基于相变灭火剂的冷却消防系统的制作方法

1.本发明涉及机械或电子设备的温控和消防，特别涉及基于相变灭火剂的冷却消防系统。


背景技术：

2.一些机械设备和机械设备的周围环境具有温控和消防需求。例如，对于蒸汽机、内燃机、汽轮机和喷气发动机等把内能转化为机械能的热机来说，工作过程中，燃烧的燃料在做功的同时会产生大量的热，这些热积聚起来会对机械本身造成不良影响，进而缩短使用寿命，影响其他部件，甚至引发事故。因此，热机工作时对自身工作状态下的温度控制有一定需求，对于做功过程中产生的多余热应尽快降温、散热，以达到保护机械、保障安全的目的。当热机发生燃料泄露或者局部热失控时，会引局部的火灾，一旦难以控制可能引发爆炸事故。并且，由于热机工作时温度高、发热量大，对于热机局部火灾的扑灭应该选取高效的灭火剂。
3.另外，目前很多大型电子设备运行时也会产生大量的热，对环境温度和散热有较高的要求。例如数据中心会布设大量服务器，服务器的运行会产生大量的热，服务器一般在接触温度不高于70℃，空间温度不高于90℃的情况下能够正常工作，高于此温度界限后，服务器容易死机甚至热失控烧毁。并且，数据中心往往都需要设置备用电源ups，ups一般为化学储能电池，在运行中存在一定的热失控风险。基于以上两点，在大型数据中心，温度调节装置与自动灭火装置是必备设备。同时，数据中心多为复杂用电环境，对灭火器材的要求较高，需要具有灭火高效、无腐蚀性、无导电、易于清理等特点。
4.目前对机械设备或电子设备进行降温一般采用空调系统，而对于消防需求一般采用能够满足设备环境要求的灭火系统，温控和消防是两套相互独立的系统，分别独立工作。目前温控和消防需要设置成独立系统的根本原因是，空调系统所用的制冷剂和消防系统所用的灭火剂所用材料不同，必须基于独立的制冷管道和消防管道分别进行相应制冷剂和灭火剂的输送。但是，这种结构形式就造成现有的冷却消防系统结构复杂，管路成本高。对此，申请公布号为cn112038728a的中国发明专利申请公开了一种储能装置用冷却消防混合系统，包括压缩机制冷系统，压缩机制冷系统包括依次通过管路连接的压缩机、冷凝器、储液罐、节流元件(即上述发明专利申请中的节流阀)等，形成了冷却循环回路，节流元件之后并联有与冷却循环回路并联的灭火喷淋支路，用于实现消防功能。压缩机制冷系统使用的制冷剂为阻燃型制冷剂(如七氯丙烷、全氟己酮等)，这类阻燃型制冷剂除了能够实现制冷系统的正常运行，而且是具有阻燃特性、汽化吸热特性的相变灭火剂，能够实现消防功能。运行时，上述冷却消防混合系统具有冷却模式和灭火模式，冷却模式时，通过压缩机压缩阻燃型制冷剂，经过冷凝器、节流阀后通入冷却支路，对储能系统进行冷却；灭火模式时，液态的阻燃型制冷剂直接通过喷淋支路输送至喷头，雾化后喷向储能装置，可快速扑灭明火并短时间地抑制火情。灭火模式下，为了保证足够的灭火剂供应、提高灭火效果，冷却循环回路上还于压缩机之前的管路上连接有灭火支路，灭火支路远离压缩机的一端连接至用于在灭
火模式下供应制冷剂的灭火剂罐，灭火剂罐内的灭火剂同样为阻燃型制冷剂，当储液罐内液相制冷剂只剩5％时，启动灭火支路上的阀门，使灭火剂罐内的灭火剂通过灭火支路进入冷却循环回路中，起到在灭火模式下补充供应制冷剂的作用。
5.但是，现有的压缩机制冷系统运行时不可避免地会出现制冷剂的损耗，上述冷却消防混合系统在冷却模式下工作时，制冷剂少于一定量后将影响系统的制冷效果，而添加制冷剂需要进行专业操作，不能即时进行，也会对机械设备或电子设备的正常运行和压缩机制冷系统的稳定运行产生影响，造成温度波动。并且，在灭火模式下，上述冷却消防混合系统中灭火剂罐内的灭火剂需要通过压缩机、冷凝器、储液罐向用于灭火的喷淋支路供应，中间环节较多，不易保证充足的灭火剂供应量，灭火效果受限。假如为了避免中间环节的影响，将灭火剂罐设置到压缩机之后，则无法依靠压缩机向灭火剂罐内的制冷剂提供输送动力，灭火剂罐将无法发挥补充制冷剂的作用。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于相变灭火剂的冷却消防系统，解决现有的冷却消防系统制冷模式时不能即时进行制冷剂补充，且在灭火模式下不易保证充足的灭火剂供应量的问题。
7.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统采用如下技术方案：
8.基于相变灭火剂的冷却消防系统，包括使用阻燃型制冷剂的压缩机制冷系统，压缩机制冷系统包括依次设置的压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，形成冷却循环回路；节流元件之后连接有与蒸发器并联布置的灭火喷淋支路；冷却消防系统还包括盛装有所述阻燃型制冷剂的补液容器，节流元件之后设有冷却回路阀门，补液容器通过补液管路连接到冷却回路阀门之后、蒸发器和灭火喷淋支路之前；补液容器连接有用于使补液容器内排出的阻燃型制冷剂形成所需压力的动力装置，补液管路上设有补液阀。
9.上述技术方案的有益效果是，与现有技术中通过压缩机提供灭火喷淋动力相比，通过补液管路连接到冷却循环回路上的补液容器上连接有动力装置，阻燃型制冷剂能够依靠动力装置形成所需压力，在补液阀开启后即向冷却循环回路即时补充助燃型制冷剂；同时，阻燃型制冷剂能够依靠动力装置形成的压力为阻燃型制冷剂的喷出提供动力，而且补液管路连接在位于节流元件的下游的冷却回路阀门之后、蒸发器和灭火喷淋支路之前，不需经过其他元件，直接通过阀门和管路向灭火喷淋支路供应灭火剂，从而能够更容易地保证充足的灭火剂供应量；另外，冷却回路阀门能够避免连接有动力装置的补液容器向节流元件之前的管路反向加压，在满足灭火剂供应需求的同时，能够避免对压缩机制冷系统造成损害。
10.作为一种进一步限定的技术方案：补液阀为单向阀，单向阀朝向冷却循环回路和灭火喷淋支路单向导通。
11.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，采用单向阀时，通过选用具有设定的开启压力的单向阀即可在冷却循环回路中的压力低于临界压力时自动向冷却循环回路补充阻燃型制冷剂，设定的开启压力与冷却循环回路内需补充制冷剂时的临界压力对应，这样不需另外设置驱动装置来控制补液阀的启闭，有利于简化结构，降低成本。
12.作为一种进一步限定的技术方案：冷却循环回路上设有用于检测阻燃型制冷剂的
流速和/或压力的检测装置。
13.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，通过检测装置能够方便地获知冷却循环回路是否需要补充制冷剂，相比于通过监测制冷效果来进行判断更加直观和准确。
14.作为一种进一步限定的技术方案：冷却消防系统还包括控制装置，检测装置、冷却回路阀门和动力装置与控制装置连接。
15.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，通过设置控制装置并与检测装置、冷却回路阀门和动力装置连接能够实现自动化控制，有利于系统即时可靠地发挥作用。
16.作为一种进一步限定的技术方案：冷却消防系统还包括用于盛装压缩的动力气体的压缩气体容器，压缩气体容器与补液容器之间设有供气阀门；动力装置由压缩气体容器和所述供气阀门形成。
17.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，采用压缩气体容器和供气阀门形成动力装置，相比于液体泵等结构，不需动力装置一直运行，可靠性和稳定性更好。
18.作为一种进一步限定的技术方案：所述压缩气体容器上设有容器压力检测装置，压缩气体容器通过可拆接头与补液容器连接；并且/或者，补液容器上设有液量检测装置，补液容器通过可拆接头与补液管路和压缩气体容器连接。
19.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，采用上述技术方案，压力检测装置检测到压缩气体容器内的压力低于设定值时，可以直接通过可拆接头更换新的压缩气体容器；类似地，液量检测装置检测到补液容器内的阻燃型制冷剂少于设定值时，可以直接通过可拆接头更换新的补液容器，从而实现快速维护，减少维护作业对系统功能的影响时间，提高可靠性。
20.作为一种进一步限定的技术方案：所述压缩机的进口处设有回气阀门。
21.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，在灭火模式下，通过回气阀门能够更完全地将压缩机与冷却消防空间切断，保证压缩机制冷系统的机组的安全。
22.作为一种进一步限定的技术方案：所述蒸发器的进口处设有液体循环泵。
23.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，液体循环泵能够保证充足的阻燃型制冷剂供应量，保证冷却效果，满足波动的冷却需求。
24.作为一种进一步限定的技术方案：所述冷却消防系统包括至少两个用于设置在不同的使用空间内的系统终端，至少有一个系统终端包括蒸发器，至少有一个系统终端包括灭火喷淋支路；各系统终端以并联形式连接至主循环管路，系统终端与主循环管路之间设有隔离用阀门，用于实现各系统终端之间的隔离。
25.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，设置隔离用阀门能够避免不同系统终端之间相互影响，并且能够优先保证待灭火部位的灭火剂供应，保证灭火效果。
26.作为一种进一步限定的技术方案：灭火喷淋支路上设有两个以上灭火剂喷头，各灭火剂喷头处均设有对应的火灾传感器和喷淋阀门。
27.上述进一步限定的技术方案的有益效果是，针对每个灭火剂喷头均设置对应的火灾传感器和喷淋阀门能够提高喷淋位置的精准性，防止不必要位置的喷淋造成阻燃型制冷剂的浪费。
附图说明
28.图1是本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例1的结构示意图；
29.图2是本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例4的结构示意图。
30.图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、压缩机；12、冷凝器；13、节流元件；14、蒸发器；15、主循环管路；16、液体循环泵；17、冷却回路阀门；18、回气阀门；19、温度传感器；21、灭火喷淋支路；22、灭火剂喷头；23、火灾传感器；31、隔离用阀门；41、补液容器；42、压缩气体容器；43、供气阀门；44、补液阀。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以下结合实施例对本发明进一步地详细描述。
37.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例1：
38.如图1所示，基于相变灭火剂的冷却消防系统为用于大功率、高性能内燃机的冷却消防系统。该内燃机所对应的安装环境包括多个需要重点散热并设置消防措施的关键位置，这些关键位置分别对应于空间1至空间k。
39.冷却消防系统包括由压缩机11、冷凝器12、节流元件13和蒸发器14这“四大件”构
成的压缩机制冷系统，“四大件”为压缩机制冷系统的必要部件，具体结构和功能是现有技术，此处不再详细说明。其中压缩机11用于将气态制冷剂压缩为高温高压气态状态；冷凝器12用于使制冷剂散热，变为高温高压液态状态；节流元件13采用膨胀阀，用于使制冷剂经过后变为低温低压液态状态；蒸发器14用于依靠低温低压液态状态的制冷剂吸收周围的热量，实现降温功能，同时使制冷剂变为低温低压气态状态并回到压缩机11，完成一个工作循环。节流元件13的出口和压缩机11的进口分别连接有主循环管路15，而空间1至空间k内均设有系统终端，本实施例中的各系统终端均包括上述蒸发器14，还包括与蒸发器14通过三通接头并联布置的灭火喷淋支路21。本实施例中，冷却消防系统中的制冷剂采用阻燃型制冷剂，具体为全氟己酮，同时也是一种灭火剂。全氟己酮是氟化酮类的化合物，是一种清澈、无色、无味的液体。全氟己酮在1大气压力下的沸点为49.2℃。在灭火性能上，其蒸发热仅仅是水的1/25，而蒸汽压是水的25倍，这些性质使它易于汽化并以气态存在，它主要依靠吸热达到灭火的效果，其灭火浓度为4-6％，安全余量比较高，在使用时对人体更安全。全氟己酮的介电强度为76.4kv，具有极低的腐蚀性，对电气设备没有腐蚀；其极易汽化的性质，十分便于灭火后的现场清理；其具有较为突出的环境友好特征，其臭氧损耗潜能值(odp)：0，全球温室效应潜能值(gwp)：1，大气存活寿命(年)：0.014(5天)。
40.各系统终端以并联形式连接至主循环管路15，对于蒸发器14来说，蒸发器14的进口端连接在与节流元件13对应的供给侧主循环管路上，蒸发器14的出口端连接在与压缩机11对应的回流侧主循环管路上。为了提高冷却效果，蒸发器14的进口处设有液体循环泵16。对于灭火喷淋支路21来说，由于阻燃型制冷剂不需回流，因此，灭火喷淋支路21仅进口端连接在与节流元件13对应的供给侧主循环管路上，而灭火喷淋支路21的出口端为盲端。各系统终端与主循环管路15之间均设有隔离用阀门31，用于实现各系统终端之间的隔离，并且便于对各个系统终端进行独立控制。灭火喷淋支路21上设有若干灭火剂喷头22，各灭火剂喷头22处均设有火灾传感器23和喷淋阀门(图中均为示出)。
41.为了实现消防功能，满足消防灭火时的大流量制冷剂供应需求，冷却消防系统还包括盛装有所述阻燃型制冷剂的补液容器41，补液容器41为补液罐，通过补液管路连接到供给侧主循环管路上。节流元件13之后设有冷却回路阀门17，补液管路与供给侧主循环管路的连接位置位于补液容器41冷却回路阀门17之后、蒸发器14和灭火喷淋支路21之前。另外，冷却消防系统还包括压缩气体容器42，压缩气体容器42与补液容器41之间设有供气阀门43，压缩气体容器42和供气阀门43形成了动力装置，用于使补液容器41内的阻燃型制冷剂形成设定压力。当然，阻燃型制冷剂所需要形成的压力值是根据系统的使用需求确定。补液容器41通过可拆接头连接到补液管路上，压缩气体容器42通过可拆接头连接到补液容器41上，同时，压缩气体容器42上设有压力传感器(图中未示出)，压力传感器构成容器压力检测装置，用于检测压缩气体容器42内的气体容量；补液容器41上设有液位传感器(图中未示出)，液位传感器构成液量检测装置，用于检测内部灭火性制冷剂的液面高度，进而确定内部阻燃型制冷剂的剩余量。本实施例中压缩气体容器42为氮气罐，动力气体为氮气，性质稳定。补液管路上设有朝向冷却循环回路和灭火喷淋支路21单向导通的单向阀，构成补液阀44，用于在压缩气体容器42内的气体压力下向冷却消防系统中补充相变灭火剂，不会出现逆流。
42.为了保证冷却消防系统的稳定运行，所述压缩机11的进口处设有回气阀门18，能
够在需要进行灭火时关闭。为了及时对冷却消防系统中的制冷剂进行补充，冷却循环回路上设有用于检测阻燃型制冷剂的流速和压力的检测装置(图中未示出)，分别为流速传感器和压力传感器，检测装置的优选设置位置为节流元件13的出口端。冷却消防系统还包括控制装置，控制装置与检测装置信号连接，并且与压缩机11、隔离用阀门31、冷却回路阀门17、回气阀门18、动力装置上的供气阀门43、液体循环泵16控制连接，能够实现自动化控制。另外，各空间内均设置有火灾传感器23，不限于温度探测器、烟雾探测器等，火灾传感器23检测结果达到阈值时，灭火系统启动，同时进行报警，将火灾信息及时上传至控制中心的控制装置，上传方式不限于有线、无线、载波通信等。火灾传感器23对应于各个灭火剂喷头22布置。
43.冷却消防系统运行时具有冷却模式和灭火模式。
44.冷却模式下，隔离用阀门31、冷却回路阀门17、回气阀门18开启，压缩机11工作，内燃机系统需散热部位的热量被蒸发器14吸收，低温低压液态的相变灭火剂通过蒸发器14变为高温低压气态，送入压缩机11变为高温高压气态，经过冷凝器12变为高温高压液态，再通过节流元件13变为低温低压液态，实现一次热力循环，进而为内燃机降温。空间k内设有与控制装置连接的温度传感器19，当内燃机发生过热使，液体循环泵16加速循环，提高热交换效率。
45.灭火模式下，空间k内设置i个火灾传感器，如果第i个火灾传感器gk(i)发现对应位置出现火情，则冷却消防系统停机，关闭压缩机11，并且关闭冷却回路阀门17、回气阀门18和其他空间的隔离用阀门31，开启存储有压缩气体的动力装置上的供气阀门43、相应灭火喷淋支路21上对应的喷淋阀门，动力气体通过供气阀门43开放释压，补液容器41内的灭火剂被迅速推入管路，由发生火灾位置附近的灭火剂喷头22喷出，实现快速灭火使相应的灭火剂喷头fk(i)对空间k中对应位置的火源区域进行灭火。
46.为了能够实现理想的灭火效果，本系统利用补液容器41做了灭火剂储备，以防止在火点过多或火势蔓延较快的情况下出现灭火剂不足的问题。本系统中控制了优先级，以灭火系统优先，设置的火灾探测装置确认报警后，系统将主动关闭在运行状态下的压缩机制冷系统，进入灭火模式。本发明所采用的相变灭火剂具有阻燃灭火的化学特性，并因其具有较低温度的相变特性，能够带走火源热量、实现快速降温灭火，并在气化后进一步隔绝火源、吸附热量，控制火情。同时，因为相变灭火剂具有较低的蒸发温度、较小的冷凝压力、较高的单位容积制冷量、较低的临界温度的热力学性质，以及较低的粘度、密度，较高的热效率，也能够作为制冷剂实现其沸点温度之上的环境温度控制。此外，所选相变灭火剂还能够满足安全性和环保性要求。
47.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例2：
48.本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，补液容器41连接的动力装置包括压缩气体容器42和供气阀门43。而本实施例中，补液容器41连接的动力装置为设置在补液管路上的液体泵送装置，依靠泵的抽吸使补液容器41内排出的阻燃型制冷剂形成所需压力。
49.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例3：
50.本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，补液容器41连接的补液管路上的补液阀44为单向阀，依靠动力装置使阻燃型制冷剂的压力升高而实现补液。而本实施例
中，补液阀44为开关阀。
51.在其他实施例中，补液阀、供气阀门也可以在需要补充制冷剂时手动开启。
52.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例4：
53.本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，冷却消防系统中的两个用于设置在不同的使用空间内的系统终端均包括蒸发器14和灭火喷淋支路21。而本实施例中，如图2，冷却消防系统中的一个系统终端仅包括蒸发器14，另一个系统终端仅包括灭火喷淋支路21。
54.本发明中基于相变灭火剂的冷却消防系统的实施例5：
55.本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，灭火喷淋支路21上的灭火剂喷头22均设有火灾传感器23和喷淋阀门。而本实施例中，灭火剂喷头22为能够在环境温度达到设定阈值后自动开启的自开启喷头，有利于简化结构，降低成本。
56.在上述实施例中基于相变灭火剂的冷却消防系统用于内燃机，在其他实施例中，基于相变灭火剂的冷却消防系统也可以用于其他场合。例如，对于数据中心，服务器和ups机柜都需要进行散热并设置消防措施，可以在服务器和ups机柜分别设置一处系统终端。
57.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。