防火阀专利技术综述

徐正辉

摘要：防火阀能够起到防止火灾蔓延、减小火灾损失的作用，其对密封、耐高温、材料、阀门控制等方面的性能提出了极高的要求。本文从专利分析的视角，对防火阀的申请趋势、国内外专利研究现状、重点研究技术进行了全面的分析，阐明了各类防火阀的优缺点和改进的重点方向，为防火阀技术的研究提供参考。

关键词：防火阀;火灾;专利分析

1 防火阀研究现状

防火阀历经上百年的发展，目前可大致分为五种结构形式，包括折叠帘式、单叶片式、多叶片式、锥形阀式、膨胀式。早期的防火阀性能较差，随着密封、耐高温、材料、阀门控制等领域科技的进步，防火阀在性能上也逐渐得到完善，目前对防火阀性能方面的要求主要体现在五个方面：常温下漏风、耐火性能（完整性、隔热性、漏烟量、和阀门动作时间）、耐腐蚀性、可靠性、空气动力性能（阀叶漏风量、阀体漏风量、阀门流速/压力阻力特性、驱动转矩、热传导）。

2 防火阀全球专利分析

本文通过专利检索分析系统对1967年-2017年的国内外防火阀专利进行了统计分析，研究的专利数量为1840篇，涉及的技术领域包括阀门、消防、空气调节、通风、管道、建筑等领域。

2.1 专利申请趋势分析

国外防火阀相关的专利申请，在1962年前，专利申请量较少，总共才15件，主要申请在英国和美国;1967-1976年间，专利申请量大幅上升，主要在欧美发达国家，是1910-1962年间总量的三倍多，防火阀相关技术得到了较大的发展，防火阀也得到了大规模的应用;1977-2017年间，防火阀技术日趋成熟，申请量持续保持在较高的水平，年申请量最多可达60件。

国内防火阀相关的专利申请量总体呈上升趋势，在2002年前，专利申请量较少，总共才14件;2002-2009年间，专利申请量稳步上升，年申请量保持在10件左右的水平，比国外同期年申请量低; 2010-2017年间，专利申请量呈现大幅度上升趋势，并逐渐稳定在每年60-90件申请量，远高于国外同期10-40件的水平。

国外在防火阀的研究上要早于国内，在2010年以前，国外申请量也多于国内申请量，在2010年以后，国外防火阀技术趋于成熟，申请量呈下降趋势，而国内进入快速发展期，专利申请量呈现大幅度上升趋势。

2.2专利申请人分析

（1）全球专利申请人分析

在统计结果中，中国在专利申请量占比最大，达到23%，德国以16%的申请量占据第二位，美国以11%位列第三，欧局、英国、法国、日本分别占据5%-7%之间，相关专利申请区域分布具有一定的差距，中国的防火阀相关技术发展时间远小于其他国家，但是专利申请量却跃居第一，并呈现不断拉开差距的趋势，这说明国内申请人正在加大对防火阀领域的研究力度。

全球范围内，申请量较多的申请人主要是国外申请人，但是申请量最大的申请人，其专利申请量也只占据全球专利总量的2%左右，即使排名前12名申请人的专利申请总量也只达到全球专利总量的12%，这表明，防火阀技术研究和专利申请呈现百花齐放、百家争鸣的景象，申请人分布较为分散。

（2）国内专利申请人分析

在防火阀的中国专利申请中，企业申请占比最大，为57%，个人申请占比39%，而科研院校占比为4%，由此可以看出，在防火阀这一技术领域，企业是申请的主体，由于防火阀在工程上应用广泛，有着广大的市场需求，因此，企业对防火阀领域的研究十分重视。

在防火阀领域，申请人主要集中在江浙一带，占据全国申请总量的44%，以企业申请人居多，这些申请人涉及的领域主要包括空调、水暖、环保、通风、消防、建筑等领域，这些领域均是防火阀应用较多的领域，表明了国内相关企业对知识产权的重视。

国内在防火阀领域申请量最多的申请人宁波东灵水暖空调配件有限公司，其申请量占据全国申请量的6%，这与全球申请量的分布具有相同的特征，申请人分布较为分散。

3 重点技术分析

防火阀至少要满足两个条件：（1）在发生火灾后，防火阀能够及时关闭，控制机构或触发元件必須及时反应，即防火阀的关闭动作必须可靠;（2）在防火阀关闭后，其处于火灾高温环境下，防火阀的密封必须可靠，其阀元件或密封元件能够承受高温，有效的防止火灾蔓延。

3.1防火阀密封性

早期的防火阀由于硬密封技术不太成熟，采用软密封的防火阀较多，而常规的软密封在高温下容易损毁，后来，随着防火阀相关技术的发展和对防火阀性能要求的提高，硬密封形式逐渐成为主流。

百叶窗是目前最常见的防火阀密封结构，其可通过操作机构同步操控多个金属叶片相互抵接进行密封，正常情况下，各个叶片处于打开状态，当发生火灾时，温度升高，操作结构被激发，带动各个叶片同步转动，叶片端部通常设置为曲折形状，相邻叶片的边缘之间相互配合抵接，从而关闭阀门，这种密封方式舍弃了软密封结构，采用了硬密封结构，但是叶片通常具有一定的硬度以抵抗高温变形或热浪冲击，其端部硬度和厚度偏大，在进行密封时，叶片端部之间不能够很好的相互贴合，导致密封性能较差。

最新的百叶窗防火阀，在密封性能上做了进一步改进，在叶片端部设置了不锈钢密封片，当发生火灾时，阀门受热关闭，叶片端部相互抵接，端部的不锈钢密封片在高温下发生膨胀，能够起到较好的高温密封效果。

3.2 控制机构

防火阀一般不需人工操控，在发生火灾时要能够及时关闭，否则容易造成火灾蔓延，这就对防火阀操作机构的灵敏性和可靠性提出了很高的要求，目前的控制机构主要分为机械式的控制机构和电子式控制机构。

（1）机械式控制机构

机械式控制机构主要是利用高温可熔性材料来感应温度的变化，该可熔性材料将阀门保持在开启状态，当发生火灾时，该可熔性材料失效，使得阀门从开启状态变为关闭状态，机械控制具有稳定性好，对温度变化敏感，无需人工干预，可靠性高的优点，但是复位操作麻烦。

（2）电子式控制机构

随着现代电子设备的发展和进步，其在防火阀控制上的应用也逐渐增多，主要原理为采用电子探测设备来感知温度的变化，当发生火灾时，电子探测器感测到温度的变化，将信号传导到控制器，控制器接收到信号，控制驱动装置工作，将阀门关闭，在需要打开阀门的时候，也可以通过向控制器发送信号，使阀门打开，电子式的控制方式具有操作方便，便于开闭，但是存在控制器失效的风险，可靠性稍差。

（3）混合控制机构

机械式或电子式控制机构均有其局限性，机械式的更加可靠，但是操作麻烦;电子式的操作方便，但是在断电情况下将无法工作;因而，机械式和电子式的混合控制机构能够起到更好的效果，使用更加方便，具有机械室与电子式的双重优点。

4 小结

防火阀在消防、建筑、空调、水暖、环保、通风等领域有广泛的应用，目前主流的防火阀，仍然是机械式防火阀，其具有成本低、温度敏感性高、可靠性高的优点，其在结构、控制、密封方面的研究已经比较成熟;防火阀从最初的软密封结构发展到硬密封，从机械控制发展到电子式最后到混合式控制，在防火性能和可靠性上有了显著的提升，但是，防火安全问题仍然时时存在，需要对防火阀相关技术开展进一步研究，尤其是在密封和控制机构的可靠性方面，提升防火阀的安全保障功能。