之氣體火焰抑制劑及乾粉火焰抑制劑，且使用CO2部分加壓至15巴(218磅/平方英寸)且接著使用N2完全加壓至76巴(1100磅/平方英寸)時，使用大小為38至40mm之一出口埠111來實現足夠抑制能力。若出口埠小於滅火劑質量流率，則因此抑制效能降低至可接受限制以下。若出口埠大小為更大，則可克服狹窄空間限制之一者或多者(即抑制器變得過於嘈雜或具有來自滅火劑之過大衝擊力)。在一實施例中，出口埠111之大小與氣體及乾粉火焰抑制劑之間之一關係可改變。舉例而言，對一62巴(900磅/平方英寸)之僅填充有N2者來說，一足夠大小之出口埠111之直徑為50至55mm。此關係可視所使用之滅火劑及加壓氣體及所使用之過壓而改變。在一實施例中，該系統100為一高速率排放(HRD)類型滅火器，其實施惰性推進氣體作為用於自罐105排放滅火劑之主要機制。
如本文所描述，在一實施例中，該罐105可包括一氣體火焰抑制劑及若干推進氣體。此外，該汲取管120可包括一乾粉火焰抑制劑。以此方式，該汲取管120確保乾粉火焰抑制劑在排放之早期階段排出，而不管該系統100之定向如何，藉此提供該系統100之姿態不靈敏特徵。如圖1至圖3中所展示，該汲取管120固持乾粉火焰抑制劑靠近出口埠111，而不管該系統100之定向(即，姿態)如何。如本文 所描述，該半透膜137使推進氣體(舉例而言，CO2及N2)及氣體火焰抑制劑之混合物能夠在乾粉火焰抑制劑結構之空隙內形成。當將該系統置於其打開且啟動狀態時，在整個滅火器排放之早期階段排放乾粉火焰抑制劑。此乾粉火焰抑制劑在早期階段到達一擴大火球之此一事實已經被展示，既改良滅火效能且亦降低所產生之酸性氣體之量。如本文所描述，乾粉火焰抑制劑可包括任何習知乾粉火焰抑制劑，只要其在化學上與容器內所有其他滅火劑相容，該乾粉火焰抑制劑包括但不受限於：碳酸氫鉀(即，KHCO3，例如，Purple KTM)及碳酸氫鈉(即，NaHCO3，例如，KiddeXTM)為主之滅火劑，該滅火劑具有額外矽石以增強流動性質。
如本文所描述，在一實施例中，該汲取管120可經定制以提供氣體火焰抑制劑及乾粉火焰抑制劑之適當姿態不靈敏排出，其在寒冷儲存條件下可為一特定問題。如本文所描述，該汲取管120包括一系列汲取管側孔130以及入口開口136。該等汲取管側孔130鄰近入口埠135及入口開口136。在一實施例中，藉由改變入口埠135(經由入口開口136)及汲取管側孔130之間相對於罐105之出口埠111之面積比，可調整排放特性以提供極類似之性質，而不管姿態或操作溫度如何。該調整亦維持適當抑制效能且滿足狹窄空間需求。汲取管120設計之實例基於直徑為40mm之一出口埠111。舉例而言，入口開口136之面積係出口埠111之面積之100%，且汲取管側孔130之面積係該出口埠111之 面積之50%以上。在另一實例中，入口開口136之面積係出口埠111之50%，且汲取管側孔130之面積係該出口埠111之面積之100%。在兩個實例中，入口開口136之面積與汲取管側孔130之面積之總和係該出口埠111之面積之150%。可瞭解該汲取管120可不包括汲取管側孔130。然而，乾粉火焰抑制劑及一部分氣體火焰抑制劑(其在排放時自一液化狀態改變成氣體狀態)之初始排放可導致來自出口埠111之滅火劑之質量流率及密度減小，同時該氣體火焰抑制劑在該罐105內仍形成兩相溶液。藉由包括具有側孔130之一汲取管且控制汲取管120設計內之面積之相對比例，可減小自具有兩相滅火劑之罐105排放滅火劑所用的時間。結果，在乾燥化學物自該罐105初始排放之後，維持氣體滅火劑之一增強質量流率，同時氣體火焰抑制劑在該罐105內仍形成兩相溶液。此較不具限制性之流動路徑使得在排放期間每壓力衰減單位之滅火劑之質量最大化。因而，系統100甚至在較低操作溫度下亦展現高度之姿態不靈敏度。
雖然已經結合僅有限數量之實施例詳細描述本發明，但容易瞭解本發明並不限於此等所揭示之實施例。確切而言，本發明可經修改以併入此前未描述之任意數量之變動、變更、替代或等效配置，但其與本發明之精神及範疇相稱。此外，雖然已經描述本發明之多種實施例，但應瞭解本發明之態樣可僅包括所描述之實施例之一些。因此，本發明不應視為受前述描述限制，而僅受隨附申請專利範 圍之範疇的限制。
100‧‧‧自動滅火(AFE)系統
101‧‧‧中心軸
105‧‧‧罐
106‧‧‧開關
110‧‧‧噴嘴歧管
111‧‧‧出口埠
115‧‧‧噴嘴
120‧‧‧汲取管
121‧‧‧唇緣
125‧‧‧內部環
130‧‧‧汲取管側孔
135‧‧‧入口埠
136‧‧‧開口/入口開口
137‧‧‧半透膜
150‧‧‧電致動器
151‧‧‧機械銷
152‧‧‧隔板
160‧‧‧中心桿
161‧‧‧止檔
165‧‧‧寬切割頭
170‧‧‧爆破隔膜
圖1繪示根據一實施例之一自動滅火(AFE)系統之一第一視圖；圖2繪示根據一實施例之一AFE系統之一第二視圖；圖3繪示根據一實施例之一AFE系統之一第三視圖；圖4繪示處於一打開且完全啟動狀態之一AFE系統之一第四視圖；及圖5繪示處於一打開且完全啟動狀態之一AFE系統之一第五視圖。
100‧‧‧自動滅火(AFE)系統
101‧‧‧中心軸
105‧‧‧罐
106‧‧‧開關
110‧‧‧噴嘴歧管
111‧‧‧出口埠
115‧‧‧噴嘴
120‧‧‧汲取管
121‧‧‧唇緣
125‧‧‧內部環
130‧‧‧汲取管側孔
135‧‧‧入口埠
150‧‧‧電致動器
151‧‧‧機械銷
152‧‧‧隔板
160‧‧‧中心桿
161‧‧‧止檔
165‧‧‧寬切割頭
170‧‧‧爆破隔膜

Claims (12)

  1. 一種自動滅火系統，其包含：一罐，其具有一中心軸；一出口埠，其安置於該罐上；一噴嘴歧管，其在該罐之一第一端操作地耦接至該罐，該噴嘴歧管與該出口埠流體連通並具有一噴嘴；一汲取管，其具有若干汲取管側孔，且其繞該中心軸而安置在該罐中且與該罐部分流體連通且耦接至該出口埠；一中心桿，其繞該中心軸而縱向延伸於該汲取管及該罐內；一電致動器，該電致動器在致動之後機械地耦接至該中心桿，且其結構可致動該中心桿之移動，該電致動器操作地耦接至該罐，接近該罐之一第二端；一內部環，其耦合該中心桿於該汲取管內，該內部環之結構可沿該中心軸而從該自動滅火系統的一關閉狀態移動至該自動滅火系統的一開啟狀態，其中該內部環經定位以在該關閉狀態中覆蓋該等汲取管側孔，且經定位以在該開啟狀態中脫離該等汲取管側孔；一入口埠，其在該內部環與該電致動器之間的一軸向位置處耦接至該中心桿，該入口埠包含複數個被一半透膜覆蓋之入口開口；一推進氣體混合物，其安置在該罐內；一氣體火焰抑制劑，其安置在該罐中；及 一乾粉火焰抑制劑，其安置在該汲取管中，該乾粉火焰抑制劑在該自動滅火系統的該開啟狀態的一初始階段被輸送至該出口埠。
  2. 如請求項1之系統，其中該等汲取管側孔之一面積與該等入口開口之一面積之一總和係相對於該出口埠之一面積而設定大小。
  3. 如請求項1之系統，其中該等汲取管側孔之一面積與該等入口開口之一面積之該總和係該出口埠之該面積之150%。
  4. 如請求項1之系統，其中該等汲取管側孔之一面積係該出口埠之一面積之100%且該等入口開口之一面積係該出口埠之該面積之50%。
  5. 如請求項1之系統，其中該等汲取管側孔之一面積係該出口埠之一面積之50%且該等入口開口之一面積係該出口埠之該面積之100%。
  6. 如請求項1之系統，其進一步包含：一寬頭切割器，其安置於該中心桿上，接近相對於該電致動器之位置之該中心桿上之一相對端；及一爆破隔膜，其安置於該出口埠內且鄰近該寬頭切割器，該寬頭切割器之結構可在該中心桿移動至該自動滅火系統的一開啟狀態時，穿透該爆破隔膜。
  7. 一種自動滅火系統，其包含：一罐，其具有一中心軸；一出口埠，其安置於該罐上； 一噴嘴歧管，其在該罐之一第一端操作地耦接至該罐，該噴嘴歧管與該出口埠流體連通並具有一噴嘴；一汲取管，其具有若干汲取管側孔及若干入口開口，且其繞該中心軸而安置在該罐中且與該罐部分流體連通且耦接至該出口埠；一中心桿，其繞該中心軸而縱向延伸於該汲取管及該罐內；一電致動器，該電致動器在致動之後機械地耦接至該中心桿，且其結構可致動該中心桿之移動，該電致動器操作地耦接至該罐，接近該罐之一第二端；一內部環，其耦合該中心桿於該汲取管內，該內部環之結構可沿該中心環而從該自動滅火系統的一關閉狀態移動至該自動滅火系統的一開啟狀態，其中該內部環經定位以在該關閉狀態中覆蓋該等汲取管側孔，且經定位以在該開啟狀態中脫離該等汲取管側孔；一入口埠，其在該內部環與該電致動器之間的一軸向位置處耦接至該中心桿，該入口埠包含複數個被一半透膜覆蓋之入口開口；一推進氣體混合物，其具有一第一推進氣體及一第二推進氣體且在該罐內；一氣體火焰抑制劑，其安置在該罐中；及一乾粉火焰抑制劑，其安置在該汲取管中，該乾粉火焰抑制劑在該自動滅火系統的該開啟狀態的一初始階段被輸送至該出口埠。
  8. 如請求項7之系統，其中該等汲取管側孔之一面積與該等入口開口之一面積之一總和係相對於該出口埠之一面積而設定大小。
  9. 如請求項7之系統，其中該等汲取管側孔之一面積與該等入口開口之一面積之該總和係該出口埠之該面積之150%。
  10. 如請求項7之系統，其中該等汲取管側孔之一面積係該出口埠之一面積之100%且該等入口開口之一面積係該出口埠之該面積之50%。
  11. 如請求項7之系統，其中該等汲取管側孔之一面積係該出口埠之一面積之50%且該等入口開口之一面積係該出口埠之該面積之100%。
  12. 如請求項7之系統，其進一步包含：一寬頭切割器，其安置於該中心桿上，接近相對於該電致動器之位置之該中心桿上之一相對端；及一爆破隔膜，其安置於該出口埠內且鄰近該寬頭切割器，該寬頭切割器之結構可在該中心桿移動至該自動滅火系統的一開啟狀態時，穿透該爆破隔膜。
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