防火閥專利技術(shù)綜述

徐正輝

摘要：防火閥能夠起到防止火災(zāi)蔓延、減小火災(zāi)損失的作用，其對(duì)密封、耐高溫、材料、閥門(mén)控制等方面的性能提出了極高的要求。本文從專利分析的視角，對(duì)防火閥的申請(qǐng)趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外專利研究現(xiàn)狀、重點(diǎn)研究技術(shù)進(jìn)行了全面的分析，闡明了各類防火閥的優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)的重點(diǎn)方向，為防火閥技術(shù)的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：防火閥;火災(zāi);專利分析

1 防火閥研究現(xiàn)狀

防火閥歷經(jīng)上百年的發(fā)展，目前可大致分為五種結(jié)構(gòu)形式，包括折疊簾式、單葉片式、多葉片式、錐形閥式、膨脹式。早期的防火閥性能較差，隨著密封、耐高溫、材料、閥門(mén)控制等領(lǐng)域科技的進(jìn)步，防火閥在性能上也逐漸得到完善，目前對(duì)防火閥性能方面的要求主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：常溫下漏風(fēng)、耐火性能（完整性、隔熱性、漏煙量、和閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間）、耐腐蝕性、可靠性、空氣動(dòng)力性能（閥葉漏風(fēng)量、閥體漏風(fēng)量、閥門(mén)流速/壓力阻力特性、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、熱傳導(dǎo)）。

2 防火閥全球?qū)＠治?/p>

本文通過(guò)專利檢索分析系統(tǒng)對(duì)1967年-2017年的國(guó)內(nèi)外防火閥專利進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究的專利數(shù)量為1840篇，涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括閥門(mén)、消防、空氣調(diào)節(jié)、通風(fēng)、管道、建筑等領(lǐng)域。

2.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

國(guó)外防火閥相關(guān)的專利申請(qǐng)，在1962年前，專利申請(qǐng)量較少，總共才15件，主要申請(qǐng)?jiān)谟?guó)和美國(guó);1967-1976年間，專利申請(qǐng)量大幅上升，主要在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，是1910-1962年間總量的三倍多，防火閥相關(guān)技術(shù)得到了較大的發(fā)展，防火閥也得到了大規(guī)模的應(yīng)用;1977-2017年間，防火閥技術(shù)日趨成熟，申請(qǐng)量持續(xù)保持在較高的水平，年申請(qǐng)量最多可達(dá)60件。

國(guó)內(nèi)防火閥相關(guān)的專利申請(qǐng)量總體呈上升趨勢(shì)，在2002年前，專利申請(qǐng)量較少，總共才14件;2002-2009年間，專利申請(qǐng)量穩(wěn)步上升，年申請(qǐng)量保持在10件左右的水平，比國(guó)外同期年申請(qǐng)量低; 2010-2017年間，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)，并逐漸穩(wěn)定在每年60-90件申請(qǐng)量，遠(yuǎn)高于國(guó)外同期10-40件的水平。

國(guó)外在防火閥的研究上要早于國(guó)內(nèi)，在2010年以前，國(guó)外申請(qǐng)量也多于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量，在2010年以后，國(guó)外防火閥技術(shù)趨于成熟，申請(qǐng)量呈下降趨勢(shì)，而國(guó)內(nèi)進(jìn)入快速發(fā)展期，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)。

2.2專利申請(qǐng)人分析

（1）全球?qū)＠暾?qǐng)人分析

在統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，中國(guó)在專利申請(qǐng)量占比最大，達(dá)到23%，德國(guó)以16%的申請(qǐng)量占據(jù)第二位，美國(guó)以11%位列第三，歐局、英國(guó)、法國(guó)、日本分別占據(jù)5%-7%之間，相關(guān)專利申請(qǐng)區(qū)域分布具有一定的差距，中國(guó)的防火閥相關(guān)技術(shù)發(fā)展時(shí)間遠(yuǎn)小于其他國(guó)家，但是專利申請(qǐng)量卻躍居第一，并呈現(xiàn)不斷拉開(kāi)差距的趨勢(shì)，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人正在加大對(duì)防火閥領(lǐng)域的研究力度。

全球范圍內(nèi)，申請(qǐng)量較多的申請(qǐng)人主要是國(guó)外申請(qǐng)人，但是申請(qǐng)量最大的申請(qǐng)人，其專利申請(qǐng)量也只占據(jù)全球?qū)＠偭康?%左右，即使排名前12名申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)總量也只達(dá)到全球?qū)＠偭康?2%，這表明，防火閥技術(shù)研究和專利申請(qǐng)呈現(xiàn)百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的景象，申請(qǐng)人分布較為分散。

（2）國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)人分析

在防火閥的中國(guó)專利申請(qǐng)中，企業(yè)申請(qǐng)占比最大，為57%，個(gè)人申請(qǐng)占比39%，而科研院校占比為4%，由此可以看出，在防火閥這一技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)是申請(qǐng)的主體，由于防火閥在工程上應(yīng)用廣泛，有著廣大的市場(chǎng)需求，因此，企業(yè)對(duì)防火閥領(lǐng)域的研究十分重視。

在防火閥領(lǐng)域，申請(qǐng)人主要集中在江浙一帶，占據(jù)全國(guó)申請(qǐng)總量的44%，以企業(yè)申請(qǐng)人居多，這些申請(qǐng)人涉及的領(lǐng)域主要包括空調(diào)、水暖、環(huán)保、通風(fēng)、消防、建筑等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域均是防火閥應(yīng)用較多的領(lǐng)域，表明了國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視。

國(guó)內(nèi)在防火閥領(lǐng)域申請(qǐng)量最多的申請(qǐng)人寧波東靈水暖空調(diào)配件有限公司，其申請(qǐng)量占據(jù)全國(guó)申請(qǐng)量的6%，這與全球申請(qǐng)量的分布具有相同的特征，申請(qǐng)人分布較為分散。

3 重點(diǎn)技術(shù)分析

防火閥至少要滿足兩個(gè)條件：（1）在發(fā)生火災(zāi)后，防火閥能夠及時(shí)關(guān)閉，控制機(jī)構(gòu)或觸發(fā)元件必須及時(shí)反應(yīng)，即防火閥的關(guān)閉動(dòng)作必須可靠;（2）在防火閥關(guān)閉后，其處于火災(zāi)高溫環(huán)境下，防火閥的密封必須可靠，其閥元件或密封元件能夠承受高溫，有效的防止火災(zāi)蔓延。

3.1防火閥密封性

早期的防火閥由于硬密封技術(shù)不太成熟，采用軟密封的防火閥較多，而常規(guī)的軟密封在高溫下容易損毀，后來(lái)，隨著防火閥相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)防火閥性能要求的提高，硬密封形式逐漸成為主流。

百葉窗是目前最常見(jiàn)的防火閥密封結(jié)構(gòu)，其可通過(guò)操作機(jī)構(gòu)同步操控多個(gè)金屬葉片相互抵接進(jìn)行密封，正常情況下，各個(gè)葉片處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度升高，操作結(jié)構(gòu)被激發(fā)，帶動(dòng)各個(gè)葉片同步轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片端部通常設(shè)置為曲折形狀，相鄰葉片的邊緣之間相互配合抵接，從而關(guān)閉閥門(mén)，這種密封方式舍棄了軟密封結(jié)構(gòu)，采用了硬密封結(jié)構(gòu)，但是葉片通常具有一定的硬度以抵抗高溫變形或熱浪沖擊，其端部硬度和厚度偏大，在進(jìn)行密封時(shí)，葉片端部之間不能夠很好的相互貼合，導(dǎo)致密封性能較差。

最新的百葉窗防火閥，在密封性能上做了進(jìn)一步改進(jìn)，在葉片端部設(shè)置了不銹鋼密封片，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，閥門(mén)受熱關(guān)閉，葉片端部相互抵接，端部的不銹鋼密封片在高溫下發(fā)生膨脹，能夠起到較好的高溫密封效果。

3.2 控制機(jī)構(gòu)

防火閥一般不需人工操控，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)要能夠及時(shí)關(guān)閉，否則容易造成火災(zāi)蔓延，這就對(duì)防火閥操作機(jī)構(gòu)的靈敏性和可靠性提出了很高的要求，目前的控制機(jī)構(gòu)主要分為機(jī)械式的控制機(jī)構(gòu)和電子式控制機(jī)構(gòu)。

（1）機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)

機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)主要是利用高溫可熔性材料來(lái)感應(yīng)溫度的變化，該可熔性材料將閥門(mén)保持在開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該可熔性材料失效，使得閥門(mén)從開(kāi)啟狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，機(jī)械控制具有穩(wěn)定性好，對(duì)溫度變化敏感，無(wú)需人工干預(yù)，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是復(fù)位操作麻煩。

（2）電子式控制機(jī)構(gòu)

隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步，其在防火閥控制上的應(yīng)用也逐漸增多，主要原理為采用電子探測(cè)設(shè)備來(lái)感知溫度的變化，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電子探測(cè)器感測(cè)到溫度的變化，將信號(hào)傳導(dǎo)到控制器，控制器接收到信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)裝置工作，將閥門(mén)關(guān)閉，在需要打開(kāi)閥門(mén)的時(shí)候，也可以通過(guò)向控制器發(fā)送信號(hào)，使閥門(mén)打開(kāi)，電子式的控制方式具有操作方便，便于開(kāi)閉，但是存在控制器失效的風(fēng)險(xiǎn)，可靠性稍差。

（3）混合控制機(jī)構(gòu)

機(jī)械式或電子式控制機(jī)構(gòu)均有其局限性，機(jī)械式的更加可靠，但是操作麻煩;電子式的操作方便，但是在斷電情況下將無(wú)法工作;因而，機(jī)械式和電子式的混合控制機(jī)構(gòu)能夠起到更好的效果，使用更加方便，具有機(jī)械室與電子式的雙重優(yōu)點(diǎn)。

4 小結(jié)

防火閥在消防、建筑、空調(diào)、水暖、環(huán)保、通風(fēng)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，目前主流的防火閥，仍然是機(jī)械式防火閥，其具有成本低、溫度敏感性高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，其在結(jié)構(gòu)、控制、密封方面的研究已經(jīng)比較成熟;防火閥從最初的軟密封結(jié)構(gòu)發(fā)展到硬密封，從機(jī)械控制發(fā)展到電子式最后到混合式控制，在防火性能和可靠性上有了顯著的提升，但是，防火安全問(wèn)題仍然時(shí)時(shí)存在，需要對(duì)防火閥相關(guān)技術(shù)開(kāi)展進(jìn)一步研究，尤其是在密封和控制機(jī)構(gòu)的可靠性方面，提升防火閥的安全保障功能。