DD296209A5

DD296209A5 - Verfahren und vorrichtung zum loeschen von braenden mit wasser

Info

Publication number: DD296209A5
Application number: DD34228890A
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: 1991-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehoerige Vorrichtung zum Loeschen von Braenden mit Wasser. Sie ist fuer stationaere, aber auch fuer automatisch mobile Feuerloeschanlagen in Lagern, Schiffskoerpern und Produktionsanlagen anwendbar. Erfindungsgemaesz wird Wasser und Treibgas (1) unter hohem Druck gemeinsam in einem korrosionsfesten Hochdruckbehaelter gelagert. Im Inneren des Hochdruckbehaelters befindet sich ein Steigrohr und eine Zerstaeuberkammer (3) und nach einem kurzen Rohrstueck in der Fortsetzung eine oder mehrere Zerstaeuberduesen. Nach OEffnen des Schnelloeffnungsventils gelangt das Wasser durch die Steigleitung in die Zerstaeuberkammer und zerstaeubt dort zu einem dispersen Wasseraerosol und dringt nach Austritt aus der Zerstaeuberduese als freier Aerosolstrahl mit sehr feinen auch ueber groeszere Entfernung nicht koagulierend bis zum Brandherd vor und liquidiert diesen in kurzer Zeit. Fig. 1{Loeschen; Wasser; Brand; Treibgas; Hochdruckbehaelter; Schnelloeffnungsventil; zerstaeuben; Aerosol, dispers; Zerstaeuberduese}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Feuerlöschtechnik für automatisch mobile und stationäre Feuerlöschanlagen, insbesondere in Lager- und Produktionshallen, Schiffskörpern und Aggregaten anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Wasser ist das älteste bekannte Feuerlöschmittel. Außerdem ist es das am wenigsten gesundheitsgefährdendste und i.a. am meisten verfügbarste Löschmittel. Die Löschwirkung beruht auf dem Kühleffekt durch Verdampfen des Wassers. In bekannten Löschanlagen, wie Sprinkler- und Sprühwasseranlagen, gelangt das Wasser nach Auslösung relevanter Ventile über Düsen als Sprühkegel in Tröpfchengröße von 30 μνη bis 1000 μπι direkt durch sein Gewicht auf den Brandherd, wobei jedoch Tröpfchen mit einem Durchmesser kleiner als 100 μπι infolge des Wärmeauftriebes gar nicht erst bis zur Brandoberfläche gelangen. Die bekannten Wasserlöschanlagen bedürfen eines großen Aufwandes an Rohren und Düsen, da ein Sprühkegel in der Regel nur eine Fläche A₈/ = 9m² abdeckt und sich die Sprühkegel außerdem noch überdecken müssen. Der Einsatz an Löschwasser ist mit derartigen Löschverfahren relativ hoch und hat mögliche Folgeschäden. Die bekannten Löschanlagen auf Wasserbasis können nur Brände der Brandklasse A löschen.

In der EP-PS0314354 (IPK A 62C31/02) werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löschen von Bränden, insbesondere in Flugzeugen dargelegt. Hierbei werden nichtbrennbares Gas und nichtbrennbare Flüssigkeit in einer Sprühdüse gemischt und als Aerosolstrahl auf den Brandherd gesprüht. Die Löschdauer beträgt bei der Verwendung von Wasser 40s. Wegen der zu großen Durchmesser der verspritzten Tröpfchen wird der Kühleffekt des Wassers nicht ausreichend genutzt, und dadurch ist der Feuerschaden noch zu groß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zugehörige automatisch mobile bzw. stationäre Vorrichtung zum Löschen von Bränden mit Wasser zu schaffen, das ein schnelles Löschen des Brandherdes auch von Bränden von Flüssigkeiten mit einer Dichte, die kleiner als die des Wassers ist und unter Anwesenheit elektrischer Spannung in einer Zeit kleiner oder gleich 20s gestattet, wenig Löschwasser benötigt und mit einen geringen Aufwand an Rohren und Düsen auskommt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Löschen von Bränden mittels Wasser zu schaffen, das einen Brandherd in einer Löschzeit t, - 20 s liquidieren kann, nur einen geringen Aufwandes an Rohren, Düsen und Behältern hat sowie einen geringen Löschwasserbedarf benötigt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem Wasser und Treibgas gemeinsam unter hohem Druck in einem korrosionsfesten Hochdruckbehälter gelagert, wobei das Gas zum Teil im Wasser gelöst ist, und nach dem Öffnen des Schnellöffnungsventils das Wasser durch ein Rohr vom Hochdruckbehälter zum Zerstäuber gelangt. Infolge des plötzlichen Druckabfalls beim Öffnen des Schnellöffnungsventils tritt das im Wasser gelöste Gas aus, und es bildet sich im Rohr eine nichtadiabate Zweiphasenströmung mit hohem Beschleunigungsdruck. Im Zerstäuber, der nach dem „Vergaserprinzip" funktioniert, gelangt weiteres Treibgas unter hohem Druck hinzu, was zu einer Zerstäubung der Wasser-Treibgas-Mischung zu einem dispersen Aerosol führt. Dieses Wasseraerosol gelangt mit hoher Geschwindigkeit über kurze Rohrleitungen zu der oder den Zerstäuberdüsen, wo eine weitere Zerstäubung des Aerosols erfolgt, und tritt von dort infolge der großen Expansionsarbeit des Treibgases mit hoher Geschwindigkeit (um 40 ms"¹) in Form eines dispersen Aerosolfreistrahles mit einer Tröpfchengröße d_T < 0,2 pm ohne zu koagulieren auch über größere Entfernungen direkt bis zum Brandherd vor. Die Brownsche Molekularbewegung ist linear gerichtet, und infolge der hohen kinetischen Energie gelangen auch die kleinen Wassertröpfchen direkt bis in die Brandzone. Dort verdampfen sie in einer Zeit von ca. 0,05 s/Tröpfchen, entziehen dem Brandherd damit Energie und löschen somit den Brand. Die zugehörige Vorrichtung kann kompakt ausgeführt werden. Sie besteht aus einem mit einer innenliegenden Korrosionsschutzschicht versehenen Hochdruckbehälter, der mit Treibgas (Luft, N₂,CO₂) und Wasser im Mischungsverhältnis r = 1 bis 2 (Gas:Wasser) gefüllt ist und einen Innendruck von 3 bis 15Mpa aufweist. Im Inneren des Hochdruckbehälters befindet sich ein Steigrohr, an das sich eine nachdem „Vergaserprinzip" funktionierende Zerstäuberkammer anschließt. Der Joule-Thomson-Effekt kann zielgerichtet ausgenutzt werden, und auch bei normalen Raumtemperaturen (um 25⁰C) kann anstelle des Aerosolstrahls „Schneenebel" austreten und die Schmelzwärme des Wassereises zusätzlich zum Wärmeentzug der Brandstelle genutzt werden (ca. 15%). Eine kurze Rohrleitung führt zu einer oder mehreren Zerstäuberdüsen, die in der Richtung mit 1 einem Orientierungssystem elektronisch gesteuert werden können. Da die gesamte Vorrichtung sehr kompakt herstellbar ist, können in größeren Anlagen, Hallen etc. die Batterien dezentral aufgestellt werden, die durch entsprechende elektronische Steuerung in notwendigem Umfang aktivierbar sind.

Mit dem Verfahren können neben den üblicherweise mit Wasser bekämpf baren Bränden auch Brände von Flüssigkeiten mit einer Dichte kleiner als die des Wassers und Brände unter Vorhandensein elektrischer Spannungen erfolgreich bekämpft werden.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Fig. 1 bedeuten Pos.1: Treibgas Pos. 2: Wasservorrat Pos.3: Zerstäuberkammer Pos.4: Brandwarn- und Steueranlage Pos.5: Zerstäuberdüse Pos.6: Ereignisobjekt.

Der Wasservorrat 2 mit einem Volumen von 21 und das Treibgas 1, vorzugsweise CO₂ im Massenverhältnis des Gases zum Wasser r = 1 bis 2 befinden sich gemeinsam unter einem Druck von 3 bis 15 Mpa in einem mit einer innenliegenden Korrosionsschutzschicht versehenen Hochdruckbehälter. Unter diesen Bedingungen ist ein hoher Teil des Gases im Wasser gelöst. Nach dem Öffnen des Schnellöffnungsventils gelangt das Wasserdurch das im Hochdruckbehälter befindliche Steigrohr, wobei infolge des plötzlichen Druckabfalls das im Wasser gelöste Gas frei gesetzt wird und sich im Steigrohr eine nichtadiabate Zweiphasenströmung herausbildet, die dann im Zerstäuber, der nach dem „Vergaserprinzip" funktioniert, in ein disperses Wasseraerosol umgewandelt wird. Die Zerstäuberkammer 3 kann sich noch im Hochdruckbehälter befinden, wodurch durch zusätzliche Kanäle eine weitere Zuführung von Treibgas ermöglicht wird.

Summe der Eingangsquerschnitte in die Zerstäuberkammer ist gleich dem Ausgangsquerschnitt.

Durch eine kurze Rohrleitung mit gleichmäßigem Querschnitt gelangt diese Aerosol zur Zerstäuberdüse 5, die als Lavaldüse ausgeführt ist, und dringt von dort in Form eines homogenen Wasseraerosolfreistrahls infolge der hohen kinetischen Energie bis zum Brandherd vor, verdampft dort, kühlt den Brandherd und löscht ihn somit. Bei einer äquivalenten Rohrlänge von 10m, einem Rohrquerschnitt mit der NW 12 mm, einem Druck in dem Hochdruckbehälter von 3 bis 15 Mpa tritt der Aerosolfreistrahl durch die Entspannung gekühlt (Joule-Thomson-Effekt) mit einer Geschwindigkeit von ca. 40ms"¹ aus, gelangt über eine Entfernung auch von 10m ohne zu koagulieren direkt bis zum Brandherd vor, wobei die Tröpfchengröße a> < 0,2 pm, beträgt bis zum Brandherd vor und löscht den Brand mit der Brandfläche Ab, = 1 m² in einer Löschzeit ti S 20s. In Hochregallagern kann die Löschvorrichtung vorzugsweise mit dem automatischen Regalbediengeräten gekoppelt werden. Nach Auslösung des Feueralarms durch relevante Sensoren oder anderweitig gelangt die Löschvorrichtung direkt in die Nähe des Brandherdes. Natürlich muß die elektronische Schaltung so ausgelegt sein, daß die Brandlöschung in den einzelnen Feldern vor der Bedienansteuerung erfolgt. Gekoppelt mit einem selbstorientierenden System ist ein Einsatz als autogener Löschroboter möglich.

Claims

1. Verfahren zum Löschen von Bränden mit Wasser, gekennzeichnet dadurch, daß Wasser und Treibgas im Massenverhältnis r = 1 bis 2 (Gas: Wasser) gemeinsam unter hohem Druck, wobei eine hochgradige Lösung des Treibgases im Wasser entsteht, gespeichert sind und nach dem Öffnen des Schnellöffnungsventils ein Herausströmen des Fluids durch eine Rohrleitung erfolgt, in der sich eine nichtadiabate Zweiphasenströmung mit hohem Beschleunigungsdruck ausbildet, die nach Zuführung in den nach dem „Vergaserprinzip" arbeitenden Zerstäuber in ein disperses Wasseraerosol zerstäubt wird und anschließend über die Zerstäuberdüse als disperser Aerosolfreistrahl oder „Schneenebel" mit hoher Geschwindigkeit, bei der die kleinen Tröpfchen auch über Entfernungen von 10m nicht koagulieren, in Richtung Brandherd austritt, in die Brandzone gelangt und den Brand durch Abkühlen löscht.

2. Verfahren zum Löschen von Bränden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Hochdruckbehälter im Bereich von 3 bis 15Mpa liegt.

3. Verfahren zum Löschen von Bränden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibgas Luft, CO₂ oder N₂ genutzt wird.

4. Verfahren zum Löschen von Bränden nach Punkt 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Tröpfchen im Aerosolfreistrahl 0,2 μητι nicht übersteigt.

5. Verfahren zum Löschen von Bränden mit Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Aerosolfreistrahls ca. 40 ms"¹ beträgt.

6. Vorrichtung zum Löschen von Bränden mit Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Hochdruckbehälter mit innenliegender Korrosionsschutzschicht besteht, in dem Wasser (2) und Treibgas (1) gemeinsam unter hohem Druck gelagert werden können und der über eine kurze Rohrleitung mit einem nach dem „Vergaserprinzip" arbeitenden Zerstäuber (3) verbunden ist, an dem sich nach einer weiteren kurzen Rohrleitung ein oder mehrere Zerstäuberdüsen (4) anschließen, die mit einem selbstorientierenden elektronischen Branderkennungssystem gekoppelt sein können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse nach dem Lavaldüsenprinzip aufgebaut ist,

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Zerstäuberkammer (3) im Inneren des Hochdruckbehälters in Höhe des Treibgasvorrates befindet und Kanäle aufweist, die ein Hereinströmen von zusätzlichem Treibgas gestatten.

9. Vorrichtung nach einem der Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Eingangsquerschnitte in die Zerstäuberkammer gleich der Summe der Ausgangsquerschnitte aus der Zerstäuberkammer ist.