利用燃料电池排放空气的防火的制作方法
专利名称：利用燃料电池排放空气的防火的制作方法
技术领域：
本发明涉及防火。具体而言，本发明涉及用于降低室内火灾危 险的防火系统、这种防火系统在航空器中的用途、这种防火系统在建 筑物中的用途、这种防火系统在船舶上的用途、具有这种防火系统的 航空器、和一种用于移动室或固定室中的防火的方法。
背景技术：
约40年来，卣代烃(Halon) —直用于航空器上机载灭火。 Halon是部分或全部卣代的烃，其在化学上参与火的连锁反应，由 此导致反应中断。
亳无疑问，Halon 1211 (用于手持式灭火器的氯-溴-二氟-甲 烷)和1301 (用于固定式灭火组合装置的溴-三氟-曱烷)阻碍平流 层臭氧的形成，因此包含在联合国蒙特利尔协议(Montreal Protocol of the United Nations )中禁用的材料中。
发明内容
可期望提供改进的室内防火。
才艮据本发明的示例性实施方案，提供一种用于降低室内火灾危 险的防火系统，该防火系统包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料 电池和用于将该富氮气阴极排放空气引入室内的管i!M合件，使得可 以降低室内的氧含量，从而可以降低火突危险。
因此，可以提供用于降低室内或对象内火灾危险的有效系统， 该系统使用燃料电池系统的贫氧气并富氮气的排放空气。以该方式，可以使用机内燃料电池系统的排放空气用于灭火或用于避免火灾危 险。以该方式，可以使用机内燃料电池系统的排放空气来降低火突危 险。此外，灭火器装置可以具有更小的尺寸或甚至完全取消。为此，
可以使用所有类型的燃料电池，例如碱性燃料电池(AFC)、质子交 换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料 电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC )或直接醇/曱醇燃料电 池(DAFC/DMFC )。
在这点上，电解质的工作温度可能不重要，重要的仅是阴极排 放空气的组成。这应该含有惰性气体，例如氮气等。因此，排放空气 可以是干燥的或含水的，这取决于燃料电池的类型和(如果必要的话) 系统设置。
基于氮气的惰性性质，这尤其可以很好地适用于室内防火。
根据本发明的另一个实施方案，提供所述防火系统用于普通减 少氧，由此用于减少室内的氧化。对于食物的贮存，空气的氧化可能 导致腐败，并且所含的脂肪可能变得腐臭。可以减少抗氧化措施在食 物和塑料中的使用，由此可以防止自由基的存在。
根据本发明的另一个实施方案，由于燃料电池的工作温度一般 在80。C左右，所以所述防火系统可以适于在室内产生无菌/消毒的气 氛。it^于有机食物的贮存和净化室可能尤其有利。
才艮据本发明的另一个实施方案，所述防火系统可以适用于在室 内(在航空器内)产生用于医疗/运动目的(例如，高原训练)的氧减 少的气氛。在氧减少下呼吸可能导致血红蛋白(红细胞)在血液中富 集。随着血红蛋白的增加，可以将更多的氧转运到血液中。
所述用于减少氧的燃料电池系统的发明可以适用于例如训练 室、睡眠室、工作区中，并且在较小的实施方案中适合作为具有呼吸 面軍的氧减少的系统。因此，运动员可以提高他们的成绩，而登山者 可以准备在更高的高原下停留更长的时间。
所需的氧减少的排放空气的量和品质一般取决于待保护的室的 实际情况。以下因素，例如室的密度(换气率)、贮藏货物的材料性质 或人的存在，对室的监测和对利用燃料电池减少氧的防火系统的控制 和调节起决定作用。才艮据本发明的另一个实施方案，所述防火系统还具有用于调节 室内氧含量的调节或控制单元。
可以通过改变燃料电池阴极的X值来进行氧含量的调节。X值 表示供给到燃料电池的氧含量和在燃料电池内转化的氧含量之间的比 值。可以通过调节燃料电池的空气供给(鼓风机)来调节该比值。在 阴极排放空气中的氧含量过高的情况下，不得不减小空气供给并因此 减小X值。因此，可以通过将足够的阴极排放空气供给到室内来控制 室内的氧含量。
因此，可以根据本说明书来相应地调节或重新调节氧含量。控
制/调节可以全自动进行。例如，当有人将ii^室内时，可以将氧含量 调节为约15体积％。这样，可以确保人可以逸\室内，然而，另一 方面，可以显著降低相对于正常空气的着火危险或火灾危险。因此， 该防火系统还可以用于防御或预防。
另一方面，例如，通过调节或控制单元，还可以确保氧含量总 是保持在确定的预设最大值以下，例如低于12体积％或低于甚至更小 的值。
自然地，调节或控制单元还可以，没计成单纯的控制单元。然后 可以手动进行调节。
根据本发明的另一个实施方案，设计调节或控制单元以控制或 调节燃料电池阴极的空气供给、燃料电池阳极的燃料供给和室内的富
氮气阴极排放空气的供给中的至少其一。
因此，可以根据需要来调节燃料电池的功率，如供给较多或较 少的燃料、较多或较少的空气，或者耗电设备需要较多或较少的电功 率。此外，可以控制或调节导入室内的富氮气阴极排放空气，例如通 过调节或控制单元来操作相应的阀。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括混合器单元， 在将阴极排放空气供给到室内之前，该混合器单元将阴极排放空气与 环境空气混合。因此，在阴极出口之后，阴极排放空气中的氧含量可 以增加到一定7jC平。此外，可以冷却排放空气，使得可以不需要热交 换器单元或可以减少热交换器单元。可以通过中央控制系统来控制混 合器单元。根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于测量选自
以下的至少一个物理参数的测量单元室内氧含量、室内氢含量、室 内温度、室内压力、室内湿含量，和用于识别室内火灾特征的检测器。 此外，防火系统包括用于将测量的物理M从测量单元传输至调节或 控制单元的数据线路。
因此，可以监测室内的状况。例如，如果室内温度升高，或如 果起烟，则可以通过供给阴极排放空气来进一步降低氧含量，从而熄 灭发展中的火势。同样，也可以监测压力。例如，如果压力超过确定 的值，就可以供给加量的富氮气阴极排放空气，其中火灾^t与烟雾 t艮的强度相关。自动和持续维持预定^可以是防火系统的调节和 控制单元的首要目的。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括测量单元，所 述测量单元用于测量选自以下的至少一个物理M:管道系统中排放 空气的氧含量、管道系统中排放空气的氢含量、管道系统中排放空气 的二氧化碳含量、管道系统中排放空气的一氧化碳含量、管道系统中 排放空气的氮氧化物含量、管道系统中的排放空气的体积流量、管道 系统中的排放空气的温度、管道系统中的排放空气的压力、管道系统 中的排放空气的湿含量。此外，防火系统可以包括用于将测量的物理 参数从测量单元传输至调节和控制单元的数据线路。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于将管道系 统中的排放空气释放到周围空气中的阀。例如，如果管道系统中排放 空气的氧含量超过定值或低于定值，则这可以由测量单元检测的并传 输至调节和控制单元，必要时还可以启动阀，从而不将排放空气供给
到室内，而是供给到周围空气。
才艮据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于调节室内 压力的减压阀。
例如，如果室内压力超过确定的阈值，或者如果室内压力和室 的周围环境之间的压差超过确定的参数，则可以相应地释放空气。
根据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统还包括用于压 缩富氮气阴极排放空气使得可以提高灭火性能的压缩器和/或用于冷 却富氮气阴极排放空气的热交换器。这样，可以在将富氮气阴极排放空气供给到室内之前进行压缩 或冷却。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于冷凝富氮 气阴极排放空气中的水的冷凝器和用于贮存冷凝水的水箱。
这样，可以产生阴极排放水，然后可以将其贮存。然后，例如 可以将其从该贮存供给至航空器的供水，或者在火灾事件中可以将其 用于灭火目的。
还可以提供从冷凝器至航空器的水系统的直接管路(不必在水 箱中贮存冷凝水)。
此外，由于氢转化器对于从烃水生产氢是必须的，所以还可以 提供从冷凝器至氢转化器系统的供给。
根据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统包括用于调控 室的气候控制组合装置。因此，可以抽吸空气、冷却空气并再次供给 到室内，而不会影响室内的氧含量。此外，该气候控制组合装置可用 于在供给到室之前调节燃料电池排放空气。因此，例如，在冷凝后， 在供给到室内之前，可以将温度重新调节至预定水平。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统还包括供给管 道，该供给管道用于从室向燃料电池的阴极提供空气供给，由此可以 进一步降低室内的氧含量。
例如，当为了进一步提高防火而进一步降低室内的氧含量时， 可以通过控制和调节装置来接通该供给。在其它的情况下(或同时)， 可以用外部空气或舱内空气供给燃料电池。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，i殳计调节或控制单元以 控制或调节热交换器、压缩器、混合器单元、减压阀、放泄阀、气候 控制组合装置和对氢转化器的水的供给。
因此，根据本说明书，可以相应降低导入室内的富氮气阴极排 放空气的温度。此外，可以调节阳极供气、阴极供气或供给至室内的 富氮气阴极排放空气的压缩程度。
根据本发明的另一个示例性实施方案，阴极排放空气可与其它 的燃料电池相互连通，使得源自一个阴极的排放空气作为其它阴极的供给。这导致相互连通的燃料电池的排放空气中氧含量进一步降低。
根据本发明防火系统的另一个示例性实施方案，阴极排放空气 还可以与用于额外降低氧的装置相互连通。为此，例如，空气分离膜
可以^1合适的。其将阴极排放空气分成两股气流富氧空气和富氮空 气。富氧空气排放至大气中；余下的富氮空气可以供给到室内。
根据本发明的另一个示例性实施方案，直接由燃料电M供防 火系统所需的电能和热能。
因此，可以不需要外部能量供给。该系统可以以自维持的方式 运行，并且自身产生自己所需的能量。
根据本发明的另一个示例性实施方案，用于降低火灾危险的室 为航空器中的室。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，如上所述的防火系统的 用途是用于航空器中的室的防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，这种防火系统的用途是 用于建筑物中的室的防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，该(防火)系统的用途 是用于普通的氧减少，以及用其进行高原模拟和减少室内氧化。
此外，提供一种航空器，其包括如上所述的用于航空器中室的 防火的防火系统。
而且，根据本发明的另一个示例性实施方案，提供一种用于防 火的方法，在该方法中，通过燃料电池产生富氮气阴极排放空气，并 且将该富氮气阴极排放空气导入室内，使室内的氧含量降低，从而降 低火灾危险。
在这点上，可以提供一种方法，通过该方法可以使航空器的室 内防火增强。可以不必使用其它的灭火系统，例如Halon系统。此夕卜， 航空器中的某些区域如电子枪或小的隐蔽区域可以通过减少这些区域 内的氧含量来有效地防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，测量室内的物理参数， 例如室内的温度、室内的压力、室内的氧含量、室内的湿含量、室内 的氢含量、或室内烟的4^艮。然后，可以将这些测量的参数从测量单元传输至调节或控制单元，用于调节室内的氧含量。可以通过向室内 供给阴极排放空气来调节室内的氧含量。可以通过用控制单元控制阴 极的X值来调节阴极排放空气的氧含量。此外，在将阴极排放空气供 入室内之前，混合器单元可以增加阴极排放空气的氧含量，或者空气 分离单元可以进一步降低阴极排放空气的氧含量。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，测量管道系统内的物理 M,例如排放空气的氧含量、排放空气的氢含量、排放空气的二氧 化碳含量、排放空气的一氧化碳含量、排放空气的氮氧化物含量、排 放空气的体积流量、排放空气的温度、排放空气的压力、和排放空气 的湿含量。此外，防火系统可以包括用于将测量的物理参数从测量单 元传输至调节和控制单元的数据线路。
这样，可以确保分别调整室内的氧含量，才艮据室内的现状这可 能是必要的。
在从属权利要求中提供本发明的其它示例性实施方案。 下面将参照
本发明优选的示例性实施方案。
图1显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的流程 示意图。
图2显示根据本发明另一个示例性实施方案的防火系统的流 程示意图。
图3显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图4显示根据本发明另一个示例性实施方案的防火系统的原 理示意图。
图5显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图6显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。图7显示才艮据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图8显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图9显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
具体实施例方式
图中的说明是示意性的，不是按比例的。
在以下的
中，相同的附图标记可用于相同或相似的要素。
图1显示根据本发明一个示例性实施方案的用于降低室(例 如航空器内的)内火灾危险的防火系统的流程示意图。如图1中可 见，防火系统100具有燃料电池或燃料电池组合装置1，其在入口 侧提供有相应的原料5、 9，并释放电能101、热能102和氧含量减 少的空气2。
根据燃料电池1的设计，可以将水蒸气加入空气和燃料电池 中。然后，为了防火目的，经相应管路16将氧减少的空气1供给 到待保护的室。
图2显示根据本发明另一个实施方案的防火系统100的流程 示意图。在图2所示系统中，冷凝器19将排放空气2分成水20和 干燥的富氮气(贫氧气)空气202。在本文中，只有干燥的富氮气 空气202作为惰性保护气体，其通过管路16供给到待保护的室中。
所有的室和对象都可以通过燃料电池的排放空气"变成惰性 的"，或者室内和对象内的所有火都可以用阴极排放空气熄灭。将 氧含量降低至约15体积％以下，限制了这些室和对象不应作为人 和动物永久居所。降低至约17体积％，可以大幅降低火灾的可能 性，然而，仍然可能供人长时间居住。降低的氧含量可以降低火灾 或爆炸的危险。燃料电池排放空气的使用可以是环境友好的，并且无毒的。
利用燃料电池系统来获得电流、热和/或水，可以作为副产品 除去贫氧空气。
防火系统100可以以用在移动的车辆或航空器中，以及用于
固定的应用中，例如用于建筑物内。
图3和4示意性显示才艮据本发明另一个示例性实施方案的防 火系统100的原理图。对于燃料电池l，可以使用所有类型的燃料 电池。此外，可以提供多个燃料电池l，例如这些燃料电池l连接 在一起作为燃料电池组，或(多余的)安装在分开的位置处(见图 4中的燃料电池系统501、 502、 503和室504、 505)。这样，可以 进一步增强本发明防火系统100的安全性。
对于所用的燃料电池l,例如，可以使用所谓的碱性燃料电池 (AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC )或直 接醇/曱醇燃料电池(DAFC/DMFC)。然而，其它的燃料电池类型也 是可能的和期望的。
如图3中可见，燃料电池1在阳极侧供给有燃料3并在阴极 侧供给有空气4。
供给到阴极31的燃料3可以根据燃料电池的类型变化。燃料 电池的类型可能不重要。例如，氢可以用作燃料3，该氢可以从例 如烃(如存在于航空器燃料中的)转化得到或由贮存得到。对于烃 的转化，可能需要水，其可以通过从水储存器到转化器的供给管道 提供。
通过测量、控制、和调节单元6监测和调节燃料电池供给5。 在这点上，测量、控制、和调节单元6可以作为传感器运行，其测 量例如体积、温度和/或压力，或也测量质量，然后进一步处理相应 测量的物理参数，以基于此进行相应的控制或调节。
所测量的数据可以经过线路27传输至中央控制/调节单元23， 然后该单元例如通过相应调节对应的阀对燃料供给5进行相应的调节。
为了使燃料3达到燃料电池1的温度和压力水平，如果必要 的话，可以将热交换器7和/或压缩器8连接至燃料电池l。
与燃料供给5类似，可以通过测量、控制、和调节单元10监 测和控制/调节燃料电池阴极32的阴极侧空气供给9。而且，测量 参数还可以是体积、温度、压力、质量或质量流量以及l值(过量 空气)或供给空气的纯度。
而且，可以经线路26将所测量的参数传输至中央控制/调节 单元23，然后该单元可以对空气供给9进行相应的阀调节等。
此外，过滤器单元ll、鼓风机12、热交换器13或压缩器14 可以单独或以任意组合方式连接至燃料电池l和连接至控制和调节 单元23。
对于空气供给9，重要的是空气中含有氮气。在航空器中， 例如可以^^用外部空气或枪内空气。
还可以经管路15，从供给富氮气阴极排放空气2的室25或 对象25将空气再次导入燃料电池1中。这样，室25中的氧含量可 以进一步降低，由此还可以更有效地防火。
还可以经过中央控制/调节23控制或调节管路15和另一空气 供给4。
重要的是，阴极2的排放空气具有降低的氧含量和比阴极侧 空气供给9高的氮含量。根据燃料电池的类型，只要在阴极侧发生 氢/氧反应，阴极排放空气就含有生成的产物水。
由于氮气含量增加，导致该排放空气2具有惰性性质，这可 以导致如下结果首先不能存在火灾，或者至少火灾的蔓延远不及 正常条件下强烈。
例如，氧转化率(U为2 (其意味着50%的供给氧在燃料电 池l中与氢反应生成水)的阴极排放空气仍然只有约10.5体积％的氧含量。常态空气具有约21体积％的氧含量。
该排放空气可以经过管道系统16直接供给到室或对象25， 并由此有助于降低室或对象25中的氧含量。
经过测量单元401、 403 (见图4),通过监测以下至少一种物 理参数来连续监测阴极排放空气氧含量、氢含量、压力、温度、 湿含量、体积流量、二氧化碳、 一氧化碳和氮氧化物含量。其它测 量点402、 404、 405可以位于例如在供给至室25中或供给至燃料 电池的阳极入口或阴极入口之前的管道系统16中。将所测量的数 据传输至中央控制和调节单元23。根据情况，放泄阀可以将供给接 通到室内或释放至环境。
通过压缩器17和/或热交换器18，可以在将富氮气阴极排放 空气2供给至室/对象25之前将其压缩和/或冷却。
如已经提到的，根据燃料电池的类型，如果必要的话，富氮 气阴极排放空气2含有水。在该情况下，(除压缩器17和热交换器 18以外或作为其替代方案)可以连接冷凝器19。冷凝器19使水冷 凝，并将其贮存在水箱20中或直接引入外部水系统201。该水系统 20可以是机内的耗水设备，或者是用于灭火的灭火系统32。也可 以通过控制调节器23控制该额外的灭火系统32。在提供氢转化器 405时，可以将冷凝水供给至转化器工艺。
如前所述，根据冷凝程度，此时可以将余下的轻度潮湿或完 全干燥的空气直接供给至室内的火源或经压缩器21供给至室内的 火源。
室25内的空气可以降低至确定的氧含量。根据用途，氧含量 可以变化。
在15体积％的氧含量下，许多材料将不再会燃烧。通常还总 是能够进入室内。
例如，给控制/调节器23编程，使室25中的氧含量保持在恒 定的15体积％。然而，其它的编程也是可以的。例如，可以给控 制/调节器23编程，使室25中的氧含量总是保持在可调的阈值以下。如果从下方趋近阈值，必要时可以连接其它的燃料电池，或可以增 大燃料电池的功率并由此可以增加阴极排放空气的体积流量。
为此目的，室25可以具有(经管路28)连接至控制/调节器 23的测量装置22。测量装置22用于连续测量和监测氧含量，和在 如果必要的话，测量和监测其它参数，例如室25内的压力、温度、 烟的发展、氢含量。
此外，提供可以调节压力的减压阀24。
测量装置22连续测量氧含量、温度和压力。相应信息传送至 调节或控制单元23。
例如，还可以视觉(借助于摄像机)检测烟的发展。然后， 电子评估所获得的图像，并且如果必要的话可以传送至驾驶艙，使 飞行员可以形成室25内状况的图像。
此外，可以提供气候控制组合装置，该气候控制组合装置从 室25中抽吸空气、将其加热或冷却并重新供入室内。这样，例如， 利用室内的加热，可以不必从外部向室内供给空气。这样，氧含量 可以保持恒定，并且可以控制温度。此外，气候控制组合装置还可 以用于调节供给管道16的温度。
调节或控制单元23尤其调节和/或控制空气供给9以调节排 放空气中的氧含量，调节和/或控制燃料供给5，调节和/或控制富氮 气阴极排放空气的供给2，和调节和/或控制安装在防火系统100中 的所有阀、热交换器、压缩器、混合器单元、气候控制组合装置和 鼓风机。
可以通过管线29来控制所提到的控制和调节系统。可以通过 阀30调节源自室25的供给管道16。
此外，可以或者由燃料电池1、由外部能源(未在图3中示 出)或者由其组合提供系统中所需的电能和热能，例如压缩器、热 交换器或气候控制组合装置所需的电能和热能。
图6用示意图显示了串联的燃料电池601、602。燃料电池601的阴极排放空气在此处应该作为另一燃料电池602的空气供给。这 样，第二燃料电池602的阴极排放空气的氧含量进一步降低。由于 燃料电池阴极供给中需要已知的氧含量以便不会因太少的氧而"窒 息"，所以该技术布置只在已知的程度上是可能的。从一个燃料电 池至另一个燃料电池的供给管道以及从最后的燃料电池602至室 603内的供给管道可以包括测量装置、压缩器和热交换器的布置， 如图3中所示。
图7显示另一个实施方案。此处，阴极排放空气701连接至 另一个用于减少氧的装置702，例如空气分离膜。这样，在供给到 室703中之前，阴极排放空气的氧含量进一步降低。空气分离膜将 空气分成富氧气和富氮气的空气流。富氧部分释放到环境中，而富 氮部分导入室内。
一般利用燃料电池601减少氧的原理示于图8中。为防火、 食物储藏、高原训练和许多其它应用提供的减少氧的优点可以通过 以下领域中的燃料电池来补充。燃料电池运行安静、排放低，并且 有效产生电流和热。与减少氧的所有应用相结合，燃料电池升级成 为能量和安全系统。可以本地使用或供给电流和热。排放空气降低 室801中的氧含量。保护室801免于火灾，并且降低储藏货物的氧 化行为。燃料电池的工作温度提供另 一个优点，该温度为至少70'C ， 使得可以将排放空气视为几乎无菌/消毒的。
燃料电池可以提供能量、防火、高原模拟和在一个系统中改 进的储藏条件。
图9中显示在运动、医疗和后勤领域中具有额外应用的自足 能量和安全系统的原理示意图。可以以不同的方式可再生地产生电 流，并供给到电解装置卯l中以产生氢和氧。
例如，通过光电卯2、水力903、风力卯4或其它方式卯5来 产生电流。相应的发电机906 (例如水电厂或风力涡轮机)将电流 导入电解装置901。
电解装置可以由水产生氢和氧。例如，氧可以用于工业应用 中或释放到环境中。所产生的氢可以贮存在储存器卯7中，或者可以直接供给至燃料电池卯8。作为电解装置的替代方案，可以通过 转化器909产生氢，其通过生物气储存器911、烃储存器912或天 然气储存器913提供。氧气储藏在储存器910中。
除氢以外，燃料电池需要空气，其通过空气供给914提供。 可以将处于热能和电能形式的产生能量供给至耗热装置915或耗电 装置916或联网供给。同样，可以使用所产生的水923。贫氧空气 917的应用可能性#>多，例如用于防火919、用于高原模拟920和 用于医疗目的921或用于降低食物或塑料储藏的氧化。
贫氧空气与产生的水在分离装置918中分开。
本发明在其设计方面不限于附图中显示的优选实施方案。此 外，本发明包括利用所示解决方案和本发明原理以及其它显著不同 实施方案的变体。
此外，"包括"不排除其它元件或步骤，而不加数量词修^饰或"一 种/个"不排除复数。而且，参照上述实施方案之一描述的特征或步骤 也可以与上述其它实施方案的其它特征或步骤结合使用。权利要求中 的附图标记不应视为限制。
权利要求
1.一种用于降低室内火灾危险的防火系统，所述防火系统(100)包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池(1)；和管道组合件(16)，用于将所述富氮气阴极排放空气供给到室(25)内，使所述室(25)内的氧含量降低，从而降低所述室(25)内的火灾危险。
2. 根据权利要求l的防火系统(100),其还包括 用于调节所述室(25)内氧含量的调节或控制单元(23)。
3. 根据权利要求2的防火系统(100 )，其中所述调节或控制单元(23)配置为用于控制或调节以下至少 其一所述燃料电池(l)的阴极的空气供给(9)、所述燃料电池(l) 的阳极的燃料供给(5 )和所述室(25 )内的富氮气阴极排放空气供给。
4. 根据权利要求1~3中之一的防火系统(100),还包括第一测量单元(6、 10、 22)，用于测量选自以下的至少一个物理 参数所述室(25)内的氧含量、所述室内的氢含量、所述室(25) 内的温度、所述室(25)内的压力、和所述室(25)内的烟4tA;和数据线路(26、 27、 28)，用于将测量的物理参数从所述第一测量 单元(22)传输至所述调节和控制单元(23)。
5. 根据前ii^利要求之一的防火系统，还包括第二测量单元，用于测量选自以下的物理^:管道系统中所述 排放空气的氧含量、管道系统中所述排放空气的氢含量、管道系统中 所述排放空气的二氧化碳含量、管道系统中所述排放空气的一氧化碳 含量、管道系统中所述排放空气的氮氧化物含量、管道系统中的排放 空气的体积流量、管道系统中的排放空气的温度、管道系统中的排放空气的压力、和管道系统中的排放空气的湿含量。
6. 根据前述权利要求之一的防火系统，还包括用于将测量的物理^lt从所述第一测量单元或第二测量单元传输 至所述调节和控制单元的数据线路。
7. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括 用于将所述阴极排放空气释放到环境中的放泄阀。
8. 根据前a利要求之一的防火系统(100),还包括 用于调节所述室(25)内压力的减压阀(23)。
9. 根据前a利要求之一的防火系统(100)，还包括选自用于压缩 所述富氮气阴极排放空气的压缩器(17、 21)、用于冷却所述富氮气阴 极排放空气的热交换器(18 )、和用于4吏所述富氮气的空气与环境空气 混合的混合器单元中的至少其一 。
10. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括 用于使水从所述富氮气阴极排放空气中冷凝出来的冷凝器(19);和用于贮存所述冷凝水的水箱(20)。
11. 根据前狄利要求之一的防火系统，还包括用于调节所述室的温度的气候控制组合装置。
12. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括用于从所述室(25)向所述燃料电池(1)的阴极提供空气供给(9 ) 的供给管道(15),由此可以进一步降低所述室(25)内的氧含量。
13. 根据前逸权利要求之一的防火系统(100)，其中所述调节和控制单元(23)配置为用于控制或调节热交换器 (18)、压缩器(8、 14、 17、 21)、减压岡(24)、气候控制组合装置、放泄阀、混合器单元和对所述氢转化器的水的供给。
14. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，其中由燃料电池(1)直接提供所述防火系统(100)中所需的电 能和热能。
15. 根据前述权利要求之一的防火系统，还包括连接至所述第一燃料电池(1)用于进一步降低所述阴极排放空气 的氧含量的第二燃料电池(602)或空气分离膜。
16. 才艮据前逸权利要求之一的防火系统， 其中所述室另一航空器中的室。
17. 根据权利要求l ~ 16中之一的防火系统(100 )用于航空器中室(25) 的防火的用途。
18. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )用于建筑物中室(25 ) 的防火的用途。
19. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )用于船舶中室(25) 的防火的用途。
20. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )在用于运动、医疗 应用或用于储藏货物的室中用于普通氧减少的用途。
21. 权利要求20的用途，其中通过用于呼吸所述阴极的氧减少空气的 呼吸面罩或空气面罩提供所述阴极的氧减少空气。
22. —种航空器，其包括用于在所述航空器中的室(25)中防火的权 利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )。
23. —种用于在室(25)中防火的方法，所述方法包括以下步骤 将空气从所述室(25)外供给至燃料电池(1); 利用燃料电池(1)产生富氮气阴极排放空气；将所述富氮气阴极排放空气供给到所述室(25 )内，使所述室(25) 内的氧含量降低，从而降低所述室(25)内的火灾危险。
24. 根据权利要求22的方法，还包括以下步骤 调节所述室(25)内的氧含量。
25. 根据权利要求22或23的方法，还包括以下步骤测量选自以下的至少一个物理M:所述室(25)内的氧含量、 所述室内的氢含量、所述室(25)内的温度、所述室内的湿含量、所 述室(25)内的压力，和所述室(25)内火突特征的检测；和将所测量的物理^L从所述测量单元(22)传输至调节或控制单 元(23)，用于通过控制所述燃料电池阴极的X值来调节所述室(25) 内的氧含量。
全文摘要
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种用于降低火灾危险的防火系统，该防火系统具有用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池。给燃料电池供给空气和燃料。在燃料电池内，将空气降低至确定的氧含量。将排放空气供给至待保护的室。
文档编号A62C99/00GK101304786SQ200680041974
公开日2008年11月12日 申请日期2006年11月9日 优先权日2005年11月10日
发明者克劳斯·霍夫亚, 安德列亚斯·韦斯滕贝格尔, 尤莉卡·布莱伊, 拉尔斯·弗拉姆 申请人:空中客车德国有限公司
技术领域：
本发明涉及防火。具体而言，本发明涉及用于降低室内火灾危 险的防火系统、这种防火系统在航空器中的用途、这种防火系统在建 筑物中的用途、这种防火系统在船舶上的用途、具有这种防火系统的 航空器、和一种用于移动室或固定室中的防火的方法。
背景技术：
约40年来，卣代烃(Halon) —直用于航空器上机载灭火。 Halon是部分或全部卣代的烃，其在化学上参与火的连锁反应，由 此导致反应中断。
亳无疑问，Halon 1211 (用于手持式灭火器的氯-溴-二氟-甲 烷)和1301 (用于固定式灭火组合装置的溴-三氟-曱烷)阻碍平流 层臭氧的形成，因此包含在联合国蒙特利尔协议(Montreal Protocol of the United Nations )中禁用的材料中。
发明内容
可期望提供改进的室内防火。
才艮据本发明的示例性实施方案，提供一种用于降低室内火灾危 险的防火系统，该防火系统包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料 电池和用于将该富氮气阴极排放空气引入室内的管i!M合件，使得可 以降低室内的氧含量，从而可以降低火突危险。
因此，可以提供用于降低室内或对象内火灾危险的有效系统， 该系统使用燃料电池系统的贫氧气并富氮气的排放空气。以该方式，可以使用机内燃料电池系统的排放空气用于灭火或用于避免火灾危 险。以该方式，可以使用机内燃料电池系统的排放空气来降低火突危 险。此外，灭火器装置可以具有更小的尺寸或甚至完全取消。为此，
可以使用所有类型的燃料电池，例如碱性燃料电池(AFC)、质子交 换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料 电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC )或直接醇/曱醇燃料电 池(DAFC/DMFC )。
在这点上，电解质的工作温度可能不重要，重要的仅是阴极排 放空气的组成。这应该含有惰性气体，例如氮气等。因此，排放空气 可以是干燥的或含水的，这取决于燃料电池的类型和(如果必要的话) 系统设置。
基于氮气的惰性性质，这尤其可以很好地适用于室内防火。
根据本发明的另一个实施方案，提供所述防火系统用于普通减 少氧，由此用于减少室内的氧化。对于食物的贮存，空气的氧化可能 导致腐败，并且所含的脂肪可能变得腐臭。可以减少抗氧化措施在食 物和塑料中的使用，由此可以防止自由基的存在。
根据本发明的另一个实施方案，由于燃料电池的工作温度一般 在80。C左右，所以所述防火系统可以适于在室内产生无菌/消毒的气 氛。it^于有机食物的贮存和净化室可能尤其有利。
才艮据本发明的另一个实施方案，所述防火系统可以适用于在室 内(在航空器内)产生用于医疗/运动目的(例如，高原训练)的氧减 少的气氛。在氧减少下呼吸可能导致血红蛋白(红细胞)在血液中富 集。随着血红蛋白的增加，可以将更多的氧转运到血液中。
所述用于减少氧的燃料电池系统的发明可以适用于例如训练 室、睡眠室、工作区中，并且在较小的实施方案中适合作为具有呼吸 面軍的氧减少的系统。因此，运动员可以提高他们的成绩，而登山者 可以准备在更高的高原下停留更长的时间。
所需的氧减少的排放空气的量和品质一般取决于待保护的室的 实际情况。以下因素，例如室的密度(换气率)、贮藏货物的材料性质 或人的存在，对室的监测和对利用燃料电池减少氧的防火系统的控制 和调节起决定作用。才艮据本发明的另一个实施方案，所述防火系统还具有用于调节 室内氧含量的调节或控制单元。
可以通过改变燃料电池阴极的X值来进行氧含量的调节。X值 表示供给到燃料电池的氧含量和在燃料电池内转化的氧含量之间的比 值。可以通过调节燃料电池的空气供给(鼓风机)来调节该比值。在 阴极排放空气中的氧含量过高的情况下，不得不减小空气供给并因此 减小X值。因此，可以通过将足够的阴极排放空气供给到室内来控制 室内的氧含量。
因此，可以根据本说明书来相应地调节或重新调节氧含量。控
制/调节可以全自动进行。例如，当有人将ii^室内时，可以将氧含量 调节为约15体积％。这样，可以确保人可以逸\室内，然而，另一 方面，可以显著降低相对于正常空气的着火危险或火灾危险。因此， 该防火系统还可以用于防御或预防。
另一方面，例如，通过调节或控制单元，还可以确保氧含量总 是保持在确定的预设最大值以下，例如低于12体积％或低于甚至更小 的值。
自然地，调节或控制单元还可以，没计成单纯的控制单元。然后 可以手动进行调节。
根据本发明的另一个实施方案，设计调节或控制单元以控制或 调节燃料电池阴极的空气供给、燃料电池阳极的燃料供给和室内的富
氮气阴极排放空气的供给中的至少其一。
因此，可以根据需要来调节燃料电池的功率，如供给较多或较 少的燃料、较多或较少的空气，或者耗电设备需要较多或较少的电功 率。此外，可以控制或调节导入室内的富氮气阴极排放空气，例如通 过调节或控制单元来操作相应的阀。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括混合器单元， 在将阴极排放空气供给到室内之前，该混合器单元将阴极排放空气与 环境空气混合。因此，在阴极出口之后，阴极排放空气中的氧含量可 以增加到一定7jC平。此外，可以冷却排放空气，使得可以不需要热交 换器单元或可以减少热交换器单元。可以通过中央控制系统来控制混 合器单元。根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于测量选自
以下的至少一个物理参数的测量单元室内氧含量、室内氢含量、室 内温度、室内压力、室内湿含量，和用于识别室内火灾特征的检测器。 此外，防火系统包括用于将测量的物理M从测量单元传输至调节或 控制单元的数据线路。
因此，可以监测室内的状况。例如，如果室内温度升高，或如 果起烟，则可以通过供给阴极排放空气来进一步降低氧含量，从而熄 灭发展中的火势。同样，也可以监测压力。例如，如果压力超过确定 的值，就可以供给加量的富氮气阴极排放空气，其中火灾^t与烟雾 t艮的强度相关。自动和持续维持预定^可以是防火系统的调节和 控制单元的首要目的。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括测量单元，所 述测量单元用于测量选自以下的至少一个物理M:管道系统中排放 空气的氧含量、管道系统中排放空气的氢含量、管道系统中排放空气 的二氧化碳含量、管道系统中排放空气的一氧化碳含量、管道系统中 排放空气的氮氧化物含量、管道系统中的排放空气的体积流量、管道 系统中的排放空气的温度、管道系统中的排放空气的压力、管道系统 中的排放空气的湿含量。此外，防火系统可以包括用于将测量的物理 参数从测量单元传输至调节和控制单元的数据线路。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于将管道系 统中的排放空气释放到周围空气中的阀。例如，如果管道系统中排放 空气的氧含量超过定值或低于定值，则这可以由测量单元检测的并传 输至调节和控制单元，必要时还可以启动阀，从而不将排放空气供给
到室内，而是供给到周围空气。
才艮据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于调节室内 压力的减压阀。
例如，如果室内压力超过确定的阈值，或者如果室内压力和室 的周围环境之间的压差超过确定的参数，则可以相应地释放空气。
根据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统还包括用于压 缩富氮气阴极排放空气使得可以提高灭火性能的压缩器和/或用于冷 却富氮气阴极排放空气的热交换器。这样，可以在将富氮气阴极排放空气供给到室内之前进行压缩 或冷却。
根据本发明的另一个实施方案，防火系统还包括用于冷凝富氮 气阴极排放空气中的水的冷凝器和用于贮存冷凝水的水箱。
这样，可以产生阴极排放水，然后可以将其贮存。然后，例如 可以将其从该贮存供给至航空器的供水，或者在火灾事件中可以将其 用于灭火目的。
还可以提供从冷凝器至航空器的水系统的直接管路(不必在水 箱中贮存冷凝水)。
此外，由于氢转化器对于从烃水生产氢是必须的，所以还可以 提供从冷凝器至氢转化器系统的供给。
根据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统包括用于调控 室的气候控制组合装置。因此，可以抽吸空气、冷却空气并再次供给 到室内，而不会影响室内的氧含量。此外，该气候控制组合装置可用 于在供给到室之前调节燃料电池排放空气。因此，例如，在冷凝后， 在供给到室内之前，可以将温度重新调节至预定水平。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，防火系统还包括供给管 道，该供给管道用于从室向燃料电池的阴极提供空气供给，由此可以 进一步降低室内的氧含量。
例如，当为了进一步提高防火而进一步降低室内的氧含量时， 可以通过控制和调节装置来接通该供给。在其它的情况下(或同时)， 可以用外部空气或舱内空气供给燃料电池。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，i殳计调节或控制单元以 控制或调节热交换器、压缩器、混合器单元、减压阀、放泄阀、气候 控制组合装置和对氢转化器的水的供给。
因此，根据本说明书，可以相应降低导入室内的富氮气阴极排 放空气的温度。此外，可以调节阳极供气、阴极供气或供给至室内的 富氮气阴极排放空气的压缩程度。
根据本发明的另一个示例性实施方案，阴极排放空气可与其它 的燃料电池相互连通，使得源自一个阴极的排放空气作为其它阴极的供给。这导致相互连通的燃料电池的排放空气中氧含量进一步降低。
根据本发明防火系统的另一个示例性实施方案，阴极排放空气 还可以与用于额外降低氧的装置相互连通。为此，例如，空气分离膜
可以^1合适的。其将阴极排放空气分成两股气流富氧空气和富氮空 气。富氧空气排放至大气中；余下的富氮空气可以供给到室内。
根据本发明的另一个示例性实施方案，直接由燃料电M供防 火系统所需的电能和热能。
因此，可以不需要外部能量供给。该系统可以以自维持的方式 运行，并且自身产生自己所需的能量。
根据本发明的另一个示例性实施方案，用于降低火灾危险的室 为航空器中的室。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，如上所述的防火系统的 用途是用于航空器中的室的防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，这种防火系统的用途是 用于建筑物中的室的防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，该(防火)系统的用途 是用于普通的氧减少，以及用其进行高原模拟和减少室内氧化。
此外，提供一种航空器，其包括如上所述的用于航空器中室的 防火的防火系统。
而且，根据本发明的另一个示例性实施方案，提供一种用于防 火的方法，在该方法中，通过燃料电池产生富氮气阴极排放空气，并 且将该富氮气阴极排放空气导入室内，使室内的氧含量降低，从而降 低火灾危险。
在这点上，可以提供一种方法，通过该方法可以使航空器的室 内防火增强。可以不必使用其它的灭火系统，例如Halon系统。此夕卜， 航空器中的某些区域如电子枪或小的隐蔽区域可以通过减少这些区域 内的氧含量来有效地防火。
根据本发明的另一个示例性实施方案，测量室内的物理参数， 例如室内的温度、室内的压力、室内的氧含量、室内的湿含量、室内 的氢含量、或室内烟的4^艮。然后，可以将这些测量的参数从测量单元传输至调节或控制单元，用于调节室内的氧含量。可以通过向室内 供给阴极排放空气来调节室内的氧含量。可以通过用控制单元控制阴 极的X值来调节阴极排放空气的氧含量。此外，在将阴极排放空气供 入室内之前，混合器单元可以增加阴极排放空气的氧含量，或者空气 分离单元可以进一步降低阴极排放空气的氧含量。
才艮据本发明的另一个示例性实施方案，测量管道系统内的物理 M,例如排放空气的氧含量、排放空气的氢含量、排放空气的二氧 化碳含量、排放空气的一氧化碳含量、排放空气的氮氧化物含量、排 放空气的体积流量、排放空气的温度、排放空气的压力、和排放空气 的湿含量。此外，防火系统可以包括用于将测量的物理参数从测量单 元传输至调节和控制单元的数据线路。
这样，可以确保分别调整室内的氧含量，才艮据室内的现状这可 能是必要的。
在从属权利要求中提供本发明的其它示例性实施方案。 下面将参照
本发明优选的示例性实施方案。
图1显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的流程 示意图。
图2显示根据本发明另一个示例性实施方案的防火系统的流 程示意图。
图3显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图4显示根据本发明另一个示例性实施方案的防火系统的原 理示意图。
图5显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图6显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。图7显示才艮据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图8显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
图9显示根据本发明一个示例性实施方案的防火系统的原理 示意图。
具体实施例方式
图中的说明是示意性的，不是按比例的。
在以下的
中，相同的附图标记可用于相同或相似的要素。
图1显示根据本发明一个示例性实施方案的用于降低室(例 如航空器内的)内火灾危险的防火系统的流程示意图。如图1中可 见，防火系统100具有燃料电池或燃料电池组合装置1，其在入口 侧提供有相应的原料5、 9，并释放电能101、热能102和氧含量减 少的空气2。
根据燃料电池1的设计，可以将水蒸气加入空气和燃料电池 中。然后，为了防火目的，经相应管路16将氧减少的空气1供给 到待保护的室。
图2显示根据本发明另一个实施方案的防火系统100的流程 示意图。在图2所示系统中，冷凝器19将排放空气2分成水20和 干燥的富氮气(贫氧气)空气202。在本文中，只有干燥的富氮气 空气202作为惰性保护气体，其通过管路16供给到待保护的室中。
所有的室和对象都可以通过燃料电池的排放空气"变成惰性 的"，或者室内和对象内的所有火都可以用阴极排放空气熄灭。将 氧含量降低至约15体积％以下，限制了这些室和对象不应作为人 和动物永久居所。降低至约17体积％，可以大幅降低火灾的可能 性，然而，仍然可能供人长时间居住。降低的氧含量可以降低火灾 或爆炸的危险。燃料电池排放空气的使用可以是环境友好的，并且无毒的。
利用燃料电池系统来获得电流、热和/或水，可以作为副产品 除去贫氧空气。
防火系统100可以以用在移动的车辆或航空器中，以及用于
固定的应用中，例如用于建筑物内。
图3和4示意性显示才艮据本发明另一个示例性实施方案的防 火系统100的原理图。对于燃料电池l，可以使用所有类型的燃料 电池。此外，可以提供多个燃料电池l，例如这些燃料电池l连接 在一起作为燃料电池组，或(多余的)安装在分开的位置处(见图 4中的燃料电池系统501、 502、 503和室504、 505)。这样，可以 进一步增强本发明防火系统100的安全性。
对于所用的燃料电池l,例如，可以使用所谓的碱性燃料电池 (AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC )或直 接醇/曱醇燃料电池(DAFC/DMFC)。然而，其它的燃料电池类型也 是可能的和期望的。
如图3中可见，燃料电池1在阳极侧供给有燃料3并在阴极 侧供给有空气4。
供给到阴极31的燃料3可以根据燃料电池的类型变化。燃料 电池的类型可能不重要。例如，氢可以用作燃料3，该氢可以从例 如烃(如存在于航空器燃料中的)转化得到或由贮存得到。对于烃 的转化，可能需要水，其可以通过从水储存器到转化器的供给管道 提供。
通过测量、控制、和调节单元6监测和调节燃料电池供给5。 在这点上，测量、控制、和调节单元6可以作为传感器运行，其测 量例如体积、温度和/或压力，或也测量质量，然后进一步处理相应 测量的物理参数，以基于此进行相应的控制或调节。
所测量的数据可以经过线路27传输至中央控制/调节单元23， 然后该单元例如通过相应调节对应的阀对燃料供给5进行相应的调节。
为了使燃料3达到燃料电池1的温度和压力水平，如果必要 的话，可以将热交换器7和/或压缩器8连接至燃料电池l。
与燃料供给5类似，可以通过测量、控制、和调节单元10监 测和控制/调节燃料电池阴极32的阴极侧空气供给9。而且，测量 参数还可以是体积、温度、压力、质量或质量流量以及l值(过量 空气)或供给空气的纯度。
而且，可以经线路26将所测量的参数传输至中央控制/调节 单元23，然后该单元可以对空气供给9进行相应的阀调节等。
此外，过滤器单元ll、鼓风机12、热交换器13或压缩器14 可以单独或以任意组合方式连接至燃料电池l和连接至控制和调节 单元23。
对于空气供给9，重要的是空气中含有氮气。在航空器中， 例如可以^^用外部空气或枪内空气。
还可以经管路15，从供给富氮气阴极排放空气2的室25或 对象25将空气再次导入燃料电池1中。这样，室25中的氧含量可 以进一步降低，由此还可以更有效地防火。
还可以经过中央控制/调节23控制或调节管路15和另一空气 供给4。
重要的是，阴极2的排放空气具有降低的氧含量和比阴极侧 空气供给9高的氮含量。根据燃料电池的类型，只要在阴极侧发生 氢/氧反应，阴极排放空气就含有生成的产物水。
由于氮气含量增加，导致该排放空气2具有惰性性质，这可 以导致如下结果首先不能存在火灾，或者至少火灾的蔓延远不及 正常条件下强烈。
例如，氧转化率(U为2 (其意味着50%的供给氧在燃料电 池l中与氢反应生成水)的阴极排放空气仍然只有约10.5体积％的氧含量。常态空气具有约21体积％的氧含量。
该排放空气可以经过管道系统16直接供给到室或对象25， 并由此有助于降低室或对象25中的氧含量。
经过测量单元401、 403 (见图4),通过监测以下至少一种物 理参数来连续监测阴极排放空气氧含量、氢含量、压力、温度、 湿含量、体积流量、二氧化碳、 一氧化碳和氮氧化物含量。其它测 量点402、 404、 405可以位于例如在供给至室25中或供给至燃料 电池的阳极入口或阴极入口之前的管道系统16中。将所测量的数 据传输至中央控制和调节单元23。根据情况，放泄阀可以将供给接 通到室内或释放至环境。
通过压缩器17和/或热交换器18，可以在将富氮气阴极排放 空气2供给至室/对象25之前将其压缩和/或冷却。
如已经提到的，根据燃料电池的类型，如果必要的话，富氮 气阴极排放空气2含有水。在该情况下，(除压缩器17和热交换器 18以外或作为其替代方案)可以连接冷凝器19。冷凝器19使水冷 凝，并将其贮存在水箱20中或直接引入外部水系统201。该水系统 20可以是机内的耗水设备，或者是用于灭火的灭火系统32。也可 以通过控制调节器23控制该额外的灭火系统32。在提供氢转化器 405时，可以将冷凝水供给至转化器工艺。
如前所述，根据冷凝程度，此时可以将余下的轻度潮湿或完 全干燥的空气直接供给至室内的火源或经压缩器21供给至室内的 火源。
室25内的空气可以降低至确定的氧含量。根据用途，氧含量 可以变化。
在15体积％的氧含量下，许多材料将不再会燃烧。通常还总 是能够进入室内。
例如，给控制/调节器23编程，使室25中的氧含量保持在恒 定的15体积％。然而，其它的编程也是可以的。例如，可以给控 制/调节器23编程，使室25中的氧含量总是保持在可调的阈值以下。如果从下方趋近阈值，必要时可以连接其它的燃料电池，或可以增 大燃料电池的功率并由此可以增加阴极排放空气的体积流量。
为此目的，室25可以具有(经管路28)连接至控制/调节器 23的测量装置22。测量装置22用于连续测量和监测氧含量，和在 如果必要的话，测量和监测其它参数，例如室25内的压力、温度、 烟的发展、氢含量。
此外，提供可以调节压力的减压阀24。
测量装置22连续测量氧含量、温度和压力。相应信息传送至 调节或控制单元23。
例如，还可以视觉(借助于摄像机)检测烟的发展。然后， 电子评估所获得的图像，并且如果必要的话可以传送至驾驶艙，使 飞行员可以形成室25内状况的图像。
此外，可以提供气候控制组合装置，该气候控制组合装置从 室25中抽吸空气、将其加热或冷却并重新供入室内。这样，例如， 利用室内的加热，可以不必从外部向室内供给空气。这样，氧含量 可以保持恒定，并且可以控制温度。此外，气候控制组合装置还可 以用于调节供给管道16的温度。
调节或控制单元23尤其调节和/或控制空气供给9以调节排 放空气中的氧含量，调节和/或控制燃料供给5，调节和/或控制富氮 气阴极排放空气的供给2，和调节和/或控制安装在防火系统100中 的所有阀、热交换器、压缩器、混合器单元、气候控制组合装置和 鼓风机。
可以通过管线29来控制所提到的控制和调节系统。可以通过 阀30调节源自室25的供给管道16。
此外，可以或者由燃料电池1、由外部能源(未在图3中示 出)或者由其组合提供系统中所需的电能和热能，例如压缩器、热 交换器或气候控制组合装置所需的电能和热能。
图6用示意图显示了串联的燃料电池601、602。燃料电池601的阴极排放空气在此处应该作为另一燃料电池602的空气供给。这 样，第二燃料电池602的阴极排放空气的氧含量进一步降低。由于 燃料电池阴极供给中需要已知的氧含量以便不会因太少的氧而"窒 息"，所以该技术布置只在已知的程度上是可能的。从一个燃料电 池至另一个燃料电池的供给管道以及从最后的燃料电池602至室 603内的供给管道可以包括测量装置、压缩器和热交换器的布置， 如图3中所示。
图7显示另一个实施方案。此处，阴极排放空气701连接至 另一个用于减少氧的装置702，例如空气分离膜。这样，在供给到 室703中之前，阴极排放空气的氧含量进一步降低。空气分离膜将 空气分成富氧气和富氮气的空气流。富氧部分释放到环境中，而富 氮部分导入室内。
一般利用燃料电池601减少氧的原理示于图8中。为防火、 食物储藏、高原训练和许多其它应用提供的减少氧的优点可以通过 以下领域中的燃料电池来补充。燃料电池运行安静、排放低，并且 有效产生电流和热。与减少氧的所有应用相结合，燃料电池升级成 为能量和安全系统。可以本地使用或供给电流和热。排放空气降低 室801中的氧含量。保护室801免于火灾，并且降低储藏货物的氧 化行为。燃料电池的工作温度提供另 一个优点，该温度为至少70'C ， 使得可以将排放空气视为几乎无菌/消毒的。
燃料电池可以提供能量、防火、高原模拟和在一个系统中改 进的储藏条件。
图9中显示在运动、医疗和后勤领域中具有额外应用的自足 能量和安全系统的原理示意图。可以以不同的方式可再生地产生电 流，并供给到电解装置卯l中以产生氢和氧。
例如，通过光电卯2、水力903、风力卯4或其它方式卯5来 产生电流。相应的发电机906 (例如水电厂或风力涡轮机)将电流 导入电解装置901。
电解装置可以由水产生氢和氧。例如，氧可以用于工业应用 中或释放到环境中。所产生的氢可以贮存在储存器卯7中，或者可以直接供给至燃料电池卯8。作为电解装置的替代方案，可以通过 转化器909产生氢，其通过生物气储存器911、烃储存器912或天 然气储存器913提供。氧气储藏在储存器910中。
除氢以外，燃料电池需要空气，其通过空气供给914提供。 可以将处于热能和电能形式的产生能量供给至耗热装置915或耗电 装置916或联网供给。同样，可以使用所产生的水923。贫氧空气 917的应用可能性#>多，例如用于防火919、用于高原模拟920和 用于医疗目的921或用于降低食物或塑料储藏的氧化。
贫氧空气与产生的水在分离装置918中分开。
本发明在其设计方面不限于附图中显示的优选实施方案。此 外，本发明包括利用所示解决方案和本发明原理以及其它显著不同 实施方案的变体。
此外，"包括"不排除其它元件或步骤，而不加数量词修^饰或"一 种/个"不排除复数。而且，参照上述实施方案之一描述的特征或步骤 也可以与上述其它实施方案的其它特征或步骤结合使用。权利要求中 的附图标记不应视为限制。
权利要求
1.一种用于降低室内火灾危险的防火系统，所述防火系统(100)包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池(1)；和管道组合件(16)，用于将所述富氮气阴极排放空气供给到室(25)内，使所述室(25)内的氧含量降低，从而降低所述室(25)内的火灾危险。
2. 根据权利要求l的防火系统(100),其还包括 用于调节所述室(25)内氧含量的调节或控制单元(23)。
3. 根据权利要求2的防火系统(100 )，其中所述调节或控制单元(23)配置为用于控制或调节以下至少 其一所述燃料电池(l)的阴极的空气供给(9)、所述燃料电池(l) 的阳极的燃料供给(5 )和所述室(25 )内的富氮气阴极排放空气供给。
4. 根据权利要求1~3中之一的防火系统(100),还包括第一测量单元(6、 10、 22)，用于测量选自以下的至少一个物理 参数所述室(25)内的氧含量、所述室内的氢含量、所述室(25) 内的温度、所述室(25)内的压力、和所述室(25)内的烟4tA;和数据线路(26、 27、 28)，用于将测量的物理参数从所述第一测量 单元(22)传输至所述调节和控制单元(23)。
5. 根据前ii^利要求之一的防火系统，还包括第二测量单元，用于测量选自以下的物理^:管道系统中所述 排放空气的氧含量、管道系统中所述排放空气的氢含量、管道系统中 所述排放空气的二氧化碳含量、管道系统中所述排放空气的一氧化碳 含量、管道系统中所述排放空气的氮氧化物含量、管道系统中的排放 空气的体积流量、管道系统中的排放空气的温度、管道系统中的排放空气的压力、和管道系统中的排放空气的湿含量。
6. 根据前述权利要求之一的防火系统，还包括用于将测量的物理^lt从所述第一测量单元或第二测量单元传输 至所述调节和控制单元的数据线路。
7. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括 用于将所述阴极排放空气释放到环境中的放泄阀。
8. 根据前a利要求之一的防火系统(100),还包括 用于调节所述室(25)内压力的减压阀(23)。
9. 根据前a利要求之一的防火系统(100)，还包括选自用于压缩 所述富氮气阴极排放空气的压缩器(17、 21)、用于冷却所述富氮气阴 极排放空气的热交换器(18 )、和用于4吏所述富氮气的空气与环境空气 混合的混合器单元中的至少其一 。
10. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括 用于使水从所述富氮气阴极排放空气中冷凝出来的冷凝器(19);和用于贮存所述冷凝水的水箱(20)。
11. 根据前狄利要求之一的防火系统，还包括用于调节所述室的温度的气候控制组合装置。
12. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，还包括用于从所述室(25)向所述燃料电池(1)的阴极提供空气供给(9 ) 的供给管道(15),由此可以进一步降低所述室(25)内的氧含量。
13. 根据前逸权利要求之一的防火系统(100)，其中所述调节和控制单元(23)配置为用于控制或调节热交换器 (18)、压缩器(8、 14、 17、 21)、减压岡(24)、气候控制组合装置、放泄阀、混合器单元和对所述氢转化器的水的供给。
14. 根据前述权利要求之一的防火系统(100)，其中由燃料电池(1)直接提供所述防火系统(100)中所需的电 能和热能。
15. 根据前述权利要求之一的防火系统，还包括连接至所述第一燃料电池(1)用于进一步降低所述阴极排放空气 的氧含量的第二燃料电池(602)或空气分离膜。
16. 才艮据前逸权利要求之一的防火系统， 其中所述室另一航空器中的室。
17. 根据权利要求l ~ 16中之一的防火系统(100 )用于航空器中室(25) 的防火的用途。
18. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )用于建筑物中室(25 ) 的防火的用途。
19. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )用于船舶中室(25) 的防火的用途。
20. 根据权利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )在用于运动、医疗 应用或用于储藏货物的室中用于普通氧减少的用途。
21. 权利要求20的用途，其中通过用于呼吸所述阴极的氧减少空气的 呼吸面罩或空气面罩提供所述阴极的氧减少空气。
22. —种航空器，其包括用于在所述航空器中的室(25)中防火的权 利要求1 ~ 16中之一的防火系统(100 )。
23. —种用于在室(25)中防火的方法，所述方法包括以下步骤 将空气从所述室(25)外供给至燃料电池(1); 利用燃料电池(1)产生富氮气阴极排放空气；将所述富氮气阴极排放空气供给到所述室(25 )内，使所述室(25) 内的氧含量降低，从而降低所述室(25)内的火灾危险。
24. 根据权利要求22的方法，还包括以下步骤 调节所述室(25)内的氧含量。
25. 根据权利要求22或23的方法，还包括以下步骤测量选自以下的至少一个物理M:所述室(25)内的氧含量、 所述室内的氢含量、所述室(25)内的温度、所述室内的湿含量、所 述室(25)内的压力，和所述室(25)内火突特征的检测；和将所测量的物理^L从所述测量单元(22)传输至调节或控制单 元(23)，用于通过控制所述燃料电池阴极的X值来调节所述室(25) 内的氧含量。
全文摘要
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种用于降低火灾危险的防火系统，该防火系统具有用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池。给燃料电池供给空气和燃料。在燃料电池内，将空气降低至确定的氧含量。将排放空气供给至待保护的室。
文档编号A62C99/00GK101304786SQ200680041974
公开日2008年11月12日 申请日期2006年11月9日 优先权日2005年11月10日
发明者克劳斯·霍夫亚, 安德列亚斯·韦斯滕贝格尔, 尤莉卡·布莱伊, 拉尔斯·弗拉姆 申请人:空中客车德国有限公司
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