用于灭火的燃料电池系统的制作方法
专利名称：用于灭火的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及消防。具体而言，本发明涉及用于灭火的消防系统、这 种消防系统在航空器中的用途、这种消防系统在建筑物中的用途、这种 消防系统在船舶上的用途、具有这种消防系统的航空器和用于消防的方 法。
背景技术：
约40年来，卣代烃(Halon)已被用于在航空器上灭火。卣代烃是 部分或完全卣代的烃，该烃在化学上参与火的连锁反应并由此导致该反 应的中断。
无可否认，Halon 1211(用于手持灭火器的氯-溴-二氟-甲烷)和1301 (用于装配式灭火组件的溴-三氟-甲烷)影响同温层臭氧的形成并因此 包括在联合国蒙特利尔协议(Montreal Protocol of the United Nations ) 所禁止的材料中。
发明内容
可期望在航空器中提供改进的消防系统。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种用于房间内灭火的消 防系统，该消防系统包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池和 管道组件，所述管道组件用于将富氮气阴极排放空气引导至火源，以使 降低火源周围的氧气含量，从而熄灭火源。
因此，可提供有效的房间内或对象内的消防系统，该系统利用燃料 电池系统的贫氧气且富氮气的排放气。这样，可以使用机内 (board-internal)燃料电池系统的排放气用于消防或避免火灾危险。另外，灭火装置可以在尺寸上更小或甚至完全被取消。为此目的，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)或直接乙醇/曱醇燃料电池
(DAFC/DMFC)。
在这点上，电解质的工作温度可能并不重要，重要的只是阴极排放 空气的组成。它可包含诸如氮气等的不活泼气体。因此，才艮据燃料电池 类型并且如果必要的话根据系统设置，所述排放气可以是干燥的或含水 的。
基于氮气的不活泼性，氮气可特别好地适用于房间内消防。
根据本发明的另一实施方案，消防系统还具有用于触发(使用)向 火源供给富氮气阴极排放空气的调节或控制单元。
可通过改变燃料电池的阴极的入值来进行氧气含量的调节。X值代表 向燃料电池供给的氧气量和在燃料电池内部转化的氧气量之间的比值。 可通过调节燃料电池的空气供给(吹风机)来调整该比值。在阴极排放 空气中氧气含量过高的情况下，必须减少空气供给并因此减小X值。因 此，可通过向房间供给足够的阴极排放空气来控制房间内的氧气含量。
因此，可自动启动灭火过程。另外，可根据规定相应地调节或重新 调节氧气含量。控制/调节可全自动进行。例如，可以在人进入房间时 调节氧气含量，使得它为约15vo1。/。。这样，可以保证人可进入房间， 但是另一方面，相对于正常空气的着火危险或失火危险显著减小。从而， 还可防御性或预防性地使用该消防系统。
另一方面，例如，通过调节或控制单元，还可保证氧气部分总是保 持在确定的预设最大值以下，例如，小于12vol。/。或小于更小的值。
当然，调节或控制单元还可设计为纯控制单元。那样的话，可手动 进行调节。
根据本发明的另一实施方案，调节或控制单元设计为控制或调节燃 料电池阴极的空气供给、燃料电池阳极的燃料供给和/或向火源的富氮 气阴极排放空气的供给。因此，可根据需求调整燃料电池的功率，即供给或多或少的燃料、 或多或少的空气或者用电设备需要的或多或少的功率。另外，将富氮气 阴极排放空气引入房间内可以被控制或调节，其中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 实施方案，消防系统还包括用于测量选自房间内 氧气含量、房间内氢气含量、房间内温度、房间内压力和房间内湿含量 中的至少一个物理参数的测量单元和用于识别房间内火情的检测器。另 外，消防系统包括用于将由测量单元测量的物理参数传送到调节或控制 单元的数据线。
这样，可以监测房间内状况。例如，如果房间内的温度上升，或者 如果房间内烟雾的发展，则为了熄灭发展的火势，可以通过阴极排放空 气的供给进一步降低氧气含量。同样，可以监测压力。如果压力超过设 定值，例如设防值，则可供给富氮气阴极排放气，其中火势参数与烟雾 发展的强度有关。预定参数的自动和永久维护可以是根据本发明的消防 系统的调节和控制单元的首要目的。
根据本发明的另 一 实施方案，消防系统还包括用于测量选自管道系 统中排放气的氧气含量、管道系统中排放气的氢气含量、管道系统中排 放气的二氧化碳含量、管道系统中排放气的一氧化碳含量、管道系统中 排放气的氮氧化物含量、管道系统中排放气的体积流量、管道系统中排 放气的温度、管道系统中排放气的压力、管道系统中排放气的湿含量中 的至少一个物理参数的测量单元。另外，消防系统还包括用于将由测量 单元测量的物理参数传送到调节和控制单元的数据线。
根据本发明的另一实施方案，消防系统还包括用于将管道系统的排 放气释放到环境空气的阀。如果例如管道系统的排放气的氧气含量超过 或低于设定值，那么这可以通过测量单元来检测并将其传送给调节和控 制单元，并且，如果必要的话，操纵该阀，使得排放气不被供给到房间 内而是被供给到环境空气。
才艮据本发明的另 一 实施方案，消防系统还包括用于调节房间内压力 的减压阀。
8如果例如房间内压力超过设定的阈值或者如果房间内部和房间的 周围环境之间的压力差值超过设定参数，则可因此释放空气。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包含用于压缩富氮 气阴极排放空气以使灭火性能增强的压缩器和/或用于冷却富氮气阴极 排放空气的热交换器。
这样，富氮气阴极空气可在被供给到房间或火源之前被压缩或冷却。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于使富氮气 阴极排放空气中的水冷凝的冷凝器和用于储存冷凝水的水箱。
这样，可产生阴极排放水，然后将其储存。例如，然后阴极排放水 可从该储存装置供给到航空器的供水装置，或者可在失火时用于灭火目 的。
还可以设置从冷凝器到航空器水系统的直接管线(不必在水箱中存 储冷凝水)。
另外，由于氢气转化器可能对于从烃水产生氢气来说是必需的，因 此还可提供从冷凝器到氢气转化器的供给。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于对房间进 行调节的气候控制组件。因此，可以在不影响房间内的氧气含量的情况 下，将空气吸入、冷却并重新供给到房间。另外，气候控制组件可用于 在燃料电池排放气被供给到房间之前对其进行调节。因此，例如，在冷 凝之后，供给到房间内之前的温度被重新调节到确定的水平。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于由房间的 燃料电池阴极提供空气供给的供给线，由此可进一步降低房间中的氧气 含量。
为了进一步增加防火能力，可例如在进一步降低房间内的氧气部分 时，通过控制和调节装置接通该供给。在其它情况下(或者同时)，可 向燃料电池供给外部空气或机抢空气。
根据本发明的另一示例性实施方案，调节或控制单元设计用于控制 或调节热交换器、压缩机、减压阀、放泄阀、气候控制组件和对氢气转化器供水中的至少其一。
因此，根据具体要求，可相应地冷却引入房间内的富氮气阴极排放 空气的温度。另外，可以调整供给到房间内的阳极供给气、阴极供给气 或富氮气阴极排放气的压缩程度。
根据本发明的另一示例性实施方案，阴极排放气可与其它的燃料电 池互连，使得从一个阴极排放的空气用作其它燃料电池的供给。这导致 互连的燃料电池的排放气中氧气含量的进一步降低。
根据消防系统的本发明另一示例性实施方案，阴极排放空气还可与 用于另外减少氧气的装置互连。出于这种目的，例如，空气分离膜可能
是适合的。它可将阴极排放气分成两个流富氧气空气和富氮气空气。 富氧气空气被排放到大气中；而剩余的富氮气空气被供给到房间中。
根据本发明的另一示例性实施方案，直接从燃料电池提供消防系统 中所需要的电能和热能。
因此，可以不需要外部的能量供给。该系统可以以自维持的方式工 作并可自身产生能量。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供一种消防系统，该消防系 统还包括供给管线和蓄水装置，由此，可以通过供给管线从蓄水装置向 火源供给水。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于存储富氮 气阴极排放空气的中间存储装置，该中间存储装置可以在着火时被排空 用以快速灭火。
此外，根据本发明的另一示例性实施方案，所要灭火的房间是航空 器中的房间。
根据本发明的另 一示例性实施方案，提供上述消防系统用于熄灭航 空器中的火源的用途。例如，在货艙、电子舱或狭小的隐蔽区域中的火 源。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供该消防系统用于熄灭船舶 中的火源的用途。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供该消防系统用于熄灭建筑物中的火源的用途。
根据本发明的另 一示例性实施方案，提供该防火系统用于一般氧气 减少以及与其相关的海拔高度模拟和房间中的氧气减少的用途。
此外，提供一种航空器，该航空器包括用于航空器中房间消防的上 述消防系统。
此外，根据本发明的另一示例性实施方案，提供一种消防方法，其 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 气引至火源，以降低火源周围的氧气含量，从而熄灭火源。
这样，可以提供一种方法，通过该方法可实现改善的航空器房间消
防。而诸如Halon体系的灭火系统可以不是必需的。
根据本发明的另一示例性实施方案，测量房间内的物理参数，诸如 房间内的温度、房间内的压力、房间内的氧气含量、房间内的湿含量、 房间内的氢气含量或房间内烟雾的发展。这些测量的参数然后可从测量 单元传送到调节或控制单元，用以触发对火源供给富氮气阴极排放空 气。可以通过控制单元控制阴极的X来调节阴极排放气的氧气含量。另 外，空气分离单元还可在将阴极排放气供给火源之前进一步降低其氧气 含量。
根据本发明的另一示例性实施方案，测量管道系统中的物理参数， 例如排放空气的氧气含量、排放空气的氢气含量、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。 另外，消防系统包括用于从测量单元向调节和控制单元传送所测量的物 理参数的数据线。
这样，可以保证根据房间内的当前条件，按照需要，分别调节房间
内的氧气含量。
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
本发明的优选示例性实施方案。
图1表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性流程图。
图2表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统的示意性流 程图。
图3表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图4表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图5表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图6表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图7表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图8表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图9表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
具体实施例方式
附图的描绘是示意性的并且是不按比例的。
在以下的
中，对于相同或类似的要素使用相同的附图标记。
图l表示根据本发明的一个示例性实施方案的用于熄灭例如航空器 中的房间内火源的消防系统的示意性流程图。从图1可见，消防系统100 具有燃料电池或燃料电池组件1，其设置在具有相应的原材料5、 9的入 口侧，并释放电能101、热能102和具有减少的氧气部分的空气2。根 据燃料电池l的设计，水蒸汽可被添加到空气和燃料电池中。然后出于 防火的目的，将氧气减少的空气l通过相应管线16供给至所要保护的 房间。
图2表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统100的示意性流程图。在图2所示的系统中，排放空气2通过冷凝器19分成水20 和干燥的富氮气(贫氧气)空气202。这里，只有干燥的富氮气空气202 用作不活泼的保护性气体，通过管线16供给到所要熄灭的火。
可以通过燃料电池的排放空气使得所有的房间和对象"变得不活 泼"，或者，可以用阴极排放空气熄灭房间和对象中的所有火。
在将氧气含量减少到低于约15vol。/。时，这些房间和对象不能用作 人和动物的永久住所。在氧气含量为约17vol。/。时，失火的概率大大降 低，但是，仍可以供人长期居住。减少的氧气部分可降低失火或爆炸的 危险。
燃料电池排放气的应用可以是环境友好的并且是无毒的。 在使用燃料电池来获得电流、热和/或水时，贫氧气空气可以作为 副产品被消除。
消防系统100可用于机动车或灭火装置或航空器中，以及用于例如 建筑物内的静态应用中。
图3和图4示意性地表示根据本发明的其它示例性实施方案的消防 系统100的原理图。在使用燃料电池l时，可以使用所有类型的燃料电 池。另外，可以设置多个燃料电池l，这些燃料电池l例如作为燃料电 池组连接在一起，或者安装在分开的位置上(备用)(参见图4中的燃 料电池系统501、 502、 503和房间504、 505)。这样，本发明的消防系 统100的安全性可进一步增加。
在使用燃料电池1时，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)或直接乙醇/曱 醇燃料电池(DAFC/DMFC)。但是，其它的燃料电池类型也是可能的 和所希望的。
从图3可以看出，燃料电池1在阳极侧供给燃料3，并在阴极侧供 给空气4。
供给到阳极31的燃料3可根据燃料电池类型而改变。它是什么类 型的燃料电池可能并不重要。例如，可以使用氢气作为燃料3，氢气例如可以从烃(如存在于航空器燃料中的)转化并存储而得到。在氢气转 化时需要水，可通过供给管线从储水装置向转化器提供水。
通过测量、控制和调节单元6来监测和调节燃料电池供给5。这样， 该单元可作为传感器操作，其测量体积、温度、压力或质量，并且随后 进一步处理相应测量的物理参数，以便然后基于所述相应测量的物理参 数执行相应的控制或调节。测量的数据可通过线路27传送给中央控制/ 调节单元23，该中央控制/调节单元23然后对燃料供给5进行相应的调 节，例如通过相应地调节相应的阀。
为了使燃料3具有燃料电池1的温度和压力水平，如有必要，则使 热交换器7和/或压缩器8与燃料电池1连接。
燃料电池阴极32的阴极侧空气供给9可通过测量、控制和调节单 元10以与燃料供给5类似的方式被监测和控制/调节。这里，其它的测 量参数还有供给空气的体积、温度、压力、质量或质量流量以及人值(过 量空气)或纯度。
这里，可通过线路26将测量的数据传送给中央控制/调节单元23， 该中央控制/调节单元23然后对空气供给9进行相应的阀调节等。
另外，过滤器单元ll、鼓风器12、热交换器13或压缩器14可单 独地或以任意组合与燃料电池1以及控制和调节单元23连接。
关于空气供给9，空气中包含氮气可能是重要的。在航空器中，例 如可使用外部或机抢空气。
此外，可通过管线15将空气从供给富氮气阴极排放空气2的房间 25或对象25重新引入到燃料电池l中。房间25内的氧气部分可进一步 减少，由此防火或消防可能变得更有效。
还可通过中央控制/调节23来控制或调节管线15和其它空气供给4。
重要的是，阴极排放气2具有最小的氧气部分以及具有比阴极侧空 气供给9更高的氮气部分。根据燃料电池类型，只要在阴极侧发生氢气 /氧气反应，阴极排放空气就可能含有获得的产物水。
该排放空气2由于其增加的氮气部分而具有不活泼的性能，这会导致火首先不能存在或者至少传播强度远比正常条件下低的结果。
例如，氧气转化率(U为2 (意味着50%的供给氧气在燃料电池1 中与氢气反应生成水)的阴极排放空气2仍然只有约10.5voL。/o的氧气 部分。正常的空气具有约21vol.。/。的氧气部分。
该排放空气可通过管道系统16直接供给到房间或对象15，并由此 有助于减少房间或对象25中的氧气部分。
通过测量单元401、 403 (参见图4)，连续监测阴极排放空气的氧 气部分、氢气部分、压力、温度、湿含量、体积流量、二氧化碳和一氧 化碳含量中的至少一个物理参数。例如在供给到房间25内或供给到燃 料电池的阳极入口或阴极入口之前的管道系统16中建立其它的测量点 402、 404、 405。测量的数据传送到中央控制和调节单元23。根据情况， 减压阀将供给切换到房间或释放到环境中。
通过压缩器17和/或热交换器18，富氮气阴极排放空气2可在供给 到房间/对象25之前被压缩和/或冷却。
如上所述，根据燃料电池类型，富氮气阴极排放空气2在必要情况 下含有水。在这种情况下，可以连接冷凝器19 (除压缩器17和热交换 器18之外或作为它们的替代方案)。冷凝器19使水冷凝并将其存储在 水箱20中或直接引导至外部水系统201。水系统20可以是机内消耗装 置，但也可以是用于灭火的附加灭火系统32。该附加灭火系统32也可 由控制调节器23控制。在设置有氢气转化器405时，冷凝水可供给到 转化器过程。
如前所述，剩余的根据冷凝程度的稍湿或完全干燥的空气现在可直 接或通过压缩器21供给到房间25中的火源41。
方向阀34可将经过冷凝器19后的富氮气阴极排放空气引导到存储 容器36。必要情况下连接的压缩器35压缩富氮气阴极排放空气并增加 存储密度。在失火的情况下，富氮气阴极排放空气可从存储容器36中 流出并可通过压力调节阀37和终端38 、 39供给到管道系统16。
为了增加富氮气阴极排放空气的灭火能力，可从管线40直接向管 道或管路、系统16中供给额外的水。并且，可以设置与富氮气阴极排放空气分开的管道或管路系统40 。水可因此如线43所示来自燃料电池 本身，或来自由控制/调节器23控制的外部来源42。
本发明的另一方面是富氮气阴极排放空气用于使火熄灭或停止的 应用与普通的灭火器/灭火方法32的组合。在这一点上，例如，设置水 雾组件、C02、氮气、氩气、FM200或Novec等与燃料电池的富氮气阴 极排放空气的组合。
在失火时，可通过相同的管道或管路分布系统16或单独的系统31 对火源提供外部灭火手段。该单独的系统31也可由控制/调节器23控 制。
下面说明两个示例性实施方案
一通过火识别系统22自动识别火源41。火识别系统22通过控制-调节单元23激活灭火功能，如富氮气阴极排放空气的供给。例如，在 航空器中，火识别系统22通过控制单元23向机务人员宣布发生火灾， 使得飞行员可手动激活灭火功能。
-利用移动应用，例如利用灭火机或燃料电池手持灭火器来手动并 直接熄灭火源41。自动识别和/或熄灭因此常不与消防系统100直接结 合。
为了有效地灭火，可使房间25内的空气降低到确定的氧气含量。 根据用途，氧气含量可改变。
在氧气含量为15voP/。时，许多材料将不再燃烧。 一般仍可以进入 房间。
例如，对控制/调节器23编程，使得房间25内的氧气含量恒定地 保持在15vo1。/。。但是，也可以进行其它的编程。例如，可以对控制/调 节器23编程，使得房间25内的氧气含量一直处于可调节的阈值以下。 如果从下方接近该阈值，那么如有必要可连接其它的燃料电池或者可增 加燃料电池的功率并因此增加体积流量。
房间25具有用于此目的的与控制/调节器23连接(通过线路28) 的测量装置22。测量装置22用于不断地测量和监测氧气含量，并在必 要情况下测量和监测例如房间25内的压力、温度、烟雾发展和氢气含量的其它参数。
另外，可设置可调节压力的减压阀24。
测量装置22可连续测量氧气含量、温度和压力。相应的信息被传 输给调节或控制单元23。
例如(借助于摄像机)，也可以视觉检测烟雾的发展。然后电子评 价捕获的图像，并且如有必要可将其传送至座舱，使得飞行员可形成房 间25中情况的图像。
另外，可以设置气候控制组件，其从房间25抽吸空气、对其进行 加热或冷却并将其重新供给到房间。这样，例如，在房间中加热时，不 必从外部向房间供给空气。这样，氧气含量可保持恒定并且可控制温度。 另外，气候控制组件还可用于供给管线16的温度调节。
调节或控制单元23具体调节和/或控制例如用于调节排放气中的氧 气含量的空气供给9、燃料供给5、富氮气阴极排放空气的供给2和安 装在消防系统100中的所有的阀、热交换器、压缩器、气候控制组件和 鼓风器。
可通过线路29控制所述控制和调节系统。可通过阀30调节来自房 间25的供给管线16。
另外，可以从燃料电池l、从外部来源(图3中未示出)或从两者 的组合提供系统所需的例如用于压缩器、热交换器或气候控制组件的电 能和热能。
图6示意性地表示燃料电池601、 602的串联连接。燃料电池601 的阴极排放空气在此可用作另一燃料电池602的空气供给。这样，第二 燃料电池602的阴极排放空气的氧气含量可进一步降低。由于燃料电池 在阴极供给中需要一定的氧气部分以便不至于由于氧气太少而"窒息"， 因此，该技术配置仅在一定程度上是可能的。 一个燃料电池至另一个燃 料电池的供给管线以及最后的燃料电池602进入房间603的供给管线可 包括如图3所示的测量装置、压缩器和热交换器的配置。
图7表示另一实施方案。在此，阴极排放空气701与例如空气分离 膜的用于氧气减少的另一装置702连接。这样，在供给到房间703中之前，阴极排放空气的氧气含量进一步降低。空气分离膜将空气分成富氧 气和富氮气的空气流。富氧气部分被释放到环境中，而富氮气部分则被 引入房间中。
在图8中示出一般用燃料电池601减少氧气的原理。在以下的领域 中可通过燃料电池补充对于消防、货物存储、高原训练和许多其它应用 所提供的氧气减少的优点。燃料电池工作安静、排放量低并且电流和热 的产生效率十分高。在与所有氧气减少的应用组合时，燃料电池成为能 量和安全系统。电流和热可在本地使用或供给。排放气体减少房间801 中的氧气含量。使房间801免于失火，并且降低存储货物的氧化现象。 通过达到至少70°C的燃料电池操作温度提供另一优点，使得排放气可 被视为是几乎无菌的/消毒的。
燃料电池可在一个系统中提供能量供给和消防。
在图9中示出在运动、医疗、后勤领域中具有附加应用的自满足的 能量和安全系统的示意性原理图。以不同的方法采用可再生方式产生电 流并在电解装置901中供给电流。例如通过光电池902、水力903、风 力卯4或以其它的方式905进行电流的产生。相应的发电机卯6(例如， 水电站或风力涡轮)向电解装置卯l引入电流。电解装置从水中产生氢 气和氧气。氧气可用于例如工业应用或释放到环境中。产生的氢气可存 储在存储装置907中，或者可直接供给到燃料电池卯8。作为电解装置 的替代方案，可以通过经由生物气存储装置911、烃存储装置912或天 然气存储装置913提供的转化器卯9产生氢气。氧气可存储在存储装置 910中。
除了氢气以外，燃料电池需要通过供给914供给的空气。热和电形 式的产生的能量可供给到热消耗装置915或电消耗装置916,或者联网 供给。类似地，可使用产生的水923。贫氧气空气917的应用可能性4艮 多，例如用于防火919、用于高度模拟920和用于医疗目的921或用于 减少食品或塑料储存氧化。
在分离装置918中，将贫氧气空气与产生的水分开。 本发明在其设计上不限于附图所示的优选实施方案。另外，利用所示的方案和本发明的原理以及基本上其它不同的实施方案设想多个变 化方式。
另外，应注意，"包括"不排除其它的要素或步骤，不加数量词修 饰或"一个"不排除多个。并且，应注意，参照以上实施方案中的一个 所描述的特征或步骤还可以与上述其它实施方案的其它特征或步骤组 合使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。
权利要求
1. 一种用于熄灭房间内火源的消防系统，所述消防系统(100)包括 燃料电池(l)，其用于产生富氮气阴极排放空气；和 管道组件(16 )，其用于将所述富氮气阴极排放空气供给到火源(41)以降低火源(41)周围的氧气含量，从而熄灭火源(41)。
2. 根据权利要求l的消防系统(100)，还包括 调节或控制单元(23),其用于触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
3. 根据权利要求2的消防系统(100 )，其中，所述调节或控制单元(23)配置为对于向燃料电池(1)的 阴极的空气供给(9)、向燃料电池(1)的阳极的燃料供给(5)和向 火源(41)的所述富氮气阴极排放空气的供给中的至少其一进行控制或 调节。
4. 根据权利要求l-3中任一项的消防系统(100)，还包括 第一测量单元(6、 10、 22)，其用于测量选自房间(25)内的氧气含量、房间内的氢气含量、房间(25)内的温度、房间(25)内的压 力和房间(25)内的烟雾发展中的至少一个物理参数；和数据线(26、 27、 28)，其用于将所测量的物理参数从所述第一测 量单元(22)传送到所述调节和控制单元(23)。
5. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括 第二测量单元，其用于测量选自管道系统中排放空气的氧气含量、管道系统中排放空气的氢气含量、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、管道系统中排放空气的体积流量、管道系统中排放空气的温 度、管道系统中排放空气的压力、管道系统中排放空气的湿含量中的至 少一个物理参数。
6. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括数据线，其用于将所测量的物理参数从所述第一或第二测量单元传 送到所述调节和控制单元。
7. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 减压阀(23)，其用于调节房间(25)内的压力。
8. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 压缩器(17、 21),其用于压缩所述富氮气阴极排放空气以提高灭火能力；和/或热交换器(18)，其用于冷却所述富氮气阴极排放空气。
9. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 冷凝器(19 )，其用于使所述富氮气阴极排放空气中的水冷凝出来；和用于储存冷凝水的水箱(20)。
10. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),还包括 供给管线(15)，其用于为燃料电池(l)的阴极提供来自房间(25)的空气供给(9)，由此可进一步降低房间(25)中的氧气含量。
11. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括 用于房间的温度调节的气候控制组件。
12. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),其中，所述调节和控制单元(23)进一步配置为对于所述热交换器 (18)、所述压缩器(8、 14、 17、 21)、所述减压阀(24)、所述气 候控制组件、放泄阀和向所述氢气转化器供水中的至少其一进行控制或 调节。
13. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),其中，由所述燃料电池(l)直接供给所述消防系统(100)中所需 要的电能和热能。
14. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 供给管线(40);蓄水装置(42);其中，可通过所述供给管线(40)向火源(41)供给来自所述蓄水 装置的水。
15. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括用于存储所述富氮气阴极排放空气的中间存储装置(36)，所述中 间存储装置(36)可以在失火时排空以快速灭火。
16. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 基于普通的灭火手段或灭火方法的单独的灭火系统(32)。
17. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 第二或空气分离膜燃料电池(602)，其与所述第一燃料电池(1)连接用以进一步降低所述阴极排放空气的氧气含量。
18. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，其中所述房间是 航空器中的房间。
19. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于航空器中的房 间(25)消防的用途。
20. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于建筑物中的房 间消防的用途，其中所述消防系统具有配置在所述房间外部的空气供 给。
21. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于船舶中的房间 消防的用途。
22. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于房间中的一般 氧气减少的用途。
23. —种航空器，其包括权利要求1~18中任一项的用于航空器中消防 的消防系统(100)。
24. —种消防方法，该方法包括以下步骤 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至火源(41)，以降低火源(41)周围的氧气含量，从而熄灭火源(41)。
25. 根据权利要求24的方法，还包括以下步骤 触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
26. 根据权利要求24或25的方法，还包括以下步骤 测量选自房间(25)内的氧气含量、房间内的氢气含量、房间(25)内的温度、房间内的湿含量、房间(25)内的压力和房间(25)内火特性的检测中的至少一个物理参数；和从测量单元(22 )向调节或控制单元(23 )传送所测量的物理参数， 用于触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
全文摘要
根据本发明的示例性实施方案，提供一种用于灭火的消防系统，该消防系统具有用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池。向该燃料电池供给空气和燃料。随后，在该燃料电池内使空气降低到确定的氧气含量。向火源供给排放空气。
文档编号A62C99/00GK101312769SQ200680041357
公开日2008年11月26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：
本发明涉及消防。具体而言，本发明涉及用于灭火的消防系统、这 种消防系统在航空器中的用途、这种消防系统在建筑物中的用途、这种 消防系统在船舶上的用途、具有这种消防系统的航空器和用于消防的方 法。
背景技术：
约40年来，卣代烃(Halon)已被用于在航空器上灭火。卣代烃是 部分或完全卣代的烃，该烃在化学上参与火的连锁反应并由此导致该反 应的中断。
无可否认，Halon 1211(用于手持灭火器的氯-溴-二氟-甲烷)和1301 (用于装配式灭火组件的溴-三氟-甲烷)影响同温层臭氧的形成并因此 包括在联合国蒙特利尔协议(Montreal Protocol of the United Nations ) 所禁止的材料中。
发明内容
可期望在航空器中提供改进的消防系统。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供一种用于房间内灭火的消 防系统，该消防系统包括用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池和 管道组件，所述管道组件用于将富氮气阴极排放空气引导至火源，以使 降低火源周围的氧气含量，从而熄灭火源。
因此，可提供有效的房间内或对象内的消防系统，该系统利用燃料 电池系统的贫氧气且富氮气的排放气。这样，可以使用机内 (board-internal)燃料电池系统的排放气用于消防或避免火灾危险。另外，灭火装置可以在尺寸上更小或甚至完全被取消。为此目的，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)或直接乙醇/曱醇燃料电池
(DAFC/DMFC)。
在这点上，电解质的工作温度可能并不重要，重要的只是阴极排放 空气的组成。它可包含诸如氮气等的不活泼气体。因此，才艮据燃料电池 类型并且如果必要的话根据系统设置，所述排放气可以是干燥的或含水 的。
基于氮气的不活泼性，氮气可特别好地适用于房间内消防。
根据本发明的另一实施方案，消防系统还具有用于触发(使用)向 火源供给富氮气阴极排放空气的调节或控制单元。
可通过改变燃料电池的阴极的入值来进行氧气含量的调节。X值代表 向燃料电池供给的氧气量和在燃料电池内部转化的氧气量之间的比值。 可通过调节燃料电池的空气供给(吹风机)来调整该比值。在阴极排放 空气中氧气含量过高的情况下，必须减少空气供给并因此减小X值。因 此，可通过向房间供给足够的阴极排放空气来控制房间内的氧气含量。
因此，可自动启动灭火过程。另外，可根据规定相应地调节或重新 调节氧气含量。控制/调节可全自动进行。例如，可以在人进入房间时 调节氧气含量，使得它为约15vo1。/。。这样，可以保证人可进入房间， 但是另一方面，相对于正常空气的着火危险或失火危险显著减小。从而， 还可防御性或预防性地使用该消防系统。
另一方面，例如，通过调节或控制单元，还可保证氧气部分总是保 持在确定的预设最大值以下，例如，小于12vol。/。或小于更小的值。
当然，调节或控制单元还可设计为纯控制单元。那样的话，可手动 进行调节。
根据本发明的另一实施方案，调节或控制单元设计为控制或调节燃 料电池阴极的空气供给、燃料电池阳极的燃料供给和/或向火源的富氮 气阴极排放空气的供给。因此，可根据需求调整燃料电池的功率，即供给或多或少的燃料、 或多或少的空气或者用电设备需要的或多或少的功率。另外，将富氮气 阴极排放空气引入房间内可以被控制或调节，其中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 实施方案，消防系统还包括用于测量选自房间内 氧气含量、房间内氢气含量、房间内温度、房间内压力和房间内湿含量 中的至少一个物理参数的测量单元和用于识别房间内火情的检测器。另 外，消防系统包括用于将由测量单元测量的物理参数传送到调节或控制 单元的数据线。
这样，可以监测房间内状况。例如，如果房间内的温度上升，或者 如果房间内烟雾的发展，则为了熄灭发展的火势，可以通过阴极排放空 气的供给进一步降低氧气含量。同样，可以监测压力。如果压力超过设 定值，例如设防值，则可供给富氮气阴极排放气，其中火势参数与烟雾 发展的强度有关。预定参数的自动和永久维护可以是根据本发明的消防 系统的调节和控制单元的首要目的。
根据本发明的另 一 实施方案，消防系统还包括用于测量选自管道系 统中排放气的氧气含量、管道系统中排放气的氢气含量、管道系统中排 放气的二氧化碳含量、管道系统中排放气的一氧化碳含量、管道系统中 排放气的氮氧化物含量、管道系统中排放气的体积流量、管道系统中排 放气的温度、管道系统中排放气的压力、管道系统中排放气的湿含量中 的至少一个物理参数的测量单元。另外，消防系统还包括用于将由测量 单元测量的物理参数传送到调节和控制单元的数据线。
根据本发明的另一实施方案，消防系统还包括用于将管道系统的排 放气释放到环境空气的阀。如果例如管道系统的排放气的氧气含量超过 或低于设定值，那么这可以通过测量单元来检测并将其传送给调节和控 制单元，并且，如果必要的话，操纵该阀，使得排放气不被供给到房间 内而是被供给到环境空气。
才艮据本发明的另 一 实施方案，消防系统还包括用于调节房间内压力 的减压阀。
8如果例如房间内压力超过设定的阈值或者如果房间内部和房间的 周围环境之间的压力差值超过设定参数，则可因此释放空气。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包含用于压缩富氮 气阴极排放空气以使灭火性能增强的压缩器和/或用于冷却富氮气阴极 排放空气的热交换器。
这样，富氮气阴极空气可在被供给到房间或火源之前被压缩或冷却。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于使富氮气 阴极排放空气中的水冷凝的冷凝器和用于储存冷凝水的水箱。
这样，可产生阴极排放水，然后将其储存。例如，然后阴极排放水 可从该储存装置供给到航空器的供水装置，或者可在失火时用于灭火目 的。
还可以设置从冷凝器到航空器水系统的直接管线(不必在水箱中存 储冷凝水)。
另外，由于氢气转化器可能对于从烃水产生氢气来说是必需的，因 此还可提供从冷凝器到氢气转化器的供给。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于对房间进 行调节的气候控制组件。因此，可以在不影响房间内的氧气含量的情况 下，将空气吸入、冷却并重新供给到房间。另外，气候控制组件可用于 在燃料电池排放气被供给到房间之前对其进行调节。因此，例如，在冷 凝之后，供给到房间内之前的温度被重新调节到确定的水平。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于由房间的 燃料电池阴极提供空气供给的供给线，由此可进一步降低房间中的氧气 含量。
为了进一步增加防火能力，可例如在进一步降低房间内的氧气部分 时，通过控制和调节装置接通该供给。在其它情况下(或者同时)，可 向燃料电池供给外部空气或机抢空气。
根据本发明的另一示例性实施方案，调节或控制单元设计用于控制 或调节热交换器、压缩机、减压阀、放泄阀、气候控制组件和对氢气转化器供水中的至少其一。
因此，根据具体要求，可相应地冷却引入房间内的富氮气阴极排放 空气的温度。另外，可以调整供给到房间内的阳极供给气、阴极供给气 或富氮气阴极排放气的压缩程度。
根据本发明的另一示例性实施方案，阴极排放气可与其它的燃料电 池互连，使得从一个阴极排放的空气用作其它燃料电池的供给。这导致 互连的燃料电池的排放气中氧气含量的进一步降低。
根据消防系统的本发明另一示例性实施方案，阴极排放空气还可与 用于另外减少氧气的装置互连。出于这种目的，例如，空气分离膜可能
是适合的。它可将阴极排放气分成两个流富氧气空气和富氮气空气。 富氧气空气被排放到大气中；而剩余的富氮气空气被供给到房间中。
根据本发明的另一示例性实施方案，直接从燃料电池提供消防系统 中所需要的电能和热能。
因此，可以不需要外部的能量供给。该系统可以以自维持的方式工 作并可自身产生能量。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供一种消防系统，该消防系 统还包括供给管线和蓄水装置，由此，可以通过供给管线从蓄水装置向 火源供给水。
根据本发明的另 一示例性实施方案，消防系统还包括用于存储富氮 气阴极排放空气的中间存储装置，该中间存储装置可以在着火时被排空 用以快速灭火。
此外，根据本发明的另一示例性实施方案，所要灭火的房间是航空 器中的房间。
根据本发明的另 一示例性实施方案，提供上述消防系统用于熄灭航 空器中的火源的用途。例如，在货艙、电子舱或狭小的隐蔽区域中的火 源。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供该消防系统用于熄灭船舶 中的火源的用途。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供该消防系统用于熄灭建筑物中的火源的用途。
根据本发明的另 一示例性实施方案，提供该防火系统用于一般氧气 减少以及与其相关的海拔高度模拟和房间中的氧气减少的用途。
此外，提供一种航空器，该航空器包括用于航空器中房间消防的上 述消防系统。
此外，根据本发明的另一示例性实施方案，提供一种消防方法，其 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 气引至火源，以降低火源周围的氧气含量，从而熄灭火源。
这样，可以提供一种方法，通过该方法可实现改善的航空器房间消
防。而诸如Halon体系的灭火系统可以不是必需的。
根据本发明的另一示例性实施方案，测量房间内的物理参数，诸如 房间内的温度、房间内的压力、房间内的氧气含量、房间内的湿含量、 房间内的氢气含量或房间内烟雾的发展。这些测量的参数然后可从测量 单元传送到调节或控制单元，用以触发对火源供给富氮气阴极排放空 气。可以通过控制单元控制阴极的X来调节阴极排放气的氧气含量。另 外，空气分离单元还可在将阴极排放气供给火源之前进一步降低其氧气 含量。
根据本发明的另一示例性实施方案，测量管道系统中的物理参数， 例如排放空气的氧气含量、排放空气的氢气含量、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。 另外，消防系统包括用于从测量单元向调节和控制单元传送所测量的物 理参数的数据线。
这样，可以保证根据房间内的当前条件，按照需要，分别调节房间
内的氧气含量。
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
本发明的优选示例性实施方案。
图1表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性流程图。
图2表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统的示意性流 程图。
图3表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图4表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图5表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图6表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图7表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图8表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
图9表示根据本发明的一个示例性实施方案的消防系统的示意性原 理图。
具体实施例方式
附图的描绘是示意性的并且是不按比例的。
在以下的
中，对于相同或类似的要素使用相同的附图标记。
图l表示根据本发明的一个示例性实施方案的用于熄灭例如航空器 中的房间内火源的消防系统的示意性流程图。从图1可见，消防系统100 具有燃料电池或燃料电池组件1，其设置在具有相应的原材料5、 9的入 口侧，并释放电能101、热能102和具有减少的氧气部分的空气2。根 据燃料电池l的设计，水蒸汽可被添加到空气和燃料电池中。然后出于 防火的目的，将氧气减少的空气l通过相应管线16供给至所要保护的 房间。
图2表示根据本发明的另 一示例性实施方案的消防系统100的示意性流程图。在图2所示的系统中，排放空气2通过冷凝器19分成水20 和干燥的富氮气(贫氧气)空气202。这里，只有干燥的富氮气空气202 用作不活泼的保护性气体，通过管线16供给到所要熄灭的火。
可以通过燃料电池的排放空气使得所有的房间和对象"变得不活 泼"，或者，可以用阴极排放空气熄灭房间和对象中的所有火。
在将氧气含量减少到低于约15vol。/。时，这些房间和对象不能用作 人和动物的永久住所。在氧气含量为约17vol。/。时，失火的概率大大降 低，但是，仍可以供人长期居住。减少的氧气部分可降低失火或爆炸的 危险。
燃料电池排放气的应用可以是环境友好的并且是无毒的。 在使用燃料电池来获得电流、热和/或水时，贫氧气空气可以作为 副产品被消除。
消防系统100可用于机动车或灭火装置或航空器中，以及用于例如 建筑物内的静态应用中。
图3和图4示意性地表示根据本发明的其它示例性实施方案的消防 系统100的原理图。在使用燃料电池l时，可以使用所有类型的燃料电 池。另外，可以设置多个燃料电池l，这些燃料电池l例如作为燃料电 池组连接在一起，或者安装在分开的位置上(备用)(参见图4中的燃 料电池系统501、 502、 503和房间504、 505)。这样，本发明的消防系 统100的安全性可进一步增加。
在使用燃料电池1时，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)或直接乙醇/曱 醇燃料电池(DAFC/DMFC)。但是，其它的燃料电池类型也是可能的 和所希望的。
从图3可以看出，燃料电池1在阳极侧供给燃料3，并在阴极侧供 给空气4。
供给到阳极31的燃料3可根据燃料电池类型而改变。它是什么类 型的燃料电池可能并不重要。例如，可以使用氢气作为燃料3，氢气例如可以从烃(如存在于航空器燃料中的)转化并存储而得到。在氢气转 化时需要水，可通过供给管线从储水装置向转化器提供水。
通过测量、控制和调节单元6来监测和调节燃料电池供给5。这样， 该单元可作为传感器操作，其测量体积、温度、压力或质量，并且随后 进一步处理相应测量的物理参数，以便然后基于所述相应测量的物理参 数执行相应的控制或调节。测量的数据可通过线路27传送给中央控制/ 调节单元23，该中央控制/调节单元23然后对燃料供给5进行相应的调 节，例如通过相应地调节相应的阀。
为了使燃料3具有燃料电池1的温度和压力水平，如有必要，则使 热交换器7和/或压缩器8与燃料电池1连接。
燃料电池阴极32的阴极侧空气供给9可通过测量、控制和调节单 元10以与燃料供给5类似的方式被监测和控制/调节。这里，其它的测 量参数还有供给空气的体积、温度、压力、质量或质量流量以及人值(过 量空气)或纯度。
这里，可通过线路26将测量的数据传送给中央控制/调节单元23， 该中央控制/调节单元23然后对空气供给9进行相应的阀调节等。
另外，过滤器单元ll、鼓风器12、热交换器13或压缩器14可单 独地或以任意组合与燃料电池1以及控制和调节单元23连接。
关于空气供给9，空气中包含氮气可能是重要的。在航空器中，例 如可使用外部或机抢空气。
此外，可通过管线15将空气从供给富氮气阴极排放空气2的房间 25或对象25重新引入到燃料电池l中。房间25内的氧气部分可进一步 减少，由此防火或消防可能变得更有效。
还可通过中央控制/调节23来控制或调节管线15和其它空气供给4。
重要的是，阴极排放气2具有最小的氧气部分以及具有比阴极侧空 气供给9更高的氮气部分。根据燃料电池类型，只要在阴极侧发生氢气 /氧气反应，阴极排放空气就可能含有获得的产物水。
该排放空气2由于其增加的氮气部分而具有不活泼的性能，这会导致火首先不能存在或者至少传播强度远比正常条件下低的结果。
例如，氧气转化率(U为2 (意味着50%的供给氧气在燃料电池1 中与氢气反应生成水)的阴极排放空气2仍然只有约10.5voL。/o的氧气 部分。正常的空气具有约21vol.。/。的氧气部分。
该排放空气可通过管道系统16直接供给到房间或对象15，并由此 有助于减少房间或对象25中的氧气部分。
通过测量单元401、 403 (参见图4)，连续监测阴极排放空气的氧 气部分、氢气部分、压力、温度、湿含量、体积流量、二氧化碳和一氧 化碳含量中的至少一个物理参数。例如在供给到房间25内或供给到燃 料电池的阳极入口或阴极入口之前的管道系统16中建立其它的测量点 402、 404、 405。测量的数据传送到中央控制和调节单元23。根据情况， 减压阀将供给切换到房间或释放到环境中。
通过压缩器17和/或热交换器18，富氮气阴极排放空气2可在供给 到房间/对象25之前被压缩和/或冷却。
如上所述，根据燃料电池类型，富氮气阴极排放空气2在必要情况 下含有水。在这种情况下，可以连接冷凝器19 (除压缩器17和热交换 器18之外或作为它们的替代方案)。冷凝器19使水冷凝并将其存储在 水箱20中或直接引导至外部水系统201。水系统20可以是机内消耗装 置，但也可以是用于灭火的附加灭火系统32。该附加灭火系统32也可 由控制调节器23控制。在设置有氢气转化器405时，冷凝水可供给到 转化器过程。
如前所述，剩余的根据冷凝程度的稍湿或完全干燥的空气现在可直 接或通过压缩器21供给到房间25中的火源41。
方向阀34可将经过冷凝器19后的富氮气阴极排放空气引导到存储 容器36。必要情况下连接的压缩器35压缩富氮气阴极排放空气并增加 存储密度。在失火的情况下，富氮气阴极排放空气可从存储容器36中 流出并可通过压力调节阀37和终端38 、 39供给到管道系统16。
为了增加富氮气阴极排放空气的灭火能力，可从管线40直接向管 道或管路、系统16中供给额外的水。并且，可以设置与富氮气阴极排放空气分开的管道或管路系统40 。水可因此如线43所示来自燃料电池 本身，或来自由控制/调节器23控制的外部来源42。
本发明的另一方面是富氮气阴极排放空气用于使火熄灭或停止的 应用与普通的灭火器/灭火方法32的组合。在这一点上，例如，设置水 雾组件、C02、氮气、氩气、FM200或Novec等与燃料电池的富氮气阴 极排放空气的组合。
在失火时，可通过相同的管道或管路分布系统16或单独的系统31 对火源提供外部灭火手段。该单独的系统31也可由控制/调节器23控 制。
下面说明两个示例性实施方案
一通过火识别系统22自动识别火源41。火识别系统22通过控制-调节单元23激活灭火功能，如富氮气阴极排放空气的供给。例如，在 航空器中，火识别系统22通过控制单元23向机务人员宣布发生火灾， 使得飞行员可手动激活灭火功能。
-利用移动应用，例如利用灭火机或燃料电池手持灭火器来手动并 直接熄灭火源41。自动识别和/或熄灭因此常不与消防系统100直接结 合。
为了有效地灭火，可使房间25内的空气降低到确定的氧气含量。 根据用途，氧气含量可改变。
在氧气含量为15voP/。时，许多材料将不再燃烧。 一般仍可以进入 房间。
例如，对控制/调节器23编程，使得房间25内的氧气含量恒定地 保持在15vo1。/。。但是，也可以进行其它的编程。例如，可以对控制/调 节器23编程，使得房间25内的氧气含量一直处于可调节的阈值以下。 如果从下方接近该阈值，那么如有必要可连接其它的燃料电池或者可增 加燃料电池的功率并因此增加体积流量。
房间25具有用于此目的的与控制/调节器23连接(通过线路28) 的测量装置22。测量装置22用于不断地测量和监测氧气含量，并在必 要情况下测量和监测例如房间25内的压力、温度、烟雾发展和氢气含量的其它参数。
另外，可设置可调节压力的减压阀24。
测量装置22可连续测量氧气含量、温度和压力。相应的信息被传 输给调节或控制单元23。
例如(借助于摄像机)，也可以视觉检测烟雾的发展。然后电子评 价捕获的图像，并且如有必要可将其传送至座舱，使得飞行员可形成房 间25中情况的图像。
另外，可以设置气候控制组件，其从房间25抽吸空气、对其进行 加热或冷却并将其重新供给到房间。这样，例如，在房间中加热时，不 必从外部向房间供给空气。这样，氧气含量可保持恒定并且可控制温度。 另外，气候控制组件还可用于供给管线16的温度调节。
调节或控制单元23具体调节和/或控制例如用于调节排放气中的氧 气含量的空气供给9、燃料供给5、富氮气阴极排放空气的供给2和安 装在消防系统100中的所有的阀、热交换器、压缩器、气候控制组件和 鼓风器。
可通过线路29控制所述控制和调节系统。可通过阀30调节来自房 间25的供给管线16。
另外，可以从燃料电池l、从外部来源(图3中未示出)或从两者 的组合提供系统所需的例如用于压缩器、热交换器或气候控制组件的电 能和热能。
图6示意性地表示燃料电池601、 602的串联连接。燃料电池601 的阴极排放空气在此可用作另一燃料电池602的空气供给。这样，第二 燃料电池602的阴极排放空气的氧气含量可进一步降低。由于燃料电池 在阴极供给中需要一定的氧气部分以便不至于由于氧气太少而"窒息"， 因此，该技术配置仅在一定程度上是可能的。 一个燃料电池至另一个燃 料电池的供给管线以及最后的燃料电池602进入房间603的供给管线可 包括如图3所示的测量装置、压缩器和热交换器的配置。
图7表示另一实施方案。在此，阴极排放空气701与例如空气分离 膜的用于氧气减少的另一装置702连接。这样，在供给到房间703中之前，阴极排放空气的氧气含量进一步降低。空气分离膜将空气分成富氧 气和富氮气的空气流。富氧气部分被释放到环境中，而富氮气部分则被 引入房间中。
在图8中示出一般用燃料电池601减少氧气的原理。在以下的领域 中可通过燃料电池补充对于消防、货物存储、高原训练和许多其它应用 所提供的氧气减少的优点。燃料电池工作安静、排放量低并且电流和热 的产生效率十分高。在与所有氧气减少的应用组合时，燃料电池成为能 量和安全系统。电流和热可在本地使用或供给。排放气体减少房间801 中的氧气含量。使房间801免于失火，并且降低存储货物的氧化现象。 通过达到至少70°C的燃料电池操作温度提供另一优点，使得排放气可 被视为是几乎无菌的/消毒的。
燃料电池可在一个系统中提供能量供给和消防。
在图9中示出在运动、医疗、后勤领域中具有附加应用的自满足的 能量和安全系统的示意性原理图。以不同的方法采用可再生方式产生电 流并在电解装置901中供给电流。例如通过光电池902、水力903、风 力卯4或以其它的方式905进行电流的产生。相应的发电机卯6(例如， 水电站或风力涡轮)向电解装置卯l引入电流。电解装置从水中产生氢 气和氧气。氧气可用于例如工业应用或释放到环境中。产生的氢气可存 储在存储装置907中，或者可直接供给到燃料电池卯8。作为电解装置 的替代方案，可以通过经由生物气存储装置911、烃存储装置912或天 然气存储装置913提供的转化器卯9产生氢气。氧气可存储在存储装置 910中。
除了氢气以外，燃料电池需要通过供给914供给的空气。热和电形 式的产生的能量可供给到热消耗装置915或电消耗装置916,或者联网 供给。类似地，可使用产生的水923。贫氧气空气917的应用可能性4艮 多，例如用于防火919、用于高度模拟920和用于医疗目的921或用于 减少食品或塑料储存氧化。
在分离装置918中，将贫氧气空气与产生的水分开。 本发明在其设计上不限于附图所示的优选实施方案。另外，利用所示的方案和本发明的原理以及基本上其它不同的实施方案设想多个变 化方式。
另外，应注意，"包括"不排除其它的要素或步骤，不加数量词修 饰或"一个"不排除多个。并且，应注意，参照以上实施方案中的一个 所描述的特征或步骤还可以与上述其它实施方案的其它特征或步骤组 合使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。
权利要求
1. 一种用于熄灭房间内火源的消防系统，所述消防系统(100)包括 燃料电池(l)，其用于产生富氮气阴极排放空气；和 管道组件(16 )，其用于将所述富氮气阴极排放空气供给到火源(41)以降低火源(41)周围的氧气含量，从而熄灭火源(41)。
2. 根据权利要求l的消防系统(100)，还包括 调节或控制单元(23),其用于触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
3. 根据权利要求2的消防系统(100 )，其中，所述调节或控制单元(23)配置为对于向燃料电池(1)的 阴极的空气供给(9)、向燃料电池(1)的阳极的燃料供给(5)和向 火源(41)的所述富氮气阴极排放空气的供给中的至少其一进行控制或 调节。
4. 根据权利要求l-3中任一项的消防系统(100)，还包括 第一测量单元(6、 10、 22)，其用于测量选自房间(25)内的氧气含量、房间内的氢气含量、房间(25)内的温度、房间(25)内的压 力和房间(25)内的烟雾发展中的至少一个物理参数；和数据线(26、 27、 28)，其用于将所测量的物理参数从所述第一测 量单元(22)传送到所述调节和控制单元(23)。
5. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括 第二测量单元，其用于测量选自管道系统中排放空气的氧气含量、管道系统中排放空气的氢气含量、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、管道系统中排放空气的体积流量、管道系统中排放空气的温 度、管道系统中排放空气的压力、管道系统中排放空气的湿含量中的至 少一个物理参数。
6. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括数据线，其用于将所测量的物理参数从所述第一或第二测量单元传 送到所述调节和控制单元。
7. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 减压阀(23)，其用于调节房间(25)内的压力。
8. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 压缩器(17、 21),其用于压缩所述富氮气阴极排放空气以提高灭火能力；和/或热交换器(18)，其用于冷却所述富氮气阴极排放空气。
9. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 冷凝器(19 )，其用于使所述富氮气阴极排放空气中的水冷凝出来；和用于储存冷凝水的水箱(20)。
10. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),还包括 供给管线(15)，其用于为燃料电池(l)的阴极提供来自房间(25)的空气供给(9)，由此可进一步降低房间(25)中的氧气含量。
11. 根据前述权利要求中任一项的消防系统，还包括 用于房间的温度调节的气候控制组件。
12. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),其中，所述调节和控制单元(23)进一步配置为对于所述热交换器 (18)、所述压缩器(8、 14、 17、 21)、所述减压阀(24)、所述气 候控制组件、放泄阀和向所述氢气转化器供水中的至少其一进行控制或 调节。
13. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100),其中，由所述燃料电池(l)直接供给所述消防系统(100)中所需 要的电能和热能。
14. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 供给管线(40);蓄水装置(42);其中，可通过所述供给管线(40)向火源(41)供给来自所述蓄水 装置的水。
15. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括用于存储所述富氮气阴极排放空气的中间存储装置(36)，所述中 间存储装置(36)可以在失火时排空以快速灭火。
16. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 基于普通的灭火手段或灭火方法的单独的灭火系统(32)。
17. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，还包括 第二或空气分离膜燃料电池(602)，其与所述第一燃料电池(1)连接用以进一步降低所述阴极排放空气的氧气含量。
18. 根据前述权利要求中任一项的消防系统(100)，其中所述房间是 航空器中的房间。
19. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于航空器中的房 间(25)消防的用途。
20. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于建筑物中的房 间消防的用途，其中所述消防系统具有配置在所述房间外部的空气供 给。
21. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于船舶中的房间 消防的用途。
22. 根据权利要求1 18中任一项的消防系统(100)用于房间中的一般 氧气减少的用途。
23. —种航空器，其包括权利要求1~18中任一项的用于航空器中消防 的消防系统(100)。
24. —种消防方法，该方法包括以下步骤 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至火源(41)，以降低火源(41)周围的氧气含量，从而熄灭火源(41)。
25. 根据权利要求24的方法，还包括以下步骤 触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
26. 根据权利要求24或25的方法，还包括以下步骤 测量选自房间(25)内的氧气含量、房间内的氢气含量、房间(25)内的温度、房间内的湿含量、房间(25)内的压力和房间(25)内火特性的检测中的至少一个物理参数；和从测量单元(22 )向调节或控制单元(23 )传送所测量的物理参数， 用于触发向火源(41)供给所述富氮气阴极排放空气。
全文摘要
根据本发明的示例性实施方案，提供一种用于灭火的消防系统，该消防系统具有用于产生富氮气阴极排放空气的燃料电池。向该燃料电池供给空气和燃料。随后，在该燃料电池内使空气降低到确定的氧气含量。向火源供给排放空气。
文档编号A62C99/00GK101312769SQ200680041357
公开日2008年11月26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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