一种医用瓶组式细水雾灭火装置的制作方法

本发明涉及一种消防领域的细水雾灭火装置，具体涉及一种医用瓶组式细水雾灭火装置。

背景技术：

火灾是严重威胁人民群众生命和财产安全的危险事故，全国每年因各种原因造成的此类事故就达数万起。医院是一个特殊的公共场所，人口密集、流动性大，大多数是老弱病残孕及行动不便的人群，且存在大量易燃易爆物品。一旦发生火灾，将会造成大量财产损失和人员伤亡，后果不堪设想。手术室火灾虽然罕见，但在手术室中：大量并逐渐增多的电子仪器设备、手术中使用的电刀、激光、热凝装置等都为高温热源；纱布、手术敷料、毛毯、一次性输液导管等塑料耗材、挥发性消毒剂等都是易燃物质；氧气与笑气为助燃剂。火灾要素具备，绝对高危，就看是否防范与处置得当了。手术室内的设备仪器大部分都是贵重设备，一旦发生火灾必然也会造成相当大的财产损失和危急患者的生命安全，例如2011年8月24日晚上海交通大学医学院附属第三人民医院外科大楼3楼手术室火灾事故发生就是手术室空气净化器起火，造成手术室内麻醉病人死亡。

细水雾是一种新型的灭火方式，近20世纪90年代初由美国科学工作者和工商界在40年代应用水雾灭火的基础上发展起来的环保型灭火系统，并发布了NFPA750《细水雾灭火系统标准》。国内也进行了相应的研究，其中南京消防器材股份有限公司于2000年率先进行了细水雾灭火技术的研究和产品开发，填补了国内消防领域的空白。随后于2013年颁布实施的国家标准GB50898-2013《细水雾灭火系统技术规范》，进一步推广和规范细水雾灭火系统。

细水雾灭火使用特殊喷头、通过高压喷水产生水微粒，达到高效率的冷却与缺氧窒息作用。其中细水雾的产生是灭火系统的心脏，水雾粒径以及水雾的初速度直接影响细水雾灭火系统的灭火能力。应用火灾模拟软件FDS对庚烷液体可燃物燃烧进行模拟，讨论细水雾粒径对火灾的灭火效果，得出粒径为150μm为较好的灭火粒径。

现有的细水雾灭火装置不能在现场切断水源，更不能在环境温度降低以后，自动关闭喷水阀门停止喷水，造成水资源浪费。火灾发生后，由于需要外部提供水源和电源驱动电动水泵输送水或提供压力喷水，遇到断电或断水情况下，无法自行启动装置进行灭火。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种不受外界断水断电影响的可以独立安装的细水雾自动灭火装置。

本实用新型技术方案为：

医用瓶组式细水雾灭火装置包括储水瓶，接头瓶体，管接头，管堵，三通，不锈钢管一，瓶组支架，分区控制阀，驱动瓶组，虹吸管，软连接管，气体单向阀，报警控制器，不锈钢管二，短管，喷头，探测器，探测器线路，瓶组支架用于固定储水瓶和驱动瓶组；所述储水瓶口部紧密插接有管接头，所述三通为T字形，所述管接头连通T字形三通下端和虹吸管，所述虹吸管伸入到储水瓶底部，T字形左端连接不锈钢管一，T字形右端设置管堵；所述不锈钢管一另一端与分区控制阀接通；驱动瓶组内装有高压氮气，口部通过软连接管与分区控制阀接通；所述喷头连通在短管上，短管通过连接不锈钢管二与分区控制阀接通，所述的分体控制阀控制不锈钢管一和不锈钢管二连通和断开；所述储水瓶口部还设置有接头瓶体，接头瓶体通过管路与分区控制阀连通，管路上设置有只允许流体进入储水瓶的单向阀；分区控制阀设置有记忆合金，高温下记忆合金发生形变开启阀门，分区控制阀开启后，高压氮气通过接头瓶体压入储水瓶，将储水瓶中的水通过不锈钢管二压至喷头并喷射而出。

所述贮水瓶为2个以上，贮水瓶之间通过不锈钢管一连接在三通上形成彼相连通状态。

所述分区控制阀还连接有报警控制器，报警控制器通过探测器线路与喷头附近的探测器相连接；分区控制阀开启或探测器检测到高温烟雾时，报警控制器均发出火灾警报。

报警控制器还连接有图像火灾探测系统，所述的图像火灾探测系统包括摄像头，硬盘录像机，实时转码提取数字码流和火灾火灾图像探测服务器，摄像头将拍摄到的图像经由硬盘录像机处理形成录像文件，实时转码提取数字码流将录像文件进行分析处理并实时转码，将提取的数字码流发送至火灾图像探测服务器，火灾图像探测服务器识别出火灾险情后给报警控制器发出信号，报警控制器发出火灾警报，分区控制阀开启进行细水雾灭火操作。

本实用新型有益效果为：医用瓶组式细水雾灭火装置可以扑灭A类火(固体)、B类火(液体)、C类火(气体)及E类火(电气)，消耗水量极少，灭火效能高，安全环保，屏蔽热辐射强，电绝缘性好的特点。具有不需要电源，可以安装在防爆场所内；反映速度快，灭火及时；火灾消灭后，可以及时关闭；安放在手术室内，对人和设备没有任何危害性。

附图说明

图1为医用瓶组式细水雾灭火装置结构示意图

图2为图像火灾探测系统结构示意图

图3为三帧差法算法过程

图中，1储水瓶；2接头瓶体；3管接头；4管堵；5三通；6不锈钢管一；7瓶组支架；8分区控制阀；9驱动瓶组；10虹吸管；11软连接管；12气体单向阀；13报警控制器；14不锈钢管二；15短管；16喷头；17探测器；18探测器线路。

具体实施方式

医用瓶组式细水雾灭火装置是一种利用贮存在高压气瓶内的高压氮气为动力，经减压调压阀调压至设计压力后经过贮水瓶，将贮水瓶内的水压至喷头，并形成压力水从喷头的喷嘴中高速喷出。

如图1所示，医用瓶组式细水雾灭火装置包括储水瓶1，接头瓶体2，管接头3，管堵4，三通5，不锈钢管一6，瓶组支架7，分区控制阀8，驱动瓶组9，虹吸管10，软连接管11，气体单向阀12，报警控制器13，不锈钢管二14，短管15，喷头16，探测器17，探测器线路18，瓶组支架7用于固定储水瓶1和驱动瓶组9；其特征在于：所述储水瓶1口部紧密插接有管接头3，所述三通5为T字形，所述管接头3连通T字形三通5下端和虹吸管10，所述虹吸管10伸入到储水瓶1底部，T字形左端连接不锈钢管一6，T字形右端设置管堵4；所述不锈钢管一6另一端与分区控制阀8接通；驱动瓶组9内装有高压氮气，口部通过软连接管11与分区控制阀8接通；所述喷头16连通在短管15上，短管15通过连接不锈钢管二14与分区控制阀8接通；所述储水瓶1口部还设置有接头瓶体2，接头瓶体2通过管路与分区控制阀8连通，管路上设置有只允许流体进入储水瓶1的气体单向阀12；分区控制阀8设置有记忆合金，高温下记忆合金发生形变开启阀门，分区控制阀8开启后，高压氮气通过接头瓶体2压入储水瓶1，将储水瓶1中的水通过不锈钢管二14压至喷头16并喷射而出，压力水与周边的空气产生强烈的摩擦，水流被撕裂，从而形成直径Dv0.50小于200μm且Dv0.99小于400μm的细水雾。

2.如权利要求1所述的医用瓶组式细水雾灭火装置，其特征在于：所述的分区控制阀8控制不锈钢管一6和不锈钢管二14连通和断开。

储水瓶1为2个以上，储水瓶1之间通过不锈钢管一6并联在三通5上形成彼相连通状态。

分区控制阀8还连接有报警控制器13，报警控制器13通过探测器线路18与喷头16附近的探测器17相连接；分区控制阀8开启或探测器17检测到高温烟雾时，报警控制器13均发出火灾警报。

细水雾的气相冷却是由于水的气化，把火灾现场所释放的热量从火焰和热烟气中快速带走。细水雾良好的冷却效能主要由于细水雾的雾滴直径小，比表面积非常小，遇热后迅速汽化、蒸发，当火焰温度下降到维持其燃烧的临界值以下时，火焰就熄灭了。实现对火焰的冷却，也减少了火灾现场表面的热辐射，这样也就同时减少了热能。

由于细水雾的直径很小，相对同样体积的水，其表面积剧增，从而加强了热交换的效能，起到了非常好的降温效果。细水雾吸收热量后迅速被汽化，使得体积急剧膨胀，通常膨胀可达到1700多倍，从而降低了空气中的氧气浓度，抑制了燃烧中的氧化反应的速度。

医用瓶组式细水雾灭火装置分区控制阀采用特殊的打开方式，配有记忆合金。结合记忆合金的性能，当火灾发生时，记忆合金材质的弹簧遇热伸长，打开喷头，管道内的压力释放，启动高压氮气瓶，使高压氮气瓶内的氮气迅速流至贮水瓶，将压力水输送到喷头，从喷嘴中高速喷出，形成细水雾。从而做到能够在第一时间内灭火，不仅大大降低了火灾的危险，在一定程度上阻止火灾的发展，而且其设备本身的维护费用也非常低廉，具有结构简单、能产生比较细的雾滴、不需要电力驱动等优点。因此对于环境特殊的手术室来说，医用瓶组式细水雾灭火装置是一个高效可靠的灭火设备。

作为一个实施例，参见图2，报警控制器13还连接有图像火灾探测系统，所述的图像火灾探测系统包括摄像头，硬盘录像机，实时转码提取数字码流和火灾火灾图像探测服务器，摄像头将拍摄到的图像经由硬盘录像机处理形成录像文件，实时转码提取数字码流将录像文件进行分析处理并实时转码，将提取的数字码流发送至火灾图像探测服务器，火灾图像探测服务器识别出火灾险情后给报警控制器13发出信号，报警控制器13发出火灾警报，分区控制阀8开启进行细水雾灭火操作。

目前国内视频监控系统品牌较多，我们提出开发主流品牌的视频监控系统对接软件，对于其它非主流品牌的视频监控系统可以采用硬盘录像机转接的方式。主要技术方案如下：

(1)采用共享内存技术使客户端火灾图像探测软件与服务器端监控平台共享图像数据；采用实时传输技术确保火灾图像探测软件能够获得即时数据；采用新型抑制和降低噪声技术在不降低火灾图像探测软件处理速度的前提下提高分析精度。

(2)根据技术研发方案开发相应的软件和硬件设备，具体联接技术数据如下：

获取数据所在IP段：unsigned long IP

获取数据的通道标识：int Channel

获取视频流数据：char*pBuffer

数据要求为4:2:0的YUV数据流

(3)对于摄像头传输的704×576图像，实现对单一硬盘录像机16路监控摄像点位的同时检测；采用多进程技术实现对大型室内场所整体火灾探测的全覆盖。

2.对传统火眼烟雾检测软件技术的改进

在实际应用中，系统必须解决火灾图像探测软件与实际监控摄像平台有机结合的问题，特别是满足对多路视频进行实时监控。但是目前存在的下述问题可能影响火灾图像探测系统的使用效果。

(1)现有监控平台无法实时处理多路数据。限于物理结构，无论使用单台硬盘录像机还是采用录像机集群，各通道视频数据均无法同步传入监控平台。为确保火灾检测的准确度，对同一通道帧频率有严格的要求。多路火灾检测时，各通道视频串行传入将使同一通道视频各帧图像间的间隔延长，从而影响检测效果。

(2)对于不同品牌和型号的硬盘录像机，其视频数据的帧格式不同，导致需要对不同格式的帧图像进行处理，大大增加了系统的内存消耗和软件运行时间，影响检测效果。

(3)目前国内仍在使用的一批早期安装的监控探头分辨率低，缺乏色彩信息，整体摄像效果差，从而影响火灾图像探测的准确度。

鉴于以上问题，主要改进内容包括：

火焰检测

A、火焰检测的码流转换

硬盘录像机形成的标准YUV图像数据必须转换为色彩空间的图像转化为RGB图像以方便后续处理。其内在的转化原理，是基于以下的色彩空间的转化公式：

至此，即完成了YUV420的码流数据向IplImage型图像结构的转换，方便了后续算法的处理，也为火灾图像处理算法在实际监控系统中的应用提供了基础。

B、运动检测——帧差法

选定了一帧图像作为背景，而其他后续所来的每一帧都与此背景帧做差值，然后判断所得差值的阈值，若大于阈值范围，则判定为前景像素，若小于阈值范围，则判定为背景像素。一般地，设选定的背景帧用b(x,y)表示，其后所来的每一帧可表示为f(x，y,i)，其中x,y分别表示图像的横坐标和纵坐标，而i表示的所来帧序列的序数。当图像序列中的第i帧与设定的背景帧做灰度上的相减时便得到一个差分图像：

d(x,y,i)＝f(x,y,i)-b(x,y) (2)

当此灰度差分图像的某点像素值大于阈值T时，即将此点置1，否则置0，由此便得到了一个由阈值T控制的二值化图像：

在此二值化图像X(x,y)中，被置为1的点即为目标区域像素，而被置为0的点即为背景区域像素。

图3给出了三帧差法的算法过程。

C、颜色检测

通过对视频图像数据进行整合分析，可以粗略得到以下结论：

①无论是在明亮环境下还是昏暗环境下，火焰像素的红色分量值都在130以上；在明亮环境下，由于光线充足的原因，火焰的红色分量多在130左右徘徊；而在昏暗环境中，由于火焰所能提供的亮度相对纯粹，甚至有一般的可能性其红色分量会达到160以上。

②无论是在明亮环境下还是昏暗环境下，火焰像素的红色分量值要大于它的绿色分量值和蓝色分量值，而绿色分量值和蓝色分量值表现得并不规律，绿色分量值和蓝色分量值并不像红色分量有一个较明确的下限值，但多数情况下，绿色分量值要大于相同位置上的蓝色分量值，尤其是在靠近火焰中心区域的情况下，这种规律体现得尤为明显。

③在明亮环境下，红色分量，绿色分量，蓝色分量三色分布范围较宽，而在昏暗环境下，红色分量，绿色分量，蓝色分量则分布得相对集中。

基于以上分析，不难得出火焰像素在RGB色彩空间下的数学表达式为：

基于火焰像素在RGB颜色空间下RGB分量所具有的统计特性，其火焰在燃烧的过程中不可避免地也会在饱和度上表现出一定的特性。某点的饱和度的量化表达式为：

烟雾检测

A、烟雾的色彩特征

由于燃烧物的不同，在燃烧过程中其所释放出的烟雾颜色也有所不同，无法单纯的在RGB色彩空间下寻找其彩色共性，因为其色彩跨度过大，不像火焰一般有固定地明显地色彩分布特征，也不具有易于区分的彩色判断条件，只能深入挖掘其色彩间相互依存的关系。

通过对图的所代表的不同RGB色彩关系分析，大致可得到如下结论；

在三基色分量的分配上，红色，绿色，蓝色分量各自值相差不大，其最大颜色分量与最小颜色分量值的分布都是相近的；

在三基色分量值的变化趋势上，各个分量值的变化趋势上具有趋同性。

以上的观察和分析，对于第一点结论可以用公式6来表示：

max(r,g,b)-min(r,g，b)＜T₁(6)

其中max(r，g，b)表示同一像素点中r,g,b分量的最大值，而min(r,g,b)表示同一像素点r，g，b分量的最小值，T₁是一个较小的值，表示同一像素的r，g，b分量最大值和最小值相差的阈值，依据实验一般选择40-60之间的整数值，可获得较好效果。

B、烟雾的高频衰减特征

单纯基于烟雾的颜色特征判断，还是会产生一定程度上的误检，这是因为上述基于烟雾颜色特征提炼出的公式判断条件可以保证单色特性，故还需从烟雾的频率特性入手，以区别于其他的纯色干扰物体。

当考虑到频率特性时，不可避免地会考虑用傅里叶变换或小波变换，这都是将图像从时域信息转变为频域信息的工具。此处选用小波变化，因为其快速离散变换更适合于处理烟雾图像。

C、小波变换

小波变换较傅里叶变换的优点在于它开辟的窗口大小是随着频率的高低自行变化的，而不像傅里叶变换过程中窗口大小恒定不变那样，具有多层分辨率解析的能力，更加灵活。

①连续小波变换

连续小波变换的定义可用公式7表示为：

在公式中，a用来控制缩放的倍数，体现了其频率信息，故a又称为缩放因子，b用来控制其平移的位置，体现了其时空信息，故b又被称为平移因子，ψ(x)即可称为小波函数，有时又称其为母小波，作为基本变换之用，而意味着ψ(x)的复共轭。

D、烟雾的高频衰减特征

观察实际的有烟雾存在的图像，不难发现，在烟雾慢慢缓慢产生至浓度不断增加的过程中，烟雾在逐渐模糊其所遮挡位置的边缘轮廓及诸多细节信息，而这在小波变换中恰好对应的是高频信息的不断衰减，在利用高斯混合背景建模后，可以很自然地得到图像的前景区域和图像的背景区域，若对二者的对应位置分别作小波变换的话即可对比出细节信息的衰弱程度。事实上，在一幅图像中，细节信息蕴藏在高频信号当中，而对于一层的二维离散小波变换而言，高频信息又分布在HL，LH，HH三个区域，即将此三部分的高频分量值累加起来即可得到总的细节分量，故像素(x,y)的高频能量值e_n(x,y)可用公式(8)来表示：

e_n(x,y)＝|HL_n(x,y)|²+|LH_n(x，y)|²+|HH_n(x,y)|² (8)

E、烟雾的形态复杂度

在烟雾的形成过程中，由于气流的扰动及其自身运动的不规则性，其所呈现的形状也是复杂多变的，但是在复杂变化的同时又不难发现，随着烟雾浓度的加大，烟雾内部渐渐不再清晰可见，只表现为烟雾外部的羽流特性，故当具有足够的烟雾浓度的时候，烟雾的形状又会变得很具有规律性，故此处可以借用上一章测度火焰形状复杂度特征的表达式同样地来测度烟雾的形态学特征：

其复杂度C'的数学表达式为：

其中L为此物体的周长，A为此物体的面积，当面积一定时，周长越小，表明形状越简单，而周长越长则意味着边缘形状越复杂，即当C'>1时其形状越不规则。

但是借此公式来表征符合烟雾特征条件的疑似区域时，可以发现，烟雾累积到一定浓度时，复杂度将不再无限上升，将C'稳定在一个范围之内，经过大量实验发现C'取值稳定在3<C'<40这个范围之内，故以此作为判据，当符合此条件时将其归入为疑似烟雾区域，否则将其排除。