CN1247281C

CN1247281C - 低氧防火和灭火系统以及用于人居环境的可呼吸灭火组合物

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Publication number: CN1247281C
Application number: CN01811340.0A
Authority: CN
Inventors: 艾戈·K·科特里阿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: ES2269432T3; WO2001078843A2; JP2003530922A; RU2301095C2; EP1274490B1; DE60122125D1; CA2406118C; WO2001078843A3; NO20024955L; US6401487B1; EP1274490A2; DE60122125T2; CN1441687A; NO326017B1; IL152017A0; US20020023762A1; CA2406118A1; NO20024955D0; RU2002130714A; AU2001277654B2

Abstract

提供一种防火和灭火系统和可呼吸灭火组合物，用于房间、住宅和建筑物、交通隧道和机动车、地下和水下设施、海轮、潜艇、客机和军用飞机、空间站和飞行器、军事设施和车辆以及所有其他人居物体和设施。该系统提供标准大气压或当地环境压力的可呼吸低氧防火气氛。该系统采用氧提取设备向人居区域内供应氧耗损了的空气，或者将它贮存在高压容器中以便一旦发生火灾时使用。引入一种可呼吸灭火组合物以建立持续的防火环境，它基本上是氮与氧的混合物，其中氧含量介于12%～17%。提供一种灭火系统，它采用氧浓度低于16%的灭火组合物，以便当释放时它造成一种氧浓度介于10%～16%的可呼吸灭火气氛，其中还可加入二氧化碳。提供一种在人居气密物体内自动维持可呼吸防火组合物的技术，即通过引入能自动维持氧含量低于低氧阈值的惰性压载物。提供一种采用低氧灭火剂的飞机灭火系统，用于在机上产生具有灭火性能的可呼吸气氛。

Description

低氧防火和灭火系统以及用于人居环境的可呼吸灭火组合物

技术领域

本发明引入一种防火和灭火系统的方法、设备和组合物，它采用低氧(hypoxic)环境来：

-瞬间扑灭正燃烧的火

-防止火灾的发生

凭借其基于可呼吸灭火气体的控制释放作用模式，此种人类友好系统完全无毒、全自动并且完全自维持。因此，它理想地适合用来为住房、工业厂房、交通隧道、机动车、档案馆、电脑机房以及其他密闭环境提供全面消防保护。

对于大多数发生在有大量电子设备场所的火灾(包括工业和非工业的)，此种防火和灭火系统(FirePASS^TM)具有绝对不需要水、泡沫或其他有损坏作用试剂的附加优点。因此，它可充分发挥其效能(deployed)，而不会像传统消防系统那样对复杂电气设备(及其存储数据)造成损坏。

一方面这对于技术密集单位，如银行、保险公司、通讯公司、制造厂、医疗服务单位和军事设施都极端重要，另一方面，当考虑到电子设备的存在与火灾危险增加之间的直接联系，其意义就更大了。

背景技术

目前的灭火系统采用水、化学药剂、气体灭火剂(如Halon 1301、二氧化碳和七氟丙烷)或者它们的组合。它们实际上全都具有臭氧破坏作用、毒性和对环境不友好。再者，此类系统只能在起火以后实施作用。即便最近推出Fire Master 200(FM 200)灭火系统(由美国Kidde-Fenwal公司供应)，但它仍然是化学依赖性的且仅能阻滞火势的蔓延几分钟。此种阻火气体一旦耗尽，接踵而来的还是导致电子设备和其他宝贵物品被永久破坏的喷淋系统。

暴露于FM-200及其他灭火剂所造成的危害尚不如暴露于其分解产物那样大，后者大多是剧毒并危及生命。因此，目前尚没有既安全又有效的阻火/灭火组合物。

谈到火车、轮船和飞机火灾，由于不具备迅速撤出乘客的能力，往往造成特别严重的情况。死在法国Mont Blanc隧道火灾内的乘客大多数在数分钟内窒息而死。在此种情况下，问题又因通风竖井的存在而变得益发严重。本来被设计用来为被困人群提供可呼吸空气的这些竖井实际上起到急剧加速火势蔓延这种不幸的副作用。尤其具有毁灭性的是带坡度的隧道中发生的“烟囱效应”。这方面的一个例子是发生在奥地利的阿尔卑斯山Kaprun的滑雪隧道火灾。

另外，通风竖井(它实际上存在于所有多层建筑和工业实施中)明显增加毒气吸入的危险。这一问题又因能够急剧加速火势蔓延的可燃材料的经常存在而变得益发严重。虽然远程传感器的普及已在火灾早期探测方面导致重大突破，但防火/灭火的改进最多也只是有了长足进步。

例如最先进的隧道火灾灭火系统由Domenico Piatti(PCT IT00/00125)，e-mail：robogat@tin.it，提供。基于自动化车辆(ROBOGAT)的快速调度，该Robogat经由出事隧道开到火灾现场。一旦到达，它便释放有限的水和泡沫以开始灭火。需要的话，Robogat可将一个探头插入到隧道的内部水源，以供继续灭火。此种系统由于下列原因而严重受限：

-火灾爆发与Robogat的到达之间时间上的延迟不可接受。

-隧道火特有的高温将导致单轨铁路、水和通讯线路变形和破坏。

-Robogat构造的耐火能力非常值得怀疑。

-水和泡沫在高温隧道火灾中的使用仅仅部分有效，

并且将导致被困人员死亡率增加的剧毒蒸汽的产生。

现代客机中至今仍未解决的主要安全隐患之一是缺乏适当灭火和防火设备。

事实上，杀死大多数机组人员和乘客的不是与飞机内火灾相联系的火焰，而是饱含有毒物质如苯、二氧化硫、甲醛、氯化氢、氨和氢氰酸之类的烟雾。虽然，这些以及其他化学物质能致死，但大多数受害者还是死于一氧化碳。火灾期间，尤其在通风不足的密闭空间内大量产生的此种无色、无嗅气体，极其致命，即便在低于1％的低浓度情况下。

在诸如不具备随时可用逃离措施的飞机机舱之类密闭空间内，释放出来的毒性燃烧产物乃是空运工业的主要忧患。此种忧患对客机特别重要，因为飞机的载客量越来越大，暴露于此种危险的乘客人数相应地越来越多。

有毒化学物质在现代先进材料中的推广应用导致机舱设计完全用塑料、织物、电线和衬里这样一些受热到足以产生气体时会变得极端危险的材料制成。在像这样的有毒环境中，存活时间仅限于数分钟。近几十年的统计分析表明，约70～80％的火灾死亡由有毒烟雾的吸入所致。

现代客机充斥着电气和电子设备，彼此间用好几英里的电线和电缆连接着。各种原因的紧急事故可能导致电流短路，结果造成绝缘外套和周围可燃材料的起火。随后是有毒气溶胶的大量产生，根据人类火灾死亡率经验，这构成主要危险。

虽然飞机，如气体涡轮机和燃料箱用的最重要救生系统都配备了自动灭火系统，但客舱和驾驶员座舱极度缺乏防火措施。诸如Halon2000等之类标准灭火物质的使用不能解决这一问题，因为它们高温分解的产物有剧毒。美国专利4,726,426(Miller)公开一种从货运消防系统借鉴的在飞机客舱中采用通风管之类的灭火方法，然而这将使乘客暴露于烟雾、灭火剂及其剧毒高温分解产物的潜在致命组合之中。

一旦机舱起火，驾驶员必须完成一种紧急故障检查清单以便查出火灾源。驾驶员的故障检查清单太长，无法让机组人员在空中将火灾控制住。就1998年坠毁在Nova Scotia附近的瑞士航空公司111航班的机组人员来说，首次报告烟雾之后过了20min便坠机了，而标准检查清单却需要30min才能完成。

假定氧气面罩能拯救乘客和机组人员免于吸入毒气。事实上，飞机驾驶员被告知当吸氧火灾的危险会使情况变得更加严峻时不得释放面罩。况且，这些面罩实际上对燃烧的有毒气体无用。机组人员和乘客使用的标准氧气面罩上面带有开口，用于机舱内空气与氧气源的混合，于是给致命气体提供直达肺部的通路。再者，客机中的氧气供应(氧气源)只提供呼吸所需氧气流量的不足20％并且持续仅仅数分钟。

另外，增加新鲜空气的供应，正如加拿大室内空气技术公司的ECHO空气系统所提供的，将只会蔓延火势和加速死亡。它们在www.indoorair.ca上提供的专利申请公开，一种改进的空气通风系统将能够更有效地去除污染的空气并向机舱中供应新鲜空气。虽然宣称是一项火灾安全的改进，但实际上该方法改进的是对火源的供氧。

US Air Line Pilots Association(ALPA)(美国航空公司飞行员协会)的一项最新研究指出，1999年，平均一个美国航空公司每天因短路导致火花的产生在加压舱内造成烟雾和起火而紧急迫降一次。接线错误是罪魁祸首。

一些组织采取断然措施对付这个问题。1987年，美国海军命令从它们的飞机上拆除最脆弱的接线；1999年，一次接线错误导致发射被取消后，NASA令其整个航天飞机队伍停飞。然而，每天仍有成千上万的乘客乘坐配备着无法适当检测错误的旧接线的商业飞机。在美国，联邦航空总署(Federal Aviation Administration)(FAA)正在开展一项针对可能困扰飞行了20年以上的飞机的问题调查。自从1988年以来，陈旧飞机计划(Aging Aircraft Program)一直在进行，此计划由一次事故促成，其中一架旧波音737当飞行在夏威夷上空时一部分舱顶被掀掉。1996年，TWA航班800坠落在长岛的近海，机上230人全部丧生。燃料箱内的接线错误最可能是这次爆炸的原因。在那次坠机之后，全球范围内对其他航空公司的检查导致另外几架存在连接燃料箱内传感器的陈旧电线上的绝缘由于振动已经磨掉，或者在常规维修期间受损等问题的飞机被发现。

目前，在人居设施中只有4种灭火方法：

-用水

-用泡沫

-用化学阻燃剂

-用气体阻燃剂

大量专利和申请描述了惰性气体及其混合物在受限空间中用来稀释密闭气氛的应用。此项技术被称之为“惰性化”，其自1950年以来被美国空军和许多工业用途采用着。然而，惰性化不能用于可人居气氛中，于是某些研究者提出一种部分惰性化方法，即将惰性气体及其混合物在严格电子控制下注入到受限空间中以便在稀释后的空气中达到10％～12％的氧浓度。此种范围的氧浓度迄今被研究者们视为代表普通可燃材料的可燃性阈值的教条。

一项重要步骤是由Lambertsen等人(US 4,807,706和EP 0301464 A)采取的，他发明了一种已在世界范围内作为氮、氩和二氧化碳混合物成功地销售的惰性气体混合物。然而，这项发明连同类似的解决方案(FR 2 748396 A和US 3 893 514 A)，暴露出以下缺点：

-该气体混合物制造成本高。

-它必须在高压容器中运到并现场安装(额外的花费)。

-气体混合物的数量必须精确地计算，以便在它释放出来的每一种具体情况下它都能提供人类可呼吸但火焰将熄灭的10～12％O2含量的气氛。这是不可靠的，因为着火时如果门和窗被打开，将不再有足够的气体灭火。替代地，倘若提供过量的气体，则人会死去。况且，按照热力学定律，从高压容器释放出的气体将具有非常低的温度和高密度，这将使气体以高度浓缩和导致躺卧人员丧命的形式滞留在贴近地面的地方。

-该气体混合物不能当作防火气氛使用，因为它不适合人类呼吸并且不可能大量供应此种气体混合物以保持恒定通风。

替代地，本发明的低氧可呼吸灭火组合物完全摆脱了这些不利之处：

-它可在现场廉价地产生。

-不要求运输成本。

-受限空间内的氧含量在任何情况下不可能降低到的低氧组合物中的氧浓度以下，这使得它绝对安全。在灭火模式中，装在高压容器中的该组合物含有12％O2；在防火模式中，低氧发生器不断地以氧含量等于16％，需要的话更低的可呼吸组合物给受限空间通风。

-该低氧组合物可作为恒定防火气氛使用，因为可在现场大量产生，且具有16％的规定氧含量；这不要求昂贵的电子反馈设备。

Wanger Ernst Werner等人公开(在DE 19811 851 C2或WO 9947210 A中)一种通过引入纯氮或惰性气体混合物或者从受限空间中提取氧气来降低此种空间中氧含量的方法。该系统严重依赖来自复杂电子系统的电子反馈，包括氧传感器、监视器和控制器，以便调节引入到受限空间中的氮气数量或从其中提取的氧气数量。此种反馈系统一旦发生故障，肯定造成人命的丧失。况且，该发明不提供，“在基础惰性化水平上”，一种给人居空间不断通风的可能，而这是移出水蒸汽、二氧化碳以及其他人类和工业产生的气态产物所必须的。另外，细菌和霉菌将势必在不通风的空间墙壁上生长。最后，一旦出现火情，从钢瓶中注入较大量氮气以便“充分惰性化”，肯定造成寒冷和较重氮气在地面附近的沉积，从而瞬间杀死可能躺在这一标高上的每个人。

本发明完全摆脱了这些不利之处。它不要求昂贵的电子反馈和控制设备，因为氧含量根本不需要调节，这样便提供了此种系统的最大可能的可靠性。

本发明系统当处于防火模式时，将不断地以新鲜低氧空气给环境通风，移出过多二氧化碳或其他气体，并给居民提供安全和有益健康的条件。

该系统当处于灭火模式时，容许在受限空间中使用环境空气，因而全然没有Wanger等人的“基础惰性化水平”的缺点。冷的低氧组合物从高压容器中的注入不会在地面标高造成任何窒息的危险，因为该组合物本身对呼吸是安全的。

上述现有技术解决方案与本发明的主要区别在于，在该低氧系统中，将一种预产生(或随时可用)的含氧可呼吸灭火组合物注入到可人居受限空间中的，而不是如同现有技术公开的那样，将一种惰性气体或其混合物注入，以便将受限空间中的氧含量稀释到要求的水平。

本发明采用截然不同的办法：采用低氧可呼吸空气防火和灭火。该低氧环境完全消除所有可燃材料的起火和燃烧。而且，它对于人类呼吸完全安全(临床研究证明，长期暴露于低氧环境对健康有明显的好处)。低氧可呼吸空气可通过从周围空气中提取氧而能低成本地生产必要数量。

就防火而言，经常维持低氧环境可完全消除火灾的可能，同时提供一种极其有益健康的环境。从灭火来看，本发明可瞬间将正常含氧环境转变为低氧环境，同时对人类生命绝无负面影响。这对于明火和爆炸的情况极其有用。

基于对人类生理学与燃烧的化学物理性质之间的根本差异的利用，此种全新方法彻底解决了防火与为人类提供安全可呼吸环境之间的内在矛盾。因此，本发明是火灾管理方面的一大进步，并将使所有目前的化学系统过时。

低氧防火和灭火系统将完全防止因火灾爆发而造成的大规模社会-经济方面的损失。

发明概述

本发明的主要目的如下：

-提供一种可呼吸灭火组合物。

-一种在人居环境中产生防火的低氧气氛的方法。

-提供一种产生具有灭火性能的可呼吸的低氧空气的除氧设备。此种设备采用分子筛吸附、膜分离和其他氧提取技术的方法。

-提供一种在人居环境中连续或偶尔使用的可呼吸灭火组合物。

-提供一种设备和方法，用于瞬间产生能灭火、耗损氧但人仍能安全地呼吸(不需要呼吸支持手段)的气氛。这可通过释放低氧灭火剂并造成一种氧含量介于10％～17％的灭火气氛来实现。

-提供一种在温湿度受控制的气密物体内产生防火气氛的方法。这可通过向人工气氛中引入惰性压舱物和改变当前生命支持系统的初始设定并为此重新编程来实现。

-在隧道、机动车、私人住宅(分开的房间或整个结构)、公共/工业设施以及所有其他非气密人居环境内提供低氧防火/灭火环境。

-提供从高压气体系统或自成一体的(autonomous)容器中瞬间释放贮存的氧耗损气体混合物的灭火系统。

-提供一种利用幕墙(drop curtain)、门或其他物理分隔手段找出火灾现场，随后释放可呼吸灭火气体混合物的方法和能力。

-利用低氧灭火剂在飞机上产生具有灭火性能的可呼吸气氛来提供飞机灭火系统。

-提供具有低氧灭火剂贮存用的弹性可膨胀容器的飞机灭火系统。

具体地说，本发明涉及以下方面：

1.一种用于在密闭空间内提供可呼吸的防火或灭火气氛的预先生产的可呼吸的低氧防火或灭火组合物，所述组合物即用于注入所述空间，其包含包含氧和氮的气体混合物，该组合物的特征在于，所述气体混合物含有高于12％并且小于18％的氧，作为防火气氛永久使用；或所述混合物包含高于10％并且小于16.8％的氧，作为灭火剂偶尔使用。

2.第1项的组合物，其中所述可呼吸的防火气氛包含水蒸汽、二氧化碳或其他大气气体，以呼吸可接受的含量存在。

3.以上任何一项的组合物，其中所述灭火剂包含数量足以抵消人体缺氧的二氧化碳，以便当该灭火剂释放时，它提供氧含量最高达16％且二氧化碳含量最高达5％～10％的可呼吸灭火气氛。

4.第1项的组合物，其中氮气部分地或全部地被其它情性气体或具有惰性的气体混合物取代。

5.一种在密闭空间内提供可呼吸防火气氛的系统，所述系统包括一种密闭结构，具有其中包含氧含量低于18％的可呼吸灭火组合物的内部环境(11、91、101、110、130、140、171、191、221、241、251、272)和与所述内部环境连通的进口(12、131、172、192)，其特征在于，所述内部环境用可呼吸组合物不断地通风，该可呼吸组合物的氧含量高于12％并且小于18％，其由氧提取装置(20、50、92、102、111、132、143、173、193、262)新产生，或由生命支持系统(223、232、242、252)再生。

6.第5项的系统，其中所述氧提取装置(20、50、92、102、111、132、143、173、193、262)的出口另外还与高压贮存容器(97、104、112、153、265)连通，以便提供足够供应量的所述灭火组合物，它可释放到所述内部环境中扑灭火灾。

7.第5项的系统，其中所述生命支持系统具有空气再生组件，其从所述可呼吸防火组合物中除掉多余湿气、二氧化碳、灰尘或其他人类活动的气态产物；

所述再生组件不断地接受来自所述内部环境的可呼吸防火气氛，以氧气置换多余二氧化碳并提供维持所述气氛的呼吸质量所需数量的所述可呼吸灭火组合物；

所述可呼吸气氛和组合物包含83％～88％氮气或其他惰性气作永久体压载物，其是最初以必要数量引入其中的，该数量也不受所述再生组件的影响；

所述压载物自动地防止氧气含量升高超过17％。

8.一种在密闭空间内提供可呼吸灭火气氛的系统，所述系统包括一种密闭结构，具有其中包含内部气氛的内部环境(91、101、110、140、151、201、211、275、281、301)和与所述内部环境连通的进口；其特征在于，所述系统包含：

一种气体贮存容器(97、104、108、112、122、153、202、214、265、284、302)，它装有氧含量高于10％并且低于16％并含氮的低氧灭火组合物；

装在所述容器内或从其中释放出来的所述灭火组合物的数量的计算必须使得，当该灭火组合物释放到所述密闭空间中时，它提供一种氧含量介于10％～16％的可呼吸灭火气氛。

9.第8项的系统，其中所述气体容器包含处于高表压，优选高于10bar的所述灭火组合物，并在接到来自火灾和烟雾探测设备(98、125、159、285、305)的信号时释放该灭火组合物。

10.第8或9项的系统，其中所述容器具有释放阀(107、123、274、286、311)，其由引发器启动，引发器由所述信号激活；

所述容器具有气体释放喷嘴(95、106、114、146、154、175、195、204、213、268、306)，该喷嘴直接地，或通过气体分配管道(94、105、109、113、145、152、174、194、203、212、267、288、308)连接在容器上；

所述喷嘴具有降噪装置以便降低灭火组合物释放发出的噪音等级。

11.第6或8项的系统，其中所述容器(97、104、112、153、265)与氧提取装置(92、102、111、157、262)结合安装在一起并从该装置中接受所述气体组合物，该组合物由所述装置和/或中间高压压缩机(103、158、266)恒定地保持在选择的表压下。

12.第6或8项的系统，其中所述容器是自成一体、独立安装的容器(122、202、214)，具有各自的火灾和/或烟雾探测系统，在出现火情时将引发所述气体组合物的释放。

13.第6或8项的系统，所述系统包括许多间隔物(115，155)从而围成内部环境的选择段(A、B、C、D)；所述间隔物在出现火情时可选择性地关闭，以便当关闭时，各段彼此之间以及与外部隔绝。

14.第13项的系统，其中所述多个间隔物(115，155)为正常时维持放气状态并折叠在整个内部环境各处天花板下面的卷帘盒(116，156)中的幕墙；

所述幕墙由透明和柔软的合成材料制成可吹胀飘动帘形式，以便当吹胀时，它们提供对穿堂风或任何吹入选择段中的显著空气运动的充分阻挡；

所述幕墙可由来自被火灾探测设备发出的信号引发的高温热解装置或容器中的气体吹胀。

15.第8项的系统，其中所述内部环境为飞机内部；所述灭火组合物是氧、氮和二氧化碳的混合物，其中氧浓度高于10％并且低于16％，二氧化碳含量高于5％；

所述灭火剂在出现火情时释放到所述内部，从而提供所述可呼吸的灭火气氛，其氧含量介于10％～16％，且二氧化碳含量为4％～5％，于是该系统包括机载火灾和烟雾探测系统(285、305)，它通过打开排放阀并关闭飞机通风系统来启动系统。

16.第15项的系统，其中所述贮存容器为弹性贮存容器(284)，它被最高至所要求压力的所述灭火组合物吹胀并位于通过空气泵送装置(287)与飞机内部连通的气密刚性容器(282)中；

来自机载火灾探测系统(285)的信号打开排放阀(286)，从而将灭火剂从贮存容器释放到飞机内部，其间空气泵送装置开始将被烟雾污染的空气从飞机内部泵送到所述刚性容器中，这样一来便在贮存容器外部造成正压，并迫使全部灭火剂流出容器；

多余部分所述灭火气氛通过泄压阀(290)在需要时被释放到外部大气中。

17.第16项的系统，其中所述贮存容器为弹性贮存容器(302)，它被最高至所要求压力的所述灭火组合物吹胀并位于非气密刚性容器(304)中，在后者内部具有附加弹性容器(303)，该容器是放了气的并通过空气泵送装置(307)与飞机内部(301)连通，当探测到烟雾和火情时，空气泵送装置(307)开始将被污染空气从飞机内部泵送到所述附加的、放了气的容器(303)中，后者一边被吹胀一边对贮存容器(302)施加正压并迫使全部灭火剂流出该贮存容器。

18.一种在密闭空间内提供可呼吸的防火或灭火气氛的方法，其特征在于，第1～4中任何一项的低氧防火或灭火组合物被释放到该密闭人居空间中。

19.第18项的方法，其中密闭空间的空气完全或部分地被所述气体混合物置换，从而形成一种持续可呼吸的防火气氛，其氧含量高于12％且低于18％，氮含量低于88％，

所述组合物恒定地供应，数量足够所述人居空间通风以维持该气氛的呼吸质量。

20.第18项的方法，其中密闭空间的空气完全或部分地被所述气体混合物置换，从而形成一种可呼吸的防火气氛，其氧含量高于10％且低于16.8％，氮含量低于90％。

附图简述

图1代表氧和氮分子在低气压或天然高空环境中的密度示意图。

图2代表氧和氮分子在具有相同氧分压的常压(normbaric)低氧环境中的密度示意图。

图3代表氧和氮分子在常压常氧(normoric)环境中，或在海平面处环境空气中的密度示意图。

图4示意地表示常压低氧防火和灭火系统的工作原理。

图5代表低氧发生器HYP-100/F的工作原理示意图。

图6提供与图5所示相同发生器的未来修改方案。

图7解释膜分离组件的工作原理。

图8展示低氧空气引入到受控环境中以后的火焰熄灭曲线与血红素/氧饱和曲线的比较情况。

图9表示住宅用本发明系统的示意图。

图10给出多层建筑用本发明系统的示意图。

图11表示工业厂房用本发明系统的示意图。

图12给出任何类型建筑中选择的房间用便携式灭火系统的示意图。

图13展示移动式修改方案中的本发明系统的独特性能。

图14给出当本发明系统放在地下军事设施通风系统中实施时的示意图。

图15给出该系统在汽车隧道中的工作原理的示意图。

图16给出一条配备局域化幕墙-展开系统的隧道断面示意图。

图17表示本发明系统用于电气化铁路或地铁隧道的示意图。

图18表示带有分隔门的隧道进口正视图。

图19给出本发明系统用于高山滑雪轨道车或缆车隧道的示意图。

图20表示可用于火车、公共汽车、地铁车厢或其他客运机动车中的(车载)On-Board FirePASS的示意图。

图21表示FirePASS技术在目前客机的通风系统中的实施。

图22给出FirePASS在下一代可在地球大气层上方飞行的飞机(或空间飞行器)中的实施。

图23展示密封人居空间用的自成一体的空气再生系统的一般工作原理。

图24展示低氧FirePASS技术在军用车辆空气自动再生系统中的实施。

图25给出作为空间站内部气氛一部分的低氧灭火可呼吸组合物的示意图。

图26给出海轮，如油轮、货船、巡逻艇或军舰中使用的海上FirePASS系统示意图。

图27展示海上FirePASS的工作原理。

图28表示Aircraft Fire Suppression System(飞机灭火系统)在机舱设计中的实施。

图29、30、31和32示意地画出AFSS(飞机灭火系统)的工作原理。

图33展示吸入空气中含10％O2情况下氧血红素饱和度的变化，其中一种情况是吸入空气含有环境大气CO2浓度，而另一种情况将该CO2含量增加到最高4％。

图34给出一幅曲线图，代表在海拔2.5km或现代客机机舱内对暴露于本发明可呼吸低氧灭火组合物的平均生理响应。

发明叙述

本发明基于在Hypoxico公司制造的Hypoxic Room System中进行一项研究期间的一项发现。本发明人发现，常压、低氧环境中点燃和燃烧的过程与低压或具有相同氧分压的天然高空环境中的点燃和燃烧过程大相径庭。

例如，在海拔9,000英尺(2700m)处4.51英寸(114.5mm汞柱)氧分压的空气能轻易地支持蜡烛的燃烧或纸的点燃。

然而，若造成一种具有相同氧分压(4.51英寸或114.5mm汞柱)的对应常压环境，蜡烛将不燃烧，纸也点不着。即使是火柴，当存在于其尖端的载氧化学药剂耗尽之后也将瞬间熄灭。因此，任何火，只要引入到此种常压低氧环境中，都将瞬间熄灭。即便是丙烷气体打火机或气体火把，也不能在此种环境中点燃。

这一惊人发现引出一个显而易见的问题：“为什么两种环境，含有相同氧分压(每特定体积相同的氧分子数目)却产生如此不同的点燃和燃烧过程？”

答案很简单：“这两种环境中氧浓度的差异减少了氧气支持燃烧的(可)利用率。这是因为氮分子对氧分子动力学性质的干扰所致”。换句话说，氮分子密度的增加提供一种阻碍氧被利用的“缓冲区”。

图1给出在海拔9,000英尺/2.7km的低(气)压或天然环境中氧与氮分子的密度示意图。(为下面解释起来简单起见，所有其他大气气体皆忽略不计)。黑圆圈代表氧分子，空心圆圈代表氮分子。

图2表示具有相同氧分压(4.51英寸或114.5mm汞柱)但处于760mm汞柱的标准大气压压力的低氧环境中的分子密度。

如图所示，两种环境每特定体积含有相同数量氧分子。然而，在第二种情况(如图2所示)下，氮分子对氧分子的相对数量分别为约6∶1～4∶1。

当就两种气体的动力学性质进行比较时可以发现，氮分子与氧分子相比，既慢又不容易透过(二者比值为2.5倍)。此种惰性氮分子数量的相对增加妨碍了氧分子的动力学行为。这降低了它们支持点燃和燃烧的能力。

图3显示，在海平面，环境空气中的氧/氮组合物的氧分压(159.16mm汞柱)比在9,000英尺处空气的氧分压(114.5mm)大。应当指出，环境空气在地球大气层中任何一部分(从海平面到珠穆朗玛峰)都具有20.94％的氧浓度。然而，在海平面的环境空气却处在大得多的压力下。因此，每特定体积的气体分子数目随着气体分子之间距离的缩短而增加。

“低氧阈值”及其生物学背景

上一个十年期间积累了大量有关低氧环境生物学效应的数据。广泛的实验室试验连同深入的临床研究已经确立了常压低氧空气对健美训练和疾病预防带来明确好处。在含有对应氧分压的常压呼吸空气(海拔最高到2600m处)中的氧浓度对人体绝无不利副作用。(Peacock1998)。

全世界在该海拔高度居住着成千上万的人，都没有发现有害健康的效应。(Hochachka 1998)。

本发明人分析了从大量实验得到的数据，得到如下结论，即在常压条件下，可以创造出一种含有同时能抑制点燃和燃烧的可呼吸低氧空气的人工环境。

开展了许多着眼于在低氧可呼吸空气常压环境中的点燃抑制和火焰熄灭的实验。结果发现，一旦氧含量降低到低于16.8％，普通可燃材料便不再可点燃。在燃烧试验期间，各种各样试验材料的扩散火焰，当氧含量降低到低于16.2％时便彻底熄灭。

这一发现证实了新科学术语——“低氧阈值”——的创立的合理性，该阈值代表，任何一种燃料在氧含量16.2％的人工气氛中便达到其绝对可燃性极限。火焰在低氧阈值条件下的熄灭造成燃烧的瞬间消除；包括阴燃(余烬)的加速熄灭。这导致有毒烟雾和气溶胶紧接着就受到抑制。

这些实验清楚地证明，一种可呼吸的人类友好环境，其中氧含量低于16.2％，将彻底抑制点燃和燃烧。

就氧分压而言，该低氧阈值(16.2％O2)对应于2200m海拔高度。该海拔等于常规飞行期间客机加压时所采用的海拔。它已证明完全安全，即便对有慢性病，如心肺功能不全的人来说也是安全的(Peacock1998)。

处于低氧阈值的常压环境提供一种防火环境，它对私人住宅或是工作场所都是完全安全的。科学证明，适度常压低氧的生理作用等同于对应天然高海拔表现出的作用。成千上万人选择这样的海拔(2～3km)休假，而未见有害副作用。

图8中提供的示意图对比了两种氧-依赖系统(火焰和人体)当暴露于低氧环境时的不同反应。

曲线Y代表在受控环境中随着氧含量的降低燃烧强度(对应于稳定扩散火焰高度)的下降。100％相当于环境大气氧含量——20.94％的最大火焰高度。当受控气氛中氧含量降低到低于18％时，可观察到一个火焰高度的锐减。到了低氧阈值X(16.2％O2)时，火焰及其相联系的炽热完全熄灭。

就防火而言，低氧阈值可设定在16.8％。这是因为，扩散火焰通过对流和来自燃料分解的自由基产生两种因素的组合得到补充氧，而这两种因素直至点燃后才会出现。然而，为保证最大保护效果，未来的实施方案将要求环境的氧含量等于或低于“低氧阈值”(16.2％)。

曲线Z表示血红素的氧饱和度随吸入氧分压的变化。在环境空气中(海平面)，平均体内血红素饱和度是98％。在动态平衡下，氧分子结合到亚铁血红素(血红素分子的活性、携氧部分)上的速率等于氧分子释放的速率。当PO2(氧分压)提高时，氧分子结合到血红素上的速率超过它们被释放的速率。当PO2降低时，氧分子从血红素上释放的速率超过它们被结合的速率。

在正常热条件下，即便当暴露于60mm汞柱的肺泡(alveolar)PO2时(对应于3300m高空或，含14％O2的常压低氧空气)，血红素的饱和度维持在高于90％的水平。这意味着，尽管肺泡空气的氧含量显著降低，氧的输运将以可接受速率继续进行。

重要的是应注意到，吸入氧的分压只决定肺泡内的血红素饱和度。所有此后的氧输运和代谢则仅取决于人体细胞的需求与人体血管递送能力之间的平衡。在标准大气条件下，中性稀释气体的分压不影响氧的代谢与输运。

相反，氧分子支持燃烧的能力则随着中性或惰性气体(在本文情况下为氮气)相对浓度的增加而显著受挫。

这两个氧依赖系统截然不同的性质是导致低氧阈值的低氧环境对人类生命完全安全，却又不支持燃烧的决定性因素。

图8中给出的曲线图清楚地显示，低氧阈值并不显著改变体内血红素的饱和度。相反，低氧阈值却能瞬间熄灭任何火焰。要知道，曲线Z代表未经预适应过程便暴露于低氧的个体的血红素饱和度。在预启动地采用低氧环境(以防火)的情况下，个体将能快速适应此种低氧水平并将具有正常血红素饱和度水平。

因此，人长时间呆在低氧环境中绝对没有危险。事实上，大量医学出版物报道了长期暴露于常压低氧会带来显著的健康好处。有关这方面研究的进一步信息可参见Hypoxico公司的网页(www.hypoxico.com)。

另外，进一步研究指出，高湿度水平提高低氧环境灭火的能力。这是由于高速运动的水分子造成一种二级缓冲区，使得氧分子更不容易用于支持点燃和燃烧。

图4展示一个生活或工作用消防保护的常压(或略微带正压)人居空间11的基本概念示意图。

图4描写一个房间11的特定情况，其中有一排排的电子设备13(或贮存的可燃材料)，处于氧浓度等于或低于低氧阈值的常压环境中。该环境通过以下措施提供绝对防火安全：

-预防可燃材料的点燃

-瞬间扑灭电气或化学火情。

氧含量介于17％～18％的低氧环境也可提供有限防点燃和燃烧的保护。然而，建议在公共区域(例如，博物馆、档案馆等)将氧浓度维持在15％～16.8％。对于要求特级防火保护的人居公共设施，建议氧含量在14％～15％。仅要求人类短时间光顾的设施可采用氧含量介于12％～14％的环境。这对应于3km～4.5km(10,000英尺～14,500英尺)海拔。

电脑机房内部的低氧空气通过一台分流空气调节装置(14)，再通过软管16连接到外部热交换器(15)而保持在67°F(18℃)。暖空气通过吸入口17进入到装置14中，变冷，然后通过出口18离开装置14。热制冷剂和冷凝水(来自空气)通过连接软管16送入到室外装置15中。在此，制冷剂变冷，而冷凝水则蒸发或排掉。分流空调装置的工作原理是熟知的，故在此不再赘述。合适的装置——PAC/GSR由意大利公司DeLonghi制造。较大型分流空调系统也容易买到。至于不包括电脑设备的设施，则不要求空调。

低氧发生器20安装在房间11外面。发生器20通过吸入口21吸入环境空气并提取氧气。随后，富氧空气通过出口22排掉。剩下的低氧气体混合物通过供风出口23送入到房间11内。多余低氧空气通过门12离开房间11，以便平衡房间11内部与外面环境之间的大气压。

供人员进入的门12是不气密的——容许多余空气离开房间11。对于一个20立方米的房间，约5mm的间隙已足以起到中间压力均衡的作用。对某些场合，有利的是，造成一种略带正压的环境。这很容易通过将房间11做成气密的并消除门12四周的间隙来达到。其他的可能描述在以前的美国专利5,799,652和5,887,439中。

房间11需要的低氧发生器数量取决于其大小与容纳多少人这两种因素的组合。最适合20m³房间的发生器是HYP-100/F。这是目前Hypoxico公司(纽约)供应的。HYP-100/F采用PSA(变压吸附)技术从环境空气中提取氧。该免维护装置的重量只有55磅(25kg)，仅需要450W。同样能力的氮气发生器将是它的3倍重，消耗2～3倍的功率。该低氧发生器的另一个优点是它能够提高低氧空气的湿度。为避免事故，氧浓度设定不能由用户改变。

图5画出低氧发生器20的工作原理。压缩机24通过吸入过滤器21吸入环境空气，并将其压缩到最高18psi。压缩空气随后在冷却器25中冷却，然后通过管道26送入到分配阀27中。分配阀通过歧管28连接到多个分离容器或分子筛床29上。根据设计需要，分子筛床可安装成一条直线或者环形方式。分子筛床的数目可为1到12不等。HYP-100/F被设计成具有12个分子筛床排成环形形式，按3个循环进行加压，每次4个床。这是通过旋转分配阀27实现的。在此种情况下，小的致动电机30驱动旋转阀27。旋转分配阀、电机和致动机构的式样和工作原理都是熟知的，在此不再赘述。所有这些部件可从到处都是的阀经销商那里买到。

每个分子筛床29(或在HYP-100/F的情况下，为一组床)通过阀27分几个周期加压，该阀选择性地改变压缩空气的指向，进入每个床。这些床29充填了分子筛材料(优选沸石)，它们容许氧通过但吸附大多数其他气体，包括水蒸汽(这对于最终产物是重要的)。氧(或富氧级分)穿过分子筛，被收集在收集器31中并通过释放阀32释放。然后，它通过出口22排入大气。

当床29之一中的沸石被氧耗损了的空气饱和时，阀27切断压缩空气供应。这个床随后降压，让该床29中氧耗损的空气从沸石上逸出。然后，它被送过歧管28，进入到低氧空气供应管道23中。该单向释放阀32将富氧级分保持在处于极低压力(约5psi)的收集器31中。这保证床29降压期间有足够的氧气重新进入。反吹的气体吹扫被氮气和水污染的沸石，借此提高它们的吸收能力。

电机驱动的旋转致动机30可换成直线致动机，带有机械空气分配阀27。电机驱动致动机30也可换成一组螺线管，或电操作的空气阀27。然而，这将要求附加电路板，从而提高发生器20的成本并降低可靠性。电磁阀、机械阀、电动阀和直线致动机到处有供应，因此不再赘述。

图6表示可由Hypoxico公司购得的低氧发生器40。此种型号靠压缩机24提供的压缩空气工作，不要求额外的电机、开关或电路板。在此种情况下，分配阀47由一个或多个安装在歧管48上的空气-控制阀组成。空气-控制阀由压缩空气驱动，不要求额外的支持。压缩空气由Hypoxico公司供应的长寿HEPA过滤器49净化。合适的空气-控制阀可由Humphrey Product(Kalamazoo，MI，美国)购得。在分配阀47中可采用各种各样的组合，按周期方式分配压缩空气。合适的阀可从下列当中选择，其中包括电动、机械、空气控制或电磁阀。直线和旋转构型都有供应，其中致动机构可由压力、机械弹簧、电机或定时器控制。要在本文中列举所有潜在可能的空气分配方案是不可能的。此种型式中的分子筛数目可为1～12(或更多)不等。

HYP-100/F以100L/min的速率提供15％氧的低氧空气(从10％到18％的不同设定值可供选用，且必须在制造厂预置)。HYP-100/F为防篡改的，未经授权的个人不能改变其氧设定。最高到1200L/min的较大尺寸发生器也可从Hypoxico公司购得。

低氧发生器20供应湿度比周围空气大出约15％的低氧空气。在温和的气候中，此种提高的湿度水平连同适当的温度为电脑提供完美的环境。在比较干燥的气候中，或者当氮气发生器被用来代替低氧发生器20时，建议安装加湿器19(在其他情况下任选)以便将房间保持在大约40％的相对湿度。任何具备供公共场所使用许可证的加湿器都是可接受的。

在特殊发生器房间内可放多台发生器20，该房间备有自己的空调系统和每台HYP-100/F发生器超过500ft³/h(14m³/h)的新鲜空气供应源。这对于具有多个房间11的较大设施是方便的。在此种情况下，应安装按循环模式工作的较大空调装置。低氧发生器将提供足够的通风和新鲜空气供应。每台低氧发生器备有一个HEPA(高效颗粒捕获器)过滤器，它能提供差不多无菌的空气。另外，如此“洁净的环境”也有利于防火，因为它们大大减少灰尘在电脑设备上的积累。

房间11也代表一种电脑厨柜13。在此种情况下，低氧空气由小型尺寸的发生器20提供，并由小热交换组件14(二者皆可由Hypoxico公司购得)冷却。

任何氧提取装置，例如，氮气发生器或氧浓缩器都可用来替代低氧发生器20。但是，这将造成明显的不利之处。PSA(变压吸附)和膜分离氮气发生器要求更高的压力。其结果是装置的功率效率较低，本身较重，噪音较大以及维护成本较高。加之，氮气发生器效率低并且产生一种极其干燥的产物，因而要求大幅增湿。其他氧提取技术，例如变温或变电流吸收，也可用于氧提取装置20中。这些技术中，大多数依赖空气泵和空气分离组件的使用。此种空气分离组件(采用分子筛吸附和膜分离技术)的式样和工作原理是熟知的并且到处有供应。

图7显示采用氧富集膜组件50的氮气发生器或氧浓缩器。提取的氧气通过出口53排掉。干燥压缩空气经进口51送入到中空纤维膜组件50中。快速移动的氧分子在压力下扩散透过中空纤维壁并通过出口53离开。干燥氮气或富氮气体混合物流过中空纤维，然后通过出口52送入到房间11中。此种技术在Hypoxic FirePASS系统中的采用将要求对房间11的环境额外加湿。

不论氮气发生器还是氧浓缩器都要求复杂电脑化监测设备来控制和监视氧气浓度。这使得它们用于人居设施不安全。

常压低氧环境用于防火和灭火的原理可应用到任何房间。任何形状和大小的外罩结构，包括建筑物、海船、货运集装箱、飞机、空间飞行器/空间站、电脑机房、私宅以及大多数其他工业和非工业设施都将得益于防火低氧环境。

在大型电脑设施中，每排电脑设备13可由其自己的低氧房间11罩起来。此种节能策略将在各排13之间提供常氧环境。另外，它不会干扰设施当前的消防系统。再者，该设施可利用便宜得多的喷淋系统，因为水不会损坏封闭在低氧房间的不透水板外罩内部的电脑设备。位于纽约的Hypoxico公司能制造任何尺寸的合适模板式外罩。在此种情况下，每个外罩的空调将变得可以任选，因为该设施可能已经得到足够的冷却。

图8展示在氧含量逐步降低期间受控气氛中的灭火曲线Y和血红素饱和曲线Z的比较(这已在前面解释过)。

图9显示备有FirePASS系统的双模式修改方案的私人住宅示意图。该系统可设定在防火模式或者灭火模式。

安装了Home FirePASS系统的住宅91将包括低氧发生器92，后者备有室外空气吸入口93和分配管道94。在每个房间都装有排出口95。

此种类型低氧发生器92包括附加的压缩机(未画出)，它能够通过管道96将低氧空气贮存并保持在高压贮存容器97中。

防火模式所采用的低氧空气将具有约16％的氧含量。在灭火模式中，内部气氛中的氧含量(在FirePASS展开后)应介于12％～14％。

安装在住宅内的烟雾和火焰探测器将引发Home FirePASS的灭火模式(防火模式中，点燃是不可能的)。所有探测和控制设备在市场上都有供应，故在此不再赘述。

贮存容器97可装有，若要求较小的容器的话，约100bar(或更高)压力的低氧空气。容器97应安装在房子91外部，优选在保护罩内。高压气体贮存容器和压缩机在市场上很容易买到。Home FirePASS用的低氧发生器92可由Hypoxico公司购得。

该系统的工作原理可描述如下。低氧发生器92通过吸入口93吸入室外新鲜空气，并通过内置压缩机供应低氧空气到高压容器97中。罐中的贮存压力建议为约100bar。

该系统具有两种操作模式：防火模式和灭火模式。当住宅空着没有人时(工作或休假期间)，通过按下主控制盘(未画出)的按钮启动防火模式。这样便启动了该系统，包括：低氧发生器启动并让低氧空气从容器97慢慢释放到分配管道94中。喷嘴95位于住宅的每个房间。随后，一种防火环境(氧含量16％)便可在约15min内建立起来。另外，也可造成一种氧浓度低于10％的低氧环境。这是一种阻遏入侵者的非常有效的措施，因为它是一种呆在里面极其不舒服的环境。当主人返回时，它们可通过开窗或利用通风系统(未画出)迅速建立起一种常氧气氛。当防火环境形成时，发生器92将以低氧空气重新注满容器97。

要求的话，低氧防火气氛可以永久地保持，从而使容器97变得过时。在防火模式中，Home FirePASS的发生器92将恒定地提供氧含量16％的人类友好常压低氧环境。这对应于海平面以上2200m的海拔高度。此种可呼吸附防火气氛提供多方面健康好处(描述在www.hypoxico.com上)，和排除燃烧的可能(即使在住宅内吸烟也将不可能)。要烹饪，必须用电气设备。依靠天然气或液体燃料运转的家用加热用具可通过安装空气供应管，抽入室外空气助燃而变得可操作。

该系统的灭火模式与装在住宅每个房间内的烟雾或热探测器98直接连接。信号从烟雾探测器98传递到主控制盘，后者开启自动释放阀(未画出)，从而导致低氧气体混合物从容器97快速引入。释放喷嘴95可配备小的空气驱动警报器，一旦低氧空气释放便被开启。建议，低氧气体应同时地释放到所有房间。然而，为了缩小容器97的尺寸，低氧空气的释放可局限于探测到烟雾的房间。假定FirePASS的反应时间小于1s，这对将局部火情扑灭将绰绰有余。也可使用氧含量0.1％～10％的浓度更大的低氧灭火剂，以便缩小贮存容器97的尺寸。具体尺寸和灭火剂的数量应进行计算，以便当释放时，它造成一种氧浓度10％～16％的可呼吸灭火气氛。

为降低成本，Home FirePASS可在灭火模式操作而不安装发生器92。在此种情况下，该系统将由高压罐97、气体递送管道94和探测和控制系统98组成。当地服务公司可提供必要维护以及气体贮存罐97的再灌注。

图10是多层建筑物101的示意图，它安装了处于灭火模式的Building FirePASS。

安装在建筑物101房顶上的较大型FirePASS机组(由Hypoxico公司供应)具有低氧发生器102，它通过从环境空气中提取氧来提供低氧空气(或灭火剂)。发生器102与压缩机103连通，以便向贮存容器104中递送高压低氧空气。一旦安装以后，它将一直维持在大约200bar(或更高)的恒定压力下。

如图10所示，可在遍布整个建筑物，包括外部或电梯竖井内安装一种垂直灭火剂递送管105，其在每一楼层都有排放喷嘴106。排放喷嘴106安装时配备了消音器，以降低高压灭火剂释放造成的噪音。

当探测到火情时，中央控制盘发出的信号引发释放阀107开启，从而迫使贮存的低氧空气(灭火剂)进入到分配管道105。鉴于FirePASS具有快速响应时间，在受影响楼层建立可呼吸灭火环境应当是足够了。然而，作为额外的预防措施，低氧灭火剂也应释放到相邻楼层。该Building FirePASS应释放数量足以在要求的楼层造成氧含量约12％～15％可呼吸灭火气氛的低氧灭火剂(氧含量低于10％)。

低氧气氛的正压将保证其渗入到所有单元并将瞬间熄灭任何房间内的火源。另外，由于在相邻楼层建立了低氧环境，火势将不能蔓延到建筑物的上部。此种系统的主要优点在于，它能够结合到目前已安装的火灾感知/灭火设备(例如，喷淋系统、气体灭火系统所采用的)中去。

分开的楼层可具有连接到各自Floor FirePASS的各自的火灾探测系统，如图10底下所示。高压低氧气体容器108可通过配备通到每个房间内的排放喷嘴的分配管道109，向整个楼层到处释放低氧灭火剂。为减少贮存压力和容器尺寸，可在贮存气体中采用非常低的氧浓度，只要能在每个房间建立氧含量介于约12％～15％的安全可呼吸气氛。可在建筑物中选择的房间内使用具有低氧灭火剂的单独安装灭火装置。此种装置将在后面结合图12一起描述。

图11代表工业厂房110的示意图。第一层没有分隔墙壁，可通往外面的大气，例如用于卸货等。在此种情况下，FirePASS应包括分隔间壁或幕墙115，它在火灾时可以落下或者永久性安装着(例如，采取柔软、透明飘动帘的形式)。

低氧发生器/压缩机机组111和气体贮存容器112安装在厂房110的屋顶或外面。Building FirePASS通过分配管道113和排放喷嘴114递送低氧空气。在局部火灾的情况下(在一个房间或在楼上)，FirePASS将立即排放低氧空气，其数量足以建立16.8％O2的低氧阈值但仍让人呼吸起来足够舒适(建议14～15％，或，某些场合10～14％)。

当烟雾和/或火情在一层被探测到，幕墙115(收藏在卷帘盒116中)放下，从而将该楼层分隔为若干局部区域。这将阻止通风和空气的运动。当探测到火情时，厂房的通风系统应立即关闭。随后低氧空气瞬间释放到受灾区域(和相邻区域)，致使火焰迅速熄灭。

幕墙115应由软且透明的耐火合成材料制成。幕墙115的垂直飘动帘将容许被困在受灾区域的人员迅速撤离。

FirePASS能够在特定楼层或整个建筑物建立起低于低氧阈值的低氧环境。要求的话，此种可充分呼吸、灭火气氛可无限期地维持，以便为困在内部的人员提供生命线。此种实施方案适合为许多场合提供防火和灭火环境。

例如，核电厂可维持在防火状态。一旦发生事故，氧含量将降低到约10％。此种极端低氧环境在至少20min内是安全的，从而给被困人员足够时间逃离并保护他们的身体免遭辐射危害，因为当血红素饱和度降低到80％以下时，辐射造成的伤害较小。当采用较低氧浓度时，在灭火剂中加入二氧化碳可进一步促进呼吸。

Home FirePASS和Building FirePASS都可安装成严格防火模式。在此种情况下，贮存容器97、104和112就变成任选的了，因为发生器将不停地向分配管道压入低氧空气。这将造成一种永久的防火环境。

另一种成本效益好的解决方案将是为每个房间提供自己的自动灭火设备。图12显示一种独立安装的灭火装置121，内部具有气体贮存容器122。释放阀123(优选爆破片式)可由电爆炸式引发器124打开，引发器则是由控制单元125上的热/烟雾探测装置启动的。当探测到烟雾或火情时，来自控制单元125的信号启动引发器124。这导致阀123开启，并通过每个房间的排放喷嘴126释放低氧灭火组合物。一种带有任选的交流电接头的长寿电池可给控制单元125供电。

贮存容器122装有适当数量高压、低氧灭火剂。该灭火组合物中的氧含量低于约10％，以致当释放时，它将提供一种等于或略低于低氧阈值的可呼吸灭火气氛。容器122中的低氧灭火剂的数量可通过改变气体贮存压力方便地就每个房间进行调节。

适当数量二氧化碳可加入到灭火剂中，借此替代相应份数的氮气。这将刺激呼吸过程，若低氧气氛的氧含量低于14％的话。加入到灭火剂中的二氧化碳数量应做计算，以便其在形成的灭火气氛中的含量达到约4％～5％。

容器122被保护性填料127包裹着，以便缓冲其受到的冲击并为其提供热保护。排放喷嘴126备有消音器或噪音捕获器，以降低排放气体发出的噪音。

装置121可暂时安装并且是要求永久安装的昂贵灭火系统的极佳替代方案。

图13展示一种工业用移动式FirePASS的独特能力。例如，一个带有舱口131的坏的罐或容器130，可在低氧环境中焊接。这在采用目前灭火系统的情况下行不通，因为空容器可能仍然装有爆炸性蒸汽。

移动式FirePASS装置132每分钟产生约2立方米低氧空气，将很快将容器130的氧含量降低到14％。此种低氧灭火组合物将比环境空气中的爆炸性蒸汽重。因此，它将起到一种如同毯子似的作用，覆盖住可燃液体的表面。因此，将在容器130内部造成一种完全安全的工作环境。更低的氧浓度也可使用，只要焊工具有专用的呼吸供应。在此种情况下，焊工将呼出氧含量为约16.5％的空气。这样的水平接近低氧阈值，故对周围环境没有不利影响。

在此种环境中，所有类型的切割和焊接都可安全地进行，包括电焊和氧-乙炔焰焊。即使有火花或熔融金属接触煤油，也不会起火。

类似的移动FirePASS可用于许多维修工作必须在爆炸性或有害环境中进行的场合，例如在远洋油轮，地下天然气管线容器、原油管道等内部。

图14给出维持在恒定低氧防火环境中的地下军事设施140的示意图。这是由一种特殊地下FirePASS系统提供的。环境大气的空气经安装在远方的通风吸入口141吸入。然后，通过通风竖井142将其递送到低氧发生器组件143中。下游侧过滤装置144将空气净化，去除化学药剂和细菌类污染物。

氧含量约15％的低氧空气从发生器143递送到通风管145，其排放喷嘴146均匀地分布在整个设施140中。这样便为每个房间提供一种略带正压的完全自给自足的可呼吸防火气氛。多余低氧气氛经由电梯竖井147离开地下设施140，竖井顶部备有单向保护通风帽(未画出)。当竖井147的出口盖148拉开时，低氧空气的正压和较高密度能防止外部空气涌入，从而提供该体系的另一重要特征。此种防火气氛通过制止火灾在设施内部蔓延提供额外的防爆保护(例如，防止有穿透能力的炸弹或内部事故)。

图15给出汽车隧道用Tunnel FirePASS系统的示意图。该灭火系统为可自调节和全自动的。

高压管152沿着隧道151的全长布置。它可沿着墙壁151架设或者走在天花板底下。管道152连接到隧道151外面的高压容器153。此种构造的结果是全封闭高压气体回路152～153。就较长隧道来说，建议在每一端各具有单独的系统。必要的话，在选择的地段可增设附加系统。例如，最近挪威开放的25km隧道将要求沿其全长安装至少10个附加FirepASS装置。

气体排放喷嘴154沿隧道全长均匀地布置着。每个喷嘴154服务于单独的隧道段，例如A、B、C等。隧道的通风系统为简化说明而没有在图上表示。当出现火情时，每个段可用软飘动幕墙155隔开，正常情况下则收藏在卷帘盒156中。

低氧发生器157安装在隧道外面并与高压容器153通过压缩机机组158连通。高压容器153和管道152装有可呼吸低氧空气，其氧含量低于15％。由低氧发生器157发生并通过压缩机机组158送入到容器153中时，该空气处于200～300bar的表压(barmetricpressure)。较长的隧道要求安装多套如图15所示Tunnel FirePASS装置。

该实施方案的工作原理可解释如下。若在段C发生了火情，它将立即被按5米的间距沿隧道全长分布的热/烟雾探测器159探测到。位于段A、B、C、D和E之间的卷帘盒156将释放柔性、透明的幕墙。这将把段C中的火情与隧道其余部分隔离开来。

如图16所示，幕墙155将由合成材料制成柔软、透明的飘动帘。这些幕墙155可由高压气体筒或高温热解技术筒161瞬间吹胀。这些筒将类似于可吹胀汽车安全气囊中使用的那些。该筒将由烟雾/火情探测器159发出的信号来启动。合适的探测设备可由多家制造商购得。

同时地，隧道内部通风系统将关闭，段C中的排放喷嘴154将在高压下释放低氧空气。该低氧空气贮存在管道152和容器153中。释放到段C中的低氧空气的体积将超过段C体积数倍。因此，段B、C和D将经受彻底的空气交换，从而保证可呼吸灭火环境的迅速建立。在较短的隧道(不足1000m)中，这样的低氧空气体积应足以充满整个隧道。

在计算需从回路152～153释放到段B、C和D中去的低氧灭火组合物的数量时，应在其要释放的灭火气氛中采用13％～15％氧的最终浓度。该数值对应于2700～3800m的海拔，它仍旧适合人类的呼吸。此种低氧环境将瞬间扑灭任何火情：这包括化学火、电气火、可燃液体诱导的火以及气体爆炸造成的火灾。另外，此种环境将瞬间扑灭爆炸造成的火灾。这将提供对付恐怖主义攻击的重要保护。

喷嘴154备有特殊消音器以降低高压气体释放所产生的噪音。为警示隧道内外的人，还建议在消音器上固定一个空气警报器。另外，随着氧含量降低到低氧阈值以下，被困汽车的内燃机将变得不能运行。结果，将有足够用好几小时的可呼吸空气。

从喷嘴154释放气体由来自火情探测器159的自动化系统的信号启动。建议，系统152～153中的低氧空气体积应足够充满整个隧道。如果做不到这一点，则该体积应大到足以充满受灾段以及与之相邻的段。

在某些场合，管道152可保持在标准压力，借此减轻其重量。这可这样实现：将高压低氧空气严格地保存在容器153中。随后，在有火灾的情况下，释放到管道152中。结果，在喷嘴154处可采用较轻和较便宜的排放机关。然而，这要求安装一种电脑化火灾探测和气体释放系统，它能自动开启出容器153的释放阀并将该低氧空气送入到管道152中，然后低氧空气再通过喷嘴154释放到要求的段中。

若隧道151内爆发火灾，则沿整个隧道(优选每隔50～100m)将局域化幕墙155放下。这将在整个隧道到处建立起可呼吸、低氧环境并阻止任何通风。另外，由于低氧环境阻止了汽车引擎中的燃烧，所以事故将得到避免。

事故处理人员宣布隧道已安全之后，排放系统将关闭，幕墙155将回缩到卷帘盒156中。隧道151的通风系统于是便再次打开，从而吹进新鲜空气。

隧道内的氧气含量将迅速增加到20.9％(任何海拔的正常环境浓度)，从而容许内燃机恢复正常运转。

每当贮存压力下降时，这将发生在维修或火灾事故期间，安装在容器153的压力监测传感器将开启低氧发生器157和压缩机机组158。此种自动灌注功能保证系统随时准备好灭火。

低氧发生器157从外部大气吸入环境空气，并从中提取一部分氧气。然后，它引导氧含量低于15％的该耗损氧的空气进入压缩机机组158。一旦它被压缩到约200bar的表压，便被送入到容器或贮存容器153中，后者与管道152直接相连(或通过释放阀)。

如上所述，幕墙将由合成材料制成。它们应当柔软、透明和充分可吹胀。它们应具有长的垂直飘动帘，彼此横向重叠(如图16所示)。

这些规定保证车辆容易穿幕墙155通过，因为它们透明的特性将不会挡住驾驶员的视线。它们应能提供足够的段分隔作用，即便在卡车直接停在它们下方时。类似的幕墙已被Hypoxico公司的HypoxicRoom System成功地用来将低氧环境与外部大气分隔开来。

图16是一幅圆柱形隧道151的断面视图，着重于表现幕墙展开系统的优选实施方案。

幕墙155折叠在卷帘盒156中。来自烟雾/火情推测系统的信号启动高压或高温热解技术筒161，从而导致气体的释放。这就导致幕墙155吹胀。吹胀的幕墙155推开卷帘盒156的盖子162而跌落到路面。分开的筒161可安装在每条交通线的上方。

在幕墙的两侧、路面以上和以下，安装了附加的起分隔作用的段163，它们容许通讯电缆和管道穿过。段163仅安装在安装了幕墙155的地方。此种组合在被分隔段之间提供一种基本严密的空气屏障，从而防止自然通风。然而，幕墙155并不阻挡FirePASS释放的低氧空气经它们穿过。垂直段163应由软塑料制成，以防止损伤车辆。

安装在隧道内的电子开关、热/烟雾探测器、阀门或监视器将启动低氧灭火剂的释放。这些零部件到处可以买到，故在此不再赘述。各种不同型号的低氧发生器157由Hypoxico(纽约)独家销售。各种各样氧提取装置皆可用于此种用途，包括但不限于：变压吸收器、膜分离器和采用变电流吸附技术的装置。能将空气压缩到高达200bar或更高的多级压缩机158也可由世界各地许多制造商购得。

在某些情况下，可用计量过的氮气来灌注该高压系统。这将缩小系统的尺寸和重量，但将要求额外的安全和监测设备。当释放时，确切数量的氮气将与内部空气混合，结果提供氧含量15％，需要的话，或更低的低氧环境。

图17给出电气火车和不使用内燃机的其他机动车用的成本效益好的Tunnel FirePASS。该实施方案使得隧道171内部维持在防火环境中，处于或低于低氧阈值。然而，此种实施方案不适合汽车隧道，因为内燃机将无法在此种低氧环境中运转。

隧道171配备了两个处于关闭位置的分隔门172，每端各一个。当火车接近隧道171时，第一扇门172打开，容许火车穿过，随后便关闭。随着火车接近隧道的末端，第二扇门开启，让火车出去。已安装在隧道外面的一台或多台低氧发生器173向隧道171内部供应低氧空气。氧含量介于14～15％的低氧空气由发生器产生，然后经由管道174和喷嘴175送到隧道171内。这在隧道内维持一种恒定灭火环境并将其传送到火车内部，因为火车内部也变成与低氧空气通风的了。

门172可做成不同形状，例如滑动门、摆动门或折叠门，垂直或横向开启的。此种门可从许多制造商购得。门应安装在隧道内部大约10～20m处，以防止它们被冰雪堵住。电接触电缆176可在门172或其他连接和障碍物处断开。

图18表示该隧道的进口的正视图，其中门172关闭着。

图19给出滑雪轨道车隧道171，类似于奥地利Kaprun的那个(2000年11月159人死于火灾)的示意图。长达3.3km，该3.6m直径的隧道具有39°的平均坡度。这造成从隧道底部抽吸空气的烟囱效应，从而起到给火焰煽风的作用。

门192将阻止此种抽吸，从而将防火环境保持在隧道191内。通过管道194和均匀分布(每隔50m)的排放喷嘴195，低氧发生器193将给隧道提供15～16％氧含量的可呼吸灭火组合物。自动门192在火车驶近时打开，类似于上面的实施方案的门172。

另外，提取处理期间产生的富氧级分可送往废水处理场、养鱼、冶炼厂、用于纸的漂白和食品加工厂以及其他行业，从而为当地经济提供巨大效益。

图20显示客运列车、公共汽车、地铁车厢以及其他客运机动车用的On-Board(车载)FirePASS系统示意图。

该实施方案提供在铁路客运车厢201内的灭火系统设施。一种装满低氧灭火剂的高压贮存容器202安装在车厢天花板下面或车厢201的顶上。容器202配备连接在分配管道203上的排放阀。低氧灭火剂于是通过排放喷嘴204排出。

当探测到火情时，爆破片式排放阀(未画出)将由电爆式引发器启动。爆破片式排放阀和电爆式引发器可从美国的Kidde-Fenwal公司购得。合适的容器、管道和喷嘴也可从许多制造商获得。

氧含量低于低氧阈值的低氧灭火剂贮存在约100bar表压下的容器202中。可使用低得多的氧浓度(0.01～10％O2)，因为很容易计算出一旦释放后为造成低氧阈值可呼吸灭火环境所需要的该灭火剂的体积。此种较低的氧含量容许减少高压贮存容器202的容积和重量。

例如：为达到在16％氧浓度条件下灭火的目的，内部容积200m³的车厢或公共汽车将要求75m³氧含量为2％的低氧气体混合物。在100大气压压力下，它将仅要求700L贮存容器或7个100L容器。后一种容器在车厢201中安装起来要容易得多。纯氮也可使用，只要它通过大量喷嘴释放出来，以便更好地分布。在此种情况下，车厢内的氧含量必须维持在12％～16％。这将仅要求60m³氮气。它可贮存在600L、100大气压下的容器(或者300L、200大气压压力下的容器)中。

所有喷嘴必须配备消音器，以降低高压气体释放造成的噪音。

On-Board FirePASS可安装在公共汽车、渡轮、缆车以及其他客运机动车上。个人汽车灭火系统也可采用同一解决方案建造。

在飞行中的飞机上成功地灭火极其困难，因为此种火灾大多数由飞机内部的电气缺陷引起。

为减轻重量，飞机的结构不足以结实到在海平面进行充压。结果，所有客机都在2～3km的海拔才充压。这可缩小飞机在飞行中内外大气之间的压差。这样一来，飞机内部的气氛将具有较低氧分压。然而，内部气氛依然具有20.94％的氧含量。因此，为达到防火状态(低氧阈值)，势必要造成一种对应于大约4km海拔的气氛。这对于大多数乘客将十分不舒服。此种不幸的状态限制了防火模式FirePASS在当前客机上的应用。

图21显示FirePASS技术在客机211的通风系统中的实施方案。所有此种飞机都依赖外部大气取得新鲜空气。这要求复杂的空气吸入系统，在此将不做描述。带有分配管道212和喷嘴213的通风系统提供一种回风(连同少量新鲜空气)的常态混合物。管道212与充满低氧灭火剂的高压贮存容器214连通。容器214配备了释放阀，由前面图20中所示实施方案中描述的电爆式装置启动。

一旦发生火灾，机上火灾/烟雾探测系统将提供信号，开启由电爆式装置致动的爆破式片阀。低氧灭火剂释放到通风系统中，并均匀地分布在整个飞机内。图21的上部表示低氧空气沿着飞机内的运动。释放出的低氧灭火剂的数量必须在整个飞机内提供低氧阈值。来自火灾/烟雾探测系统的信号还将关闭允许新鲜空气进入飞机的吸入阀。装有约50bar表压的低氧灭火剂的贮存容器(或多个容器214)应配备梯度释放阀和消音器。

多余的内部气氛通过压敏泄压阀215从飞机中放出，而该压敏阀则由飞机内压力的增加启动。这将在机内提供足够的空气变化，将烟雾或有毒烟气从火源移出。机舱内气氛此时将处在低氧阈值并将适合呼吸有限的时间，即使对病人和老人而言。此种有限呼吸时间将足够了，因为火灾将在几秒钟的时间内扑灭。然而，若在低氧环境中的暴露不得不拖长的话，氧气面罩的同时释放将使得乘客保持舒适。为抵消低氧对人体的影响，必要数量二氧化碳可加入到正在释放中的低氧灭火剂中，这将造成一种含4％～5％二氧化碳的可呼吸灭火气氛。这样做将使得此种气氛能够安全地维持数小时，而不会出现任何不舒适或使乘客健康受威胁。补加二氧化碳的效应在图33和34中做了进一步解释。

此种灭火方法将立即扑灭任何火情。即便由残余阴燃产生的烟雾也将被消除。结果，机上人员的安全将得到保证。

图22给出下一代将在地球大气层上空飞行的飞机(包括宇宙飞船)上的FirePASS系统。此种交通工具类似于NASA的航天飞机，其不依赖新鲜空气的吸入，因为它们配备了自成一体的空气再生系统。因此，此类交通工具可在海平面处充压。

几十年来，NASA(以及其他空间署)的研究人员一直在探索找出一种扑灭空间飞行器(和空间站)内火灾的人类友好解决方案。目前可供采用的最先进灭火技术采用二氧化碳作为灭火剂。采用二氧化碳的优点是它很容易由生命支持系统中使用的吸收剂从密闭的气氛中除掉。然而，二氧化碳的主要缺点是，它一旦释放，气氛将变得不可呼吸。

FirePASS系统在此种飞机(或航天飞机221)上的实施方案要求一开始就建立和维持机内气氛处于低氧阈值。在地面上，飞机221由移动式FirePASS发生器222供应低氧空气进行了全面通风。乘客可与此同时经过前厅式(antechamber-type)大门登机。

一旦完成充分的空气交换之后，气氛将处于低氧阈值。飞机221的门此时便可关闭，同时舱内可充压。这时，内部气氛将由自成一体的空气再生系统223进行循环。此种系统223包含特殊化学吸收剂(一种复杂的锂和钾超氧化物的组合物)，其吸收二氧化碳，并产生氧气。控制系统被设定在维持要求水平(建议15％)的氧含量。

此种FirePASS技术的主要好处之一是它可轻易地安装到此种性质的飞行器中，因为将不需要任何硬件修改。该环境可通过增加内部气氛中的氮含量来改变。空气控制系统可重新编程以便使人工气氛保持在或低于低氧阈值的水平。此种低氧组合物将提供有益健康、舒适、100％防火保护的环境。

其他惰性气体如氩气和氙气等(或其混合物)也可用于其中，作为灭火压载物。然而，低氧阈值将因气体混合物种类而各异。

同样的防火组合物也适合所有气密物体，包括空间站、星际移民点和水下/地下设施。将来，大多数建筑物将包含通过建立起一种氧含量低于16.8％的低氧环境而具有防火保护作用的人工气氛。

图23显示一种具有人工气氛的密闭物体。物体内部的生命支持系统(未画出)包括自成一体的空气再生系统231，维持着处于低氧阈值的健康、舒适的环境。

再生机组232通过空气吸入口233和管道234收集呼出的空气。该机组232上的设备除掉部分水并将其送到主生命支持系统的水再生机组中。脱湿的空气送到机组的再生吸收剂232，在此多余二氧化碳被吸收。另外，加入适当数量氧气，从而保证内部气氛维持在低氧阈值。电脑化控制装置235维持着空气供应系统237中的温度、湿度和氧/二氧化碳平衡。喷嘴238均匀地分布在整个密闭空间中，或者在每个密闭隔舱中。补充的氧气(以及氮气，需要的话)贮存在容器239中。然而，此种氮气惰性压载物一旦引入到内部气氛中，就将一直呆在其中，而不需要进一步再生。此种压载物将自动地防止氧含量升高到超过最初设定值，从而在电脑化控制设备发生故障时提供附加安全作用。

同样的可呼吸防火组合物可用于深水、地下和水下设施、空间和星际站中。此类环境具有一个共同点：它们不能依靠外部大气来通风或交换空气。此种环境中的火灾极其危险并且难以扑灭。氧气一般通过化学、生物或电解手段产生。在现代宇宙飞船(或空间站)中，氧气必须在升空前贮存在机内。

倘若维持恒定低氧环境(防火模式)行不通，则系统可维持在其灭火模式。于是，当需要时再将它引入。视该环境的大小而定，可将机舱分隔为若干灭火区。局域化可通过用可吹胀空气幕墙、密闭门或舱门将环境分隔为不同的段。一旦发生火灾，必要数量低氧灭火剂将引入到该局域化的段中，从而瞬间造成一种低氧阈值下的低氧环境。

图24显示FirePASS技术在军用车辆的自成一体空气再生系统中的实施方案。坦克241具有气密密封的环境，其内部是处于低氧阈值的可呼吸气氛。此种系统的工作原理与前面实施方案(图23)中描述的一样。

空气再生系统242采用化学吸收剂吸收二氧化碳并释放适当数量氧气。这将维持车辆内部的气氛处于低于低氧阈值(优选12～13％)的状态。军事人员通过在Hypoxico公司制造的Hypoxic Room System(或Hypoxic Tent System)中睡觉很容易就适应此种环境。

同样的概念适用于军用飞机、潜艇以及其他交通工具。在军用运载工具中采用低氧、灭火组合物的主要优点之一是，即便在车辆被弹药穿透的情况下，它为给战士提供火灾安全的内部环境。低氧防火组合物和采用FirePASS技术的方法保证在任何情况下都不会起火。

图25是采用可呼吸低氧防火组合物作为其永久内部气氛的空间站251的示意图。空气再生系统252不断地收集站上的居民呼出的空气。然后，它提供氧含量等于或低于低氧阈值(建议，15％的水平)的舒适、防火气氛。此种系统的工作原理示意地表示在图23中。

在气密人居环境中采用可呼吸、防火组合物的最大优点是它能够自动地维持低氧阈值。一旦引入，该低氧组合物中的惰性氮气将永远呆在此种人工气氛中，保持其原来的浓度——不需要再灌注或再生。它不会被居民消耗或者被空气再生系统吸附。这一因素将在恒定表压的气密人工气氛中自动地维持低氧阈值(或更低的可呼吸范围的氧气)。

图26给出海轮261，如油轮、货船、游轮或军舰的示意图。船将无法用防火气氛保护起来，因为某些房间必须经常以常氧空气通风。因此，Marine FirePASS必须安装成双模式的。Fire PASS(操作在其灭火模式)可保护经常打开和/或通风的房间。下面是在给定区域的适当操作模式的简单列表：

-灭火回路(例如，机器和上层甲板人员房间)

-防火回路(例如，军舰上的液体或干货区、军械、电脑中心和硬件贮存房间)

Marine FirePASS由低氧发生器262组成，它吸入环境空气并通过防火回路263供应可呼吸的低氧防火组合物。排放喷嘴264位于每个装货或军用硬件隔舱中。该系统通过连续供应氧含量低于低氧阈值的空气恒定地保持一种防火气氛。多余空气通过简单的通风口或均压阀(未画出)排出。

Marine FirePASS的灭火回路由高压容器265、压缩机266和分配管道267组成。喷嘴268位于每个房间，外加该回路包括的任何另外的区域内。

Marine FirePASS的工作原理示意地表示在图27中。发生器262吸入环境空气，提取氧气，然后将氧气耗损了的级分供应给防火回路271。覆盖的区域272用新鲜低氧空气恒定地通风，然后风经过通风口273离开被保护的环境272。

该灭火组合物由贮存容器265中的压缩机266保持在高压。当出现火灾时，前面描述的电爆式引发器启动释放阀274。这将导致低氧灭火组合物从容器265置换(或稀释)灭火回路区域275中的气氛。结果，一种氧含量低于低氧阈值(优选介于10％～14％)的可呼吸灭火气氛沿该回路到处建立起来。

先进的飞机灭火系统

本文剩下的部分所描述的Aircraft Fire Suppression(AFSS)(飞机灭火系统)代表一种任何飞机，特别是要求在2～3km海拔充压的当代客机机上灭火问题的成本效益好、高度可靠和实际的解决方案，它代表着前面图21中所示实施方案的修改。

图28显示一个客机舱281的截面示意图，它具有AFSS(飞机灭火系统)气体灭火剂贮存容器282，安装在天花板后面机身上部凸起部中。

某些飞机设计没有在机身上凸起部内提供足够空间安装容器282。在此种情况下，容器282可安装在机身下凸起部内或者飞机机身的任何地方。容器282可具有任何形式和样子-它可作为绝热板大量安装在飞机外表面底下。就现有飞机而言，为了降低改装成本，它可安装在适合飞机的货运舱的标准空运容器之一中。

容器282的最优选的实施方案由轻质硬塑料、金属或复合材料皮层283组成，它内部装有由薄且轻的合成或复合材料制成的可吹胀软储气袋284。在正常飞机运行期间，储气袋284吹胀，并装有略带压力的可呼吸灭火剂，由较大含量二氧化碳的低氧(氧耗损了的)空气组成。用更确切的术语，该AFSS灭火剂由氧、氮和二氧化碳以及可能外加的大气气体的混合物组成，其中氮气可部分地或全部用其它惰性气体或气体混合物取代。

灭火剂释放后压力舱的可呼吸低氧灭火气氛中的氧含量必须低于低氧阈值16.8％，且优选14％～16％(视机内充压水平而定)，或对某些下面进一步描述的特殊情况来说，可更低。该内部气氛中的二氧化碳含量应介于约4～5％。气体混合物的其余部分(79％～82％)由氮气和其它大气气体组成。

图29示意地表示直接连接在压力舱281内到处分布着的烟雾或热探测器285上的AFSS的工作原理。来自探测器285的信号打开局部自动释放阀286(或一次全部，希望的话)同时也传送到主控制盘，后者自动地开动用于运转AFSS的鼓风机287。为提高系统的可靠性，来自任何一个探测器285的信号应打开全部释放阀286。但在某些情况下，首先探测到火情或烟雾的那个探测器285可仅打开局部阀或阀组286。

释放阀286的打开导致低氧灭火剂从储气袋284迅速释放到压力舱281中。与此同时，高效鼓风机287通过空气收集系统289从压力舱吸入被烟雾污染的空气并将其压缩到容器282中，从而使储气袋284彻底放气并迫使全部数量低氧灭火剂挤出袋284，通过管道288和释放阀286进入压力舱281。

作为一种选择，为从舱内空气中除掉痕量烟雾或其他高温热解产物，由鼓风机287操作的空气收集系统289可在即使储气袋284完全放气后仍继续运转。在此种情况下，容器282中的压力将升高到某一由任选的泄压阀(这里未画出)控制的数值，从而将多余气体混合物释放到外界大气中。

飞机正常运转期间，容器282通过鼓风机287与压力舱281连通，从而使其压力在飞行期间得到均衡。

建议低氧剂应同时地释放到所有舱空间中。然而，为缩小容器282的尺寸，低氧灭火剂的释放可局限于探测到烟雾或火情的空间。由于AFSS的反应时间小于1s，这应足以扑灭局部火灾。需要的话，压力舱281也可由分隔幕墙分隔为不同的段，如同图11、15和16中所示的实施方案中所描述的那样。

每一个排放喷嘴286都配备具有电气或电爆式引发器的释放阀。在发生电力故障时手动操作也可以——机组人员可拉开最近的释放阀，需要的话。合适的电磁阀或爆破片式阀、引发器和探测器可从许多消防设备供应商那里购得。

通常安装在飞机中的泄压阀290，提供一种在低氧灭火剂释放期间使机舱281内的表压保持在安全极限之内的作用。当AFSS启动时，必须关闭舱11的通风系统(由于太复杂，这里未画出)。5～10min后，通风系统可重新启动，这样的时间将足以探测被扑灭的火源并防止它重新点燃。

图29表示的是AFSS在刚展开的情况，图30表示同一实施方案在接近结束时的情景，这时储气袋284几乎完全放气，火灾已被扑灭。

为简化AFSS，局部排放喷嘴阀286可换成一个位于递送管道288上部的主阀，如同图31和32所示的那样。

图31和32中表示的实施方案显示相同的解决方案，但采用两个可吹胀袋302或303，安装在非气密容器或架子304中，其作用仅在于将这两个袋子保持在正确位置。当AFSS展开后，鼓风机307将空气从舱301泵入起初已放气的袋子303中。在吹胀期间，袋子303对已经开始通过阀311和喷嘴306排放低氧灭火剂的袋子302施加压力。阀311由来自火灾/烟雾探测器305的信号打开或由机组人员手动打开。不断吹胀的袋子303将使袋子302完全放气，从而将全部气体赶出系统。泄压阀310将保证舱301中所要求的压力。

可呼吸灭火剂应在机上准备好，可能的话，足够舱内空气完全交换的数量听候使用。灭火剂中的初始氧含量及其在袋子14中的贮存压力可以改变。这取决于机上可用的贮存空间。在任何情况下，这些参数都需要计算以满足：当灭火剂释放时，它将在机内提供氧含量为约15％的灭火气氛。气体贮存压力可从标准大气压直至2～3bar或更高。

一旦AFSS展开，舱内的新鲜空气供应系统必须自动关闭。还建议在其余的航程中不再使用它。这将有利于保持该灭火气氛以防死灰复燃，因为重新燃烧的事情在电气起火事故中常常发生。新鲜空气可按精确控制的数量加入，以保持舱内气氛中的氧含量介于15％～16％之间。

需要的话，可利用Hypoxico公司制造的机载低氧发生器在飞行中产生低氧灭火剂，或者可由地面服务车辆222，如图22所示，重新灌注该系统。该车辆配备了低氧发生器和二氧化碳储存钢瓶。低氧发生器的工作原理在本文前面部分以及在上面援引的以往专利申请中做了全面描述。车辆222提供有关AFSS的地面服务，并且需要的话，向该系统重新灌注可呼吸灭火组合物。该组合物由以环境空气为原料现场产生的低氧空气气体混合物与添加到混合物中的二氧化碳组成。低氧发生器采用分子筛吸附技术从环境空气中提取精确份数的氧气，并提供精确氧含量的氧耗损空气。灭火组合物中的氧浓度可从16％变化到低至1％或更低，并且总是经过预先确定，以便释放时机舱内气氛将保护大约15％氧气(对军用飞机，可能更低)。

2.5km表压、15％含氧量的低氧气氛对于一般公众(即便不补充氧气)维持到找出并控制火源(至少15分钟)，或等飞机下降到较低海拔从而增加机内表压以抵消低氧效应所需时间，是绝对安全的。

然而，仅仅4～5％二氧化碳在低氧气体混合物中的加入将允许灭火低氧气氛持续数小时而对乘客健康没有不利副作用。

图33给出的曲线图展示在下列两种情况下，血红素的氧饱和度随着吸入空气中氧含量从环境的20.9％下降到10％的变化情况：

a)环境大气二氧化碳含量0.035％，以及

b)当二氧化碳含量提高到4％时。

这一曲线图被NASA主持的广泛研究项目“长时间耐受严重缺氧期间CO2-O2的相互作用”，1995年，宾夕法尼亚医疗中心(Lambertsen，C.J.)的结果所证实。

曲线R展示，在暴露于吸入空气具有环境大气二氧化碳含量和10％O2的条件期间，动脉氧血红素饱和度从98％下降到约70％。

曲线S代表，当4％CO2加入到具有10％O2的低氧气体混合物中时，人体对在缺氧中恢复正常二氧化碳(normocapnia)所产生的生理学响应。它清楚地显示二氧化碳诱导对低氧的快速生理学适应的有效性。

根据NASA的研究报告：“ …二氧化碳能够通过使脑血管扩张提高脑血流和氧合作用。此种提高的血(氧)流量提供一种对否则将无法忍受的缺氧程度的快速、有益的适应”

“在低氧暴露中，动脉二氧化碳分压的增加可支撑大脑的氧合与精神表现”。

所有这些都证实，在可呼吸低氧灭火剂中加入4～5％二氧化碳可提供保证：此种灭火剂在飞机上的使用是绝对安全的。再者，大量研究人员证实，对此种高二氧化碳水平的暴露持续许多天，不会对人体器官产生任何有害作用。

图34显示代表对在2.5km海拔暴露于本发明可呼吸低氧灭火组合物造成的平均生理学响应，该海拔对应于在现代客机上因在此海拔高度充压产生的表压。

在飞行中，血红素的平均氧饱和度为约96％。可呼吸低氧灭火气体混合物释放约20min后，动脉氧血红素饱和度可降低到平均93％，正如图中曲线Q所示，条件是气体混合物含有约15％O2和4％CO2。此种微不足道的氧血红素饱和度的下降可在海平面处中等强度锻炼期间观察到，并且是绝对安全的。

AFSS容许需要时在其余飞行中保持低氧、阻火环境，只需简单地保持新鲜空气吸入和压力舱的通风系统都处于关闭。新鲜空气可自动地以有限数量加入，以便将机舱内的氧含量维持在约16％的水平。此种自动系统很容易通过安装氧传感器建立起来。

目前，新复合材料已经允许将飞机设计得更结实、更轻，而不需要通过在较高海拔充压来降低内部气氛的压力。此种飞机将在飞行期间在机内提供一种标准大气压压力且还可应付内部压力的略微提高。AFSS在此种飞机上的展开将诱导动脉氧血红素从98％到约95％这样一种平均降低，而乘客将几乎察觉不到这样的变化。

本发明Hypoxic FirePASS、AFSS和可呼吸低氧灭火组合物可用于任何密闭人居空间，包括但不限于：数据处理、通讯开关、工艺控制和国际互联网服务商用的房间，银行/金融机构、博物馆、档案馆、图书馆和美术馆、军事和深水设施、客机/军用飞机、空间飞行器/空间站、地下/水下设施；海轮；操作可燃/易爆材料的设施、核电站、交通隧道和机动车、公寓和办公综合大楼、医院、私人住宅以及其他用于生活、工作、旅行、运动、娱乐和其他人类活动的隔绝的人居目标。进一步信息将查询：www.firepass.com。

Claims

2.权利要求1的组合物，其中所述可呼吸的防火气氛包含水蒸汽、二氧化碳或其他大气气体，以呼吸可接受的含量存在。

3.以上权利要求中任何一项的组合物，其中所述灭火剂包含数量足以抵消人体缺氧的二氧化碳，以便当该灭火剂释放时，它提供氧含量最高达16％且二氧化碳含量最高达5％～10％的可呼吸灭火气氛。

4.权利要求1的组合物，其中氮气部分地或全部地被其它惰性气体或具有惰性的气体混合物取代。

6.权利要求5的系统，其中所述氧提取装置(20、50、92、102、111、132、143、173、193、262)的出口另外还与高压贮存容器(97、104、112、153、265)连通，以便提供足够供应量的所述灭火组合物，它可释放到所述内部环境中扑灭火灾。

7.权利要求5的系统，其中所述生命支持系统具有空气再生组件，其从所述可呼吸防火组合物中除掉多余湿气、二氧化碳、灰尘或其他人类活动的气态产物；

所述压载物自动地防止氧气含量升高超过17％。

9.权利要求8的系统，其中所述气体容器包含处于高表压，优选高于10bar的所述灭火组合物，并在接到来自火灾和烟雾探测设备(98、125、159、285、305)的信号时释放该灭火组合物。

10.权利要求8或9的系统，其中所述容器具有释放阀(107、123、274、286、311)，其由引发器启动，引发器由所述信号激活；

11.权利要求6或8的系统，其中所述容器(97、104、112、153、265)与氧提取装置(92、102、111、157、262)结合安装在一起并从该装置中接受所述气体组合物，该组合物由所述装置和/或中间高压压缩机(103、158、266)恒定地保持在选择的表压下。

12.权利要求6或8的系统，其中所述容器是自成一体、独立安装的容器(122、202、214)，具有各自的火灾和/或烟雾探测系统，在出现火情时将引发所述气体组合物的释放。

13.权利要求6或8的系统，所述系统包括许多间隔物(115，155)从而围成内部环境的选择段(A、B、C、D)；所述间隔物在出现火情时可选择性地关闭，以便当关闭时，各段彼此之间以及与外部隔绝。

14.权利要求13的系统，其中所述多个间隔物(115，155)为正常时维持放气状态并折叠在整个内部环境各处天花板下面的卷帘盒(116，156)中的幕墙；

15.权利要求8的系统，其中所述内部环境为飞机内部；所述灭火组合物是氧、氮和二氧化碳的混合物，其中氧浓度高于10％并且低于16％，二氧化碳含量高于5％；

16.权利要求15的系统，其中所述贮存容器为弹性贮存容器(284)，它被最高至所要求压力的所述灭火组合物吹胀并位于通过空气泵送装置(287)与飞机内部连通的气密刚性容器(282)中；

17.权利要求16的系统，其中所述贮存容器为弹性贮存容器(302)，它被最高至所要求压力的所述灭火组合物吹胀并位于非气密刚性容器(304)中，在后者内部具有附加弹性容器(303)，该容器是放了气的并通过空气泵送装置(307)与飞机内部(301)连通，当探测到烟雾和火情时，空气泵送装置(307)开始将被污染空气从飞机内部泵送到所述附加的、放了气的容器(303)中，后者一边被吹胀一边对贮存容器(302)施加正压并迫使全部灭火剂流出该贮存容器。

18.一种在密闭空间内提供可呼吸的防火或灭火气氛的方法，其特征在于，权利要求1～4中任何一项的低氧防火或灭火组合物被释放到该密闭人居空间中。

19.权利要求18的方法，其中密闭空间的空气完全或部分地被所述气体混合物置换，从而形成一种持续可呼吸的防火气氛，其氧含量高于12％且低于18％，氮含量低于88％，

20.权利要求18的方法，其中密闭空间的空气完全或部分地被所述气体混合物置换，从而形成一种可呼吸的防火气氛，其氧含量高于10％且低于16.8％，氮含量低于90％。