Система противопожарной вентиляции закрытых помещений воздухом гипоксического состава
SYSTEM OF FIRE-FIGHTING VENTILATION OF CLOSED ROOMS WITH HYPOXIC AIR

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к способам и устройства для предупреждения и предотвращения пожара, сдерживания огня с ограниченной подачей огнегасительного состава в виде жизнеобеспечивающей гипоксической атмосферы управляемыми сигналами из опасной зоны.
Использование огнеподавляющей гипоксической атмосферы, получаемой посредством применения газоразделительных устройств, находит широкое распространение вследствие совершенствования мембранной технологии.
Для мембранного разделения газов применяют газоразделительные мембраны половолоконные мембраны, состоящие из пористого полимерного волокна с нанесением на внешнюю поверхность газоразделительного слоя. Половолоконная мембрана изготавливается в виде картриджа цилиндрической формы. Использование пористых волокон обеспечивает разделения газов при высоком уровне давления, вплоть до 6,5МПа, с учетом того, что толщина газоразделительного слоя мембраны не превышает 0,1мкм, и тем самым обеспечивает высокий уровень проницаемости газов через полимерную мембрану.
2
2
Известна система противопожарной вентиляции закрытых помещений воздухом гипоксического состава, содержащая компрессор, подающий сжатый воздух в диапазоне давления от 3 до 11 бар, ёмкость для сжатого воздуха, осушитель сжатого воздуха посредством замораживания или абсорбции, фильтры тонкой очистки и адсорбционную колонну, средство для очистки сжатого воздуха от загрязнений  и средство удаления и очистки конденсата от масел, эфиров и примесей, средства подогрева воздуха, газоразделительное устройство, установленное на раме (в коробе), на которой закреплен, по меньшей мере, один газоразделительный модуль, выполненный с возможностью разделения сжатого воздуха по степени насыщения кислородом на пермеат – обогащённый по кислороду состав атмосферы и ретентат – гипоксический состав, обедненный по кислороду, с возможностью его разделения на газовую смесь, включающую в себя: кислород 10%<О>16 в количествах, пригодных для дыхания при постоянном использовании в качестве предотвращающей пожар атмосферы или газовую смесь с содержанием кислорода 8%<О>12% для эпизодического использования в качестве огнегасящего агента, при этом система противопожарной вентиляции снабжена: клапанами для регулировки давления и настройки содержания кислорода в гипоксической фракции; системой трубопроводов и клапанов раздачи гипоксического воздуха для приточной вентиляции подконтрольных помещений и возврата в систему; трубопроводом для удаления обогащенной по кислороду фракции из системы в наружную атмосферу; мониторы для фиксации содержания кислорода установленные в каждом защищаемом помещении; электронной панелью управления системой, (патент RU №2301095 от 11.26.2019, МПК A62C 3/00 (2006.01), A62D 1/06 (2006.01), опубликовано: 20.06.2007 Бюл. № 17).
Данному техническому решению присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, оно имеет назначение, совпадающее с назначением технического решения, и является наиболее близким по достигаемому результату, поэтому оно принято за прототип.
Недостатками прототипа являются ограниченные эксплуатационные возможности вследствие ограниченного выбора вариантов применения и состава огнегасящей смеси.
Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в расширении эксплуатационных возможностей за счет расширенного выбора вариантов применения и состава огнегасящей смеси.
Это позволяет повысить пожарозащищенность помещений при сохранении жизнеобеспечения атмосферы.
Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.
2
2
2
2
2
Система противопожарной вентиляции закрытых помещений воздухом гипоксического состава содержит компрессор подающий сжатый воздух в диапазоне давления от 3 до 11 бар, ёмкость для сжатого воздуха, осушитель сжатого воздуха посредством замораживания или абсорбции, фильтры тонкой очистки и адсорбционную колонну, средство для очистки сжатого воздуха от загрязнений  и средство удаления и очистки конденсата от масел, эфиров и примесей, средства подогрева воздуха, Система также содержит газоразделительное устройство, установленное на раме, на которой закреплен, по меньшей мере, один газоразделительный модуль, выполненный с возможностью разделения сжатого воздуха по степени насыщения кислородом на пермеат – обогащённый по кислороду состав атмосферы и ретентат – гипоксический состав, обедненный по кислороду, с возможностью его разделения на газовую смесь. Газовая смесь включает в себя: кислород 10%<О>16 в количествах, пригодных для дыхания при постоянном использовании в качестве предотвращающей пожар атмосферы или включает в себя смесь с содержанием кислорода 8%<О>12% для эпизодического использования в качестве огнегасящего агента. Система противопожарной вентиляции снабжена: клапанами для регулировки давления и настройки содержания кислорода в гипоксической фракции; системой трубопроводов и клапанов раздачи гипоксического воздуха для приточной вентиляции подконтрольных помещений и возврата в систему; трубопроводом для удаления обогащенной по кислороду фракции из системы в наружную атмосферу; мониторы для фиксации содержания кислорода установленные в каждом защищаемом помещении; электронную панель управления. Каждый газоразделительный модуль состоит из полого корпуса, в котором размещен блок половолоконных мембран из пористого полимерного волокна с газоразделительным поверхностным слоем с возможностью образования межтрубного пространства посредством герметичных эпоксидных коллекторов с прилежащими пустотными камерами. По меньшей мере, одна из камер и расположена в зоне 1\3 длины корпуса от его торца со стороны входной полости и снабжена штуцером, сообщенным с выпускным трубопроводом с глушителем для сброса пермеата в наружную атмосферу. Наружными сторонами герметичных эпоксидных коллекторов и корпусом образованы входная и выходная полости, в которые пропущены открытые конца волокон мембраны, причем входная полость сообщена посредством входного штуцера с указанным компрессором. Выходной штуцер сообщён с трубопроводной магистралью подачи воздуха в контролируемые помещения. Газоразделительный модуль выполнен с возможностью работы в трех режимах разделения входного воздуха: первый режим – состав с содержанием кислорода от 10% до 16%  и азота - ниже 90%, пригодный для непродолжительного дыхания с функцией предотвращения возникновения возгорания; второй режим – состав, содержащий кислорода 12%<О>16%, пригодный для постоянного дыхания с выполнением функций предотвращения возгорания; третий режим – состав, содержащей кислорода 9%<О>12% и азота ниже 91% пригодной для кратковременного критического дыхания огнегасящей смеси, размещенной в аварийном ресивере под давлением 11-300 бар, сообщённом с трубопроводной магистралью, соединяющей все контролируемые помещения кольцевой трубной разводкой со смонтированными на трубных отводах, в каждое из подконтрольных помещений выпускными клапанами соленоидного типа. Газоразделительное устройство снабжено средствами дросселирования в виде системы клапанов регулировки давления и настройки по содержанию кислорода в гипоксической фракции посредством контрольной панели, связанной с датчиками кислорода, установленными в защищаемых помещениях. Система снабжена датчиком и регулятором температуры и влажности на входе в газораспределительные модули, с возможностью работы системы в прерывном режиме по команде от контрольной панели по сигналу датчиков кислорода, установленных в защищаемых помещениях. Между входным штуцером и указанной трубопроводной магистралью предусмотрен байпас с возможностью удаления из подконтрольных помещений гипоксической атмосферы путём продувки сжатым воздухом перед входом в них людей. Система противопожарной вентиляции выполнена централизованной, закольцованной на все подконтрольные помещения посредством объединённых в единую магистраль подводящих труб от газоразделительного устройства. Суммарный объём указанных труб Vтр не меньше среднего объёма Vср контролируемых помещений. Указанная трубопроводная магистраль посредством дросселя, связанного с панелью управления сообщена с дополнительным ресивером, накопленный резервный суммарный объём Vр гипоксического воздуха концентрацией 10 -15% О и давлением ниже 11 бар, в котором превышает средний объем Vср, по меньшей мере, одного из помещений охраняемого комплекса. При этом суммарный объем ретентата  из трубопроводной магистрали Vтр и объем ресивера Vр превышают суммарный объем Vп всех контролируемых помещений Vтр +Vр > Vп, причём в каждом помещении на соответствующем ответвлении вводного трубопровода установлен соленоидный клапан с возможностью включения системы пожаротушения при угрожающем состоянии контролируемого помещения. Система снабжена сигнальными датчиками предупреждения о возникновение дыма, возгорания либо резкого повышения температуры, выполненных с возможностью передачи сигнала на пульт управления для открытия соответствующих соленоидных клапанов осуществляющих подачу гипоксического воздуха из трубопроводов Vтр или/и из ресивера Vр в помещение, находящееся под угрозой пожара и с возможностью включения газоразделительного устройства для производства гипоксического воздуха и пополнения запаса в ресивере Vр. Система снабжена соленоидным клапаном с установленным после него выпускным соплом с глушителем. Выходное отверстие газоразделительного модуля для извлечения кислорода сообщено с дополнительной ёмкостью высокого давления для обеспечения необходимой подачи огнегасящего состава во внутреннюю среду для ликвидации уже возникшего пожара. Система снабжена байпасом, установленным между входным штуцером в газоразделительный модуль и трубопроводной магистралью с возможностью обеспечения удаления гипоксической атмосферы продувкой сжатым воздухом перед входом людей. Система снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной ёмкостью для хранения гипоксического воздуха под давлением от 2 до 10 бар. Два и более газораспределительных модуля могут быть соединены параллельно или последовательно в секции общими трубопроводными коллекторами подачи воздуха и отвода пермеата и ретентата. При этом трубопроводные коллекторы, объединяющие отверстия для выпуска ретентата разнесены относительно объединенных секций. Другая пустотная камера расположена в зоне 1\3 длины корпуса от его торца со стороны выходной полости и может быть снабжена штуцером, сообщенным с выпускным трубопроводом с глушителем для сброса пермеата в наружную атмосферу.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен общий вид системы противопожарной вентиляции, вариант с вертикально расположенными газораспределительными модулями; на фиг.2 – режимы работы системы; на фиг.3 – схема разделения воздуха; на фиг.4 – газоразделительный модуль с частичным продольным разрезом; на фиг.5 представлен вариант системы вентиляции с горизонтальным оппозитным расположением газораспределительных модулей.
Система противопожарной вентиляции закрытых помещений воздухом гипоксического состава содержит компрессор 1, подающий очищенный фильтром 2 сжатый воздух в диапазоне давления от 3 до 11 бар, осушитель сжатого воздуха 3 посредством замораживания или абсорбции, ёмкость для сжатого воздуха 4, фильтр грубой очистки 5, фильтр тонкой очистки 6, адсорбционную колонну 7, средство 8 для очистки сжатого воздуха от загрязнений и средство удаления и очистки конденсата от масел, эфиров и примесей, средства подогрева воздуха 9.
2
2
Система также содержит газоразделительное устройство 10, установленное на раме 11, на которой закреплен, по меньшей мере, один газоразделительный модуль 12, выполненный с возможностью разделения сжатого воздуха по степени насыщения кислородом на пермеат – обогащённый по кислороду состав атмосферы и ретентат – гипоксический состав, обедненный по кислороду, с возможностью его разделения на газовую смесь, включающую в себя: кислород 10%<О>16 в количествах, пригодных для дыхания при постоянном использовании в качестве предотвращающей пожар атмосферы или включает в себя смесь с содержанием кислорода 9%<О>12% для эпизодического использования в качестве огнегасящего агента.
Система противопожарной вентиляции снабжена: клапанами для регулировки давления и настройки содержания кислорода в гипоксической фракции; трубопроводной магистралью 13 и клапанов раздачи гипоксического воздуха для приточной вентиляции подконтрольных помещений 14 и возврата в систему; трубопроводом 15 для удаления обогащенной по кислороду фракции из системы в наружную атмосферу; мониторы 16 для фиксации содержания кислорода, установленные в каждом защищаемом помещении 14; электронную панель управления 17.
Каждый газоразделительный модуль 12 состоит из полого корпуса 18, в котором размещен блок 19 половолоконных мембран из пористого полимерного волокна с газоразделительным поверхностным слоем с возможностью образования межтрубного пространства 20 посредством герметичных эпоксидных коллекторов 21 с прилежащими пустотными камерами 22.
По меньшей мере, одна из камер 22 расположена в зоне 1\3 длины корпуса от его торца со стороны входной полости N и снабжена штуцером 23, сообщенным с выпускным трубопроводом 15 с глушителем (не показано) для сброса пермеата в наружную атмосферу.
Наружными сторонами герметичных эпоксидных коллекторов 21 и корпусом 12 образованы входная N и выходная S полости, в которые пропущены открытые конца волокон мембраны 19, причем входная полость N сообщена посредством входного штуцера 24 с указанным компрессором 1.
Выходной штуцер 25 выходной полости S сообщён с трубопроводной магистралью 13 подачи воздуха в контролируемые помещения 14.
2
2
Газоразделительный модуль 12 выполнен с возможностью работы в трех режимах разделения входного воздуха: первый режим – состав с содержанием кислорода от 10% до 16%  и азота - ниже 90%, пригодный для непродолжительного дыхания с функцией предотвращения возникновения возгорания; второй режим – состав, содержащий кислорода 12%<О>16%, пригодный для постоянного дыхания с выполнением функций предотвращения возгорания; третий режим – состав, содержащей кислорода 9%<О>12% и азота ниже 91% пригодной для кратковременного критического дыхания, размещенной в аварийном ресивере 26 под давлением 11-300 бар, сообщённом с трубопроводной магистралью 13, соединяющей все контролируемые помещения 14 кольцевой трубной разводкой со смонтированными на трубных отводах, в каждое из подконтрольных помещений выпускными клапанами соленоидного типа.
Газоразделительное устройство снабжено средствами дросселирования 27 в виде системы клапанов регулировки давления и настройки по содержанию кислорода в гипоксической фракции посредством контрольной панели 17, связанной с датчиками кислорода 28, установленными в защищаемых помещениях 14.
Система снабжена датчиком и регулятором температуры и влажности 29 на входе в газораспределительные модули 12, с возможностью работы системы в прерывном режиме по команде от контрольной панели 17 по сигналу датчиков кислорода 28, установленных в защищаемых помещениях 14.
Между входным штуцером 23 и указанной трубопроводной магистралью 13 предусмотрен байпас 30 с возможностью удаления из подконтрольных помещений 14 гипоксической атмосферы путём продувки сжатым воздухом перед входом в них людей.
Система противопожарной вентиляции выполнена централизованной, закольцованной на все подконтрольные помещения 14 посредством объединённых в единую магистраль 13 подводящих труб от газоразделительного устройства.
Суммарный объём указанных труб 13 Vтр не меньше среднего объёма Vср контролируемых помещений 14.
2
Указанная трубопроводная магистраль 13 посредством дросселя, связанного с панелью управления 17 сообщена с дополнительным ресивером 31, накопленный резервный суммарный объём Vрд гипоксического воздуха концентрацией 10 -15% Ои давлением ниже 11 бар, в котором превышает объем наибольшего помещения Vм охраняемого комплекса.
При этом суммарный объем ретентата из трубопроводной магистрали 13 Vтр и объем Vр ресивера 25 превышают суммарный объем Vп всех контролируемых помещений 14 Vтр +Vр > Vп.
В каждом помещении 14 на соответствующем ответвлении вводного трубопровода 25 установлен соленоидный клапан 32 с возможностью включения системы пожаротушения при угрожающем состоянии контролируемого помещения 14, установленным после него выпускным соплом с глушителем 27.
Система снабжена сигнальными датчиками предупреждения о возникновении дыма, возгорания либо резкого повышения температуры, выполненных с возможностью передачи сигнала на пульт управления 17 для открытия соответствующих соленоидных клапанов, осуществляющих подачу гипоксического воздуха из трубопроводов 13 Vтр или/и из ресивера 26 Vр в помещение 14, находящееся под угрозой пожара и с возможностью включения газоразделительного устройства для производства гипоксического воздуха и пополнения запаса в ресивере 26 Vр.
Два и более газораспределительных модуля могут быть соединены параллельно (фиг.1 и фиг.5) или последовательно (не показано) в секции общими трубопроводными коллекторами подачи воздуха 33 и отвода пермеата 34 и ретентата 35.
При этом трубопроводные коллекторы, объединяющие отверстия для выпуска ретентата разнесены относительно объединенных секций.
Другая пустотная камера 16 может быть расположена в зоне 1/3 длины корпуса 18 от его торца со стороны выходной полости S и сообщенным с выпускным трубопроводом 15 с глушителем для сброса пермеата в наружную атмосферу (не показано).
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения.
Следовательно, совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для расширения эксплуатационных возможностей за счет расширенного выбора вариантов применения и состава огнегасящей смеси.
Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е являются существенными.
Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в прототипе-патенте RU № 2301095, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.
Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат – расширение эксплуатационных возможностей за счет расширенного выбора вариантов применения и состава огнегасящей смеси.
Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е, имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Осуществление заявленного изобретения достигается реализацией указанного назначения в соответствии с диаграммой, представленной на фиг.2.
Возможность жизнеобеспечения человека определяется зоной в границах между гипоксическим барьером выживания и гипоксическим барьером возгорания, в которой невозможно возгорание, но есть возможность дыхания. Эта пожаробезопасная зона выживания ПБЗВ ограничивается содержанием кислорода 10-16%, на использование в которой и рассчитано изобретение.
Система монтируется как в помещении в хорошо вентилируемом машинном отделении или подвижно на колесах 36, как показано на фиг.1 или, например, горизонтальный оппозитный вариант, который может быть помещен под полом или на крыше, например, транспортного средства.
Работа системы осуществляется следующим образом.
Компрессор 4 производит забор атмосферного воздуха и сжимает его до 6 – 13 атм, после чего сжатый воздух подвергается осушению 5 и фильтрации в фильтрах тонкой очистки 6 и обработке в адсорбционной колонне 32 для удаления паров масел и эфиров, которые могут разрушить блок мембрану.
Далее чистый сжатый воздух поступает в блок 8 половолоконных трубчатых мембран, в котором он разделяется на обогащенную по кислороду фракцию - пермеат, которая удаляется в наружную атмосферу через выпускной трубопровод 18 с глушителем 19 в наружную атмосферу и гипоксическую фракцию (9%-15% кислорода) - ретентат, поступающую в трубопроводную магистраль 14 и в контролируемые помещения 15.
При этом гипоксическая фракция направляется в защищаемое помещение 15 для создания там пригодной для дыхания пожаробезопасной атмосферы в диапазоне от 10% до 16% по кислороду.
Система работает в прерывном режиме, получая команду от контрольной панели 31, которая, в свою очередь, получает информацию от датчиков 22, 23, 24 и датчиков кислорода 33, установленных в помещениях 15.
Контрольной панелью 31 совместно с автоматикой 34 и контрольным датчиком 35 поддерживается заданный режим работы устройства 1.
Конкретнее, при подаче гипоксического воздуха с 10% кислорода и выборе диапазона защиты помещения от 14% до 15%, установка деактивируется при достижении уровня 14% и включается опять, только когда уровень кислорода в помещении 15 поднимется за счет инфильтрации свежего воздуха до 15%.
Трубная разводка от системы в каждую комнату является тем самым сосудом под давлением (или добавляется к нему).
В случае пожара в одном из помещений, датчик срабатывает, соленоидный клапан открывается и весь гипоксический воздух выпускается в это помещение. Одновременно включается установка и продолжает поддерживать атмосферу в течение любого времени пока не придет дежурный и выключит установку. Новизна и полезность системы в том, что она все время находится в спящем режиме и не требует энергозатрат - она только включается автоматически, когда давление в трубопроводе падает.
При этом защищаемое помещение 15 заполняется гипоксическим воздухом, пригодным для дыхания длительное время, т.к. объем кислорода для дыхания при 15% такой же, как и на высоте 2.8 км над уровнем моря, что безопасно и даже рекомендовано для людей с различными заболеваниями
При уровне кислорода в помещении 15 от 10% до 16% возгорание практически невозможно, что надежно защищает от риска пожара. Это особенно важно для защиты помещений 15 с особо ценными предметами в музеях, галереях и архивах, легковоспламеняющимися материалами и жидкостями, центров компьютерной обработки данных.
Предложенная система позволяет экономить энергию за счет автоматической деактивации системы в период достижения нижнего уровня диапазона защиты, т.к. может пройти много часов пока за счет инфильтрации свежего воздуха будет достигнут верхний уровень и система активируется.
За счет подачи гипоксического воздуха создается слегка повышенное давление в защищаемых помещениях 15, что предотвращает проникновение пыли и вредных примесей и газов извне. Это положительно влияет на состояние хранящихся предметов, работу компьютеров, и т.д.
Система может находиться в спящем режиме до активации в случае возникновения пожара и выпуска огнегасящего состава из емкости высокого давления.
При этом в системе будет производить огнегасящий состав до тех пор, пока соленоидный клапан не будет закрыт после устранения риска пожара и запас огнегасящего состава в емкости высокого давления не будет восстановлен полностью.
Система может также находиться в спящем режиме до активации и в случае падения давления в ресивере высокого давления.
При этом будет производиться огнегасящий состав до тех пор, пока его запас в ресивере высокого давления не будет восстановлен полностью. После этого устройство отключается автоматически,
Данное решение также значительно снижает энергетические затраты, поскольку не потребляет энергию в спящем режиме.
Система может быть смонтирована на грузовом автомобиле, плавучем транспортном средстве, либо другой мобильной платформе и доставлено в место эксплуатации, а также может быть снабжено колесами 36 для местного перемещения.
Разнесение трубопроводных коллекторов, объединяющих отверстия для выпуска ретентата относительно оппозитно объединенных секций, обеспечивает оптимальный охват контролируемых помещений.
Размещение разделительных модулей параллельно в оппозитные секции (фиг.5) позволяет разместить компактно расположить устройство с общими трубопроводными коллекторами подачи воздуха и отвода пермеата и ретентата.
Реализация изобретения позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет расширенного выбора вариантов применения и состава огнегасящей смеси, что позволяет повысить пожарозащищенность помещений при сохранении жизнеобеспечения атмосферы.