专利名称：用于在密封空间内防火和/或灭火的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在密封空间内防火和/或灭火的方法和设备，其中 所述密封空间内的内部空气不允许超出预定温度值。
背景技术：
内部空气不能超过预定温度的密封空间(例如，冷藏库、档案馆、或者
IT区)通常装备有空调系统，从而对该空间进行相应地空气调节。所述空调 系统的规格被设计为使得足够多的热、热能能够从密封空间内的内部空气排 出，.从而将该空间内的温度保持在预定范围以内。对于例如温度通常被保持 为一个定值的冷藏区而言，实际上该冷藏区要求恒温冷藏，由于在此情况下 优选地还要避免温度波动，从而空调系统需要连续工作，尤其是对于需要在 -2(TC温度下工作的冷冻区。
然而，为了防止空间内的内部空气的温度达到临界值(具体而言是由于 空间内由电子组件等产生的热而导致的)，空调系统还应用于例如IT室或者 开关柜。
从而，所述空调系统的规格需要满足足够多的热量能够随时从空间内的 内部空气排出，以使得空间内的温度不会超过根据需要和应用而预定的温度。
空调系统从空间内的内部空气所排出的热量取决于通过该空间的内部 壳体散布(热传导)的热流。如果发热对象被置于密封空间内，则空间内所 生成的热会进一步增加必须被排出的大量热量。特别是对于容纳服务器的区 域、以及容纳计算机组件的开关柜，充分地排出其所产生的热对有效避免电 子组件过热、出现故障、或者甚至毁坏是至关重要的。另一方面，己知的用于对例如人偶尔出入且其内装置对水的作用非常敏 感的密封空间进行防火的方法为，通过将该空间的内部空气的氧气浓度降低
至体积比例如为15%的特定惰性水平、或者通过持续降低氧气浓度来避免失 火的危险。相比于自然环境空气中体积比大约为21%的氧气水平，降低氧气 浓度显著减小了易燃材料的易燃性。
将氧气置换气体(例如，二氧化碳、氮气、惰性气体或者这些气体的混 合物)充入存在火灾危险的区域的技术被称之为"惰性化技术"，应用此类 "惰性化技术"的主要区域为IT区、电子开关和分配器隔室、密封设施、 以及高价值物品储藏区。
然而，由于惰性气体必须被有规律地或者不断地加入空间的内部空气 中，以保持针对内部空气而设定的惰性化水平，因此在内部空气不能超过预 定温度值的空间内使用惰性化技术会伴随着一些问题。除此之外，取决于空 间的气密性和换气率，密封空间的内部空气与外部环境空气之间的特别设定 的氧气浓度梯度迟早会被破坏。
因此，传统的使用惰性化技术进行防火的系统通常配备有用于提供氧气 置换气体(惰性气体)的系统。由此，该系统被设计为针对空间的内部空气 的氧含量，向空间提供足够多的惰性气体，以保持惰性化水平。连接至空气 压縮机的氮气生成器非常适于作为用于提供惰性气体、根据需要直接就地生 成惰性气体(这里为充满氮气的空气)的系统。该氮气生成器用于对压縮机 内的普通外侧空气进行压縮，并利用中空纤维膜将其分为富氮空气 (nitrogen-enriched air)和残余气体。残留气体会被排放到外侧，充满氮气 的空气会替代密封空间中的一部分空气，从而减小必要的含氧比率。
充满氮气的空气的供应通常会在空间的内部空气中的氧气浓度超过预 定阈值时被激活。所述预定阈值根据所要保持的惰性化水平来设定。
由于有规律地或者不断地加入惰性气体会不可避免地将热能(热)引入空间的内部空气中，因此使用上述系统来在内部空气不能超过预定温度的空 间内进行防火会伴随着一些弊端。从而，空调系统随后还需要将额外引入的 热能排出。因此，所使用的空调系统必须是较大规格的。必须确保由于不断 地或者有规律地加入惰性气体而导致空间内产生的额外热能也能够被有效 地再次排出。
因此，还需要考虑到，相比于外侧环境空气的温度，氮气生成器中产生 且提供给空间的充满氮气的空气所具有的温度通常会增大。
即使不使用氮气生成器来提供惰性气体，而使用储气瓶等等来存储处于 压缩状态的惰性气体，仍旧必须考虑到，在此情况下通常也会有额外的热能 引入空间的内部空气。因此，同样会发生额外增大温度的风险，该风险需要 通过空调系统来进行相应地补偿。
因此，可以确定，在其内的内部空气不会超过预定温度值的密封空间中 使用传统的惰性化系统会伴随着增大运行成本的缺陷，因为对该空间进行空 气调节的空调系统必须具有相对较大的规格。
发明内容
基于上述问题，本发明的任务是提出一种用于在密封空间(在该密封空 间中使用空调系统等，以将空间的内部空气保持在预定温度范围之内)中防 火的方法和设备，即使在惰性气体被不断地、或有规律地加入所述空间的内 部空气中以设定或保持所述密封空间内的特定惰性化水平的情况下，所述空 调系统的冷却能力也不需要被增大。
该任务已被开始时所提出的那类方法所解决，该方法包括首先在容器 中装入液化惰性气体(例如，氮气)，接着将部分惰性气体供应给汽化器， 以在该汽化器中被汽化，最后在受调节的方式下将来自汽化器的汽化之后的 惰性气体输入给空间内的内部空气，以使得密封空间的空气的氧含量降低至特定惰性化水平和/或保持在特定(预设)惰性化水平。本发明特别提出，直 接或者间接从密封空间的内部空气提取汽化液态惰性气体所需的热能。
至于所述设备，本发明的根本任务已被开始时所提出的那类设备所解 决，该设备一方面包括用于测量内部空气的氧含量的氧气测量装置，另一方 面，所述设备包括用于将惰性气体有调节地排放至密封空间的内部空气中的 系统。具体而言，该系统包括用于提供和存储液化形式的惰性气体的容器、 以及连接至该容器的汽化器。该汽化器一方面用于将容器中所提供的至少一 部分惰性气体进行汽化，另一方面用于将汽化后的惰性气体输入至密封空间 的内部空气中。根据在此所提出的技术方案的设备还包括控制器，该控制器 被设计为针对所测量的氧含量，控制所述提供惰性气体的系统，以使得密封 空间的空气的氧含量降低至特定惰性化水平和/或保持在特定(预设)惰性化 水平。所述汽化器在此被特别设计为直接或者间接从密封空间的内部空气提 取汽化液态惰性气体所需的热能。
在此所使用的术语"惰性化水平"应该被理解为低于普通环境空气氧含 量的氧含量。还提到了当空间的内部空气中所设定的减小后的氧含量不会对 人或动物造成任何危害以至于人或动物可以自由进入所述密封空间而不会 产生任何问题时的"基本惰性化水平"。该基本惰性化水平对应于密封空间
的内部空气的体积比为例如13%至17%的氧含量。
相反地，术语"完全惰性化水平"是指，相比于基本惰性化水平的氧含 量，氧含量被进一步减小，在该氧含量下，大多数材料的易燃性都被降低至 不能再被点燃。取决于密封空间内的燃料负荷，完全惰性化水平下的氧含量 通常为体积比11%至12%。当然，这里其他的值也是可能的。
本发明的技术方案所能达到的好处是显而易见的。从密封空间的内部空 气获取液化汽化器中的液态惰性气体所需的热能，能够在将惰性气体补充或 排放至内部空气的同时，在空间内实现冷却作用。可以利用该冷却作用来确保空间内的内部空气不会超过预定温度水平。尽管使用了惰性化系统，但是 通过充分利用该协同效应，空调系统所提供的冷却性能可以得到保持、或者 甚至被减小。
根据本发明的设备涉及一种技术装置，该技术装置被设计为用于实现本 发明的在内部空气不能超过预定温度水平的空间中提供防火保护的方法。
从属权利要求2至12给出了根据本发明的方法的各种有利的实施方式， 从属权利要求14至22给出了本发明的设备的各种有利的实施方式。
在根据本发明技术方案的一个特定优选实现形式中，所提供的惰性气体 在密封空间内被汽化。在此规定，在惰性气体被汽化之前，惰性气体被以液 态形式输入至置于所述空间内的汽化器。这是非常容易实现的，而且通过在 所述空间内汽化液态惰性气体，也是在不使用空调系统的情况下通过从空间 的内部空气提取特定热量(汽化所需的热)而冷却所述空间的非常有效的途 径。
然而，在此可选地，所提供的惰性气体还可以不在密封空间内被汽化， 而在密封空间外部被汽化。在此情况下，优选地，通过热传导来从密封空间 的内部空气提取汽化惰性气体所需的热能的至少一部分。从而，在本实施方 式中，例如可以使用密封空间外部的汽化器。优选地，该汽化器配备有热交 换器，该热交换器被设计为能够将热从密封空间的内部空气传递给汽化器中 将被汽化的惰性气体。
在惰性气体在密封空间外部被汽化的所述后一实施方式中，有利的是， 能够通过热传导来调节从空间的内部空气提取的用于汽化惰性气体的热能 量。例如，这可以通过设置用于提取所需热能的导热体的热导率来实现。在 此，优选地，根据实际温度(即，密封空间内的当前测量温度和/或可预先定 义的目标温度)来设置所述导热体的热导率。
在实现本实施方式时，优选地，所述设备还包括用于测量密封空间中的
12内部空气的温度的温度测量装置，从而能够不断地、在预设时刻和/或一旦发 生预定事件时，确定密封空间内的现行实际温度。然后，可以根据所测量的 实际温度来设置用于提取汽化所需热能的导热体的热导率。具体而言，可以 使用具有传热单元的热交换器来将空间的内部空气的热能传递给汽化器中 将被汽化的惰性气体。在此情况下，所述传热单元的效率比应该能够由控制 器根据所测量的实际温度和/或可预先定义的目标温度来设置。
汽化惰性气体所需的热能可以通过热传导而至少部分地从密封空间的 内部空气提取，然后该热能被输入至汽化器。相反地，根据本发明的技术方
案还可以利用所谓的"冷却器(unit cooler)"。本发明意义上的冷却器为蒸 发器，该蒸发器能够保持在"适中"的温度，在该温度下，可以使用密封空 间的内部环境空气将惰性气体从液聚态转化为气聚态。
冷却器的基本技术原理可以以特别简单且自动防故障的方式实现。所述 冷却器可以由带纵向肋条的铝管构成。具体而言，此类冷却器仅需要通过与 提取自密封空间的内部空气的空气进行热交换就可以工作，并不需要额外的 外部功率源。这允许液化惰性气体被汽化，并且几乎被加热至空间内的内部 空气的温度。于此同时，汽化惰性气体所需的热能优选地通过热传导提取自 作为热空气而被分别输入至汽化器和汽化器的热交换器的空气，从而该空气 可以被相应地冷却。随后，该冷却之后的空气被再次输回至空间，从而汽化 惰性气体所产生的冷却作用可被直接用来冷却所述空间。从而，特别是对于 用来对所述空间进行空气调节的空调系统而言，该空调系统可以为较小的规 格。
确切地说，所述冷却作用与用于对密封空间进行空气调节的空调系统的 冷却效率无关。具体而言，本实施方式使用了具有热交换器的冷却器，所述 热交换器一方面利用了提供给所述密封空间的惰性气体(作为将被加热的介 质)，另一方面利用了来自内部空气的部分空气(作为将被冷却的介质)。本实施方式中的冷却器的热交换器优选地通过通风管道系统连接至密 封空间，从而一方面，可以向热交换器输入来自所述空间的内部空气的热空 气(作为将被冷却的介质)，另一方面，在液化惰性气体被汽化之后，可以 使用通风管道系统将提供给冷却器的热交换器的空气作为冷却之后的(冷 却)空气重新导回至密封空间。然而，对于所述通风管道系统而言，特别优 选地是，利用至少一个热空气管道来排放来自所述空间的内部空气的空气， 同时还可以根据需要将该管道用于将来自内部空气的热空气提供给用于对 密封空间进行空气调节的空调系统。
相反地，进一步优选地是，通过冷空气管道将提供给空气冷却器的热交 换器的(热)空气在惰性气体被汽化之后作为冷却之后的(冷却)空气重新 导入密封空间，根据需要，所述冷空气管道在此还能够同时用于供对密封空 间进行空气调节的空调系统使用，以将冷却之后的空气输入至内部空气。
具体而言，由于不需要提供额外的冷空气管道，使空调系统和冷却器的 热交换器共享热空气管道和冷空气管道的使用，从而使得本发明的技术方案 能够在不需要较大结构调整的情况下应用于密封空间。
最后，所述设备的再一好处在于，所述热交换器还可被配置为用于对密 封空间进行空气调节的空调系统的组件。例如，所述空调系统自身可以包括 热交换器，来自所述空间内的内部空气的部分空气会流过该热交换器，从而 将热能从该空气传递给冷却介质。因此，优选地，所述空调系统的热交换器 连接在汽化器的热交换器的上游或者下游。
在使用具有热交换器的冷却器的后一实施方式中，优选地，根据实际温 度和/或可预先定义的目标温度来设置被作为热空气输入至热交换器的空气 的量。在此，进一步提供一种用于测量密封空间的内部空气的实际温度的温 度测量装置是非常有利的。
至于本发明技术方案中所使用的惰性气体，优选地，该惰性气体以饱和
14状态存储于容器中。特别地，所述惰性气体在此应该以比该惰性气体的临界 点低几度的温度存储。
如果使用例如氮气作为惰性气体，其临界温度为-147'C、且临界压力为 34巴(bar)，优选地，该氮气存储于压力范围为25至33巴(优选为30巴) 以及相应的饱和温度下。在此情况下，应该注意的是，容器压力应该足够高， 以使得存储压力可以使惰性气体以尽可能快的速度进入汽化器。优选地，在 此假设存储压力为20至30巴，从而将用于存储液化惰性气体的容器连接至 汽化器的管路可以尽可能地具有最小的直径。例如，在30巴的存储压力下， 饱和温度将是-150'C,从而可保持远离-147'C的临界温度。
然而，根据本发明的技术方案并不是仅仅优选地通过持续降低所述密封 空间的内部空气中的氧含量来实现减小存储于密封空间的货物的易燃性，从 而适于防火。可替代地，还可以在发生火灾时、或者根据其他方面的需要， 通过有调节地将惰性气体供应至所述空间的内部空气，将所述空间的内部空 气的氧含量进一步降低至特定的完全惰性化水平。
设置(和保持)所述完全惰性化水平可以确保达到例如灭火的目的。在 此情况下，优选地，所述设备还包括火灾检测设备，该火灾检测设备用于测 量密封空间的空气的火灾特性。
在此所使用的术语"火灾特性"应该被理解为物理变量，该物理变量针 对起火点附近的可测量变化，例如环境温度、环境空气中的固态、液态或气 态成分(所聚集的烟粒子、颗粒物质或气体)或者环境辐射。
从而，当使用本发明的技术方案来灭火时，可以针对所述检测器所测量 的火灾特性值，降低至完全惰性化水平。
然而，另一方面，还可以针对存储于密封空间中的商品(尤其是其着火 习性)而降低至完全惰性化水平。因此，还可以在例如存储有特别易燃的货 物的区域，将完全惰性化水平设置为防火方案。为了将密封空间的内部空气中的氧含量降低至完全惰性化水平，可以通 过自动产生氧气置换气体并在之后导入该氧气置换气体来达到完全惰性化 水平。然而，还可以将惰性气体(该惰性气体将被提供或补充，以设置和保 持完全惰性化水平)装入优选被配置为冷却箱的容器中，并利用汽化器对其 进行汽化。
很显然，可以利用根据本发明的技术方案作为密封冷藏设施、IT区或类 似区域(其中，空间的内部空气不允许超过特定温度值)中的防火方案。此 外，根据本发明的技术方案也特别适用于对密封幵关柜或者其他类似的结构 (其中的内部空气同样不允许超过特定温度)进行防火。
下面将参考附图更加详细地描述本发明的设备的优选实施方式，其中 图1为根据本发明的设备的第一优选实施方式的示意图； 图2为根据本发明的设备的第二优选实施方式的示意图；以及 图3为根据本发明的设备的第三优选实施方式的示意图。
附图标记列表
1 液化惰性气体存储容器
3 供应管路
5 温度传感器
8 液态气体供应管路
10 密封空间
12 泵
14 泵
16 热交换器/汽化器
2 出口喷嘴
4氧气传感器
6火灾特性传感器
9取样阀门
11控制器
13泵
15热交换箱
17附加热交换器18真空泵接头19取样阀门
20附加汽化器21三通阀/取样阀门
22通风管道系统/热空气管路23通风管道系统/冷空气管路
24容器的外部容器28充入接头
29安全关断阀30容器的充入阀
31容器的充入阀32增压阀
33可选的惰性气体提取(液态)34容器的充入管路
36容器的内部容器37液态惰性气体
38控制接口39信号线路
40控制线路41控制线路
42控制线路43控制线路
44可选的惰性气体提取(气态)45热交换介质
46惰性气体管路
具体实施例方式
图1示意性地绘示了根据本发明的技术方案的第一优选实施形式。在此，
将防火方案应用于空调空间10中。该空间IO例如为冷藏区或者IT室，即 其中的内部空气不允许超过预定温度值。
为了对空间10进行空气调节，可以使用空调系统，该空调系统并未在 附图中明确地表示出来，该空调系统的功能在此不进行详述。简而言之，所 述空调系统应该被设计为可以从空间10的内部空气提取足够多的热量，以 使得空间10的内部温度能被保持在预定温度范围内。
本发明提出了一种针对空调空间(例如，冷藏区或者IT室)的防火方 案。根据本发明的技术方案的特征在于，根据对空间10进行冷却的需要， 直接或者间接利用对导入内部空气的惰性气体进行汽化所产生的冷却作用。因此，本发明的技术方案可以相应地减小空调系统所提供的冷却性能。这不 仅降低了整个系统的运行成本，而且还能够在计划阶段相应地减小空间10 的空调系统的规格。
根据图1的第一优选实施方式提出，将惰性气体(例如，氮气)以液化 形式存储于容器1中，该容器1在此被实现为冷却箱。为了能够针对防火目
的设置和保持密封空间10的内部空气的特定惰性化水平，经由液态气体供 应管路8向汽化器16 (该汽化器16仅被示意性地绘示于图1中)提供一部 分以液态形式存储于容器1中的惰性气体37。
在图1所示意性绘示的系统中，汽化器16被设置于密封空间10内部。 汽化器16可以是，例如，至少部分被密封空间的空气所包围的冷却器。从 而，第一，该汽化器16可保持在与密封空间的内部空气的温度几乎相同的 温度；第二，以液态形式输入至汽化器16的惰性气体可被转换为其气聚态， 然后被汽化。虽然汽化器16在惰性气体汽化期间会暂时冷却，但其之后会 被空间内的内部空气再次加热。
为了使以液态形式供应给汽化器16的惰性气体37能够进入其气聚态， 汽化器必须提供所谓的"汽化热"。该"汽化热"指需要供应给将被汽化的 惰性气体以克服液聚态时的分子间作用力的特定热量(热能)。
在图1所绘示的第一实施方式中，由于汽化器16被设置于所述空间10 内部，汽化器直接从密封空间10的内部空气获取汽化惰性气体37所需的热 量。因此，当液态惰性气体37被汽化时，可以从空间IO的内部空气提取热 能，从而能够相应地冷却空间10的内部空气。该用于冷却空间10的内部空 气的冷却作用具体产生于惰性气体被排入空间10的内部空气之时。
如图所示，汽化器16连接在下游惰性气体管路3，通过该下游惰性气体 管路3，在汽化器16中被汽化的惰性气体以气态形式输入至出口喷嘴2。
具体而言，在控制器11的调节下，液态惰性气体37被从容器1供应至汽化器16。为此，液态气体管路8配备有阀门9，该阀门9由控制器11进
行相应地驱动。
优选地，在汽化器16中被汽化且随后被排入空间10的惰性气体的量， 通过控制器11相应地启动阀门9而被调节。控制器11经由控制线路40向 连接在液态气体供应管路8上的阀门9发送控制信号。阀门9由此而被打开 和关闭，从而可以根据需要将存储于容器1中的特定量的惰性气体37在被 输入至汽化器16且在该汽化器16中被汽化之后，排入空间10的内部空气 中。
具体而言，所述控制器11应该被设计为，当需要向密封空间10的内部 空气添加惰性气体以将空间内的内部空气的氧含量设定至特定惰性化水平 或者保持在特定惰性化水平时，该控制器11独立发送相应的控制信号至阀 门9。通过调节惰性气体的供应而将周围空气的氧含量保持在特定惰性化水 平，从而在空间10中提供连续惰性化，该连续惰性化能够达到防火的目的。
优选地，基于密封空间10的燃料负荷来选择通过调节惰性气体的供应 或者补充而在空间10中设置或保持的惰性化水平。例如，当所述空间10中 存储有高易燃材料或者货物时，可以设置相对较低的空间的内部空气中的氧 含量的体积比，例如大约12%、 11%或者更低。
相反，所述控制器11当然也可以基于体积比大约为21%的氧含量来控 制阀门9，以使得空间10中保持最初生成的特定惰性化水平。
为了能够在空间10中设置预定惰性化水平，例如根据所述空间10的燃 料负荷、或者特定时刻、或者特定事件的发生进行设置，所述控制器11设 置有控制接口 38，用户可以经由控制接口 38输入将被设置和/或保持的惰性 化水平的目标值。
优选地，至少一个氧气传感器4被设置于空间10内，以不断地、或在 预定时刻、或者在发生特定事件之时，测量空间10的内部空气的氧含量。所述传感器4所测得的氧气值经由信号线路39而被发送至控制器11。可以 使用吸气系统，该吸气系统不断地通过管线或管道系统(未明确示出)提取 空间的内部空气的代表性样本，并将该样本输入至氧气传感器4。然而，还 可以将至少一个氧气传感器4直接安排在空间10内部。
前面已经描述过，在根据本发明的设备的优选实施方式中，所述惰性气 体以液化形式存储于容器1中。优选地，该容器1被实现为永久隔热的双壁 式冷却箱。就此，所述容器1可以包括内部容器36和外部支撑容器24。所 述内部容器例如由耐热的络镍钢制成，而外部容器24的材料则为结构钢等 等。所述内部容器36与外部容器32之间的空间可以布满珍珠岩，并且另外 通过真空进行隔热。这使得容器1具有很好的隔热性。
为了使内部容器36与外部容器24之间的空间内的真空环境能够根据需 要而被重建或者标准化，所述容器1具有真空设备接头18，该接头18例如 可以连接有相应的真空泵。
本发明技术方案的优选实施方式中所使用的冷却箱被配置为，即使正在 向容器1中充入液态惰性气体，内部容器36内的压力仍保持恒定，从而即 使在经由液态气体管路8注入惰性气体期间以液态形式提取惰性气体，也不 会存在任何问题。为了有效地(例如通过储气罐)向容器l充入惰性气体， 冷冻气体经由充气管路34中的充入接头28而被抽入。该充气管路34经由 阀门29至32连接至惰性气体容器1的内部容器36。在向容器1充入惰性气 体期间，也可以分别通过可选的液态气体取样接头和惰性气体取样接头33 进行液态气体提取。
由于在根据图1的实施方式中，汽化器16被安排在密封空间10中，该 汽化器16直接从密封空间10的内部空气提取对以液态形式输入至该汽化器 16的惰性气体37进行汽化所需的所有热量。如上所述，相关的冷却作用然 后可被用来相应地冷却密封空间10的内部空气。该冷却作用可以在当空间io需要被永远保持冷却(冷藏)时、或当电子设备等所产生的废热需要从空 间IO排出时(尤其是当需要长时间保持冷却或排出废热时)被使用，以相
应地降低需要由空调系统对空间io进行空气调节(冷却)而提供的冷却输
出，并且减小系统的整体运行成本。
当将惰性气体排入空间10的内部空气中以在该空间10中设置和/或保 持特定的惰性化水平时，会产生冷却空间10的内部空气的冷却作用。具体
而言，即从空间io的内部空气提取热能，从而对空间IO的内部空气进行相
应的冷却。
图1所示的实施方式中还实施了另一选择，除设置于空间10内的汽化 器16之外，还可以提供附加汽化器20，然而，该汽化器20位于所述空间 10之外。优选地，该附加汽化器20通过供应管路46连接至被配置作为容器 1的冷却箱。优选地，该附加汽化器20用于根据需要，对经由供应管路46 提取自容器1的惰性气体进行汽化。可以通过装配至所述供应管路46的阀 门19对供应至所述附加汽化器20的惰性气体的量进行调节，具体而言，优 选地，所述阀门19由控制器11进行相应的驱动。
在附加汽化器20中被汽化的至少一部分惰性气体也可被导入密封空间 IO中(例如，通过出口喷嘴2)，从而在密封空间IO的内部空气中设置或保 持特定惰性化水平。如图所示，所述附加汽化器20的出口可经由在此被配 置为三通阀的阀门21连接至安排在空间10内的供应管路3和出口喷嘴2。 此外，所述附加汽化器20的出口还可连接至惰性气体取样接头44，从而使 得本系统的用户还能够在空间IO之外，从容器1提取气态惰性气体。
将所述附加汽化器20安排在空间IO的外部，从而在工作时(即，在对 惰性气体进行汽化时)不会从空间内的内部空气提取热能，从而当不需要、 或不再需要通过提取汽化所需热量而冷却空间10时，也可以在空间10中设 置或保持连续惰性化。通过控制器11驱动相应的阀门9和19 (设置于空间10内的汽化器16和设置于空间外侧的附加汽化器20通过该阀门9和19而 连接至惰性气体容器10)，可以通过供应或补充惰件气体而在密封空间10 内设置或保持特定惰性化水平，从而汽化惰性气体所需的热能可以在受调节 的方式下从空间内的内部空气或者外部环境空气获取。
图2示出了根据本发明的技术方案的第二优选实施方式的示意图。该实 施方式与图1所绘示的系统的不同之处在于，不在空间10内设置汽化器。 所替代使用的是通过液态气体供应管路8连接至惰性气体容器1的汽化器 16，该汽化器16与附加汽化器20 —样，均设置于空间10的外部。至汽化 器16的液态气体供应管路8中设置有阀门9，该阀门由控制器11所驱动， 以有调节地将存储于惰性气体容器1的液化惰性气体37供应给汽化器16。
经由液态气体供应管路8供应给汽化器16的(液态)惰性气体在汽化 器16中被汽化，之后经由供应管路3而被供应给安排在空间10内侧的出口 喷嘴2。优选地，多个出口喷嘴2以分布式形式安排在所述空间10内侧，从 而能够尽可能即时地分散所导入至空间10的惰性气体。
优选地，图2所示的实施方式中所使用的汽化器16被实施为这样的汽 化器在不需要任何外部能量供应的情况下，能够仅通过提取内部环境空气 而保持在密封空间10内的"适中"温度。在汽化器16中，所供应的液态惰 性气体37可以在该适中温度下被汽化。就此，冷却器16被配置为热交换系 统，通过该热交换系统，将被汽化的惰性气体37与提取自空间IO的内部空 气的空气可以进行热传导。
为了可以从空间的内部空气获取加热汽化器16所需的空气，所述汽化 器16的热交换系统可以包括通风管道系统22、 23。该通风管道系统具有热 空气管道22，该热空气管道22通过例如泵排装置(pumping mechanism) 12， 根据需要而将部分内部环境空气提取出来，并将其供应给汽化器16，即汽化 器16的热交换器。所设定的供应给汽化器16的热交换器的所述空间的内部环境空气的量 可以由控制器11进行调节。该控制器11经由控制线路41发送相应的控制 信号至泵排装置12，从而可以根据需要调整该泵排装置12的输出速度和传 输方向。在此，所述控制器11可以根据例如汽化器16的目标工作温度以及 汽化器16及其热交换器的实际温度，调节泵排装置12的输出速度。在此情 况下，应该给汽化器16及其热交换器设置温度传感器(图中未明确绘示)， 可以利用该温度传感器不断地、或在预定时刻、或在发生某事件时测量汽化 器16的工作温度。随后，将实际工作温度转发给控制器11，该控制器11 将实际工作温度与预定目标温度值进行比较，从而相应地设置所述泵排装置 12的输出速度。本系统的用户可以经由接口 38向控制器11输入所述目标温 度值。
当在汽化器16的热交换器中发生从内部环境空气至供应给汽化器16的 惰性气体37 (该惰性气体37被液化)的热传递之后，冷却之后的空气然后 通过通风管道系统的冷空气管道23而被输回至密封空间10的内部空气。如 上所述，提取自所述空气的热被用来对汽化器16中的液化惰性气体37进行 汽化。
图2所示的本发明的技术方案的实施方式允许在受调节的方式下，将汽 化惰性气体37之时所产生的冷却作用用来冷却密封空间IO的内部空气。具 体而言，可以通过利用控制器11经由控制线路41发送合适的信号，分别设 置泵排装置12的输出速度和泵排量(pumping capacity)。通过调节泵排装置 12的输出速度和泵排量，可以设置单位时间内流经汽化器16的热交换器且 用来加热将被汽化和供应给空间10的惰性气体的空气的量。很显然，如果 泵排装置12的泵排量较低，则汽化器16的工作会受到限制，每单位时间内 由汽化器16汽化的液态气体的量需要通过阀门9而被相应地减少。
如已经结合参考图1的第一实施方式描述过的那样，在本第二实施方式中也设置有附加汽化器20，该汽化器20独立于汽化器16进行工作，而且经 由管路46连接至惰性气体容器1。所述附加汽化器20被设计为，在不从空 间IO的内部空气获取汽化所需的热量的情况下，对经由管路46供应的惰性 气体37进行汽化。
图3绘示了根据本发明的技术方案的第三优选实施方式。该第三优选实 施方式基本对应于图2所示的实施方式，不同之处在于，与汽化器16相关 联的热交换器在此仅由密封空间10的内部环境空气间接加热。
就此，第三优选实施方式提出，汽化器16的热交换器通过液态热交换 介质45 (作为冷却介质)进行工作。所述热交换介质45存储于热交换箱15 中。为了能够在汽化器16中进行从热交换介质45至将被汽化且输送至空间 10的惰性气体的热传递，汽化器16的热交换器的两个接头经由供应管路和 排放管路连接至热交换箱15。
通过使用由控制器11经由控制线路42进行驱动的泵排装置13，至少部 分存储于热交换箱15中的热交换介质45可被作为冷却介质输入至汽化器16 的热交换器。供应给汽化器16的热交换器的部分热交换介质45流经汽化器 16的热交换器，从而将热能释放给将在汽化器16中被汽化且被加热的惰性 气体。然后，在汽化器16的热交换器中被冷却的热交换介质45被输回至热 交换箱15。
图3的系统还提供附加热交换器17， 一方面，空间的部分内部空气会传 输经过该热交换器17;另一方面，存储于热交换箱15中的热交换介质45 也传输经过该热交换器17。具体而言，该附加热交换器17通过通风管道系 统22、 23连接至空间10。与根据图2的实施方式的情况相类似，图3所示 的通风管道系统包括热空气管道22，可以根据需要，通过使用例如泵排装置 12，经由该热空气管道22提取空间的部分内部空气，并将其供应给附加热 交换器17。所设定的供应给所述附加热交换器17的内部空间空气的量可以利用控 制器11进行调节。控制器11经由控制线路41向泵排装置12发送相应的控 制信号，从而可以根据需要设置所述泵排装置12的输出速度和传输方向。 在此，控制器11可以根据例如空间10的目标温度和空间10的实际温度来 设置所述泵排装置12的输出速度。
在此情况下，应该在空间10内侧设置至少一个温度传感器5，通过该温 度传感器5，可以不断地、或在预定时刻、或发生某些事件时，测量空间IO 的实际温度。所测量的温度值然后被转发至控制器11，该控制器ll将实际 温度值与预定目标值进行比较，然后相应地设置泵排装置12的输出速度。
为了在附加热交换器17中实现从由泵排装置12在空间的内部空气所提 取的空气的热交换，所述附加热交换器17的两个接头经由供应管路和排放 管路连接至热交换箱15。通过使用由控制器11经由控制线路43进行驱动的 泵排装置14，至少部分存储于热交换箱15的热交换介质45 (该热交换介质 45在汽化器16工作期间被相应地冷却)可以作为将被加热的介质供应至附 加热交换器17。部分供应至所述附加热交换器17的热交换介质45流经所述 附加热交换器17，从而从空间中将在该附加热交换器17中进行冷却的内部 空气吸收热能。在附加热交换器17中被加热的热交换介质45随后被输回至 热交换箱15。
在附加热交换器17中发生从所供应的空气至热交换介质45的热传递之 后，在此被冷却的空气经由通风管道系统的冷空气管道23被输回至密封空 间IO的内部空气。
图3所示的本发明技术方案的实施方式允许以受调节的方式，间接利用 惰性气体37被汽化时所产生的冷却作用来冷却密封空间IO的内部空气。具 体而言，可以由控制器11通过经由控制线路41发送相应的信号来分别设置 泵排装置12的输出速度和泵排量。通过调节泵排装置12的输出速度或泵排量，可以设置单位时间内流经所述附加热交换器17的用于冷却空间10的内 部空气的空气的量。
相反，在图3所示的实施方式中，还可以由控制器11通过经由控制线 路42和43发送相应的信号，以设置泵排装置13和14的输出速度或泵排量。 通过调节泵排装置13、 14各自的输出速度或泵排量，可以设置单位时间内 流经热交换器16用于加热将被输入至空间10的惰性气体的热交换介质45 的量、或者单位时间内流经附加热交换器17的用于冷却空间10的内部空气 的热交换介质45的量。
由于可以使用具有很高热容量的热交换介质45，因此，可以利用存储于 热交换箱15中的热交换介质作为冷源或热源，从而根据需要，独立地将热 能供应给汽化器16、或者从空间的内部空气排出热能。
除了汽化器16之外，图3所示的实施方式还设置有附加汽化器20，这 与图1或图2的系统的情况相类似，所述附加汽化器20设置于空间10的外 部。优选地，该附加汽化器20经由供应管路46连接至被配置为冷却箱的容 器l。优选地，该附加汽化器20用于根据需要，对经由供应管路46提取自 容器1的惰性气体进行汽化。输入至附加汽化器20的惰性气体的量可以通 过装配在供应管路46上的阀门19进行调节，该阀门19由控制器11进行相 应的驱动。
还是就图3所示的系统而言，可以将至少部分在所述附加汽化器20中 被汽化的惰性气体排入密封空间10，例如经由出口喷嘴2，从而将密封空间 IO的内部空气设置或保持在特定惰性化水平。在此，原则上来说，所述附加 汽化器20的出口可以通过阀门(该阀门被配置为例如三通阀)连接至安排 在空间10内侧的供应管路3和出口喷嘴2。
在附图所示的本发明技术方案的优选实施方式中，进一步设置了温度测 量装置5和氧气测量装置4，所述温度测量装置5用于测量密封空间10的内
26部空气的温度，所述氧气测量装置4用于测量密封空间10的内部空气的氧 含量。通过所述温度测量装置5，可以不断地、或在预定时刻、和/或在发生 预定事件时，测量所述密封空间10内的现行实际温度。
在图1所示的实施方式中，在此优选地，所述控制器11被设计为，一 方面根据所测量的实际温度和预定目标温度，另一方面根据所测量的氧含量 和预定惰性化水平，来驱动两个阀门9和21以及空调系统(未绘示)。供应 给空间10的惰性气体的量以及在对所供应的惰性气体进行汽化时从空间的 内部空气提取的热能可以通过阀门9和21得到调节。如果在汽化惰性气体 期间的冷却作用不足以在空间10内设置或保持特定温度，则控制器11会相 应地驱动空调系统(未示出)。
另一方面，对于根据图2的实施方式中的控制器11而言，优选地是， 该控制器11也被设计为， 一方面根据所测量的实际温度和预定目标温度， 另一方面根据所测量的氧含量和预定惰性化水平，来驱动两个阀门9、 21和 泵排装置12以及空调系统(未绘示)。 一方面，供应给空间10的惰性气体 的量可以利用阀门9和21进行调节。另一方面，由汽化器16从空间的内部 空气提取的热量可以通过调节泵排装置12的输出速度进行调节。如果汽化 器16所提供的冷却作用不足以在空间10内设置或保持特定温度，则控制器 ll会相应地驱动空调系统(未显示)。
在图3所示的实施方式中，优选地，控制器ll被设计为， 一方面根据 所测量的实际温度和预定目标温度来驱动空调系统(未绘示)，另一方面根 据所测量的氧含量和预定惰性化水平来驱动阀门9和泵排装置12至14。供 应给空间10的惰性气体的量可以利用阀门9进行调节。供应给汽化器16的 热量可以通过调节泵排装置13的输出速度进行调节，而从空间的内部空气 排出的热量可以利用泵排装置12和14进行调节。如果所述附加热交换器17 所能达到的冷却作用不足以在空间10内设置或保持特定温度，则控制器11会相应地驱动空调系统(未显示)。
附图中所示的系统不仅仅适用于通过优选地持续降低所述密封空间io
的内部空气的氧含量而降低存储于密封空间内的货物的易燃性，从而达到防 火的目的，而且还可以在发生火灾时或者存在其他需要时，将空间内的内部 空气的氧含量进一步降低至特定完全惰性化水平，具体而言，这通过调节向 空间的内部空气输入的惰性气体而实现。
设置(和保持)完全惰性化水平例如可以达到灭火的目的。在此情况下， 优选地，所述系统还包括用于测量密封空间10的空气的火灾特性的火灾检
测设备6。然而，另一方面，还可以根据存储于密封空间10内的商品，尤其 是其着火习性，而降低至完全惰性化水平，以实现防火。因此，可以将空间 IO中的完全惰性化水平设置为防火方案，特别是当高易燃性货物存储于例如 所述空间时。
本发明并不限于附图中所绘示的实施方式。
权利要求
1、一种用于在密封空间(10)内防火和灭火的方法，其中所述密封空间(10)中的内部空气不允许超过预定温度值，其中所述方法包括以下步骤a)向容器(1)中装入液化惰性气体，具体而言，该惰性气体为氮气；b)将所提供的惰性气体中的至少一部分惰性气体供应给汽化器(16)，该至少一部分惰性气体在该汽化器(16)中被汽化；以及c)有调节地将在所述汽化器(16)中被汽化的惰性气体供应给所述密封空间(10)的内部空气，以使得所述密封空间(10)的空气的氧含量降低至特定惰性化水平并保持在该特定惰性化水平、或者保持在特定预设惰性化水平，其中在所述汽化器(16)中汽化液态惰性气体所需的热能提取自所述密封空间(10)的内部空气。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所提供的惰性气体在所述密封空间(10)内被汽化，并且其中在汽化步 骤之前，所述惰性气体以液体形式供应给置于所述密封空间(10)中的汽化 器(16)。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中 所提供的惰性气体在所述密封空间(10)外部被汽化，并且其中汽化所 述惰性气体所需的热能中的至少一部分热能通过热传导而提取自所述密封 空间(10)的内部空气。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中汽化所述惰性气体所需的提取自所述密封空间(10)的内部空气的热能 的量是可调节的，且能够通过根据所述密封空间(10)内的实际当前温度和/或可预先定义的目标温度来设置用于提取所需能量的导热体(45)的热导率 而被调节。
5、 根据权利要求3所述的方法，其中使用冷却器(16)来对所提供的惰性气体中的至少一部分惰性气体进行汽化，并且其中所述方法还包括以下步骤M)至少在所述惰性气体汽化期间，所述汽化器(16)或者配备给该汽 化器(16)的热交换器优选以受调节的方式由所述密封空间(10)的内部空 气供应作为热空气的空气；b2)汽化所述惰性气体所需的热能中的至少一部分热能通过热传导而提 取自作为热空气供应给所述汽化器(16)或者所述热交换器的空气，所供应 的作为热空气的空气在此被冷却；以及b3)冷却之后的空气被再次输回至所述密封空间(10)。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中作为热空气供应给所述汽化器(16)或者所述热交换器的空气的量是能 根据所述密封空间(10)内的实际当前温度和/或可预先定义的目标温度进行 调节的。
7、 根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中 所述步骤C)还包括以下步骤cl)测量所述密封空间(10)中的氧含量；以及c2)根据所测量的所述密封空间(10)的内部空气的氧气值，供应在所 述汽化器(16)中被汽化的惰性气体，从而将所述密封空间(10)的空气中 的氧含量保持在特定惰性化水平。
8、 根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中 所述特定惰性化水平为基本惰性化水平，并且其中在步骤C)之后，所述方法还包括以下步骤-d)当发生火灾、或者存在其他方面的需要时，通过有调节地将惰性气 体供应至所述内部空气，将所述内部空气中的氧含量进一步降低至特定完全 惰性化水平。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中火灾特性检测器(6)判断所述密封空间(10)中是否发生火灾。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中在步骤d)中降低至完全惰性化水平取决于所述检测器(6)所测量的火灾特性值。
11、 根据权利要求8或9所述的方法，其中-在步骤d)中降低至完全惰性化水平取决于密封空间(10)中所存储的 商品，尤其是该商品的着火习性。
12、 根据权利要求8-11中的任一项权利要求所述的方法，其中在步骤d)中所供应的惰性气体装于优选被配置为冷却箱的容器(1)中，且通过汽化器(16)而被汽化。
13、 一种实现根据权利要求1-12中的任一项权利要求所述的方法的设备，该设备包括氧气测量装置(4)，用于测量所述密封空间(10)的内部空气中的氧含用于有调节地将惰性气体排入所述密封空间(10)的内部空气中的系统，其中该系统包括容器(1)，该容器(1)优选被配置为用于供应和存储液化形式的惰性气体的冷却箱；以及汽化器(16)，该汽化器(16)连接至所述 容器(1)，用于对所述容器(1)中所提供的惰性气体中的至少一部分惰性 气体进行汽化，并将汽化后的惰性气体排入所述密封空间(10)的内部空气 中；以及控制器(11)，该控制器(11)被设计为针对所测量的氧含量，控制有 调节地排放惰性气体的所述系统，以使得所述密封空间(10)的气体的氧含 量降低至特定惰性化水平并保持在该特定惰性化水平、或者保持在特定预设 惰性化水平，其中所述汽化器(16)被配置为从所述密封空间(10)的内部空气提取 汽化液态惰性气体所需的热能。
14、 根据权利要求13所述的设备，其中所述汽化器(16)为设置于所述密封空间(10)内的冷却器(16)。
15、 根据权利要求13所述的设备，其中所述汽化器(16)为设置于所述密封空间(10)外部的冷却器(16)， 而且其中所述用于有调节地将惰性气体排入所述密封空间(10)的内部空气 中的系统还包括热交换设备(16， 17)，该热交换设备(16， 17)提供从所 述密封空间(10)的内部空气至将在汽化器(16)中被汽化的惰性气体的热 传递。
16、 根据权利要求15所述的设备，该设备还包括用于测量所述密封空 间(10)的内部空气的温度的温度测量装置(5)，并且其中所述热交换设备(16， 17)包括热交换器(45)，该热交换器(45)用于将来自内部空气的 热能传递至将在汽化器(16)中被汽化的惰性气体，根据热力学第一定律， 热传递效率能够由控制器(11)根据所测量的温度和/或可预先定义的目标温 度进行调节。
17、 根据权利要求15所述的设备，其中所述汽化器(16)为冷却器(16)，并且其中将被供应给密封空间(10) 的惰性气体被用作将被加热的介质，而来自所述内部空气的一部分空气被用 作将在所述热交换设备(16， 17)中被冷却的介质。
18、 根据权利要求17所述的设备，其中所述热交换设备(16， 17)通过通风管道系统(22， 23)连接至所述密 封空间(10)以用于来自所述密封空间(10)的内部空气的空气的供应和排 出，并且其中所述通风管道系统(22， 23)包括用于对所述密封空间(10) 进行空气调节的空调系统的至少一个热空气管道(22)和至少一个冷空气管 道(23)。
19、 根据权利要求17或18所述的设备，该设备还包括用于测量所述密 封空间(10)内的内部空气的温度的温度测量装置(5)，并且其中所述控制 器(11)被设计为根据所测量的温度和/或可预先定义的目标温度，设置作为 将被冷却的介质而被供应给所述汽化器(16)的空气的量。
20、 根据权利要求15-19中的任一项权利要求所述的设备，其中 所述热交换设备(16， 17)为用于对所述密封空间(10)进行空气调节的空调系统的组件。
21、 根据权利要求20所述的设备，其中所述空调系统包括热交换器，来自所述内部空气的一部分空气流经该热 交换器，以将该空气的热能传递给冷却介质，并且其中所述空调系统的热交换器连接在与所述汽化器(16)相关联的热交换器的上游或下游。
22、 根据权利要求13-21中的任一项权利要求所述的设备，该设备还包 括火灾检测设备(5)，用于测量所述密封空间(10)的内部空气的火灾特性。
23、 权利要求13-22中的任一项权利要求所述的设备作为对密封冷藏区、 IT室或其他类似空间(10)进行防火的应用，其中所述密封冷藏区、IT室 或其他类似空间(10)的内部空气不允许超过特定温度值。
24、 权利要求13-22中的任一项权利要求所述的设备作为对密封开关柜 或其他类似结构进行防火的应用，其中所述密封开关柜或其他类似结构的内 部空气不允许超过特定温度值。
全文摘要
本发明涉及一种用于在密封空间(10)内防火和灭火的方法和设备，其中所述密封空间(10)内的内部空气不允许超过预定温度值。为了使空调系统所提供的冷却能力即使在惰性气体被不断地、或有规律地加入内部空气以在所述密封空间内设置或保持特定惰性化水平时，也不需要被增大，本发明提供一种用于有调节地将惰性气体排入密封空间(10)的内部空气中的系统。所该系统包括容器(1)，该容器(1)用于提供和存储液化形式的惰性气体；以及汽化器(16)，该汽化器(16)连接至所述容器(1)，用于对容器(1)中所提供的惰性气体中的至少一部分惰性气体进行汽化，并将汽化后的惰性气体排入所述密封空间(10)的内部空气中。所述汽化器(16)在此被设计为直接或间接从密封空间(10)的内部空气提取汽化液态惰性气体所需的热能。
文档编号A62C99/00GK101605573SQ200880004037
公开日2009年12月16日 申请日期2008年7月14日 优先权日2007年7月13日
发明者E·W·瓦格纳 申请人:艾摩罗那股份公司