DD299098A7

DD299098A7 - Verfahren und vorrichtung zum loeschen von braenden

Info

Publication number: DD299098A7
Application number: DD34228990A
Authority: DD
Inventors: Lothar Dorrn; Gerhard Kottek; Klaus Kuritz
Original assignee: Paedagogische Hochschule "Dr. Theodor Neubauer" Erfurt/Muehlhausen,De
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehoerige Vorrichtung zum Loeschen von Braenden mit Wasser. Sie ist fuer stationaere und auch fuer automatisch mobile Feuerloeschanlagen, insbesondere in Lagern, Schiffskoerpern und Produktionsanlagen anwendbar. Erfindungsgemaesz wird Wasser nach Ausloesung der Schnelloeffnungsventile aus einem Behaelter und Treibgas aus einem Hochdruckbehaelter nach Reduzierung ueber Reduzierventil auf Betriebsdruck ueber ein Rohrleitungssystem mit guenstigerweise zwischengeschalteter Drossel gemeinsam einem nach dem "Vergaserprinzip" arbeitenden Zerstaeuber zugefuehrt und dort in ein disperses Aerosol mit einer maximalen Troepfchengroesze von 2m zerstaeubt. Dieser etwa 10 m weit reichende Aerosolstrahl trifft, ohne dasz die Troepfchen koagulieren, infolge der hohen Geschwindigkeit und groszen kinetischen Energie der Troepfchen direkt auf den Brandherd und loescht das Feuer, wobei der Kuehleffekt des Wassers maximal ausgenutzt wird. Neben der ueblicherweise mit Wasser loeschbaren Brandklasse sind mit der erfinderischen Loesung auch Braende von Fluessigkeiten mit einer Dichte kleiner als Wasser und Braende beim Vorhandensein elektrischer Spannungen loeschbar. Fig. 1{Loeschen; Brand; Feuerloeschanlage; Wasser; Behaelter, stationaer, mobil; Kuehleffekt; Zerstaeuber; Hochdruckbehaelter; Treibgas; Aerosolstrahl}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Feuerlöschanlagen, die auf der Basis von Wasser arbeiten, sind allgemein bekannt und werden vielseitig angewandt (Sprinkler- und Sprühwasseranlagen). Wasser ist nicht nur das bekannteste, sondern auch das bei der Anwendung am wenigsten gosundheitsgefährdendste, verfügbarste und preiswerteste Löschmittel. Allerdings ist es unter Anwendung der bekannten Verfahren nicht für das Löschen von Bränden von Flüssigkeiten mit einer Dichte, die kleiner als die des Wassers ist, und von Bränden unter elektrischen Spannungen geeignet.

Seine Löschwirkung beruht auf dem Kühleffekt durch das Verdampfen des Wassers. Über Düsen wird das Wasser in Tröpfchen der Größe 30pm bis 10OOpm aufgeteilt und als Sprühkegel verteilt. Die Tröpfchen gelangen durch ihre Schwerkraft auf den Brandherd. Ist die Tröpfchengröße jedoch kleiner als 100μιη, dann können sie durch den Wärmeauftrieb nicht bis zum Brandherd vordringen, so daß ihr Anteil an der Abkühlung nicht ausgenutzt werden kann. Die Auslösung von Sprinkleranlagen kann, wie es in der EP-PS Nr.O2O9388 (IPK A62 C35/26) beschrieben ist, mit Druckluftsteuerung oder elektronischer Regelung erfolgen. Für die zu schützende Brandfläche sind sich überdeckende Sprühkegel mit Ao_r = 9m² erforderlich, d.h., die bekannten Feuerlöschanlagen bedürfen eines erheblichen Aufwandes an Rohrnetz und Düsen. Aufgrund der Tröpfchengröße ergibt sich eine Löschzeit von ti = 60... 120s, was einen hohen Wassereinsatz mit den durch ihn bedingten möglichen Folgeschäden nach sich zieht.

In der EP-PS Nr. 0314354 (IPK A62 C31 /02) werden ein Verführen und eine Vorrichtung zur Feuerkontrolle beschrieben, bei der in einer Sprühdüse nichtbrennbares Gas und nichtbrennbare Flüssigkeit im Verhältnis 100:4 vermischt und das . emisch horizontal über mehrere Meter auf den Brandherd gesprüht wird. Die Löschzeit mit dieser hauptsächlich für Flugzeuge entwickelten

Vorrichtung beträgt 40s. Da die Tröpfchen aber verschiedene Durchmesser habnn, entsteht kein homogenes Aerosol, so daß der Löscheffekt des Wassers nicht voll ausgenutzt wird, und die Löschzeit dotiert zu lange, was bei modernen Fertigungsanlagen und Lagern noch unnötig große Verluste als Folge hat.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung für automatisch mobile bzw. stationäre Feuerlöschanlagen zu schaffen, das auf der Basis von Wasser Brände auch aus mehreren Metern Entfernung zielgerichtet und in einer Löschzeit ti :£ 20 s liquidiert. Es sollen auch Brände von Flüssigkeiten mit einer Dichte, die kleiner als die des Wassers ist, und Brände unter elektrischen Spannungen erfolgreich bekämpft werden können. Der Wassereinsatz und der damit verbundene mögliche Folgeschaden soll merklich reduziert und die Anzahl der notwendigen Rohre und Düsen verringert werden.

Wesen dar Erfindung

Aufgabeder Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bekämpfung von Bränden mit Wasser zu schaffen, das den Brand zielgerichtet mit geringem Wasseraufwand und in einer Löschzeit im Bereich von 20s liquidiert und mit einem geringen Aufwand an Rohrleitungen und Düsen auskommt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem nach dem Öffnen der Schnellöffnungsventile Wasser aus einem Vorratsbehälter durch Treibgas aus einem Druckbehälter, das auf 1 MPa reduziert wurde, sowie Treibgas mit einom Betriebsdruck von mindestens 3MPa gemeinsam einem nach dem „Vergaserprinzip" funktionierenden Zerstäuber zugeführt und dort in ein homogenes Wasseraerosol umgewandelt wird, um dann nach Verlassen der Zerstäuberdüsen als freier Wasseraerosolstrahl mit einer Tröpfchingröße von höchstens 2 pm, direkt auf den Brandherd zu gelangen und den Brand zu liquidieren. Der freie Wasseraerosolstrahl tritt dabei mit einer Geschwindigkeit von 20... 40 ms"¹ aus, und so gelangen die Wassertröpfchen wegen der hohen kinetischen Energie ohne zu koagulieren (weil die Brownsche Molekularbewegung laminar gerichtet ist) auch über Entfernungen von 10m bis in die Brandzone, verdampfen dort in einer Zeit von ca. 0,05s/Tröpfchen, entziehen damit dem Brandherd Wärmeenergie und tragen somit zur Löschung des Feuers bei. Bezogen auf die abgeleitete Wärmestromdichte qo eines Brandes mit einer Brandfläche Ag,' = 1 m² wird bei einer Nennweite der Strömungsquerschnitte NW = 12 mm und einer Bevorratung von Treibgas und Wasser in Behältern mit einem Volumen um 21 mit einem Masseverhältnis (Gas/Wasser) r = 1 bis 2 sowie einem Treibgasdruck von p, S 3MPa eine Löschzeit t, < 20s erreicht. Die zugehörige Vorrichtung besteht aus einem Druckbehälter für Treibgas, dem ein Schnellöffnungsventil nachgeschaltet ist, in der Weiterführung aus einem Wasservorratsbehälter, der ebenfalls von einem vorzugsweise elektronisch ansteuerbaren Schnellöffnungsventil geöffnet werden kann und der zu einem nach dem „Vergaserprinzip" funktionierenden Zerstäuber führt. Ein weiterer, ebenfalls mit einem Schnellöffnungsventil betätigbarer Druckbehälter für Treibgas ist direkt mit dem Zerstäuber durch ein Rohr verbunden. Die Summe der Rohrquerschnitte des Treibgas- und Wassereinlasses ist gleich der Austrittsquerschnittsfläche des Zerstäubers. Dem Zerstäuber folgen ein oder mehrere Zerstäuberdüsen. Im Bereich des Wasserbehälters kann zusätzlich ein Wasseranschluß aus einem Wassernetz erfolgen. Als Treibgas kommen neben Luft, CO₂ oder N₂ andere nichtbrennbare und ungiftige Gase oder Gasgemische in Betracht. In die direkte Treibgasleitung zum Zerstäuber kann eine Drossel eingebaut werden, um durch Ausnutzung des Joule-Thomson-Effekts (GM) einen weiteren Abkühlungseffekt zu erreichen, der zur Lösung des Brandes ausgenutzt werden kann.

V³

-> ΔΤ steigt

mit: T,v,p,c, - Zustandsgrößen des realen Gases ·

a, b, R - Gaskonstanten

Bei Einstellung einer niederen Umgebungstempeatur Tu für den Gasdruck und Wasserbehälter kann als disperses Aerosol „Schneenebel" erreicht werden und dadurch eine zusätzliche Nutzung der Schmelzwärme S für den Löscheffekt (ca. 15%) ausgenutzt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel näher erläuten werden. In der zugehörigen Figur 1 wird der schematische Aufbau der Löschvorrichtung gezeigt. Pos. 1 sind die Druckbehälter für das Treibgas mit jeweils nachgeschaltetem Schnellöffnungsventil. Das im Rohrleitungssystem nachfolgende Reduzierventil dient zum Verringern des Betriebsdruckes auf 1 MPa, Am Ausgang des nachfolgenden Wasserbehälters 2 befindet sich ebenfalls ein Schnellöffnungsventil, mit dem auch eine extensive Wasserzuführung verbunden ist. Dia Rohrleitung führt zum Zerstäuber 3, der nach dem „Vergaserprinzip" funktioniert. Direkt verbunden mit dem Zerstäuber ist ein weiter Druckbehälter für Treibgas, der auch durch ein Schnellöffnungsventil öffnet. Dabei ist die Summe der Rohrquerschnitte beim Eingang in den Zerstäuber gleich dem Ausgangsquerschnitt. An den Zerstäuber schließen sich die Zerstäuberdüsen 5, die als Lavaldüsen ausgeführt sind, an. Eine Brandwarn- und Kontrollanlage 4 ist über relevante Sensoren mit dem Ereignisraum verbunden und löst über entsprechende elektronische Schaltungen die Schnellöffnungsventile aus. In den Behältern ist CO₂ mit einem Volumen von 21 und einem Füllfaktor Ff = 0,75 kg Γ¹ mit einem Druck in Abhängigkeit vom p-T-Verhalten und der Umgebungstemperatur jedoch von mindestens 3MPa gespeichert und im Wasserbehälter sind 21 Wasser. Nach dem Auslösen der Schnellöffnungsventile strömt das Treibgas einerseits reduziert auf

1 MPa zum Wasserbehälter und drückt das Wasser zum Zerstäuber durch die Rohrleitung mit einer NW von 12 mm, andererseits strömt es direkt zum Zerstäuber, wo es das Wasser zu einem dispersen Wasseraerosol zerstäubt, dessen maximale Tröpfchengröße d_T » 0,3 pm nicht überschreitet, wenn der Betriebsdruck des Treibgases p_b s 3 MPa beträgt und das Wasser bei einem Druck von 0,6MPa eine Strömungsgeschwindigkeit von 2,8ms"¹ besitzt. Nach Austritt aus den Zerstäuberdüsen gelangt der Wasseraerosolstrahl auf den Brandherd und liquidiert ihn auch aus 10m Entfernung in einer Löschzeit t_t < 20 s, wenn die Brandfläche die Größe Ag,' = 1 m² hat. Die Schnellöffnungsventile erlauben auch ein schnelles Wiederabschalten des Wasserzuflusses.

Bei zu schützenden Räumen mit einer Brandfläche A_Br > A₀,' kann das dargestellte System in mehreren Batterien wiederholt werden. Über Stellantriebe, die mit Sensoren und relevanten elektronischen Schaltungen gekoppelt sind, kann der Aerosolfreistrahl gerichtet das Feuer bekämpfen. In Hochregallagern bietet sich die Anordnung dieser Löschvorrichtung direkt am Regalbediengerät an. Die elektronische Steuerung muß dann so ausgelegt sein, daß Brandlöschung vor Bedienung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: EP-PS 0209388 A62 C35/26 EP-PS 0314354 A62C31/02 DD-PS 233490 A62 C1/00 SU-PS 1353444 A62C3/08

Claims

1. Verfahren zum Löschen von Bränden mittels automatisch mobiler und stationärer Feuerlöschanlagen auf der Basis von Wasser und Treibgas, wobei das Wasser in einem Wasserbehälter (2) und das Treibgas getrennt davon in einem Druckbehälter gespeichert warden und beide Fluide nach dem Öffnen des Schnellöffnungsventils zu einer nach dem „Vergaserprinzip" funktionierenden Zerstäuberkammer (3) gelangen, dort zu einem Aerosol zerstäubt werden und nach dem Verlassen der Zerstäuberdüse den Brand durch Wärmeentzug löscht, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Speicherung des Treibgases und Wassers in einem Masseverhältnis r = 1 bis 2 (Treibgas:Wasser) erfolgt,

- nach dem Auslösen des Schnellöffnungsventils das Treibgas gleichzeitig unmittelbar direkt zur Zerstäuberkammer (3) als auch auf 1 MPa reduziert über den Wasserbehälter mit dem Wasser zu ihr und von dort als Aerosol zur Zerstäuberdüse gelangt und diese als freier Wasseraerosolstrahl kleinster Tröpfchen oder „Schneenebel" mit großer Geschwindigkeit verläßt,

- und infolge der hohen kinetischen Energie derTröpfchen ohne auch über Entfernungen von 10m zu koagulieren direkt in die Brandzone gelangt oder den Raum vernebelt.

2. Verfahren zum Löschen von Bränden nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der maximale Durchmesser der Aerosoltröpfchen d_T = 2 μηη nicht übersteigt und die Geschwindigkeit des Aerosolfreistrahls 20...40ms~¹ beträgt.

3. Verfahren zum Löschen von Bränden nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibgas Luft, N₂ oder CO₂ Anwendung findet.

4. Vorrichtung zum Verfahren zum Löschen von Bränden nach einem der Punkte 1 bis 3, wobei die Vorrichtung auch bei entsprechend großen Räumen mit einer Brandfläche A_Br > A_BR' mehrfach zu Batterien zusammengeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem oder mehreren Behältern für Treibgas (1) besteht, die über elektronisch oder anderweitig schaltbare Schnellöffnungsventile mit der nach dem „Vergaserprinzip" arbeitenden Zerstäuberkammer (3) direkt verbunden ist und andererseits über eine kurze Rohrleitung und ein Reduzierventil, das den Druck auf etwa 1 MPa senkt mit dem Wasservorrat (2) verbunden ist, an dessen Ausgang sich ebenfalls ein Schnellöffnungsventil befindet und weitere kurze Rohrleitung ebenfalls zur Zerstäuberkammer (3) führt und daß sich an die Zerstäuberkammer eine kurze Rohrleitung anschließt, die an die Zerstäuberdüse(n) (5) angeschlossen ist, wobei in den Wasservorrat der Anschluß eines externen Wassernetzes möglich ist.

5. Vorrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitte der Eingangsrohrleitungen in den Zerstäuber gleich dem Ausgangsq-terschnitt ist.

6. Vorrichtung nach Punkt 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zerstäuberdüse (5) nach dem Lavalprinzip aufgebaut ist.