DE19747714A1 - Vorrichtung zur Erzeugung und Ausbringung von gerichteten Medienströmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung und Ausbringung von gerichteten Medienströmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Bekämpfung von Großbränden, z. B. bei Flugzeugabstürzen, in petro­ chemischen Anlagen oder auf Ölfeldern, ist insbesondere wegen der auf große Entfernung wirksamen Strahlungshitze für Mensch und Material besonders schwierig und gefährlich. Ebenso kann eine schlechte Zugänglichkeit der Brandstelle, z. B. bei Hochhaus-, Tunnel- oder Waldbränden, die Bekämpfung stark erschweren oder unmöglich machen. Ein fundamentales Problem in sol­ chen Fällen besteht darin, große Volumenströme des Löschmittels über größe­ re Entfernungen gezielt durch die Luft zur Brandstelle zu befördern. Her­ kömmliche Löschschläuche sowie Monitore auf Land- und Wasserfahrzeugen gelangen hier oft an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Von ungarischen bzw. russischen Fachleuten wurde daraufhin bereits vor Jahren ein neuartiges Löschsystem entwickelt, welches u. a. bei den brennenden Ölquellen in Ku­ wait nach dem Golfkrieg zum Einsatz gebracht wurde. Bei diesem System wird der Abgasstrahl eines Turboluftstrahltriebwerkes als Träger für das Löschmittel benutzt. Das Löschmittel, z. B. Wasser, Schaum oder Pulver wird stromabwärts der Triebwerksdüse in den Abgasstrahl eingebracht und mit die­ sem vermischt. Dabei wird es auf die Strahlgeschwindigkeit beschleunigt und relativ zielgenau zur Brandstelle befördert. Eines oder mehrere solcher "Löschtriebwerke" sind entsprechend beweglich, d. h. richtbar, auf gelände­ gängigen Fahrgestellen angeordnet. Siehe hierzu auch den Artikel "Mit Triebwerken löschen" in der Süddeutschen Zeitung vom 22.10. 1996.

Diese Löscheinrichtungen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf.

Turboluftstrahltriebwerke sind relativ voluminöse, komplizierte, teuere und wartungsintensive Kraftmaschinen mit einer Vielzahl von bewegten Teilen. Vom Start bis zur vollen Leistungsentwicklung benötigen sie eine Zeitspanne von bis zu mehreren Minuten. Sie sind empfindlich gegenüber aus der Umge­ bung angesaugten Fremdkörpern und Schmutz. Der Zustand ihrer Umge­ bungsatmosphäre (Luftzusammensetzung, Temperatur etc.) kann sich negativ auf ihr Start- und Betriebsverhalten auswirken. Ein weiteres Problem, welches derzeit untersucht wird, ist die optimale Zumischung des Löschmittels zum freien Düsenstrahl, d. h. stromabwärts der Triebwerksdüse.

Gegenüber diesen Nachteilen des Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung und Ausbringung von gerichteten Medienströmen mit Hilfe eines als Träger dienenden, energierei­ chen Strahles bereitzustellen, welche vielseitig einsetzbar, dabei insbesondere für die Brandbekämpfung und -verhütung geeignet ist, welche relativ kom­ pakt, einfach, robust, betriebssicher, wartungsarm und preiswert ist, welche in kürzester Zeit einsatzbereit ist, und welche eine wirkungsvolle Zumischung und zielsichere Ausbringung verschiedenartiger Medien in schwer zugängli­ che bzw. gefährdete Bereiche ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Merkmale gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merk­ malen in dessen Oberbegriff.

Durch die Verwendung eines beliebigen, von der Umgebungsatmosphäre un­ abhängigen Raketenmotors mit chemisch bzw. physikalisch erzeugtem Strahl entfallen negative Einwirkungen der Einsatzumgebung weitestgehend. Die aus der Raketentechnik übernommene Bauweise ermöglicht dank der hohen Energiedichte eine sehr kompakte und robuste Ausführung weitgehend ohne bewegte Bauelemente, was sich sehr positiv auf die Anschaffungs- und Un­ terhaltskosten auswirkt. Die volle Strahlleistung wird bereits wenige Sekun­ den nach dem Starten erreicht. Das Zumischen der jeweils erforderlichen Medien, wie Löschwasser, -schaum oder -pulver erfolgt wahlweise vor, in bzw. nach der Düse durch Druck bzw. Ansaugen. Die Düse ist so ausgelegt, daß sie einen stabilen, richtbaren Strahl mit hoher kinetischer Energie und Förderleistung erzeugt.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet, welche speziell eine hohe Umwelt­ verträglichkeit bewirken.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung einen Halblängsschnitt durch eine Vorrichtung zur Erzeugung und Ausbringung von gerichteten Medienströmen mit Wasserdampf als Trägerstrahl.

Die wesentlichen Elemente der Vorrichtung 1 sind die Brennkammer 2 mit Einspritzkopf 5, die Mischkammer 3 und die Düse 4. Der als Brennstoff ver­ wendete Wasserstoff und der als Oxidator verwendete Sauerstoff werden in gasförmigem Zustand (GH₂, GO₂) getrennt voneinander in je einen Verteiler­ raum 6, 7 gefördert und strömen über eine Vielzahl von Einspritzelementen 8 in die Brennkammer 2. Die Einspritzelemente 8 können beispielsweise nach dem Koaxialprinzip ausgeführt sein. Die beim Eintritt in die Brennkammer 2 miteinander vermischten Treibstoffe werden mittels einer - nicht dargestellten- Vorrichtung gezündet, wonach der Verbrennungsvorgang anhält, solange die Treibstoffzufuhr aufrechterhalten wird. Die Verbrennung sollte möglichst stö­ chiometrisch, d. h. vollständig, ablaufen, so daß als Verbrennungsprodukt nur Wasserdampf (Gas) entsteht. Da die Energiedichte in einer solchen Brenn­ kammer 2 sehr hoch ist, weist deren Wandstruktur eine Vielzahl von Kühlka­ nälen 9 auf, welche von einer Kühlflüssigkeit, hier vorzugsweise Wasser (H₂O), durchströmt werden. Das erwärmte Kühlwasser kann teilweise oder vollständig über die Zumischeinrichtung 10 in die Mischkammer 3 einge­ bracht werden, wo es mit dem Abgas (Abdampf) der Brennkammer 2 ver­ mengt wird. Die dargestellten Strömungswege mit den Ventilen 14, 15 und 18 machen es auch möglich, das zur Zumischeinrichtung 10 geleitete Wasser mit weiteren Medien zu mischen, z. B. mit einem Löschschaumzusatz. Es ist damit auch möglich, den Kühlwasserstrom vollständig von der Zumischeinrichtung 10 fernzuhalten.

Mit 11 ist eine weitere, in das Innere der Mischkammer 3 mündende Zumi­ scheinrichtung bezeichnet, deren Zustrom über ein Ventil 16 gesteuert wird, und welche für ein weiteres Medium, z. B. Löschpulver, ausgelegt sein kann. Eine weitere Zumischeinrichtung 13 mit Ventil 19 mündet in den Düsenhals, wo infolge des Unterdruckes eine passive Zumischung möglich ist.

Die optimale Anordnung und Ausführung der Zumischeinrichtungen wird sich voraussichtlich erst aus Versuchen ergeben. Es wird zwar davon ausgegangen, daß ein Zumischen innerhalb der Vorrichtung effektiver ist als außerhalb. Dennoch ist beispielhaft eine weitere Zumischeinrichtung 12 mit Ventil 17 dargestellt, welche ein Zumischen zum freien Strahl stromabwärts der Düse 4 ermöglicht, wobei der Strahlrand strichpunktiert und mit 20 bezeichnet ist. Die Düse 4 hat die Aufgabe, einen definierten richtbaren Strahl mit hoher ki­ netischer Energie, d. h. mit großer Reichweite, zu erzeugen. Hierbei können Unterschall-, Schall- und Überschallgeometrien zur Anwendung kommen. Es kann auch sinnvoll sein, die Vorrichtung 1 mit verschiedenartigen, auswech­ selbaren Düsen zu versehen, um Strahlform und -reichweite variieren zu kön­ nen.

Die Vorrichtung 1 eignet sich, abgesehen von der Brandbekämpfung, auch für andere Zwecke. So ist es beispielsweise möglich, über größere Entfernungen Oberflächen von Gebäuden und Anlagen zu kühlen im Sinne einer Brandver­ hütung.

Mit geeigneten, sich ggf. verfestigenden Medien/Stoffen (z. B. Zement­ schlamm) lassen sich Schadstoffe beschichten und abschirmen sowie Leck­ stellen abdichten. Die Beschichtung kann auch elektrisch isolierend wirken.

Es ist möglich, leicht ionisierbare Gase durch schwer ionisierbare zu ersetzen, z. B. in Hochspannungsbereichen. Man kann ionisierende Strahlung abschir­ men (Reaktorunfälle etc.), Konzentrationsänderungen und Reaktionen herbei­ führen, z. B. im Sinne reduzierter Toxizität.

Es ist auch denkbar, mit Hilfe der Erfindung Schadstoffe aus der Luft auszu­ waschen. Der wirkliche Umfang der Anwendungsmöglichkeiten ist derzeit noch gar nicht absehbar.

Es sind verschiedenartige Raketenmotoren verwendbar, z. B. mit festen und fluidischen Treibstoffen und chemischer Reaktion (Verbrennung, Zersetzung) oder mit durch Wärmezufuhr erhitzter Stützmase, insbesondere Wasser/Was­ serdampf. Wesentlich sind die Umgebungsunabhängigkeit sowie die schnelle Einsatzbereitschaft.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung und Ausbringung von gerichteten Me­ dienströmen mit Hilfe eines energiereichen, durch physikalische und/oder chemische Reaktion entstehenden Strahles in schwer zugängliche und/oder gefährdete Bereiche, insbesondere für die Brandbekämpfung und -verhütung mit Wasser, Löschmitteln und anderen Additiven, gekennzeichnet durch ei­ nen von der Umgebungsatmosphäre unabhängigen Raketenmotor (Brennkam­ mer (2), Einspritzkopf (5) mit einer Düse (4) und mit mindestens einer Einrich­ tung (10 bis 13) zum aktiven (Drucksystem) und/oder passiven (selbstansau­ gendes System) Zumischen von Medien stromaufwärts und/oder in und/oder stromabwärts der Düse (4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem für flüssige und/oder gas­ förmige Treibstoffe ausgelegten Raketenmotor, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (2) mit einem Einspritzkopf (5) für das Vermischen und Ver­ brennen von Wasserstoff (H₂, Brennstoff) und Sauerstoff (O₂, Oxidator) zu einem zumindest großteils aus Wasserdampf bestehenden Abgas und eine sich stromabwärts an die Brennkammer (2) anschließende Mischkammer (3) für das Zumischen von Wasser und/oder anderen Medien zum Abgas.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Brennkammer (2) einschließlich des Einspritzkopfes (5) für einen Betrieb mit gasförmigen Treibstoffen (GH₂, GO₂) sowie für eine stöchiometrische Verbrennung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Wandstruktur der Brennkammer (2) mit einer Vielzahl von Kühlkanälen (9) für Wasserkühlung.