专利名称：灭火剂的气压输送法的制作方法
技术领域：
本发明涉及灭火组合物领域，并涉及将灭火组合物送至或送入受保护的危险区域的方法。
现有技术的描述自从十九世纪初以来，一直使用某些卤代烃作为灭火剂。1945年以前，三种最广泛使用的卤代灭火剂是四氯化碳、甲基溴和溴氯甲烷。然而，由于毒理方面的原因，这些试剂已被停止使用。直到最近才普遍使用的三种卤代灭火剂都是含溴化合物，即Halon 1301(CF3Br)、Halon1211(CF2BrCl)和Halon 2402(BrCF2CF2Br)。这些卤代灭火剂相对其它灭火剂如水或二氧化碳的主要优点之一是它们灭火的清洁性。从而卤代试剂一直被用于保护计算机房、电子数据处理设备、博物馆和图书馆，因为在这些地方使用例如水往往会对被保护的财产引起比火本身所引起的更大的二次危害。
虽然上面指出的含溴和含氯的化合物是有效的灭火剂，但是含溴或含氯的这些试剂被认定能破坏地球的臭氧保护层。例如，Halon 1301的臭氧消耗潜力(ODP)评价值(rating)为10，Halon 1211的ODP为3。由于担心臭氧的消耗，国际上和美国的政策都禁止在1994年1月1日以后生产和销售这些试剂。
Halon试剂Halon 1301和Halon 1211都以整个浸没施用方式使用，在检测到火灾后用该试剂充满被保护的整个设备，还以喷流(还称为“便携式”)施用方式使用，即使试剂流朝向火源，一般来自一种手持式或带轮子的灭火器(称为“便携式”)。
使用Halon 1301或Halon 1211的常规灭火系统使用安有一个汲取管输送试剂的试剂贮存筒。在较低的试剂筒贮存温度下，试剂的蒸气压降低，从而试剂从汲取管排出的驱动力也减小，导致为输送试剂所需的排放时间较长。已知的是较长的排放时间导致较长的灭火时间，从而增加火的危害和燃烧产物的生成，所以较长的排放时间是不希望的。为了提供更快的排放并允许在宽的温度范围内进行一致的系统操作，用惰性气体，一般是氮气使Halon系统超压。对于整个浸没施加方式来说，用氮气使Halon 1301超压到在70°F 360psig的总压。设计成喷流施用的Halon 1211系统用氮气超压到在70°F 150-195psig。
只是在最近才提出了使用氢氟化碳如1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(CF3CHFCF3)作为灭火剂，例如在US 5,124,053中所述的。由于氢氟化碳不含溴和氯，这类化合物不影响平流的臭氧层，故而它们的ODP为零。结果，氢氟化碳如1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷目前被用作灭火领域的Halons的对环境无害的替代品。本发明涉及这样的Halon替代品的应用。
上述用于Halons超压的氮气还可以与Halon替代试剂如1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷一起使用。然而，与新试剂一起使用氮气超压产生了在Halon试剂的情况中所未遇到的一些问题。例如，氮气溶入1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷的速度比氮气溶于Halon 1301中的速度慢得多，从而1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷/氮气系统达到平衡所需的时间比Halon 1301/氮气系统长得多。由于装量不足或装量过量的系统将不能正常工作，故而重要的是知悉系统已平衡以确保正常操作。氮气溶解慢导致在填充1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷系统的筒和使之超压时时间和成本增加，因为必须允许该系统在逐渐添加的氮气和1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷之间的平衡时间更长。可以通过剧烈搅拌该筒来缩短平衡时间，但是这也导致筒填充成本增加。
从而，本发明的一个目的是提供一种避免长的平衡时间的方法，如果Halon替代品与现有的系统筒填充方法一起使用会存在所述时间长的问题，其中用试剂填充筒并随后用氮气超压。
另外，氮气在Halon替代试剂如1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷中的溶解度远大于它在Halon 1301中的溶解度。结果，为达到相同量的超压，如对于整个浸没施用方式在70°F 360psig，需要更大量的氮气。另外，当替代试剂/氮气系统被迅速加热时，与Halon 1301/氮气系统的情况相比，平衡压力出现更大的偏离。当氮气超压的液体被迅速加热时，氮气跑出溶液，其量使得蒸气相中的氮气量大于在平衡状态下蒸气相中存在的量，并且建立一种高压非平衡状态。随着温度稳定，系统慢慢地平衡，并且压力减至相应于该温度的平衡压力。对于如1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷/氮气的系统来说，由迅速加热筒产生的暂时的非平衡压力可达到高水平，可能超过设备的额定压力并产生潜在的危险。
从而本发明的进一步的目的是提供避免与Halon替代灭火剂的超压有关的高非平衡压力的潜在问题的方法。
Halon替代试剂的实际使用所遇到的另一个问题是现存系统的改装问题。例如，由于它们的不同的传送性质和氮气溶解度，在给定的管道输送系统中超压的1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷的流速比超压的Halon1301的流速慢。从而，在设计用于提供排放Halon 1301 30秒的系统中，当用1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷系统筒代替Halon 1301系统筒时，排放时间大于30秒。正如前面所指出的，为了提供更快的灭火和减少生成的燃烧产物的量，希望有较短的排放时间。为了达到在现有的Halon 1301系统中的30秒或更少的排放时间，可能需要更换全部现有的管道输送网络，这大大地增加系统改装成本。
从而本发明的再一个目的是提供用Halon替代品改装现有系统而无需更换现有管道输送网络的方法。
与超压的Halon替代试剂有关的另一个问题涉及模拟它们在管道输送网络中的流动的容易性。已知氮气超压的Halon 1301的流动是一种两相流，并且过去进行了许多尝试来模拟氮气超压的Halon 1301的流动以能够设计工程系统。超压的Halon替代品的流动也是两相的，为了恰当地表征和模拟它们的流动，将需要做大量的工作。
从而本发明的又一个目的是提供避免超压的Halon替代品的两相流动以能简化在管道输送网络中的试剂流动模拟的方法。
本发明的其它目的会从下面的描述清楚地看出。
发明概述简要地描述本发明的一个方面，就是提供一种输送灭火剂到火中的方法。该方法包括提供一个灭火剂容器和一个高压气源。在输送试剂到火中之前的即刻，将高压气源与灭火剂容器连接，由此提供用于输送到火中的超压试剂。相似地提供一种用于输送灭火剂到火中的系统。
附图简述
图1是本发明的灭火剂输送系统的示意图。
优选实施方案为了有助于理解本发明的原理，参照本发明的优选实施方案，并在描述时使用具体的语言。然而，不能理解成以此限定本发明的范围，对这里所述的本发明的原理的替换、进一步改进和应用都是本领域技术人员可以预见的。
按照本发明，现已发现，在系统启动之前的即刻，灭火剂的超压避免了上述问题。这里所用的术语“超压”是指通过引入单独的加压气体使灭火剂升到比它在其贮存容器的温度的平衡压力大的压力。
按照本发明的一个实施方案，提供一种灭火方法，它包括一个由贮存在适当的筒中的灭火剂组成的系统和一个与贮存筒相连的加压系统。灭火剂以纯的液化的压缩气体形式在环境温度下在其本身的平衡蒸汽压下贮存在贮存筒中。一旦检测到火灾，用适当的装置使灭火剂筒超压，并且一旦超压到所需的水平，开始输送灭火剂。
灭火剂以纯试剂形式贮存避免了与超压有关的问题。系统筒可被快速填充并无需搅拌，因为在环境温度下筒压总是等于试剂的蒸气压。在对于筒暴露在典型的应用场合所预期的最高温度下，纯试剂的蒸气压比典型的贮存筒压力额定值低，从而无需考虑在超压化的试剂的情况出现的过大的筒压的问题。
本发明的另一个所希望的方面是已经发现在系统启动之前即刻将灭火剂快速超压能提供比可由常规的、超压的系统达到的大几倍的质量流速。从而使用本发明的方法与使用超压试剂的现有技术方法相比能有短得多的排放时间。这使得可用新试剂替代现有Halon系统而无需更换现有的管道输送网络。本发明的另一个所希望的方面是通过在排放前即刻使试剂过压，出现试剂的基本上单相流，大大地简化了试剂流的模拟和灭火系统的设计。
可按本发明使用的具体的灭火剂包括选自氢氟化碳、全氟化碳、氢氯氟化碳和碘氟化碳类化合物的化合物。
可按本发明使用的具体的氢氟化碳包括三氟甲烷(CF3H)、五氟乙烷(CF3CF2H)、1，1，1，2-四氟乙烷(CF3CH2F)、1，1，2，2-四氟乙烷(HCF2CF2H)、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(CF3CHFCF3)、1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(CF3CF2CF2H)、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(CF3CH2CF3)、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷(CF3CHFCF2H)、1，1，2，2，3，3-六氟丙烷(HCF2CF2CF2H)和1，1，1，2，2，3-六氟丙烷(CF3CF2CH2F)。
可按本发明使用的具体的全氟化碳包括八氟丙烷(C3F8)和十氟丁烷(C4F10)。
可按本发明使用的具体的氢氯氟化碳包括氯二氟甲烷(CF2HCl)、2，2-二氯-1，1，1-三氟乙烷(CF3CHCl2)和2-氯-1，1，1，2-四氟乙烷(CF3CHFCl)。
可按本发明使用的具体的碘氟化碳包括碘三氟甲烷(CF3I)。
本发明的另一方面是可以使用上述试剂的组合物来提供具有功效、毒性和/或环境安全性方面的改进的特性的一种混合物。
本发明的方法可用于输送多种方法中的灭火剂，例如这些方法用于Halons，包括用在浸没系统中、便携系统中或专用的系统中。适合的试剂贮存筒包括用于Halons或专用系统的那些，而且一般安有汲取管以促进试剂的输送。
可按本发明使用的试剂超压的具体手段包括通过用装在外部的筒罐中的惰性气体加压，或本领域技术人员公知的其它适合的加压手段，例如使用如汽车气囊系统中所用的基于叠氮化物的技术。可按本发明使用的具体的惰性气体包括氮气、氩气和二氧化碳。
在开始试剂超压和释放加压后的试剂之间的延迟时间可以从几分之一秒到几分钟。在开始试剂加压和加压后的试剂释放之间的优选的延迟时间在1和60秒之间。更长的延迟时间导致较高的试剂加压水平和较短的排放时间。
参照图1，该图表示一种本发明的试剂输送系统。该系统10包括一个装有灭火剂12的贮存筒11。汲取管13从该筒延伸并与阀14相连。管道15从该阀导向一个或多个输送喷嘴16。
一个加压气源17与贮存筒11连接。在一个实施方案中，气源17包括多个装有加压氮气的筒18。每个筒18通过管道19和20与贮存筒11连接。在该管道系统中包含有阀21和22以控制气体流动，并用压力计23-25帮助监视该系统。
操作时，使用一个控制装置来操作阀21和22以响应着火灾的感应。这样的感应和控制在灭火领域中是常规的，并用于检测火的存在，然后起动灭火系统的操作。在该系统中，利用火的感应作用开启阀21和22并输送加压气体到贮存筒。而阀14同样也被打开并且灭火剂经喷嘴16送到火中。
下面将参照具体的实施例进一步描述本发明。然而，应理解这些实施例是说明性的，并不具有限制性。实施例1构造一个试验腔室，其内部尺寸为11.25×19.25×11.83英尺，提供一个2562立方英尺的可浸没体积。它是用两层0.5英寸石膏壁板在2×4英寸的木框上构成的，并安有5个2×3英尺的聚碳酸酯窗户和一个钢门，带磁密封。试剂贮存在额定值为100磅的Fike Halon 1301中，它配有一个四通球阀。筒的出口与一个管道网络相连，该网络是由0.5英寸NPT 40管构成，所述管在位于该腔室的顶板的中心处的悬置的喷嘴处截止。管道和喷嘴的尺寸可使浓度为5.0％v/v的Halon 1301用30秒流光液体。
经过第二个四通球阀连接到筒的液面上空间的是一个有三个高压氮气筒的贮罐。设置压力传感器以监测氮气贮罐的压力(“活塞”(pistoning)压力)和试剂筒压力。在喷嘴处设置另一个压力传感器以能由压力-时间关系图确定排放时间。
使试剂筒装有87.5磅1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷，然后用氮气超压到在70°F 360psig的总压。然后使该筒与管道网络相连，仪器动作并经管道网络释放试剂。由压力传感器输出值可知液体流光时间为36秒，这相当于质量流速为2.43磅/秒。其它详情示于表1中。实施例2按实施例1所述的步骤进行，不同的是1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷不用氮气超压。氮气罐的压力(初始“活塞压力”)设至360psig，并且在0时间时，连接氮气罐和试剂筒的阀被打开以使试剂加压。一秒钟后，将筒连至管道网络的阀被打开，输送试剂。测定全部液体流光需20秒，这相当于4.36磅/秒的质量流速。
本实施例表明在试剂释放前即刻加压可使质量流速增加。其它详情示于表1中。实施例3重复实施例2的步骤，不同的是氮气贮罐压力(活塞压力)设定至600psig的初始压力。所得到的质量流速为5.15磅/秒。实施例4重复实施例2的步骤，不同的是在加压和释放试剂之间的延迟时间增至10秒。所得质量流速为6.26磅/秒。实施例5重复实施例4的步骤，不同的是调节氮气贮罐的初始压力为775psig。所得质量流速为7.96磅/秒。
上述实施例表明通过在系统排放前即刻加压灭火剂可增加质量流速。
表1氮气贮罐加压时最大喷嘴平均喷嘴液体流光 质量流速压力(psig) 间(秒)压力(psig) 压力(psig) 时间(秒) (磅/秒)0*- 150 12536 2.43360 1 220 85 20 4.38600 1 300 12017 5.15600 10300 16014 6.26775 5 500 25011 7.96*FM-200TM超压到360psig(70°F)(常规系统)。实施例6在本发明的范围内改变所指出的参数重复前面的实施例，也获得了所希望的结果。使用替代的加压气体如氩气和二氧化碳也获得了相似结果。改变初始气压产生了可接受的灭火剂输送效果，这样的改变使得可控制输送时间和速度。前述各种其它Halon和Halon替代灭火剂也适合于按前述实施例输送。
虽然已用附图和前面的说明对本发明进行了详细阐述和描述，但这些描述应被认为是说明性和非限定性的，应当理解仅仅是表示和描述了优选的实施方案，而且本发明精神范围之内的所有改变和改进都希望得到保护。
权利要求
1.一种用于将灭火剂输送到火中的方法，该方法包括下述步骤a.在贮存容器中提供灭火剂；b.提供加压气体源；c.在需要将灭火剂输送到火中之前的约60秒以下，使加压气体源连通贮存容器以使加压气体进入贮存容器，并由此使灭火剂在贮存容器内超压；和d.使超压的灭火剂由贮存容器排到火中。
2.按权利要求1的方法，其中步骤c包括在步骤d排放之前的约1和约60秒之间使加压气体源连通至贮存容器。
3.按权利要求2的方法，其中步骤c的所述连通在步骤d排放之前的约5和约10秒之间。
4.按权利要求1的方法，其中灭火剂选自氢氟化碳、全氟化碳、氢氯氟化碳和碘氟化碳。
5.按权利要求4的方法，其中灭火剂选自三氟甲烷(CF3H)、五氟乙烷(CF3CF2H)、1，1，1，2-四氟乙烷(CF3CH2F)、1，1，2，2四氟乙烷(HCF2CF2H)、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(CF3CHFCF3)、1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(CF3CF2CF2H)、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(CF3CH2CF3)、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷(CF3CHFCF2H)、1，1，2，2，3，3-六氟丙烷(HCF2CF2CF2H)、1，1，1，2，2，3-六氟丙烷(CF3CF2CH2F)、八氟丙烷(C3F8)、十氟丁烷(C4F10)、氯二氟甲烷(CF2HCl)、2，2-二氯-1，1，1-三氟乙烷(CF3CHCl2)、2-氯-1，1，1，2-四氟乙烷(CF3CHFCl)和碘三氟甲烷(CF3I)。
6.按权利要求1的方法，其中步骤a包括在贮存容器中提供一种主要由灭火剂组成的组合物。
7.按权利要求1的方法，其中步骤b包括提供一种选自氩气、氮气和二氧化碳的加压气体源。
8.一种用于将灭火剂输送到火中的方法，该方法包括下列步骤a.提供一种装有主要由灭火剂组成的组合物的贮存容器；b.检测待由灭火剂扑灭的火；c.步骤b后，用一种加压气体在约1和约60秒之间的时间使在贮存容器内的灭火剂加压；和d.步骤c后，使超压的灭火剂由贮存容器排入火中。
9.按权利要求8的方法，其中步骤c的所述加压在步骤d排放之前约5和约10秒之间。
10.按权利要求8的方法，其中灭火剂选自氢氟化碳、全氟化碳、氢氯氟化碳和碘氟化碳。
全文摘要
一种用于灭火的灭火剂(12)在其自身的蒸汽压下贮存在贮存容器(11)中,并且一个用于使灭火剂(12)超压的加压气源(18)单独贮存在筒(18)中。一旦检测到着火,就使贮存容器(11)连通到加压气源(18)以使灭火剂(12)在贮存容器(11)内超压。在约60秒内,通过开启出口阀(14)将超压的灭火剂(12)从贮存容器(11)中排出,并经管道(15)和喷嘴(16)送至着火区。该方法和相应的系统可用于各种灭火剂(12),包括Halons,减少了平衡时间而对于新灭火剂也无需高代价地改装现有的设备。
文档编号A63B53/04GK1179728SQ96192913
公开日1998年4月22日 申请日期1996年2月1日 优先权日1995年2月3日
发明者M·L·罗宾, W·D·雷古斯特尔, 饭久保祐一, M·A·斯维瓦尔 申请人:大湖化学公司