气溶胶抑火材料、系统和实施方法与流程

本发明涉及防火和抑火设备、材料、系统及其使用方法，可用于隔室和封围件等场所。本发明涉及在简化的安装中采用气溶胶抑火剂，该简化的安装简化了安装、减少了空间需求、减轻了重量，并且节省了灭火部件和安装的成本。更具体地，本发明部分涉及一种固体气溶胶抑火剂，它形成板件、片件或各种形状件，作为插入危险物内的空隙空间中的材料，作为用于形成危险物的结构或部件的材料，或作为涂层，使得可以在隔室或封围件中使用，而不需要重要的壳体或容器。

背景技术：

1、在北美，通常将火灾分为四个级别：a、b、c和d。诸如欧洲之类的其它地区可能具有类似的方法，但命名法不同。

2、a级别是诸如木材、纸之类的普通燃烧物的燃烧。

3、b级别是诸如酒精、汽油之类的易燃液体的燃烧。

4、c级别是“电气火灾”，但需要做一些说明。

5、虽然电本身不会燃烧，但它是点燃源。燃烧的是具有a级别材料和/或b级别材料的表现的材料，典型的是用塑料类产品制成的电绝缘材料。a级别火灾表现从线束或电线发生，在这种情况下，要让灭火剂充分深入到电线束中变得很困难，而如果燃烧的线缆位于线束的中心，就必须让灭火剂深入到电线束中。当塑料在开始燃烧前融化时，就会发生b级别火灾表现。

6、如果火灾是由电作为点燃源开始的，则有两种情况：

7、1.如果电力被自动或手动切断，则“断电”火灾会变成a级别或b级别火灾，或同时变成a级别和b级别火灾。仍然重要的是要认识到，塑料可能同时具有a和b两种表现。

8、2.如果没有切断电力，则属于通电火灾，由于点燃源仍然存在，扑灭要困难得多。一些电气火灾可能直到断电后才能扑灭。

9、-通电火灾可能是极其危险的，因为扑灭即使不是不可能，也很困难；以及

10、-存在电击危险。

11、截至本文撰写之时，保险商实验室(underwriters'laboratoriestm)根据灭火器可用于的火灾类型，将灭火器分为带有a、b、c和/或d标识。“c”标识仅意味着灭火剂通常不导电(电不会通过灭火器排出流流回灭火器的操作者)。这并不证明灭火器对任何通电电气火灾的有效性。

12、d级别是可燃金属火灾。镁、极细铝等。

13、抑火术语

14、阻燃剂

15、应用阻燃剂以减缓火焰的发展。通常情况下，它会降低燃料的可燃性。

16、例如：

17、在扑救森林火灾时，飞机会向正在蔓延的森林火灾前方投放大量的水，这些水通常含有化学添加剂，可以降低地面上的树木、灌木的可燃性。这减缓了火焰的蔓延。虽然如果直接锁定火焰，投放的水可以将火焰扑灭，但主要任务是遏制火焰。此外，扑灭森林火灾需要飞机提供更多的水，而如果能阻止火焰扩散，可用的水就会更有效。

18、通常情况下，采用阻燃剂是为了减缓火焰的蔓延，而不是为了将其扑灭。

19、抑火剂

20、术语“抑火剂”可能会引起混淆。它表示一种可以抑制特定的火灾，但不一定能将其扑灭的制剂。当然，真正的目标是扑灭火焰，但在特定的火灾中使用特定的制剂可能达到的最佳效果是减轻或减缓火焰。换言之，在一些应用中可以实现扑灭，而在其它应用中则不能。

21、一些灭火系统制造商将其产品宣传为“抑火系统”，因为并非总能实现扑灭。这样做可能是为了控制产品责任，避免将其产品称为“灭火系统”。不过，由于客户真正希望获得的是“灭火系统”，因此潜在购买者应当警惕“抑火系统”一词，或应当仔细检查其应用中的制剂能力。

22、在a级别火灾中使用卤化碳气态制剂是良好且常见的示例。

23、如果燃烧的a级别材料很轻，比如桌上的书写纸或垃圾筐起火，则系统很可能扑灭这些火灾。替代地，如果a级别燃烧材料是架子上拆装的纸板包装箱，则卤化碳制剂很难渗透到这些材料内部的起火区域，因此火焰不会被扑灭，只能被抑制。因此，防火系统的制造者将其系统称为抑火系统。

24、灭火剂

25、灭火剂将扑灭火焰。

26、这些系统比阻燃剂或抑火剂要好得多。

27、为了解决火灾危险、比如电池火灾危险：

28、因为电池火灾猛烈且难以实现扑灭，因此必须避免使用阻燃剂和抑火剂。唯一有意义的系统是能够快速扑灭，并在危险物冷却之前将火扑灭以杜绝危险物失控的那些系统。

29、灭火器类型

30、没有一种通用制剂(尽管气溶胶接近于通用制剂)。用于相应火灾分类的“传统”制剂有：

31、a级别：水、多用途干化学制品；

32、b级别：泡沫、干化学制品、二氧化碳；

33、c级别：多用途干化学制品、二氧化碳；

34、d级别：特殊的干粉(类似沙子)。

35、锂离子电池火灾

36、由于电池、比如锂离子电池在例如电动车辆中的使用越来越普遍，因此对提高这种电池供电系统的操作安全性的兴趣在增加。有若干变体的锂离子型电池，但这一“族”电池都面临着类似的灭火挑战。

37、锂离子电池火灾的特殊性在于它可以同时引发a、b、c和d级别火灾。

38、主要的危险问题在于所储存的能量。其它危险元素包括在火灾中能产生自身的氧气的易燃电解质、高度可燃的锂金属和包装材料。

39、在考虑锂离子电池灭火时，有几件事尤其值得注意：

40、电池可能具有非常高的储能量；

41、火灾或爆炸的起因在很大程度上是不可预测的；

42、火灾或爆炸的发展极为快速，有时从点燃到爆炸或失控火灾之间只有几秒钟的时间；

43、问题存在两个“阶段”：

44、包装的破坏性开放以及火灾/爆炸的开始；电池的余下部分失控地迅速升温，并且迅速向邻近电池散热，以及火灾/爆炸的扩散；

45、传统灭火剂不起作用；以及

46、水不能很好地起到灭火剂的作用，但巨大量的水可以冷却该危险物，最终终止火灾。

47、关于气溶胶在抑火和灭火中的使用，已经有将包含干化学灭火粉末的薄金属板件放置在汽车的油箱周围，使得如果车辆被追尾，在油箱有可能破裂的同时，包含灭火剂的板件也会破裂，从而使干粉剂散开，以防止或扑灭火灾。一些福特维多利亚皇冠警车已经安装有这种干化学制剂板件，在测试和实际事故中都成功地抑制了火焰。美国军方也在装甲车辆上安装了类似的板件，以保护轮窝等。气溶胶制剂尚未在这些应用中使用。

48、干化学制剂通常由碳酸氢钠或碳酸氢钾制成，以细粉末状储存和释放，它们的微粒直径通常为25微米。当这些粉末进入火焰时，它们主要通过阻断起火的化学反应来灭火。

49、气溶胶制剂通常由诸如环氧树脂之类的燃料与诸如硝酸钾之类的氧化剂混合制成，是一种固体可燃材料，暴露于火焰或高热量时会燃烧。燃烧的产物是直径小得多(小于10微米，并且常见的直径在2微米以下)的细气溶胶尺寸级微粒，以及数量明显更少的氮气和其它气体。

50、美国国家防火协会(national fire protection association)对“凝聚气溶胶”的定义如下(nfpa标准2010版(nfpa standard 2010)，用于固定式气溶胶灭火系统的标准，第3.3.2.1节)：

51、“一种灭火介质，由直径一般小于10微米的细分固体微粒和气态物质组成，由固体气溶胶形成化合物的燃烧过程产生”。这是对通常理解的“非常”细分的固体或液体微粒材料的含义的细化。

52、根据本发明的实施例，所实施的凝聚气溶胶材料具有两种状态：固体状态(化合物或前体材料，其形式包括硬质或半硬质板件、挠性片件、块体(比如矩形平行六面体)、三维固体(比如四面体或锥体)等，在点燃后生成抑火的气溶胶；以及在点燃后产生的气溶胶状态，包括细分的固体或液体微粒。

53、这种细气溶胶微粒还能通过阻断起火的化学反应来灭火，与其它制剂相比，它的直径小，大大增加了制剂微粒的表面积，允许微粒在火焰中非常快速地反应，因此提供了更迅速的灭火性能。

54、由于该制剂组合使用了化学阻断机制和在火焰中迅速反应的能力，因此与其它制剂相比，该制剂的效率显著提高，致使所需的制剂大大减少。

技术实现思路

1、本发明的实施例包括抑火系统，该抑火系统包括：

2、以下当中至少一个：

3、封围件，该封围件包括至少一个封围件壁，并限定内部容积；以及

4、内部隔开结构，该内部隔开结构将内部容积分隔成至少两个分离子容积；

5、至少一个封围件壁和内部隔开结构中的至少一个由包括气溶胶抑火材料和可燃基质材料的混合物制成。

6、固体或挠性凝聚气溶胶灭火材料的板件、片件、不同形状件和涂层可被火或热量点燃，从而释放细微粒/气态制剂。

7、由于所释放的制剂阻断火焰的化学连锁反应的能力，这些凝聚气溶胶制剂对诸如锂离子电池火灾之类的难以扑灭的火灾特别有用。由于这种扑灭机制，所需的制剂用量会显著减少。

8、另外，由于灭火微粒很细，由此制剂的表面积很大，这允许在火焰中迅速发生反应，从而使气溶胶制剂更迅速地执行灭火。

9、与容器(罐)式气溶胶生成器相比，板件、片件、不同形状件和涂层也是一种改进，因为它们是独立的(self-contained)，并且既能检测火灾，又能致动凝聚灭火片件、板件、不同形状件和涂层，此外，它们提供了灭火剂在受障碍封围件中的改进分布。

10、本发明部分包括一种用于火灾危险物封围件的抑火系统，该抑火系统包括凝聚气溶胶抑火材料板件，该板件具有第一面向封围件侧和第二面向危险物侧；靠近第一面向封围件侧布设的耐火材料；以及布设在第二面向危险物侧上的密封材料。

11、板件也可以“裸露”使用，即不与封围件附接，不使用陶瓷涂料、粘附剂、密封剂等。例如，如果某人用箱子装填新电池或笔记本电脑，用于卡车或飞机输运，那么包装人员可以把简单的固体气溶胶板件插入输运箱中，而非将它们附接至该箱。这种板件可以不需要任何粘附剂、密封剂或陶瓷。

12、在本发明实施例中，抑火系统还包括隔热层，该隔热层布设在第一面向封围件侧与耐火材料之间。

13、在本发明实施例中，耐火材料包括陶瓷涂料。

14、在本发明实施例中，板件还包括至少一个侧向部，该侧向部在第一面向封围件侧与第二面向危险物侧之间延伸。耐火材料可以布设在该至少一个侧向部上。

15、在本发明实施例中，抑火系统还包括粘附剂区，该粘附剂区布设在耐火材料的面向封围件侧上。粘附剂区可以包括布置在耐火材料的面向封围件侧上的粘附剂材料层，以及覆盖粘附剂材料层的可移除的保护材料层。

16、在本发明实施例中，抑火系统包括气溶胶材料，该气溶胶材料布设在潜在火灾危险物上或物理上靠近潜在火灾危险物，其中，该气溶胶材料构造为通过暴露于热量或火焰中的至少一种而致动，并且其中，该气溶胶材料的形式为以下形式中的至少一种：注入(impregnate、浸注)了气溶胶抑火物质的材料主体；涂覆至潜在火灾危险物上的表面或物理上靠近潜在火灾危险物的涂层。在本发明的实施例中，材料主体是挠性的、刚性的、它们的组合中的一种；以及形状是圆柱形、棱锥形、棱柱形、矩形平行六边形、球体、不规则壳体、它们的组合中的一种；以及是中空的、实心贯通的、实心但多孔贯通的中的一种；以上的组合。

17、板件可以安装在封围件上、或作为封围件中的隔开件(partition)或划分件(divider)来分隔危险材料的部段、和/或安装在危险材料上、或安装在危险物内部，比如在多个单元组成的电池模块内部的空间内。在本发明实施例中，隔开件或划分件将用于电池或电气装置的输运中，在它们的在更大的箱或包装内的箱中。

18、在本发明实施例中，气溶胶材料的机械性能优选地与塑料类似，并且因此，可以用气溶胶材料制成危险物的结构或某些部件。可以通过对气溶胶材料进行成型、冲压、模制和机械加工来提供合适的部件，并为危险物提供必要的部件，同时在发生火灾时可用作灭火剂。这提供了附加机制，随着灭火剂与危险物成一体，使灭火剂尽可能地接近危险物。

19、在本发明实施例中，气溶胶抑火物质包括硝酸钾、碳酸钾、环氧树脂或有机树脂、双氰胺(dcda)、镁、或构成燃料和氧化剂的类似材料中的至少一种。在本发明的优选实施例中，处于对潜在不利健康影响的考虑，气溶胶材料将不包括任何形式或成分的锶。

20、在本发明实施例中，气溶胶材料还包括多层气溶胶抑火物质。多层可包括至少两层，并且进一步地其中，第一层的气溶胶抑火物质与第二层的气溶胶抑火物质不同。

21、在本发明实施例中，抑火系统还包括启动器，该启动器与气溶胶材料可操作地联接，以促进气溶胶抑火物质致动。

22、在本发明实施例中，抑火系统还包括与启动器可操作地联接的火灾检测器，以便在检测到热量超过预定温度、火焰、燃烧产物超过预定浓度、燃烧产物至少具有预定成分中的至少一种情况时致动启动器。

23、在本发明实施例中，抑火系统还包括与启动器和气溶胶材料联接的控制设备。

24、在本发明实施例中，控制设备包括手动致动器，使人能够选择性地致动致动器。

25、在本发明实施例中，灭火系统还包括与启动器和控制设备可操作地联接的火灾检测器，以便在检测到热量超过预定温度、火焰、燃烧产物超过预定浓度、燃烧产物至少具有预定成分中的至少一种情况时致动启动器。在本发明实施例中，火灾危险物包括装置和过程系统中的至少一个，并且控制设备与监控设备联接，监控设备对装置的操作进行监控。这种装置可以是车辆或设施中的电池或电池组。替代地，过程系统可以是任何类型的制造或操作系统，其中，火灾风险尤为突出。

26、在本发明实施例中，气溶胶材料的形式是注入了气溶胶抑火物质的材料主体，并且其中，保护材料层布设在主体的一侧上，设置成面向火灾危险物，该保护材料层以一型式布置，使得注入了气溶胶抑火物质的材料主体的部分暴露。

27、结合附图阅读，本发明的前述及其它特征和优点将从以下对目前优选实施例的详细描述中变得更加明显，附图不按比例绘制。详细描述和附图只是对本发明的说明，而不是限制，本发明的范围由所附的权利要求书及其等同物限定。