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、和一種用于移動室或固定室中的防火的方法。
背景技術(shù)：
約40年來，鹵代烴(Halon) —直用于航空器上機載滅火。Halon是部分或全部鹵代的烴，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。毫無疑問，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-甲烷)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 Protocolof the United Nations)中禁用的材料中。

發(fā)明內(nèi)容
可期望提供改進的室內(nèi)防火。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，提供一種用于降低室內(nèi)火災(zāi)危險的防火系統(tǒng)，該防火系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣的燃料電池和用于將該富氮氣陰極排放空氣引入室內(nèi)的管道組合件，使得可以降低室內(nèi)的氧含量，從而可以降低火災(zāi)危險。因此，可以提供用于降低室內(nèi)或?qū)ο髢?nèi)火災(zāi)危險的有效系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用燃料電池系統(tǒng)的貧氧氣并富氮氣的排放空氣。以該方式，可以使用機內(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。以該方式，可以使用機內(nèi)燃料電池系統(tǒng)的排放空氣來降低火災(zāi)危險。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/甲醇燃料電池(DAFC/DMFC)。在這點上，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，例如氮氣等。因此，排放空氣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?；诘獨獾亩栊孕再|(zhì)，這尤其可以很好地適用于室內(nèi)防火。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，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)明的另一個實施方案，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。這對于有機食物的貯存和凈化室可能尤其有利。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，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/運動目的(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，并且在較小的實施方案中適合作為具有呼吸面罩的氧減少的系統(tǒng)。因此，運動員可以提高他們的成績，而登山者可以準備在更高的高原下停留更長的時間。所需的氧減少的排放空氣的量和品質(zhì)一般取決于待保護的室的實際情況。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。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，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λ值來進行氧含量的調(diào)節(jié)。λ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)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λ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?？刂?調(diào)節(jié)可以全自動進行。例如，當有人將進入室內(nèi)時，可以將氧含量調(diào)節(jié)為約15體積％。這樣，可以確保人可以進入室內(nèi)，然而，另一方面，可以顯著降低相對于正?？諝獾闹鹞ｋU或火災(zāi)危險。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)或控制單元還可以設(shè)計成單純的控制單元。然后可以手動進行調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，設(shè)計調(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)的富氮氣陰極排放空氣的供給中的至少其
ο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)的富氮氣陰極排放空氣，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)明的另一個實施方案，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水平。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)明的另一個實施方案，防火系統(tǒng)還包括用于測量選自以下的至少一個物理參數(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參數(shù)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氣陰極排放空氣，其中火災(zāi)參數(shù)與煙霧發(fā)展的強度相關(guān)。自動和持續(xù)維持預(yù)定參數(shù)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)明的另一個實施方案，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物理參數(shù)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)明的另一個實施方案，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，必要時還可以啟動閥，從而不將排放空氣供給到室內(nèi)，而是供給到周圍空氣。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，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)明的另一個示例性實施方案，防火系統(tǒng)還包括用于壓縮富氮氣陰極排放空氣使得可以提高滅火性能的壓縮器和/或用于冷卻富氮氣陰極排放空氣的熱交換器。這樣，可以在將富氮氣陰極排放空氣供給到室內(nèi)之前進行壓縮或冷卻。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，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)明的另一個示例性實施方案，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。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，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，由此可以進一步降低室內(nèi)的氧含量。例如，當為了進一步提高防火而進一步降低室內(nèi)的氧含量時，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)，可以用外部空氣或艙內(nèi)空氣供給燃料電池。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，設(shè)計調(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)的富氮氣陰極排放空氣的溫度。此外，可以調(diào)節(jié)陽極供氣、陰極供氣或供給至室內(nèi)的富氮氣陰極排放空氣的壓縮程度。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，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一步降低。根據(jù)本發(fā)明防火系統(tǒng)的另一個示例性實施方案，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，空氣分離膜可以是合適的。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)明的另一個示例性實施方案，直接由燃料電池提供防火系統(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)明的另一個示例性實施方案，用于降低火災(zāi)危險的室為航空器中的室。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，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)明的另一個示例性實施方案，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)明的另一個示例性實施方案，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)明的另一個示例性實施方案，提供一種用于防火的方法，在該方法中，通過燃料電池產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣，并且將該富氮氣陰極排放空氣導(dǎo)入室內(nèi)，使室內(nèi)的氧含量降低，從而降低火災(zāi)危險。在這點上，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?？梢圆槐厥褂闷渌臏缁鹣到y(tǒng)，例如Halon系統(tǒng)。此外，航空器中的某些區(qū)域如電子艙或小的隱蔽區(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)明的另一個示例性實施方案，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)煙的發(fā)展。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?？梢酝ㄟ^用控制單元控制陰極的λ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一步降低陰極排放空氣的氧含量。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，測量管道系統(tǒng)內(nèi)的物理參數(shù)，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，根據(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)明的其它示例性實施方案。本發(fā)明還涉及下列實施方案1. 一種用于降低室內(nèi)火災(zāi)危險的防火系統(tǒng)，所述防火系統(tǒng)(100)包括用于產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣的燃料電池(1)；和管道組合件(16)，用于將所述富氮氣陰極排放空氣供給到室0 內(nèi)，使所述室 (25)內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室05)內(nèi)的火災(zāi)危險。2.根據(jù)項目1的防火系統(tǒng)(100)，其還包括用于調(diào)節(jié)所述室0 內(nèi)氧含量的調(diào)節(jié)或控制單元03)。3.根據(jù)項目2的防火系統(tǒng)(100)，其中所述調(diào)節(jié)或控制單元配置為用于控制或調(diào)節(jié)以下至少其一所述燃料電池⑴的陰極的空氣供給(9)、所述燃料電池⑴的陽極的燃料供給(5)和所述室05) 內(nèi)的富氮氣陰極排放空氣供給。4.根據(jù)項目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物理參數(shù)所述室Q5) 內(nèi)的氧含量、所述室內(nèi)的氫含量、所述室0 內(nèi)的溫度、所述室0 內(nèi)的壓力、和所述室 (25)內(nèi)的煙發(fā)展；和數(shù)據(jù)線路(沈、27、觀)，用于將測量的物理參數(shù)從所述第一測量單元0 傳輸至所述調(diào)節(jié)和控制單元03)。5.根據(jù)前述項目之一的防火系統(tǒng)，還包括第二測量單元，用于測量選自以下的物理參數(shù)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)前述項目之一的防火系統(tǒng)，還包括用于將測量的物理參數(shù)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)前述項目之一的防火系統(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)前述項目之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于調(diào)節(jié)所述室05)內(nèi)壓力的減壓閥03)。9.根據(jù)前述項目之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括選自用于壓縮所述富氮氣陰極排放空氣的壓縮器(17、21)、用于冷卻所述富氮氣陰極排放空氣的熱交換器(18)、和用于使所述富氮氣的空氣與環(huán)境空氣混合的混合器單元中的至少其一。10.根據(jù)前述項目之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于使水從所述富氮氣陰極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00)。11.根據(jù)前述項目之一的防火系統(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)前述項目之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于從所述室05)向所述燃料電池(1)的陰極提供空氣供給(9)的供給管道 (15)，由此可以進一步降低所述室05)內(nèi)的氧含量。13.根據(jù)前述項目之一的防火系統(tǒng)(100)，其中所述調(diào)節(jié)和控制單元配置為用于控制或調(diào)節(jié)熱交換器(18)、壓縮器(8、 14、17、21)、減壓閥04)、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)前述項目之一的防火系統(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)前述項目之一的防火系統(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.根據(jù)前述項目之一的防火系統(tǒng)，其中所述室是航空器中的室。17.根據(jù)項目1 16中之一的防火系統(tǒng)(100)用于航空器中室05)的防火的用途。18.根據(jù)項目1 16中之一的防火系統(tǒng)(100)用于建筑物中室05)的防火的用途。19.根據(jù)項目1 16中之一的防火系統(tǒng)(100)用于船舶中室05)的防火的用途。20.根據(jù)項目1 16中之一的防火系統(tǒng)(100)在用于運動、醫(yī)療應(yīng)用或用于儲藏貨物的室中用于普通氧減少的用途。21.項目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. 一種航空器，其包括用于在所述航空器中的室05)中防火的項目1 16中之一的防火系統(tǒng)(100)。23. 一種用于在室05)中防火的方法，所述方法包括以下步驟將空氣從所述室0 外供給至燃料電池(1)；利用燃料電池⑴產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣；將所述富氮氣陰極排放空氣供給到所述室0 內(nèi)，使所述室0 內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室0 內(nèi)的火災(zāi)危險。24.根據(jù)項目22的方法，還包括以下步驟調(diào)節(jié)所述室05)內(nèi)的氧含量。25.根據(jù)項目22或23的方法，還包括以下步驟測量選自以下的至少一個物理參數(shù)所述室0 內(nèi)的氧含量、所述室內(nèi)的氫含量、所述室05)內(nèi)的溫度、所述室內(nèi)的濕含量、所述室05)內(nèi)的壓力，和所述室05)內(nèi)火災(zāi)特征的檢測；和將所測量的物理參數(shù)從所述測量單元0 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λ值來調(diào)節(jié)所述室0 內(nèi)的氧含量。下面將參照


本發(fā)明優(yōu)選的示例性實施方案。

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的流程示意圖。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的流程示意圖。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖7顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)的原理示意圖。
具體實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)明一個示例性實施方案的用于降低室(例如航空器內(nèi)的)內(nèi)火災(zāi)危險的防火系統(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，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供給到待保護的室。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的防火系統(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和干燥的富氮氣(貧氧氣)空氣202。在本文中，只有干燥的富氮氣空氣202作為惰性保護氣體，其通過管路16供給到待保護的室中。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，仍然可能供人長時間居住。降低的氧含量可以降低火災(zāi)或爆炸的危險。 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示意性顯示根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施方案的防火系統(tǒng)100的原理圖。對于燃料電池1，可以使用所有類型的燃料電池。此外，可以提供多個燃料電池1，例如這些燃料電池1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、50幻。這樣，可以進一步增強本發(fā)明防火系統(tǒng)100 的安全性。對于所用的燃料電池1，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/甲醇燃料電池(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，其可以通過從水儲存器到轉(zhuǎn)化器的供給管道提{共。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。在這點上，測量、控制、 和調(diào)節(jié)單元6可以作為傳感器運行，其測量例如體積、溫度和/或壓力，或也測量質(zhì)量，然后進一步處理相應(yīng)測量的物理參數(shù)，以基于此進行相應(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進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。為了使燃料3達到燃料電池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1。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λ值(過量空氣)或供給空氣的純度。而且，可以經(jīng)線路沈?qū)⑺鶞y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進行相應(yīng)的閥調(diào)節(jié)等。此外，過濾器單元11、鼓風(fēng)機12、熱交換器13或壓縮器14可以單獨或以任意組合方式連接至燃料電池1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氣。在航空器中，例如可以使用外部空氣或艙內(nèi)空氣。還可以經(jīng)管路15，從供給富氮氣陰極排放空氣2的室25或?qū)ο?5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。由于氮氣含量增加，導(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)的蔓延遠不及正常條件下強烈。例如，氧轉(zhuǎn)化率(λ )為2(其意味著50%的供給氧在燃料電池1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，可以在將富氮氣陰極排放空氣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，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，許多材料將不再會燃燒。通常還總是能夠進入室內(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)壓力的減壓閥對。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)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?？梢酝ㄟ^管線四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。從一個燃料電池至另一個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顯示另一個實施方案。此處，陰極排放空氣701連接至另一個用于減少氧的裝置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一步降低?？諝夥蛛x膜將空氣分成富氧氣和富氮氣的空氣流。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、食物儲藏、高原訓(xùn)練和許多其它應(yīng)用提供的減少氧的優(yōu)點可以通過以下領(lǐng)域中的燃料電池來補充。燃料電池運行安靜、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。保護室 801免于火災(zāi)，并且降低儲藏貨物的氧化行為。燃料電池的工作溫度提供另一個優(yōu)點，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、高原模擬和在一個系統(tǒng)中改進的儲藏條件。圖9中顯示在運動、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。可以以不同的方式可再生地產(chǎn)生電流，并供給到電解裝置901中以產(chǎn)生氫和氧。例如，通過光電902、水力903、風(fēng)力904或其它方式905來產(chǎn)生電流。相應(yīng)的發(fā)電機906(例如水電廠或風(fēng)力渦輪機)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存器907中，或者可以直接供給至燃料電池908。作為電解裝置的替代方案，可以通過轉(zhuǎn)化器909產(chǎn)生氫，其通過生物氣儲存器911、烴儲存器912或天然氣儲存器913提供。氧氣儲藏在儲存器910中。除氫以外，燃料電池需要空氣，其通過空氣供給914提供?？梢詫⑻幱跓崮芎碗娔苄问降漠a(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)用可能性很多，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)計方面不限于附圖中顯示的優(yōu)選實施方案。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”不排除復(fù)數(shù)。而且，參照上述實施方案之一描述的特征或步驟也可以與上述其它實施方案的其它特征或步驟結(jié)合使用。權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)視為限制。
權(quán)利要求
1.一種用于降低室05)內(nèi)火災(zāi)危險的防火系統(tǒng)，所述防火系統(tǒng)(100)包括用于產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣的燃料電池(1)；和管道組合件(16)，用于將所述富氮氣陰極排放空氣供給到所述室0 內(nèi)，使所述室 (25)內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室05)內(nèi)的火災(zāi)危險；測量單元001，403)，用于測量選自管道系統(tǒng)中排放空氣的氧含量和管道系統(tǒng)中排放空氣的氫含量的物理參數(shù)；和調(diào)節(jié)或控制單元(23)，用于調(diào)節(jié)所述室0 內(nèi)的氧含量和操作放泄閥以將所述陰極排放空氣釋放到環(huán)境中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的防火系統(tǒng)(100)，其中所述調(diào)節(jié)或控制單元配置為用于控制或調(diào)節(jié)以下至少其一所述燃料電池 (1)陰極的空氣供給(9)、所述燃料電池(1)陽極的燃料供給(5)和所述室05)內(nèi)的富氮氣陰極排放空氣的供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2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物理參數(shù)所述室0 內(nèi)的氧含量、所述室內(nèi)的氫含量、所述室0 內(nèi)的溫度、所述室0 內(nèi)的壓力、和所述室05) 內(nèi)的煙發(fā)展；和數(shù)據(jù)線路(26、27、觀)，用于將測量的物理參數(shù)從所述第一測量單元0 傳輸至所述調(diào)節(jié)和控制單元03)。
4.根據(jù)前述權(quán)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參數(shù)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)中所述排放空氣的體積流量、管道系統(tǒng)中所述排放空氣的溫度、管道系統(tǒng)中所述排放空氣的壓力、和管道系統(tǒng)中所述排放空氣的濕含量。
5.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參數(shù)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。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于調(diào)節(jié)所述室05)內(nèi)壓力的減壓閥03)。
7.根據(jù)前述權(quán)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氣陰極排放空氣的壓縮器(17、21)、用于冷卻所述富氮氣陰極排放空氣的熱交換器(18)、和用于使所述富氮氣空氣與環(huán)境空氣混合的混合器單元中的至少其一。
8.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氣陰極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00)。
9.根據(jù)前述權(quán)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。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)(100)，還包括用于從所述室05)向所述燃料電池(1)的陰極提供空氣供給(9)的供給管道(15)，由此可以進一步降低所述室0 內(nèi)的氧含量。
11.根據(jù)前述權(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)、減壓閥04)、氣候控制組合裝置、放泄閥、混合器單元和對氫轉(zhuǎn)化器的水的供給。
12.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。
13.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。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的防火系統(tǒng)， 其中所述室是航空器中的室。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 14中之一的防火系統(tǒng)(100)用于航空器中室05)的防火的用途。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 14中之一的防火系統(tǒng)(100)用于建筑物中室05)的防火的用途。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 14中之一的防火系統(tǒng)(100)用于船舶中室05)的防火的用途。
18.根據(jù)權(quán)利要求1 14中之一的防火系統(tǒng)(100)在用于運動、醫(yī)療應(yīng)用或用于儲藏貨物的室中用于普通氧減少的用途。
19.權(quán)利要求18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。
20.一種航空器，其包括用于在所述航空器中的室05)中防火的權(quán)利要求1 14中之一的防火系統(tǒng)(100)。
21.一種用于在室0 中防火的方法，所述方法包括以下步驟 將空氣從所述室0 外供給至燃料電池(1)；利用燃料電池(1)產(chǎn)生富氮氣陰極排放空氣；將所述富氮氣陰極排放空氣供給到所述室0 內(nèi)，使所述室0 內(nèi)的氧含量降低，從而降低所述室05)內(nèi)的火災(zāi)危險；測量選自管道系統(tǒng)中排放空氣的氧含量和管道系統(tǒng)中排放空氣的氫含量的物理參數(shù);和通過所述調(diào)節(jié)或控制單元調(diào)節(jié)所述室0 內(nèi)的氧含量，并且如果所述陰極排放空氣的氧含量超過定值或低于定值，操作放泄閥以將所述陰極排放空氣釋放到環(huán)境中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括以下步驟 調(diào)整所述室0 內(nèi)的氧含量。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的方法，還包括以下步驟測量選自以下的至少一個物理參數(shù)所述室0 內(nèi)的氧含量、所述室內(nèi)的氫含量、所述室05)內(nèi)的溫度、所述室內(nèi)的濕含量、所述室05)內(nèi)的壓力，和所述室05)內(nèi)火災(zāi)特征的檢測；和將所測量的物理參數(shù)從所述測量單元0 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λ值來調(diào)節(jié)所述室0 內(nèi)的氧含量。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，提供一種用于降低火災(zāi)危險的防火系統(tǒng)，該防火系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生富氮氣陰極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的室。
文檔編號A62C99/00GK102247671SQ20111010318
公開日2011年11月23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