專利名稱：利用燃料電池排放空氣的防火的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防火。具體而言，本發(fā)明涉及用于降低室內(nèi)火災(zāi)危 險(xiǎn)的防火系統(tǒng)、這種防火系統(tǒng)在航空器中的用途、這種防火系統(tǒng)在建 筑物中的用途、這種防火系統(tǒng)在船舶上的用途、具有這種防火系統(tǒng)的 航空器、和一種用于移動(dòng)室或固定室中的防火的方法。
背景技術(shù)：
約40年來，卣代烴(Halon) —直用于航空器上機(jī)載滅火。 Halon是部分或全部卣代的烴，其在化學(xué)上參與火的連鎖反應(yīng)，由 此導(dǎo)致反應(yīng)中斷。
亳無疑問，Halon 1211 (用于手持式滅火器的氯-溴-二氟-甲 烷)和1301 (用于固定式滅火組合裝置的溴-三氟-曱烷)阻礙平流 層臭氧的形成，因此包含在聯(lián)合國蒙特利爾協(xié)議(Montreal Protocol of the United Nations )中禁用的材料中。

發(fā)明內(nèi)容
可期望提供改進(jìn)的室內(nèi)防火。
才艮據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，提供一種用于降低室內(nèi)火災(zāi)危 險(xiǎn)的防火系統(tǒng)，該防火系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生富氮?dú)怅帢O排放空氣的燃料 電池和用于將該富氮?dú)怅帢O排放空氣引入室內(nèi)的管i!M合件，使得可 以降低室內(nèi)的氧含量，從而可以降低火突危險(xiǎn)。
因此，可以提供用于降低室內(nèi)或?qū)ο髢?nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)的有效系統(tǒng)， 該系統(tǒng)使用燃料電池系統(tǒng)的貧氧氣并富氮?dú)獾呐欧趴諝?。以該方式，可以使用機(jī)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)的排放空氣用于滅火或用于避免火災(zāi)危 險(xiǎn)。以該方式，可以使用機(jī)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)的排放空氣來降低火突危 險(xiǎn)。此外，滅火器裝置可以具有更小的尺寸或甚至完全取消。為此，
可以使用所有類型的燃料電池，例如堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交 換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料 電池(MCFC )、固體氧化物燃料電池(SOFC )或直接醇/曱醇燃料電 池(DAFC/DMFC )。
在這點(diǎn)上，電解質(zhì)的工作溫度可能不重要，重要的僅是陰極排 放空氣的組成。這應(yīng)該含有惰性氣體，例如氮?dú)獾?。因此，排放空?可以是干燥的或含水的，這取決于燃料電池的類型和(如果必要的話) 系統(tǒng)設(shè)置。
基于氮?dú)獾亩栊孕再|(zhì)，這尤其可以很好地適用于室內(nèi)防火。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，提供所述防火系統(tǒng)用于普通減 少氧，由此用于減少室內(nèi)的氧化。對于食物的貯存，空氣的氧化可能 導(dǎo)致腐敗，并且所含的脂肪可能變得腐臭?？梢詼p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。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，由于燃料電池的工作溫度一般 在80。C左右，所以所述防火系統(tǒng)可以適于在室內(nèi)產(chǎn)生無菌/消毒的氣 氛。it^于有機(jī)食物的貯存和凈化室可能尤其有利。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述防火系統(tǒng)可以適用于在室 內(nèi)(在航空器內(nèi))產(chǎn)生用于醫(yī)療/運(yùn)動(dòng)目的(例如，高原訓(xùn)練)的氧減 少的氣氛。在氧減少下呼吸可能導(dǎo)致血紅蛋白(紅細(xì)胞)在血液中富 集。隨著血紅蛋白的增加，可以將更多的氧轉(zhuǎn)運(yùn)到血液中。
所述用于減少氧的燃料電池系統(tǒng)的發(fā)明可以適用于例如訓(xùn)練 室、睡眠室、工作區(qū)中，并且在較小的實(shí)施方案中適合作為具有呼吸 面軍的氧減少的系統(tǒng)。因此，運(yùn)動(dòng)員可以提高他們的成績，而登山者 可以準(zhǔn)備在更高的高原下停留更長的時(shí)間。
所需的氧減少的排放空氣的量和品質(zhì)一般取決于待保護(hù)的室的 實(shí)際情況。以下因素，例如室的密度(換氣率)、貯藏貨物的材料性質(zhì) 或人的存在，對室的監(jiān)測和對利用燃料電池減少氧的防火系統(tǒng)的控制 和調(diào)節(jié)起決定作用。才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述防火系統(tǒng)還具有用于調(diào)節(jié) 室內(nèi)氧含量的調(diào)節(jié)或控制單元。
可以通過改變?nèi)剂想姵仃帢O的X值來進(jìn)行氧含量的調(diào)節(jié)。X值 表示供給到燃料電池的氧含量和在燃料電池內(nèi)轉(zhuǎn)化的氧含量之間的比 值?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)燃料電池的空氣供給(鼓風(fēng)機(jī))來調(diào)節(jié)該比值。在 陰極排放空氣中的氧含量過高的情況下，不得不減小空氣供給并因此 減小X值。因此，可以通過將足夠的陰極排放空氣供給到室內(nèi)來控制 室內(nèi)的氧含量。
因此，可以根據(jù)本說明書來相應(yīng)地調(diào)節(jié)或重新調(diào)節(jié)氧含量。控
制/調(diào)節(jié)可以全自動(dòng)進(jìn)行。例如，當(dāng)有人將ii^室內(nèi)時(shí)，可以將氧含量 調(diào)節(jié)為約15體積％。這樣，可以確保人可以逸\室內(nèi)，然而，另一 方面，可以顯著降低相對于正?？諝獾闹鹞ｋU(xiǎn)或火災(zāi)危險(xiǎn)。因此， 該防火系統(tǒng)還可以用于防御或預(yù)防。
另一方面，例如，通過調(diào)節(jié)或控制單元，還可以確保氧含量總 是保持在確定的預(yù)設(shè)最大值以下，例如低于12體積％或低于甚至更小 的值。
自然地，調(diào)節(jié)或控制單元還可以，沒計(jì)成單純的控制單元。然后 可以手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)或控制單元以控制或 調(diào)節(jié)燃料電池陰極的空氣供給、燃料電池陽極的燃料供給和室內(nèi)的富
氮?dú)怅帢O排放空氣的供給中的至少其一。
因此，可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)燃料電池的功率，如供給較多或較 少的燃料、較多或較少的空氣，或者耗電設(shè)備需要較多或較少的電功 率。此外，可以控制或調(diào)節(jié)導(dǎo)入室內(nèi)的富氮?dú)怅帢O排放空氣，例如通 過調(diào)節(jié)或控制單元來操作相應(yīng)的閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括混合器單元， 在將陰極排放空氣供給到室內(nèi)之前，該混合器單元將陰極排放空氣與 環(huán)境空氣混合。因此，在陰極出口之后，陰極排放空氣中的氧含量可 以增加到一定7jC平。此外，可以冷卻排放空氣，使得可以不需要熱交 換器單元或可以減少熱交換器單元?？梢酝ㄟ^中央控制系統(tǒng)來控制混 合器單元。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括用于測量選自
以下的至少一個(gè)物理參數(shù)的測量單元室內(nèi)氧含量、室內(nèi)氫含量、室 內(nèi)溫度、室內(nèi)壓力、室內(nèi)濕含量，和用于識別室內(nèi)火災(zāi)特征的檢測器。 此外，防火系統(tǒng)包括用于將測量的物理M從測量單元傳輸至調(diào)節(jié)或 控制單元的數(shù)據(jù)線路。
因此，可以監(jiān)測室內(nèi)的狀況。例如，如果室內(nèi)溫度升高，或如 果起煙，則可以通過供給陰極排放空氣來進(jìn)一步降低氧含量，從而熄 滅發(fā)展中的火勢。同樣，也可以監(jiān)測壓力。例如，如果壓力超過確定 的值，就可以供給加量的富氮?dú)怅帢O排放空氣，其中火災(zāi)^t與煙霧 t艮的強(qiáng)度相關(guān)。自動(dòng)和持續(xù)維持預(yù)定^可以是防火系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和 控制單元的首要目的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括測量單元，所 述測量單元用于測量選自以下的至少一個(gè)物理M:管道系統(tǒng)中排放 空氣的氧含量、管道系統(tǒng)中排放空氣的氫含量、管道系統(tǒng)中排放空氣 的二氧化碳含量、管道系統(tǒng)中排放空氣的一氧化碳含量、管道系統(tǒng)中 排放空氣的氮氧化物含量、管道系統(tǒng)中的排放空氣的體積流量、管道 系統(tǒng)中的排放空氣的溫度、管道系統(tǒng)中的排放空氣的壓力、管道系統(tǒng) 中的排放空氣的濕含量。此外，防火系統(tǒng)可以包括用于將測量的物理 參數(shù)從測量單元傳輸至調(diào)節(jié)和控制單元的數(shù)據(jù)線路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括用于將管道系 統(tǒng)中的排放空氣釋放到周圍空氣中的閥。例如，如果管道系統(tǒng)中排放 空氣的氧含量超過定值或低于定值，則這可以由測量單元檢測的并傳 輸至調(diào)節(jié)和控制單元，必要時(shí)還可以啟動(dòng)閥，從而不將排放空氣供給
到室內(nèi)，而是供給到周圍空氣。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)室內(nèi) 壓力的減壓閥。
例如，如果室內(nèi)壓力超過確定的閾值，或者如果室內(nèi)壓力和室 的周圍環(huán)境之間的壓差超過確定的參數(shù)，則可以相應(yīng)地釋放空氣。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括用于壓 縮富氮?dú)怅帢O排放空氣使得可以提高滅火性能的壓縮器和/或用于冷 卻富氮?dú)怅帢O排放空氣的熱交換器。這樣，可以在將富氮?dú)怅帢O排放空氣供給到室內(nèi)之前進(jìn)行壓縮 或冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括用于冷凝富氮 氣陰極排放空氣中的水的冷凝器和用于貯存冷凝水的水箱。
這樣，可以產(chǎn)生陰極排放水，然后可以將其貯存。然后，例如 可以將其從該貯存供給至航空器的供水，或者在火災(zāi)事件中可以將其 用于滅火目的。
還可以提供從冷凝器至航空器的水系統(tǒng)的直接管路(不必在水 箱中貯存冷凝水)。
此外，由于氫轉(zhuǎn)化器對于從烴水生產(chǎn)氫是必須的，所以還可以 提供從冷凝器至氫轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)的供給。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，防火系統(tǒng)包括用于調(diào)控 室的氣候控制組合裝置。因此，可以抽吸空氣、冷卻空氣并再次供給 到室內(nèi)，而不會(huì)影響室內(nèi)的氧含量。此外，該氣候控制組合裝置可用 于在供給到室之前調(diào)節(jié)燃料電池排放空氣。因此，例如，在冷凝后， 在供給到室內(nèi)之前，可以將溫度重新調(diào)節(jié)至預(yù)定水平。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，防火系統(tǒng)還包括供給管 道，該供給管道用于從室向燃料電池的陰極提供空氣供給，由此可以 進(jìn)一步降低室內(nèi)的氧含量。
例如，當(dāng)為了進(jìn)一步提高防火而進(jìn)一步降低室內(nèi)的氧含量時(shí)， 可以通過控制和調(diào)節(jié)裝置來接通該供給。在其它的情況下(或同時(shí))， 可以用外部空氣或艙內(nèi)空氣供給燃料電池。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，i殳計(jì)調(diào)節(jié)或控制單元以 控制或調(diào)節(jié)熱交換器、壓縮器、混合器單元、減壓閥、放泄閥、氣候 控制組合裝置和對氫轉(zhuǎn)化器的水的供給。
因此，根據(jù)本說明書，可以相應(yīng)降低導(dǎo)入室內(nèi)的富氮?dú)怅帢O排 放空氣的溫度。此外，可以調(diào)節(jié)陽極供氣、陰極供氣或供給至室內(nèi)的 富氮?dú)怅帢O排放空氣的壓縮程度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，陰極排放空氣可與其它 的燃料電池相互連通，使得源自一個(gè)陰極的排放空氣作為其它陰極的供給。這導(dǎo)致相互連通的燃料電池的排放空氣中氧含量進(jìn)一步降低。
根據(jù)本發(fā)明防火系統(tǒng)的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，陰極排放空氣 還可以與用于額外降低氧的裝置相互連通。為此，例如，空氣分離膜
可以^1合適的。其將陰極排放空氣分成兩股氣流富氧空氣和富氮空 氣。富氧空氣排放至大氣中；余下的富氮空氣可以供給到室內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，直接由燃料電M供防 火系統(tǒng)所需的電能和熱能。
因此，可以不需要外部能量供給。該系統(tǒng)可以以自維持的方式 運(yùn)行，并且自身產(chǎn)生自己所需的能量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，用于降低火災(zāi)危險(xiǎn)的室 為航空器中的室。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，如上所述的防火系統(tǒng)的 用途是用于航空器中的室的防火。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，這種防火系統(tǒng)的用途是 用于建筑物中的室的防火。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，該(防火)系統(tǒng)的用途 是用于普通的氧減少，以及用其進(jìn)行高原模擬和減少室內(nèi)氧化。
此外，提供一種航空器，其包括如上所述的用于航空器中室的 防火的防火系統(tǒng)。
而且，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，提供一種用于防 火的方法，在該方法中，通過燃料電池產(chǎn)生富氮?dú)怅帢O排放空氣，并 且將該富氮?dú)怅帢O排放空氣導(dǎo)入室內(nèi)，使室內(nèi)的氧含量降低，從而降 低火災(zāi)危險(xiǎn)。
在這點(diǎn)上，可以提供一種方法，通過該方法可以使航空器的室 內(nèi)防火增強(qiáng)?？梢圆槐厥褂闷渌臏缁鹣到y(tǒng)，例如Halon系統(tǒng)。此夕卜， 航空器中的某些區(qū)域如電子槍或小的隱蔽區(qū)域可以通過減少這些區(qū)域 內(nèi)的氧含量來有效地防火。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，測量室內(nèi)的物理參數(shù)， 例如室內(nèi)的溫度、室內(nèi)的壓力、室內(nèi)的氧含量、室內(nèi)的濕含量、室內(nèi) 的氫含量、或室內(nèi)煙的4^艮。然后，可以將這些測量的參數(shù)從測量單元傳輸至調(diào)節(jié)或控制單元，用于調(diào)節(jié)室內(nèi)的氧含量?？梢酝ㄟ^向室內(nèi) 供給陰極排放空氣來調(diào)節(jié)室內(nèi)的氧含量。可以通過用控制單元控制陰 極的X值來調(diào)節(jié)陰極排放空氣的氧含量。此外，在將陰極排放空氣供 入室內(nèi)之前，混合器單元可以增加陰極排放空氣的氧含量，或者空氣 分離單元可以進(jìn)一步降低陰極排放空氣的氧含量。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，測量管道系統(tǒng)內(nèi)的物理 M,例如排放空氣的氧含量、排放空氣的氫含量、排放空氣的二氧 化碳含量、排放空氣的一氧化碳含量、排放空氣的氮氧化物含量、排 放空氣的體積流量、排放空氣的溫度、排放空氣的壓力、和排放空氣 的濕含量。此外，防火系統(tǒng)可以包括用于將測量的物理參數(shù)從測量單 元傳輸至調(diào)節(jié)和控制單元的數(shù)據(jù)線路。
這樣，可以確保分別調(diào)整室內(nèi)的氧含量，才艮據(jù)室內(nèi)的現(xiàn)狀這可 能是必要的。
在從屬權(quán)利要求中提供本發(fā)明的其它示例性實(shí)施方案。 下面將參照


本發(fā)明優(yōu)選的示例性實(shí)施方案。

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的流程 示意圖。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的流 程示意圖。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原 理示意圖。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。圖7顯示才艮據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的防火系統(tǒng)的原理 示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖中的說明是示意性的，不是按比例的。
在以下的

中，相同的附圖標(biāo)記可用于相同或相似的要素。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方案的用于降低室(例 如航空器內(nèi)的)內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)的防火系統(tǒng)的流程示意圖。如圖1中可 見，防火系統(tǒng)100具有燃料電池或燃料電池組合裝置1，其在入口 側(cè)提供有相應(yīng)的原料5、 9，并釋放電能101、熱能102和氧含量減 少的空氣2。
根據(jù)燃料電池1的設(shè)計(jì)，可以將水蒸氣加入空氣和燃料電池 中。然后，為了防火目的，經(jīng)相應(yīng)管路16將氧減少的空氣1供給 到待保護(hù)的室。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的防火系統(tǒng)100的流程 示意圖。在圖2所示系統(tǒng)中，冷凝器19將排放空氣2分成水20和 干燥的富氮?dú)?貧氧氣)空氣202。在本文中，只有干燥的富氮?dú)?空氣202作為惰性保護(hù)氣體，其通過管路16供給到待保護(hù)的室中。
所有的室和對象都可以通過燃料電池的排放空氣"變成惰性 的"，或者室內(nèi)和對象內(nèi)的所有火都可以用陰極排放空氣熄滅。將 氧含量降低至約15體積％以下，限制了這些室和對象不應(yīng)作為人 和動(dòng)物永久居所。降低至約17體積％，可以大幅降低火災(zāi)的可能 性，然而，仍然可能供人長時(shí)間居住。降低的氧含量可以降低火災(zāi) 或爆炸的危險(xiǎn)。燃料電池排放空氣的使用可以是環(huán)境友好的，并且無毒的。
利用燃料電池系統(tǒng)來獲得電流、熱和/或水，可以作為副產(chǎn)品 除去貧氧空氣。
防火系統(tǒng)100可以以用在移動(dòng)的車輛或航空器中，以及用于
固定的應(yīng)用中，例如用于建筑物內(nèi)。
圖3和4示意性顯示才艮據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施方案的防 火系統(tǒng)100的原理圖。對于燃料電池l，可以使用所有類型的燃料 電池。此外，可以提供多個(gè)燃料電池l，例如這些燃料電池l連接 在一起作為燃料電池組，或(多余的)安裝在分開的位置處(見圖 4中的燃料電池系統(tǒng)501、 502、 503和室504、 505)。這樣，可以 進(jìn)一步增強(qiáng)本發(fā)明防火系統(tǒng)100的安全性。
對于所用的燃料電池l,例如，可以使用所謂的堿性燃料電池 (AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC )、固體氧化物燃料電池(SOFC )或直 接醇/曱醇燃料電池(DAFC/DMFC)。然而，其它的燃料電池類型也 是可能的和期望的。
如圖3中可見，燃料電池1在陽極側(cè)供給有燃料3并在陰極 側(cè)供給有空氣4。
供給到陰極31的燃料3可以根據(jù)燃料電池的類型變化。燃料 電池的類型可能不重要。例如，氫可以用作燃料3，該氫可以從例 如烴(如存在于航空器燃料中的)轉(zhuǎn)化得到或由貯存得到。對于烴 的轉(zhuǎn)化，可能需要水，其可以通過從水儲(chǔ)存器到轉(zhuǎn)化器的供給管道 提供。
通過測量、控制、和調(diào)節(jié)單元6監(jiān)測和調(diào)節(jié)燃料電池供給5。 在這點(diǎn)上，測量、控制、和調(diào)節(jié)單元6可以作為傳感器運(yùn)行，其測 量例如體積、溫度和/或壓力，或也測量質(zhì)量，然后進(jìn)一步處理相應(yīng) 測量的物理參數(shù)，以基于此進(jìn)行相應(yīng)的控制或調(diào)節(jié)。
所測量的數(shù)據(jù)可以經(jīng)過線路27傳輸至中央控制/調(diào)節(jié)單元23， 然后該單元例如通過相應(yīng)調(diào)節(jié)對應(yīng)的閥對燃料供給5進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
為了使燃料3達(dá)到燃料電池1的溫度和壓力水平，如果必要 的話，可以將熱交換器7和/或壓縮器8連接至燃料電池l。
與燃料供給5類似，可以通過測量、控制、和調(diào)節(jié)單元10監(jiān) 測和控制/調(diào)節(jié)燃料電池陰極32的陰極側(cè)空氣供給9。而且，測量 參數(shù)還可以是體積、溫度、壓力、質(zhì)量或質(zhì)量流量以及l(fā)值(過量 空氣)或供給空氣的純度。
而且，可以經(jīng)線路26將所測量的參數(shù)傳輸至中央控制/調(diào)節(jié) 單元23，然后該單元可以對空氣供給9進(jìn)行相應(yīng)的閥調(diào)節(jié)等。
此外，過濾器單元ll、鼓風(fēng)機(jī)12、熱交換器13或壓縮器14 可以單獨(dú)或以任意組合方式連接至燃料電池l和連接至控制和調(diào)節(jié) 單元23。
對于空氣供給9，重要的是空氣中含有氮?dú)?。在航空器中?例如可以^^用外部空氣或槍內(nèi)空氣。
還可以經(jīng)管路15，從供給富氮?dú)怅帢O排放空氣2的室25或 對象25將空氣再次導(dǎo)入燃料電池1中。這樣，室25中的氧含量可 以進(jìn)一步降低，由此還可以更有效地防火。
還可以經(jīng)過中央控制/調(diào)節(jié)23控制或調(diào)節(jié)管路15和另一空氣 供給4。
重要的是，陰極2的排放空氣具有降低的氧含量和比陰極側(cè) 空氣供給9高的氮含量。根據(jù)燃料電池的類型，只要在陰極側(cè)發(fā)生 氫/氧反應(yīng)，陰極排放空氣就含有生成的產(chǎn)物水。
由于氮?dú)夂吭黾樱瑢?dǎo)致該排放空氣2具有惰性性質(zhì)，這可 以導(dǎo)致如下結(jié)果首先不能存在火災(zāi)，或者至少火災(zāi)的蔓延遠(yuǎn)不及 正常條件下強(qiáng)烈。
例如，氧轉(zhuǎn)化率(U為2 (其意味著50%的供給氧在燃料電 池l中與氫反應(yīng)生成水)的陰極排放空氣仍然只有約10.5體積％的氧含量。常態(tài)空氣具有約21體積％的氧含量。
該排放空氣可以經(jīng)過管道系統(tǒng)16直接供給到室或?qū)ο?5， 并由此有助于降低室或?qū)ο?5中的氧含量。
經(jīng)過測量單元401、 403 (見圖4),通過監(jiān)測以下至少一種物 理參數(shù)來連續(xù)監(jiān)測陰極排放空氣氧含量、氫含量、壓力、溫度、 濕含量、體積流量、二氧化碳、 一氧化碳和氮氧化物含量。其它測 量點(diǎn)402、 404、 405可以位于例如在供給至室25中或供給至燃料 電池的陽極入口或陰極入口之前的管道系統(tǒng)16中。將所測量的數(shù) 據(jù)傳輸至中央控制和調(diào)節(jié)單元23。根據(jù)情況，放泄閥可以將供給接 通到室內(nèi)或釋放至環(huán)境。
通過壓縮器17和/或熱交換器18，可以在將富氮?dú)怅帢O排放 空氣2供給至室/對象25之前將其壓縮和/或冷卻。
如已經(jīng)提到的，根據(jù)燃料電池的類型，如果必要的話，富氮 氣陰極排放空氣2含有水。在該情況下，(除壓縮器17和熱交換器 18以外或作為其替代方案)可以連接冷凝器19。冷凝器19使水冷 凝，并將其貯存在水箱20中或直接引入外部水系統(tǒng)201。該水系統(tǒng) 20可以是機(jī)內(nèi)的耗水設(shè)備，或者是用于滅火的滅火系統(tǒng)32。也可 以通過控制調(diào)節(jié)器23控制該額外的滅火系統(tǒng)32。在提供氫轉(zhuǎn)化器 405時(shí)，可以將冷凝水供給至轉(zhuǎn)化器工藝。
如前所述，根據(jù)冷凝程度，此時(shí)可以將余下的輕度潮濕或完 全干燥的空氣直接供給至室內(nèi)的火源或經(jīng)壓縮器21供給至室內(nèi)的 火源。
室25內(nèi)的空氣可以降低至確定的氧含量。根據(jù)用途，氧含量 可以變化。
在15體積％的氧含量下，許多材料將不再會(huì)燃燒。通常還總 是能夠進(jìn)入室內(nèi)。
例如，給控制/調(diào)節(jié)器23編程，使室25中的氧含量保持在恒 定的15體積％。然而，其它的編程也是可以的。例如，可以給控 制/調(diào)節(jié)器23編程，使室25中的氧含量總是保持在可調(diào)的閾值以下。如果從下方趨近閾值，必要時(shí)可以連接其它的燃料電池，或可以增 大燃料電池的功率并由此可以增加陰極排放空氣的體積流量。
為此目的，室25可以具有(經(jīng)管路28)連接至控制/調(diào)節(jié)器 23的測量裝置22。測量裝置22用于連續(xù)測量和監(jiān)測氧含量，和在 如果必要的話，測量和監(jiān)測其它參數(shù)，例如室25內(nèi)的壓力、溫度、 煙的發(fā)展、氫含量。
此外，提供可以調(diào)節(jié)壓力的減壓閥24。
測量裝置22連續(xù)測量氧含量、溫度和壓力。相應(yīng)信息傳送至 調(diào)節(jié)或控制單元23。
例如，還可以視覺(借助于攝像機(jī))檢測煙的發(fā)展。然后， 電子評估所獲得的圖像，并且如果必要的話可以傳送至駕駛艙，使 飛行員可以形成室25內(nèi)狀況的圖像。
此外，可以提供氣候控制組合裝置，該氣候控制組合裝置從 室25中抽吸空氣、將其加熱或冷卻并重新供入室內(nèi)。這樣，例如， 利用室內(nèi)的加熱，可以不必從外部向室內(nèi)供給空氣。這樣，氧含量 可以保持恒定，并且可以控制溫度。此外，氣候控制組合裝置還可 以用于調(diào)節(jié)供給管道16的溫度。
調(diào)節(jié)或控制單元23尤其調(diào)節(jié)和/或控制空氣供給9以調(diào)節(jié)排 放空氣中的氧含量，調(diào)節(jié)和/或控制燃料供給5，調(diào)節(jié)和/或控制富氮 氣陰極排放空氣的供給2，和調(diào)節(jié)和/或控制安裝在防火系統(tǒng)100中 的所有閥、熱交換器、壓縮器、混合器單元、氣候控制組合裝置和 鼓風(fēng)機(jī)。
可以通過管線29來控制所提到的控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^ 閥30調(diào)節(jié)源自室25的供給管道16。
此外，可以或者由燃料電池1、由外部能源(未在圖3中示 出)或者由其組合提供系統(tǒng)中所需的電能和熱能，例如壓縮器、熱 交換器或氣候控制組合裝置所需的電能和熱能。
圖6用示意圖顯示了串聯(lián)的燃料電池601、602。燃料電池601的陰極排放空氣在此處應(yīng)該作為另一燃料電池602的空氣供給。這 樣，第二燃料電池602的陰極排放空氣的氧含量進(jìn)一步降低。由于 燃料電池陰極供給中需要已知的氧含量以便不會(huì)因太少的氧而"窒 息"，所以該技術(shù)布置只在已知的程度上是可能的。從一個(gè)燃料電 池至另一個(gè)燃料電池的供給管道以及從最后的燃料電池602至室 603內(nèi)的供給管道可以包括測量裝置、壓縮器和熱交換器的布置， 如圖3中所示。
圖7顯示另一個(gè)實(shí)施方案。此處，陰極排放空氣701連接至 另一個(gè)用于減少氧的裝置702，例如空氣分離膜。這樣，在供給到 室703中之前，陰極排放空氣的氧含量進(jìn)一步降低。空氣分離膜將 空氣分成富氧氣和富氮?dú)獾目諝饬?。富氧部分釋放到環(huán)境中，而富 氮部分導(dǎo)入室內(nèi)。
一般利用燃料電池601減少氧的原理示于圖8中。為防火、 食物儲(chǔ)藏、高原訓(xùn)練和許多其它應(yīng)用提供的減少氧的優(yōu)點(diǎn)可以通過 以下領(lǐng)域中的燃料電池來補(bǔ)充。燃料電池運(yùn)行安靜、排放低，并且 有效產(chǎn)生電流和熱。與減少氧的所有應(yīng)用相結(jié)合，燃料電池升級成 為能量和安全系統(tǒng)?？梢员镜厥褂没蚬┙o電流和熱。排放空氣降低 室801中的氧含量。保護(hù)室801免于火災(zāi)，并且降低儲(chǔ)藏貨物的氧 化行為。燃料電池的工作溫度提供另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，該溫度為至少70'C ， 使得可以將排放空氣視為幾乎無菌/消毒的。
燃料電池可以提供能量、防火、高原模擬和在一個(gè)系統(tǒng)中改 進(jìn)的儲(chǔ)藏條件。
圖9中顯示在運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療和后勤領(lǐng)域中具有額外應(yīng)用的自足 能量和安全系統(tǒng)的原理示意圖?？梢砸圆煌姆绞娇稍偕禺a(chǎn)生電 流，并供給到電解裝置卯l中以產(chǎn)生氫和氧。
例如，通過光電卯2、水力903、風(fēng)力卯4或其它方式卯5來 產(chǎn)生電流。相應(yīng)的發(fā)電機(jī)906 (例如水電廠或風(fēng)力渦輪機(jī))將電流 導(dǎo)入電解裝置901。
電解裝置可以由水產(chǎn)生氫和氧。例如，氧可以用于工業(yè)應(yīng)用 中或釋放到環(huán)境中。所產(chǎn)生的氫可以貯存在儲(chǔ)存器卯7中，或者可以直接供給至燃料電池卯8。作為電解裝置的替代方案，可以通過 轉(zhuǎn)化器909產(chǎn)生氫，其通過生物氣儲(chǔ)存器911、烴儲(chǔ)存器912或天 然氣儲(chǔ)存器913提供。氧氣儲(chǔ)藏在儲(chǔ)存器910中。
除氫以外，燃料電池需要空氣，其通過空氣供給914提供。 可以將處于熱能和電能形式的產(chǎn)生能量供給至耗熱裝置915或耗電 裝置916或聯(lián)網(wǎng)供給。同樣，可以使用所產(chǎn)生的水923。貧氧空氣 917的應(yīng)用可能性#>多，例如用于防火919、用于高原模擬920和 用于醫(yī)療目的921或用于降低食物或塑料儲(chǔ)藏的氧化。
貧氧空氣與產(chǎn)生的水在分離裝置918中分開。
本發(fā)明在其設(shè)計(jì)方面不限于附圖中顯示的優(yōu)選實(shí)施方案。此 外，本發(fā)明包括利用所示解決方案和本發(fā)明原理以及其它顯著不同 實(shí)施方案的變體。
此外，"包括"不排除其它元件或步驟，而不加數(shù)量詞修^飾或"一 種/個(gè)"不排除復(fù)數(shù)。而且，參照上述實(shí)施方案之一描述的特征或步驟 也可以與上述其它實(shí)施方案的其它特征或步驟結(jié)合使用。權(quán)利要求中 的附圖標(biāo)記不應(yīng)視為限制。
權(quán)利要求
1.一種用于降低室內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)的防火系統(tǒng)，所述防火系統(tǒng)(100)包括用于產(chǎn)生富氮?dú)怅帢O排放空氣的燃料電池(1)；和管道組合件(16)，用于將所述富氮?dú)怅帢O排放空氣供給到室(25)內(nèi)，使所述室(25)內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室(25)內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的防火系統(tǒng)(100),其還包括 用于調(diào)節(jié)所述室(25)內(nèi)氧含量的調(diào)節(jié)或控制單元(23)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的防火系統(tǒng)(100 )，其中所述調(diào)節(jié)或控制單元(23)配置為用于控制或調(diào)節(jié)以下至少 其一所述燃料電池(l)的陰極的空氣供給(9)、所述燃料電池(l) 的陽極的燃料供給(5 )和所述室(25 )內(nèi)的富氮?dú)怅帢O排放空氣供給。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中之一的防火系統(tǒng)(100),還包括第一測量單元(6、 10、 22)，用于測量選自以下的至少一個(gè)物理 參數(shù)所述室(25)內(nèi)的氧含量、所述室內(nèi)的氫含量、所述室(25) 內(nèi)的溫度、所述室(25)內(nèi)的壓力、和所述室(25)內(nèi)的煙4tA;和數(shù)據(jù)線路(26、 27、 28)，用于將測量的物理參數(shù)從所述第一測量 單元(22)傳輸至所述調(diào)節(jié)和控制單元(23)。
5. 根據(jù)前ii^利要求之一的防火系統(tǒng)，還包括第二測量單元，用于測量選自以下的物理^:管道系統(tǒng)中所述 排放空氣的氧含量、管道系統(tǒng)中所述排放空氣的氫含量、管道系統(tǒng)中 所述排放空氣的二氧化碳含量、管道系統(tǒng)中所述排放空氣的一氧化碳 含量、管道系統(tǒng)中所述排放空氣的氮氧化物含量、管道系統(tǒng)中的排放 空氣的體積流量、管道系統(tǒng)中的排放空氣的溫度、管道系統(tǒng)中的排放空氣的壓力、和管道系統(tǒng)中的排放空氣的濕含量。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)，還包括用于將測量的物理^lt從所述第一測量單元或第二測量單元傳輸 至所述調(diào)節(jié)和控制單元的數(shù)據(jù)線路。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括 用于將所述陰極排放空氣釋放到環(huán)境中的放泄閥。
8. 根據(jù)前a利要求之一的防火系統(tǒng)(100),還包括 用于調(diào)節(jié)所述室(25)內(nèi)壓力的減壓閥(23)。
9. 根據(jù)前a利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括選自用于壓縮 所述富氮?dú)怅帢O排放空氣的壓縮器(17、 21)、用于冷卻所述富氮?dú)怅?極排放空氣的熱交換器(18 )、和用于4吏所述富氮?dú)獾目諝馀c環(huán)境空氣 混合的混合器單元中的至少其一 。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括 用于使水從所述富氮?dú)怅帢O排放空氣中冷凝出來的冷凝器(19);和用于貯存所述冷凝水的水箱(20)。
11. 根據(jù)前狄利要求之一的防火系統(tǒng)，還包括用于調(diào)節(jié)所述室的溫度的氣候控制組合裝置。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于從所述室(25)向所述燃料電池(1)的陰極提供空氣供給(9 ) 的供給管道(15),由此可以進(jìn)一步降低所述室(25)內(nèi)的氧含量。
13. 根據(jù)前逸權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，其中所述調(diào)節(jié)和控制單元(23)配置為用于控制或調(diào)節(jié)熱交換器 (18)、壓縮器(8、 14、 17、 21)、減壓岡(24)、氣候控制組合裝置、放泄閥、混合器單元和對所述氫轉(zhuǎn)化器的水的供給。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，其中由燃料電池(1)直接提供所述防火系統(tǒng)(100)中所需的電 能和熱能。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)，還包括連接至所述第一燃料電池(1)用于進(jìn)一步降低所述陰極排放空氣 的氧含量的第二燃料電池(602)或空氣分離膜。
16. 才艮據(jù)前逸權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)， 其中所述室另一航空器中的室。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 16中之一的防火系統(tǒng)(100 )用于航空器中室(25) 的防火的用途。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 16中之一的防火系統(tǒng)(100 )用于建筑物中室(25 ) 的防火的用途。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 16中之一的防火系統(tǒng)(100 )用于船舶中室(25) 的防火的用途。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 16中之一的防火系統(tǒng)(100 )在用于運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療 應(yīng)用或用于儲(chǔ)藏貨物的室中用于普通氧減少的用途。
21. 權(quán)利要求20的用途，其中通過用于呼吸所述陰極的氧減少空氣的 呼吸面罩或空氣面罩提供所述陰極的氧減少空氣。
22. —種航空器，其包括用于在所述航空器中的室(25)中防火的權(quán) 利要求1 ~ 16中之一的防火系統(tǒng)(100 )。
23. —種用于在室(25)中防火的方法，所述方法包括以下步驟 將空氣從所述室(25)外供給至燃料電池(1); 利用燃料電池(1)產(chǎn)生富氮?dú)怅帢O排放空氣；將所述富氮?dú)怅帢O排放空氣供給到所述室(25 )內(nèi)，使所述室(25) 內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室(25)內(nèi)的火災(zāi)危險(xiǎn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，還包括以下步驟 調(diào)節(jié)所述室(25)內(nèi)的氧含量。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22或23的方法，還包括以下步驟測量選自以下的至少一個(gè)物理M:所述室(25)內(nèi)的氧含量、 所述室內(nèi)的氫含量、所述室(25)內(nèi)的溫度、所述室內(nèi)的濕含量、所 述室(25)內(nèi)的壓力，和所述室(25)內(nèi)火突特征的檢測；和將所測量的物理^L從所述測量單元(22)傳輸至調(diào)節(jié)或控制單 元(23)，用于通過控制所述燃料電池陰極的X值來調(diào)節(jié)所述室(25) 內(nèi)的氧含量。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，提供一種用于降低火災(zāi)危險(xiǎn)的防火系統(tǒng)，該防火系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生富氮?dú)怅帢O排放空氣的燃料電池。給燃料電池供給空氣和燃料。在燃料電池內(nèi)，將空氣降低至確定的氧含量。將排放空氣供給至待保護(hù)的室。
文檔編號A62C99/00GK101304786SQ200680041974
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者克勞斯·霍夫亞, 安德列亞斯·韋斯滕貝格爾, 尤莉卡·布萊伊, 拉爾斯·弗拉姆 申請人:空中客車德國有限公司