專利名稱：低氧防火和滅火系統(tǒng)以及用于人居環(huán)境的可呼吸滅火組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明引入一種防火和滅火系統(tǒng)的方法、設(shè)備和組合物，它采用低氧(hypoxic)環(huán)境來-瞬間撲滅正燃燒的火-防止火災(zāi)的發(fā)生憑借其基于可呼吸滅火氣體的控制釋放作用模式，此種人類友好系統(tǒng)完全無毒、全自動(dòng)并且完全自維持。因此，它理想地適合用來為住房、工業(yè)廠房、交通隧道、機(jī)動(dòng)車、檔案館、電腦機(jī)房以及其他密閉環(huán)境提供全面消防保護(hù)。
對(duì)于大多數(shù)發(fā)生在有大量電子設(shè)備場(chǎng)所的火災(zāi)(包括工業(yè)和非工業(yè)的)，此種防火和滅火系統(tǒng)(FirePASSTM)具有絕對(duì)不需要水、泡沫或其他有損壞作用試劑的附加優(yōu)點(diǎn)。因此，它可充分發(fā)揮其效能(deployed)，而不會(huì)像傳統(tǒng)消防系統(tǒng)那樣對(duì)復(fù)雜電氣設(shè)備(及其存儲(chǔ)數(shù)據(jù))造成損壞。
一方面這對(duì)于技術(shù)密集單位，如銀行、保險(xiǎn)公司、通訊公司、制造廠、醫(yī)療服務(wù)單位和軍事設(shè)施都極端重要，另一方面，當(dāng)考慮到電子設(shè)備的存在與火災(zāi)危險(xiǎn)增加之間的直接聯(lián)系，其意義就更大了。
背景技術(shù)：
目前的滅火系統(tǒng)采用水、化學(xué)藥劑、氣體滅火劑(如Halon 1301、二氧化碳和七氟丙烷)或者它們的組合。它們實(shí)際上全都具有臭氧破壞作用、毒性和對(duì)環(huán)境不友好。再者，此類系統(tǒng)只能在起火以后實(shí)施作用。即便最近推出Fire Master 200(FM 200)滅火系統(tǒng)(由美國(guó)Kidde-Fenwal公司供應(yīng))，但它仍然是化學(xué)依賴性的且僅能阻滯火勢(shì)的蔓延幾分鐘。此種阻火氣體一旦耗盡，接踵而來的還是導(dǎo)致電子設(shè)備和其他寶貴物品被永久破壞的噴淋系統(tǒng)。
暴露于FM-200及其他滅火劑所造成的危害尚不如暴露于其分解產(chǎn)物那樣大，后者大多是劇毒并危及生命。因此，目前尚沒有既安全又有效的阻火/滅火組合物。
談到火車、輪船和飛機(jī)火災(zāi)，由于不具備迅速撤出乘客的能力，往往造成特別嚴(yán)重的情況。死在法國(guó)Mont Blanc隧道火災(zāi)內(nèi)的乘客大多數(shù)在數(shù)分鐘內(nèi)窒息而死。在此種情況下，問題又因通風(fēng)豎井的存在而變得益發(fā)嚴(yán)重。本來被設(shè)計(jì)用來為被困人群提供可呼吸空氣的這些豎井實(shí)際上起到急劇加速火勢(shì)蔓延這種不幸的副作用。尤其具有毀滅性的是帶坡度的隧道中發(fā)生的“煙囪效應(yīng)”。這方面的一個(gè)例子是發(fā)生在奧地利的阿爾卑斯山Kaprun的滑雪隧道火災(zāi)。
另外，通風(fēng)豎井(它實(shí)際上存在于所有多層建筑和工業(yè)實(shí)施中)明顯增加毒氣吸入的危險(xiǎn)。這一問題又因能夠急劇加速火勢(shì)蔓延的可燃材料的經(jīng)常存在而變得益發(fā)嚴(yán)重。雖然遠(yuǎn)程傳感器的普及已在火災(zāi)早期探測(cè)方面導(dǎo)致重大突破，但防火/滅火的改進(jìn)最多也只是有了長(zhǎng)足進(jìn)步。
例如最先進(jìn)的隧道火災(zāi)滅火系統(tǒng)由Domenico Piatti(PCT IT00/00125)，e-mailrobogat@tin.it，提供。基于自動(dòng)化車輛(ROBOGAT)的快速調(diào)度，該Robogat經(jīng)由出事隧道開到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。一旦到達(dá)，它便釋放有限的水和泡沫以開始滅火。需要的話，Robogat可將一個(gè)探頭插入到隧道的內(nèi)部水源，以供繼續(xù)滅火。此種系統(tǒng)由于下列原因而嚴(yán)重受限-火災(zāi)爆發(fā)與Robogat的到達(dá)之間時(shí)間上的延遲不可接受。
-隧道火特有的高溫將導(dǎo)致單軌鐵路、水和通訊線路變形和破壞。
-Robogat構(gòu)造的耐火能力非常值得懷疑。
-水和泡沫在高溫隧道火災(zāi)中的使用僅僅部分有效，并且將導(dǎo)致被困人員死亡率增加的劇毒蒸汽的產(chǎn)生。
現(xiàn)代客機(jī)中至今仍未解決的主要安全隱患之一是缺乏適當(dāng)滅火和防火設(shè)備。
事實(shí)上，殺死大多數(shù)機(jī)組人員和乘客的不是與飛機(jī)內(nèi)火災(zāi)相聯(lián)系的火焰，而是飽含有毒物質(zhì)如苯、二氧化硫、甲醛、氯化氫、氨和氫氰酸之類的煙霧。雖然，這些以及其他化學(xué)物質(zhì)能致死，但大多數(shù)受害者還是死于一氧化碳。火災(zāi)期間，尤其在通風(fēng)不足的密閉空間內(nèi)大量產(chǎn)生的此種無色、無嗅氣體，極其致命，即便在低于1％的低濃度情況下。
在諸如不具備隨時(shí)可用逃離措施的飛機(jī)機(jī)艙之類密閉空間內(nèi)，釋放出來的毒性燃燒產(chǎn)物乃是空運(yùn)工業(yè)的主要憂患。此種憂患對(duì)客機(jī)特別重要，因?yàn)轱w機(jī)的載客量越來越大，暴露于此種危險(xiǎn)的乘客人數(shù)相應(yīng)地越來越多。
有毒化學(xué)物質(zhì)在現(xiàn)代先進(jìn)材料中的推廣應(yīng)用導(dǎo)致機(jī)艙設(shè)計(jì)完全用塑料、織物、電線和襯里這樣一些受熱到足以產(chǎn)生氣體時(shí)會(huì)變得極端危險(xiǎn)的材料制成。在像這樣的有毒環(huán)境中，存活時(shí)間僅限于數(shù)分鐘。近幾十年的統(tǒng)計(jì)分析表明，約70～80％的火災(zāi)死亡由有毒煙霧的吸入所致。
現(xiàn)代客機(jī)充斥著電氣和電子設(shè)備，彼此間用好幾英里的電線和電纜連接著。各種原因的緊急事故可能導(dǎo)致電流短路，結(jié)果造成絕緣外套和周圍可燃材料的起火。隨后是有毒氣溶膠的大量產(chǎn)生，根據(jù)人類火災(zāi)死亡率經(jīng)驗(yàn)，這構(gòu)成主要危險(xiǎn)。
雖然飛機(jī)，如氣體渦輪機(jī)和燃料箱用的最重要救生系統(tǒng)都配備了自動(dòng)滅火系統(tǒng)，但客艙和駕駛員座艙極度缺乏防火措施。諸如Halon2000等之類標(biāo)準(zhǔn)滅火物質(zhì)的使用不能解決這一問題，因?yàn)樗鼈兏邷胤纸獾漠a(chǎn)物有劇毒。美國(guó)專利4,726,426(Miller)公開一種從貨運(yùn)消防系統(tǒng)借鑒的在飛機(jī)客艙中采用通風(fēng)管之類的滅火方法，然而這將使乘客暴露于煙霧、滅火劑及其劇毒高溫分解產(chǎn)物的潛在致命組合之中。
一旦機(jī)艙起火，駕駛員必須完成一種緊急故障檢查清單以便查出火災(zāi)源。駕駛員的故障檢查清單太長(zhǎng)，無法讓機(jī)組人員在空中將火災(zāi)控制住。就1998年墜毀在Nova Scotia附近的瑞士航空公司111航班的機(jī)組人員來說，首次報(bào)告煙霧之后過了20min便墜機(jī)了，而標(biāo)準(zhǔn)檢查清單卻需要30min才能完成。
假定氧氣面罩能拯救乘客和機(jī)組人員免于吸入毒氣。事實(shí)上，飛機(jī)駕駛員被告知當(dāng)吸氧火災(zāi)的危險(xiǎn)會(huì)使情況變得更加嚴(yán)峻時(shí)不得釋放面罩。況且，這些面罩實(shí)際上對(duì)燃燒的有毒氣體無用。機(jī)組人員和乘客使用的標(biāo)準(zhǔn)氧氣面罩上面帶有開口，用于機(jī)艙內(nèi)空氣與氧氣源的混合，于是給致命氣體提供直達(dá)肺部的通路。再者，客機(jī)中的氧氣供應(yīng)(氧氣源)只提供呼吸所需氧氣流量的不足20％并且持續(xù)僅僅數(shù)分鐘。
另外，增加新鮮空氣的供應(yīng)，正如加拿大室內(nèi)空氣技術(shù)公司的ECHO空氣系統(tǒng)所提供的，將只會(huì)蔓延火勢(shì)和加速死亡。它們?cè)趙ww.indoorair.ca上提供的專利申請(qǐng)公開，一種改進(jìn)的空氣通風(fēng)系統(tǒng)將能夠更有效地去除污染的空氣并向機(jī)艙中供應(yīng)新鮮空氣。雖然宣稱是一項(xiàng)火災(zāi)安全的改進(jìn)，但實(shí)際上該方法改進(jìn)的是對(duì)火源的供氧。
US Air Line Pilots Association(ALPA)(美國(guó)航空公司飛行員協(xié)會(huì))的一項(xiàng)最新研究指出，1999年，平均一個(gè)美國(guó)航空公司每天因短路導(dǎo)致火花的產(chǎn)生在加壓艙內(nèi)造成煙霧和起火而緊急迫降一次。接線錯(cuò)誤是罪魁禍?zhǔn)住?br> 一些組織采取斷然措施對(duì)付這個(gè)問題。1987年，美國(guó)海軍命令從它們的飛機(jī)上拆除最脆弱的接線；1999年，一次接線錯(cuò)誤導(dǎo)致發(fā)射被取消后，NASA令其整個(gè)航天飛機(jī)隊(duì)伍停飛。然而，每天仍有成千上萬的乘客乘坐配備著無法適當(dāng)檢測(cè)錯(cuò)誤的舊接線的商業(yè)飛機(jī)。在美國(guó)，聯(lián)邦航空總署(Federal Aviation Administration)(FAA)正在開展一項(xiàng)針對(duì)可能困擾飛行了20年以上的飛機(jī)的問題調(diào)查。自從1988年以來，陳舊飛機(jī)計(jì)劃(Aging Aircraft Program)一直在進(jìn)行，此計(jì)劃由一次事故促成，其中一架舊波音737當(dāng)飛行在夏威夷上空時(shí)一部分艙頂被掀掉。1996年，TWA航班800墜落在長(zhǎng)島的近海，機(jī)上230人全部喪生。燃料箱內(nèi)的接線錯(cuò)誤最可能是這次爆炸的原因。在那次墜機(jī)之后，全球范圍內(nèi)對(duì)其他航空公司的檢查導(dǎo)致另外幾架存在連接燃料箱內(nèi)傳感器的陳舊電線上的絕緣由于振動(dòng)已經(jīng)磨掉，或者在常規(guī)維修期間受損等問題的飛機(jī)被發(fā)現(xiàn)。
目前，在人居設(shè)施中只有4種滅火方法-用水-用泡沫-用化學(xué)阻燃劑-用氣體阻燃劑本發(fā)明采用截然不同的辦法采用低氧可呼吸空氣防火和滅火。該低氧環(huán)境完全消除所有可燃材料的起火和燃燒。而且，它對(duì)于人類呼吸完全安全(臨床研究證明，長(zhǎng)期暴露于低氧環(huán)境對(duì)健康有明顯的好處)。低氧可呼吸空氣可通過從周圍空氣中提取氧而能低成本地生產(chǎn)必要數(shù)量。
就防火而言，經(jīng)常維持低氧環(huán)境可完全消除火災(zāi)的可能，同時(shí)提供一種極其有益健康的環(huán)境。從滅火來看，本發(fā)明可瞬間將正常含氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榈脱醐h(huán)境，同時(shí)對(duì)人類生命絕無負(fù)面影響。這對(duì)于明火和爆炸的情況極其有用。
基于對(duì)人類生理學(xué)與燃燒的化學(xué)物理性質(zhì)之間的根本差異的利用，此種全新方法徹底解決了防火與為人類提供安全可呼吸環(huán)境之間的內(nèi)在矛盾。因此，本發(fā)明是火災(zāi)管理方面的一大進(jìn)步，并將使所有目前的化學(xué)系統(tǒng)過時(shí)。
低氧防火和滅火系統(tǒng)將完全防止因火災(zāi)爆發(fā)而造成的大規(guī)模社會(huì)-經(jīng)濟(jì)方面的損失.
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的如下-提供一種可呼吸滅火組合物。
-一種在人居環(huán)境中產(chǎn)生防火的低氧氣氛的方法。
-提供一種產(chǎn)生具有滅火性能的可呼吸的低氧空氣的除氧設(shè)備。此種設(shè)備采用分子篩吸附、膜分離和其他氧提取技術(shù)的方法。
-提供一種在人居環(huán)境中連續(xù)或偶爾使用的可呼吸滅火組合物。
-提供一種設(shè)備和方法，用于瞬間產(chǎn)生能滅火、耗損氧但人仍能安全地呼吸(不需要呼吸支持手段)的氣氛。這可通過釋放低氧滅火劑并造成一種氧含量介于10％～17％的滅火氣氛來實(shí)現(xiàn)。
-提供一種在溫濕度受控制的氣密物體內(nèi)產(chǎn)生防火氣氛的方法。這可通過向人工氣氛中引入惰性壓艙物和改變當(dāng)前生命支持系統(tǒng)的初始設(shè)定并為此重新編程來實(shí)現(xiàn)。
-在隧道、機(jī)動(dòng)車、私人住宅(分開的房間或整個(gè)結(jié)構(gòu))、公共/工業(yè)設(shè)施以及所有其他非氣密人居環(huán)境內(nèi)提供低氧防火/滅火環(huán)境。
-提供從高壓氣體系統(tǒng)或自成一體的(autonomous)容器中瞬間釋放貯存的氧耗損氣體混合物的滅火系統(tǒng)。
-提供一種利用幕墻(drop curtain)、門或其他物理分隔手段找出火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，隨后釋放可呼吸滅火氣體混合物的方法和能力。
-利用低氧滅火劑在飛機(jī)上產(chǎn)生具有滅火性能的可呼吸氣氛來提供飛機(jī)滅火系統(tǒng)。
-提供具有低氧滅火劑貯存用的彈性可膨脹容器的飛機(jī)滅火系統(tǒng)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1代表氧和氮分子在低氣壓或天然高空環(huán)境中的密度示意圖。
圖2代表氧和氮分子在具有相同氧分壓的常壓(normbaric)低氧環(huán)境中的密度示意圖。
圖3代表氧和氮分子在常壓常氧(normoric)環(huán)境中，或在海平面處環(huán)境空氣中的密度示意圖。
圖4示意地表示常壓低氧防火和滅火系統(tǒng)的工作原理。
圖5代表低氧發(fā)生器HYP-100/F的工作原理示意圖。
圖6提供與圖5所示相同發(fā)生器的未來修改方案。
圖7解釋膜分離組件的工作原理。
圖8展示低氧空氣引入到受控環(huán)境中以后的火焰熄滅曲線與血紅素/氧飽和曲線的比較情況。
圖9表示住宅用本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
圖10給出多層建筑用本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
圖11表示工業(yè)廠房用本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
圖12給出任何類型建筑中選擇的房間用便攜式滅火系統(tǒng)的示意圖。
圖13展示移動(dòng)式修改方案中的本發(fā)明系統(tǒng)的獨(dú)特性能。
圖14給出當(dāng)本發(fā)明系統(tǒng)放在地下軍事設(shè)施通風(fēng)系統(tǒng)中實(shí)施時(shí)的示意圖。
圖15給出該系統(tǒng)在汽車隧道中的工作原理的示意圖。
圖16給出一條配備局域化幕墻-展開系統(tǒng)的隧道斷面示意圖。
圖17表示本發(fā)明系統(tǒng)用于電氣化鐵路或地鐵隧道的示意圖。
圖18表示帶有分隔門的隧道進(jìn)口正視圖。
圖19給出本發(fā)明系統(tǒng)用于高山滑雪軌道車或纜車隧道的示意圖。
圖20表示可用于火車、公共汽車、地鐵車廂或其他客運(yùn)機(jī)動(dòng)車中的(車載)On-Board FirePASS的示意圖。
圖21表示FirePASS技術(shù)在目前客機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)中的實(shí)施。
圖22給出FirePASS在下一代可在地球大氣層上方飛行的飛機(jī)(或空間飛行器)中的實(shí)施。
圖23展示密封人居空間用的自成一體的空氣再生系統(tǒng)的一般工作原理。
圖24展示低氧FirePASS技術(shù)在軍用車輛空氣自動(dòng)再生系統(tǒng)中的實(shí)施。
圖25給出作為空間站內(nèi)部氣氛一部分的低氧滅火可呼吸組合物的示意圖。
圖26給出海輪，如油輪、貨船、巡邏艇或軍艦中使用的海上FirePASS系統(tǒng)示意圖。
圖27展示海上FirePASS的工作原理。
圖28表示Aircraft Fire Suppression System(飛機(jī)滅火系統(tǒng))在機(jī)艙設(shè)計(jì)中的實(shí)施。
圖29、30、31和32示意地畫出AFSS(飛機(jī)滅火系統(tǒng))的工作原理。
圖33展示吸入空氣中含10％O2情況下氧血紅素飽和度的變化，其中一種情況是吸入空氣含有環(huán)境大氣CO2濃度，而另一種情況將該CO2含量增加到最高4％。
圖34給出一幅曲線圖，代表在海拔2.5km或現(xiàn)代客機(jī)機(jī)艙內(nèi)對(duì)暴露于本發(fā)明可呼吸低氧滅火組合物的平均生理響應(yīng)。
發(fā)明敘述本發(fā)明基于在Hypoxico公司制造的Hypoxic Room System中進(jìn)行一項(xiàng)研究期間的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，常壓、低氧環(huán)境中點(diǎn)燃和燃燒的過程與低壓或具有相同氧分壓的天然高空環(huán)境中的點(diǎn)燃和燃燒過程大相徑庭。
例如，在海拔9,000英尺(2700m)處4.51英寸(114.5mm汞柱)氧分壓的空氣能輕易地支持蠟燭的燃燒或紙的點(diǎn)燃。
然而，若造成一種具有相同氧分壓(4.51英寸或114.5mm汞柱)的對(duì)應(yīng)常壓環(huán)境，蠟燭將不燃燒，紙也點(diǎn)不著。即使是火柴，當(dāng)存在于其尖端的載氧化學(xué)藥劑耗盡之后也將瞬間熄滅。因此，任何火，只要引入到此種常壓低氧環(huán)境中，都將瞬間熄滅。即便是丙烷氣體打火機(jī)或氣體火把，也不能在此種環(huán)境中點(diǎn)燃。
這一驚人發(fā)現(xiàn)引出一個(gè)顯而易見的問題“為什么兩種環(huán)境，含有相同氧分壓(每特定體積相同的氧分子數(shù)目)卻產(chǎn)生如此不同的點(diǎn)燃和燃燒過程？”答案很簡(jiǎn)單“這兩種環(huán)境中氧濃度的差異減少了氧氣支持燃燒的(可)利用率。這是因?yàn)榈肿訉?duì)氧分子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的干擾所致”。換句話說，氮分子密度的增加提供一種阻礙氧被利用的“緩沖區(qū)”。
圖1給出在海拔9,000英尺/2.7km的低(氣)壓或天然環(huán)境中氧與氮分子的密度示意圖。(為下面解釋起來簡(jiǎn)單起見，所有其他大氣氣體皆忽略不計(jì))。黑圓圈代表氧分子，空心圓圈代表氮分子。
圖2表示具有相同氧分壓(4.51英寸或114.5mm汞柱)但處于760mm汞柱的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓力的低氧環(huán)境中的分子密度。
如圖所示，兩種環(huán)境每特定體積含有相同數(shù)量氧分子。然而，在第二種情況(如圖2所示)下，氮分子對(duì)氧分子的相對(duì)數(shù)量分別為約6∶1～4∶1。
當(dāng)就兩種氣體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，氮分子與氧分子相比，既慢又不容易透過(二者比值為2.5倍)。此種惰性氮分子數(shù)量的相對(duì)增加妨礙了氧分子的動(dòng)力學(xué)行為。這降低了它們支持點(diǎn)燃和燃燒的能力。
圖3顯示，在海平面，環(huán)境空氣中的氧/氮組合物的氧分壓(159.16mm汞柱)比在9,000英尺處空氣的氧分壓(114.5mm)大。應(yīng)當(dāng)指出，環(huán)境空氣在地球大氣層中任何一部分(從海平面到珠穆朗瑪峰)都具有20.94％的氧濃度。然而，在海平面的環(huán)境空氣卻處在大得多的壓力下。因此，每特定體積的氣體分子數(shù)目隨著氣體分子之間距離的縮短而增加。
“低氧閾值”及其生物學(xué)背景上一個(gè)十年期間積累了大量有關(guān)低氧環(huán)境生物學(xué)效應(yīng)的數(shù)據(jù)。廣泛的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)連同深入的臨床研究已經(jīng)確立了常壓低氧空氣對(duì)健美訓(xùn)練和疾病預(yù)防帶來明確好處。在含有對(duì)應(yīng)氧分壓的常壓呼吸空氣(海拔最高到2600m處)中的氧濃度對(duì)人體絕無不利副作用。(Peacock1998)。
全世界在該海拔高度居住著成千上萬的人，都沒有發(fā)現(xiàn)有害健康的效應(yīng)。(Hochachka 1998)。
本發(fā)明人分析了從大量實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論，即在常壓條件下，可以創(chuàng)造出一種含有同時(shí)能抑制點(diǎn)燃和燃燒的可呼吸低氧空氣的人工環(huán)境。
開展了許多著眼于在低氧可呼吸空氣常壓環(huán)境中的點(diǎn)燃抑制和火焰熄滅的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一旦氧含量降低到低于16.8％，普通可燃材料便不再可點(diǎn)燃。在燃燒試驗(yàn)期間，各種各樣試驗(yàn)材料的擴(kuò)散火焰，當(dāng)氧含量降低到低于16.2％時(shí)便徹底熄滅。
這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了新科學(xué)術(shù)語——“低氧閾值”——的創(chuàng)立的合理性，該閾值代表，任何一種燃料在氧含量16.2％的人工氣氛中便達(dá)到其絕對(duì)可燃性極限?；鹧嬖诘脱蹰撝禇l件下的熄滅造成燃燒的瞬間消除；包括陰燃(余燼)的加速熄滅。這導(dǎo)致有毒煙霧和氣溶膠緊接著就受到抑制。
這些實(shí)驗(yàn)清楚地證明，一種可呼吸的人類友好環(huán)境，其中氧含量低于16.2％，將徹底抑制點(diǎn)燃和燃燒。
就氧分壓而言，該低氧閾值(16.2％O2)對(duì)應(yīng)于2200m海拔高度。該海拔等于常規(guī)飛行期間客機(jī)加壓時(shí)所采用的海拔。它已證明完全安全，即便對(duì)有慢性病，如心肺功能不全的人來說也是安全的(Peacock1998)。
處于低氧閾值的常壓環(huán)境提供一種防火環(huán)境，它對(duì)私人住宅或是工作場(chǎng)所都是完全安全的。科學(xué)證明，適度常壓低氧的生理作用等同于對(duì)應(yīng)天然高海拔表現(xiàn)出的作用。成千上萬人選擇這樣的海拔(2～3km)休假，而未見有害副作用。
圖8中提供的示意圖對(duì)比了兩種氧-依賴系統(tǒng)(火焰和人體)當(dāng)暴露于低氧環(huán)境時(shí)的不同反應(yīng)。
曲線Y代表在受控環(huán)境中隨著氧含量的降低燃燒強(qiáng)度(對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定擴(kuò)散火焰高度)的下降。100％相當(dāng)于環(huán)境大氣氧含量——20.94％的最大火焰高度。當(dāng)受控氣氛中氧含量降低到低于18％時(shí)，可觀察到一個(gè)火焰高度的銳減。到了低氧閾值X(16.2％O2)時(shí)，火焰及其相聯(lián)系的熾熱完全熄滅。
就防火而言，低氧閾值可設(shè)定在16.8％。這是因?yàn)?，擴(kuò)散火焰通過對(duì)流和來自燃料分解的自由基產(chǎn)生兩種因素的組合得到補(bǔ)充氧，而這兩種因素直至點(diǎn)燃后才會(huì)出現(xiàn)。然而，為保證最大保護(hù)效果，未來的實(shí)施方案將要求環(huán)境的氧含量等于或低于“低氧閾值”(16.2％)。
曲線Z表示血紅素的氧飽和度隨吸入氧分壓的變化。在環(huán)境空氣中(海平面)，平均體內(nèi)血紅素飽和度是98％。在動(dòng)態(tài)平衡下，氧分子結(jié)合到亞鐵血紅素(血紅素分子的活性、攜氧部分)上的速率等于氧分子釋放的速率。當(dāng)PO2(氧分壓)提高時(shí)，氧分子結(jié)合到血紅素上的速率超過它們被釋放的速率。當(dāng)PO2降低時(shí)，氧分子從血紅素上釋放的速率超過它們被結(jié)合的速率。
在正常熱條件下，即便當(dāng)暴露于60mm汞柱的肺泡(alveolar)PO2時(shí)(對(duì)應(yīng)于3300m高空或，含14％O2的常壓低氧空氣)，血紅素的飽和度維持在高于90％的水平。這意味著，盡管肺泡空氣的氧含量顯著降低，氧的輸運(yùn)將以可接受速率繼續(xù)進(jìn)行。
重要的是應(yīng)注意到，吸入氧的分壓只決定肺泡內(nèi)的血紅素飽和度。所有此后的氧輸運(yùn)和代謝則僅取決于人體細(xì)胞的需求與人體血管遞送能力之間的平衡。在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，中性稀釋氣體的分壓不影響氧的代謝與輸運(yùn)。
相反，氧分子支持燃燒的能力則隨著中性或惰性氣體(在本文情況下為氮?dú)?相對(duì)濃度的增加而顯著受挫。
這兩個(gè)氧依賴系統(tǒng)截然不同的性質(zhì)是導(dǎo)致低氧閾值的低氧環(huán)境對(duì)人類生命完全安全，卻又不支持燃燒的決定性因素。
圖8中給出的曲線圖清楚地顯示，低氧閾值并不顯著改變體內(nèi)血紅素的飽和度。相反，低氧閾值卻能瞬間熄滅任何火焰。要知道，曲線Z代表未經(jīng)預(yù)適應(yīng)過程便暴露于低氧的個(gè)體的血紅素飽和度。在預(yù)啟動(dòng)地采用低氧環(huán)境(以防火)的情況下，個(gè)體將能快速適應(yīng)此種低氧水平并將具有正常血紅素飽和度水平。
因此，人長(zhǎng)時(shí)間呆在低氧環(huán)境中絕對(duì)沒有危險(xiǎn)。事實(shí)上，大量醫(yī)學(xué)出版物報(bào)道了長(zhǎng)期暴露于常壓低氧會(huì)帶來顯著的健康好處。有關(guān)這方面研究的進(jìn)一步信息可參見Hypoxico公司的網(wǎng)頁(www.hypoxico.com)。
另外，進(jìn)一步研究指出，高濕度水平提高低氧環(huán)境滅火的能力。這是由于高速運(yùn)動(dòng)的水分子造成一種二級(jí)緩沖區(qū)，使得氧分子更不容易用于支持點(diǎn)燃和燃燒。
圖4展示一個(gè)生活或工作用消防保護(hù)的常壓(或略微帶正壓)人居空間11的基本概念示意圖。
圖4描寫一個(gè)房間11的特定情況，其中有一排排的電子設(shè)備13(或貯存的可燃材料)，處于氧濃度等于或低于低氧閾值的常壓環(huán)境中。該環(huán)境通過以下措施提供絕對(duì)防火安全-預(yù)防可燃材料的點(diǎn)燃-瞬間撲滅電氣或化學(xué)火情。
氧含量介于17％～18％的低氧環(huán)境也可提供有限防點(diǎn)燃和燃燒的保護(hù)。然而，建議在公共區(qū)域(例如，博物館、檔案館等)將氧濃度維持在15％～16.8％。對(duì)于要求特級(jí)防火保護(hù)的人居公共設(shè)施，建議氧含量在14％～15％。僅要求人類短時(shí)間光顧的設(shè)施可采用氧含量介于12％～14％的環(huán)境。這對(duì)應(yīng)于3km～4.5km(10,000英尺～14,500英尺)海拔。
電腦機(jī)房?jī)?nèi)部的低氧空氣通過一臺(tái)分流空氣調(diào)節(jié)裝置(14)，再通過軟管16連接到外部熱交換器(15)而保持在67°F(18℃)。暖空氣通過吸入口17進(jìn)入到裝置14中，變冷，然后通過出口18離開裝置14。熱制冷劑和冷凝水(來自空氣)通過連接軟管16送入到室外裝置15中。在此，制冷劑變冷，而冷凝水則蒸發(fā)或排掉。分流空調(diào)裝置的工作原理是熟知的，故在此不再贅述。合適的裝置——PAC/GSR由意大利公司DeLonghi制造。較大型分流空調(diào)系統(tǒng)也容易買到。至于不包括電腦設(shè)備的設(shè)施，則不要求空調(diào)。
低氧發(fā)生器20安裝在房間11外面。發(fā)生器20通過吸入口21吸入環(huán)境空氣并提取氧氣。隨后，富氧空氣通過出口22排掉。剩下的低氧氣體混合物通過供風(fēng)出口23送入到房間11內(nèi)。多余低氧空氣通過門12離開房間11，以便平衡房間11內(nèi)部與外面環(huán)境之間的大氣壓。
供人員進(jìn)入的門12是不氣密的——容許多余空氣離開房間11。對(duì)于一個(gè)20立方米的房間，約5mm的間隙已足以起到中間壓力均衡的作用。對(duì)某些場(chǎng)合，有利的是，造成一種略帶正壓的環(huán)境。這很容易通過將房間11做成氣密的并消除門12四周的間隙來達(dá)到。其他的可能描述在以前的美國(guó)專利5,799,652和5,887,439中。
房間11需要的低氧發(fā)生器數(shù)量取決于其大小與容納多少人這兩種因素的組合。最適合20m3房間的發(fā)生器是HYP-100/F。這是目前Hypoxico公司(紐約)供應(yīng)的。HYP-100/F采用PSA(變壓吸附)技術(shù)從環(huán)境空氣中提取氧。該免維護(hù)裝置的重量只有55磅(25kg)，僅需要450W。同樣能力的氮?dú)獍l(fā)生器將是它的3倍重，消耗2～3倍的功率。該低氧發(fā)生器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠提高低氧空氣的濕度。為避免事故，氧濃度設(shè)定不能由用戶改變。
圖5畫出低氧發(fā)生器20的工作原理。壓縮機(jī)24通過吸入過濾器21吸入環(huán)境空氣，并將其壓縮到最高18psi。壓縮空氣隨后在冷卻器25中冷卻，然后通過管道26送入到分配閥27中。分配閥通過歧管28連接到多個(gè)分離容器或分子篩床29上。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，分子篩床可安裝成一條直線或者環(huán)形方式。分子篩床的數(shù)目可為1到12不等。HYP-100/F被設(shè)計(jì)成具有12個(gè)分子篩床排成環(huán)形形式，按3個(gè)循環(huán)進(jìn)行加壓，每次4個(gè)床。這是通過旋轉(zhuǎn)分配閥27實(shí)現(xiàn)的。在此種情況下，小的致動(dòng)電機(jī)30驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥27。旋轉(zhuǎn)分配閥、電機(jī)和致動(dòng)機(jī)構(gòu)的式樣和工作原理都是熟知的，在此不再贅述。所有這些部件可從到處都是的閥經(jīng)銷商那里買到。
每個(gè)分子篩床29(或在HYP-100/F的情況下，為一組床)通過閥27分幾個(gè)周期加壓，該閥選擇性地改變壓縮空氣的指向，進(jìn)入每個(gè)床。這些床29充填了分子篩材料(優(yōu)選沸石)，它們?nèi)菰S氧通過但吸附大多數(shù)其他氣體，包括水蒸汽(這對(duì)于最終產(chǎn)物是重要的)。氧(或富氧級(jí)分)穿過分子篩，被收集在收集器31中并通過釋放閥32釋放。然后，它通過出口22排入大氣。
當(dāng)床29之一中的沸石被氧耗損了的空氣飽和時(shí)，閥27切斷壓縮空氣供應(yīng)。這個(gè)床隨后降壓，讓該床29中氧耗損的空氣從沸石上逸出。然后，它被送過歧管28，進(jìn)入到低氧空氣供應(yīng)管道23中。該單向釋放閥32將富氧級(jí)分保持在處于極低壓力(約5psi)的收集器31中。這保證床29降壓期間有足夠的氧氣重新進(jìn)入。反吹的氣體吹掃被氮?dú)夂退廴镜姆惺璐颂岣咚鼈兊奈漳芰Α?br> 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)機(jī)30可換成直線致動(dòng)機(jī)，帶有機(jī)械空氣分配閥27。電機(jī)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)機(jī)30也可換成一組螺線管，或電操作的空氣閥27。然而，這將要求附加電路板，從而提高發(fā)生器20的成本并降低可靠性。電磁閥、機(jī)械閥、電動(dòng)閥和直線致動(dòng)機(jī)到處有供應(yīng)，因此不再贅述。
圖6表示可由Hypoxico公司購(gòu)得的低氧發(fā)生器40。此種型號(hào)靠壓縮機(jī)24提供的壓縮空氣工作，不要求額外的電機(jī)、開關(guān)或電路板。在此種情況下，分配閥47由一個(gè)或多個(gè)安裝在歧管48上的空氣-控制閥組成?？諝?控制閥由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，不要求額外的支持。壓縮空氣由Hypoxico公司供應(yīng)的長(zhǎng)壽HEPA過濾器49凈化。合適的空氣-控制閥可由Humphrey Product(Kalamazoo，MI，美國(guó))購(gòu)得。在分配閥47中可采用各種各樣的組合，按周期方式分配壓縮空氣。合適的閥可從下列當(dāng)中選擇，其中包括電動(dòng)、機(jī)械、空氣控制或電磁閥。直線和旋轉(zhuǎn)構(gòu)型都有供應(yīng)，其中致動(dòng)機(jī)構(gòu)可由壓力、機(jī)械彈簧、電機(jī)或定時(shí)器控制。要在本文中列舉所有潛在可能的空氣分配方案是不可能的。此種型式中的分子篩數(shù)目可為1～12(或更多)不等。
HYP-100/F以100L/mi n的速率提供15％氧的低氧空氣(從10％到18％的不同設(shè)定值可供選用，且必須在制造廠預(yù)置)。HYP-100/F為防篡改的，未經(jīng)授權(quán)的個(gè)人不能改變其氧設(shè)定。最高到1200L/min的較大尺寸發(fā)生器也可從Hypoxico公司購(gòu)得。
低氧發(fā)生器20供應(yīng)濕度比周圍空氣大出約15％的低氧空氣。在溫和的氣候中，此種提高的濕度水平連同適當(dāng)?shù)臏囟葹殡娔X提供完美的環(huán)境。在比較干燥的氣候中，或者當(dāng)?shù)獨(dú)獍l(fā)生器被用來代替低氧發(fā)生器20時(shí)，建議安裝加濕器19(在其他情況下任選)以便將房間保持在大約40％的相對(duì)濕度。任何具備供公共場(chǎng)所使用許可證的加濕器都是可接受的。
在特殊發(fā)生器房間內(nèi)可放多臺(tái)發(fā)生器20，該房間備有自己的空調(diào)系統(tǒng)和每臺(tái)HYP-100/F發(fā)生器超過500ft3/h(14m3/h)的新鮮空氣供應(yīng)源。這對(duì)于具有多個(gè)房間11的較大設(shè)施是方便的。在此種情況下，應(yīng)安裝按循環(huán)模式工作的較大空調(diào)裝置。低氧發(fā)生器將提供足夠的通風(fēng)和新鮮空氣供應(yīng)。每臺(tái)低氧發(fā)生器備有一個(gè)HEPA(高效顆粒捕獲器)過濾器，它能提供差不多無菌的空氣。另外，如此“潔凈的環(huán)境”也有利于防火，因?yàn)樗鼈兇蟠鬁p少灰塵在電腦設(shè)備上的積累。
房間11也代表一種電腦廚柜13。在此種情況下，低氧空氣由小型尺寸的發(fā)生器20提供，并由小熱交換組件14(二者皆可由Hypoxico公司購(gòu)得)冷卻。
任何氧提取裝置，例如，氮?dú)獍l(fā)生器或氧濃縮器都可用來替代低氧發(fā)生器20。但是，這將造成明顯的不利之處。PSA(變壓吸附)和膜分離氮?dú)獍l(fā)生器要求更高的壓力。其結(jié)果是裝置的功率效率較低，本身較重，噪音較大以及維護(hù)成本較高。加之，氮?dú)獍l(fā)生器效率低并且產(chǎn)生一種極其干燥的產(chǎn)物，因而要求大幅增濕。其他氧提取技術(shù)，例如變溫或變電流吸收，也可用于氧提取裝置20中。這些技術(shù)中，大多數(shù)依賴空氣泵和空氣分離組件的使用。此種空氣分離組件(采用分子篩吸附和膜分離技術(shù))的式樣和工作原理是熟知的并且到處有供應(yīng)。
圖7顯示采用氧富集膜組件50的氮?dú)獍l(fā)生器或氧濃縮器。提取的氧氣通過出口53排掉。干燥壓縮空氣經(jīng)進(jìn)口51送入到中空纖維膜組件50中?？焖僖苿?dòng)的氧分子在壓力下擴(kuò)散透過中空纖維壁并通過出口53離開。干燥氮?dú)饣蚋坏獨(dú)怏w混合物流過中空纖維，然后通過出口52送入到房間11中。此種技術(shù)在Hypoxic FirePASS系統(tǒng)中的采用將要求對(duì)房間11的環(huán)境額外加濕。
不論氮?dú)獍l(fā)生器還是氧濃縮器都要求復(fù)雜電腦化監(jiān)測(cè)設(shè)備來控制和監(jiān)視氧氣濃度。這使得它們用于人居設(shè)施不安全。
常壓低氧環(huán)境用于防火和滅火的原理可應(yīng)用到任何房間。任何形狀和大小的外罩結(jié)構(gòu)，包括建筑物、海船、貨運(yùn)集裝箱、飛機(jī)、空間飛行器/空間站、電腦機(jī)房、私宅以及大多數(shù)其他工業(yè)和非工業(yè)設(shè)施都將得益于防火低氧環(huán)境。
在大型電腦設(shè)施中，每排電腦設(shè)備13可由其自己的低氧房間11罩起來。此種節(jié)能策略將在各排13之間提供常氧環(huán)境。另外，它不會(huì)干擾設(shè)施當(dāng)前的消防系統(tǒng)。再者，該設(shè)施可利用便宜得多的噴淋系統(tǒng)，因?yàn)樗粫?huì)損壞封閉在低氧房間的不透水板外罩內(nèi)部的電腦設(shè)備。位于紐約的Hypoxico公司能制造任何尺寸的合適模板式外罩。在此種情況下，每個(gè)外罩的空調(diào)將變得可以任選，因?yàn)樵撛O(shè)施可能已經(jīng)得到足夠的冷卻。
圖8展示在氧含量逐步降低期間受控氣氛中的滅火曲線Y和血紅素飽和曲線Z的比較(這已在前面解釋過)。
圖9顯示備有FirePASS系統(tǒng)的雙模式修改方案的私人住宅示意圖。該系統(tǒng)可設(shè)定在防火模式或者滅火模式。
安裝了Home FirePASS系統(tǒng)的住宅91將包括低氧發(fā)生器92，后者備有室外空氣吸入口93和分配管道94。在每個(gè)房間都裝有排出口95。
此種類型低氧發(fā)生器92包括附加的壓縮機(jī)(未畫出)，它能夠通過管道96將低氧空氣貯存并保持在高壓貯存容器97中。
防火模式所采用的低氧空氣將具有約16％的氧含量。在滅火模式中，內(nèi)部氣氛中的氧含量(在FirePASS展開后)應(yīng)介于12％～14％。
安裝在住宅內(nèi)的煙霧和火焰探測(cè)器將引發(fā)Home FirePASS的滅火模式(防火模式中，點(diǎn)燃是不可能的)。所有探測(cè)和控制設(shè)備在市場(chǎng)上都有供應(yīng)，故在此不再贅述。
貯存容器97可裝有，若要求較小的容器的話，約100bar(或更高)壓力的低氧空氣。容器97應(yīng)安裝在房子91外部，優(yōu)選在保護(hù)罩內(nèi)。高壓氣體貯存容器和壓縮機(jī)在市場(chǎng)上很容易買到。Home FirePASS用的低氧發(fā)生器92可由Hypoxico公司購(gòu)得。
該系統(tǒng)的工作原理可描述如下。低氧發(fā)生器92通過吸入口93吸入室外新鮮空氣，并通過內(nèi)置壓縮機(jī)供應(yīng)低氧空氣到高壓容器97中。罐中的貯存壓力建議為約100bar。
該系統(tǒng)具有兩種操作模式防火模式和滅火模式。當(dāng)住宅空著沒有人時(shí)(工作或休假期間)，通過按下主控制盤(未畫出)的按鈕啟動(dòng)防火模式。這樣便啟動(dòng)了該系統(tǒng)，包括低氧發(fā)生器啟動(dòng)并讓低氧空氣從容器97慢慢釋放到分配管道94中。噴嘴95位于住宅的每個(gè)房間。隨后，一種防火環(huán)境(氧含量16％)便可在約15min內(nèi)建立起來。另外，也可造成一種氧濃度低于10％的低氧環(huán)境。這是一種阻遏入侵者的非常有效的措施，因?yàn)樗且环N呆在里面極其不舒服的環(huán)境。當(dāng)主人返回時(shí)，它們可通過開窗或利用通風(fēng)系統(tǒng)(未畫出)迅速建立起一種常氧氣氛。當(dāng)防火環(huán)境形成時(shí)，發(fā)生器92將以低氧空氣重新注滿容器97。
要求的話，低氧防火氣氛可以永久地保持，從而使容器97變得過時(shí)。在防火模式中，Home FirePASS的發(fā)生器92將恒定地提供氧含量16％的人類友好常壓低氧環(huán)境。這對(duì)應(yīng)于海平面以上2200m的海拔高度。此種可呼吸附防火氣氛提供多方面健康好處(描述在www.hypoxico.com上)，和排除燃燒的可能(即使在住宅內(nèi)吸煙也將不可能)。要烹飪，必須用電氣設(shè)備。依靠天然氣或液體燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的家用加熱用具可通過安裝空氣供應(yīng)管，抽入室外空氣助燃而變得可操作。
該系統(tǒng)的滅火模式與裝在住宅每個(gè)房間內(nèi)的煙霧或熱探測(cè)器98直接連接。信號(hào)從煙霧探測(cè)器98傳遞到主控制盤，后者開啟自動(dòng)釋放閥(未畫出)，從而導(dǎo)致低氧氣體混合物從容器97快速引入。釋放噴嘴95可配備小的空氣驅(qū)動(dòng)警報(bào)器，一旦低氧空氣釋放便被開啟。建議，低氧氣體應(yīng)同時(shí)地釋放到所有房間。然而，為了縮小容器97的尺寸，低氧空氣的釋放可局限于探測(cè)到煙霧的房間。假定FirePASS的反應(yīng)時(shí)間小于1s，這對(duì)將局部火情撲滅將綽綽有余。也可使用氧含量0.1％～10％的濃度更大的低氧滅火劑，以便縮小貯存容器97的尺寸。具體尺寸和滅火劑的數(shù)量應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，以便當(dāng)釋放時(shí)，它造成一種氧濃度10％～16％的可呼吸滅火氣氛。
為降低成本，Home FirePASS可在滅火模式操作而不安裝發(fā)生器92。在此種情況下，該系統(tǒng)將由高壓罐97、氣體遞送管道94和探測(cè)和控制系統(tǒng)98組成。當(dāng)?shù)胤?wù)公司可提供必要維護(hù)以及氣體貯存罐97的再灌注。
圖10是多層建筑物101的示意圖，它安裝了處于滅火模式的Building FirePASS。
安裝在建筑物101房頂上的較大型FirePASS機(jī)組(由Hypoxico公司供應(yīng))具有低氧發(fā)生器102，它通過從環(huán)境空氣中提取氧來提供低氧空氣(或滅火劑)。發(fā)生器102與壓縮機(jī)103連通，以便向貯存容器104中遞送高壓低氧空氣。一旦安裝以后，它將一直維持在大約200bar(或更高)的恒定壓力下。
如圖10所示，可在遍布整個(gè)建筑物，包括外部或電梯豎井內(nèi)安裝一種垂直滅火劑遞送管105，其在每一樓層都有排放噴嘴106。排放噴嘴106安裝時(shí)配備了消音器，以降低高壓滅火劑釋放造成的噪音。
當(dāng)探測(cè)到火情時(shí)，中央控制盤發(fā)出的信號(hào)引發(fā)釋放閥107開啟，從而迫使貯存的低氧空氣(滅火劑)進(jìn)入到分配管道105。鑒于FirePASS具有快速響應(yīng)時(shí)間，在受影響樓層建立可呼吸滅火環(huán)境應(yīng)當(dāng)是足夠了。然而，作為額外的預(yù)防措施，低氧滅火劑也應(yīng)釋放到相鄰樓層。該Building FirePASS應(yīng)釋放數(shù)量足以在要求的樓層造成氧含量約12％～15％可呼吸滅火氣氛的低氧滅火劑(氧含量低于10％)。
低氧氣氛的正壓將保證其滲入到所有單元并將瞬間熄滅任何房間內(nèi)的火源。另外，由于在相鄰樓層建立了低氧環(huán)境，火勢(shì)將不能蔓延到建筑物的上部。此種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它能夠結(jié)合到目前已安裝的火災(zāi)感知/滅火設(shè)備(例如，噴淋系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)所采用的)中去。
分開的樓層可具有連接到各自FloorFirePASS的各自的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，如圖10底下所示。高壓低氧氣體容器108可通過配備通到每個(gè)房間內(nèi)的排放噴嘴的分配管道109，向整個(gè)樓層到處釋放低氧滅火劑。為減少貯存壓力和容器尺寸，可在貯存氣體中采用非常低的氧濃度，只要能在每個(gè)房間建立氧含量介于約12％～15％的安全可呼吸氣氛?？稍诮ㄖ镏羞x擇的房間內(nèi)使用具有低氧滅火劑的單獨(dú)安裝滅火裝置。此種裝置將在后面結(jié)合圖12一起描述。
圖11代表工業(yè)廠房110的示意圖。第一層沒有分隔墻壁，可通往外面的大氣，例如用于卸貨等。在此種情況下，F(xiàn)irePASS應(yīng)包括分隔間壁或幕墻115，它在火災(zāi)時(shí)可以落下或者永久性安裝著(例如，采取柔軟、透明飄動(dòng)簾的形式)。
低氧發(fā)生器/壓縮機(jī)機(jī)組111和氣體貯存容器112安裝在廠房110的屋頂或外面。Building FirePASS通過分配管道113和排放噴嘴114遞送低氧空氣。在局部火災(zāi)的情況下(在一個(gè)房間或在樓上)，F(xiàn)irePASS將立即排放低氧空氣，其數(shù)量足以建立16.8％O2的低氧閾值但仍讓人呼吸起來足夠舒適(建議14～15％，或，某些場(chǎng)合10～14％)。
當(dāng)煙霧和/或火情在一層被探測(cè)到，幕墻115(收藏在卷簾盒116中)放下，從而將該樓層分隔為若干局部區(qū)域。這將阻止通風(fēng)和空氣的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)探測(cè)到火情時(shí)，廠房的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)立即關(guān)閉。隨后低氧空氣瞬間釋放到受災(zāi)區(qū)域(和相鄰區(qū)域)，致使火焰迅速熄滅。
幕墻115應(yīng)由軟且透明的耐火合成材料制成。幕墻115的垂直飄動(dòng)簾將容許被困在受災(zāi)區(qū)域的人員迅速撤離。
FirePASS能夠在特定樓層或整個(gè)建筑物建立起低于低氧閾值的低氧環(huán)境。要求的話，此種可充分呼吸、滅火氣氛可無限期地維持，以便為困在內(nèi)部的人員提供生命線。此種實(shí)施方案適合為許多場(chǎng)合提供防火和滅火環(huán)境。
例如，核電廠可維持在防火狀態(tài)。一旦發(fā)生事故，氧含量將降低到約10％。此種極端低氧環(huán)境在至少20min內(nèi)是安全的，從而給被困人員足夠時(shí)間逃離并保護(hù)他們的身體免遭輻射危害，因?yàn)楫?dāng)血紅素飽和度降低到80％以下時(shí)，輻射造成的傷害較小。當(dāng)采用較低氧濃度時(shí)，在滅火劑中加入二氧化碳可進(jìn)一步促進(jìn)呼吸。
Home FirePASS和Building FirePASS都可安裝成嚴(yán)格防火模式。在此種情況下，貯存容器97、104和112就變成任選的了，因?yàn)榘l(fā)生器將不停地向分配管道壓入低氧空氣。這將造成一種永久的防火環(huán)境。
另一種成本效益好的解決方案將是為每個(gè)房間提供自己的自動(dòng)滅火設(shè)備。圖12顯示一種獨(dú)立安裝的滅火裝置121，內(nèi)部具有氣體貯存容器122。釋放閥123(優(yōu)選爆破片式)可由電爆炸式引發(fā)器124打開，引發(fā)器則是由控制單元125上的熱/煙霧探測(cè)裝置啟動(dòng)的。當(dāng)探測(cè)到煙霧或火情時(shí)，來自控制單元125的信號(hào)啟動(dòng)引發(fā)器124。這導(dǎo)致閥123開啟，并通過每個(gè)房間的排放噴嘴126釋放低氧滅火組合物。一種帶有任選的交流電接頭的長(zhǎng)壽電池可給控制單元125供電。
貯存容器122裝有適當(dāng)數(shù)量高壓、低氧滅火劑。該滅火組合物中的氧含量低于約10％，以致當(dāng)釋放時(shí)，它將提供一種等于或略低于低氧閾值的可呼吸滅火氣氛。容器122中的低氧滅火劑的數(shù)量可通過改變氣體貯存壓力方便地就每個(gè)房間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
適當(dāng)數(shù)量二氧化碳可加入到滅火劑中，借此替代相應(yīng)份數(shù)的氮?dú)?。這將刺激呼吸過程，若低氧氣氛的氧含量低于14％的話。加入到滅火劑中的二氧化碳數(shù)量應(yīng)做計(jì)算，以便其在形成的滅火氣氛中的含量達(dá)到約4％～5％。
容器122被保護(hù)性填料127包裹著，以便緩沖其受到的沖擊并為其提供熱保護(hù)。排放噴嘴126備有消音器或噪音捕獲器，以降低排放氣體發(fā)出的噪音。
裝置121可暫時(shí)安裝并且是要求永久安裝的昂貴滅火系統(tǒng)的極佳替代方案。
圖13展示一種工業(yè)用移動(dòng)式FirePASS的獨(dú)特能力。例如，一個(gè)帶有艙口131的壞的罐或容器130，可在低氧環(huán)境中焊接。這在采用目前滅火系統(tǒng)的情況下行不通，因?yàn)榭杖萜骺赡苋匀谎b有爆炸性蒸汽。
移動(dòng)式FirePASS裝置132每分鐘產(chǎn)生約2立方米低氧空氣，將很快將容器130的氧含量降低到14％。此種低氧滅火組合物將比環(huán)境空氣中的爆炸性蒸汽重。因此，它將起到一種如同毯子似的作用，覆蓋住可燃液體的表面。因此，將在容器130內(nèi)部造成一種完全安全的工作環(huán)境。更低的氧濃度也可使用，只要焊工具有專用的呼吸供應(yīng)。在此種情況下，焊工將呼出氧含量為約16.5％的空氣。這樣的水平接近低氧閾值，故對(duì)周圍環(huán)境沒有不利影響。
在此種環(huán)境中，所有類型的切割和焊接都可安全地進(jìn)行，包括電焊和氧-乙炔焰焊。即使有火花或熔融金屬接觸煤油，也不會(huì)起火。
類似的移動(dòng)FirePASS可用于許多維修工作必須在爆炸性或有害環(huán)境中進(jìn)行的場(chǎng)合，例如在遠(yuǎn)洋油輪，地下天然氣管線容器、原油管道等內(nèi)部。
圖14給出維持在恒定低氧防火環(huán)境中的地下軍事設(shè)施140的示意圖。這是由一種特殊地下FirePASS系統(tǒng)提供的。環(huán)境大氣的空氣經(jīng)安裝在遠(yuǎn)方的通風(fēng)吸入口141吸入。然后，通過通風(fēng)豎井142將其遞送到低氧發(fā)生器組件143中。下游側(cè)過濾裝置144將空氣凈化，去除化學(xué)藥劑和細(xì)菌類污染物。
氧含量約15％的低氧空氣從發(fā)生器143遞送到通風(fēng)管145，其排放噴嘴146均勻地分布在整個(gè)設(shè)施140中。這樣便為每個(gè)房間提供一種略帶正壓的完全自給自足的可呼吸防火氣氛。多余低氧氣氛經(jīng)由電梯豎井147離開地下設(shè)施140，豎井頂部備有單向保護(hù)通風(fēng)帽(未畫出)。當(dāng)豎井147的出口蓋148拉開時(shí)，低氧空氣的正壓和較高密度能防止外部空氣涌入，從而提供該體系的另一重要特征。此種防火氣氛通過制止火災(zāi)在設(shè)施內(nèi)部蔓延提供額外的防爆保護(hù)(例如，防止有穿透能力的炸彈或內(nèi)部事故)。
圖15給出汽車隧道用Tunnel FirePASS系統(tǒng)的示意圖。該滅火系統(tǒng)為可自調(diào)節(jié)和全自動(dòng)的。
高壓管152沿著隧道151的全長(zhǎng)布置。它可沿著墻壁151架設(shè)或者走在天花板底下。管道152連接到隧道151外面的高壓容器153。此種構(gòu)造的結(jié)果是全封閉高壓氣體回路152～153。就較長(zhǎng)隧道來說，建議在每一端各具有單獨(dú)的系統(tǒng)。必要的話，在選擇的地段可增設(shè)附加系統(tǒng)。例如，最近挪威開放的25km隧道將要求沿其全長(zhǎng)安裝至少10個(gè)附加FirePASS裝置。
氣體排放噴嘴154沿隧道全長(zhǎng)均勻地布置著。每個(gè)噴嘴154服務(wù)于單獨(dú)的隧道段，例如A、B、C等。隧道的通風(fēng)系統(tǒng)為簡(jiǎn)化說明而沒有在圖上表示。當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)，每個(gè)段可用軟飄動(dòng)幕墻155隔開，正常情況下則收藏在卷簾盒156中。
低氧發(fā)生器157安裝在隧道外面并與高壓容器153通過壓縮機(jī)機(jī)組158連通。高壓容器153和管道152裝有可呼吸低氧空氣，其氧含量低于15％。由低氧發(fā)生器157發(fā)生并通過壓縮機(jī)機(jī)組158送入到容器153中時(shí)，該空氣處于200～300bar的表壓(barmetricpressure)。較長(zhǎng)的隧道要求安裝多套如圖15所示Tunnel FirePASS裝置。
該實(shí)施方案的工作原理可解釋如下。若在段C發(fā)生了火情，它將立即被按5米的間距沿隧道全長(zhǎng)分布的熱/煙霧探測(cè)器159探測(cè)到。位于段A、B、C、D和E之間的卷簾盒156將釋放柔性、透明的幕墻。這將把段C中的火情與隧道其余部分隔離開來。
如圖16所示，幕墻155將由合成材料制成柔軟、透明的飄動(dòng)簾。這些幕墻155可由高壓氣體筒或高溫?zé)峤饧夹g(shù)筒161瞬間吹脹。這些筒將類似于可吹脹汽車安全氣囊中使用的那些。該筒將由煙霧/火情探測(cè)器159發(fā)出的信號(hào)來啟動(dòng)。合適的探測(cè)設(shè)備可由多家制造商購(gòu)得。
同時(shí)地，隧道內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)將關(guān)閉，段C中的排放噴嘴154將在高壓下釋放低氧空氣。該低氧空氣貯存在管道152和容器153中。釋放到段C中的低氧空氣的體積將超過段C體積數(shù)倍。因此，段B、C和D將經(jīng)受徹底的空氣交換，從而保證可呼吸滅火環(huán)境的迅速建立。在較短的隧道(不足1000m)中，這樣的低氧空氣體積應(yīng)足以充滿整個(gè)隧道。
在計(jì)算需從回路152～153釋放到段B、C和D中去的低氧滅火組合物的數(shù)量時(shí)，應(yīng)在其要釋放的滅火氣氛中采用13％～15％氧的最終濃度。該數(shù)值對(duì)應(yīng)于2700～3800m的海拔，它仍舊適合人類的呼吸。此種低氧環(huán)境將瞬間撲滅任何火情這包括化學(xué)火、電氣火、可燃液體誘導(dǎo)的火以及氣體爆炸造成的火災(zāi)。另外，此種環(huán)境將瞬間撲滅爆炸造成的火災(zāi)。這將提供對(duì)付恐怖主義攻擊的重要保護(hù)。
噴嘴154備有特殊消音器以降低高壓氣體釋放所產(chǎn)生的噪音。為警示隧道內(nèi)外的人，還建議在消音器上固定一個(gè)空氣警報(bào)器。另外，隨著氧含量降低到低氧閾值以下，被困汽車的內(nèi)燃機(jī)將變得不能運(yùn)行。結(jié)果，將有足夠用好幾小時(shí)的可呼吸空氣。
從噴嘴154釋放氣體由來自火情探測(cè)器159的自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)啟動(dòng)。建議，系統(tǒng)152～153中的低氧空氣體積應(yīng)足夠充滿整個(gè)隧道。如果做不到這一點(diǎn)，則該體積應(yīng)大到足以充滿受災(zāi)段以及與之相鄰的段。
在某些場(chǎng)合，管道152可保持在標(biāo)準(zhǔn)壓力，借此減輕其重量。這可這樣實(shí)現(xiàn)將高壓低氧空氣嚴(yán)格地保存在容器153中。隨后，在有火災(zāi)的情況下，釋放到管道152中。結(jié)果，在噴嘴154處可采用較輕和較便宜的排放機(jī)關(guān)。然而，這要求安裝一種電腦化火災(zāi)探測(cè)和氣體釋放系統(tǒng)，它能自動(dòng)開啟出容器153的釋放閥并將該低氧空氣送入到管道152中，然后低氧空氣再通過噴嘴154釋放到要求的段中。
若隧道151內(nèi)爆發(fā)火災(zāi)，則沿整個(gè)隧道(優(yōu)選每隔50～100m)將局域化幕墻155放下。這將在整個(gè)隧道到處建立起可呼吸、低氧環(huán)境并阻止任何通風(fēng)。另外，由于低氧環(huán)境阻止了汽車引擎中的燃燒，所以事故將得到避免。
事故處理人員宣布隧道已安全之后，排放系統(tǒng)將關(guān)閉，幕墻155將回縮到卷簾盒156中。隧道151的通風(fēng)系統(tǒng)于是便再次打開，從而吹進(jìn)新鮮空氣。
隧道內(nèi)的氧氣含量將迅速增加到20.9％(任何海拔的正常環(huán)境濃度)，從而容許內(nèi)燃機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
每當(dāng)貯存壓力下降時(shí)，這將發(fā)生在維修或火災(zāi)事故期間，安裝在容器153的壓力監(jiān)測(cè)傳感器將開啟低氧發(fā)生器157和壓縮機(jī)機(jī)組158。此種自動(dòng)灌注功能保證系統(tǒng)隨時(shí)準(zhǔn)備好滅火。
低氧發(fā)生器157從外部大氣吸入環(huán)境空氣，并從中提取一部分氧氣。然后，它引導(dǎo)氧含量低于15％的該耗損氧的空氣進(jìn)入壓縮機(jī)機(jī)組158。一旦它被壓縮到約200bar的表壓，便被送入到容器或貯存容器153中，后者與管道152直接相連(或通過釋放閥)。
如上所述，幕墻將由合成材料制成。它們應(yīng)當(dāng)柔軟、透明和充分可吹脹。它們應(yīng)具有長(zhǎng)的垂直飄動(dòng)簾，彼此橫向重疊(如圖16所示)。
這些規(guī)定保證車輛容易穿幕墻155通過，因?yàn)樗鼈兺该鞯奶匦詫⒉粫?huì)擋住駕駛員的視線。它們應(yīng)能提供足夠的段分隔作用，即便在卡車直接停在它們下方時(shí)。類似的幕墻已被Hypoxico公司的HypoxicRoom System成功地用來將低氧環(huán)境與外部大氣分隔開來。
圖16是一幅圓柱形隧道151的斷面視圖，著重于表現(xiàn)幕墻展開系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案。
幕墻155折疊在卷簾盒156中。來自煙霧/火情推測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)啟動(dòng)高壓或高溫?zé)峤饧夹g(shù)筒161，從而導(dǎo)致氣體的釋放。這就導(dǎo)致幕墻155吹脹。吹脹的幕墻155推開卷簾盒156的蓋子162而跌落到路面。分開的筒161可安裝在每條交通線的上方。
在幕墻的兩側(cè)、路面以上和以下，安裝了附加的起分隔作用的段163，它們?nèi)菰S通訊電纜和管道穿過。段163僅安裝在安裝了幕墻155的地方。此種組合在被分隔段之間提供一種基本嚴(yán)密的空氣屏障，從而防止自然通風(fēng)。然而，幕墻155并不阻擋FirePASS釋放的低氧空氣經(jīng)它們穿過。垂直段163應(yīng)由軟塑料制成，以防止損傷車輛。
安裝在隧道內(nèi)的電子開關(guān)、熱/煙霧探測(cè)器、閥門或監(jiān)視器將啟動(dòng)低氧滅火劑的釋放。這些零部件到處可以買到，故在此不再贅述。各種不同型號(hào)的低氧發(fā)生器157由Hypoxico(紐約)獨(dú)家銷售。各種各樣氧提取裝置皆可用于此種用途，包括但不限于變壓吸收器、膜分離器和采用變電流吸附技術(shù)的裝置。能將空氣壓縮到高達(dá)200bar或更高的多級(jí)壓縮機(jī)158也可由世界各地許多制造商購(gòu)得。
在某些情況下，可用計(jì)量過的氮?dú)鈦砉嘧⒃摳邏合到y(tǒng)。這將縮小系統(tǒng)的尺寸和重量，但將要求額外的安全和監(jiān)測(cè)設(shè)備。當(dāng)釋放時(shí)，確切數(shù)量的氮?dú)鈱⑴c內(nèi)部空氣混合，結(jié)果提供氧含量15％，需要的話，或更低的低氧環(huán)境。
圖17給出電氣火車和不使用內(nèi)燃機(jī)的其他機(jī)動(dòng)車用的成本效益好的Tunnel FirePASS。該實(shí)施方案使得隧道17 1內(nèi)部維持在防火環(huán)境中，處于或低于低氧閾值。然而，此種實(shí)施方案不適合汽車隧道，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)將無法在此種低氧環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。
隧道171配備了兩個(gè)處于關(guān)閉位置的分隔門172，每端各一個(gè)。當(dāng)火車接近隧道171時(shí)，第一扇門172打開，容許火車穿過，隨后便關(guān)閉。隨著火車接近隧道的末端，第二扇門開啟，讓火車出去。已安裝在隧道外面的一臺(tái)或多臺(tái)低氧發(fā)生器173向隧道171內(nèi)部供應(yīng)低氧空氣。氧含量介于14～15％的低氧空氣由發(fā)生器產(chǎn)生，然后經(jīng)由管道174和噴嘴175送到隧道171內(nèi)。這在隧道內(nèi)維持一種恒定滅火環(huán)境并將其傳送到火車內(nèi)部，因?yàn)榛疖噧?nèi)部也變成與低氧空氣通風(fēng)的了。
門172可做成不同形狀，例如滑動(dòng)門、擺動(dòng)門或折疊門，垂直或橫向開啟的。此種門可從許多制造商購(gòu)得。門應(yīng)安裝在隧道內(nèi)部大約10～20m處，以防止它們被冰雪堵住。電接觸電纜176可在門172或其他連接和障礙物處斷開。
圖18表示該隧道的進(jìn)口的正視圖，其中門172關(guān)閉著。
圖19給出滑雪軌道車隧道171，類似于奧地利Kaprun的那個(gè)(2000年11月159人死于火災(zāi))的示意圖。長(zhǎng)達(dá)3.3km，該3.6m直徑的隧道具有39°的平均坡度。這造成從隧道底部抽吸空氣的煙囪效應(yīng)，從而起到給火焰煽風(fēng)的作用。
門192將阻止此種抽吸，從而將防火環(huán)境保持在隧道191內(nèi)。通過管道194和均勻分布(每隔50m)的排放噴嘴195，低氧發(fā)生器193將給隧道提供15～16％氧含量的可呼吸滅火組合物。自動(dòng)門192在火車駛近時(shí)打開，類似于上面的實(shí)施方案的門172。
另外，提取處理期間產(chǎn)生的富氧級(jí)分可送往廢水處理場(chǎng)、養(yǎng)魚、冶煉廠、用于紙的漂白和食品加工廠以及其他行業(yè)，從而為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)提供巨大效益。
圖20顯示客運(yùn)列車、公共汽車、地鐵車廂以及其他客運(yùn)機(jī)動(dòng)車用的On-Board(車載)FirePASS系統(tǒng)示意圖。
該實(shí)施方案提供在鐵路客運(yùn)車廂201內(nèi)的滅火系統(tǒng)設(shè)施。一種裝滿低氧滅火劑的高壓貯存容器202安裝在車廂天花板下面或車廂201的頂上。容器202配備連接在分配管道203上的排放閥。低氧滅火劑于是通過排放噴嘴204排出。
當(dāng)探測(cè)到火情時(shí)，爆破片式排放閥(未畫出)將由電爆式引發(fā)器啟動(dòng)。爆破片式排放閥和電爆式引發(fā)器可從美國(guó)的Kidde-Fenwal公司購(gòu)得。合適的容器、管道和噴嘴也可從許多制造商獲得。
氧含量低于低氧閾值的低氧滅火劑貯存在約100bar表壓下的容器202中。可使用低得多的氧濃度(0.01～10％O2)，因?yàn)楹苋菀子?jì)算出一旦釋放后為造成低氧閾值可呼吸滅火環(huán)境所需要的該滅火劑的體積。此種較低的氧含量容許減少高壓貯存容器202的容積和重量。
例如為達(dá)到在1 6％氧濃度條件下滅火的目的，內(nèi)部容積200m3的車廂或公共汽車將要求75m3氧含量為2％的低氧氣體混合物。在100大氣壓壓力下，它將僅要求700L貯存容器或7個(gè)100L容器。后一種容器在車廂201中安裝起來要容易得多。純氮也可使用，只要它通過大量噴嘴釋放出來，以便更好地分布。在此種情況下，車廂內(nèi)的氧含量必須維持在12％～16％。這將僅要求60m3氮?dú)?。它可貯存在600L、100大氣壓下的容器(或者300L、200大氣壓壓力下的容器)中。
所有噴嘴必須配備消音器，以降低高壓氣體釋放造成的噪音。
On-Board FirePASS可安裝在公共汽車、渡輪、纜車以及其他客運(yùn)機(jī)動(dòng)車上。個(gè)人汽車滅火系統(tǒng)也可采用同一解決方案建造。
在飛行中的飛機(jī)上成功地滅火極其困難，因?yàn)榇朔N火災(zāi)大多數(shù)由飛機(jī)內(nèi)部的電氣缺陷引起。
為減輕重量，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)不足以結(jié)實(shí)到在海平面進(jìn)行充壓。結(jié)果，所有客機(jī)都在2～3km的海拔才充壓。這可縮小飛機(jī)在飛行中內(nèi)外大氣之間的壓差。這樣一來，飛機(jī)內(nèi)部的氣氛將具有較低氧分壓。然而，內(nèi)部氣氛依然具有20.94％的氧含量。因此，為達(dá)到防火狀態(tài)(低氧閾值)，勢(shì)必要造成一種對(duì)應(yīng)于大約4km海拔的氣氛。這對(duì)于大多數(shù)乘客將十分不舒服。此種不幸的狀態(tài)限制了防火模式FirePASS在當(dāng)前客機(jī)上的應(yīng)用。
圖21顯示FirePASS技術(shù)在客機(jī)211的通風(fēng)系統(tǒng)中的實(shí)施方案。所有此種飛機(jī)都依賴外部大氣取得新鮮空氣。這要求復(fù)雜的空氣吸入系統(tǒng)，在此將不做描述。帶有分配管道212和噴嘴213的通風(fēng)系統(tǒng)提供一種回風(fēng)(連同少量新鮮空氣)的常態(tài)混合物。管道212與充滿低氧滅火劑的高壓貯存容器214連通。容器214配備了釋放閥，由前面圖20中所示實(shí)施方案中描述的電爆式裝置啟動(dòng)。
一旦發(fā)生火災(zāi)，機(jī)上火災(zāi)/煙霧探測(cè)系統(tǒng)將提供信號(hào)，開啟由電爆式裝置致動(dòng)的爆破式片閥。低氧滅火劑釋放到通風(fēng)系統(tǒng)中，并均勻地分布在整個(gè)飛機(jī)內(nèi)。圖21的上部表示低氧空氣沿著飛機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。釋放出的低氧滅火劑的數(shù)量必須在整個(gè)飛機(jī)內(nèi)提供低氧閾值。來自火災(zāi)/煙霧探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)還將關(guān)閉允許新鮮空氣進(jìn)入飛機(jī)的吸入閥。裝有約50bar表壓的低氧滅火劑的貯存容器(或多個(gè)容器214)應(yīng)配備梯度釋放閥和消音器。
多余的內(nèi)部氣氛通過壓敏泄壓閥215從飛機(jī)中放出，而該壓敏閥則由飛機(jī)內(nèi)壓力的增加啟動(dòng)。這將在機(jī)內(nèi)提供足夠的空氣變化，將煙霧或有毒煙氣從火源移出。機(jī)艙內(nèi)氣氛此時(shí)將處在低氧閾值并將適合呼吸有限的時(shí)間，即使對(duì)病人和老人而言。此種有限呼吸時(shí)間將足夠了，因?yàn)榛馂?zāi)將在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)撲滅。然而，若在低氧環(huán)境中的暴露不得不拖長(zhǎng)的話，氧氣面罩的同時(shí)釋放將使得乘客保持舒適。為抵消低氧對(duì)人體的影響，必要數(shù)量二氧化碳可加入到正在釋放中的低氧滅火劑中，這將造成一種含4％～5％二氧化碳的可呼吸滅火氣氛。這樣做將使得此種氣氛能夠安全地維持?jǐn)?shù)小時(shí)，而不會(huì)出現(xiàn)任何不舒適或使乘客健康受威脅。補(bǔ)加二氧化碳的效應(yīng)在圖33和34中做了進(jìn)一步解釋。
此種滅火方法將立即撲滅任何火情。即便由殘余陰燃產(chǎn)生的煙霧也將被消除。結(jié)果，機(jī)上人員的安全將得到保證。
圖22給出下一代將在地球大氣層上空飛行的飛機(jī)(包括宇宙飛船)上的FirePASS系統(tǒng)。此種交通工具類似于NASA的航天飛機(jī)，其不依賴新鮮空氣的吸入，因?yàn)樗鼈兣鋫淞俗猿梢惑w的空氣再生系統(tǒng)。因此，此類交通工具可在海平面處充壓。
幾十年來，NASA(以及其他空間署)的研究人員一直在探索找出一種撲滅空間飛行器(和空間站)內(nèi)火災(zāi)的人類友好解決方案。目前可供采用的最先進(jìn)滅火技術(shù)采用二氧化碳作為滅火劑。采用二氧化碳的優(yōu)點(diǎn)是它很容易由生命支持系統(tǒng)中使用的吸收劑從密閉的氣氛中除掉。然而，二氧化碳的主要缺點(diǎn)是，它一旦釋放，氣氛將變得不可呼吸。
FirePASS系統(tǒng)在此種飛機(jī)(或航天飛機(jī)221)上的實(shí)施方案要求一開始就建立和維持機(jī)內(nèi)氣氛處于低氧閾值。在地面上，飛機(jī)221由移動(dòng)式FirePASS發(fā)生器222供應(yīng)低氧空氣進(jìn)行了全面通風(fēng)。乘客可與此同時(shí)經(jīng)過前廳式(antechamber-type)大門登機(jī)。
一旦完成充分的空氣交換之后，氣氛將處于低氧閾值。飛機(jī)221的門此時(shí)便可關(guān)閉，同時(shí)艙內(nèi)可充壓。這時(shí)，內(nèi)部氣氛將由自成一體的空氣再生系統(tǒng)223進(jìn)行循環(huán)。此種系統(tǒng)223包含特殊化學(xué)吸收劑(一種復(fù)雜的鋰和鉀超氧化物的組合物)，其吸收二氧化碳，并產(chǎn)生氧氣?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)定在維持要求水平(建議15％)的氧含量。
此種FirePASS技術(shù)的主要好處之一是它可輕易地安裝到此種性質(zhì)的飛行器中，因?yàn)閷⒉恍枰魏斡布薷?。該環(huán)境可通過增加內(nèi)部氣氛中的氮含量來改變。空氣控制系統(tǒng)可重新編程以便使人工氣氛保持在或低于低氧閾值的水平。此種低氧組合物將提供有益健康、舒適、100％防火保護(hù)的環(huán)境。
其他惰性氣體如氬氣和氙氣等(或其混合物)也可用于其中，作為滅火壓載物。然而，低氧閾值將因氣體混合物種類而各異。
同樣的防火組合物也適合所有氣密物體，包括空間站、星際移民點(diǎn)和水下/地下設(shè)施。將來，大多數(shù)建筑物將包含通過建立起一種氧含量低于16.8％的低氧環(huán)境而具有防火保護(hù)作用的人工氣氛。
圖23顯示一種具有人工氣氛的密閉物體。物體內(nèi)部的生命支持系統(tǒng)(未畫出)包括自成一體的空氣再生系統(tǒng)231，維持著處于低氧閾值的健康、舒適的環(huán)境。
再生機(jī)組232通過空氣吸入口233和管道234收集呼出的空氣。該機(jī)組232上的設(shè)備除掉部分水并將其送到主生命支持系統(tǒng)的水再生機(jī)組中。脫濕的空氣送到機(jī)組的再生吸收劑232，在此多余二氧化碳被吸收。另外，加入適當(dāng)數(shù)量氧氣，從而保證內(nèi)部氣氛維持在低氧閾值。電腦化控制裝置235維持著空氣供應(yīng)系統(tǒng)237中的溫度、濕度和氧/二氧化碳平衡。噴嘴238均勻地分布在整個(gè)密閉空間中，或者在每個(gè)密閉隔艙中。補(bǔ)充的氧氣(以及氮?dú)?，需要的?貯存在容器239中。然而，此種氮?dú)舛栊詨狠d物一旦引入到內(nèi)部氣氛中，就將一直呆在其中，而不需要進(jìn)一步再生。此種壓載物將自動(dòng)地防止氧含量升高到超過最初設(shè)定值，從而在電腦化控制設(shè)備發(fā)生故障時(shí)提供附加安全作用。
同樣的可呼吸防火組合物可用于深水、地下和水下設(shè)施、空間和星際站中。此類環(huán)境具有一個(gè)共同點(diǎn)它們不能依靠外部大氣來通風(fēng)或交換空氣。此種環(huán)境中的火災(zāi)極其危險(xiǎn)并且難以撲滅。氧氣一般通過化學(xué)、生物或電解手段產(chǎn)生。在現(xiàn)代宇宙飛船(或空間站)中，氧氣必須在升空前貯存在機(jī)內(nèi)。
倘若維持恒定低氧環(huán)境(防火模式)行不通，則系統(tǒng)可維持在其滅火模式。于是，當(dāng)需要時(shí)再將它引入。視該環(huán)境的大小而定，可將機(jī)艙分隔為若干滅火區(qū)。局域化可通過用可吹脹空氣幕墻、密閉門或艙門將環(huán)境分隔為不同的段。一旦發(fā)生火災(zāi)，必要數(shù)量低氧滅火劑將引入到該局域化的段中，從而瞬間造成一種低氧閾值下的低氧環(huán)境。
圖24顯示FirePASS技術(shù)在軍用車輛的自成一體空氣再生系統(tǒng)中的實(shí)施方案。坦克241具有氣密密封的環(huán)境，其內(nèi)部是處于低氧閾值的可呼吸氣氛。此種系統(tǒng)的工作原理與前面實(shí)施方案(圖23)中描述的一樣。
空氣再生系統(tǒng)242采用化學(xué)吸收劑吸收二氧化碳并釋放適當(dāng)數(shù)量氧氣。這將維持車輛內(nèi)部的氣氛處于低于低氧閾值(優(yōu)選12～13％)的狀態(tài)。軍事人員通過在Hypoxico公司制造的Hypoxic Room System(或Hypoxic Tent System)中睡覺很容易就適應(yīng)此種環(huán)境。
同樣的概念適用于軍用飛機(jī)、潛艇以及其他交通工具。在軍用運(yùn)載工具中采用低氧、滅火組合物的主要優(yōu)點(diǎn)之一是，即便在車輛被彈藥穿透的情況下，它為給戰(zhàn)士提供火災(zāi)安全的內(nèi)部環(huán)境。低氧防火組合物和采用FirePASS技術(shù)的方法保證在任何情況下都不會(huì)起火。
圖25是采用可呼吸低氧防火組合物作為其永久內(nèi)部氣氛的空間站251的示意圖?？諝庠偕到y(tǒng)252不斷地收集站上的居民呼出的空氣。然后，它提供氧含量等于或低于低氧閾值(建議，15％的水平)的舒適、防火氣氛。此種系統(tǒng)的工作原理示意地表示在圖23中。
在氣密人居環(huán)境中采用可呼吸、防火組合物的最大優(yōu)點(diǎn)是它能夠自動(dòng)地維持低氧閾值。一旦引入，該低氧組合物中的惰性氮?dú)鈱⒂肋h(yuǎn)呆在此種人工氣氛中，保持其原來的濃度——不需要再灌注或再生。它不會(huì)被居民消耗或者被空氣再生系統(tǒng)吸附。這一因素將在恒定表壓的氣密人工氣氛中自動(dòng)地維持低氧閾值(或更低的可呼吸范圍的氧氣)。
圖26給出海輪261，如油輪、貨船、游輪或軍艦的示意圖。船將無法用防火氣氛保護(hù)起來，因?yàn)槟承┓块g必須經(jīng)常以常氧空氣通風(fēng)。因此，Marine FirePASS必須安裝成雙模式的。Fire PASS(操作在其滅火模式)可保護(hù)經(jīng)常打開和/或通風(fēng)的房間。下面是在給定區(qū)域的適當(dāng)操作模式的簡(jiǎn)單列表-滅火回路(例如，機(jī)器和上層甲板人員房間)-防火回路(例如，軍艦上的液體或干貨區(qū)、軍械、電腦中心和硬件貯存房間)Marine FirePASS由低氧發(fā)生器262組成，它吸入環(huán)境空氣并通過防火回路263供應(yīng)可呼吸的低氧防火組合物。排放噴嘴264位于每個(gè)裝貨或軍用硬件隔艙中。該系統(tǒng)通過連續(xù)供應(yīng)氧含量低于低氧閾值的空氣恒定地保持一種防火氣氛。多余空氣通過簡(jiǎn)單的通風(fēng)口或均壓閥(未畫出)排出。
Marine FirePASS的滅火回路由高壓容器265、壓縮機(jī)266和分配管道267組成。噴嘴268位于每個(gè)房間，外加該回路包括的任何另外的區(qū)域內(nèi)。
Marine FirePASS的工作原理示意地表示在圖27中。發(fā)生器262吸入環(huán)境空氣，提取氧氣，然后將氧氣耗損了的級(jí)分供應(yīng)給防火回路271。覆蓋的區(qū)域272用新鮮低氧空氣恒定地通風(fēng)，然后風(fēng)經(jīng)過通風(fēng)口273離開被保護(hù)的環(huán)境272。
該滅火組合物由貯存容器265中的壓縮機(jī)266保持在高壓。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，前面描述的電爆式引發(fā)器啟動(dòng)釋放閥274。這將導(dǎo)致低氧滅火組合物從容器265置換(或稀釋)滅火回路區(qū)域275中的氣氛。結(jié)果，一種氧含量低于低氧閾值(優(yōu)選介于10％～14％)的可呼吸滅火氣氛沿該回路到處建立起來。
先進(jìn)的飛機(jī)滅火系統(tǒng)本文剩下的部分所描述的Aircraft Fire Suppression(AFSS)(飛機(jī)滅火系統(tǒng))代表一種任何飛機(jī)，特別是要求在2～3km海拔充壓的當(dāng)代客機(jī)機(jī)上滅火問題的成本效益好、高度可靠和實(shí)際的解決方案，它代表著前面圖21中所示實(shí)施方案的修改。
圖28顯示一個(gè)客機(jī)艙281的截面示意圖，它具有AFSS(飛機(jī)滅火系統(tǒng))氣體滅火劑貯存容器282，安裝在天花板后面機(jī)身上部凸起部中。
某些飛機(jī)設(shè)計(jì)沒有在機(jī)身上凸起部?jī)?nèi)提供足夠空間安裝容器282。在此種情況下，容器282可安裝在機(jī)身下凸起部?jī)?nèi)或者飛機(jī)機(jī)身的任何地方。容器282可具有任何形式和樣子-它可作為絕熱板大量安裝在飛機(jī)外表面底下。就現(xiàn)有飛機(jī)而言，為了降低改裝成本，它可安裝在適合飛機(jī)的貨運(yùn)艙的標(biāo)準(zhǔn)空運(yùn)容器之一中。
容器282的最優(yōu)選的實(shí)施方案由輕質(zhì)硬塑料、金屬或復(fù)合材料皮層283組成，它內(nèi)部裝有由薄且輕的合成或復(fù)合材料制成的可吹脹軟儲(chǔ)氣袋284。在正常飛機(jī)運(yùn)行期間，儲(chǔ)氣袋284吹脹，并裝有略帶壓力的可呼吸滅火劑，由較大含量二氧化碳的低氧(氧耗損了的)空氣組成。用更確切的術(shù)語，該AFSS滅火劑由氧、氮和二氧化碳以及可能外加的大氣氣體的混合物組成，其中氮?dú)饪刹糠值鼗蛉坑闷渌栊詺怏w或氣體混合物取代。
滅火劑釋放后壓力艙的可呼吸低氧滅火氣氛中的氧含量必須低于低氧閾值16.8％，且優(yōu)選14％～16％(視機(jī)內(nèi)充壓水平而定)，或?qū)δ承┫旅孢M(jìn)一步描述的特殊情況來說，可更低。該內(nèi)部氣氛中的二氧化碳含量應(yīng)介于約4～5％。氣體混合物的其余部分(79％～82％)由氮?dú)夂推渌髿鈿怏w組成。
圖29示意地表示直接連接在壓力艙281內(nèi)到處分布著的煙霧或熱探測(cè)器285上的AFSS的工作原理。來自探測(cè)器285的信號(hào)打開局部自動(dòng)釋放閥286(或一次全部，希望的話)同時(shí)也傳送到主控制盤，后者自動(dòng)地開動(dòng)用于運(yùn)轉(zhuǎn)AFSS的鼓風(fēng)機(jī)287。為提高系統(tǒng)的可靠性，來自任何一個(gè)探測(cè)器285的信號(hào)應(yīng)打開全部釋放閥286。但在某些情況下，首先探測(cè)到火情或煙霧的那個(gè)探測(cè)器285可僅打開局部閥或閥組286。
釋放閥286的打開導(dǎo)致低氧滅火劑從儲(chǔ)氣袋284迅速釋放到壓力艙281中。與此同時(shí)，高效鼓風(fēng)機(jī)287通過空氣收集系統(tǒng)289從壓力艙吸入被煙霧污染的空氣并將其壓縮到容器282中，從而使儲(chǔ)氣袋284徹底放氣并迫使全部數(shù)量低氧滅火劑擠出袋284，通過管道288和釋放閥286進(jìn)入壓力艙281。
作為一種選擇，為從艙內(nèi)空氣中除掉痕量煙霧或其他高溫?zé)峤猱a(chǎn)物，由鼓風(fēng)機(jī)287操作的空氣收集系統(tǒng)289可在即使儲(chǔ)氣袋284完全放氣后仍繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在此種情況下，容器282中的壓力將升高到某一由任選的泄壓閥(這里未畫出)控制的數(shù)值，從而將多余氣體混合物釋放到外界大氣中。
飛機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，容器282通過鼓風(fēng)機(jī)287與壓力艙281連通，從而使其壓力在飛行期間得到均衡。
建議低氧劑應(yīng)同時(shí)地釋放到所有艙空間中。然而，為縮小容器282的尺寸，低氧滅火劑的釋放可局限于探測(cè)到煙霧或火情的空間。由于AFSS的反應(yīng)時(shí)間小于1s，這應(yīng)足以撲滅局部火災(zāi)。需要的話，壓力艙281也可由分隔幕墻分隔為不同的段，如同圖11、15和16中所示的實(shí)施方案中所描述的那樣。
每一個(gè)排放噴嘴286都配備具有電氣或電爆式引發(fā)器的釋放閥。在發(fā)生電力故障時(shí)手動(dòng)操作也可以——機(jī)組人員可拉開最近的釋放閥，需要的話。合適的電磁閥或爆破片式閥、引發(fā)器和探測(cè)器可從許多消防設(shè)備供應(yīng)商那里購(gòu)得。
通常安裝在飛機(jī)中的泄壓閥290，提供一種在低氧滅火劑釋放期間使機(jī)艙281內(nèi)的表壓保持在安全極限之內(nèi)的作用。當(dāng)AFSS啟動(dòng)時(shí)，必須關(guān)閉艙11的通風(fēng)系統(tǒng)(由于太復(fù)雜，這里未畫出)。5～10min后，通風(fēng)系統(tǒng)可重新啟動(dòng)，這樣的時(shí)間將足以探測(cè)被撲滅的火源并防止它重新點(diǎn)燃。
圖29表示的是AFSS在剛展開的情況，圖30表示同一實(shí)施方案在接近結(jié)束時(shí)的情景，這時(shí)儲(chǔ)氣袋284幾乎完全放氣，火災(zāi)已被撲滅。
為簡(jiǎn)化AFSS，局部排放噴嘴閥286可換成一個(gè)位于遞送管道288上部的主閥，如同圖31和32所示的那樣。
圖31和32中表示的實(shí)施方案顯示相同的解決方案，但采用兩個(gè)可吹脹袋302或303，安裝在非氣密容器或架子304中，其作用僅在于將這兩個(gè)袋子保持在正確位置。當(dāng)AFSS展開后，鼓風(fēng)機(jī)307將空氣從艙301泵入起初已放氣的袋子303中。在吹脹期間，袋子303對(duì)已經(jīng)開始通過閥311和噴嘴306排放低氧滅火劑的袋子302施加壓力。閥311由來自火災(zāi)/煙霧探測(cè)器305的信號(hào)打開或由機(jī)組人員手動(dòng)打開。不斷吹脹的袋子303將使袋子302完全放氣，從而將全部氣體趕出系統(tǒng)。泄壓閥310將保證艙301中所要求的壓力。
可呼吸滅火劑應(yīng)在機(jī)上準(zhǔn)備好，可能的話，足夠艙內(nèi)空氣完全交換的數(shù)量聽候使用。滅火劑中的初始氧含量及其在袋子14中的貯存壓力可以改變。這取決于機(jī)上可用的貯存空間。在任何情況下，這些參數(shù)都需要計(jì)算以滿足當(dāng)滅火劑釋放時(shí)，它將在機(jī)內(nèi)提供氧含量為約15％的滅火氣氛。氣體貯存壓力可從標(biāo)準(zhǔn)大氣壓直至2～3bar或更高。
一旦AFSS展開，艙內(nèi)的新鮮空氣供應(yīng)系統(tǒng)必須自動(dòng)關(guān)閉。還建議在其余的航程中不再使用它。這將有利于保持該滅火氣氛以防死灰復(fù)燃，因?yàn)橹匦氯紵氖虑樵陔姎馄鸹鹗鹿手谐３０l(fā)生。新鮮空氣可按精確控制的數(shù)量加入，以保持艙內(nèi)氣氛中的氧含量介于15％～16％之間。
需要的話，可利用Hypoxico公司制造的機(jī)載低氧發(fā)生器在飛行中產(chǎn)生低氧滅火劑，或者可由地面服務(wù)車輛222，如圖22所示，重新灌注該系統(tǒng)。該車輛配備了低氧發(fā)生器和二氧化碳儲(chǔ)存鋼瓶。低氧發(fā)生器的工作原理在本文前面部分以及在上面援引的以往專利申請(qǐng)中做了全面描述。車輛222提供有關(guān)AFSS的地面服務(wù)，并且需要的話，向該系統(tǒng)重新灌注可呼吸滅火組合物。該組合物由以環(huán)境空氣為原料現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的低氧空氣氣體混合物與添加到混合物中的二氧化碳組成。低氧發(fā)生器采用分子篩吸附技術(shù)從環(huán)境空氣中提取精確份數(shù)的氧氣，并提供精確氧含量的氧耗損空氣。滅火組合物中的氧濃度可從16％變化到低至1％或更低，并且總是經(jīng)過預(yù)先確定，以便釋放時(shí)機(jī)艙內(nèi)氣氛將保護(hù)大約15％氧氣(對(duì)軍用飛機(jī)，可能更低)。
2.5km表壓、15％含氧量的低氧氣氛對(duì)于一般公眾(即便不補(bǔ)充氧氣)維持到找出并控制火源(至少15分鐘)，或等飛機(jī)下降到較低海拔從而增加機(jī)內(nèi)表壓以抵消低氧效應(yīng)所需時(shí)間，是絕對(duì)安全的。
然而，僅僅4～5％二氧化碳在低氧氣體混合物中的加入將允許滅火低氧氣氛持續(xù)數(shù)小時(shí)而對(duì)乘客健康沒有不利副作用。
圖33給出的曲線圖展示在下列兩種情況下，血紅素的氧飽和度隨著吸入空氣中氧含量從環(huán)境的20.9％下降到10％的變化情況a)環(huán)境大氣二氧化碳含量0.035％，以及b)當(dāng)二氧化碳含量提高到4％時(shí)。
這一曲線圖被NASA主持的廣泛研究項(xiàng)目“長(zhǎng)時(shí)間耐受嚴(yán)重缺氧期間CO2-O2的相互作用”，1995年，賓夕法尼亞醫(yī)療中心(Lambertsen，C.J.)的結(jié)果所證實(shí)。
曲線R展示，在暴露于吸入空氣具有環(huán)境大氣二氧化碳含量和10％O2的條件期間，動(dòng)脈氧血紅素飽和度從98％下降到約70％。
曲線S代表，當(dāng)4％CO2加入到具有10％O2的低氧氣體混合物中時(shí)，人體對(duì)在缺氧中恢復(fù)正常二氧化碳(normocapnia)所產(chǎn)生的生理學(xué)響應(yīng)。它清楚地顯示二氧化碳誘導(dǎo)對(duì)低氧的快速生理學(xué)適應(yīng)的有效性。
根據(jù)NASA的研究報(bào)告“…二氧化碳能夠通過使腦血管擴(kuò)張?zhí)岣吣X血流和氧合作用。此種提高的血(氧)流量提供一種對(duì)否則將無法忍受的缺氧程度的快速、有益的適應(yīng)”“在低氧暴露中，動(dòng)脈二氧化碳分壓的增加可支撐大腦的氧合與精神表現(xiàn)”。
所有這些都證實(shí)，在可呼吸低氧滅火劑中加入4～5％二氧化碳可提供保證此種滅火劑在飛機(jī)上的使用是絕對(duì)安全的。再者，大量研究人員證實(shí)，對(duì)此種高二氧化碳水平的暴露持續(xù)許多天，不會(huì)對(duì)人體器官產(chǎn)生任何有害作用。
圖34顯示代表對(duì)在2.5km海拔暴露于本發(fā)明可呼吸低氧滅火組合物造成的平均生理學(xué)響應(yīng)，該海拔對(duì)應(yīng)于在現(xiàn)代客機(jī)上因在此海拔高度充壓產(chǎn)生的表壓。
在飛行中，血紅素的平均氧飽和度為約96％?？珊粑脱鯗缁饸怏w混合物釋放約20min后，動(dòng)脈氧血紅素飽和度可降低到平均93％，正如圖中曲線Q所示，條件是氣體混合物含有約15％O2和4％CO2。此種微不足道的氧血紅素飽和度的下降可在海平面處中等強(qiáng)度鍛煉期間觀察到，并且是絕對(duì)安全的。
AFSS容許需要時(shí)在其余飛行中保持低氧、阻火環(huán)境，只需簡(jiǎn)單地保持新鮮空氣吸入和壓力艙的通風(fēng)系統(tǒng)都處于關(guān)閉。新鮮空氣可自動(dòng)地以有限數(shù)量加入，以便將機(jī)艙內(nèi)的氧含量維持在約16％的水平。此種自動(dòng)系統(tǒng)很容易通過安裝氧傳感器建立起來。
目前，新復(fù)合材料已經(jīng)允許將飛機(jī)設(shè)計(jì)得更結(jié)實(shí)、更輕，而不需要通過在較高海拔充壓來降低內(nèi)部氣氛的壓力。此種飛機(jī)將在飛行期間在機(jī)內(nèi)提供一種標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓力且還可應(yīng)付內(nèi)部壓力的略微提高。AFSS在此種飛機(jī)上的展開將誘導(dǎo)動(dòng)脈氧血紅素從98％到約95％這樣一種平均降低，而乘客將幾乎察覺不到這樣的變化。
本發(fā)明Hypoxic FirePASS、AFSS和可呼吸低氧滅火組合物可用于任何密閉人居空間，包括但不限于數(shù)據(jù)處理、通訊開關(guān)、工藝控制和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商用的房間，銀行/金融機(jī)構(gòu)、博物館、檔案館、圖書館和美術(shù)館、軍事和深水設(shè)施、客機(jī)/軍用飛機(jī)、空間飛行器/空間站、地下/水下設(shè)施；海輪；操作可燃/易爆材料的設(shè)施、核電站、交通隧道和機(jī)動(dòng)車、公寓和辦公綜合大樓、醫(yī)院、私人住宅以及其他用于生活、工作、旅行、運(yùn)動(dòng)、娛樂和其他人類活動(dòng)的隔絕的人居目標(biāo)。進(jìn)一步信息將查詢www.firepass.com。
權(quán)利要求
1.一種用于在密閉人居空間內(nèi)提供可呼吸滅火氣氛的低氧滅火組合物，所述組合物包含包含氧和氮的氣體混合物，所述氣體混合物含有小于18％氧，作為防火氣氛永久使用；或者所述混合物包含小于16.8％氧，作為滅火劑偶爾使用。
2.權(quán)利要求1的組合物，所述可呼吸防火氣氛包含水蒸汽、二氧化碳和其他大氣氣體，以呼吸可接受的含量存在。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述滅火劑的氮含量低于99％。
4.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的組合物，其中所述滅火劑包含足夠數(shù)量二氧化碳以抵消人體內(nèi)的低氧，因此當(dāng)該滅火劑釋放時(shí)，它將提供一種氧含量介于10％～16％和二氧化碳含量高達(dá)5％～10％的可呼吸滅火氣氛。
5.一種在密閉人居空間內(nèi)提供可呼吸防火氣氛的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一種密閉結(jié)構(gòu)具有，其中包含氧含量低于18％的可呼吸滅火組合物的內(nèi)部環(huán)境(11、91、101、110、130、140、171、191、221、241、251、272)和與所述內(nèi)部環(huán)境連通的進(jìn)口(12、131、172、192)；所述內(nèi)部環(huán)境用所述組合物不斷地通風(fēng)，該組合物由氧提取裝置(20、50、92、102、111、132、143、173、193、262)新產(chǎn)生，或者由生命支持系統(tǒng)(223、232、242、252)再生。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述氧提取裝置(20、50、92、102、111、132、143、157、173、193、262)具有吸入攝入氣體混合物的進(jìn)口(21、51、93)和第一(22、53)及第二(23、52、94、105、113、145、174、194、271)出口，所述第一出口遞送氧含量高于該攝入氣體混合物的第一氣體混合物以及所述第二出口遞送氧含量低于該攝入氣體混合物的第二氣體混合物；所述第二出口與所述內(nèi)部環(huán)境連通并將所述第二混合物遞送到所述內(nèi)部環(huán)境中，使得所述第二混合物與所述內(nèi)部環(huán)境中的氣氛混合；所述第一出口將所述第一混合物遞送到某一地點(diǎn)，在此它不與所述內(nèi)部環(huán)境中的所述氣氛混合；所述內(nèi)部氣氛選擇性地與外部大氣連通并將多余內(nèi)部氣體混合物排放到外部大氣中；所述攝入氣體混合物是從所述內(nèi)部環(huán)境以外的外部大氣吸入的環(huán)境空氣。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，所述氧提取裝置采用分子篩吸附技術(shù)(20)以便從所述攝入氣體混合物中提取一部分氧氣。
8.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，所述氧提取裝置采用氧富集膜(50)或其他空氣分離技術(shù)，以便從所述攝入氣體混合物中提取一部分氧氣。
9.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，當(dāng)所述內(nèi)部環(huán)境起初不含所述第二氣體混合物時(shí)，所述第二出口另外還與高壓貯存容器(97、104、112、153、265)連通，以便提供足夠供應(yīng)量的所述第二氣體混合物，它可釋放到所述內(nèi)部環(huán)境中撲滅可能的火災(zāi)。
10.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述生命支持系統(tǒng)具有空氣再生組件，其從所述可呼吸滅火組合物中除掉多余濕氣、二氧化碳、灰塵或其他人類活動(dòng)的氣態(tài)產(chǎn)物；所述再生組件不斷地接受來自所述內(nèi)部環(huán)境的可呼吸防火氣氛，以氧氣置換多余二氧化碳并提供維持所述氣氛的呼吸質(zhì)量所需數(shù)量的所述可呼吸滅火組合物；所述可呼吸氣氛和組合物包含83％～88％氮?dú)饣蚱渌栊詺庾饔谰皿w壓載物，其是最初以必要數(shù)量引入其中的，該數(shù)量也不受所述再生組件的影響；所述壓載物自動(dòng)地防止氧氣含量升高超過17％。
11.一種在密閉人居空間內(nèi)提供可呼吸滅火氣氛的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一種密閉結(jié)構(gòu)，具有其中包含用于當(dāng)?shù)睾妥陨砟康牡膬?nèi)部氣氛的內(nèi)部環(huán)境(91、101、110、140、151、201、211、275、281、301)和與所述內(nèi)部環(huán)境連通的進(jìn)口；一種氣體貯存容器(97、104、108、112、122、153、202、214、265、284、302)，它裝有氧含量低于16％并含氮的低氧滅火劑；所述滅火劑可包含二氧化碳或其他大氣氣體；裝在所述容器內(nèi)或從其中釋放出來的所述滅火劑的數(shù)量的計(jì)算必須使得，當(dāng)該滅火劑釋放到所述密閉空間中時(shí)，它提供一種氧含量介于10％～16％并且二氧化碳任選含量低于10％的可呼吸滅火氣氛。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，所述氣體容器裝有處于高表壓，優(yōu)選高于10bar的所述滅火劑，并當(dāng)接到來自火災(zāi)和煙霧探測(cè)設(shè)備(98、125、159、285、305)的信號(hào)時(shí)釋放該滅火劑；所述容器具有釋放閥(107、123、274、286、311)，后者由引發(fā)器啟動(dòng)，引發(fā)器由所述信號(hào)激活；所述容器具有氣體釋放噴嘴(95、106、114、146、154、175、195、204、213、268、306)，該噴嘴直接地，或通過任選的氣體分配管道(94、105、109、113、145、152、174、194、203、212、267、288、308)連接在容器上；所述噴嘴具有任選的降噪裝置以便降低滅火劑釋放發(fā)出的噪音等級(jí)。
13.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述容器(97、104、112、153、265)與氧提取裝置(92、102、111、157、262)結(jié)合安裝在一起并從該裝置中接受所述氣體劑，該劑由所述裝置和/或中間高壓壓縮機(jī)(103、158、266)恒定地保持在所選擇的表壓下。
14.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述容器是自成一體、獨(dú)立安裝的容器(121、202、214)，具有各自的火災(zāi)和/或煙霧探測(cè)系統(tǒng)，后者在出現(xiàn)火情時(shí)將引發(fā)所述氣體劑的釋放。
15.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中包括所述內(nèi)部環(huán)境的所述密閉結(jié)構(gòu)是一種區(qū)域，選自包括但不限于數(shù)據(jù)處理和工藝控制設(shè)備、通訊開關(guān)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商用的房間和外罩；銀行和金融機(jī)構(gòu)、博物館、檔案館、圖書館和美術(shù)館；公寓和辦公綜合大樓；軍事和深水設(shè)施；飛機(jī)、空間飛行器和空間站、海輪和貨船；操作可燃和易爆材料及組合物的工業(yè)加工和貯存設(shè)施以及其他工業(yè)及非工業(yè)設(shè)施，其他在人居環(huán)境中要求防火安全的物體。
16.一種為運(yùn)輸和交通隧道、工業(yè)和非工業(yè)建筑和結(jié)構(gòu)提供可呼吸滅火氣氛的自動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括由墻壁結(jié)構(gòu)限制的內(nèi)部空間(110，151)，具有進(jìn)口和出口以及許多間隔物(115，155)從而圍成內(nèi)部空間的選擇段(A、B、C、D)；所述間隔物在出現(xiàn)火情時(shí)可選擇性地關(guān)閉，以便當(dāng)關(guān)閉時(shí)，各段彼此之間以及與外部基本上隔絕；一種氧提取裝置(20、50、111、157)，具有吸入口和第一及第二出口，所述裝置通過所述吸入口吸入環(huán)境空氣并通過所述第一出口排出氧濃度低于環(huán)境空氣的氧含量降低的氣體混合物，還通過所述第二出口排出氧濃度大于環(huán)境空氣的富氧氣體混合物；一種氣體貯存容器(112、153)，具有接受管道和分配管道(113、152)并裝有處于高于環(huán)境表壓的所述氧含量降低的氣體混合物，所述接受管道與所述第一出口在操作上相連，并接受經(jīng)過中間壓縮后的所述氧含量降低的氣體混合物；所述分配管道與所述內(nèi)部空間連通，以便在出現(xiàn)火情時(shí)從所述容器中將氧含量降低的氣體混合物釋放到所述內(nèi)部空間內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)段中；所述第二出口與外部大氣連通并將所述富氧混合物釋放到外部環(huán)境中；所述氧含量降低的氣體混合物的氧濃度低于16％；所述氧含量降低的氣體混合物在出現(xiàn)火情時(shí)釋放到所述內(nèi)部空間的選擇的段內(nèi)，并提供氧含量介于12％～16％的可呼吸滅火組合物；所述組合物以必要數(shù)量排出所述內(nèi)部空間以均衡所述內(nèi)部空間的氣氛壓力與外部大氣壓力。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，所述多個(gè)間隔物為可吹脹的幕墻，其在平時(shí)維持放氣狀態(tài)并折疊在整個(gè)內(nèi)部空間各處天花板下面的卷簾盒(116，156)中；所述幕墻由透明和柔軟的合成材料制成可吹脹飄動(dòng)簾形式，以便當(dāng)吹脹時(shí)，它們提供對(duì)穿堂風(fēng)或任何吹入選擇段中的顯著空氣運(yùn)動(dòng)的充分阻擋；所述幕墻可由來自被火災(zāi)探測(cè)設(shè)備發(fā)出的信號(hào)引發(fā)的高溫?zé)峤庋b置或容器中的氣體吹脹。
18.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，所述內(nèi)部空間選自房間、住宅和樓房、交通隧道和車輛、地下和水下設(shè)施、海輪、飛機(jī)、軍事設(shè)施和車輛、核電站以及其他人居物體。
19.一種為運(yùn)輸和交通隧道、工業(yè)和非工業(yè)建筑和結(jié)構(gòu)提供恒定可呼吸防火低氧氣氛的自動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一種密閉空間(91、101、130、171、191、272)，它包含進(jìn)口、出口和圍成所述密閉空間的墻壁結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)口和出口具有門(131、148、172、192)，它們可選擇性地關(guān)閉，以便當(dāng)關(guān)閉時(shí)，該密閉空間與外部環(huán)境基本上隔絕；氣體處理裝置(20、50、92、102、132、143、173、193、262)，具有吸入口和第一及第二排出口，所述裝置通過所述吸入口吸入環(huán)境空氣并通過所述第一排出口排出氧濃度低于環(huán)境空氣的氧含量降低的氣體混合物，并通過所述第二排出口排出氧濃度大于環(huán)境空氣的富氧氣體混合物；所述第一排出口與氣體分配管道(94、105、145、174、194、263、271)連通，后者具有位于密閉空間內(nèi)的大量排放噴嘴(95、106、146、175、195、264)以便將氧含量降低的氣體混合物遞送到所述密閉空間中；所述氧含量降低的氣體混合物的氧含量低于17％但高于12％；所述氣體處理裝置包含通過吸入口(21，51)從外部大氣接受環(huán)境空氣的空氣泵(24)，以及從泵接受壓縮空氣的氧提取組件(20，50)，所述氧提取組件具有氧含量降低的混合物管道(23，52)和富氧混合物管道(22，53)；所述第一排出口在操作上與所述氧含量降低的混合物管道相連，并接受來自其中的所述氧含量降低的氣體混合物，所述第二排出口在操作上與所述富氧混合物管道相連并從其中接受所述富氧氣體混合物，再將該混合物釋放到外部環(huán)境中；所述氧含量降低的氣體混合物以必要數(shù)量從所述密閉空間排出，以便均衡所述空間內(nèi)的氣氛壓力與外部大氣壓力。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，所述密閉空間選自電腦機(jī)房、住宅和樓房、運(yùn)輸和交通隧道、核電站、地下和水下設(shè)施、海輪以及其他非氣密人居物體。
21.一種為人居環(huán)境提供可呼吸滅火組合物的設(shè)備，所述設(shè)備包括壓縮機(jī)(24)和具有吸入口(21，51)和第一(23，52)和第二出口(22，53)的空氣分離裝置(20，50)，所述裝置吸入所述壓縮機(jī)通過所述吸入口提供的壓縮空氣并通過所述第一出口排出氧含量低于所述氣體混合物的氧含量降低的氣體混合物，并通過所述第二出口排出氧含量大于所述氣體混合物的富氧氣體混合物；所述吸入口連接分配閥(27，47)，后者將壓縮空氣分配到許多各自連接一個(gè)單獨(dú)分開的容器(29)的進(jìn)口(28，48)，每個(gè)分開的容器中充填分子篩材料，它在壓力下吸附氮?dú)夂退羝?，然后讓富氧氣體混合物通入到氣體收集罐(31)中，收集罐與所述第二出口連通并在操作上與全部所述分開的容器相連并從中接受所述富氧氣體混合物；每個(gè)所述分開的容器以周期方式加壓和解壓并在每個(gè)解壓循環(huán)期間釋放所述氧含量降低的氣體混合物，將它們遞送到所述第一出口。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，所述第二出口具有釋放閥(32)，它使得所收集到的所述富氧氣體混合物在所述氣體收集罐(31)中保持處于高于大氣壓力下，因此當(dāng)任何所述分開的容器解壓時(shí)，一部分所述富氧氣體混合物便從所述罐中釋放回所述容器中，從所述分子篩材料上吹洗掉殘留的氮?dú)夂退?；所述分配閥(27，47)是一種空氣分配裝置，選自電氣、機(jī)械、空氣控制和電磁閥，包括直線和旋轉(zhuǎn)構(gòu)型的，帶有壓力、機(jī)械彈簧、電機(jī)和計(jì)時(shí)器控制的致動(dòng)器；所述分配閥安裝在歧管(28，48)上，它選擇性地與所述多個(gè)分開的容器(29)和所述第一出口連通，并選擇性地容許所述容器內(nèi)的帶壓空氣周期地進(jìn)入并讓所述氧含量降低的氣體混合物從中周期性地放出。
23.在人居氣密物體內(nèi)自動(dòng)維持一種可呼吸防火組合物的方法和設(shè)備，所述系統(tǒng)包括含氧和氮的所述組合物向所述氣密物體(221、241、251)中的初次引入，所述引入由氧提取設(shè)備(222)直接地或通過中間氣體貯存容器提供，以便當(dāng)所述組合物完全置換了所述物體內(nèi)的空氣并造成一種內(nèi)部氣氛時(shí)，將所述物體密封起來并由機(jī)載生命支持系統(tǒng)(223、232、242、252)提供進(jìn)一步的空氣再生；含惰性氣體壓載物的所述組合物和內(nèi)部氣氛防止氧含量升高超過16.8％；所述壓載物是惰性氣體，優(yōu)選是氮，它以83.2％～88％恒定地存在于所述內(nèi)部氣氛中；所述組合物和內(nèi)部氣氛具有12～16.8％氧濃度；所述生命支持系統(tǒng)在艙內(nèi)維持恒定表壓并通過提供要求濃度的氧、二氧化碳和濕度使所述內(nèi)部氣氛不斷再生，但絕不影響惰性壓載物含量。
24.權(quán)利要求23的發(fā)明，所述氣密物體選自飛機(jī)、空間站或空間飛行器、潛艇、軍用車輛和設(shè)施、水下或地下設(shè)施以及其他生活、工作或交通運(yùn)輸用的隔絕人居物體。
25.一種在飛機(jī)上提供可呼吸滅火氣氛的自動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括由帶有進(jìn)口的墻壁結(jié)構(gòu)與外部大氣基本隔絕的飛機(jī)內(nèi)艙或壓力艙(211、281、301)，以及低氧滅火劑的貯存和釋放系統(tǒng)；所述貯存和釋放系統(tǒng)具有貯存容器(214、284、302)，后者包含帶壓的所述滅火劑并通過被排放閥(286、311)限制的氣體分配管道(212、288、308)和氣體釋放噴嘴(213、286、306)與飛機(jī)內(nèi)部連通；所述滅火劑是氧、氮和二氧化碳的混合物，其中氧濃度低于16％，且二氧化碳含量高于5％；所述混合物可包含其它大氣氣體；所述滅火劑在出現(xiàn)火情時(shí)釋放到所述內(nèi)部，從而提供所述可呼吸滅火氣氛，其中氧含量介于12％～16％，且二氧化碳含量為約4％～5％，于是飛機(jī)新鮮空氣供應(yīng)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉；機(jī)載火災(zāi)和煙霧探測(cè)系統(tǒng)(285、305)，它通過打開排放閥并關(guān)閉飛機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)來啟動(dòng)系統(tǒng)。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述貯存和釋放系統(tǒng)具有彈性貯存容器(284)，它被最高至所要求壓力的所述滅火劑吹脹并位于通過空氣泵送裝置(287)與飛機(jī)內(nèi)部連通的氣密剛性容器(282)中；來自機(jī)載火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(285)的信號(hào)打開排放閥(286)，從而將滅火劑從貯存容器釋放到飛機(jī)內(nèi)部，其間空氣泵送裝置開始將被煙霧污染的空氣從飛機(jī)內(nèi)部泵送到所述剛性容器中，這樣一來便在貯存容器外部造成正壓，并迫使全部滅火劑流出容器；多余部分所述滅火氣氛通過泄壓閥(290)在需要時(shí)被釋放到外部大氣中。
27.權(quán)利要求25和26的系統(tǒng)，其中所述貯存和釋放系統(tǒng)具有彈性貯存容器(302)，它被最高至所要求壓力的所述滅火劑吹脹并位于非氣密剛性容器(304)中，在后者內(nèi)部具有附加彈性容器(303)，該容器是放了氣的并通過所述空氣泵送裝置(307)與飛機(jī)內(nèi)部(301)連通；當(dāng)探測(cè)到煙霧或火情時(shí)，排放閥(311)打開，從而將滅火劑從貯存容器(302)釋放到飛機(jī)內(nèi)部并且空氣泵送裝置(307)開始將被污染空氣從飛機(jī)內(nèi)部泵送到所述附加的、放了氣的容器(303)中，后者一邊被吹脹一邊對(duì)貯存容器(302)施加正壓并迫使全部滅火劑流出該貯存容器；多余部分所述滅火氣氛通過泄壓閥(310)在需要時(shí)被釋放到外部大氣中。
28.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述貯存和釋放系統(tǒng)具有高壓貯存容器(214)，它充滿所述滅火劑并通過氣體分配管道(212)與飛機(jī)內(nèi)部(211)連通，分配管道被排放閥限制著，該閥由火災(zāi)和煙霧探測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)致動(dòng)的引發(fā)器打開；當(dāng)探測(cè)到煙霧或火情時(shí)，引發(fā)器打開排放閥，從而將滅火劑釋放到飛機(jī)內(nèi)部；多余部分所述滅火氣氛通過泄壓閥(215)釋放到外部大氣。
29.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的可呼吸滅火氣氛、組合物和滅火劑，其中氮?dú)饪刹糠值鼗蛲耆珦Q成其它惰性氣體或具有惰性性質(zhì)的氣體混合物。
30.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述可呼吸防火氣氛由分流空調(diào)系統(tǒng)(14)循環(huán)著，以便控制它在所述人居空間內(nèi)的溫度和濕度。
31.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述可呼吸滅火氣氛被用于所有人居密閉空間中防火和滅火用途，包括飛機(jī)、空間站或空間飛行器、水下或地下設(shè)施以及機(jī)動(dòng)車、交通隧道或其他生活、工作、旅行、運(yùn)動(dòng)、娛樂或其他人類活動(dòng)用的隔絕的人居物體。
32.一種在密閉人居空間內(nèi)提供可呼吸滅火氣氛的方法，其中權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)的低氧滅火組合物被釋放到該密閉人居空間中。
33.權(quán)利要求32的方法，其中人居空間的空氣完全或部分地被所述氣體混合物置換，從而形成一種持續(xù)可呼吸、防火氣氛，其中氧含量高于12％，且氮含量低于88％；所述組合物恒定地供應(yīng)，數(shù)量足夠所述人居空間通風(fēng)以維持該氣氛的呼吸質(zhì)量。
34.權(quán)利要求32的方法，其中所述滅火劑的氮含量低于99％，且其確切含量和體積應(yīng)這樣計(jì)算以滿足，當(dāng)該滅火劑釋放時(shí)，它與所述密閉人居空間內(nèi)的內(nèi)部氣氛混合從而提供氧含量介于10％～16％，需要的話可更低，的可呼吸滅火氣氛。
全文摘要
提供一種防火和滅火系統(tǒng)和可呼吸滅火組合物，用于房間、住宅和建筑物、交通隧道和機(jī)動(dòng)車、地下和水下設(shè)施、海輪、潛艇、客機(jī)和軍用飛機(jī)、空間站和飛行器、軍事設(shè)施和車輛以及所有其他人居物體和設(shè)施。該系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或當(dāng)?shù)丨h(huán)境壓力的可呼吸低氧防火氣氛。該系統(tǒng)采用氧提取設(shè)備向人居區(qū)域內(nèi)供應(yīng)氧耗損了的空氣，或者將它貯存在高壓容器中以便一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)使用。引入一種可呼吸滅火組合物以建立持續(xù)的防火環(huán)境，它基本上是氮與氧的混合物，其中氧含量介于12％～17％。提供一種滅火系統(tǒng)，它采用氧濃度低于16％的滅火組合物，以便當(dāng)釋放時(shí)它造成一種氧濃度介于10％～16％的可呼吸滅火氣氛，其中還可加入二氧化碳。提供一種在人居氣密物體內(nèi)自動(dòng)維持可呼吸防火組合物的技術(shù)，即通過引入能自動(dòng)維持氧含量低于低氧閾值的惰性壓載物。提供一種采用低氧滅火劑的飛機(jī)滅火系統(tǒng)，用于在機(jī)上產(chǎn)生具有滅火性能的可呼吸氣氛。
文檔編號(hào)A62C3/00GK1441687SQ01811340
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2001年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月17日
發(fā)明者艾戈·K·科特里阿 申請(qǐng)人:艾戈 K·科特里阿