DE102005053694B3

DE102005053694B3 - Brennstoffzellensystem zum Löschen von Bränden

Info

Publication number: DE102005053694B3
Application number: DE102005053694A
Authority: DE
Inventors: Julika Bleil; Lars Frahm; Andreas Westenberger; Claus Hoffjann
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: JP4815492B2; BRPI0618029A2; JP2009514631A; CN101312769B; CN101312769A

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Brandbekämpfungssystem zum Löschen eines Brandes in einem Flugzeug angegeben, welches eine Brennstoffzelle zur Erzeugung einer stickstoffangereicherten Kathodenabluft aufweist. Der Brennstoffzelle wird Luft und ein Brennstoff zugeführt. Innerhalb der Brennstoffzelle wird diese Luft dann um einen bestimmten Sauerstoffanteil vermindert. Die Abluft wird dem Brandherd zugeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Brandbekämpfung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Brandbekämpfungssystem zum Löschen eines Brandes in einem Flugzeug, die Verwendung eines derartigen Brandbekämpfungssystems in einem Flugzeug, die Verwendung eines derartigen Brandbekämpfungssystems in einem Gebäude, die Verwendung eines derartigen Brandbekämpfungssystem auf einem Schiff, ein Flugzeug, umfassend ein solches Brandbekämpfungssystem, und ein Verfahren zur Brandbekämpfung.

Seit etwa 40 Jahren werden Halone zur Feuerlöschung an Bord von Flugzeugen eingesetzt. Halone sind teil- oder ganzhalogenierte Kohlenwasserstoffe, die chemisch in die Kettenreaktion des Feuers eingreifen und so zu einem Abbruch der Reaktionen führen.

Allerdings tragen die im Flugzeug eingesetzten Halone 1211 (Chlorbromdifluormethan für Handfeuerlöscher) und 1301 (Bromtrifluormethan für installierte Löschanlagen) zum Abbau des stratosphärischen Ozons bei und gehören damit zu den Stoffen, die im Montreal-Protokoll der Vereinten Nationen verboten wurden.

EP 1 550 482 offenbart ein Brandbekämpfungssystem zum Löschen eines Brandherdes in einem Raum, welches den Sauerstoffgehalt im Raum innerhalb einer vorgegebenen Zeit auf ein bestimmtes Innertisierungsniveau absenkt.

US 2005/0173929 offenbart eine Windkraftanlage mit einer Vorrichtung zum Herstellen einer inerten Atmosphäre zur Brandbekämpfung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brandbekämpfung in einem Flugzeug bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Brandbekämpfungssystem zum Löschen eines Brandes in einem Raum in einem Flugzeug angegeben, das Brandbekämpfungssystem umfassend eine Brennstoffzelle zur Erzeugung einer stickstoffangereicherten Kathodenabluft und eine Leitungsanordnung zum Zuleiten der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd, so dass sich ein Sauerstoffgehalt um den Brandherd derart verringert, dass der Brandherd gelöscht wird.

Es wird also ein effektives System zur Brandbekämpfung in Räumen oder Objekten bereitgestellt, welches sauerstoffarme und stickstoffreiche Abluft eines Brennstoffzellensystems nutzt. Auf diese Weise kann die Abluft eines bordinternen Brennstoffzellensystems zur Bekämpfung eines Brandes oder zur Verminderung der Brandgefahr eingesetzt werden. Zusätzliche Löschvorrichtungen können entsprechend geringer dimensioniert werden oder sogar gänzlich entfallen. Hierfür können sämtliche Arten

von Brennstoffzellen eingesetzt werden, wie beispielsweise Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membran Fuel Cell (PEMFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxid Fuel Cell (SOFC), oder Direct Alcohol/Methanol Fuel Cell (DAFC/DMFC).

Entscheidend ist hierbei nicht die Betriebstemperatur oder der Elektrolyt, sondern ausschließlich die Zusammensetzung der Kathodenabluft. Diese soll ein Inertgas, wie Stickstoff oder dergleichen, enthalten. Die Abluft ist hierbei entweder trocken oder wasserhaltig, je nach Brennstoffzellentyp und gegebenenfalls den Systemeinstellungen.

Aufgrund der inerten Eigenschaften des Stickstoffs eignet sich dieser besonders gut zum Brandschutz von Räumen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Brandbekämpfungssystem weiterhin eine Regelungs- oder Steuereinheit zum Triggern (Einstellen) der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd auf.

Somit kann ein Löschvorgang automatisch gestartet werden. Weiterhin kann der Sauerstoffgehalt je nach Anforderungen entsprechend eingestellt oder nachgeregelt werden. Die Steuerung/Regelung kann vollautomatisch erfolgen. Beispielsweise kann der Sauerstoffgehalt, wenn der Raum von einem Menschen betreten werden soll, derart eingestellt werden, dass er bei etwa 15 Vol.-% liegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Raum noch von Menschen betreten werden kann, andererseits aber die Entzündungsgefahr oder Brandgefahr gegenüber Normalluft wesentlich minimiert ist. Das Brandbekämpfungssystem kann also auch defensiv oder vorbeugend eingesetzt werden.

Andererseits kann beispielsweise durch die Regelungs- oder Steuereinheit auch dafür gesorgt werden, dass der Sauerstoffanteil immer unter einem bestimmten voreinstellbaren Höchstwert bleibt, beispielsweise unterhalb 12 Vol.-% oder unterhalb einem noch geringeren Wert.

Natürlich kann die Regelungs- oder Steuereinheit auch als reine Steuereinheit ausgeführt sein. Die Regelung kann dann manuell durchgeführt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Regelungs- oder Steuereinheit zum Steuern oder Regeln einer Luftzufuhr oder Kathode der Brennstoffzelle, einer Brennstoffzufuhr der Anode der Brennstoffzelle und der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd ausgeführt.

Somit kann die Leistung der Brennstoffzelle je nach Anforderungen eingestellt werden, indem mehr oder weniger Brennstoff oder mehr oder weniger Luft zugeführt wird. Weiterhin kann die Einleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft in den Raum hinein gesteuert oder geregelt werden, indem beispielsweise ein entsprechendes Ventil von der Regelungs- oder Steuereinheit bedient wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin eine Messeinheit zum Messen zumindest einer physikalischen Größe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Sauerstoffgehalt innerhalb des Raumes, einer Temperatur innerhalb des Raumes, einem Druck innerhalb des Raumes und einer Rauchentwicklung innerhalb des Raumes. Weiterhin umfasst das Brandbekämpfungssystem eine Datenleitung zum Übertragen der gemessenen physikalischen Größe von der Messeinheit an die Regelungs- oder Steuereinheit.

Somit kann der Zustand in dem Raum überwacht werden. Steigt beispielsweise die Temperatur im Raum an oder entwickelt sich dort Rauch, kann der Sauerstoffgehalt, durch Zufuhr der Kathodenabluft, weiter heruntergefahren werden, um ein aufkommendes Feuer zu ersticken. Ebenso kann der Druck überwacht werden. Wenn der Druck einen bestimmten Wert unterschreitet, kann beispielsweise verstärkt stickstoffangereicherte Kathodenabluft zugeführt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin ein Überdruckventil zum Regeln eines Druckausgleichs in dem Raum.

Wenn beispielsweise der Druck im Raum einen bestimmten Grenzwert übersteigt oder wenn die Differenz zwischen dem Innendruck im Raum und der Umgebung des Raumes eine bestimmte Größe übersteigt, kann entsprechend Luft abgelassen werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin einen Kompressor zum Verdichten der stickstoffangereicherten Kathodenabluft, so dass sich die Brandlöschleistung erhöht, und/oder einen Wärmetauscher zum Kühlen der stickstoffangereicherten Kathodenabluft.

Auf diese Weise kann die stickstoffangereicherte Kathodenabluft verdichtet oder gekühlt werden, bevor sie dem Raum bzw. dem Brandherd zugeführt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin einen Kondensator zum Auskondensieren von Wasser aus der stickstoffangereicherten Kathodenabluft und einen Wassertank zum Speichern des auskondensierten Wassers.

Auf diese Weise kann der Kathodenabluft Wasser entzogen werden, welches dann gespeichert wird. Aus diesem Speicher kann es dann beispielsweise der Wasserversorgung des Luftfahrzeugs zugeführt werden oder es kann im Brandfall zu Löschzwecken verwendet werden.

Es kann auch eine Direktleitung vom Kondensator zum Wassersystem des Flugzeugs vorgesehen sein (ohne dass das auskondensierte Wasser im Wassertank gespeichert wird).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin eine Zuleitung zum Bereitstellen einer Luftzufuhr der Kathode der Brennstoffzelle aus dem Raum, wodurch der Sauerstoffgehalt in dem Raum weiter absenkbar ist.

Diese Zuleitung ist beispielsweise über die Steuerungs- und Regelungseinrichtung zuschaltbar, wenn der Sauerstoffanteil im Raum weiter abgesenkt werden soll, um den Brandschutz noch weiter zu erhöhen. Andernfalls (oder gleichzeitig) kann die Brennstoffzelle mit Außen- oder auch Kabinenluft versorgt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Regelungs- oder Steuereinheit weiterhin zum Steuern oder Regeln des Wärmetauschers, eines Kompressors und des Überdruckventils ausgeführt.

Je nach Anforderungen kann somit die Temperatur des in den Raum eingeleiteten stickstoffangereicherten Kathodenabluftgases entsprechend abgekühlt werden. Weiterhin kann der Kompressionsgrad der Anodenzuluft, der Kathodenzuluft oder der in den Raum eingeleiteten stickstoffangereicherten Kathodenabluft eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die im Brandbekämpfungssystem benötigte elektrische und thermische Energie direkt aus der Brennstoffzelle bereitgestellt.

Somit ist keine externe Energieversorgung notwendig. Das System kann autark arbeiten und es erzeugt seine Energie selber.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Brandbekämpfungssystem angegeben, welches weiterhin eine Zuleitung und einen Wasserspeicher umfasst, wobei dem Brandherd über die Zuleitung Wasser aus dem Wasserspeicher zuführbar ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Brandbekämpfungssystem weiterhin einen Zwischenspeicher zum Speichern der stickstoffangereicherten Kathodenabluft, welcher im Brandfall zur schnellen Löschung entleerbar ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Brandbekämpfungssystems, wie oben beschrieben, zur Bekämpfung eines Brandherds in einem Flugzeug angegeben.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines solchen Brandbekämpfungssystems zur Bekämpfung eines Brandherds in einem Schiff angegeben.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines solchen Brandbekämpfungssystems zur Bekämpfung eines Brandherds in einem Gebäude angegeben.

Weiterhin ist ein Flugzeug angegeben, umfassend ein Brandbekämpfungssystem, wie oben beschrieben, zum Brandschutz eines Raumes in dem Flugzeug.

Weiterhin, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ist ein Verfahren zur Brandbekämpfung angegeben, bei dem eine stickstoffangereicherte Kathodenabluft durch eine Brennstoffzelle erzeugt wird und die stickstoffangereicherte Kathodenabluft zu einem Brandherd geleitet wird, so dass sich der Sauerstoffgehalt um den Brandherd derart verringert, dass der Brandherd gelöscht wird.

Hierdurch wird ein Verfahren bereitgestellt, durch das eine verbesserte Brandbekämpfung in einem Raum in einem Flugzeug bereitgestellt werden kann. Weitere Feuerlöschsysteme, wie beispielsweise Halonsysteme, sind nicht notwendig.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden physikalische Größen innerhalb des Raumes gemessen, wie beispielsweise die Temperatur innerhalb des Raumes, der Druck innerhalb des Raumes, der Sauerstoffgehalt innerhalb des Raumes oder eine Rauchentwicklung innerhalb des Raumes. Diese gemessenen Größen werden dann von der Messeinheit an die Regelungs- oder Steuereinheit zum Triggern der Zuleitung der stickstoffreichen Kathodenabluft zum Brandherd übertragen.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Sauerstoffgehalt im Raum jeweils so eingestellt wird, wie es die im Raum vorliegenden Bedingungen erfordern.

Weitere Ausführungsbeispiele, und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Brandbekämpfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Brandbekämpfungssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines Brandbekämpfungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Brandbekämpfungssystems zum Löschen eines Brandherds in einem Raum, beispielsweise in einem Flugzeug, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 zu erkennen, weist das Brandbekämpfungssystem 100 eine Brennstoffzelle oder Brennstoffzellenanordnung 1 auf, welche eingangsseitig mit entsprechenden Rohstoffen 5, 9 versorgt wird und elektrische Energie 101, thermische Energie 102 und Luft mit vermindertem Sauerstoffanteil 2 abgibt.
Der Luft und dem Brennstoff kann hierbei, je nach Ausführung der Brennstoffzelle 1, Wasserdampf beigemischt sein. Die sauerstoffverminderte Luft 2 wird dann zu Brandschutzzwecken über eine entsprechende Leitung 16 dem zu schützenden Raum zugeführt.
2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Brandbekämpfungssystems 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem in 2 dargestellten System 100 wird die Abluft 2 durch einen Kondensator 19 in Wasser 20 und trockene stickstoffreiche (sauerstoffarme) Luft 202 getrennt. Als inertes Schutzgas dient hier nur die trockene stickstoffreiche Luft 202, welche über Leitung 16 dem zu löschenden Brand zugeführt wird.
Sämtliche Räume und Objekte können durch die Abluft der Brennstoffzelle „inertisiert" werden, bzw. können sämtliche Brände in Räumen und Objekten mit der Kathodenabluft gelöscht werden.
Bei Verminderung des Sauerstoffgehaltes unter ca. 15 Vol.-% gilt die Einschränkung, dass diese Räume und Objekte nicht zum ständigen Aufenthalt von Mensch und Tier gehören sollten. Bei ca. 17vol% ist die Brandwahrscheinlichkeit deutlich geringer, längerer Aufenthalt von Menschen aber durchaus noch möglich. Der verminderte Sauerstoffanteil vermindert die Brand- oder Explosionsgefahr.
Die Nutzung der Brennstoffzellenabluft ist umweltfreundlich und nicht toxisch.
Bei der Verwendung eines Brennstoffzellensystems zur Strom-, Wärme- und/oder Wassergewinnung fällt die sauerstoffarme Luft permanent als Nebenprodukt an.
Das Brandbekämpfungssystem 100 kann hierbei sowohl in mobilen Fahrzeugen oder Löscheinrichtungen oder in Flugzeugen als auch im stationären Einsatz, wie beispielsweise innerhalb von Gebäuden, angewendet werden.
3 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild eines Brandbekämpfungssystems 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Brennstoffzelle 1 kann es sich um sämtliche Arten von Brennstoffzellen handeln. Weiterhin können mehrere Brennstoffzellen 1 vorgesehen sein, welche beispielsweise als Brennstoffzellenbatterie zusammengeschaltet sind, oder (redundant) an getrennten Orten untergebracht sind. Hierdurch wird die Sicherheit des erfindungsgemäßen Brandbekämpfungssystems 100 weiter erhöht.
Bei den zu verwendenden Brennstoffzellen 1 kann es sich beispielsweise um sog. Alkaline Fuel Cell (AFC), Proton Exchange Membran Fuel Cell (PEMFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxid Fuel Cell (SOFC) oder eine Direct Alcohol/Methanol Fuel Cell (DAFC/DMFC) handeln. Es sind aber auch andere Brennstoffzellentypen möglich und gewünscht.
Wie in 3 zu erkennen, wird der Brennstoffzelle 1 anodenseitig ein Brennstoff 3 und kathodenseitig Luft 4 zugeführt.
Der Brennstoff 3, der der Anode 31 zugeführt wird, kann je nach Brennstoffzellentyp variieren. Es ist nicht entscheidend, um welche Art von Brennstoff es sich handelt. Beispielsweise kann als Brennstoff 3 Wasserstoff verwendet werden, der beispielsweise aus Kohlenwasserstoffen (wie sie im Flugzeugtreibstoff vorliegen) reformiert wird oder gespeichert vorliegt.
Die Brennstoffzufuhr 5 wird durch eine Mess-, Steuer- und Regeleinheit 6 überwacht und geregelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Sensorik handeln, welche Volumen, Temperatur, Druck oder auch Masse des zugeführten Brennstoffs misst, und die entsprechenden gemessenen physikalischen Größen dann weiterverarbeitet, um darauf basierend dann eine entsprechende Steuerung oder Regelung durchzuführen.
Die Messdaten können auch über die Leitung 27 auf eine zentrale Steuerungs-/Regelungseinheit 23 übertragen werden, welche dann zentral die entsprechenden Einstellungen an der Brennstoffzufuhr 5 vornimmt, beispielsweise indem entsprechende Ventile entsprechend eingestellt werden.
Um den Brennstoff 3 auf das Temperatur- und Druckniveau der Brennstoffzelle 1 zu bringen, ist ggf. ein Wärmetauscher 7 und/oder ein Kompressor 8 der Brennstoffzelle 1 vorgeschaltet.
Die kathodenseitige Luftzufuhr 9 der Brennstoffzellenkathode 32 kann ähnlich wie die Brennstoffzufuhr 5 durch eine Mess-, Steuer- und Regeleinheit 10 überwacht und gesteuert/geregelt werden. Mögliche Messgrößen sind auch hier Volumen, Temperatur, Druck, Masse bzw. Massenfluss und auch der Lambda-Wert oder die Reinheit der zugeführten Luft.
Auch hier können die Messdaten über Leitung 26 an eine zentrale Steuerungs-/Regelungseinheit 23 übertragen werden, welche dann entsprechende Ventileinstellungen oder dergleichen an der Luftzufuhr 9 vornimmt.
Weiterhin können eine Filtereinheit 11, ein Gebläse 12, ein Wärmetauscher 13 oder ein Kompressor 14 einzeln oder in jeder Kombination der Brennstoffzelle 1 vorgeschaltet sein.
Bei der Luftzufuhr 9 ist entscheidend, dass Stickstoff in der Luft enthalten ist. Im Flugzeug kann hierfür beispielsweise Außen- oder auch Kabinenluft verwendet werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Luft über eine Leitung 15 aus dem Raum 25 oder dem Objekt 25, dem die stickstoffangereicherte Kathodenabluft 2 zugeführt wird, wieder in die Brennstoffzelle 1 zu leiten. Dadurch kann der Sauerstoffanteil im Raum 25 weiter abgesenkt werden, wodurch der Brandschutz bzw. die Brandbekämpfung noch effektiver werden kann.
Auch die Leitung 15 und die anderweitige Luftzufuhr 4 können über die zentrale Steuerung/Regelung 23 gesteuert oder geregelt werden.
Entscheidend ist, dass die Abluft der Kathode 2 einen geringeren Sauerstoffanteil und einen höheren Stickstoffanteil besitzt, als die kathodenseitige Luftzufuhr 9. Je nach Brennstoffzellentyp enthält die Kathodenabluft das entstandene Produktwasser, sofern die Wasserstoff/Sauerstoffreaktion an der Kathodenseite stattfindet.
Diese Abluft 2 besitzt durch ihren erhöhten Stickstoffanteil inerte Eigenschaften, welche dazu führen, dass ein Feuer erst gar nicht entstehen kann oder sich zumindest deutlich schwächer ausbreitet als unter Normalbedingungen.
Beispielsweise besitzt die Kathodenabluft 2 bei einem Sauerstoffumsatz (Lambda) von 2 (was bedeutet, dass 50 % des zugeführten Sauerstoffs in der Brennstoffzelle 1 mit Wasserstoff zu Wasser reagieren) nur noch einen Sauerstoffanteil von ca. 10,5 Vol.-% Normale Luft weist einen Sauerstoffanteil von ca. 21 Vol.-% auf.
Über ein Rohrsystem 16 kann diese Abluft 2 dem Raum oder dem Objekt 25 direkt zugeführt werden und somit für eine Verringerung des Sauerstoffanteils in dem Raum oder dem Objekt 25 beitragen.
Über einen Kompressor 17 und/oder einen Wärmetauscher 18 kann die stickstoffangereicherte Kathodenabluft 2 verdichtet und/oder gekühlt werden, bevor sie dem Raum/Objekt 25 zugeführt wird.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist, je nach Brennstoffzellentyp, die stickstoffangereicherte Kathodenabluft 2 ggf. wasserhaltig. In diesem Fall kann ein Kondensator 19 (zusätzlich oder alternativ zu dem Kompressor 17 und dem Wärmetauscher 18) zugeschaltet werden. Der Kondensator 19 kondensiert das Wasser aus und speichert es in einem Wassertank 20 oder führt es direkt einem externen Wassersystem 201 zu. Bei dem Wassersystem 201 kann es sich um bordinterne Verbraucher oder aber auch um ein zusätzliches Löschsystem 32 zur Löschung von Bränden handeln. Auch diese zusätzliche Löschsystem 32 kann von der Steuerung/Regelung 23 gesteuert werden.
Die verbleibende, je nach Kondensationsgrad, leicht feuchte oder ganz trockene Luft kann nun ebenfalls, wie zuvor beschrieben, dem Brandherd 41 im Raum 25 direkt oder über einen Kompressor 21 zugeführt werden.
Ein Wegeventil 34 kann die stickstoffreiche Kathodenabluft nach dem Kondensator 19 zu einem Speicherbehälter 36 umleiten. Ein gegebenenfalls vor geschalteter Kompressor 35 verdichtet die stickstoffreiche Kathodenabluft und erhöht die Speicherdichte. Im Brandfall kann die stickstoffreiche Kathodenabluft aus dem Speicher 36 ausströmen und über ein Druckregelventil 37 und Anschlüsse 38, 39 dem Rohrleitungs- Schlauchsystem 16 zugeführt werden.
Um die Löschleistung der stickstoffreichen Kathodenabluft zu erhöhen, kann aus einer Leitung 40 direkt ins Rohrleitungs-, bzw. Schlauchsystem 16 zusätzliches Wasser zugeführt werden. Es kann auch ein von der stickstoffreichen Kathodenabluft separates Rohrleitungs-, bzw. Schlauchsystem 40 vorgesehen sein. Das Wasser kann dabei aus der Brennstoffzelle selbst stammen, wie durch Leitung 43 veranschaulicht, oder aus einer externen Quelle 42 stammen, welche von der Steuerung/Regelung 23 gesteuert wird.
Weiterer wichtiger Bestandteil der Erfindungsmeldung ist die Kombination der Nutzung der stickstoffreichen Kathodenabluft zum Brandlöschen oder -dämmen mit herkömmlichen Löschmitteln/Löschverfahren 32. Hierfür ist beispielsweise die Kombination von Wassernebelanlagen, CO2, Stickstoff, Argon, FM200, Novec oder ähnlichen mit der stickstoffreichen Kathodenabluft einer Brennstoffzelle vorgesehen.
Im Brandfall kann dann das externe Löschmittel über das gleiche Rohr-, Schlauchverteilungssystem 16 oder ein separates System 31 dem Brandherd zugeführt werden. Auch dieses separate System 31 kann von Steuerung/Regelung 23 gesteuert werden.
Im folgenden werden zwei beispielhafte Ausführungsformen beschrieben:

– Der Brandherd 41 wird automatisch über ein Branderkennungssystem 22 erkannt. Das Branderkennungssystem 22 aktiviert über die Steuerungs-Regelungseinheit 23 die Brandlöschungsmaßnahmen, wie die Zufuhr der stickstoffangereicherten Kathodenabluft. Wie z.B. im Flugzeug meldet das Branderkennungssystem 22 über die Steuerungseinheit 23 den Brandfall an die Besatzung, so dass dann der Pilot manuell die Löschungsmaßnahmen aktiviert.
– Bei mobilen Einsätzen, wie z.B. bei Feuerwehrautos oder Brennstoffzellenhandlöschern wird manuell direkt am Brandherd 41 gelöscht. Eine automatische Erkennung und oder Löschung ist hierbei oftmals nicht direkt mit dem Brandbekämpfungssystem 100 gekoppelt.

Zum nachhaltigen Löschen eines Brandes kann die Luft im Raum 25 um einen bestimmten Sauerstoffgehalt reduziert werden. Je nach Anwendung kann der Sauerstoffgehalt dabei variieren.
Bei einem Sauerstoffgehalt von 15 Vol.-% brennen viele Materialien bereits nicht mehr. Ein Betreten des Raumes ist allerdings immer noch möglich.
Beispielsweise kann die Steuerung/Regelung 23 so programmiert sein, dass der Sauerstoffgehalt in dem Raum 25 konstant bei 15 Vol.-% gehalten wird. Es sind aber auch andere Programmierungen möglich. Beispielsweise kann die Steuerung/Regelung 23 so programmiert sein, dass der Sauerstoffgehalt im Raum 25 stets unter einem einstellbaren Schwellwert liegt. Nähert er sich von unten dem Schwellwert, können ggf. weitere Brennstoffzellen zugeschaltet werden oder die Leistung der Brennstoffzelle kann erhöht werden.
Der Raum 25 besitzt hierfür eine Messeinrichtung 22, welche an die Steuerung/Regelung 23 angeschlossen ist (über Leitung 28). Die Messeinrichtung 22 dient der ständigen Messung und Überwachung des Sauerstoffgehalts und ggf. weiterer Parameter, wie beispielsweise Druck, Temperatur, Rauchentwicklung innerhalb des Raumes 25.
Weiterhin ist ein Überdruckventil 24 vorgesehen, welches einen Druckausgleich regeln kann.
Die Messeinrichtung 22 misst ständig den Sauerstoffgehalt, die Temperatur und den Druck. Die entsprechenden Informationen werden an die Regelungs- oder Steuereinheit 23 weitergegeben.
Eine Rauchentwicklung kann beispielsweise auch visuell erfasst werden (mit Hilfe einer Videokamera). Die aufgenommenen Bilder werden dann elektronisch ausgewertet und können ggf. auch an das Cockpit abgegeben werden, so dass sich der Pilot ein Bild von der Situation im Raum 25 machen kann.
Die Regelungs- oder Steuereinheit 23 regelt und/oder steuert insbesondere die Luftzufuhr 9, die Brennstoffzufuhr 5, die Zufuhr 2 der stickstoffangereicherten Kathodenabluft und sämtliche im Brandbekämpfungssystem 100 installierten Ventile, Wärmetauscher, Kompressoren und Gebläse.
Diese genannten Steuer- oder Regelungssysteme können über Leitung 29 angesteuert werden. Die Zuleitung 16 zum Raum 25 kann über ein Ventil 30 geregelt werden.
Weiterhin kann die im System benötigte elektrische und thermische Energie, wie beispielsweise für die Kompressoren oder den Wärmetauscher, entweder aus der Brennstoffzelle 1, aus externen Quellen (nicht dargestellt in 3) oder aus einer Kombination von beiden bereitgestellt werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen, vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung und dem erfindungsgemäßen Prinzip auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungsformen Gebrauch macht.

Claims

Brandbekämpfungssystem zum Löschen eines Brandherds in einem Raum in einem Flugzeug, das Brandbekämpfungssystem (100) umfassend: eine Brennstoffzelle (1) zur Erzeugung einer stickstoffangereicherten Kathodenabluft; und eine Leitungsanordnung (16) zum Zuleiten der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd (41), so dass sich ein Sauerstoffgehalt um den Brandherd (41) derart verringert, dass der Brandherd (41) gelöscht wird.
Brandbekämpfungssystem (100) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Regelungs- oder Steuereinheit (23) zum Triggern der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd (41).
Brandbekämpfungssystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Regelungs- oder Steuereinheit (23) zum Steuern oder Regeln einer Luftzufuhr (9) der Kathode der Brennstoffzelle (1), einer Brennstoffzufuhr (5) der Anode der Brennstoffzelle (1) und der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd (41) ausgeführt ist.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: eine Messeinheit (6, 10, 22) zum Messen zumindest einer physikalischen Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Sauerstoffgehalt innerhalb des Raumes (25), einer Temperatur innerhalb des Raumes (25), einem Druck innerhalb des Raumes (25) und einer Rauchentwicklung innerhalb des Raumes (25); und eine Datenleitung (26, 27, 28) zum Übertragen der gemessenen physikalischen Größe von der Messeinheit (22) an die Regelungs- oder Steuereinheit (23).
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: ein Überdruckventil (23) zum Regeln eines Druckausgleichs im dem Raum (25).
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen Kompressor (17, 21) zum Verdichten der stickstoffangereicherten Kathodenabluft, so dass sich die Brandlöschleistung erhöht; und/oder einen Wärmetauscher (18) zum Kühlen der stickstoffangereicherten Kathodenabluft.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen Kondensator (19) zum Auskondensieren von Wasser aus der stickstoffangereicherten Kathodenabluft; und einen Wassertank (20) zum Speichern des auskondensierten Wassers.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Zuleitung (15) zum Bereitstellen einer Luftzufuhr (9) der Kathode der Brennstoffzelle (1) aus dem Raum (25), wodurch der Sauerstoffgehalt in dem Raum (25) weiter absenkbar ist.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelungs- oder Steuereinheit (23) weiterhin zum Steuern oder Regeln des Wärmetauschers (18), eines Kompressors (8, 14, 17, 21, 35), und des Überdruckventils (24) ausgeführt ist.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Brandbekämpfungssystem (100) benötigte elektrische und thermische Energie direkt aus der Brennstoffzelle (1) bereitgestellt wird.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Zuleitung (40); ein Wasserspeicher (42); wobei dem Brandherd (41) über die Zuleitung (40) Wasser aus dem Wasserspeicher (42) zuführbar ist.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen Zwischenspeicher (36) zum Speichern der stickstoffangereicherten Kathodenabluft, welcher im Brandfall zur schnellen Löschung entleerbar ist.
Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: ein separates Löschsystem (32), basierend auf herkömmlichen Löschmitteln oder Löschverfahren.
Verwendung eines Brandbekämpfungssystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Brandschutz eines Raums (25) in einem Flugzeug.
Verwendung eines Brandbekämpfungssystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Brandbekämpfung in einem Raum in einem Gebäude, wobei das Brandbekämpfungssystem eine Luftversorgung aufweist, die außerhalb des Raums angeordnet ist.
Verwendung eines Brandbekämpfungssystems (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Brandbekämpfung in einem Schiff.
Flugzeug, umfassend ein Brandbekämpfungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Brandbekämpfung in dem Flugzeug.
Verfahren zur Brandbekämpfung, das Verfahren umfassend die Schritte: Erzeugen einer stickstoffangereicherten Kathodenabluft durch eine Brennstoffzelle (1); Zuleiten der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zu einem Brandherd (41), so dass sich ein Sauerstoffgehalt um den Brandherd (41) derart verringert, dass der Brandherd (41) gelöscht wird.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend den Schritt: Triggern der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd (41).
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, Messen zumindest einer physikalischen Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Sauerstoffgehalt innerhalb des Raumes (25), einer Temperatur innerhalb des Raumes (25), einem Druck innerhalb des Raumes (25) und einer Rauchentwicklung innerhalb des Raumes (25); und Übertragen der gemessenen physikalischen Größe von der Messeinheit (22) an eine Regelungs- oder Steuereinheit (23) zum Triggern der Zuleitung der stickstoffangereicherten Kathodenabluft zum Brandherd (41).