DE1127812B

DE1127812B - Verfahren zum Unterdruecken einer Explosion eines entflammbaren Brennstoffdampf-Luft-Gemisches

Info

Publication number: DE1127812B
Application number: DEG18673A
Authority: DE
Inventors: William Gerald Glendinning
Original assignee: Wilkinson Sword Ltd; Graviner Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wilkinson Sword Ltd; Graviner Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1955-12-27
Filing date: 1955-12-27
Publication date: 1962-04-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken einer Explosion eines entflammbaren Brennstoffdampf-Luft-Gemisches durch Verteilen eines Feuerlöschmittels in der Explosionszone, während sich die Explosion noch im Anfangsstadium befindet. Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß das Feuerlöschmittel aus einem FTüssigkeitsgemisch besteht, dessen eine Flüssigkeit das entflammbare Brennstoffdampf-Luft-Gemisch über seine Explosionsgrenze hinaus anreichert, während die andere Flüssigkeit teilweise durch ihre chemisch inerte Eigenschaft und teilweise durch Kühlen feuerhemmend wirkt.

Zum Verständnis der Wirkung der Anreicherungsflüssigkeit wird vorausgeschickt, daß ein Brennstoffdampf-Luft-Gemisch mit weniger als 1 Volumprozent Dampf zum Zünden zu mager, ein Gemenge mit mehr als 10 Volumprozenten Dampf dagegen zum Zünden zu fett ist. Durch ausreichendes Verteilen von Brennstoff läßt sich ein Dampf-Lufjt-Gemisch daher über die Explosionsgrenze anreichern und dadurch unfähig zum Explodieren machen. Darüber hinaus kann sich selbst bei einem gesättigten explosiven Dampf eine weitere Anreicherung durch Verdampfen von Brennstoff an der Flammenfront ergeben.

Es ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, durch welches Brände von Leichtmetallspänen gelöscht werden können. In der Erkenntnis, daß Löschmittel mit Wasserzusatz Knallgas bilden, wird bei den hier beschriebenen Löschmitteln als Zusatz ein Mineralöl mit einem hohen Flammpunkt verwendet.

Es ist ferner nicht mehr neu, Benzin u.dgl. dadurch nicht entflammbar zu machen, daß man dem entflammbaren Stoff Tetrachlor-Kohlenstoff (CCl₄) zusetzt.

Erfindungsgemäß wird als feuerhemmende Flüssigkeit Tetrachlor-Kohlenstoff verwendet, wobei der Siedepunkt der feuerhemmenden Flüssigkeit bei normalem Atmosphärendruck zwischen 20 und 80° C liegt. Hingegen liegt der Siedepunkt der anreichernden Flüssigkeit bei normalem Atmosphärendruck unter 40° C.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht die anreichernde Flüssigkeit aus einer Petroleum-Äther-Fraktion. Es ist aber auch möglich, hierfür Isopentan zu verwenden. Weitere Beispiele geeigneter Anreicherungsflüssigkeiten sind Azeton und Alkohol.

Bei der Verwendung zur Unterdrückung von Explosionen in Treibstoffbehältern von Flugzeugen hat dieses Gemisch den Vorteil, daß das Gewicht der Verfahren zum Unterdrücken einer Explosion

eines entflammbaren
Brennstoff dampf-Luft-Gemisches

Anmelder:

Graviner Manufacturing Company Limited und Wilkinson Sword Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Polzer, Patentanwalt,
Hannover, Königstr. 23

William Gerald Glendinning, London,
ist als Erfinder genannt worden

mitgeführten Gesamtmenge an Löschmittel durch einen ziemlich hohen Anteil an Anreicherungsflüssigkeit bedeutend niedriger gehalten werden kann als in dem Falle, wo das Löschmittel nur aus einer feuerhemmenden Flüssigkeit besteht, da das spezifische Gewicht des letzteren 2- bis 3¹AnIaI größer sein kann als das einer Anreicherungsflüssigkeit.

Dies geht ohne weiteres aus einem Vergleich der spezifischen Gewichte von üblichen feuerhemmenden Flüssigkeiten und Anreicherungsflüssigkeiten hervor, wie sie zusammen mit anderen physikalischen Eigenschaften in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind.

Die für die Wahl einer bestimmten Mischung maßgebenden Gründe werden im folgenden erklärt.

Bei der Verwendung des Mittels in einem Flugzeugtank muß der Wirkungsbereich des Löschmittels zwischen weiten Temperaturgrenzen, beispielsweise von — 60 bis + 80° C, liegen. Die Wirksamkeit eines Löschmittels ist nun unmittelbar abhängig von seiner Flüchtigkeit. In der Nähe der unteren Temperaturgrenze ist die Flüchtigkeit einiger feuerhemmender Flüssigkeiten, wie Kohlenstofftetrachlorid, so gering, daß sie relativ unwirksam sind.

209 559/343

Dampfdruck nach Reid bei 37,8° C

kg/cm² _■_

Gefrierpunkt bei normalem Atmosphärendruck

Siedepunkt bei normalem Atmosphärendruck

Spezifisches Gewicht

Feuerhemmende Flüssigkeiten

Kohlenstofftetraehlorid , ν'.:

Chlorbrommethan ., -..

Dibromdifluormethan .

Methyljodid ;.....

Methylbromid

Dibromtetrafluoräthan.....

Anreicherungsflüssigkeiten

Gasolin

n-Pentan

Isopentan

Azeton

0,29

0,36

1,3

0,85

3,2

0,8

0,5 1,07 1,5 0,57

-22	77
-86	67
-142	24,5
-66	42,5
-93	4
-110,5	47,5
-60	42,5
-131	36
-160	28
-95	56

1,6 1,9 2,3 2,3 1,7 2,16

0,7 0,62 0,62 0,79

Nach der obigen Tabelle erstarrt Kohlenstofftetraehlorid schon bei etwa —22° C. Andererseits zeigt die Tabelle auch, daß andere Flüssigkeiten, wie Methylbromid, in der Nähe der unteren Temperaturgrenze zwar ausreichend flüchtig sind, jedoch den großen Nachteil eines hohen Dampfdruckes in der Nähe der oberen Temperaturgrenze aufweisen, wodurch sie untragbar starke Behalter mit entsprechend hohem Totgewicht erfordern. Es gibt wohl einige feuerhemmende Flüssigkeiten, die über, den gesamten Temperaturbereich wirksam sind, beispielsweise Chlorbrommethan, Dibromdifluormethan, Dibromtetrafluoräthan und Methyljodid; doch sind diese schwerer als Anreicherungsflüssigkeiten, die für den ganzen Temperaturbereich genügen. Die Kombination einer feuerhemmenden Flüssigkeit mit einer Anreicherungsflüssigkeit wirkt sich also dahin aus, daß die Anreicherungsflüssigkeit eine ausreichende Unterdrückung einer Explosion am unteren Ende der Temperaturskala ergibt, während die feuerhemmende Flüssigkeit eine verstärkte Unterdrückung bei anderen Temperaturen gewährleistet und den Verteilbereich ausweitet. Zu diesem letzten Punkt wird darauf hingewiesen, daß beim Verteilen des mit einem großen Anteil Anreicherungsflüssigkeit versehenen Löschmittels unter hohem Druck, beispielsweise durch Zünden einer Sprengladung, der wirksame Verteilbereich kleiner ist als im Falle eines größeren Anteils von feuerhemmender Flüssigkeit. Der Grund hierfür liegt in einem Zusammenfallen verschiedener von dem niedrigeren spezifischen Gewicht der Anreicherungsflüssigkeit und der durch die physikalischen Eigenschaften bestimmten Tröpfchengröße herrührender Faktoren und darm, daß die Konzentration an den Rändern des Verteilungskegels abnimmt und dadurch das explosive Gemisch nicht über die Explosionsgrenze hinaus angereichert werden kann.

Der Einfluß der erwähnten bestimmenden Faktoren ist auf der Zeichnung durch die Kurven 1 und 2 wiedergegeben. Kurve 1 ergibt sich aus dem Verteilungsradius, dividiert durch das spezifische Gewicht für Gemische aus verschiedenen Anteilen von Chlorbrommethan und Petroleum—Äther mit einem Siedepunkt unter 40° C. Kurve 2 ergibt sich aus der effektiv bedeckten Fläche, dividiert durch das spezifische Gewicht derselben Mischungen. Die Verteilung erfolgt hierbei mittels einer Sprengladung.

Es zeigt sich, daß die Kurven trotz des mit zunehmendem Anteil von Anreicherungsflüssigkeit sinkenden spezifischen Gewichtes nicht direkt proportional den spezifischen Gewichten der Flüssigkeitsanteile ansteigt, da das leichtere Gemisch bei gegebener Ausstoßkraft infolge des niedrigeren spezifischen Gewichtes und der kleineren Tröpfchenabmessungen nicht über einen so großen Radius verteilt wird. Außerdem nimmt der Verteilradius bei Anteilen von Anreicherungsflüssigkeit über etwa 80 °/o schneller ab als das spezifische Gewicht, was die Richtungsänderung der Kurven erklärt.

Der Grund für das schnellere Fallen der Kurve 2 gegenüber der Kurve 1 liegt darm, daß bei überwiegendem Anteil von Anreicherungsflüssigkeit weder die Konzentration der feuerhemmenden Flüssigkeit an den Rändern des Verteilerkegels für eine Inaktivierung noch die Konzentration der Anreicherungsflüssigkeit zum Anreichern des explosiven Dampfes über die Explosionsgrenze hinaus ausreicht, Der wirksame Verteilradius wird daher progressiv mit zunehmendem Anteil an Anreicherungsflüssigkeit kleiner, wie dies durch Abfallen der Kurve 2 bei einem Anteil von Anreicherungsflüssigkeit von mehr als etwa 70 % angedeutet ist.

Der Verlauf der Kurve 2 könnte zu der Ansicht verleiten, daß durch ein Gemisch gegenüber einer reinen feuerhemmenden Flüssigkeit nur wenig gewonnen wird. Bei der Anwendung der aus der Kurve 2 gewonnenen Lehren für die Sicherung von Flugzeug-Treibstoffbehältern ist jedoch noch ein weiterer Faktor zu berücksichtigen. Wird die Verteilung der Flüssigkeit durch eine Sprengladung bewirkt, so ist der maximal zulässige Druck der Sprengladung durch die Festigkeit des Treibstoffbehälters bestimmt. Bei Verwendung der stärksten noch zulässigen Ladung hängt der Verteilradius daher hauptsächlich von dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit ab. Der Querschnitt üblicher Flugzeug-Treibstoffbehälter, insbesondere von kleineren Flugzeugen, ist nun aber häufig derart, daß der mit einer reinen feuerhemmenden Flüssigkeit erreichbare Verteilradius nicht benötigt wird. Andererseits genügt der mit einem Gemisch mit hohem Prozentsatz Anreicherungsflüssigkeit erreichbare klei-

nere Wirkungsradius zum Eindecken des Behälters vollständig. Die Verwendung eines Gemisches mit so hohem Anteil an Anreicherungsflüssigkeit, wie sich mit einer wirksamen Verteilung über die Gesamtfläche des Behälters vereinbaren läßt, bietet daher zweifellos Vorteile. In der Praxis hat sich als günstigstes Kompromiß zwischen all den einander entgegenstehenden Faktoren ein Gemisch von etwa 80 % Anreicherungsflüssigkeit und 20 % feuerhemmender Flüssigkeit ergeben. Unter Verwendung einer geeigneten Ausführungsform des zylindrischen Löschmittelbehälters läßt sich ein effektiver Verteilradius von 0,6 m für Anreicherungsflüssigkeit allein und 0,9 m für eine feuerhemmende Flüssigkeit erzielen. Der Wirkungsbereich für ein Gemisch liegt je nach dem Mischungsverhältnis zwischen diesen beiden Werten. Bei dem vorstehend genannten Gemisch umfaßt die effektive Verteilung einen bedeutend größeren Bereich als im Falle reiner Anreicherungsflüssigkeit, während die Gewichtszunahme demgegen- über nur 30 % beträgt.

Es liegt der Schluß nahe, daß sich für manche Treibstoffbehälter eine optimale Eindeckung bei gegebenem Gewicht durch Verwendung reiner Anreicherungsflüssigkeit erzielen lassen könnte. Ein Gemisch bietet jedoch gegenüber der reinen Anreicherungsflüssigkeit, wenn auch auf Kosten etwas höheren Gewichtes, noch den Vorteil, daß es weniger feuergefährlich und daher leichter zu lagern ist. Außerdem besteht weniger die Gefahr einer Nachzündung an einem schwelenden Brandherd, die besonders dann akut wird, wenn das Flugzeug rasch an Höhe verliert, wodurch Luft in den Behälter einströmt, in dem vorher eine Explosion unterdrückt wurde. Darüber hinaus ist die Brandgefahr in dem den Behälter umgebenden Raum, in den Treibstoff nach Schadhaftwerden des Behälters ausfließen kann, verringert.

Durch die Kombination einer Anreicherungsflüssigkeit und einer feuerhemmenden Flüssigkeit in einem auf Grund der voraufgegangenen Überlegungen bestimmten Mischungsverhältnis ergibt sich ein verbessertes Löschmittel, das ein bedeutend niedrigeres Gewicht als die gleiche Menge einer feuerhemmenden Flüssigkeit und bei der Verteilung unter hohem Druck einen größeren Wirkungsbereich als eine reine Anreicherungsflüssigkeit aufweist.

Da die feuerhemmende Flüssigkeit zudem in einem Gemisch nicht unbedingt über den ganzen Temperaturbereich wirksam zu sein braucht, läßt sich jede über einen Teil des geforderten Temperaturbereiches wirksame Flüssigkeit verwenden. Vorteilhafterweise werden aber nur feuerhemmende Flüssigkeiten mit Siedepunkten zwischen 20 und 80° C verwendet.

Ganz entsprechend werden auch im Interesse angemessener Flüchtigkeit Anreicherungsflüssigkeiten mit Siedepunkten unter 40° C bevorzugt.

Natürlich ist das jeweils günstigste Mischungsverhältnis für verschiedene Treibstoffbehälter je nach der Behältergröße verschieden. Die endgültig festgesetzten Prozentsätze müssen daher in der Praxis ein Kornpromiß zugunsten einer Vereinheitlichung darstellen. Die Erfindung beschränkt sich daher auch nicht auf bestimmte Mischungsverhältnisse. Selbst ein geringer Prozentsatz Anreicherungsflüssigkeit ergibt fast stets eine Gewichtseinsparung, während selbst ein geringer Prozentsatz von feuerhemmender Flüssigkeit die Feuergefährlichkeit bei der Lagerung und in der Umgebung von Treibstoffbehältern die Gefahr einer Nachzündung herabsetzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Unterdrücken einer Explosion eines entflammbaren Brennstoffdampf-Luft-Gemisches durch Verteilen eines Feuerlöschmittels in der Explosionszone, während sich die Explosion noch im Anfangsstadium befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerlöschmittel aus einem Flüssigkeitsgemisch besteht, dessen eine Flüssigkeit das entflammbare Brennstoffdampf-Luft-Gemisch über seine Explosionsgrenze hinaus anreichert, während die andere Flüssigkeit teilweise durch ihre chemisch inerte Eigenschaft und teilweise durch Kühlen feuerhemmend wirkt.

2. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt der feuerhemmenden Flüssigkeit bei normalem Atmosphärendruck zwischen 20 und 80° C hegt.

3. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerhemmende Flüssigkeit Tetrachlorkohlenstoff verwendet wird.

4. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt der anreichernden Flüssigkeit bei normalem Atmosphärendruck unter 40° C liegt.

5. Explosionsunterdrückungsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anreichernde Flüssigkeit aus einer Petroleum-Äther-Fraktion besteht.

6. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anreichernde Flüssigkeit hauptsächlich Isopentan verwendet wird.

7. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch etwa 80% anreichernde Flüssigkeit und etwa 20% feuerhemmende Flüssigkeit enthält.

8. Explosionsunterdrückungsmittel zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerhemmende Flüssigkeit ein halogenierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.

9. Explosionsunterdrückungsmittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenierte Kohlenwasserstoff Chlorbrommethan, Dibromdifluormethan, Methyljodid oder Dibromtetrafluoräthan ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 411035, 449 522, 130, 906 896;

USA.-Patentschrift Nr. 579 234.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen