NO880093L - Fremgangsmaate og anordning for overtemperaturbeskyttelse,hovedsakelig brannbeskyttelse av en langstrakt hul gjenstand som foerer et lett antennelig fluidum. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR OVERTEMPERATURBESKYTTELSE, HOVEDSAKELIG BRANNBESKYTTELSE AV EN LANGSTRAKT HUL GJENSTAND SOM FØRER ET LETT ANTENNELIG FLUIDUM.

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en overtemperaturbeskyttelse av hule fluidumførende gjenstander.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører mer spesielt en fremgangsmåte for brannbeskyttelse av en langstrakt hul gjenstand som fører et lett antennelig fluidum.

Oppfinnelsen vedrører også slike brannbeskyttede gjenstander .

Teknikkens stilling

I forbindelse med f.eks. fremdriftsmotorer på land-, sjø-, og luftbårne fartøyer, spesielt fartøyer med bensinmotorer, er det av største betydning at den ledning som fører brennstoff fra bensintanken til motoren, er godt beskyttet mot brann, slik at bensintilførselssystemet forblir et beskyttet system så lenge som mulig etter at der oppstår en brann på fartøyet.

Et av kravene til det bensinrør eller den bensinslange som skal monteres mellom bensintanken og bensininntaket ved motoren på en bil, er at selve ledningen skal være bøyelig eller fleksibel, slik at den lett kan monteres langs kjøre-tøyets rammedeler, samtidig som den skal være så godt brann-isolert at fører og eventuelle passasjerer kan få tid til å forlate bilen i tilfelle brannutbrudd.

Innen bilbransjen er der utarbeidet visse retningslinjer som gir en indikasjon på hvor lenge et bensinrør skal kunne motstå en brann, men denne tidsperiode varierer avhengig av klassifiseringen av kjøretøyet. F.eks. kan det dreie seg om 90 sekunder ved noen typer kjøretøyer og visse typer brann-tilløp, men for andre kjøretøyer kan tidsperioden være ca. 5 minutter eller lenger avhengig av fluktmuligheter. Ved fly i luften er fluktmulighetene små, og et bensinrør bør her kunne sikres mot brann i enda større grad enn ved et landgående fartøy.

Fra norsk patentsøknad nr. 87.1253 er der kjent hvordan hovedsakelig rør- eller slangeformede brannbeskyttede gjenstander, spesielt i forbindelse med tilførsel av brennstoff fra et forråd til et forbrukerapparat, f.eks. en fremdrifts-motor på et fartøy, skal kunne motstå høye temperaturer og påvirkning av flammer i tilfelle av brann i motoren eller fartøyet. Videre gis der i nevnte norske patentsøknad anvisning på at den brannbeskyttede gjenstand skal være fleksibel, eller i det minste bøyelig slik at montering kan finne sted uten at ledningen må bøyes med spesielle apparater. Videre skal gjenstanden kunne fremstilles av forholdsvis rimelige materialer, f.eks. i løpende lengder som leveres ferdig brannbeskyttet til installasjonsstedet.

I nevnte søknad blir der foreslått en løsning som går ut på at der rundt et hovedsakelig bøyelig plastrør påføres et første lag av en isolasjon som har forholdsvis lav varmeled-ningsevne i et lavere temperaturområde (ca. 100-300°C), og at der rundt det første lag av isolasjon påføres et annet lag av et brannbestandig materiale som ved høyere temperaturer (ca. 300-900°C) gir en brannbestandig virkning. I samme søknad er der gitt eksempel på at der som et første isolasjonslag kan benyttes et skummet brannbestandig materiale som ved høyere temperatur gir en brannbestandig virkning, samtidig som det annet lag av isolasjon skal være et ikke-skummet lag av brannbestandig materiale som ved høyere temperatur gir en stabil keramisk brannbeskyttende fase. Ved denne kombinasjon av skummet og ikke-skummet brannbestandig materiale, vil man oppnå at det skummete innerlag danner en forholdsvis god varmebarriere i det lavere temperaturområde, dvs. i området ca. 100-300°c, slik at ytterlaget da, ved et branntilfelle, blir raskt oppvarmet ved høyere temperaturer, dvs. ved ca. 300-900°C og høyere, for derved rask-ere å gå over til sin celleformede keramiske struktur, som danner en spesielt god brannbeskyttende hinne.

Videre gis der i samme søknad anvisning på at en slik trans-portledning for f.eks. brennstoff, blir montert innenfor et stivt skall, idet der mellom isolasjonslagene og det stive skall kan anordnes et lag med glassfibervevnad eller teksti-ler som kan brenne vekk under påvirkning av høy temperatur, samtidig som tekstilene tillater at det isolerende materiale kan svelle til sitt dobbelte volum under en brann. Det isolerende materiale kan da innta sin fullt utsvellede keramiske tilstand uten at de fysiske ytterdimmensjoner av det innkapslede rør blir endret.

Omtale av oppfinnelsen

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den opp-gave å gi anvisning på hovedsakelig rør- eller slangeformede brannbeskyttede gjenstander som ikke bare løser de oppgaver som er omtalt i ovennevnte patentsøknad, men som også på en enkel og betryggende måte vil avbryte tilførselen av et fluidum, f.eks. brennstoff fra et forråd til et forbrukerapparat i fall der opptrer en brann. Generelt løses oppgaven ved de trekk som er angitt i patentkrav 1 og 6.

Ved en fremgangsmåte for brannbeskyttelse av spesielt en langstrakt hul gjenstand som fører et lett antennelig fluidum, løses oppgaven ifølge oppfinnelsen ved at a) der for den langstrakte hule gjenstand benyttes et materiale som kan komprimeres ved moderat trykkpåvirkning,

at

b) der utenpå den langstrakte hule gjenstand anordnes et brann- og flammebeskyttende materiale som ved påvirkning av

unormalt høye temperaturer ekspanderer, og at

c) der utenpå det brannbeskyttende, varmeekspanderbare materiale anordnes et materiale som ved varmepåvirkning styrer det brann- og flammebeskyttende materialets ekspansjon i retning mot den indre hule gjenstand for lukking av denne.

Som langstrakt hul gjenstand kan der hensiktsmessig benyttes en kjemikaliebestandig, komprimerbar plast, samtidig som der benyttes et brann- og flammebeskyttende varmeekspanderende materiale som ved påvirkning av varme ekspanderer 1 1/2-4 ganger på volumbasis, mens der som ytterkappe benyttes et varmebestandig tynn-metall, f.eks. stål. Det skal imidlertid forstås at det svellende materiale alene kan benyttes som f luidumbaerer. Videre skal det forstås at ytterkappen kan være rørformet metall, f.eks. en flettet bandasje, i form av en omvikling av metall, keramiske fibre, varmebestandig glass etc, med faste mekaniske egenskaper ved brann.

Hensiktsmessig kan det f1ammebeskyttende materiale være et såkalt pl ast/keramikk-materiale omfattende 60-100 vektdeler av en termoplast, 50-450 vektdeler aluminiumhydroksid og

150-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/eller kalsiummagnesiumkarbonat. Det brannbestandige materiale kan Omfatte en hvilken som helst termoplast, og kan f.eks. omfatte etylenvinyl-acetat, samtidig som der av produksjonstekniske grunner kan

være innlemmet et elastiserende middel, et smøremiddel, et fargestoff og eventuelt antioksydasjonsmidler.

Avhengig av de dimensjoner som benyttes, kan det brannbeskyttende materiale tillegges forskjellige skummingsgrader, det hele tilpasset dimensjonene på det fluidumførende inner-rør og typen fluidum som skal transporteres.

Ved variasjon av blåse- eller skummemiddel, kan temperaturen for begynnende svelling reguleres, f.eks. i området 150°C-250°C, enten ved bruk av nevnte aluminumhydroksid som skummemiddel, eller ved en tilsats/erstatning av 5-10 vekt % ytterligere blåsemiddel, f.eks. azodikarbonamid ("Geni-tron").

Videre vil sammensetningen av det brannbestandige materiale f.eks. når de forskjellige overgangsfaser for materialet skal inntre under en brann, kunne varieres innen passende grenser.

F.eks. kan det brannbestandige materiale ved påvirkning av temperaturer større enn 90°C underkastes en mykningsprosess, mens ved temperaturer mellom f.eks. 200-300°C skal materialet underkastes en svelling, f.eks. i området 1 1/2-4 ganger på volumbasis, samtidig som der under denne svell-ingsfase avgis vann. Den kombinerte vannavgivelse og svelling av materialet vil da samtidig hindre at fluidet i den hule langstrakte gjenstand oppnår så høy temperatur at tenn-ing av fluidet kan finne sted, samtidig som dette temperaturområdet fører til en effektiv lukking av fluidumbanen som sådan. Med andre ord gis der anvisning på et selvlukkende fluidumtilførselsrør, som nettopp i tilfelle av en brann automatisk stenger for ytterligere tilførsel av lett antennelig fluidum, og derved hindrer fare for eksplosjon og risiko for ytterligere spredning av brannen.

Ved temperaturer større enn f.eks. 300°C vil polymeren i det brannbestandige materiale underkastes pyrolyse, og i temperaturområdet 300-600°C vil der dannes uorganiske reststoffer. Når temperaturen i materialet overskrider 800-900°C vil der dannes en forholdsvis stiv cellulær keramikk, som vil ha brannhemmende egenskaper opp til 1500°C.

I og med at der som et eventuelt korrosjonsbeskyttende tynt innerrør benyttes en komprimerbar plast, vil denne ved ekspansjon av det utenforliggende brannbestandige materiale mykne og smelte, idet det ved høyere temperaturer presses sammen og brenner bort sammen med polymeran i det brannbestandige materiale, for således å bli erstattet av en keramisk, oppsvulmet ikke-brennbar plugg.

Materialet vil således være en god termisk leder i sin opprinnelige tilstand, mens det ved temperaturer på over ca. 200°C, på grunn av utsondring av vann, og på grunn av sin oppsvulming, vil danne en god termisk isolasjon, samtidig som den lukker den indre hule gjenstand for ytterligere transport av fluidum derigjennom. I sin cellulære keramiske form gir materialet en god mekanisk stabilitet, samtidig som det virker som en flammebarriere uten avgivelse av giftig røk eller gass.

Det brannbestandige materiale går således over fra å ha til-nærmet termoplastiske egenskaper ved værelsestemperatur, hvor den termiske ledningsevne er ca. 0,7w/mc, og til en cellulær keramikk hvor den termiske ledningsevne er ca. 0,0 7w/mc.

Det er å forstå at den ekspanderende virkning av det brannbestandige materiale også vil kunne initieres av en innven-dig temperaturstigning, f.eks. fra et "overopphetet" fluidum. Det innebærer at den selvlukkende virkning ikke bare i forbindelse med lett antennelig fluidum, men også for andre typer fluider som skal få sin strømningsbase avbrutt ved høyere temperaturer. Denne egenskap kan utnyttes i forbindelse med anlegg hvor en forhøyet temperatur på fluidet kan være et forvarsel for brann.

Kort omtale av tegningsfigurene

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningsfigurene som anskueliggjør et eksempel på en utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 1 viser et eksempel på en selvlukkende anordning ifølge oppfinnelsen, ved normale tilstander og åpen indre fluidumvei . Fig. 2 viser anordningen under påvirkning av en brann, idet den indre fluidumbane blir lukket. Fig. 3 viser anordningen etter brannpåvirkning, hvor den indre fluidumvei er erstattet av en keramisk plugg.

Omtale av utførelsesform

På figurene, spesielt fig. 1, betegner henvisningstall 1 et indre rør eller en slange, tildannet av plast, f.eks. nylon. Det skal forstås at innerrøret 1 selvsagt kan fremstilles av andre plastsorter, f.eks. glassfiberarmert epoksy eller polyester. Innerrøret kan f.eks. være tilpasset for transport av et passende fluidum, f.eks. et lett antennelig fluidum, f.eks. et bensinrør som befinner seg mellom et bensin-forråd og en bensindrevet motor, i f.eks. et fartøy.

Dimensjonen på det indre, kjemikaliebestandige rør 1 kan f.eks. være 5-6 mm indre diameter, og en veggtykkelse på 0,5 mm.

Rundt røret 1 er der anordnet et brann- og flammebeskyttende materiale 2, som ved påvirkning av unormalt høye temperaturer ekspanderer. Veggtykkelsen av det brann- og flammebeskyttende materiale kan være f.eks. 3 mm, og materialet 2 skal i et temperaturområde 200-300°C underkastes en ekspansjon som fører til en volumutvidelse på inntil 1,5-4 ganger det opprinnelige volum.

Utenpå det brann- og flammebeskyttende materiale 2 er der anordnet en ytterkappe 3 av et materiale med faste mekaniske egenskaper, f.eks. av stål, glass eller keramikk med en veggtykkelse på ca. 1 mm. Denne ytre kappe 3 er således av et materiale som ved varmepåvirkning styrer det brann- og flammebeskyttende materiale 2, når dette ekspanderer, i retning mot det indre rør 1, for lukking av røret 1.

Det skal forstås at den ytre kappe 3 som omslutter den flamme- og brannbeskyttede indre gjenstand, kan være tildannet i forskjellige utførelsesformer, slik at den totale sammensatte konstruksjon kan ha fra stive til fleksible egenskaper, alt avhengig av det bruksområde den sammensatte konstruksjon er tiltenkt.

Videre skal det forstås at det brann- og flammebeskyttende materiale kan være av en hvilken som helst art bare det ved unormalt høye temperaturer ekspanderer på den foreskrevne måte, nemlig slik at det tvinger det innenforliggende rør til å lukke seg selv og for gjennomstrømning av fluidum, slik dette er søkt illustrert på fig. 2.

Et eksempel på et slikt brann- og flammebeskyttende materiale kan være av den art som omfatter 60-100 vektdeler av en termoplast, 50-450 vektdeler aluminiumhydroksid og 150-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/eller kalsiummagnesiumkarbonat.

Det brannbestandige materiale vil da ved påvirkning av temperaturer større enn 90°C underkastes en mykningsprosess, mens det ved temperaturer for mer enn 200°C vil underkastes svellig, samtidig som der avgis vann. Materialet er således en god termisk leder i sin opprinnelige tilstand, mens det ved temperaturer på over 200°C, pga. utsondringen av vann, og pga. sin oppsvulming, vil danne en god termisk isolasjon, samtidig som det vil tvinge det innenforliggende rør til å lukke seg. Ved et passende forhold mellom de bestant-deler som inngår i dette såkalte plast/keramikk-materiale, kan oppsvulmingen i temperaturintervallet 200-300°C ligge på 1,5-4 på volumbasis.

Ved temperaturer større enn 300°C vil polymeren underkastes pyrolyse, og ved høyere temperaturer vil der dannes uorganiske reststoffer, mens ved overskridelse av temperaturer i området 800-900 C vil der dannes en forholdsvis stiv cellulær keramikkplugg, som vil ha brannhemmende egenskaper opp til 1500°C.

Etter en brannpåvirkning vil således innerrøret 1 ikke bare bli stengt, men det vil rett og slett forsvinne, sammen med polymeren i det brannbestandige materiale 2, som på fig. 3 er gått over i en keramisk, irreversibel plugg 2, som fyller ut hele innsiden av ytterkappen 3, og som erstatter hele det opprinnelige innvendige rør 1.

Den foreliggende oppfinnelse gir således anvisning på brann beskyttelse av en langstrakt hul gjenstand hvor der oppnås ikke bare en selvlukkende funksjon alene, men en kombinert selvlukkende og brann- og flammebeskyttende virkning av den langstrakte hule gjenstand, hvilket er spesielt gunstig i forbindelse med f.eks. bensinrør etc.

Et selvtettende bensinrør som er konstruert av et rørformet veggmateriale som utvider seg ved branntemperaturer og tvin-ges til å ekspandere innover og derigjennom stenger hullet i røret, kan utformes på flere måter, men må alltid inneholde et ytre lag med tilstrekkelig mekanisk styrke til å tvinge det ekspanderende materialet innover og gi røret god nok aksial holdefasthet når de indre delene mykner. Det er ofte fordelaktig å bruke et ytterligere skikt innenfor det ekspanderende materialet. Dette skiktet skal ha den nødvendige kjemikalieresistans og mekaniske holdefasthet ved moderate temperaturer. Materialet i dette indre røret skal når ekspansjonen skjer i mellomskiktet, ha blitt så mykt at det lar seg komprimere.

Eksempler på materialvalg:

Ytre skikt = Flette av metall eller glassfiber. Veggtykkelse d = ca. 0,2-1 mm, f.eks. utført som bandasje

av glassfibertape.

Ekspanderende mellomskikt: FAVUSEAL NKX 6227

Tykkelse 2-4 mm, med tanke på innerdimensjon av hullet i innerrør

Inner rør: Nylon

Tykkelse 0,5-2 mm

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for automatisk lukking av en langstrakt hul gjenstand ved forhøyet temperatur,karakterisert vedat der benyttes en indre langstrakt hul gjenstand av et materiale som ved påvirkning av unormalt høye temperaturer ekspanderer, samt et utenpåliggende hovedsakelig ikke-ekspanderende materiale som ved varmepåvirkning av det indre materiale styrer dettes ekspansjon til å lukke seg.

2. Fremgangsmåte for brannbeskyttelse av en langstrakt hul gjenstand som fører et lett antennelig fluidum,karakterisert vedat a) der for den langstrakte hule gjenstand (1) benyttes et materiale som kan komprimeres ved moderat trykkpåvirkning, at b) der utenpå den langstrakte hule gjenstand anordnes et brann- og flammebeskyttende materiale (2) som ved påvirkning av unormalt høye temperaturer ekspanderer, og at c) der utenpå det brannbeskyttende, varmeekspanderbare materiale (2) anordnes et materiale (3) som ved varmepåvirkning styrer det brann- og flammebeskyttende materialets (2) ekspansjon i retning mot den indre hule gjenstand (1) for lukking av denne.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat der som ekspanderende materiale benyttes et plast/keramikk-materiale som etter ekspansjon danner en permanent, irreversibel keramikkplugg uten fluidum-gjennomgang.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,karakterisert vedat der som langstrakt hul gjenstand (1) benyttes en kjemikaliebestandig komprimerbar plast, og at der som brann- og flammebeskyttende varmeekspanderende materiale (2) benyttes et materiale som ved varmepåvirkning ekspanderer 1,5-4 ganger på volumbasis.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller 4,karakterisert vedat der benyttes en indre hul gjenstand av kjemikaliebestandig, komprimerbart materiale med en innerdiameter 5-6 mm og en veggtykkelse 0,5 mm, samtidig som der utenpå røret benyttes et flamme- og brannbeskyttende ekspanderbart materiale med veggtykkelse ca. 3 mm, samt at der benyttes en ytterkappe av et hovedsakelig ikke-ekspanderende materiale, f.eks. metall, keramikkfibre, varmebestandig glass, etc., med veggtykkelse ca. 1 mm.

6. Anordning for selvstendig lukking av en langstrakt hul gjenstand ved forhøyet temperatur,karakterisert vedat gjenstanden er av et materiale som ved påvirkning av unormalt høye temperaturer ekspanderer i større grad enn hulrommet, samt et utenpåliggende hovedsakelig ikke-ekspanderende materiale som styrer den ekspanderende hule gjenstands ekspansjon til selvlukk-ing.

7. Anordning ved brannbeskyttet gjenstand, hovedsakelig en langstrakt hul gjenstand som fører et lett antennelig fluidum, karakterisert vedfølgende kombinasjon: a) en langstrakt hul gjenstand (1) av et materiale som kan komprimeres ved moderat trykkpåvirkning, b) et brann- og flammebeskyttende materiale (2) som er anordnet utenpå den langstrakte hule gjenstand (1), og som ved påvirkning av unormalt høye temperaturer ekspanderer, og c) et utenpåliggende materiale (3) som ved varmepåvirkning styrer det brann- og flammebeskyttende materialets ekspansjon i retning mot den indre hule gjenstand (1) for lukking av denne.

8. Anordning som angitt i krav 6 eller 7,karakterisert vedat den etter påvirkning av unormalt høye temperaturer omfatter en irreversibel, permanent keramikkplugg uten mulighet for fluidumgjennomgang.

9. Anordning som angitt i krav 7,karakterisert vedat den hule gjenstand (2) er en kjemikaliebestandig, komprimerbar plast, og at det brann- og flammebeskyttende varmeekspanderende materiale (2) har en ekspansjonsgrad på 1,5-4 ganger på volumbasis.

10. Anordning som angitt i krav 7 eller 9,karakterisert vedat den indre gjenstand har en innerdiameter i størrelsesorden 5-6 mm og en veggtykkelse på ca. 0,5 mm, at det varmeekspanderende materiale (2) har en veggtykkelse på ca. 3 mm, og at den ytre kappe (3) har en veggtykkelse på ca. 1 mm, idet det ytre materialet er en flettet eller hel metallkappe, som tillater fleksibel eller stiv montering, samtidig som den innoverrettede styring av det brann- og flammebeskyttende materialets ekspansjon ved brann bibeholdes, eventuelt at det ytre materiale omfatter keramiske fibre, varmebestandig glass, etc.