一种微型液氮灭火装置及方法

本发明涉及消防，尤其涉及一种微型液氮灭火装置及方法。

背景技术：

1、锂离子电池在存储时，可能由于机械滥用、电滥用、热滥用导致热失控，发生火灾甚至爆炸，其产生的高温以及冲击波可能导致锂离子电池储能舱内的其他锂离子电池发生热失控，造成热失控蔓延，发生更严重、更剧烈的火灾爆炸事故。

2、为保证锂离子电池储能舱的消防安全，会对储能舱进行消防设计，布置灭火装置。传统的灭火材料为全氟己酮、七氟丙烷，灭火时会产生有毒有害气体，且会对设备造成损害。此外，储能舱灭火系统需要根据锂离子电池的放置位置，布置消防管路，再从主管路支出支管到各个锂离子电池处，该种设置的管路布置复杂，且需要针对不同储能舱、不同锂离子电池摆放位置单独进行设计，成本高；同时，灭火试剂需要储存在一储罐中，其体积、质量较大，不方便移动、放置。又因为消防系统触发工作时，灭火试剂需要从储罐到消防管路再到喷出灭火，所需时间长，可能导致火灾不能在初始阶段扑灭，造成更大的损失、更严重的火灾爆炸事故。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：针对现有技术中储能舱灭火系统布设复杂、空间占用大、响应速度慢等问题，本发明提供一种微型液氮灭火装置及方法，可针对锂离子电池储能舱中每个电池模组布置，具有体积小、灭火效率高等优点。

2、技术方案：本发明所述的一种微型液氮灭火装置，微型液氮灭火装置包括盒体，所述盒体内由分隔板分隔成液氮储存腔体和co2储存腔体，所述分隔板上设置有连接通道以及接入连接通道的第一压力阀门；

3、所述盒体沿着其内侧壁设置有与液氮储存腔体连通的泄压通道以及接入泄压通道进口端的压力阀门；

4、所述盒体外侧壁设置有与液氮储存腔体连通的第一喷嘴以及与泄压通道出口端接通的第二喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴的管道上分别接入控制阀门。

5、优选的，所述盒体与液氮储存腔体对应的壳体由外至内分隔成第一密闭腔体、第二密闭腔体和第三密闭腔体；

6、所述泄压通道依附于第一密闭腔体内壁设置，且泄压通道进口端穿过依次第二密闭腔体和第三密闭腔体与液氮储存腔体连接；

7、所述第一密闭腔体内部填充固液型相变材料，所述第二密闭腔体、第三密闭腔体为真空腔体；

8、所述第一密闭腔体与第三密闭腔体由阀门控制其连通，所述第一密闭腔体在盒体上设置有与空气连通进气端口以及接入进气端口的控制阀门。

9、优选的，所述第一密闭腔体与第三密闭腔体连接处为“u”型结构，所述第一喷嘴自“u”型结构处穿出且不与第一密闭腔体、第三密闭腔体连通；

10、所述第一密闭腔体与第三密闭腔体的连通处设置有第一控制阀门，所述第一控制阀门可控制第一密闭腔体内的固液型相变材料液化后进入第三密闭腔体。

11、优选的，所述泄压通道的进口端设置在液氮储存腔体的顶端，且自第三密闭腔体穿出沿着第一密闭腔体内壁绕过液氮储存腔体与液氮储存腔体下方设置的第二喷嘴连接；所述泄压通道在液氮储存腔体连接处安装有第二压力阀门。

12、优选的，所述微型液氮灭火装置还包括烟温传感器，所述烟温传感器设置于锂离子电池模组表面并与盒内设施的各个控制阀门电连接。

13、优选的，所述固液型相变材料的相变温度范围为60-100℃。

14、优选的，构成所述第二密闭腔体的内外壁均涂敷有隔热材料 。

15、本发明还公开了一种液氮灭火方法，包括如下步骤：

16、步骤一：当锂离子电池模组发生热失控，环境温度升高，第一密闭腔体内部的固液型相变材料吸热液化，此时烟温传感器检测异常信号控制第一密闭腔体与第三密闭腔体连通的第一控制阀门以及第一密闭腔体与外界空气连通的第三控制阀门打开，液化的固液型相变材料在外界大气压以及第三密闭腔体内的真空低压下，从第一密闭腔体流入第三密闭腔体，驱使第三密闭腔体的内侧壳体温度上升并对液氮储存腔体内的液氮进行加热，使得液氮快速汽化增压；

17、步骤二：液化的固液型相变材料由第一密闭腔体经由第一控制阀门控制进入第三密闭腔体，可对第一喷嘴与液氮储存腔体的连接通道进行加热维持该通道通畅；

18、步骤三：液氮储存腔体内的液氮通过固液型相变材料的加热迅速汽化增压，控制第二控制阀门将气液氮混合物从第一喷嘴喷射出去，进行液氮灭火；

19、步骤四：与步骤一至步骤三中液氮储存腔体内液氮汽化压力不足以将液氮从第一喷嘴喷射时，控制第一压力阀门连通co2储存腔体和液氮储存腔体的连接通道，co2储存腔体内处于加压状态的co2气体从连接通道进入液氮储存腔体中，使得液氮储存腔体内压力上升，使得液氮能够从第一喷嘴喷出；当液氮逐步消耗完毕，co2气体沿着连接通道进入液氮储存腔体并从第一喷嘴喷出进行灭火作业。

20、优选的，步骤一至步骤四中，当液氮储存腔体内气压超过预设压力值后，液氮储存腔体与泄压通道连接处设置的第二压力阀门打开，汽化的氮气沿着泄压通道从第二喷嘴处喷出。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、1、本发明的微型灭火装置采用液氮对热失控的锂离子电池进行灭火，可以快速降低热失控锂离子电池的温度，隔绝氧气，具有良好的灭火效果，并能降低对未发生热失控的锂离子电池模组造成损害，提高灭火效率；

23、2、该微型灭火装置针对锂离子电池模组的消防安全进行设计，其结构小可以针对性的安装至每个锂离子电池模组的储存模块中，避免一个锂离子电池发生热失控，整个储能舱的消防系统都被启动，降低消防响应成本；同时，该装置由烟温传感器触发启动，响应动作更快，节约传统灭火试剂需先流入消防管路等过程时间，在热失控初期阶段即可进行控制，降低热失控损失；

24、3、本发明的微型灭火装置采用固液型相变材料对液氮进行加热汽化增压，并采用加压co2气体的压力补充，提高液氮喷射的稳定性，该装置将消防灭火能力与热管理能力结为一体，将用于隔热的固液型相变材料、汽化的氮气以及co2气体进行二次利用，提升该装置的消防能力。

技术特征：

1.一种微型液氮灭火装置，其特征在于，微型液氮灭火装置包括盒体（1），所述盒体（1）内由分隔板（16）分隔成液氮储存腔体（2）和co2储存腔体（3），所述分隔板（16）上设置有连接通道（4）以及接入连接通道的第一压力阀门（5）；

2.根据权利要求1所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，所述盒体（1）与液氮储存腔体（2）对应的壳体由外至内分隔成第一密闭腔体（11）、第二密闭腔体（12）和第三密闭腔体（13）；

3.根据权利要求2所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，所述第一密闭腔体（11）与第三密闭腔体（13）连接处为“u”型结构，所述第一喷嘴（8）自“u”型结构处穿出且不与第一密闭腔体（11）、第三密闭腔体（13）连通；

4.根据权利要求2所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，所述泄压通道（14）的进口端设置在液氮储存腔体（2）的顶端，且自第三密闭腔体（13）穿出沿着第一密闭腔体（11）内壁绕过液氮储存腔体（2）与液氮储存腔体（2）下方设置的第二喷嘴（10）连接；所述泄压通道（14）在液氮储存腔体（2）连接处安装有第二压力阀门（15）。

5.根据权利要求1所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，所述微型液氮灭火装置（100）还包括烟温传感器，所述烟温传感器设置于锂离子电池模组表面并与盒内设施的各个控制阀门电连接。

6.根据权利要求2所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，所述固液型相变材料的相变温度范围为60-100℃。

7.根据权利要求2所述的微型液氮灭火装置，其特征在于，构成所述第二密闭腔体（12）的内外壁均涂敷有隔热材料 。

8.一种液氮灭火方法，其特征在于，采用如权利要求1~7任一所述的微型液氮灭火装置，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的液氮灭火方法，其特征在于，步骤一至步骤四中，当液氮储存腔体（2）内气压超过预设压力值后，液氮储存腔体（2）与泄压通道（14）连接处设置的第二压力阀门（15）打开，汽化的氮气沿着泄压通道（14）从第二喷嘴（10）处喷出。

技术总结本发明公开了一种微型液氮灭火装置及方法，属于消防技术领域，包括盒体，盒体内由分隔板分隔成液氮储存腔体和CO<subgt;2</subgt;储存腔体，分隔板上设置有连接通道以及接入连接通道的第一压力阀门；盒体沿着其内侧壁设置有与液氮储存腔体连通的泄压通道以及接入泄压通道进口端的压力阀门；盒体外侧壁设置有与液氮储存腔体连通的第一喷嘴以及与泄压通道出口端接通的第二喷嘴，第一喷嘴和第二喷嘴的管道上分别接入控制阀门。本发明的微型灭火装置采用液氮对热失控的锂离子电池进行灭火，可以快速降低热失控锂离子电池的温度，隔绝氧气，具有良好的灭火效果，并能降低对未发生热失控的锂离子电池模组造成损害，提高灭火效率。技术研发人员：王志,宋宇辰,周福宝,史波波,王少嘉,周小龙,武高明,李昌坤受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29