DE102018009335A1 - Feuerlöscher - Google Patents

Abstract

Ein Feuerlöscher mit einem Behälter für Wasser als Löschmittel und mit einem Auslaß-Rohr Auslaß-Ventil sowie mit einer Druckpatrone hat als Zerstäubungseinrichtung einen statisch wirksamer Düsenkopf , welcher an das Ende des Auslaßschlauchs angeschlossen ist und eine Auslaßkammer mit einer Auslaß-Düsenplatte und einer Anzahl von Düsenlöchern aufweist: Durch geeignete Auslegung und Befüllung werden gewünschten Vorgabegrößen wie Wurfweite bei ausreichend hohem und nur gezielt abfallendem Betriebsdruck des Behälters BIS ZUM Ende der Spritzdauer, ausreichend großer Durchsatz (Durchflußmenge pro Zeiteinheit) sowie ausreichende Spritz-Dauer von vorzugsweise mehr als ca 30 sek erreicht.

Description

• Der Feuerlöscher nach Anspruch 1, Oberbegriff ist bekannt durch WO2011087383A1 , erteilt als Europäisches Patent: 2523733 .
• In dem Behälter des dort beschriebenen Feuerlöschers ist ein dynamischer Mischer vorgesehen, durch den Wasser und ein Treibgas mit einander vermischt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bekannten Feuerlöscher hinsichtlich einiger Nachteile zu verbessern.
• Der bekannte Löscher zeichnet sich durch Bildung feiner Nebel-Tropfen aus bei relativ geringer Wurfweite und schnell abfallendem Druck.
• Der Feuerlöscher nach Anspruch 1 ist aufladbar mittels Patrone (CO₂ oder N₂). CO₂ hat den Nachteil der Löslichkeit in Wasser; dadurch ist der Betriebsdruck niedriger. Als Auslaßrohr ist vorzugsweise ein Schlauch verwandt, an dessen Ende neben dem Auslaßventil ein Auslaßdüsenkopf sitzt. Dieser Auslaßdüsenkopf ist statisch aufgebaut. In seiner zur Strahlrichtung senkrechten Auslaßplatte ist eine Vielzahl von Düsenlöchern kleinen Querschnitts eingebracht.
• Dieser Feuerlöscher hat durch Auslegung und Befüllung die besondere Eigenschaft, die Vorgabegrößen zu erfüllen, als da sind:
• • ausreichende Wurfweite
• • bei ausreichend hohem und nur gezielt abfallendem Betriebsdruck des Behälters von vorzugsweise mehr als 20 bar auch am Ende der Spritzdauer
• • ausreichend großem Durchsatz (Durchflußmenge pro Zeiteinheit)
• • und ausreichender Spritz-Dauer von vorzugsweise mehr als ca 30 sec.
• Damit sind die wesentlichen Voraussetzungen für ein gutes Löschergebnis und die Zulassung durch die Prüfinstitution gegeben.
• Die Berechnung der Löschparameter muß unter Einbeziehung der Temperatur (20°C bis 40°C) oder bei gleichbleibender Normaltemperatur (20°C) erfolgen.
• Eine der Voraussetzungen zur Erzielung einer hohen Wurfweite ist die Vergrößerung der Tropfenmasse. Diese Voraussetzung ist erfüllt, da der Feuerlöscher nicht einen Nebelstrahl sondern einen Regentropfen-Strahl erzeugt. Jeder Tropfen hat genügend Masse und erhält eine so hohe kinetische Energie, dass der Luftwiderstand über eine weite Strecke überwunden wird und der Masseverlust durch Verdunstung sich nicht auswirkt. Die Tropfenmasse soll dabei im Bereich von einem Gramm, zwischen 0,3 und 2 g liegen.
• Es wird vermieden, dass der Löschstrahl wegen zu kleiner Tropfen in der Luft dispergiert oder bei der Hitze des Brandherds verdunstet oder durch die Turbulenzen der Brandstelle verweht, bevor er einen brennenden Gegenstand erreicht. Erfindungsgemäß werden insbesonder die folgenden Parameter mit Ist-Werten und Von-bis-Bereichen zur Auslegung und Befüllung des Feuerlöschers in einem konstruktiven Zusammenhang genutzt.:
• Behältergröße des Löschmittelbehälters (Vol_Beh ltr)
• Wasserladung = eingefüllte Wassermenge (Volumen, Vol_Wasser ltr)
• Luftpolster (Volumen, Vol_Luft ltr)
• Patrone hinsichtlich:
• Treibmittel-/Stickstoffmenge (Gewicht, kg)
• Anfangsdruck P_ANF =Betriebsdruck des Löschmittelbehälters bei öffnen der Patrone, (bar entspr. 10⁵Kg/m*sec²⁾⁾
• Enddruck P_ENDe =Betriebsdruck des Löschmittelbehälters bei
• Wasser-entleertem Löschmittelbehälter (bar entspr. 10⁵Kg/m*sec²⁾⁾

Wurfweite (W m) ~
Spritzdauer (T_LÖ sec)
• Die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser d jedes einzelnen Düsenlochs ist nach Anspruch 1 ausgelegt. Dank dieser Auslegung erhält der Wasserstrahl an jedem dieser Düsenlöcher unter dem Einfluß des Betriebsdrucks eine Strömungsgeschwindigkeit/Austrittsgeschwindigkeit, die zur Ausbildung großer Tropfen und zur Erzielung der Wurfweite ausreicht.
• Nach der Erfindung wird die Querschnittsfläche jedes dieser Düsenlöcher durch Bemaßung des Innen-Durchmessers so ausgelegt und es wird der Verlauf von Druck und Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Löschzeit so beeinflußt, daß vom Beginn bis zum Ende des Löschvorgangs die Tropfengröße und Wurfweite in vorbestimmten Grenzen gewährleistet bleiben.
• Nach Anspruch 2 werden so viele Düsen-Löcher vorgesehen, dass während der Löschdauer ein gewünschter Gesamt-Volumenstrom erreicht und eine gute Löschwirkung erzielt wird.
• Dabei sind die Wasserladung als Gewichtsmenge oder Volumenmenge, die Wurfweite und die Löschdauer als äußere Größen normgerecht nach Bedarf, aber auch als werbende Qualitätsmerkmale vorzugeben und auswählbar.
• Wasserladung und Löschdauer bestimmen die Strömungsmenge (ltr/sec), welche wiederum zur Erreichung einer zufrieden stellenden Löschwirkung nicht zu klein sein darf.
• Bei der Wurfweite ist zu berücksichtigen, dass nicht erwartet werden kann, dass die gesamte als Wasser-Regen ausgetriebene Wassermenge die Wurfweite erreicht; Es ist davon auszugehen, dass 50-80 % der ausgebrachten Wassermenge die vorgegebene Wurfweite erreicht.
• Diese Vorgabegrößen bestimmen die Auslegung und Befüllung des Feuerlöschers nach Maßgabe der folgenden Einflussgrößen, zu denen von den Vorgabegrößen die Wurfweite und die Löschdauer, und im übrigen gehören:
• Art und Füllmenge des Treibmittels,
• das Verhältnis von Wasserladung und Luftladung in dem Löschmittelbehälter,
• die Austrittsfläche des einzelnen Düsenlochs,
• die Anzahl der Düsenlöcher,.
• Es ergibt sich damit folgende Vorgehensweise:
• Erfindungsgemäß wird der Löschmittelbehälter nicht vollständig mit Wasser gefüllt sondern enthält neben der Wasserladung auch noch ein Luftpolster. Die Größe des Luftpolsters wird so gewählt, dass nach dem öffnen der Treibgaspatrone der Betriebsdruck in dem Löschmittelbehälter vor und zu Beginn des Löschvorgangs den vorgegebenen höchst zulässigen Druck nicht überschreitet.
• Ausgeführt werden:
• Treibmittel: 50 gr Stickstoff, Vol_Beh =7,3 ltr, Vol_Luft / Vol_Beh =1,3/7,3,
• Treibmittel: 150 gr Kohlendioxid, Vol_Beh =13 ltr, Vol_Luft / Vol_Beh =4/13,
• Andererseits werden das Gesamtvolumen des Löschmittelbehälters und die Größe der Druckpatrone beziehungsweise Gewichtsmenge des Treibmittels so aufeinander abgestimmt, dass bei Ende der Löschdauer der bestehende Betriebsdruck in dem Löschmittelbehälter noch ausreicht für die Erzielung der gewünschten Wurfweite und Tropfenbildung mit ausreichender Tropfenmasse.
• Für die Austrittsgeschwindigkeit des Tropfenstrahls an jedem Austrittsdüsenloch gilt zur Erreichung der vorgegebenen Wurfweite, dass bei einem von Hand gehalten Düsenkopf die vorgegebene Wurfweite in weniger als 1 Sekunde erreicht sein sollte. Die Austrittsgeschwindigkeit des Wasserstroms vor jedem Düsenloch muß unter Berücksichtigung der Austrittsfläche zur Tropfenbildung mit ausreichend großer Tropfenmasse des Einzeltropfens so groß sein, dass die laminare Strömung zusammenbricht. Dazu muß unter Berücksichtigung der Viskosität (und der kritischen Reynold'sche Zahl für Rohrströmung von Wasser) das Produkt aus Austrittsgeschwindigkeit und Durchmesser des Düsenlochs wesentlich größer als 2320mm²/sec sein.
• Erfindungsgemäß sieht eine bevorzugte Ausführung des Düsenkopfes vor, dass der Düsenplatte noch eine Verwirbelungsplatte mit Verwirbelungslöchern vorgeschaltet ist, die mit der nachgeschalteten Auslaß-Düsenplatte eine Wirbelkammer bildet, in welche die laminar ankommende Wasserströmung in Einzelströme vorzugsweise nicht parallel zur Längsrichtung der Düsenlöcher bzw. nicht senkrecht zur Düsenplatte geleitet wird. Der Strömungswiderstand der Verwirbelungsplatte sollte so gering sein, dass der Druckabfall gegenüber dem Betriebsdruck gering ist; d.h. :In der Wirbelkammer und vor der Düsenplatte stellt sich zwar ein Eingangsdruck ein der (im wesentlichen) kleiner als der Betriebsdruck ist; es entsteht jedoch eine hoch turbulente Strömung mit sehr geringer mittlerer Strömungsgeschwindigkeit. Das hat auf die Tropfenbildung einen sehr günstigen Einfluß, der die insofern negative Auswirkung des Druckabfalls bei weitem überwiegt, Ebenso wird hierdurch auch die Beeinflussung der Tropenmasse des einzelnen Tropfens im Sinne einer Vergrößerung ermöglicht.
• Andererseits hängt die Austrittsgeschwindigkeit aus jedem einzelnen Düsenloch von diesem Eingangsdruck< Betriebsdruck ab. Der End-Betriebsdruck und der Druckabfall an der Wirbelplatte müssen bei der vorgegebenen Durchsatzmenge (ltr/sec) so gewählt werden, dass auch zum Ende der Löschdauer, d.h. wenn der Löschmittelbehälter fast leer ist, bei dem niedrigen End-Betriebsdruck der erforderliche Eingangsdruck vor der Düsenplatte noch vorhanden ist. Das wird erzielt durch die Relation zwischen dem Volumen des leeren Löschmittelbehälters und der Gewichtsmenge des eingebrachten Treibmittels. Das in der Druckpatrone unter Druck verflüssigte Treibmittel wird mit einem solchen Gewicht. ausgewählt, dass es bei Expansion auf das Gesamtvolumen des Löschmittelbehälters noch den Betriebsdruck erzeugt, welcher zur Erreichung der für die gewünschte Tropfenbildung und Wurfweite erforderliche Austrittsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die Tropfen sind groß genug, um eine große Wurfweite auch bei Gegenwind zu erreichen und den Brandherd zu löschen, nicht nur zu kühlen.
• Das Zerstäubungsprinzip der Erfindung beruht darauf, dass das Wasser jedenfalls als kompakter Strom bis vor die Auslaß-Düsenplatte geführt und unter hohem Druck in die Düsenlöcher ausgetrieben und erst dort zu Tropfen zerlegt wird. Dieser kompakte Strom kann im wesentlichen laminarsein; vorzugsweise ist er jedoch durch Vorschaltung einer verwirbelungsplatte -siehe oben- stark turbulent.
• Von Zerstäuben kann man hier nicht sprechen, da größere Tropfenmassen erwünscht sind als im allgemeinen beim Zerstäuben erzeugt werden oder in einem Wassernebel suspendiert sind. Keinesfalls wird das Wasser im Behälter schon mit Luft, Kohlendioxid oder Stickstoff vermischt.
• Für die Druckaufladung mit einer Treibgas-Patrone kommen als Treibgase Kohle-Dioxid oder Stickstoff in Betracht, für die jeweils entsprechend Werte ermittelt werden müßten.
• Die konstruktiven Vorgaben sind
• • Das Behälter-Volumen
• • Der Enddruck bei Ende der Löschzeit (Wasser ist ausgespritzt)
• • Höchstdruck bei Beginn der Löschzeit.
• Mit diesen konstruktiven Vorgaben lassen sich ermitteln:
• • das Treibmittel-Gewicht (Patronengröße) und sodann
• • das Luftpolster (Beziehung: Behältervolumen-Wasservolumen-Luftvolumen), jeweils für Stickstoff oder CO₂.
• Ohne Temperaturabhängigkeit gilt: $${\text{V}}_{\text{wasse}}{\text{r/V}}_{\text{Behälter}}={\text{P}}_{\text{max}}-{\text{P}}_{\text{min}}{\text{/P}}_{\text{min}}$$

  
• Pmax herrscht bei Öffnen der Patrone, d.h. kleinstem Luftpolster
• P_min herrscht bei Ende der Spritzdauer, d.h. das Luftpolster ist das gesamte Behältervolumen
Wegen der Darstellung eines geeigneten Feuerlöschers wird auf 1 und 2 verwiesen.
• Der Behälter, Löschmittelbehälter 1 besitzt einen offenen Hals 2. Diese kreiszylindrische Öffnung des Löschmittelbehälters wird durch den Verschlusskopf 3 verschlossen, der mit seinem Bund, Ansatz4 in die Öffnung geschraubt ist. Der Verschlusskopf 3 ist mit einem Schlauchstutzen 5 versehen, auf dem das Auslaß-Rohr Schlauch 15 befestigt ist und der dem Auslaßkanal 6 verbunden ist. Dieser ist über Steigrohr 7 mit dem gespeicherten Wasservorrat als Löschmittel verbunden. Dabei richtet sich die Auslegung und Befüllung des Behälters bei Verwendung von Stickstoff als Treibmittel insbesondere nach Anspruch 3, um während der Löschdauer einen ausreichenden Betriebsdruck bzw. Austrittsdruck in der Verwirbelungskammer 16 -weiter unten beschrieben- für die austretenden Wasserstrahlen zu erreichen.
• In dem Behälter ist die Druckpatrone, Druckgasflasche, Druckgasquelle 8 gelagert, die mit dem Treibmittel CO₂ oder N₂ gefüllt ist. Die Druckpatrone ist über ein nicht gezeigtes Ventil, z.B. Platte in dem aufsteigenden Ast 13 des Druckkanals verschlossen und kann zu dem Druckrohr 9 und dem U-förmigen Druckkanal 12 durch Ventil-Öffner Schlagstößel Notventil 11 von aussen geöffnet werden. Der Druckkanal mündet in den Behälter 1. Das ausstehende Treibmittel setzt den Behälter unter Druck und treibt das Löschmittel/ Wasser durch Schlauch 15 aus, wenn das am Schlauch befindliche Auslaßventil Dosierventil 10 von Hand geöffnet wird. Dabei richtet sich die Konstruktion und Auslegung der Druckpatrone insbesondere nach Anspruch 4, wiederum insbesondere um während der Löschdauer einen ausreichenden Betriebsdruck bzw. Austrittsdruck in der Verwirbelungskammer 16 -weiter unten beschrieben- für die austretenden Wasserstrahlen zu erreichen. Am Auslaß des Auslaßventils sitzt als Zerstäubungseinrichtung ein Düsenkopf 18 mit einem kreiszylindrischen Gehäuse. Dieses mündet nach außen mit einer Auslaß-Düsenplatte 14 mit einer Menge gleichmäßig verteilter zur Zylinderachse paralleler Düsenlöscher, deren Bemaßung Gegenstand dieser Anmeldung ist. Vor der Auslaß-Düsenplatte 14 liegt in dem Gehäuse noch die Verwirbelungsplatte 17. Zwischen beiden ist die Auslaßkammer Verwirbelungskammer 16 gebildet. Diese wird ebenfalls von einer Anzahl von Löchern durchdrungen, die jedoch geneigt zur Gehäuseachse/ generellen Strömungsrichtung liegen und der Erzeugung einer stark turbulenten Strömung in der Wirbelkammer dienen. Düsenkopf 18. Dabei richtet sich die Konstruktion und Auslegung des Düsenkopfes insbesondere nach Anspruch 2, insbesondere,, um eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Wasserstrahlen zu erreichen.
• Bezugszeichenliste

1.

Behälter, Löschmittelbehälter 1

2.

offenen Hals 2, Öffnung, kreiszylindrische Öffnung des Löschmittelbehälters

3.

Verschlusskopf 3

4.

Bund, Ansatz 4

5.

Schlauchstutzen 5

6.

Auslaßkanal, Auslaßstutzen 6

7.

Steigrohr 7

8.

Druckpatrone, Druckgasflasche, Druckgasquelle 8,

9.

Druckrohr 9

10.

Auslaßventil, Dosierventil 10

11.

Ventil-Öffner, Schlagstößel, Notventil 11

12.

U-förmiger Druckkanal 12

13.

aufsteigender Ast 13 des Druckkanals

14.

Auslaß-Düsenplatte 14

15.

Auslaß-Rohr, Schlauch 15

16.

Auslaßkammer, Verwirbelungskammer 16

17.

Verwirbelungsplatte.17

18.

Düsenkopf 18

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2011087383 A1 [0001]
• EP 2523733 [0001]

Claims (4)

1. Feuerlöscher • Mit einem 1), in welchem Wasser als Löschmittel gespeichert wird, und welcher mit einem Auslaß-Rohr durch Auslaß-Ventil verschließbar und zu öffnen ist • mit einer Druckpatrone (8), welche zur Speicherung eines unter Druck stehenden Treibgases in flüssiger Form durch Patronen-Ventil verschlossen und durch einen von außen zugänglichen Ventil-Öffner (11) mit dem Behälter-Innenraum verbindbar ist, um diesen unter Innendruck zu setzen • mit einer Zerstäubungseinrichtung, welche den Lösch-Strahl aus der Mündung des (15) in fein verteilter Form austreiben läßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungseinrichtung ein statisch wirksamer Düsenkopf (18) ist, welcher an das Ende des Auslaßrohrs (15) angeschlossen ist und eine Auslaßkammer (16) mit einer Auslaß-Düsenplatte (14) aufweist, welche durch eine Anzahl von Düsenlöchern durchbohrt ist, dass durch Öffnen der Druckpatrone (8) und des Auslaßventils (10) das Wasser in im wesentlichen laminarer Strömung in die Auslaßkammer (16) geführt und durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit jeder aus einem Düsenloch austretende Wasserstrahl in einen regenartigen Tropfenstrahl zerlegt wird, indem die Einflußgrößen, nämlich: • der Behälter (1) hinsichtlich des Füll-Volumen seines Innenraums • der Behälter (1) hinsichtlich seiner Befüllung mit Wasser und einem Luftpolster, • die Druckpatrone (8) hinsichtlich des Füllgewichts und hinsichtlich der Art des Treibgases Stickstoff N₂ oder Kohlendioxid CO₂ ihres Füll-Volumen • der auf das Auslaßrohr (15) aufgesetzte Düsenkopf (18) hinsichtlich der Querschnittsfläche der einzelnen Düsenlöcher und ihrer Anzahl derart ausgelegt bzw. befüllt werden, dass sie normgerecht auf die gewünschten Vorgabegrößen, nämlich • Wurfweite • bei ausreichend hohem und nur gezielt abfallendem Betriebsdruck des Behälters von vorzugsweise mehr als 20 bar auch am Ende der Spritzdauer • ausreichend großem Durchsatz (Durchflußmenge pro Zeiteinheit) • und ausreichender Spritz-Dauer von vorzugsweise mehr als ca. 30 sec abgestimmt sind.
2. Feuerlöscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Die Zerstäubungseinrichtung einen Düsenkopf enthält mit einer Auslaßplatte, in die eine derartige Anzahl von Düsenlöchern mit einer solchen Austrittfläche eingebracht ist, dass während der vorgegebenen Löschdauer die Wasserladung des Feuerlöscher ausgetrieben wird, und dass In dem durch die Art des Treibgases und die Größe der Treibgaspatrone während der Löschdauer vorgegebenen Betriebsdruck-Bereich jeder aus einem Düsenloch austretender Wasserstrahl eine Strömungsgeschwindigkeit hat, welche zur Erreichung der vorgegebenen Wurfweite sowie zum Zerlegen des Wasserstrahls des Wasserstrahl in einen Tropfenstrahl bei ausreichender Tropfenmasse des einzelnen Tropfens führt.
3. Feuerlöscher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass Der Löschmittelbehälter des Feuerlöschers mit der vorgegebenen Wasserladung und zusätzlich einem Luftpolster in einem derartigen Volumenverhältnis befüllt wird, dass bei der ausgewählten Art und der Gewichtsmenge des Treibmittels der vorgegebenen Betriebsdruck-Bereich bei Beginn der Löschdauer nicht überschritten und bei Ende der Löschdauer nicht unterschritten wird.
4. Feuerlöscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit Stickstoff als Treibmittel die Patrone 0,04 bis 0,05 Kilogramm Stickstoff in flüssigem Aggregatzustand pro Liter Füllvolumen des Behälters und der Behälter eine Wasserfüllung (Vwasser/VBehälter) von 0,3 bis 0,5 seines gesamten Füllvolumens enthält..

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