CN101547722B - 用于降低封闭空间中火灾爆发的风险的惰化方法以及实现该方法的设备 - Google Patents

用于降低封闭空间中火灾爆发的风险的惰化方法以及实现该方法的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于降低封闭空间(10)中爆发火灾的风险的惰化方法，以及用于实现所述方法的设备。在详述用于封闭空间(10)的惰化***的目的的情况下，该惰化***一方面依靠连续惰化封闭空间(10)实现有效减小初起火的风险，其另一方面根据需要可以将通过连续惰化实现的预防性防火限定于封闭空间的空间隔离区，而无需进行结构分隔来实现该目的，根据本发明提供的是将至少一种惰性气体引入封闭空间(10)，所述惰性气体的气体密度(ρ气体)与空间(10)的环境气氛的平均气体密度(ρ气体)不同，使得由第一气体层(A)和第二气体层(B)组成的气体分层在封闭空间(10)中形成，其中第一气体层(A)中的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量，并且其中第二气体层(B)中的氧含量对应于比环境气氛的氧含量低的特定的、可限定的氧含量。

Description

用于降低封闭空间中火灾爆发的风险的惰化方法以及实现该方法的设备
技术领域
本发明涉及用于降低封闭空间中火灾爆发的风险的惰化方法以及实现该方法的设备。 
背景技术
通常所说的减少封闭空间——例如，在该封闭空间，人只是偶而进入，并且其中的设备对水的作用反应灵敏——中失火风险的措施，是降低各个区域中的氧浓度至例如按体积计大约12％的值。最易燃材料在该氧浓度不再燃烧。到目前为止，主要的应用区域是IT区域、电开关设备和配电室、密封设施以及高价值商品的储存区。 
例如，德国DE 198 11 851 C1专利说明书描述用于在封闭空间中减少失火风险以及用于灭火的惰性化设备。因此，设计已知的***，以降低封闭空间中氧含量至可预先规定的基本惰化水平，并且如果失火或当另外需要时，迅速地进一步降低氧含量至规定的完全惰化水平，以便能够有效灭火，同时保持惰性气体钢瓶的储存要求为最小。为此目的，已知的设备包含通过控制单元可控制的惰性气体***，以及连接到惰性气体***和保护空间的供应管路***，由惰性气体***提供的惰性气体经过管路***被送入该保护空间中。可考虑作为惰性气体***的是压力钢瓶组(pressure cylinder battery)——其储存压缩形式的惰性气体、产生惰性气体的***，或两种方案的结合。 
在开头描述的***类型分别涉及根据需要减少在监控保护空间内降低失火风险和灭火的方法和设备，借此连续惰化保护空间同样用于防止或控制失火的目的。如上所述，基于在正常情况下在封闭空间内通过降低各个区域中的氧浓度至例如按体积计12％的定值可阻遏失火风险的知识，惰化方法发挥作用。 
惰化方法所形成的预防和熄灭作用因此基于氧气替换的原理。如通常已知的，正常环境空气由按体积计21％氧气、按体积计78％氮气和按体积计1％的其它气体组成。为了有效地降低在保护区中起火的风险，通过引入惰性气体或惰性气体混合物例如氮气，减少讨论区域的氧浓度。当氧气百分比降到按体积计大约15％之下时，已知熄灭效果在大多数固体情况中发生。取决于在保护区内含有的易燃材料，进一步降低氧气百分比至例如按体积计12％可能是必需的。换句话说，这意味着通过使保护空间在所谓的“基本惰化水平”——其中环境空气中的氧气百分比被减少到按体积计15％以下——下连续惰化，在保护区中起火的风险也可以被有效地降低。 
如本文使用的术语“基本惰化水平(base inertization level)”通常被理解为：与正常环境空气的氧含量相比，保护空间的环境气氛的降低氧含量，然而，由此从医学观点来看，这种降低的氧含量原则上无论对人或动物都没有任何风险，因此他们——可能采取一些预防措施——仍然可以进入该保护空间。 
如上所指出，设定基本惰化水平——其与所谓的“完全惰化水平”相反，不必对应于发生有效熄灭的降低氧气百分比——主要用来降低在保护空间中火灾爆发的风险。该基本惰化水平对应于例如按体积计13％到15％的氧含量，这取决于各情况的环境。 
相反地，术语“完全惰化水平(full inertization level)”指与基本惰化水平的氧含量相比已经进一步降低的氧含量，并且在该氧含量，大多数材料的易燃性已经降低到不再可燃的程度。取决于在讨论保护空间内的燃烧物荷载(fire load)，完全惰化水平下氧浓度通常为按体积计11％至12％。 
设计当前已知的方法——其在封闭空间内使用惰化方法灭火或将火灾爆发的风险最小化，使得所有贮存在该封闭空间的货物被纳入防火概念。然而，通常不必使整个封闭空间体积经历连续惰化作为预防措施，这是因为例如仅仅该空间的某些区域可能用来储存易燃材料，而该空间的其它区域保持不用或储存不燃物质。特别地，在大仓库中，当整个空间容积实际上用于储存易燃材料时，连续惰化整个仓库容积才将产生经济意义。 
特别地，因为消费商品和食品业与消费者行为密切相关，并且消费者行为的改变对市场具有直接冲击，所以希望零售市场能尽可能灵活地对储存或交通状况的任何调整做出反应。能针对各个市场情况特别容易地改变它们的储存容量和储藏条件的仓库因此有需要。对于在此类仓库中频繁使用的作为预防性防火的惰化***，存在同样的需要。 
发明内容
本发明因此基于详细说明用于封闭空间的惰化***(方法和设备)的任务，其一方面依靠连续惰化保护空间实现有效缩小初起火的风险，另一方面，通过这种连续惰化作用实现的预防性防火作用(preventative fire protection)可以根据需要被限定在封闭空间的空间分离区域，而无需结构分隔来实现此目的。 
根据本发明，通过在开头所述类型的惰化方法解决该任务，所述惰化方法将惰性气体或惰性气体混合物引入封闭空间——所述惰性气体或惰性气体混合物的气体密度不同于该封闭空间的环境气氛的平均气体密度，使得由第一气体层、第二气体层和处于所述第一和第二气体层之间的过渡层组成的气体分层(stratification of gas)在没有结构分隔的封闭空间中形成，借此第一气体层的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量，并且借此第二气体层的氧含量对应于比环境气氛氧含量低的特定的、可限定的氧含量。 
关于设备，发明基于的任务通过降低在封闭空间中发展的火灾的风险的惰化***来解决，借此创造性地提供惰化***，其包含至少一个用于供应惰性气体或惰性气体混合物的惰性气体源，和通过控制单元可控制的供应和出口喷嘴***——其用于将惰性气体源供应的惰性气体或惰性气体混合物引入封闭空间的环境气氛，借此该惰性气体或惰性气体混合物显示不同于封闭空间环境气氛的平均气体密度的气体密度，并且借此通过供应和出口喷嘴***可以以调节方式将惰性气体或惰性气体混合物引入封闭空间，使得由第一气体层、第二气体层和位于所述第一和第二气体层之间的过渡层组成的气体分层在没有结构分隔的封闭空间中形成。 
因此，根据本发明的设备涉及使本发明的惰化方法能够实现。 在这种方案中，第一气体层区域中的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量。另一方面，第二气体层区域中的氧含量对应于比环境气氛的氧含量低的特定的、可限定的氧含量。 
利用本发明的方案可得到的优点是显而易见的。待被储存的产品或货物因此可以被放置在封闭空间的特定区域，而无需任何空间隔离以及不需要复杂措施来将它们互相隔离，因此所述储存的货物总是容易可得，借此在该封闭空间内的区域的氧含量可以分别适应储存在它们之内的货物的失火和燃烧性能。例如，易于失火或高度易燃的货物将被放置在相对于环境气氛设定降低氧含量的第二气体层区域，而低易燃性或不燃的货物可以被储存在第一气体层区域。另一方面，当然也可以考虑仅仅将货物储存在下述封闭空间的区域中：在该封闭空间形成第二气体层，同时保持第一气体层的区域没有货物。例如，当待被储存在封闭空间中的所有货物是可燃或高度易燃的，然而这些要储存的货物不会完全用尽封闭空间的储存容量时，这将是有意义的。 
第一气体层区域中的氧含量对应于环境气氛的氧含量。因此，当气体分层在封闭空间中形成时环境气氛具有相当于环境空气的氧含量的氧含量(即按体积计近似21％)时，第一气体层中的氧含量为按体积计大约21％。已经提到，当然可考虑在气体分层形成时，已经连续使封闭空间在基本惰化水平下惰化。例如，当在气体分层形成前，在封闭空间中已经设定基本惰化水平在例如按体积计15％的氧含量时，含有第一气体层的区域在所述气体分层形成之后也将具有按体积计15％的氧含量。 
理解如本文使用的术语“惰性气体”为全部适用的气体，其是化学上惰性的并且其显示基于氧置换的熄灭效果。利用惰性气体可得到的抑制效果在降到燃烧需要的特定的、材料依赖性的临界极限之下发生。如前所述，当氧含量甚至仅降至按体积计13.8％时，大部分火熄灭。因此，环境气氛第二气体层中仅大约1/3体积必须由引入的惰性气体置换，其相应于按体积计34％的惰性气体浓度。需要相当少的氧气来点燃的燃烧剂需要相应较高的惰性气体浓度，例如，如对于乙炔、一氧化碳或氢气的情况。氩气、氮气、二氧化碳或其混合物(Inergen，Argonite)具体可考虑作为根据本发明的惰性气体灭火剂。 
而且，如在本说明书中使用的术语“气体密度”指根据理想气体定律的可定义的气体密度。根据理想气体定律，气体密度ρ气体具有下列关系： 
Figure G200880000786XD00051
       方程1其中ρ气体是气体密度，以kg/m3计，p是气体上的绝对压力，以kPa计，M是物质的摩尔质量，以g/mol计，Rm是通用气体常数(＝8.134J/mol/K)，和T是绝对温度，以K计。 
下面表1含有例如可以以其纯形式或作为混合物用于根据本发明的方案中的不同惰性气体的各自ρ气体气体密度的样品列表。表中的数据基于标准状态；即1013.25hPa的压力ρ(＝1.01325巴)和273.15K的温度T(＝0℃)。 表1
  惰性气体   密度[kg/m3]   符号
  氦   0.178   He
  氮   1.251   N2
  氩   1.784   Ar
  二氧化碳   1.977   CO2
  氪   3.479   Kr
  氙   5.897   Xe
  0℃下的空气   1.292  
显然本发明的方法可以有效地降低操作成本，并且提供预防性防火措施，因此降低仓库的物流成本，因为不再需要用惰性气体或惰性气体混合物进行连续惰化整个空间体积的预防措施。相反地，不需要提供结构措施，预定的氧含量、惰化水平的不同空间分隔区域分别可以在该空间体积内形成。这可以产生显著的仓储优点，因为火敏感性产品以及非火敏感性产品都可以被放置在一个仓库(封闭空间)中，而没有空间分隔并且无需复杂措施来隔离它们。 
支持根据本发明的方法的基本思想可见于不同比重的气体的物理分层。此类气体分层是相对稳定的，并且在理想情况下，具体而言，当在封闭空间内没有气流或空气循环时，此类气体分层主要地仅受两个气体层中气体粒子的扩散流影响。采取适当的措施——其将在下面更详细地描述——将实现对各气体粒子的扩散系数的相应补偿，以便将封闭空间中建立的气体分层保持更长时间。 
过渡层——指位于第一和第二气体层之间的区域——是在两个气体层之间提供的、相对于第一和第二气体层厚度具有相对小厚度的边界层。过渡层含有在两个气体层中存在的气体粒子的混合物，因此该混合物主要地视气体粒子的扩散流而定。 
本发明方法的有利的实施方式在从属权利要求(subclaims)中指出。 
关于通过在封闭空间中形成的气体分层的两个气体层来连续地保持在封闭空间中形成的储存区，因此有利地提供将惰性气体或惰性气体混合物受控送入第二气体层中，以及从第二气体层和/或从过渡层适当吸取气体。因此，这是有效地补偿气体分层上对抗扩散流的措施。 
由于已知决定气体动力学的玻耳兹曼分布定律的原理，根据该原理，由于气体粒子的内能(熵)，第一气体层中的气体粒子的扩散以及第二气体层中的气体粒子的扩散都可以对封闭空间中的气体分层具有对抗作用，优选地从过渡层连续地或在预定时间或在预定事件后吸取气体是必要的，借此惰性气体或惰性气体混合物被同时以调节的方式送至两个气体层的一个，例如第二气体层。通过从过渡层吸取气体，特别是从第二气体层扩散进入过渡层的惰性气体部分至少部分被驱散，以便尽可能在第一和第二气体层之间实现最***的分离。在此过程中，特别是过渡区的厚度也保持在低值。 
另一方面，在从过渡层吸取气体的同时，足够量的惰性气体以受控的方式被引入第二气体层，以便第二气体层区域中的氧含量总是显示分别相对于环境气氛的氧含量、第一气体层的氧含量特定降低的氧含量。特别是，该措施以特别有效但是容易实现的方式保持形成气体分层的气体层的空间隔离。 
一个特别优选的根据本发明的方案，在气体分层在封闭空间内形成之后，一方面在第一气体层的区域中，另一方面在第二气体层的区域中，连续地或在预定的时间或者在预定的事件后，设计测定每种情况中的温度，借此第一和第二气体层区域的测定温度值被用于设定和保持第一气体层区域和第二气体层区域之间的特定温差。因此，这种有利的进一步设计使得不同氧含量的两个区域(层)以及不同温度的区域(层)能够在封闭空间内得以形成和维持，而无需使用任何结构分隔或类似物。因此，特别优选的是，两个气体层的下层显示比所述两个气体层的上层温度低的温度，以便实现已知极稳定的热分层。 
因为在该优选的进一步设计中，上面的气体层区域，优选地第二气体层区域，显示比下面的气体层区域——优选地第一气体层区域更高的温度，热分层进一步支持在封闭空间中形成的气体分层的维持。因此指出，依据上述方程式1的惰性气体、惰性气体混合物的ρ气体气体密度分别地与温度T成反比，因此当第二气体层区域显示比第一气体层区域更高的温度时，在用于形成第二气体层的惰性气体与构成环境气氛的气体之间具有更大的密度差Δρ气体。 
上述进一步设计中所述的温度测量以已知方式进行，借此特定的优点是分别在封闭空间内、在封闭空间中形成的气体层的各个区域内的不同位置处测量各自的温度值，以便能够尽可能地进行最精确的并且特别是众多的温度测量。 
技术上实现第一和第二气体层之间所述温差的设定和维持，同样可以以不同的方法实现。特别地，可考虑预热或预冷被引入以在封闭空间内形成气体分层的惰性气体或惰性气体混合物，因此以便设定包含第二气体层的区域中的温度，该温度比第一气体层区域中的平均温度高或低。然而，另一方面，也可以考虑使用在各气体层区域内适当位置布置的相应的加热/冷却元件来设定和维持温差。然而，特别地，其它方案正是本文所考虑的。 
为了能够可靠地保持发明方法提供的预防性防火措施更长时间，一个有利的进一步设计提供连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量第二气体层区域内氧含量，并保持第二气体层区域内的氧含量在预定的惰化水平——其相应于相对于第一气体层区域氧含量降低的氧含量，这通过将惰性气体或惰性气体混合物受控地送入第二气体层区域以及通过从第二气体层区域和/或从过渡层受控地吸取气体进行。因此，可实现的是连续惰化可以在封闭空间内在包含第二气体层 的区域中得以设定和维持，分别取决于储存在第二气体层区域的货物、它们的可燃性和它们的着火特性，这确保有效地防火。显然的是，相对于第一气体层区域的氧含量，预定且降低的第二气体层区域的氧含量因此可以适应储存或待被储存在所述区域中的货物的可燃性或着火特性。 
测量第二气体层区域内的氧含量以常规方法实现，借此对本任务特别适当的是吸气***，其优选地通过管道或通路***，从在第二气体层区域内多个位置主动地吸取第二气体层气氛的代表性样品，然后将所述样品送至包含检测器的测量室以测量氧含量。当然，其它方法在本文也可以考虑。 
关于用于根据本发明方法的惰性气体或惰性气体混合物，对于这种惰性气体或惰性气体混合物而言特别优选的是显示出不同于相同温度下环境气氛的特定气体密度ρ气体的特定气体密度ρ气体。如上述表1中实例指出的，各种不同的惰性气体在本文可以考虑。特别考虑作为惰性气体的是氩气、二氧化碳或氪气或氙气，或者它们的混合物；即，具有分别比“正常”空气的气体密度高的气体密度ρ气体的气体，或者当气体分层在封闭空间中形成时环境气氛显示出的化学组成对应于正常环境空气的化学组成时，比该封闭空间的环境气氛的气体密度高的气体密度ρ气体的气体。 
当第二气体层区域——即惰性气体被引入其中以便形成气体分层——的温度比第一气体层区域的温度低即比环境气氛的温度低时，特别显著且稳定的分层在封闭空间中形成，其中第二气体层区域在第一气体层区域之下。 
另一方面，当然可考虑使用例如氮气或氦气或它们的混合物作为惰性气体；即具有比空气气体密度低的平均气体密度的气体。在这种情况下，特别在氮气惰性气体的情况下，在分别将惰性气体引入该空间、引入第二气体层的区域之前，加热该惰性气体以便因此进一步降低其气体比重是有利的，这允许在封闭空间中实现气体分层，在该封闭空间内第二气体层位于第一气体层上。 
为了在该封闭空间能够储存不同着火特性的货物，一个优选的进一步设计不仅在形成第二气体层的封闭空间的区域中，而且在形成 第一气体层的空间的区域中提供设立连续惰化。具体而言，在该优选的进一步设计中可考虑的是，在封闭空间中形成气体分层前通过引入惰性气体或惰性气体混合物改变封闭空间的环境气氛，使得环境气氛中的氧含量被降低到相应于与标准空气氧含量(按体积计大约21％)相比减少的氧含量的特定基本惰化水平。这种方法——在封闭空间中形成气体分层前实现——所实现的是彼此空间分离的具有不同氧含量的两个区域在封闭空间中形成连续的气体分层，从而该两个区域——各个气层——的各自氧含量与正常环境空气的氧含量相比减少。通过适当地选择基本惰化水平——其在气体分层在封闭空间中形成之前被设定，并且通过适当地选择当形成气体分层时针对第二气体层所设定的具体氧含量，因此可能将构成气体分层的两个气体层中各自的氧含量设定成适应待被储存在各自区域中的货物的惰化水平。 
特别是后述实施方式的一个优选的进一步设计，优选提供连续地或在预定时间测量的第一气体层中的氧含量，并且通过将惰性气体或惰性气体混合物受控地送至第一气体层，以及从第一气体层和/或从过渡层受控地吸取气体，将第一气体层中的氧含量维持在基本惰化水平。这是确保形成的分层不会由于各气体粒子的扩散流而随时间消散的适当措施。 
为了使本发明的方法不但适于作为防火的预防措施而且适于作为控制火灾的措施，优选的进一步设计提供至少一个待被测量的失火特征，优选地在第二气体层，连续地或者在预定时间或者在预定事件后进行，从而，当至少一个失火特征或各个失火被检测时，通过突然将惰性气体优选地引入第二气体层的区域，第二气体层或整个空间体积中的氧含量被降低至完全惰化水平，该完全惰化水平相应于与预定的惰化水平相比进一步减少的氧含量，并且分别地，在该完全惰化水平下储存在第二气体层区域的货物的易燃性可以被有效地抑制，在该完全惰化水平下火可以被有效地熄灭。另外地或可选地，完全惰化水平在失火事件中可以被设定，当然也可考虑将基于反应而不是窒息而具有熄灭效果的化学熄灭气体(chemical extinguishing gas)引入该空间中。例如，可考虑的化学熄灭气体可以是HFC-227ea或Novec
Figure G200880000786XD00091
1230或其混合物。 
如在本文使用的，术语“失火特征”应被理解为在初起火附近具有可测量变化的物理变量，例如环境温度、环境空气中固体、液体或气体含量(烟尘微粒、颗粒物质或气体的积聚)或环境辐射。 
失火特征优选用吸气吸引(aspirative suction)管路***检测，所述***主动地吸取例如第二气体层气氛的代表性样品，然后将所述样品进到测量室，所述测量室包含用于检测失火特征的检测器。当然，其它措施也适用于本文。 
可选地或另外地，对于前述实施方式，进一步可考虑连续地或在预定的时间或在预定的事件后，测量第一气体层区域中的至少一个失火特征，从而当检测到失火特征时，通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入第一气体层的区域，将第一气体层中的氧含量降低至惰化水平，该惰化水平相应于与环境气氛的氧含量相比减少的氧含量，并且在该惰化水平下，储存在由第一气体层形成的区域中的货物的易燃性被有效地抑制。 
最后，对于本发明的方法，能够调节各个层的厚度即第一气体层区域的厚度和第二气体层区域的厚度也是有利的。通过允许在仓库范围内灵活地形成各气体层，这种进一步的设计能够特别快速并且容易实现地扩展至该空间中的耐火区域。 
当在设备中技术上实现本发明的方法时，对于出口喷嘴***，优选地包含至少一个可垂直替换的出口喷嘴，以便第二气体层的垂直位置或定位以及因此还有第一气体层的位置或定位，在封闭空间内能够可调。 
对于用于实现惰化方法的本发明的设备而言，还优选进一步包含通过控制单元可控制的吸气***，以便从第二气体层和/或特别是从过渡层以可控方式吸取气体，同时将惰性气体通过出口喷嘴***送入第二气体层区域，从而第二气体层区域中的氧含量被维持在对应于预定氧含量的惰化水平。 
在下面，参考附图来描述根据本发明的惰化***的优选实施方式。所显示的为：图1按照本发明的惰化***的第一优选实施方式；和图2按照本发明的惰化***的第二优选实施方式。 
图1描述用于减少封闭空间10中失火风险的本发明惰化***的优选实施方式，借此该***特别适于实现根据本发明的惰化方法。 
图1中示意性描述的***包含供应惰性气体或惰性气体混合物的惰性气体源20，其包括例如惰性气体发生器20a特别是氮气发生器和气体钢瓶组20b——惰性气体或惰性气体混合物在高压下储存于其中。环境空气压缩机20a’连接至惰性气体发生器20a。因此，控制单元15调节环境空气压缩机20a’的气体供应速率。这允许控制单元15设定由惰性气体***20a、20a’供应的惰性气体的速率。 
将通过惰性气体***20a、20a’产生的惰性气体，和/或通过气体钢瓶组20b供应的惰性气体通过供应管路***17a送至监控空间10；当然，许多另外的保护空间也可连接到供应管路***17a。具体而言，由惰性气体源20提供的惰性气体经过布置在空间10内适当位置的出口喷嘴17b被供应至空间10。 
所述的实施方式包括使惰性气体有利地为氮气从环境空气中局部地吸取。惰性气体发生器——氮气产生器20a分别根据例如现有技术已知的膜或PSA技术行使功能，以便产生例如按体积计90％至95％氮气的富氮空气。该富氮空气充当经过供应管路***17a供应给空间10的惰性气体。由惰性气体生产产生的富氧空气经过另外的管路***13被排放到外面。 
如上所示，惰性气体源20通过供应管路***17a和出口喷嘴***17b连接到封闭空间10。出口喷嘴***17b优选地包含许多出口喷嘴，其在所述实施方式中被分布在空间10内部之内的水平面上。将惰性气体源20提供的惰性气体受控地供应入封闭空间10的环境气氛中，接着适当地控制供应管路***17a中的控制阀V1。具体而言，控制阀V1通过上述控制单元15相应地控制，以便通过惰性气体源20提供、经由供应管路***17a和出口喷嘴***17b被引入到封闭空间10的环境空气中的惰性气体的量可以被相应地调节。 
例如，在优选实施方式中作为惰性气体使用的是氮气，其在标准状态下具有1.251kg/m3的气体密度。 
所述实施方式的出口喷嘴***17b被配置为通过控制单元15可控，以便由第一气体层A、第二气体层B和位于所述第一气体层A 和第二气体层B之间的过渡层C组成的气体分层在无结构分隔的封闭空间10中形成。在该气体分层中，第一气体层A的区域中的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量，而第二气体层B的区域中的氧含量对应于比环境气氛的氧气低的特定的、可限定的氧含量。因此，通过经由供应管路***17a和出口喷嘴***17b引入第二气体层B的区域中的惰性气体的量，设定第二气体层B的区域中的具体氧含量。 
在所述实施方式的情况下，为了在该空间的环境气氛中尽可能实现最稳定的分层，在氮气引入封闭空间10之前，设计将用作惰性气体的氮气相对于空间10的环境气氛的平均温度进行加热，这样的结果是在将惰性气体引入前，惰性气体(氮气)的比重比该封闭空间内空气的比重显著低。因为在如所述的实施方式中出口喷嘴***17b位于封闭空间10的上面部分，所以当将优选加热的氮气引入封闭空间10中时，惰性气体首先充满空间10的上面部分，同时正常的环境空气仍然填充该空间的下面部分。 
通过在该空间中全部空气体积充满惰性气体之前，停止惰性气体供应，先前加热的双层气体分层可以在封闭空间10中形成，从而下面的气体层(第一气体层A)显示出相当于正常环境空气氧含量(按体积计21％)的氧含量。另一方面，通过将惰性气体引入空间10的上面部分，形成一区域(第二气体层B)，在该区域中，相对于正常环境空气的氧含量，即与第一气体层A的氧含量相比，其氧含量减少。 
因此，在第二气体层B的区域即空间10的上面部分中，存在连续的惰化，使得储存在该区域中的货物的易燃性被降低。第二气体层B的区域中的氧含量因此被设定为对应于特定氧含量的惰化水平，该特定氧含量相对于第一气体层A的氧含量减少，由此该惰化水平因此可以通过供应入第二气体层B的区域中的适当量的惰性气体来规定。 
在本发明惰化***的优选实施方式中，加热的氮气被用作惰性气体。关于此种情况，可考虑惰性气体源20下游有各自加热***18，以便加热通过供应管路***17a从惰性气体源20供应的惰性气体。可选地或另外地，关于此种情况，然而也可考虑出口喷嘴17b设有适当的加热元件，以便当惰性气体被排放时相应地加热该惰性气体。 
为了在更长时间内维持形成的气体层，以图1实例描述的惰化***进一步包括设置在第一气体层A和第二气体层B之间的过渡层C中的吸气***12。该吸气***12连续地或在通过控制单元15可定义的特定时间或事件时从过渡层C吸取气体，而新鲜的惰性气体同时通过出口喷嘴***17b被引入第二气体层B的区域中。该措施有效地抑制两个气体层A、B的混合。 
详细地，吸气***12包含设置在过渡层C中的吸嘴***12a和风扇12b。风扇12b的转动速度和/或旋转方向通过控制单元15控制。同样通过控制单元15可控的控制阀V2可以任选设置在风扇12b和吸嘴***12a之间。通过适当地调节风扇12b的转动速度，维持气体分层的足够量的气体经由吸嘴***从过渡层C吸出，并且被排放到外面。另一方面，适当地控制风扇12b也可改变其旋转方向，以便吸气***12也可按需要供应新鲜空气给过渡层C。 
通过优选使两个气体层A、B在不同温度下在封闭空间10中形成，实现特别稳定的气体分层。通过在封闭空间10中、分别在气体层A、B的各自区域中设置适当的加热/冷却元件，这种温度差异可以维持较长时间。这些设置在气体层A、B的各自区域中的加热/冷却元件(没有明确地在图1中示出)优选相应地通过控制单元15进行控制。 
在根据本发明惰化***的所述实施方式中，有利的是提供吸气***12，并且具体而言是提供吸嘴***12a，其被设计成垂直地可替换，以便能够调节第二气体层B的区域的层厚度，并且对于这种情况，根据需要也能够结合地调节第一气体层A的区域的层厚度。显然，当吸气***12设置在空间10的上面部分内时，第二气体层B的区域将相应地比当吸气***12位于空间10的下面部分中时更窄。 
在优选实施方式中，吸嘴***12a大致设置在封闭空间10的中间，这是有优势的，原因在于形成第一气体层A的空间10的下面部分不受所引入的惰性气体的影响，因此例如通过门9无限制的进入空间10仍然是可能的。 
然而，所述惰化***的优选实施方式不仅适于在空间的上面部分预防性防火。代替地，在所述实施方式的情况下，在气体分层形成前，通过相对于标准空气的氧含量相应地降低整个空间10的氧含量，例如通过引入惰性气体，将环境气氛降低至基本惰化水平也是可能的。在两个气体层A、B形成之后，第一气体层A的区域则具有比正常环境空气低的氧含量，由此第二气体层B的区域具有甚至进一步降低的氧含量。 
除先前所述的惰性气体源20之外，原则上，可考虑提供另外的惰性气体***(在图1中未示出)，以便在气体分层前连续地使空间惰化。然而，被用于该目的的惰性气体应该显示不同于用于形成气体分层的惰性气体的气体密度的特定气体密度。关于此可考虑使用不同的惰性气体和/或不同温度的惰性气体。 
作为用于连续惰化整个空间的出口喷嘴***，特别优选的是喷嘴***17b，其被设计成将引入的惰性气体在环境气氛内尽可能均匀地分散。当然，也正如可考虑的是在空间10内提供合适的空气循环。 
另外，对于***而言，此外包含至少一个氧气测量装置19以测量封闭空间10的环境气氛中的氧含量是有利的。在图1描述的实施方式中，氧气测量装置19被提供在第一气体层A的区域以及第二气体层B的区域中。这些氧气-测量装置19优选被设计成作为吸气***工作。 
为了使惰化***不但适合作为防火的预防保护，而且适合作为控制失火的措施，在第一气体层A的区域中和在第二气体层B的区域中，或者连续地或者在预定时间或者在预定事件后，提供对至少一个各自失火特征的测量，借此当至少一个失火特征被检测时，第二气体层B区域中的氧含量被降低至完全惰化水平，这优选地通过将惰性气体突然引入所述气体层来实施。然而，当然也可考虑检测第一气体层A的区域中的至少一个失火特征，并且在失火的情况下，也在第一气体层A的区域中提供适当的测量。 
关于这种情况具体而言，***另外装备有火情检测***16以检测封闭空间10的环境气氛中的至少一个失火特征。优选地，火情检测***16被设计成吸气***，其一方面从第一气体层A的气氛以及另一方面从第二气体层B的气氛吸取代表性空气或气体样品，并且将所述代表性空气或气体样品送至检测器(在图1中没有明确显示)，以检测至少一个失火特征。优选地，连续地或在预定时间或在预定事件后，从火情检测***16发送至控制单元15的信号被控制单元15使用——如果必要，在进一步处理或评估后，以适当地控制例如调节阀V1。具体而言，当火情探测***16检测封闭空间10中失火时，控制单元15向该处发出相应的信号。 
图2显示根据本发明的惰化***的第二优选实施方式。该实施方式首先包含惰性气体发生器20a作为惰性气体源20，其被连接到环境空气压缩机20a’。同样如参考图1描述的第一实施方式中，控制单元15相应地调节环境空气压缩机20a’的空气供应速率，以便确立通过惰性气体***20a、20a’供应的惰性气体的速率。 
除了惰性气体***20a、20a’，气体钢瓶组——压力罐20b被提供于图2描述的***中，其中液化二氧化碳被储存作为惰性气体。气体钢瓶组20b——其当然也可以配置为液化气罐——通过控制单元15可控的三通阀V1连接至供应管路***17a。供应管路***17a将惰性气体***20a、20a’产生的惰性气体(富氮空气)供应至封闭空间10。 
当然也可考虑气体钢瓶组20b通过单独的供应管路***连接至封闭空间10。 
在图2中描述的实施方式使用两种不同类型的惰性气体在封闭空间10中形成气体分层。用作第一惰性气体的是惰性气体***20a、20a’产生的富氮空气。该富氮空气优选地用于在封闭空间10的环境气氛中设定连续的惰化，在该惰化下储存在空间10中的大多数货物的易燃性已经显著地降低。作为该连续惰化适用的例如为具有例如按体积计15％的氧含量的基本惰化水平。 
例如针对持续的期间在空间10中设定的基本惰化水平，通过控制单元15和氧气测量装置19连续地或者在预定的时间或在预定的事件后进行监控。例如，如果空间10的环境气氛中的氧含量，在基本惰化水平已经设定后，由于经过封闭空间10的空间壳渗漏或者由于(有意的或者疏忽的)通风，再次升高，那么控制单元15向惰性气体***20a、20a’发出相应的控制信号。惰性气体***20a、20a’然后将富氮空气送至供应管路***17a中。这种被进料到供应管路***17a的富氮空气因此随后通过三通阀V1的适当控制被引入空间10。继续这种进一步富氮空气的进料，直到氧气测量装置19检测到环境气氛的氧含量已经再 次下降至期望的基本惰化水平。 
通过将储存在气体钢瓶组20b中的二氧化碳优选引入空间10的下面部分，在图2描述的实施方式中，建立不同氧含量的气体分层。在优选的实施方式中，在先前描述的富氮空气引入已经设定惰化水平(例如基本或完全惰化水平)之后，将二氧化碳引入空间10中。 
控制单元15相应地控制设置在供应管路***17a中的控制阀V1，以便形成气体分层。因为(气态)二氧化碳具有1.977kg/m3的密度，并且因此比例如标准空气显著地密度大以及比氮气密度大，所以将二氧化碳引入封闭空间10的下面部分导致在空间10的下面部分中形成所谓的“二氧化碳淀(lake)”——即气体层B，其中具有增加的二氧化碳浓度，并且因此氧浓度与该空间上面部分(层A)的氧含量相比进一步减少。二氧化碳可以以气态或液态形式引入空间10中。 
气体分层在空间10中因此形成，其由在空间10上面部分中形成的气体层A和在空间下面部分中形成的气体层B组成。在空间10上面部分中形成的气体层A的氧含量基本上相应于在引入二氧化碳气体前设定的基本惰化水平。在空间10下面部分中形成的气体层B含有所引入的二氧化碳气体，并且因此与气体层A相比显示进一步降低的氧含量。 
作为特定混合的结果，过渡层C在两个气体层A和B之间形成。在图2描述的实施方式中，然而，该过渡层C应当相对狭窄，这是因为层A中气体的平均密度和层B中气体的平均密度之间存在相对大的差异，因此混合主要地仅仅由于气体粒子的扩散流引起。 
显然，在参考图2描述的本发明第二优选实施方式的情况中，特别高度易燃的货物或随时间释放为气体(例如烃)的高度易燃物的货物，优选被储存在下面的气体层B中，而正常燃烧行为的货物可以被储存在上面的气体层A中。 
当在封闭空间的环境气氛中火灾爆发或预示要爆发时，气体分层应该被调节。基于该目的，不同的火情检测***16优选地被提供于封闭空间10中。 
本发明不限定于如在附图中描述的惰化***实施方式。反之，如在权利要求中概述和详细描述的全部优点和另外的设计将被考虑并 入本发明。 
具体而言，本发明方法不限于应用氮气作为惰性气体。在将惰性气体引入封闭空间前，所使用的惰性气体也不必进行相应的温度调节。 

Claims (25)

1.用于降低在封闭空间(10)中火灾爆发的风险的惰化方法，其中所述方法包括将至少一种惰性气体或惰性气体混合物引入所述封闭空间(10)，所述惰性气体或惰性气体混合物的气体密度(ρ气体)与封闭空间(10)的环境气氛的平均气体密度(ρ气体)不同，使得由第一气体层(A)、第二气体层(B)和位于所述第一和所述第二气体层(A、B)之间的过渡层(C)组成的气体分层在没有任何结构分隔的所述封闭空间(10)中形成，其中在所述第一气体层(A)中的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量，并且其中在所述第二气体层(B)中的氧含量对应于比所述环境气氛的氧含量低的特定的可限定的氧含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述封闭空间(10)中形成的所述气体分层通过将各惰性气体、惰性气体混合物受控送入所述第二气体层(B)并且通过从所述第二气体层(B)和/或从所述过渡层(C)适当吸取气体来维持。
3.根据权利要求1所述的方法，其中
测量所述第一气体层(A)的温度和所述第二气体层(B)的温度，并且其中在所述封闭空间(10)中形成的所述气体分层通过设定和维持所述第一气体层(A)的温度和所述第二气体层(B)的温度之间的特定温差来维持。
4.根据权利要求2所述的方法，其中
测量所述第一气体层(A)的温度和所述第二气体层(B)的温度，并且其中在所述封闭空间(10)中形成的所述气体分层通过设定和维持所述第一气体层(A)的温度和所述第二气体层(B)的温度之间的特定温差来维持。
5.根据权利要求1所述的方法，其中
所述第二气体层(B)中的氧含量连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量，并且其中通过受控送入惰性气体或惰性气体混合物以及从所述第二气体层(B)和/或从所述过渡层(C)受控吸取气体，将所述第二气体层(B)中的氧含量维持在对应于规定氧含量的惰化水平。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
所述惰性气体或惰性气体混合物具有不同于同样温度下所述环境气氛的特定气体密度(ρ气体)的特定气体密度(ρ气体)。
7.根据权利要求3所述的方法，其中
所述惰性气体或惰性气体混合物具有不同于同样温度下所述环境气氛的特定气体密度(ρ气体)的特定气体密度(ρ气体)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中
当引入惰性气体或惰性气体混合物时，所述惰性气体或惰性气体混合物具有不同于所述环境气氛的平均温度的温度。
9.根据权利要求3所述的方法，其中
当引入惰性气体或惰性气体混合物时，所述惰性气体或惰性气体混合物具有不同于所述环境气氛的平均温度的温度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述气体分层在所述封闭空间(10)中形成前，通过引入惰性气体或惰性气体混合物，改变所述封闭空间(10)的环境气氛，使得所述环境气氛中的氧含量被降低至特定基本惰化水平，所述特定基本惰化水平对应于相比标准空气氧含量更低的氧含量。
11.根据权利要求3所述的方法，其中
在所述气体分层在所述封闭空间(10)中形成前，通过引入惰性气体或惰性气体混合物，改变所述封闭空间(10)的环境气氛，使得所述环境气氛中的氧含量被降低至特定基本惰化水平，所述特定基本惰化水平对应于相比标准空气氧含量更低的氧含量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中
所述第一气体层(A)中的氧含量连续地或在预定的时间或在预定的事件后被测量，并且其中通过将惰性气体或惰性气体混合物受控送至所述第一气体层(A)以及从所述第一气体层(A)和/或所述过渡层(C)受控吸取气体，将所述第一气体层(A)中的氧含量维持在所述基本惰化水平。
13.根据权利要求11所述的方法，其中
所述第一气体层(A)中的氧含量连续地或在预定的时间或在预定的事件后被测量，并且其中通过将惰性气体或惰性气体混合物受控送至所述第一气体层(A)以及从所述第一气体层(A)和/或所述过渡层(C)受控吸取气体，将所述第一气体层(A)中的氧含量维持在所述基本惰化水平。
14.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述第二气体层(B)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第二气体层(B)中，所述第二气体层(B)中的氧含量被降低至完全惰化水平，该完全惰化水平对应于与所述规定惰化水平相比进一步降低的氧含量。
15.根据权利要求5所述的方法，其中
在所述第二气体层(B)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第二气体层(B)中，所述第二气体层(B)中的氧含量被降低至完全惰化水平，该完全惰化水平对应于与所述规定惰化水平相比进一步降低的氧含量。
16.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述第一气体层(A)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第一气体层(A)中，所述第一气体层(A)中的氧含量被降低至惰化水平，该惰化水平对应于与所述环境气氛的氧含量相比降低的氧含量。
17.根据权利要求5所述的方法，其中
在所述第一气体层(A)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第一气体层(A)中，所述第一气体层(A)中的氧含量被降低至惰化水平，该惰化水平对应于与所述环境气氛的氧含量相比降低的氧含量。
18.根据权利要求10所述的方法，其中
在所述第一气体层(A)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第一气体层(A)中，所述第一气体层(A)中的氧含量被降低至惰化水平，该惰化水平对应于与所述环境气氛的氧含量相比降低的氧含量。
19.根据权利要求11所述的方法，其中
在所述第一气体层(A)中连续地或在预定的时间或在预定的事件后测量至少一个失火特征，并且其中如果检测到失火，则通过将惰性气体或惰性气体混合物突然引入所述第一气体层(A)中，所述第一气体层(A)中的氧含量被降低至惰化水平，该惰化水平对应于与所述环境气氛的氧含量相比降低的氧含量。
20.根据权利要求1所述的方法，其中各个层的厚度是可调节的。
21.用于降低封闭空间(10)中失火风险以及用于实现根据权利要求1到16任一项所述的方法的设备，其中所述设备包括至少一个惰性气体源(20)，用于供应气体密度(ρ气体)不同于所述封闭空间(10)的环境气氛的平均气体密度(ρ气体)的惰性气体或惰性气体混合物；和通过控制单元(15)可控的供应和出口喷嘴***(17a、17b)，用于将所述惰性气体源(20)供应的所述惰性气体或惰性气体混合物引入所述封闭空间(10)，其中设计所述供应和出口喷嘴***(17a、17b)，使得由第一气体层(A)、第二气体层(B)和位于所述第一气体层(A)和所述第二气体层(B)之间的过渡层(C)组成的气体分层在没有任何结构分隔的所述封闭空间(10)中形成，其中在所述第一气体层(A)中的氧含量基本上对应于环境气氛的氧含量，并且其中在所述第二气体层(B)中的氧含量对应于比所述环境气氛的氧含量低的特定的可限定的氧含量。
22.根据权利要求21所述的设备，其中
所述出口喷嘴***(17b)包含至少一个可垂直替换的出口喷嘴。
23.根据权利要求21所述的设备，其进一步包括通过控制单元(15)可控的吸气***(12)，以便以受控的方式从所述第一气体层(A)和/或所述第二气体层(B)和/或所述过渡层(C)吸取气体。
24.根据权利要求23所述的设备，其中
所述吸气***(12)包含至少一个可垂直替换的出口喷嘴(12a)。
25.根据权利要求21所述的设备，其进一步包括用于调节所述第一气体层(A)的温度和所述第二气体层(B)的温度的机构(18)。
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