ES1306299U - Device for extinguishing fires with liquid nitrogen - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo de extinción de incendios con nitrógeno líquido Liquid Nitrogen Fire Extinguishing Device
Objeto de la invenciónObject of the invention
La presente invención se encuadra en el campo técnico de la lucha contra incendios, así como en el campo técnico de la emisión de sustancias extintoras. La invención se refiere en particular a un dispositivo de extinción de incendios cuyo agente extintor es nitrógeno en estado líquido, el cual está especialmente concebido para la contención y extinción de incendios en elementos con alta acumulación de energía como por ejemplo baterías de ion litio, referidas en lo sucesivo como Li-Ion. The present invention falls within the technical field of fire fighting, as well as in the technical field of the emission of extinguishing substances. The invention relates in particular to a fire extinguishing device whose extinguishing agent is nitrogen in liquid state, which is especially designed for the containment and extinction of fires in elements with high energy accumulation such as lithium ion batteries, referred to as hereinafter as Li-Ion.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Cuando se produce un incendio en equipos de almacenamiento de alta capacidad energética, como por ejemplo en baterías Li-Ion, para su contención y extinción es necesaria una aportación elevada y rápida de refrigeración, no siendo eficaces los agentes extintores convencionales existentes en la actualidad. When a fire occurs in storage equipment with high energy capacity, such as Li-Ion batteries, a high and rapid supply of cooling is necessary to contain and extinguish it, and the conventional extinguishing agents currently available are not effective.
Es necesario mencionar en este punto que ante un choque una ruptura de las baterías Li-Ion, se originan unas llamas con unas temperaturas superiores 700°C, de difícil extinción. Cuando se degradan las baterías durante el incendio, se originan unos gases que, si se acumulan en un recinto cerrado, pueden llegar a provocar una explosión del recinto o de la propia batería. Extinguir un incendio de este tipo resulta un problema importante. It is necessary to mention at this point that in the event of a crash or rupture of the Li-Ion batteries, flames with temperatures above 700°C are created, which are difficult to extinguish. When batteries degrade during a fire, gases are created that, if they accumulate in a closed room, can cause an explosion of the room or the battery itself. Extinguishing a fire of this type is a major problem.
Hay que considerar además que habitualmente las baterías Li-Ion se presentan en forma de apilamiento de múltiples unidades de batería. De esa manera, si se produce un incendio en una unidad, éste se propaga al resto de elementos del apilamiento, dificultando más aún la extinción. It must also be considered that Li-Ion batteries are usually presented in the form of a stack of multiple battery units. That way, if a fire breaks out in one unit, it spreads to the rest of the elements in the stack, making extinguishment even more difficult.
El motivo por el que no se han utilizado equipos extintores de nitrógeno líquido con anterioridad se debe en primer lugar a la rápida pérdida del mismo por gasificación y la dificultad para mantenerlo almacenado durante largos periodos de forma estable. Asimismo, es un factor importante la dificultad que presenta el nitrógeno líquido como agente extintor para su aplicación, manipulación y proyección debido a su baja temperatura. The reason why liquid nitrogen extinguishing equipment has not been used previously is primarily due to its rapid loss through gasification and the difficulty of keeping it stored stably for long periods. Likewise, the difficulty that liquid nitrogen presents as an extinguishing agent for its application, handling and spraying due to its low temperature is an important factor.
No se conoce en el actual estado de la técnica ningún documento que describa explícitamente la utilización de nitrógeno líquido como agente extintor. Por ejemplo, el documento EP0755287A1 hace referencia a una instalación para la extinción de incendios que comprende una fuente de líquido, una bomba conectada a dicha fuente de líquido, y una fuente de gas conectada por medio de una tubería a una tubería de salida de la bomba para mezclar gas con el líquido extintor de salida que se suministra a las boquillas rociadoras. In the current state of the art, there is no known document that explicitly describes the use of liquid nitrogen as an extinguishing agent. For example, document EP0755287A1 refers to a fire extinguishing installation comprising a liquid source, a pump connected to said liquid source, and a gas source connected by means of a pipe to an outlet pipe of the pump to mix gas with the output extinguishing liquid that is supplied to the spray nozzles.
Ni la instalación hace referencia al agente líquido extintor como nitrógeno líquido, ni comprende un sistema de refrigeración para mantener estable dicho líquido en su estado. Neither the installation refers to the liquid extinguishing agent as liquid nitrogen, nor does it include a refrigeration system to keep said liquid stable in its state.
El documento WO1996037260 propone un aparato para generar espuma supresora de fuego, caracterizado porque comprende: una fuente de gas presurizado; una fuente de fluido de espuma supresora de fuego; un medio para producir un flujo de fluido de espuma supresor de fuego desde la fuente del fluido de espuma supresor de fuego; un medio para inyectar un flujo de gas presurizado dentro del flujo del fluido de espuma supresora de fuego para crear la espuma supresora de fuego; un medio para expandir la espuma supresora de fuego; un medio para suministrar la espuma supresora de fuego; el aparato está caracterizado además por: un paquete trasero sobre el cual se monta un gas presurizado y se monta la fuente de fluido de espuma supresora de fuego. Document WO1996037260 proposes an apparatus for generating fire-suppressing foam, characterized in that it comprises: a pressurized gas source; a source of fire suppressant foam fluid; a means for producing a flow of fire suppressant foam fluid from the source of the fire suppressant foam fluid; a means for injecting a pressurized gas flow into the fire suppression foam fluid flow to create the fire suppression foam; a means for expanding the fire suppressant foam; a means for supplying the fire suppressant foam; The apparatus is further characterized by: a rear pack upon which a pressurized gas is mounted and the fire suppressant foam fluid source is mounted.
Al igual que el caso anterior, se propone un aparato para combatir fuego a partir de un agente extintor distinto al nitrógeno líquido, y por ende no comprende tampoco ningún subsistema de refrigeración para mantenerlo en estado líquido, como se describe en la presente solicitud. Like the previous case, an apparatus is proposed to fight fire using an extinguishing agent other than liquid nitrogen, and therefore it does not include any refrigeration subsystem to keep it in a liquid state, as described in the present application.
En conclusión, existe la necesidad de disponer de un dispositivo de extinción de incendios cuyo agente extintor sea nitrógeno líquido, que contribuya a superar las actuales dificultades y desventajas de uso y almacenamiento. In conclusion, there is a need to have a fire extinguishing device whose extinguishing agent is liquid nitrogen, which helps to overcome the current difficulties and disadvantages of use and storage.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
El objeto de la invención consiste en un dispositivo de extinción de incendios cuyo agente extintor es nitrógeno en estado líquido. El dispositivo de extinción de incendios está especialmente concebido para contención y extinción de fuegos de baterías Li-Ion, y comprende básicamente al menos los siguientes elementos: The object of the invention consists of a fire extinguishing device whose extinguishing agent is nitrogen in liquid state. The fire extinguishing device is specially designed for containing and extinguishing Li-Ion battery fires, and basically comprises at least the following elements:
- un depósito contenedor de nitrógeno, que aloja un volumen de nitrógeno en fase liquida y en fase gaseosa; - a nitrogen container tank, which houses a volume of nitrogen in liquid phase and gas phase;
- un elemento presurizador, para introducción de un volumen de gas de impulsión en el interior del depósito contenedor de nitrógeno; - a pressurizing element, for introducing a volume of drive gas inside the nitrogen container tank;
- unos elementos rociadores, para rociado de un volumen de nitrógeno líquido en las proximidades de las llamas; - spraying elements, for spraying a volume of liquid nitrogen in the vicinity of the flames;
- unas conducciones entre el depósito contenedor y los elementos rociadores, las cuales se encuentran normalmente vacías, a través de las cuales fluye el nitrógeno líquido; - pipes between the container tank and the spray elements, which are normally empty, through which the liquid nitrogen flows;
- unos elementos reguladores de flujo, localizados en las conducciones; - flow regulating elements, located in the pipes;
- unos sensores de detección de incendios, localizados preferentemente en las proximidades de los elementos rociadores; y - fire detection sensors, preferably located in the vicinity of the sprinkler elements; and
- un elemento controlador externo, vinculado al menos a los sensores, al elemento presurizador y a los elementos reguladores de flujo. - an external controlling element, linked at least to the sensors, the pressurizing element and the flow regulating elements.
En una realización preferente, el depósito contenedor de nitrógeno comprende adicionalmente una cabeza refrigeradora de fase gaseosa para mantenimiento del nitrógeno líquido de forma estable en el interior del depósito. Asimismo, los elementos reguladores de flujo consisten en unas válvulas accionables tanto manual como automáticamente, y el elemento presurizador comprende un reductor de presión. In a preferred embodiment, the nitrogen container tank additionally comprises a gas phase cooling head to maintain the liquid nitrogen stably inside the tank. Likewise, the flow regulating elements consist of valves that can be operated both manually and automatically, and the pressurizing element comprises a pressure reducer.
En una realización alternativa del dispositivo, éste incorpora un elemento generador de nitrógeno a partir de aire atmosférico, del tipo de los existentes en el actual estado de la técnica. El nitrógeno generado es introducido en el depósito contenedor tras pasar por un criogenizador para ser conducido, en caso de necesidad, a los elementos rociadores. En esta realización alternativa, el elemento generador de nitrógeno se vincula al elemento controlador del dispositivo, que gobierna así su funcionamiento. In an alternative embodiment of the device, it incorporates a nitrogen generating element from atmospheric air, of the type existing in the current state of the art. The nitrogen generated is introduced into the container tank after passing through a cryogenizer to be conveyed, if necessary, to the spray elements. In this alternative embodiment, the nitrogen generating element is linked to the controller element of the device, which thus governs its operation.
El elemento generador de nitrógeno puede ser portátil o estacionario. Se contempla que los vehículos dotados de baterías eléctricas posean una toma enchufable a un conducto de alimentación de nitrógeno líquido, toma que canaliza ese nitrógeno hasta las baterías para la proyección de nitrógeno en caso de incendio sobre las propias baterías. The nitrogen generating element can be portable or stationary. It is contemplated that vehicles equipped with electric batteries have an outlet that can be plugged into a liquid nitrogen supply line, an outlet that channels this nitrogen to the batteries for the projection of nitrogen onto the batteries themselves in the event of a fire.
Los problemas de incendios en baterías Li-Ion ocurren fundamentalmente en dos situaciones: durante los procesos de carga y cuando existe un golpe o accidente. En ambos casos, si no son sofocados rápidamente el resultado es una combustión casi instantánea. Fire problems in Li-Ion batteries occur mainly in two situations: during the charging processes and when there is a blow or accident. In both cases, if they are not smothered quickly the result is almost instantaneous combustion.
A diferencia de lo que ocurre en otros casos, en este dispositivo no se trata de sofocar el incendio mediante la generación de una atmosfera de nitrógeno gaseoso, sino que se proyecta el nitrógeno líquido, a una temperatura aproximada de -196°C, directamente sobre el foco del incendio a través de los elementos rociadores. Se consigue así, además, la inertización temporal de las baterías. Unlike what happens in other cases, this device does not try to put out the fire by generating an atmosphere of gaseous nitrogen, but rather the liquid nitrogen is projected, at an approximate temperature of -196°C, directly onto the fire. the source of the fire through the sprinkler elements. In this way, the temporary inerting of the batteries is also achieved.
Los efectos ventajosos del nitrógeno en estado líquido sobre el fuego se pueden resumir en los siguientes puntos: The advantageous effects of liquid nitrogen on fire can be summarized in the following points:
-Absorción de una muy elevada cantidad de calor. -Absorption of a very high amount of heat.
- Los gases generados por la combustión de una batería Li-Ion se congelan, dejando de ser explosivos. - The gases generated by the combustion of a Li-Ion battery freeze, ceasing to be explosive.
-El nitrógeno líquido, una vez proyectado, se convierte en gas nitrógeno, que no deteriora a las baterías no afectadas por la combustión. -Liquid nitrogen, once sprayed, becomes nitrogen gas, which does not damage batteries not affected by combustion.
- Al ser proyectadas con nitrógeno líquido, las baterías Li-Ion se criogenizan y quedan inertes, es decir, con una tensión de 0V, evitando riesgos adicionales de explosiones y accidentes eléctricos. - When projected with liquid nitrogen, Li-Ion batteries are cryogenized and remain inert, that is, with a voltage of 0V, avoiding additional risks of explosions and electrical accidents.
- Cuando se extingue una extinción completa del incendio, se pueden eliminar únicamente la/s batería/s incendiada/s por una/s nueva/s, mientras que el resto de las baterías del apilamiento no directamente afectadas, al recuperar su temperatura, vuelven a generar electricidad y a acumular energía. - When a complete extinguishment of the fire is extinguished, only the burned battery/s can be eliminated with a new one/s, while the rest of the batteries in the stack not directly affected, when their temperature recovers, return to generate electricity and accumulate energy.
El dispositivo así descrito puede instalarse en todo tipo de maquinaria que haga uso de baterías Li-Ion, como por ejemplo vehículos eléctricos. Supone una solución sencilla y económica que permite superar de manera ventajosa los actuales inconvenientes del estado de la técnica. The device thus described can be installed in all types of machinery that uses Li-Ion batteries, such as electric vehicles. It represents a simple and economical solution that allows us to advantageously overcome the current drawbacks of the state of the art.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of practical embodiment thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática del dispositivo, en la que se aprecian sus principales elementos constituyentes. Figure 1.- Shows a schematic view of the device, showing its main constituent elements.
Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention
Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explicación detallada de un ejemplo de realización preferente del objeto de la presente invención. Below, with the help of the aforementioned figures, a detailed explanation of an example of a preferred embodiment of the object of the present invention is provided.
El dispositivo de extinción de incendios con nitrógeno líquido que se describe está concebido para contención y extinción de fuegos en baterías Li-Ion (B). Para ello el dispositivo, mostrado en la figura esquemática adjunta, comprende básicamente un depósito (1) contenedor de nitrógeno, unos elementos rociadores (2) para proyección de nitrógeno líquido sobre el foco de un incendio, unos sensores (3) de detección de incendios y un controlador externo (4) para gobierno del funcionamiento del dispositivo. The liquid nitrogen fire extinguishing device described is designed to contain and extinguish fires in Li-Ion batteries (B). To this end, the device, shown in the attached schematic figure, basically comprises a nitrogen container tank (1), sprinkler elements (2) for projecting liquid nitrogen onto the source of a fire, fire detection sensors (3). and an external controller (4) to govern the operation of the device.
Unas conducciones (5) normalmente vacías y a través de las cuales fluye nitrógeno líquido, discurren entre el depósito (1) y los rociadores (2). Unos reguladores de flujo (6), vinculados a las conducciones (5) y al controlador externo (4), controlan un flujo de nitrógeno líquido que fluye a través de dichas conducciones (5) procedente del depósito (1). En la realización preferente que se describe aquí, dichos reguladores de flujo (6) son unas válvulas. Pipes (5), normally empty and through which liquid nitrogen flows, run between the tank (1) and the sprinklers (2). Flow regulators (6), linked to the pipes (5) and the external controller (4), control a flow of liquid nitrogen that flows through said pipes (5) from the tank (1). In the preferred embodiment described here, said flow regulators (6) are valves.
El dispositivo comprende adicionalmente un presurizador (7) para introducción de un volumen de gas de impulsión en el interior del depósito (1). Un reductor de presión (8) disminuye la presión procedente del presurizador (7) antes de su introducción en el depósito (1). The device additionally comprises a pressurizer (7) for introducing a volume of drive gas inside the tank (1). A pressure reducer (8) reduces the pressure coming from the pressurizer (7) before its introduction into the tank (1).
En dicho depósito (1) se aloja un volumen de nitrógeno en estado líquido y un volumen de nitrógeno en estado gaseoso. El depósito (1) comprende adicionalmente una cabeza refrigeradora (9) de fase gaseosa para mantenimiento del nitrógeno líquido en forma estable en el interior del depósito (1). In said tank (1) a volume of nitrogen in a liquid state and a volume of nitrogen in a gaseous state are housed. The tank (1) additionally comprises a gas phase cooling head (9) to maintain the liquid nitrogen in a stable form inside the tank (1).
El controlador externo (4) está vinculado, además de a los mencionados reguladores de flujo (6), a los sensores (3) y al presurizador (7). En esta realización preferente la vinculación es de tipo inalámbrico. The external controller (4) is linked, in addition to the aforementioned flow regulators (6), to the sensors (3) and the pressurizer (7). In this preferred embodiment, the link is wireless.
En la realización que aquí se muestra, el dispositivo incorpora un generador de nitrógeno líquido (10), vinculado al depósito (1) a través de una tubería (11), para obtención de nitrógeno en estado líquido a partir de aire atmosférico circundante. El generador de nitrógeno líquido (10) también se encuentra vinculado al controlador (4), el cual gobierna su funcionamiento. In the embodiment shown here, the device incorporates a liquid nitrogen generator (10), linked to the tank (1) through a pipe (11), to obtain nitrogen in a liquid state from surrounding atmospheric air. The liquid nitrogen generator (10) is also linked to the controller (4), which governs its operation.
En una realización alternativa, el dispositivo incorpora una toma de alimentación para inyección directa de un flujo de nitrógeno líquido procedente de un reservorio externo, el cual es impulsado por el presurizador (7) para transportarlo hasta los rociadores. Esta realización alternativa tiene una aplicación especial en el caso de vehículos impulsados por baterías eléctricas y en los cuales se instala el dispositivo de la invención. De esa manera, en caso de incendio de las baterías, un equipo de emergencias o bomberos puede acceder a la toma de alimentación para inyectar el nitrógeno líquido desde un reservorio externo, situado por ejemplo en el camión de bomberos. Hay que tener en cuenta que las baterías Li-Ion en vehículos eléctricos no suelen estar accesibles, por lo que no es fácil atacar el incendio de manera directa desde el exterior. In an alternative embodiment, the device incorporates a feed intake for direct injection of a flow of liquid nitrogen from an external reservoir, which is driven by the pressurizer (7) to transport it to the sprinklers. This alternative embodiment has a special application in the case of vehicles powered by electric batteries and in which the device of the invention is installed. This way, in the event of a battery fire, an emergency or fire team can access the power outlet to inject liquid nitrogen from an external reservoir, located for example in the fire truck. It must be taken into account that Li-Ion batteries in electric vehicles are not usually accessible, so it is not easy to attack the fire directly from the outside.
Con el dispositivo así descrito, cuando se produce un incendio en una batería Li-Ion (B) de un apilamiento, es detectado por los sensores (3) y notificado al controlador externo (4). En ese momento, el controlador externo (4) activa un protocolo de actuación, previamente establecido, al resto de elementos del dispositivo mediante el cual envía una orden al presurizador (7) para que introduzca el gas de impulsión al interior del depósito, produciendo así la salida del nitrógeno líquido del interior del depósito. With the device thus described, when a fire occurs in a Li-Ion battery (B) in a stack, it is detected by the sensors (3) and notified to the external controller (4). At that moment, the external controller (4) activates a previously established action protocol to the rest of the elements of the device through which it sends an order to the pressurizer (7) to introduce the drive gas into the tank, thus producing the exit of liquid nitrogen from inside the tank.
Dicho nitrógeno líquido fluye por el interior de las conducciones (5) hasta llegar a los rociadores (2), los cuales proyectan el nitrógeno líquido sobre el foco del incendio en la batería Li-Ion (B). Said liquid nitrogen flows through the interior of the pipes (5) until it reaches the sprinklers (2), which project the liquid nitrogen onto the source of the fire in the Li-Ion battery (B).
Cuando los sensores (3) detectan que se ha extinguido el incendio, envían una correspondiente señal al controlador externo (4) para que envíe una orden de actuación tanto a los reguladores de flujo (6) como al presurizador (7). When the sensors (3) detect that the fire has been extinguished, they send a corresponding signal to the external controller (4) to send an action order to both the flow regulators (6) and the pressurizer (7).
De esa manera, el nitrógeno líquido deja de fluir desde el depósito (1) hacia los rociadores (2), y el dispositivo entra en su estado normal de reposo. In this way, the liquid nitrogen stops flowing from the tank (1) to the sprinklers (2), and the device enters its normal rest state.
En la realización que incorpora el generador de nitrógeno líquido (10), además del funcionamiento mencionado anteriormente, el controlador externo (4) envía una orden de actuación a dicho generador (10). In the embodiment that incorporates the liquid nitrogen generator (10), in addition to the operation mentioned above, the external controller (4) sends an action order to said generator (10).
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