УСТРОЙСТВО ИНЕРТИРОВАНИЯ С ГЕНЕРАТОРОМ АЗОТА
INERTING DEVICE WITH NITROGEN GENERATOR

Настоящее изобретение относится к устройству инертирования для установления и поддерживания заданного уровня инертирования в подлежащем наблюдению защищаемом помещении, в соответствии с которым устройство инертирования включает управляемую систему инертного газа для обеспечения инертным газом, систему первого трубопровода подачи, которая связана с системой инертного газа и которая может быть связана с защищаемым помещением, чтобы подавать инертный газ, обеспеченный системой инертного газа, в защищаемое помещение, и устройство управления, которое выполнено с возможностью управления системой инертного газа таким способом, что в защищаемом помещении может быть установлен и поддержан заданный уровень инертирования.
Такое устройство инертирования в принципе известно из уровня техники. Например, в патенте Германии DE 19811851 С2 описано устройство инертирования для уменьшения опасности возгорания и для тушения огня в замкнутых пространствах. Известная система выполнена с возможностью уменьшения концентрации кислорода внутри замкнутого помещения (в дальнейшем называемого «защищаемое помещение») до уровня основного инертирования, который может быть задан заранее, и, в случае возгорания, с возможностью быстрого дополнительного уменьшения концентрации кислорода до заданного уровня полного инертирования, и таким способом обеспечивает эффективное тушение огня при минимальной емкости резервуаров для хранения инертного газа. С этой целью известное устройство имеет систему инертного газа, которой можно управлять с помощью блока управления, и систему трубопроводов подачи, связанную с системой инертного газа и с защищаемым помещением, через которую инертный газ, обеспеченный системой инертного газа, подают в защищаемое помещение. Система инертного газа может представлять собой батарею из стальных баллонов, в которых инертный газ сохранен в сжатой форме, систему для генерирования инертного газа или сочетание этих двух вариантов.
Устройство инертирования вышеупомянутого типа представляет собой систему для уменьшения опасности возгорания и для тушения огня в наблюдаемом защищаемом помещении, в которой для предотвращения и/или борьбы с пожаром используют долговременное инертирование защищаемого помещения. Способ работы устройства инертирования основан на том факте, что в замкнутых пространствах опасность возгорания может быть предотвращена уменьшением концентрации кислорода в защищаемом пространстве в течение длительного времени до уровня, например, приблизительно 12% по объему при нормальных условиях. При такой концентрации кислорода большинство горючих материалов не может гореть. Главные области применения включают, в частности, залы вычислительных центров, помещения с электрическим щитовым и распределительным оборудованием, помещения для вспомогательных средств и складские помещения, где хранят коммерческие товары высокой стоимости.
Предотвращающее и/или гасящее действие, обеспечиваемое процессом инертирования, основано на принципе замещения кислорода. Как известно, обычный воздух окружающей среды включает 21% по объему кислорода, 78% по объему азота и 1% по объему других газов. Чтобы эффективно уменьшить опасность возникновения огня в защищаемом помещении, концентрацию кислорода в этом помещении уменьшают подачей инертного газа, например азота. Относительно тушения большинства твердых материалов известно, например, что тушение происходит, когда содержание кислорода ниже 15% по объему. В зависимости от горючих материалов, которые присутствуют в защищаемом помещении, может потребоваться дополнительное уменьшение содержания кислорода, например, до 12% по объему. Иными словами, при долговременном инертировании защищаемого помещения до так называемого «уровня основного инертирования», при котором содержание кислорода в атмосфере помещения, например, ниже 15% по объему, опасность возгорания внутри защищаемого помещения может быть эффективно уменьшена.
Термин «уровень основного инертирования», который здесь используется, в общем относится к концентрации кислорода в атмосфере защищаемого помещения, которая уменьшена по сравнению с концентрацией кислорода во внешней атмосфере, но, тем не менее, эта уменьшенная концентрация кислорода в принципе с медицинской точки зрения не представляет никакой опасности для людей или животных, так что они могут войти в защищаемое помещение при некоторых обстоятельствах и некоторых защитных мерах. Как упомянуто выше, установленный уровень основного инертирования, который в отличие от так называемого «уровня полного инертирования» не обязательно подразумевает уменьшение содержания кислорода настолько, что огонь будет эффективно потушен, используют прежде всего для уменьшения опасности возгорания внутри защищаемого помещения. Уровень основного инертирования соответствует концентрации кислорода, например, от 13% по объему до 15% по объему, в зависимости от конкретных обстоятельств.
Напротив, термин «уровень полного инертирования» относится к концентрации кислорода, которая дополнительно уменьшена по сравнению с концентрацией кислорода уровня основного инертирования и при которой воспламеняемость большинства материалов уменьшена настолько, что они уже не способны к воспламенению. В зависимости от пожарной нагрузки, присутствующей в защищаемом помещении, уровень полного инертирования в общем расположен в пределах концентрации кислорода от 11% по объему до 12% по объему.
Хотя, в принципе, уменьшенная концентрация кислорода, которая соответствует уровню основного инертирования в атмосфере защищаемого помещения, не представляет никакой опасности для людей и животных, так что они могут благополучно войти в защищаемое помещение, по меньшей мере на короткий промежуток времени без существенных неудобств, например без противогазов, тем не менее, некоторые предусмотренные государственными стандартами меры по обеспечению безопасности должны быть соблюдены при входе в помещение, которое находится в состоянии постоянного инертирования до уровня основного инертирования, поскольку в принципе пребывание в обедненной кислородом атмосфере может привести к кислородному голоданию, которое при некоторых обстоятельствах может иметь физиологические последствия. Такие меры безопасности предусмотрены в соответствующих государственных нормативных документах и зависят, в частности, от уровня уменьшенной концентрации кислорода, который соответствует уровню основного инертирования.
В Таблице 1, приведенной ниже, представлены воздействия, оказываемые инертированием на человеческий организм и на воспламеняемость материалов.
С целью соблюдения мер безопасности относительно пребывания людей в защищенном помещении, предусмотренных государственными нормативными документами, требования которых становятся более строгими по мере уменьшения содержания кислорода в атмосфере защищаемых помещений, простейшим и потому легко осуществимым способом может быть предусмотрено повышение уровня долговременного инертирования защищаемого помещения от уровня основного инертирования до так называемого уровня «обитаемости», при котором предписанные требования безопасности минимальны и могут быть соблюдены без больших неудобств с целью увеличения продолжительности пребывания людей в таком помещении.
Таблица 1
Содержание кислорода в атмосфере защищаемого помещения
Воздействие на человеческий организм
Влияние на воспламеняемость материалов
8% по объему
Риск для жизни
Не воспламеняются
10% по объему
Ухудшается восприятие и уменьшается болевая чувствительность
Не воспламеняются
12% по объему
Усталость, учащается дыхание, учащается пульс
Воспламеняются с трудом
15% по объему
Отсутствует
Воспламеняются с трудом
21% по объему
Отсутствует
Отсутствует
Например, в защищаемом помещении, которое при нормальных условиях постоянно инертируют до уровня основного инертирования, например, в пределах от 13,8 до 14,5% по объему, при котором согласно Таблице 1 может быть достигнуто эффективное тушение огня, имеет смысл уменьшить содержание кислорода до уровня обитаемости, например до 15-17% по объему, когда необходимо войти в помещение, например, с целью обслуживания.
С медицинской точки зрения временное пребывание в атмосфере, содержание кислорода в которой уменьшено до этого уровня обитаемости, безопасно для людей, которые не страдают сердечными, сосудистыми заболеваниями, заболеваниями дыхательных путей или расстройствами кровообращения, так что соответствующие государственные нормативные документы, регламентирующие доступ в такие помещения, могут не требовать никаких или требовать минимальных дополнительных мер обеспечения безопасности.
Обычно подъем уровня инертирования, установленного в защищаемом помещении, от уровня основного инертирования до уровня обитаемости осуществляют соответствующим управлением системой инертного газа. В этом отношении, в частности по экономическим причинам, является практичным постоянное поддержание уровня инертирования, установленного в защищаемом помещении, на уровне обитаемости во время посещения защищаемого помещения (например, с соответствующим диапазоном регулирования), чтобы уменьшить количество инертного газа, который необходимо снова закачать в защищаемое помещение, чтобы вновь установить уровень основного инертирования, когда посещение закончено. Поэтому система инертного газа также должна генерировать и/или обеспечивать инертный газ во время посещения защищаемого помещения так, чтобы инертный газ соответственно мог быть подан в защищаемое помещение для поддержания там уровня инертирования на уровне обитаемости (возможно с заданным диапазоном регулирования).
В этой связи следует отметить, что термин «уровень обитаемости», используемый в настоящей заявке, относится к концентрации кислорода в атмосфере защищаемого помещения, которая уменьшена по сравнению с концентрацией кислорода нормальной окружающей атмосферы и при которой соответствующие государственные нормативные документы не требуют никаких или требуют лишь незначительных дополнительных мер безопасности для посещения защищаемого помещения. Как правило, уровень обитаемости соответствует содержанию кислорода в атмосфере помещения, которое выше содержания кислорода при уровне основного инертирования.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы улучшить устройство инертирования вышеупомянутого типа так, чтобы оно могло надежно обеспечивать быстрое повышение уровня инертирования в постоянно инертируемом защищаемом помещении до уровня обитаемости, без существенных дополнительных конструктивных мер.
В общих чертах, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство инертирования вышеупомянутого типа, с помощью которого в защищаемом помещении, за которым необходимо вести наблюдение, может быть надежно установлен и/или поддержан уровень инертирования, причем уровень инертирования, установленный в защищаемом помещении, может быть изменен настолько быстро, насколько возможно, от уровня основного или полного инертирования до уровня обитаемости, без необходимости существенных конструктивных мер.
Эти задачи решаются с помощью устройства инертирования вышеупомянутого типа, в соответствии с первым аспектом изобретения, в котором система инертного газа также имеет систему обходного трубопровода, которая предпочтительно может быть соединена с блоком управления через клапан отключения, и также соединена как с источником сжатого воздуха, так и с системой первого подающего трубопровода, чтобы в случае необходимости подавать сжатый воздух, обеспеченный источником сжатого воздуха, в защищаемое помещение в качестве свежего воздуха, и таким способом поддерживать концентрацию кислорода в защищаемом помещении на уровне, соответствующем конкретному уровню инертирования, который должен быть установлен и/или поддержан в защищаемом помещении.
Преимущества, которые могут быть достигнуты с помощью настоящего изобретения согласно его первому аспекту, очевидны: количество инертного газа, поданного в защищаемое помещение, и концентрацию кислорода в этом инертном газе уже в системе инертного газа регулируют на том уровне инертирования, который необходимо установить и/или поддерживать в защищаемом помещении, при этом система инертного газа содержит собственно систему инертного газа, систему обходного трубопровода, которая может быть связана с блоком управления через клапан отключения, а также связана как с источником сжатого воздуха, так и с системой первого подающего трубопровода, и систему подающего трубопровода. Дополнительно согласно первому аспекту изобретения система инертного газа выполняет функцию обеспечения как инертного газа (идеально чистого), так и свежего воздуха, чтобы использовать систему подающего трубопровода, которая соединяет систему инертного газа с защищаемым помещением, для подачи чистого инертного газа, чистого свежего воздуха или смеси этих двух.
В этой связи следует отметить, что термин "сжатый воздух" относится к сжатому воздуху в самом широком смысле. Тем не менее, в частности, термин "сжатый воздух" также относится и к сжатому воздуху, и к обогащенному кислородом воздуху. Сжатый воздух может быть сохранен в соответствующих резервуарах в сжатой форме или произведен на месте с использованием подходящих компрессорных систем. В этой связи также следует отметить, что термин "сжатый воздух" также относится, например, к свежему воздуху, который подают в систему обходного трубопровода с помощью подходящего вентилятора. Поскольку воздух, поданный в систему обходного трубопровода с помощью подходящего вентилятора, также отличается более высоким давлением по сравнению с нормальной окружающей атмосферой, то он представляет собой сжатый воздух.
В частности, в соответствии с настоящим изобретением количеством инертного газа, обеспеченного системой инертного газа и подлежащего подаче в защищаемое помещение, и/или концентрацией кислорода в этом инертном газе управляют с помощью соответствующей системы управления системой инертного газа, которая с помощью соответствующего клапана отключения, размещенного в системе обходного трубопровода, управляет абсолютным количеством инертного газа, обеспеченного в единицу времени, и также регулирует абсолютное количество свежего воздуха, поданного в защищаемое помещение в единицу времени.
В особенно предпочтительном дополнительном варианте выполнения настоящего изобретения согласно его первому аспекту источник сжатого воздуха имеет герметичный резервуар, чтобы хранить кислород, обогащенный кислородом воздух или сжатый воздух, в соответствии с чем блок управления выполнен с возможностью управления уменьшающим давление регулируемым клапаном, который размещен в герметичном резервуаре и связан с системой первого трубопровода подачи, чтобы устанавливать и/или поддерживать некоторый уровень инертирования в защищаемом помещении. В этой связи следует отметить, что в этом предпочтительном варианте герметичный резервуар может быть обеспечен в форме непосредственного источника сжатого воздуха или как отдельный, вспомогательный узел в дополнение к устройству инертирования. Герметичный резервуар и система обходного трубопровода предпочтительно сообщаются посредством текучей среды, соединяясь через клапан отключения.
В особенно предпочтительном дополнительном варианте выполнения настоящего изобретения согласно его первому аспекту и согласно варианту выполнения, описанному выше, система инертного газа имеет генератор азота, связанный с источником сжатого воздуха, чтобы отделять кислород от сжатого воздуха, подаваемого из источника сжатого воздуха, и обеспечивать обогащенный азотом воздух в первом выпускном отверстии генератора азота, в соответствии с чем воздух, обеспеченный генератором азота и обогащенный азотом, может быть подан как инертный газ в систему первого трубопровода подачи через первое выпускное отверстие генератора азота. Таким образом, система обходного трубопровода обходит генератор азота, чтобы при необходимости и при соответствующем управлении клапаном отключения, который размещен в системе обходного трубопровода, направлять сжатый воздух, обеспеченный источником сжатого воздуха, по меньшей мере частично непосредственно в качестве свежего воздуха в защищаемое помещение, чтобы таким образом регулировать и/или поддерживать некоторый уровень инертирования в защищаемом помещении. Генератор азота, обеспеченный в системе инертного газа, может служить единственным источником инертного газа, предусмотренным в устройстве инертирования; тем не менее, для генератора азота, наряду с другими герметичными резервуарами для хранения сжатого инертного газа, которые могут быть заполнены, например, извне и/или через генератор азота, может быть сформирован источник инертного газа устройства инертирования. Генератор азота, в частности, может быть генератором, основанным на мембранной технологии или на технологии PSA (короткоцикловое безнагревное адсорбционное разделение газов).
Использование генераторов азота в устройствах инертирования уже известно. Генератор азота представляет собой систему, с помощью которой обогащенный азотом воздух может быть произведен, например, из нормального атмосферного воздуха. Такие системы включают установку разделения газов, действие которой основано, например, на газоразделительных мембранах. При этом генератор азота сконструирован с возможностью удаления кислорода из атмосферного воздуха. Для создания действующей установки разделения газов на основе генератора азота необходима магистраль сжатого воздуха или по меньшей мере один компрессор, который обеспечивает заданную производительность для генератора азота. Принцип действия генератора азота основан на том факте, что в мембранной системе, обеспеченной в генераторе азота, различные компоненты, содержащиеся в сжатом воздухе, поданном в генератор азота (кислород, азот, благородные газы и т.д.), проникают через половолоконные мембраны с различными скоростями, зависящими от их молекулярных структур. Азот, который имеет самую низкую скорость проникновения, проникает через половолоконные мембраны очень медленно, и поэтому воздух становится обогащенным азотом по мере протекания через полые волокна.
Задача, на решение которой нацелено настоящее изобретение, дополнительно решается согласно второму аспекту изобретения с помощью устройства инертирования вышеописанного типа, в котором система инертного газа имеет генератор азота, связанный с источником сжатого воздуха, чтобы отделять кислород от сжатого воздуха, поданного от источника сжатого воздуха, и обеспечивать обогащенный азотом воздух в первом выпускном отверстии генератора азота, в соответствии с чем воздух, обеспеченный генератором азота и обогащенный азотом, может быть подан как инертный газ в систему первого трубопровода подачи из первого выпускного отверстия генератора азота. Согласно изобретению в соответствии со вторым аспектом изобретения блок управления может управлять генератором азота так, что в защищаемом помещении может быть установлен и/или поддержан некоторый уровень инертирования, в соответствии с которым может регулироваться концентрация кислорода в инертном газе, подаваемом в защищаемое помещение, причем степенью обогащения азота в обогащенном азотом воздухе, обеспеченном генератором азота, управляют на основе времени пребывания сжатого воздуха, обеспеченного источником сжатого воздуха, в системе разделения воздуха генератора азота.
Если, например, в генераторе азота применяют мембранную технологию, то используют общее знание того, что различные газы распространяются через материалы с различными скоростями. В этом случае в генераторе азота различные скорости распространения главных элементов атмосферы, а именно азота, кислорода и водяного пара, используют техническим способом для генерирования потока азота и/или воздуха, обогащенного азотом. В частности, для технического выполнения генератора азота, работа которого основана на мембранной технологии, разделяющий материал наносят на внешние поверхности половолоконных мембран, через которые водяной пар и кислород проникают очень быстро. Азот, напротив, отличается очень низкой скоростью проникновения через этот разделяющий материал. Когда воздух протекает через внутреннюю часть полого волокна, подготовленного таким способом, то водяной пар и кислород быстро проникают наружу через стенку полого волокна, в то время как азот в значительной степени удерживается внутри волокон так, что во время проникновения воздуха через полые волокна имеет место увеличение концентрации азота. Эффективность этого процесса разделения, по существу, зависит от скорости потока в волокнах и разницы давлений вне полых стенок волокон. При уменьшении потока и/или увеличении разницы давлений между внутренней и внешней частью половолоконной мембраны увеличивается чистота результирующего потока азота. В общих чертах, при использовании генератора азота, работа которого основана на мембранной технологии, степенью обогащения азота в обогащенном азотом воздухе, обеспеченном генератором азота, можно управлять на основе времени пребывания сжатого воздуха, обеспеченного источником сжатого воздуха, в системе разделения воздуха генератора азота.
Если, с другой стороны, в генераторе азота используют, например, технологию PSA, то используют различие в скорости соединения атмосферного кислорода и атмосферного азота со специально обработанным активированным углеродом. Структуру активированного углерода, который используют для этой цели, изменяют так, чтобы сформировать чрезвычайно большую поверхность с большим количеством микропор и субмикропор (d<1 нм). При таком размере микропор содержащиеся в воздухе молекулы кислорода проникают в микропоры значительно быстрее, чем молекулы азота, и воздух в области, окружающей активированный углерод, становится обогащенным азотом. Поэтому при использовании генератора азота, действующего на основе технологии PSA, точно так же, как и при использовании генератора азота, действующего на основе мембранной технологии, степенью концентрации азота в обогащенном азотом воздухе, который обеспечивает генератор азота, можно управлять на основе времени пребывания сжатого воздуха, обеспеченного источником сжатого воздуха, в генераторе азота.
Специалисты в этой области техники согласятся, что второй аспект настоящего изобретения, говоря общими словами, включает особый вариант выполнения вышеописанного устройства инертирования согласно первому аспекту, поэтому преимущества, уже описанные в связи с первым вариантом, также достигнуты и во втором варианте. Следует отметить, что при реализации настоящего изобретения согласно второму варианту количеством инертного газа, обеспеченного системой инертного газа и поданного в защищаемое помещение, и/или концентрацией кислорода в этом инертном газе, поступающем из системы инертного газа, управляют на соответствующем уровне, в соответствии с которым; тем не менее, в этом случае также используют знание того, что, когда генератор азота используют в качестве системы инертного газа, отрегулированный уровень чистоты газового потока, обеспеченного генератором азота и обогащенного азотом, зависит, например, от скорости, с которой сжатый воздух течет через мембранную систему или, например, систему PSA генератора азота, и потому от времени пребывания сжатого воздуха в системе разделения воздуха генератора азота.
В одном возможном варианте осуществления последнего вышеописанного варианта выполнения изобретения, в котором в защищаемом помещении установлен или поддержан некоторый уровень инертирования в течение времени пребывания в генераторе азота сжатого воздуха, обеспеченного источником сжатого воздуха, предусмотрено, что система разделения воздуха (мембранная система или система PSA), включенная в генератор азота, имеет последовательность отдельных блоков разделения воздуха, причем количество отдельных блоков разделения, которые используют для отделения кислорода от сжатого воздуха, поданного из источника сжатого воздуха, и подготовки воздуха, обогащенного азотом, в первом выпускном отверстии генератора азота, может быть выбрано с помощью блока управления, при этом концентрацией азота в обогащенном азотом воздухе, подготовленном генератором азота, управляют на основе количества отдельных блоков разделения, выбранных с помощью блока управления. Выбор количества отдельных блоков разделения, инициированный блоком управления, может быть осуществлен, например, с использованием соответственно сформированной системы обходного трубопровода, которая соединена с соответствующими впускными и выпускными отверстиями отдельных блоков разделения. В соответствии с этим предпочтительным вариантом выполнения второго аспекта изобретения концентрация кислорода в инертном газе, который подают в защищаемое помещение, как и в варианте выполнения согласно первому аспекту изобретения, отрегулирована с помощью соответственно сформированной системы обходного трубопровода. Конечно, также возможны и другие варианты выполнения, предусматривающие выбор количества отдельных блоков разделения воздуха.
В дополнительном варианте выполнения устройства инертирования согласно второму аспекту изобретения, в котором концентрацией кислорода в инертном газе, подаваемом в защищаемое помещение, управляют на основе времени пребывания сжатого воздуха в системе разделения воздуха, источником сжатого воздуха, который соединен с генератором азота, можно управлять с помощью блока управления с целью управления скоростью, с которой сжатый воздух течет через систему разделения воздуха, включенную в генератор азота, управляя таким способом временем пребывания сжатого воздуха в системе разделения воздуха.
Согласно дополнительному (третьему) аспекту настоящего изобретения задача, на решение которой нацелено изобретение, решается с помощью устройства инертирования вышеописанного типа, в котором к системе инертного газа также присоединен генератор азота с источником сжатого воздуха, с системой разделения воздуха, содержащейся в нем, для отделения кислорода от сжатого воздуха, поданного через источник сжатого воздуха, и обеспечения обогащенного азотом воздуха в первом выпускном отверстии генератора азота, причем обогащенный азотом воздух, обеспеченный генератором азота, может быть подан как инертный газ в систему первого трубопровода подачи через первое выпускное отверстие генератора азота. Согласно изобретению устройство инертирования также имеет вторую систему трубопровода подачи, которая может быть связана с системой инертного газа, при этом кислород, который удален из сжатого воздуха генератором азота, может быть подан в составе обогащенного кислородом воздуха во вторую систему трубопровода подачи через второе выпускное отверстие генератора азота, чтобы таким образом установить и/или поддержать заданный уровень инертирования в защищаемом помещении.
Таким образом, согласно третьему аспекту изобретения воздух на выходе генератора азота, который, по существу, состоит из обогащенного кислородом воздуха и который обычно выпускают во внешнюю атмосферу, может быть использован для регулирования концентрации кислорода в защищаемом помещении с использованием этого воздуха на выходе.
Дополнительные преимущества, которые достигнуты в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, очевидны. Например, увеличение уровня полного или основного инертирования, установленного в защищаемом помещении, до уровня обитаемости может быть осуществлено в течение кратчайшего времени с помощью устройства инертирования согласно третьему аспекту изобретения.
Следует отметить, что отдельные отличительные признаки первого, второго и третьего аспектов настоящего изобретения, конечно же, могут быть объединены вместе. Иными словами, это означает, что, например, может быть предложено устройство инертирования согласно первому аспекту, в котором система инертного газа также имеет генератор азота, в соответствии с чем обогащенный кислородом воздух, произведенный генератором азота на выходе, может быть использован для регулирования концентрации кислорода внутри защищаемого помещения. С другой стороны, также могут быть предложены и другие комбинации отличительных признаков отдельных аспектов изобретения.
В частности, в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения система второго трубопровода подачи предпочтительно дополнительно соединена с системой первого трубопровода подачи и, таким образом, может быть связана с защищаемым помещением через систему первого трубопровода подачи так, что эту систему первого трубопровода подачи снова можно использовать исключительно для установки и/или поддержания некоторого уровня инертирования в защищаемом помещении.
Чтобы установить заданный постоянный уровень инертирования в защищаемом помещении насколько возможно быстро и поддерживать его в точности с помощью устройства инертирования согласно третьему аспекту, устройство инертирования согласно третьему аспекту также предпочтительно имеет клапан отключения, который размещен во второй системе трубопровода подачи и которым можно управлять с помощью блока управления, чтобы перекрыть соединение, которое может быть обеспечено между вторым выпускным отверстием генератора азота и защищаемым помещением посредством системы второго трубопровода подачи. Такой клапан отключения может быть, например, соответствующим образом приспособленным управляющим клапаном или подобным клапаном.
В соответствии с предпочтительным дополнительным усовершенствованием устройства инертирования согласно третьему аспекту система инертирования также имеет герметичный резервуар для хранения сжатого воздуха, обеспеченного генератором азота и обогащенного кислородом, причем блок управления выполнен с возможностью управлять уменьшающим давление клапаном, который связан с этим так называемым «герметичным резервуаром для хранения кислорода» и связан с системой второго трубопровода подачи, чтобы устанавливать и/или поддерживать некоторый уровень инертирования в защищаемом помещении.
В одном предпочтительном варианте осуществления последнего вышеупомянутого варианта выполнения устройства инертирования согласно третьему аспекту изобретения также предложено управляемое давлением клапанное устройство, открываемое при первом диапазоне давлений, который может быть задан, и позволяющее заполнять герметичный резервуар для хранения кислорода обогащенным кислородом воздухом, обеспеченным генератором азота.
Ниже будут описаны предпочтительные дополнительные усовершенствования, которые могут быть использованы в устройстве инертирования согласно одному из вышеупомянутых и описанных аспектов.
Например, устройство инертирования также может содержать по меньшей мере один клапан отключения, который размещен в системе первого трубопровода подачи и которым управляют с помощью блока управления с целью прерывания соединения, которое может быть сформировано между первым выпускным отверстием генератора азота и защищаемым помещением через систему первого трубопровода подачи. С помощью этого управляемого клапана отключения, который может быть размещен в системе первого трубопровода подачи, можно таким способом управлять подачей азота. Такое решение обеспечивает конкретное преимущество в условиях поддержания заданного уровня инертирования в защищаемом помещении, поскольку в этом случае количество инертного газа, который подают в защищаемое помещение, и/или концентрация кислорода в этом инертном газе прежде всего зависит исключительно от скорости воздухообмена в защищаемом помещении и может быть ограничена соответствующим минимальным уровнем в зависимости от конфигурации защищаемого помещения.
В предпочтительном дополнительном варианте выполнения устройства инертирования согласно вышеупомянутым аспектам, хотя это частично известно из уровня техники, также предусмотрено по меньшей мере одно устройство обнаружения кислорода для обнаружения кислорода, содержащегося в атмосфере защищаемого помещения, при этом блок управления выполнен с возможностью регулирования количества инертного газа, который подают в защищаемое помещение, и/или концентрации кислорода в этом инертном газе на основе содержания кислорода, измеренного в атмосфере защищаемого помещения, чтобы таким образом подать в защищаемое помещение в принципе только то количество инертного газа, которое фактически устанавливает и/или поддерживает некоторый уровень инертирования в защищаемом помещении. Наличие устройства обнаружения кислорода такого типа в частности гарантирует, что уровень инертирования, установленный в защищаемом помещении, может быть установлен и/или поддержан настолько точно, насколько возможно, путем подачи соответствующего количества инертного газа и/или соответствующего количества свежего воздуха и/или кислорода. Таким образом, может быть предусмотрено, что устройство обнаружения кислорода непрерывно или с заданными временными интервалами подает соответствующий сигнал соответствующему блоку управления, в результате чего системой инертного газа управляют соответствующим способом, чтобы всегда подавать в защищаемое помещение именно то количество инертного газа, которое необходимо, чтобы поддерживать уровень инертирования, установленный в защищаемом помещении.
Следует отметить, что термин «поддержание концентрации кислорода на некотором уровне инертирования», который использован в настоящей заявке, относится к поддержанию концентрации кислорода на уровне инертирования с некоторым диапазоном регулирования, причем диапазон регулирования предпочтительно может быть выбран в зависимости от типа защищаемого помещения (например, в зависимости от скорости воздухообмена в защищаемом помещении, или в зависимости от материалов, хранящихся в защищаемом помещении), и/или на основе типа используемой системы инертирования. Как правило, диапазон регулирования такого типа составляет примерно ±0,2% по объему. Тем не менее, также возможны и другие диапазоны регулирования.
В дополнение к вышеупомянутому непрерывному и/или периодическому измерению концентрации кислорода, тем не менее, концентрация кислорода может быть поддержана на заданном уровне инертирования на основании вычисления, описанного в принадлежащей заявителю патентной заявке WO 2008/046675, причем в это вычисление включают некоторые параметры конструкции защищаемого помещения, например скорость воздухообмена в этом защищаемом помещении, например, в особенности значение показателя n50 (Показатель n50 скорости воздухообмена представляет собой функцию объема потока воздуха в час при разнице давлений 50 Па, разделенного на объем конструкции) защищаемого помещения, и/или разницу давлений между атмосферой в защищаемом помещении и внешней атмосферой.
В качестве устройства обнаружения кислорода в особенности пригодно устройство всасывающего типа. С помощью устройства такого типа из атмосферы защищаемого помещения, находящегося под наблюдением, непрерывно берут репрезентативные пробы воздуха и направляют к датчику кислорода, который посылает соответствующий сигнал обнаружения в соответствующий блок управления.
В принципе, может быть обеспечен компрессор атмосферного воздуха и генератор инертного газа, присоединенный к нему, в качестве системы инертного газа, в соответствии с чем формируют блок управления, например, для управления потоком компрессора атмосферного воздуха так, что количество инертного газа, подлежащего подаче в защищаемое помещение, подготовленного системой инертного газа, и/или концентрация кислорода в этом инертном газе установлены на уровне, подходящем для установления и/или поддержания первого заданного уровня инертирования. Такое решение, предпочтительное при использовании системы инертного газа, в особенности отличается тем, что система инертного газа способна к производству инертного газа на месте, в связи с чем, например, устранена потребность в батарее резервуаров для хранения инертного газа в сжатом виде. Тем не менее, конечно, также может быть обеспечена система инертного газа, которая имеет герметичный резервуар для хранения инертного газа, в связи с чем блок управления может быть выполнен с возможностью управления уменьшающим давление клапаном, который соединен с резервуаром для хранения сжатого инертного газа и соединен с системой первого трубопровода подачи так, чтобы устанавливать количество инертного газа, обеспечиваемого системой инертного газа, подлежащее подаче в защищаемое помещение, и/или концентрацию кислорода в этом инертном газе на уровне, подходящем для установления и/или поддержания заданного уровня инертирования. Герметичный резервуар для хранения инертного газа может быть обеспечен в сочетании с вышеупомянутым воздушным компрессором, питаемым воздухом из внешней атмосферы, и/или генератором инертного газа, или сам по себе.
В предпочтительном дополнительном усовершенствовании последнего вышеупомянутого варианта выполнения, в котором система инертного газа имеет так называемый «герметичный резервуар для хранения инертного газа», предположено, что устройство инертирования также имеет управляемый давлением клапанный узел, который открыт в первом заданном диапазоне давления, например между 1 и 4 бар, и позволяет заполнять герметичный резервуар для хранения инертного газа через систему инертного газа.
Как указано выше, решение согласно настоящему изобретению не ограничено установлением и/или поддержанием уровня обитаемости в защищаемом помещении. Скорее заявленное устройство инертирования имеет такую конфигурацию, что заданный уровень инертирования может быть уровнем полного инертирования, уровнем основного инертирования или уровнем обитаемости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предпочтительные варианты выполнения устройства инертирования согласно изобретению будут далее описаны более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 показывает схему первого предпочтительного варианта выполнения устройства инертирования согласно комбинации первого и второго аспектов изобретения;
Фиг.2 показывает схему второго предпочтительного варианта выполнения устройства инертирования согласно комбинации первого и второго аспектов изобретения, показанной на Фиг.1;
Фиг.3 показывает схему первого предпочтительного варианта выполнения устройства инертирования по изобретению согласно третьему аспекту настоящего изобретения;
Фиг.4 показывает схему второго предпочтительного варианта выполнения устройства инертирования согласно комбинации второго и третьего аспектов изобретения; и
Фиг.5 показывает схему предпочтительного варианта выполнения устройства инертирования согласно комбинации первого, второго и третьего аспектов изобретения.
На Фиг.1 показан первый предпочтительный вариант выполнения устройства 1 инертирования для установления и поддержания заданного уровня инертирования в подлежащем наблюдению защищаемом помещении 2 согласно комбинации первого и второго аспектов изобретения. По существу, устройство 1 инертирования состоит из системы инертного газа, которая в изображенном варианте выполнения изобретения включает компрессор 10 атмосферного воздуха и соединенный с ним генератор 11 инертного газа и/или азота. Также предусмотрен блок 12 управления, который сформирован с возможностью включения и выключения компрессора 10 атмосферного воздуха и/или генератора 11 азота с помощью соответствующих сигналов управления. Таким способом, заданный уровень инертирования может быть установлен и поддержан в защищаемом помещении 2 с помощью блока 12 управления.
Инертный газ, произведенный системой 10, 11 инертного газа, подают в защищаемое помещение 2, подлежащее наблюдению, через систему 20 трубопровода подачи («система первого трубопровода подачи»); разумеется, к системе 20 трубопровода подачи также может быть присоединено множество защищаемых помещений. Конкретно, инертный газ, обеспеченный системой 10, 11 инертного газа, подают через соответствующие выпускные форсунки 51, которые расположены в подходящих местах в защищаемом помещении 2.
В предпочтительном варианте выполнения, показанном на Фиг.1, инертный газ, которым с достижением преимущества может быть азот, получают на месте из атмосферного воздуха. Генератор 11 инертного газа и/или генератор 11 азота действует, например, на основе мембранной технологии или технологии PSA, известной из уровня техники, чтобы произвести обогащенный азотом воздух с содержанием азота, например, от 90% по объему до 95% по объему. Этот обогащенный азотом воздух, который подают в защищаемое помещение 2 через систему 20 трубопровода подачи, служит в качестве инертного газа в предпочтительном варианте выполнения изобретения, показанном на Фиг.1. Обогащенный кислородом воздух, поступающий к выпускному отверстию 11b во время генерирования инертного газа, в этом случае выпускают через систему второго трубопровода наружу.
Конкретно, предусмотрено, что блок 12 управления управляет системой 10, 11 инертного газа на основе сигнала инертирования, например, введенного пользователем в блок 12 управления, так, что в защищаемом помещении 2 установлен и поддерживается заданный уровень инертирования. Желаемый уровень инертирования может быть выбран в блоке 12 управления, например, с использованием клавишного переключателя или на защищенном паролем пульте управления (здесь не показан). Разумеется, уровень инертирования также может быть выбран в соответствии с заданной последовательностью событий.
Например, если уровень основного инертирования, который был задан заранее, выбран в блоке 12 управления с учетом, в частности, характерных параметров защищаемого помещения 2 и если при выборе уровня основного инертирования в защищаемом помещении 2 еще не был установлен какой-либо уровень инертирования, то есть, если в защищаемом помещении присутствует газовая атмосфера, которая по химическому составу, по существу, идентична воздуху внешней атмосферы, то клапан 21 отключения, который размещен в системе 20 трубопровода подачи, с помощью блока 12 управления переключают на прямую подачу инертного газа, обеспеченного системой 10, 11 инертного газа, в защищаемое помещение 2. В то же время измеряют предпочтительно непрерывно концентрацию кислорода в защищаемом помещении 2 с использованием устройства 50 обнаружения кислорода. Как показано на чертеже, устройство 50 обнаружения кислорода соединено с блоком 12 управления так, что блок 12 управления в принципе получает информацию о концентрации кислорода в защищаемом помещении 2.
Если измерением концентрации кислорода в защищаемом помещении 2 определено, что в защищаемом помещении 2 достигнут уровень основного инертирования, то блок 12 управления подает соответствующий сигнал в систему 10, 11 инертного газа и/или в клапан 21 отключения, чтобы прекратить дальнейшую подачу инертного газа. В течение некоторого времени инертный газ вытекает через некоторые места утечки, и при этом концентрация кислорода в атмосфере помещения растет. Когда уровень инертирования изменен на некоторую величину от заданного уровня, блок 12 управления подает соответствующий сигнал в систему 10, 11 инертного газа и/или в клапан 21 отключения, чтобы снова включить подачу инертного газа.
Согласно варианту выполнения изобретения, показанному на Фиг.1, дополнительно предусмотрена система 40 обходного трубопровода, который соединяет выпускное отверстие источника 10 сжатого воздуха с системой 20 трубопровода подачи. По этой системе 40 обходного трубопровода сжатый воздух, обеспеченный источником 10 сжатого воздуха, может быть подан точно так же, как и свежий воздух, непосредственно в систему 20 трубопровода подачи и таким способом в защищаемое помещение 2. Прямая подача свежего воздуха в защищаемое помещение 2 необходима, когда уровень инертирования, установленный в защищаемом помещении 2, соответствует концентрации кислорода, которая ниже чем концентрация кислорода уровня инертирования, заданного для защищаемого помещения 2. Такая ситуация возможна, например, если во время установления уровня основного инертирования в защищаемом помещении 2 по неосторожности или по другим причинам подали слишком много инертного газа. С другой стороны, подача свежего воздуха также необходима, когда постоянное инертирование, которое уже было установлено в защищаемом помещении 2, должно быть поднято максимально быстро до уровня, необходимого, например, для посещения защищаемого помещения 2.
В общих чертах, с помощью системы инертного газа согласно первому предпочтительному варианту выполнения устройства 1 инертирования, как показано на Фиг.1, в защищаемое помещение подают именно то количество инертного газа, которое необходимо, чтобы установить и/или поддерживать заданный уровень инертирования и/или концентрацию кислорода в этом инертном газе, причем этот инертный газ, подготовленный системой инертного газа, подают в защищаемое помещение 2 через одну и ту же систему 20 трубопровода подачи.
Фиг.2 показывает схему второго предпочтительного варианта выполнения устройства 1 инертирования согласно комбинации первого и второго аспектов изобретения, проиллюстрированного на Фиг.1. В отличие от варианта выполнения изобретения, представленного на Фиг.1, устройство 1 инертирования, показанное на Фиг.2, также имеет герметичный резервуар 22, предназначенный для хранения воздуха, который в этом случае приготовлен генератором 11 азота и обогащен азотом. Также на Фиг.2 показано, что блок 12 управления сформирован с возможностью управлять уменьшающим давление клапаном, который размещен рядом с герметичным резервуаром 22 для хранения азота и соединен с системой 20 первого трубопровода подачи так, что в конечном счете готовое количество инертного газа, подаваемого в защищаемое помещение 2, и/или концентрация кислорода в этом инертном газе могут быть установлены на уровне, соответствующем для того, чтобы установить и/или поддерживать заданный уровень инертирования.
Кроме того, в варианте выполнения изобретения, показанном на Фиг.2, предусмотрен управляемый давлением клапанный узел 24, который открывается в первом заданном диапазоне давления и таким образом позволяет заполнить герметичный резервуар 22 для хранения азота обогащенным азотом воздухом, который приготовлен генератором 11 азота.
Фиг.3 показывает схему первого предпочтительного варианта выполнения устройства 1 инертирования согласно третьему аспекту изобретения.
Согласно этому варианту выполнения изобретения система 10, 11 инертного газа имеет генератор 11 азота, соединенный с источником 10 сжатого воздуха и включающий систему разделения воздуха (не показана), предназначенную для отделения кислорода от сжатого воздуха, поданного из источника 10 сжатого воздуха, и чтобы обеспечивать обогащенный азотом воздух в первом выпускном отверстии 11а генератора 11 азота. Конкретно, предусмотрено, что обогащенный азотом воздух, обеспеченный генератором 11 азота, может быть подан как инертный газ в систему 20 первого трубопровода подачи через первое выпускное отверстие 11а генератора азота.
В отличие от вариантов выполнения изобретения, описанных со ссылкой на Фиг.1 и Фиг.2, в системе, показанной на Фиг.3, устройство 11 инертирования дополнительно имеет систему 30 второго трубопровода подачи, которая соединена с системой 10, 11 инертного газа и может быть соединена с защищаемым помещением 2 через клапан 31 отключения, которым можно управлять с помощью блока 12 управления, при этом кислород, отделенный от сжатого воздуха генератором 11 азота, может быть подан в систему 30 второго трубопровода подачи как обогащенный кислородом воздух через второе выпускное отверстие 11b генератора 11 азота. При этом система 30 второго трубопровода подачи выходит в систему 20 первого трубопровода подачи и соответственно может быть соединена с защищаемым помещением 2 через систему 20 первого трубопровода подачи. Поэтому при соответствующем управлении системой 10, 11 инертного газа клапан 21 отключения, размещенный в системе 20 первого трубопровода подачи, и/или клапан 31 отключения, размещенный в системе 30 второго трубопровода подачи, могут быстро установить и точно поддерживать заданный уровень инертирования в защищаемом помещении 2.
Фиг.4 показывает схему второго предпочтительного варианта выполнения устройства 1 инертирования согласно третьему аспекту изобретения, представленному на Фиг.3. Система, показанная на Фиг.4, отличается от варианта выполнения, показанного на Фиг.3, тем, что в ней дополнительно предусмотрен резервуар 32 для хранения сжатого воздуха, предназначенный для сохранения обогащенного кислородом воздуха, подготовленного генератором 11 азота, при этом блок 12 управления выполнен с возможностью управления уменьшающим давление клапаном 33, который размещен рядом с герметичным резервуаром 32 для хранения кислорода и соединен с системой 30 второго трубопровода подачи таким способом, что количество инертного газа, обеспеченного системой 10, 11 инертного газа и подаваемого в защищаемое помещение 2, и/или концентрация кислорода в этом инертном газе могут быть установлены на уровне, который соответствует установлению и/или поддержанию заданного уровня инертирования.
Кроме того, предусмотрено управляемое давлением клапанное устройство 34, которое открывается в первом заданном диапазоне давления и таким способом обеспечивает заполнение резервуара 32 для хранения сжатого кислорода обогащенным кислородом воздухом, обеспеченным генератором 11 азота.
Фиг.5 показывает схему предпочтительного варианта выполнения устройства 1 инертирования согласно комбинации первого, второго и третьего аспектов изобретения. Таким образом, этот вариант выполнения обеспечивает систему 40 обходного трубопровода согласно первому и второму аспектам изобретения и систему 30 второго трубопровода подачи между вторым выпускным отверстием 11b генератора 11 азота и системой 20 первого трубопровода подачи.
Относительно способа функционирования и преимуществ, которые могут быть достигнуты с применением варианта выполнения, показанного на Фиг.5, сделана ссылка на то, что было описано выше.
Разумеется, в системе, показанной на Фиг.5, также может быть обеспечен герметичный резервуар для хранения обогащенного кислородом воздуха и/или герметичный резервуар для хранения обогащенного азотом воздуха, которые предусмотрены в вариантах выполнения изобретения, проиллюстрированных на Фиг.2 и 4.
Относительно управления генератором 11 азота с помощью блока 12 управления, также следует отметить, что генератор 11 азота может содержать, например, последовательность отдельных мембранных блоков, при этом количество отдельных мембранных блоков, которые используются для отделения кислорода от сжатого воздуха, поданного источником 10 сжатого воздуха, и для обеспечения обогащенного азотом воздуха из первого выпускного отверстия 11а генератора 11 азота, может быть выбрано с помощью блока 12 управления, при этом концентрацией азота в обогащенном азотом воздухе, обеспеченном генератором 11 азота, можно управлять на основе количества индивидуальных мембранных блоков, выбранных с помощью блока 12 управления.
В этом отношении следует отметить, что конфигурация изобретения не ограничена примерными вариантами выполнения, описанными со ссылкой на Фиг.1 - 5, и возможны многочисленные другие варианты.
Список ссылочных позиций
1 - устройство инертирования;
2 - защищаемое помещение;
10 - источник сжатого воздуха; компрессор атмосферного воздуха;
11 - генератор инертного газа;
11а - первое выпускное отверстие генератора азота, обеспечивающее обогащенный азотом воздух;
11b - второе выпускное отверстие генератора азота, обеспечивающее обогащенный кислородом воздух;
12 - блок управления;
20 - система первого трубопровода подачи;
21 - управляемый клапан отключения;
22 - резервуар для хранения сжатого инертного газа;
23 - уменьшающий давление клапан;
24 - управляемый давлением клапанный узел;
30 - система второго трубопровода подачи;
31 - управляемый клапан отключения;
32 - резервуар для хранения сжатого кислорода;
33 - уменьшающий давление клапан;
34 - управляемый давлением клапанный узел;
40 - система обходного трубопровода;
41 - управляемый клапан отключения;
50 - устройство обнаружения кислорода;
51 - выпускные форсунки.