DE102010001741A1

DE102010001741A1 - Löschmittel

Info

Publication number: DE102010001741A1
Application number: DE102010001741A
Authority: DE
Inventors: Thomas 70469 Woehrle; Stephan 71229 Leuthner; Rainer 70174 Kern
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2533864B1; WO2011098188A1; EP2533864A1; US20130207018A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Löschmittel, ein Verfahren zur Herstellung, eine Brandbekämpfungsanlage mit diesem Löschmittel und eine Verwendung dieses Löschmittels zur Brandbekämpfung und Brandvorbeugung, insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien. Dazu wird ein Löschmittel aus einer Suspension bereitgestellt, welche zumindest Wasser, ein in Wasser schwerlösliches Salz mit einem Kation der Elemente Kalzium, Magnesium, Strontium und ein Wasser-Verdickungsmittel umfasst. Zudem wird eine Brandbekämpfungsanlage mit dem genannten Löschmittel und eine Verwendung des Löschmittels der oben genannten Art bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Löschmittel, ein Verfahren zur Herstellung, eine Brandbekämpfungsanlage mit diesem Löschmittel und eine Verwendung dieses Löschmittels zur Brandbekämpfung und Brandvorbeugung, insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien.
Stand der Technik
Eine Vielzahl unterschiedlicher Löschmittel und Löschverfahren für unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten ist bekannt.
So geht beispielsweise aus der DE 40 12 549 A1 ein Verfahren zur Bekämpfung und Löschung von Bränden und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung hervor, mit dessen Hilfe auf der Grundlage der Nasslöschung eine verbesserte Löschwirkung bei Verringerung der durch das Löschen verursachten Umweltbelastung erzielt werden soll. Dabei werden Kalzium-Fällungsprodukte und/oder besonders aktiviertes Kalziumkarbonat, das heißt besonders fein gemahlenes bzw. fein verteiltes, umwelt- und gesundheitsverträgliches Kalziumkarbonat eingesetzt. Dieses soll brennende Oberflächen sofort versiegeln und eine Reaktionskette unterbrechen. Toxische, aus der thermischen Zersetzung der Kunststoffe freigesetzten Gase und Schadstoffe reagieren dabei mit dem Kalziumkarbonat und werden gebunden. Die DE 40 12 549 A1 eignet sich jedoch nur für Brände der Klassen A, B, oder C. Nach diesem Stand der Technik können jedoch keine Lithium-Ionen-Batterien bekämpft werden.
Es ist auch bekannt, Wasser als Löschmittel zu verwenden und dem Wasser Verdickungsmittel bzw. sogenannte Gelbildner beizusetzen um die Viskosität zu erhöhen. Wasser mit erhöhter Viskosität beziehungsweise Wasser in Gelform weist eine bessere Kühlleistung auf.
Die Begriffe Lithium-Ionen-Zelle, -Batterie, -System, -Batteriesysteme, werden im Folgenden synonym benutzt. Dabei ist mit einer Lithium-Ionen-Zelle ein galvanisches Element gemeint, das mindestens eine Elektrode enthält, welche Lithium-Ionen reversibel aus bzw. einlagern kann.
Es ist kein Löschmittel bekannt, welches angepasst an eine Brandbekämpfung bei Lithium-Ionen-Systemen ist. Herkömmliche Löschmittel weisen entweder eine zu geringe Kühlleistung auf, das heißt sie verdunsten zu großen Teilen wirkungslos, oder sie vermögen es nicht speziell bei Lithium-Ionen-Systemen entweichende gefährdende Stoffe zu binden und somit zu verhindern, dass diese in die Umwelt gelangen.
Eine Leckage oder auch ein Brand bewirkt bei Lithium-Ionen-Systemen eine Exmittierung von hoch reaktiven und giftigen Spezies, wie Phosphoroxidtrifluorid (POF₃) oder Flusssäure (HF). Dies resultiert aus der Tatsache, dass in praktisch allen Lithium-Ionen-Systemen oder Lithium-Ionen-Polymer-Systemen das Leitsalz Lithium-hexa-fluorophosphat (LiPF₆) eingesetzt wird, welches beim Öffnen der Zelle austritt und in hoch giftige, korrosive und reaktionsfähige Spezies umgewandelt wird. Dabei können Phosphoroxidtrifluorid (POF₃), Phosphorsäure (H₃PO₄) und Fluorwasserstoff (HF) entstehen. Diese Spezies stellt eine große Gefahr für Menschen und Umwelt dar.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Löschmittel aus einer Suspension zur Verfügung gestellt, welche zumindest Wasser, ein in Wasser schwerlösliches Salz mit einem Erdalkalimetall-Kation und ein Wasser-Verdickungsmittel umfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Löschmittel ist es vorteilhaft ermöglicht einem Brand an Lithium-Ionen-Systemen vorzubeugen, oder diesen nach Entstehen auch zu löschen. Das eingesetzte schwerlösliche Salz mit einem Erdalkalimetall-Kation bindet auch Phosphoroxidtrifluorid, Phosphorsäure und Fluorwasserstoff. Das im Wasser feinverteilte, suspendierte Pulver übt zudem vorteilhaft im Unterschied zu gelösten Salzen, wie Kalziumchlorid CaCl₂ keine Konkurrenz-Wechselwirkung zum Gelbildner aus, womit ein Kühleffekt des Löschmittels reduziert wäre.
Das Wasser-Verdickungsmittel bewirkt eine Erhöhung der Viskosität sowie eine Gelifizierung der Flüssigkeit. Das erfindungsgemäße Löschmittel weist daher eine gelartige Konsistenz auf. Dadurch ist vorteilhaft eine wirkungslose Verdunstung des Wassers vor einem Auftreffen auf einen Brandherd verhindert und gleichzeitig ist der Gelbildner selbst und das schwerlösliche suspendierte Pulver in diesem gelartigen Löschmittel stabil und gleichmäßig verteilt. Mittels einer Veränderung der Viskosität durch Wasser-Verdickungsmittel kann das erfindungsgemäße Löschmittel vorteilhaft an eine jeweilige Anwendung angepasst werden. Ein Beispiel für diesen Stand der Technik ist die EP1817086B1 . Nach diesem Stand der Technik können keine Lithium-Ionen-Batterie-Brände bekämpft werden, da die giftigen und korrosiven Spezies die bei der Brandbekämpfung mit einem rein Wasser-basierten Löschmittel naturgemäß durch Hydrolyse des Leitsalzes Lithium-hexa-Fluoro-Phosphats (LiPF₅) frei gesetzt werden, nicht niedergeschlagen werden.
Überraschenderweise zeigt sich jedoch, dass eine Kombination eines Wasserbasierten Gel-Löschmittel mit einem schwerlöslichen Salz mit einem Kation basierend auf Kalzium, Magnesium oder Strontium, welches mit Fluorwasserstoff (HF) zu einem in Wasser nicht-löslichen Fluorid-Salz reagiert, geeignet ist, um Lithium-Ionen-Brände zu bekämpfen. Durch das Gel-Löschmittel wird eine ausreichende Kühlwirkung bereitgestellt und das reaktive Salz bindet den Fluorwasserstoff und weitere toxische Spezies, die entstehen können, chemisch ab.
Das erfindungsgemäße Löschmittel ist zudem in verschiedensten Löschanlagen verwendbar, beispielsweise in stationären Hochdruck-Nebel-Anlagen für Lithium-Ionen-Prüfstände, Handfeuerlöschern oder auch Transportbehältern, aus denen in einem Gefahrenfall Löschmittel gespendet wird.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kalziumkarbonat (CaCO₃) das schwerlösliche Salz mit einem Erdalkalimetall-Kation ist. Mit Kalziumkarbonat beziehungsweise Kalk ist vorteilhaft eine vergleichsweise preisgünstige und umweltverträgliche Substanz eingesetzt. Kalziumkarbonat bindet Fluorwasserstoff (HF) unter Bildung des in Wasser schwerlöslichen Kalziumfluorid (CaF₂) ab.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Löschmittel mit einem Anteil zwischen 5 Gew.% und 30 Gew.% das schwerlösliche Salz aufweist. Mit diesem Stoffverhältnis ist bei einer Brandbekämpfung oder Brandvorsorge vorteilhaft eine Menge am reaktiven, schwerlöslichen Salz bereitgestellt, mit der nahezu alle Schadstoffe, wie Fluorwasserstoff, gebunden werden können.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das schwerlösliche Salz eine mittlere Korngröße zwischen 0,2 μm und 10 μm aufweist. Hiermit ist vorteilhaft eine Korngröße des schwerlöslichen Salzes bereitgestellt, mit der das schwerlösliche Salz eine optimal große Oberfläche besitzt, um die schädlichen Spezies durch chemische Reaktion schnell zu binden.
Das erfindungsgemäße Löschmittel ist in allen seinen Ausführungsformen vorzugsweise in einer Brandbekämpfungsanlage implementiert.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls eine Brandbekämpfungsanlage bereitgestellt, mit einem Löschmittel der oben beschrieben Art. Hiermit ist vorteilhaft eine Anlage bereitgestellt, mittels welcher auch Lithium-Ionen-Systeme wirkungsvoll und umweltverträglich gelöscht werden können.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung des Löschmittels und eine Verwendung eines Löschmittels der oben genannten Art bereitgestellt. Hiermit ist vorteilhaft eine Verwendung für Brandbekämpfung und Brandvorbeugung bereitgestellt, die mittels bekannter Brandschutzanlagen oder Löschanlagen realisiert werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Lithium-Ionen-Batterie gelöscht wird. Hiermit wird vorteilhaft verhindert, dass gefährliche Stoffe, wie Phosphoroxidtrifluorid (POF₃), Phosphorsäure (H₃PO₄) oder Fluorwasserstoff (HF) in die Umwelt gelangen. Durch den Einsatz von schwerlöslichem Salz mit Erdalkalimetall-Kation ist nach einem Löschvorgang kein freies Fluorid-Anion im Löschwasser nachweisbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Ausführungsformen der Erfindung
Das erfindungsgemäße Löschmittel basiert auf Wasser, als Grundlage, einem im Wasser schwerlöslichen Salz mit einem Erdalkalimetall-Kation, beispielsweise einem Karbonat, um beispielsweise entstandenen Fluorwasserstoff oder auch Phosphoroxidtrifluorid (POF₃) durch eine chemische Reaktion abzubinden, und auf einem Verdickungsmittel, wodurch das Löschmittel eine höhere Viskosität und damit eine gelartige Konsistenz erhält. Ein wasserbasiertes Gel hat erhöhte Kühlwirkung. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Wassermoleküle durch Wechselwirkung mit dem Gelbildner gewissermaßen festgehalten werden und erst durch zusätzliche Energiezufuhr getrennt werden können.
Als Verdickungsmittel können Handelsübliche Mittel, zum Beispiel Firesorp^TM eingesetzt werden. Mit der Menge der Zugabe kann die Viskosität des erfindungsgemäßen Löschmittels an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. So können beispielsweise Schutzschichten aus dem Löschmittel, die zur Sicherheit vorsorglich in Behältnissen angeordnet sind eine größere Viskosität aufweisen, um den Umgang mit derartigen Behältnissen zu erleichtern, und zu verspritzende Löschmittel können im Vergleich dazu eine niedrigere Viskosität erhalten, um eine gute Verspritzbarkeit zu gewährleisten.
Durch die gegenüber normalem Wasser erhöhte Viskosität ist eine bessere Kühlleistung des Löschmittels erreicht und die im Löschmittel enthaltenen Salze sind homogener verteilt.
Als Salz mit einem Erdalkalimetall-Kation ist erfindungsgemäß Kalk, also Kalziumkarbonat vorzugsweise eingesetzt. Der mittlere Korndurchmesser des Salzes beträgt zwischen 0,2 μm und 10 μm, vorzugsweise 1–2 μm und ist dem Löschmittel in einem Anteil zwischen 5 Gew.% und 30 Gew.%, vorzugsweise 15 Gew.% beigefügt. Erfindungsgemäß sind auch andere Salze mit den Kationen Magnesium (Mg), Kalzium (Ca), Strontium (Sr) der 2. Hauptgruppe des Periodensystems vorgesehen, wobei Be nicht geeignet und Ba zu giftig ist.
Durch eine Verkleinerung der Korngröße kann die Oberfläche, die für Reaktionen bereitsteht, und damit die Reaktivität erhöht werden. Mit einer Korngröße zwischen 0,2 μm und 10 μm ist eine optimale Größe erreicht, um entstandenen Fluorwasserstoff und andere Gefahrenstoffe schnell zu binden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Löschmittels näher beschrieben. Die Spendung des erfindungsgemäßen Löschmittels mit den Komponenten a) Wasser, b) schwerlösliches Karbonat als Fluorfänger, c) Gel, welches Wasser bindet, erfolgt in einer Suspension des schwerlöslichen Karbonates in einem viskosen Lösch-Gel (z. Bsp. Firesorp^TM) Dazu wird zunächst das Löschgel wie zum Beispiel Firesorp^TM in Wasser (zum Beispiel 2%) gelöst und beispielsweise Kalk mit einem mittleren Korndurchmessser von 2 μm eingetragen (z. Bsp. 15 Gewichtsprozent).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4012549 A1 [0003, 0003]
EP 1817086 B1 [0010]

Claims

Löschmittel aus einer Suspension, welche zumindest Wasser, ein in Wasser schwerlösliches Salz mit einem Kation basierend auf Kalzium, Magnesium oder Strontium und ein Wasser-Verdickungsmittel umfasst.
Löschmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kalziumkarbonat (CaCO₃) das schwerlösliche Salz ist.
Löschmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel mit einem Anteil zwischen 5 Gew.% und 30 Gew.% das schwerlösliche Salz aufweist.
Löschmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schwerlösliche Salz eine mittlere Korngröße zwischen 0,2 μm und 10 μm aufweist.
Brandbekämpfungsanlage mit einem Löschmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Verfahren zur Herstellung eines Löschmittels, bestehend aus Wasser, einem in Wasser schwerlöslichen Salz und einem Wasser-Verdickungsmittel mit folgenden Verfahrensschritten: a) Lösen des Wasser-Verdickungsmittels in Wasser, b) Eintragen des schwerlöslichen Salzes, c) Herstellung einer Suspension aus dem schwerlöslichen Salz und dem Wasser-Verdickungsmittel.
Verwendung eines Löschmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Brandbekämpfung und Brandvorbeugung.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lithium-Ionen-Batterie gelöscht wird.