一种用于集装箱船的自动灭火系统的制作方法

1.本技术涉及火灾探测技术领域，具体而言，涉及一种用于集装箱船的自动灭火系统。


背景技术：

2.由于随着集装箱船的规模和复杂性都在增加，世界各地发生多起集装箱船的火灾事件。国际海上保险联盟就应对集装箱船火灾升级表示担忧，国际海事组织呼吁所有利益相关者共同努力，以解决现有集装箱船的消防设备不能有效应对紧急火灾事件的问题。
3.目前应用于集装箱船的灭火系统主要分为两类，一类是具有灭火功能的集装箱。通常是在集装箱船内配备的都是二氧化碳灭火剂、七氟丙烷灭火剂、高压水雾枪等进行灭火，这些安全方式都属于被动安全防范设施，对于紧急火灾事件无法起到很好的防护作用；而对配有发动机的集装箱船可以放置灭火弹以对高温导致自燃发生的火灾事件起作用，但对低燃点可燃气体和闪点引起的爆燃、以及远离灭火弹引爆索的自燃无法及时做出反应，灭火效率低。
4.另一类是对集装箱安装灭火系统，其使用的火焰探测器包括烟雾探测器（温度探测器，易燃气体探测器），此类探测器需温度、烟雾、或气体浓度达到一定阈值时才能检测到火焰，探测器灵敏度低。


技术实现要素：

5.本技术提供一种用于集装箱船的自动灭火系统，以解决现有技术中灭火效率低、探测器灵敏度低的问题。
6.本技术的实施例是这样实现的：本技术实施例提供一种用于集装箱船的自动灭火系统，包括：双红外火焰探测器和双红外火焰探测器电连接的控制盒、烟温感探测器、灭火剂式自动灭火装置、水系自动灭火装置和声光报警器；所述双红外火焰探测器用于实时监测集装箱船内的火警信号，并将火警信号发送至所述控制盒，且所述双红外火焰探测器安装于集装箱船的车厢顶部；所述控制盒用于接收火警信号，进行分析处理，并控制自动灭火装置的启停，且所述控制盒安装于集装箱船的监控室；所述烟温感探测器用于监测集装箱船内的烟雾和温度数据，且所述烟温感探测器根据集装箱的排布位置分区排列安装于集装箱上；所述灭火剂式自动灭火装置用于在集装箱船内发生火警时迅速喷洒灭火剂，且所述灭火剂式灭火装置安装于集装箱船的战斗室；所述水系自动灭火装置包括：水阀、电磁阀、水道喷洒管网和水雾喷头，所述水阀一侧与外接水源连接，所述水阀另一侧连接电磁阀，所述电磁阀通过水道喷洒管网与水雾喷头连接；
所述声光报警器用于在集装箱船内发生火警时发出声光报警信号。
7.在一些实施例中，所述控制盒包括：火警信号采集单元、逻辑控制单元、检测显示通讯单元、灭火瓶驱动单元、显示单元、can通讯单元和供电单元；所述检测显示通讯单元一侧与所述火警信号采集单元连接，所述检测显示通讯单元另一侧与所述显示单元连接，所述检测显示通讯单元与所述can通讯单元形成can通讯连接，且所述检测显示通讯单元与灭火瓶驱动单元连接，以实现从输入火警信号至输出灭火瓶喷瓶信号的全通道检测；所述逻辑控制单元一侧与所述火警信号采集单元连接，所述逻辑控制单元另一侧与所述灭火瓶驱动信号单元连接，以实现发现火情时，自动触发灭火瓶动作；所述供电单元用于供电。
8.在一些实施例中，所述控制盒用于接收各探测器发出的火警信号、对火警信号进行分析处理以判断是否发生火情，以确定是否启动自动灭火装置。
9.在一些实施例中，所述火警信号采集单元包括：双红外火焰探测火警采集子单元和烟温感探测火警采集子单元。
10.在一些实施例中，所述灭火剂式自动灭火装置包括贮存七氟丙烷灭火剂的灭火瓶和灭火瓶通过连接管件连接的灭火剂输送管路，所述灭火瓶安装于沿集装箱长度方向的三分之一位置处。
11.在一些实施例中，所述灭火剂输送管路包括喷洒主管路和喷洒支管路，所述喷洒支管路等距离位于所述喷洒主管路上，沿着所述喷洒支管路的一端安装有灭火剂喷头，且所述灭火剂喷头与所述烟温感探测器呈间隔排布。
12.在一些实施例中，所述控制盒包括控制面板，所述控制面板上设置有灭火瓶按钮、消警按钮和水雾灭火控制按钮。
13.在一些实施例中，所述烟温感探测器设置有8组，且每组烟温感探测器设有编号，以便根据烟温感探测器的安装位置，准确判断着火位置。
14.在一些实施例中，所述水系自动灭火装置还包括过滤器，所述过滤器用于过滤杂物。
15.本技术实施例的有益效果包括：通过选用可靠性和响应速度均较好的双红外火焰探测器，以实现提高探测器的灵敏度；进一步，通过烟温感探测器进行火警探测，以经济实用相结合的方式，以降低生产成本；进一步，通过灭火剂式自动灭火装置和水系自动灭火装置结合使用，以实现迅速扑灭火情，提高灭火效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1示出了本技术实施例用于集装箱船的自动灭火系统的组成示意图；图2示出了本技术实施例用于集装箱船的自动灭火系统中控制盒的组成示意图；图3示出了本技术实施例水系灭火自动装置中水道喷洒管网的布置示意图。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
21.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.图1示出了本技术实施例用于集装箱船的自动灭火系统的组成示意图。
24.本技术提供的一种用于集装箱船的自动灭火系统，包括：双红外火焰探测器和双红外火焰探测器电连接的控制盒、烟温感探测器、灭火剂式自动灭火装置、水系自动灭火装置和声光报警器；所述双红外火焰探测器用于实时监测集装箱船内的火警信号，并将火警信号发送至所述控制盒，且所述双红外火焰探测器安装于集装箱船的车厢顶部；所述控制盒用于接收火警信号，进行分析处理，并控制自动灭火装置的启停，且所述控制盒安装于集装箱船的监控室；所述烟温感探测器用于监测集装箱船内的烟雾和温度数据，且所述烟温感探测器根据集装箱的排布位置分区排列安装于集装箱上；所述灭火剂式自动灭火装置用于在集装箱船内发生火警时迅速喷洒灭火剂，且所述灭火剂式灭火装置安装于集装箱船的战斗室；所述水系自动灭火装置包括：水阀、电磁阀、水道喷洒管网和水雾喷头，所述水阀一侧与外接水源连接，所述水阀另一侧连接电磁阀，所述电磁阀通过水道喷洒管网与水雾喷头连接；所述声光报警器用于在集装箱船内发生火警时发出声光报警信号。
25.其中，通过选择可靠性和响应速度均较好的双红外火焰探测器，以提高探测器的灵敏度。双红外火焰探测器探测到火焰时会发送出火警信号，单片机通过硬件接口输出火警信号，同时通过内can总线会给控制盒发送火警信号，控制盒接收到火警信号后启动声光报警器进行声光报警，且启动灭火剂式自动灭火装置，同时通过外can总线上报自身工作状态和火警信息。
26.在一些实施例中，选用的双红外火焰探测器具有较强的环境适应性，且是小型化设计。双红外火焰探测器可检测火焰中的红外辐射峰值波段，以避免人为干扰因素造成的误判火警。除此之外，双红外火焰探测器还对太阳光、氙气灯、高压钠灯、荧光灯、电弧等多种干扰源免疫，从而保证了探测器的高可靠性。
27.其中，双红外火焰探测器安装位置距离地面约1.5m的车厢顶部，因此需具有较高的灵敏度才能达到“快速灭火”的目的。实验表明，500ml汽油泼洒在模拟假人或者地面，将产生高度在50cm～100cm，面积在0.1m2～0.3m2的火焰。双红外火焰探测器在距离火焰小于1.5m的情况下，5s内可以连续报出火警。当瞬间火势较大时，报警时间小于10ms。响应光学视场角为
±
45
°
锥角，可有效覆盖车厢内部。
28.其中，集装箱顶部长期经受海洋环境温度的考验，带来的震动和冲击十分频繁。双红外火焰探测器的设计，考虑了复杂的工作环境因素，对温度变化、冲击和震动都进行了优化处理。双红外火焰探测器的壳体采用铸铝，强度高、抗电磁干扰能力强，不易因震动和冲击变形。金属外壳还能有效散热，延长电子器件寿命。窗口采用5mm加厚石英玻璃，在有效的透过火焰光谱的同时，也能保护内部器件不受损坏。
29.图2示出了本技术实施例用于集装箱船的自动灭火系统中控制盒的组成示意图。
30.在一些实施例中，所述控制盒包括：火警信号采集单元、逻辑控制单元、检测显示通讯单元、灭火瓶驱动单元、显示单元、can通讯单元和供电单元；所述检测显示通讯单元一侧与所述火警信号采集单元连接，所述检测显示通讯单元另一侧与所述显示单元连接，所述检测显示通讯单元与所述can通讯单元形成can通讯连接，且所述检测显示通讯单元与灭火瓶驱动单元连接，以实现从输入火警信号至输出灭火瓶喷瓶信号的全通道检测；所述逻辑控制单元一侧与所述火警信号采集单元连接，所述逻辑控制单元另一侧与所述灭火瓶驱动信号单元连接，以实现发现火情时，自动触发灭火瓶动作；所述供电单元用于供电。
31.在一些实施例中，所述火警信号采集单元包括：双红外火焰探测火警采集子单元和烟温感探测火警采集子单元。在一些实施例中，所述控制盒用于接收各探测器发出的火警信号、对火警信号进行分析处理以判断是否发生火情，以确定是否启动自动灭火装置。
32.在一些实施例中，所述灭火剂式自动灭火装置包括贮存七氟丙烷灭火剂的灭火瓶和灭火瓶通过连接管件连接的灭火剂输送管路，所述灭火瓶安装于沿集装箱长度方向的三分之一位置处。
33.其中，采用七氟丙烷（hfc-227ea/fm200）灭火剂具有无色、无味、低毒、不导电、不污染被保护对象的优点，不会对财务和精密设施造成损坏，能以较低浓度扑灭b、c类火灾及电气火灾，适用于集装箱船的灭火条件。由于每公斤七氟丙烷灭火剂保护容积1.6m3(a类火)，此次安装集装箱内部空间的体积在63m3左右，所需灭火剂剂量约为40kg。在70l管道式灭火瓶中，充装灭火剂40l（充装高压氮气30l），七氟丙烷灭火剂饱和液体密度1.3g/cm3,40升空间可充装55kg灭火剂，考虑到集装箱密闭性不足而造成的灭火剂损失。因此，采用70l管道式灭火瓶能够满足集装箱有效灭火要求。
34.其中，灭火瓶内装有适量的气体灭火剂七氟丙烷和压强为2.5mpa～3mpa的氮气，利用氮气的压力将灭火剂从灭火瓶中输送给灭火剂输送管路并喷向箱体内部。
35.在一些实施例中，控制盒是整个自动灭火系统的逻辑控制核心，主要功能是实时监测双红外探测器、烟温感探测器的火警信号、灭火瓶状态和装置所处的工况，发现火情
时，逻辑控制部分输出喷瓶信号，在驱动电路的作用下，驱动灭火瓶喷撒灭火剂，对集装箱进行保护；若发现故障则随时提示给操作人员。
36.在一些实施例中，所述烟温感探测器设置有8组，且每组烟温感探测器设有编号，以便根据烟温感探测器的安装位置，准确判断着火位置。
37.在一些实施例中，火警信号采集包括双红外火焰探测器的火警信号采集和烟温感探测器的火警信号采集。其中，双红外火焰探测器采用窗口电路实现，仅响应上下门限范围内的信号，降低外部干扰对自动灭火系统火警识别的影响，提高火警鉴别准确性。烟温感探测器内部设有热敏电阻，感受环境温度达到阈值，实现温度报警；也设置有暗室，检测光在暗室中反射和折射，当进入暗室的烟雾达到一定浓度，会改变光的反射和折射方向，从而判断烟雾浓度，实现报警。烟温感探测器采用二线制安装，为了保证可靠性，设计为环线，当环线中一处断开，不影响探测器功能，同时可以上报故障。其中，烟温感探测器按照集装箱内布置位置，进行分区排列。每个烟温感探测器在安装时，设置有编号，根据其安装的位置，可以准确判断着火位置。在控制盒上，根据探测器的安装位置，进行指示灯排列指示。
38.在一些实施例中，逻辑控制单元采用32位arm单片机lpc2194，该芯片具有16kb片内ram，256kb嵌入式flash，2个32位定时器，4路10位a/d转换器，9个外部中断，4路can，多个串口，2个uart、i2c接口，46个gpio（可承受5v电压），lqfp64封装。采用该芯片采集火警信号、灭火瓶状态、紧急按钮、系统工况，按平时/战时逻辑输出灭火瓶、风机驱动信号，实现系统的逻辑控制功能。该芯片资源丰富，外围供电、工作电路简单，体积小、功耗低。
39.在一些实施例中，检测显示通讯单元采用与lpc2194相同资源的32位arm单片机lpc2294，其中10位a/d转换器由4路增加为8路，gpio（可承受5v电压）由46个增加为112个，lqfp144封装，可实现对更多模拟信号、数字信号的采集。采用该芯片采集火警信号、灭火瓶电爆管、压力开关信号、手动按钮信号、系统工况等，按照检测流程实现从火警信号输入，直至灭火瓶喷瓶信号输出的全通道检测。
40.其中，灭火瓶驱动单元采用大功率pmos管实现，输出最大电流可达到50a，器件封装为贴片to-252，相比以往灭火采用的达林顿管驱动能力更强，体积更小，控制电路更简单。灭火瓶采用电爆管方式打开，灭火剂经虹吸管喷出，收到控制盒的启动信号后，通过灭火管道输送到保护区，其中灭火瓶阀门开启时间≤200ms，灭火剂喷洒时长小于10s，2s～5s即可完成灭火。
41.其中，自动灭火系统通过can通讯单元实现总线通讯功能，可按照通讯协议自动灭火系统与外部信息进行信息交换。
42.在一些实施例中，供电单元设计了前级预稳压电路和电源滤波电路，采用上电掉电保护模块实现船舶启动瞬间电源波动时对灭火瓶驱动回路的延时供电，降低了车辆启动瞬间电瓶波动造成灭火瓶误喷瓶的机率，提高了自动灭火系统供电的稳定性；采用宽压输入（+9v.dc～+36v.dc）电源模块实现逻辑供电的稳定性，确保电瓶波动时逻辑电路供电稳定，不会由于欠压等原因造成逻辑单元复位，引起系统误动作。对各探测器的供电电路均采用自恢复保险串联功率电阻的形式，在供电回路电流瞬间增加情况下，切断探测器供电回路，供电电流恢复正常后，自动恢复探测器正常供电，串联功率电阻，可降低探测器供电电流，为探测器提供最大限度保护。
43.在一些实施例中，所述灭火剂输送管路包括喷洒主管路和喷洒支管路，所述喷洒
支管路等距离位于所述喷洒主管路上，沿着所述喷洒支管路的一端安装有灭火剂喷头，且所述灭火剂喷头与所述烟温感探测器呈间隔排布。
44.其中，灭火瓶用安装支架固定在战斗室，并通过连接管件将安装在集装箱船中的灭火剂输送管路与灭火瓶连接起来，并根据车厢空间的大小，从喷洒主管路上等距离引出数个支路以作喷洒支管路，并分别安装灭火剂喷头，同时将烟温感火焰探测器与灭火剂喷头呈间隔安装。同时，根据70l灭火瓶的尺寸将灭火瓶通过安装支架焊接在沿集装箱长度方向的三分之一位置处。
45.在一些实施例中，所述水系自动灭火装置还包括过滤器，所述过滤器用于过滤杂物。
46.其中，针对集装箱船所使用环境中的水资源极易获得的特点，以水系灭火自动装置作为一种灭火手段，并且在集装箱船处于开舱状态下，只能使用水系自动灭火装置。水阀与外接水源连接，控制盒控制电磁阀的启停，当电磁阀开时，外接水源通过管道和高压细水雾喷头连接，对战斗舱和储弹舱形成水雾，以进行灭火操作。其中，水系自动灭火装置通过控制电磁阀，并启动水道喷洒管网以完成灭火操作，实现自动喷洒；同时，也可以利用水雾灭火控制按钮以手动方式启动。
47.图3示出了本技术实施例水系灭火自动装置中水道喷洒管网的布置示意图。
48.在一些实施例中，根据集装箱的结构特点、被保护物体的位置以及覆盖面积的灭火要求，依据国标gb502198-2014的要求和规范，本技术选用开式（水雾喷头为开式）自动喷水灭火装置中的水喷雾灭火装置。开式喷头不带闭锁装置，发生火灾时，火灾所处的水系灭火装置保护区域内的所有开式喷头一起出水灭火。水喷雾灭火系统由供水设备、管道、电磁控制水阀、过滤器和水雾喷头组成，水雾喷头在一定压力的作用下，将水流分解成细小水雾滴进行灭火。
49.在一些实施例中，由于集装箱所处的环境腐蚀性大，故整个水系自动灭火装置（即，水喷雾装置）各部件均采用316不锈钢材料，管道、水雾喷头、水阀、过滤器之间通过螺纹连接。具体管道尺寸设计原理如下：依据标准消防栓的规格型号，结合集装箱的尺寸为12m
×
3m
×
2.5m，供水装置入口处采用规格为sn50的消防栓，即可满足灭火需求。为避免堵塞管道，水进来后首先通过过滤器、过滤掉水中的杂物；然后接入电磁阀，控制盒根据火情控制电磁阀作为管路系统的开关。管道进入第二个舱体后，依据流量损失，管路直径阶梯减小，灭火管路布置在舱顶并在管路两侧均匀布置四只灭火喷头。管路进入第三个舱体后，由舱底向上延伸至1m高，并在此高度下，舱内左右两边各布置一个灭火喷头。经计算，自动灭火系统入口的供给压力为0.206mpa，一般船舶的供水压力均能能够满足此水系自动灭火装置。
50.在一些实施例中，所述控制盒包括控制面板，所述控制面板上设置有灭火瓶按钮、消警按钮和水雾灭火控制按钮。其中，自动灭火系统的工作模式分为自动/半自动这两种，在自动模式下探测器探测到火焰时，直接驱动灭火剂输送管路进行灭火，同时启动声光报警器对工作人员进行警示。在半自动工作模式下由工作人员根据情况判断是否进行灭火操作，如需要则按下紧急按钮（如灭火瓶按钮和水雾灭火控制按钮）进行灭火操作。
51.其中，将控制盒固定安装在监控室，以便工作人员进行操作并可以实时查看自动灭火系统的状态信息。控制盒壳体采用铸铝结构方式设计，满足机械强度、电磁兼容性、密
封性、经济性等要求。通过设置灭火瓶按钮，以便在紧急时刻，可通过手动按钮分别启动灭火瓶进行灭火；其中控制气体灭火瓶的手动按钮还具有断电启动功能。同时，根据多个烟温感探测器的安装位置，控制盒能在发现火警时，准确指出火警位置，并发出声光报警，通过控制盒面板上的消警按钮，可取消报警。通过水雾灭火控制按钮以实现手动开启或关闭水雾灭火。
52.本说明书通篇提及的“多个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”或“实施例”等，意味着结合该实施例描述的具体特征、部件或特性包括在至少一个实施例中。因此，本说明书通篇出现的短语“在多个实施例中”、“在一些实施例中”、“在至少另一个实施例中”或“在实施例中”等并不一定都指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，具体特征、部件或特性可以任何合适的方式进行组合。因此，在无限制的情形下，结合一个实施例示出或描述的具体特征、部件或特性可全部或部分地与一个或多个其他实施例的特征、部件或特性进 行组合。这种修改和变型旨在包括在本技术的范围之内。
53.需要说明的是，术语“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，或者是还包括为这种过程、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，由语句“包括一个
……”
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。
54.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。