DE19756779A1

DE19756779A1 - Mittel zur Kühlung von heißen Gasen

Info

Publication number: DE19756779A1
Application number: DE19756779A
Authority: DE
Inventors: Michael Prof Dr Ing Modigell; Hans-Peter Dr Mackowiak
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1998-07-16
Also published as: WO1998028041A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zur Kühlung von heißen Ga sen, dessen Verwendung zur Kühlung eines pyrotechnisch erzeugten aerosolhal tigen Gases sowie eine Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase.

In der Patentschrift EP 0 637 458 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Feuerlöschmischung beschrieben. Bei diesem Verfahren wird in einem Hohlgehäuse eine pyrotechnische Ladung (im weiteren Löschsatz ge nannt) verbrannt, wobei als Reaktionsprodukt ein aerosolhaltiges Gas erzeugt wird, das in Form eines Strahls aus dem Hohlgehäuse austritt und als Löschmittel wirkt. Die Temperatur des aerosolhaltigen Gases beträgt etwa 1.400°C. Die Ver wendung dieses Verfahrens zum Löschen von wärmeempfindlichen Objekten und in Gegenwart von Personen ist ohne Kühlung des aerosolhaltigen Gases nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, ein Mittel bereitzustellen, mit dem heiße Gase, beispielsweise aerosolhaltige Gase, die u. a. als Löschmittel verwendet werden, gekühlt werden können. Eine weitere Aufgabe bestand darin, eine Vor richtung bereitzustellen, die die praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Mittels erleichtert.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Mittel mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorzugs weise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Erfindungsgemäß wird für die Kühlung der heißen Gase die hohe Verdampfungs enthalpie des Wassers genutzt, wobei das Wasser adsorptiv an einem geeigne ten Feststoff gebunden vorliegt. Die Bindung des Wassers an einem Feststoff führt dazu, daß das Kühlmittel eine physikalisch praktikable Form aufweist.

Als Feststoff für die Adsorption des Wassers sind an sich alle Feststoffe geeignet, die Wasser adsorptiv binden können und die unter normalen Temperatur- und Feuchteverhältnissen praktisch kein Wasser verlieren. Als wassertragende Ad sorbentien werden erfindungsgemäß daher Feststoffe eingesetzt, die eine Ad sorptionsisobare in der Art aufweisen, daß eine Desorption des Wassers erst dann merklich stattfindet, wenn die Temperatur merklich höher als die Umge bungstemperatur ist. Dies gewährleistet die obengenannte Bedingung. Erst bei der Beaufschlagung des wasserbeladenen Adsorbens mit den heißen Gasen kommt es durch Verdampfung zu einer Freisetzung des Wassers, und damit zur Trocknung des Feststoffes. Bevorzugt eingesetzt werden Kieselgele, Kieselsäu ren oder Zeolithe. Diese Mittel weisen ein hohes Aufnahmevermögen für Wasser auf. Vorteilhaft bei diesen Adsorbentien ist, daß sich bei diesen durch eine ge eignete Wahl des Knickpunkts der Isobaren zusätzlich der Feuchtegehalt des Löschsatzes im optimalen Bereich bei der Lagerung der Löscheinrichtung si cherstellen läßt. Besonders vorteilhaft bei den genannten Mitteln ist, daß sie chemisch inert sind, und somit bei ihrem Einsatz zur Kühlung keine gesundheits gefährdenden Stoffe freigesetzt werden.

Die Massen an erfindungsgemäßem Mittel, die zur Kühlung der heißen Gase be nötigt werden, sind gering. Ein Löschmittelsatz zur pyrotechnischen Erzeugung von aerosolhaltigem Gas von 100 g setzt etwa 50 l (i.N.) aerosolhaltiges Gas frei. Soll beispielsweise ein aerosolhaltiges Gas, das 1.400°C heiß ist, auf 400°C ab gekühlt werden, sind etwa, vollständigen Umsatz vorausgesetzt, 20 g Wasser notwendig. Die obengenannten bevorzugt einzusetzenden Adsorbentien weisen eine Aufnahmekapazität von wenigstens 30 Ma% für Wasser auf, so daß nur etwa 80 g trockenes Adsorbensmaterial benötigt werden.

Voraussetzung für die Kühlwirkung ist, daß die heißen Gase mit dem erfindungs gemäßen Mittel in engen Kontakt kommen. Dazu kann das erfindungsgemäße Mittel in einer ersten Ausführungsform als Festbettschüttung vor dem Austritt der heißen Gase angeordnet werden. Das Adsorbens wird dazu in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von einigen Millimetern eingesetzt und mit Was ser beladen. Der Durchmesser der Partikel wird dabei so groß gewählt, daß ein Austrag von Feststoffpartikeln mit dem Gas sicher verhindert wird. Um eine hohe Kühlwirkung zu erreichen, werden die geometrische Ausbildung der Partikel und deren Größe so eingestellt, daß einerseits der Druckverlust der Schüttung mög lichst gering ist, andererseits aber ausreichend gute Stoff- und Wärmeübertra gungseffekte zwischen Gas und erfindungsgemäßem Mittel erreicht werden. Dies gelingt z. B. mit zylinderförmigen Partikeln mit einem Höhen-Durchmesserverhält nis von 2 bis 3.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, das wasserbeladene Adsorbens mit dem zu kühlenden Gas zu vermischen und den Kühlprozeß längs des Strömungswe ges des Gases ablaufen zu lassen. Dazu wird das Adsorbens in sehr feiner Form verwendet (Korndurchmesser etwa µm) und mit Wasser beladen. Vorteilhaft hier bei ist, daß damit eine sehr große spezifische Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, und somit optimale Wärme- und Stoffübertragungsverhältnisse und damit Kühlverhältnisse gewährleistet werden. Beim Einsatz dieser Ausführungsform zur Kühlung aerosolhaltiger Gase als Löschmittel ist vorteilhaft, daß das wasserbela dene Adsorbens ein ähnliches aerodynamisches Verhalten wie das Aerosol auf weist. Dadurch wird es wie das Aerosol mit dem aerosolhaltigem Gas zur Lösch stelle geführt. Hier kann es entweder durch Wasserverdampfung oder als Stoß partner im Ablauf der Verbrennungsreaktion zur Aufnahme thermischer Energie zusätzlich als Löschmittel wirken.

Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Mittel in einer Vorrichtung einge setzt werden, die in einem Hohlgehäuse eine pyrotechnische Ladung zur Erzeu gung eines aerosolhaltigen Gases und das erfindungsgemäße Mittel in einer ring förmigen Kammer enthält, die konzentrisch um die Achse des Hohlgehäuses an geordnet ist. Diese ringförmige Kammer bildet so einen Innenkanal, durch den das aerosolhaltige Gas strömt. Um die Vermischung des aerosolhaltigen Gases mit dem erfindungsgemäßen Mittel zu gewährleisten, weist der Innenkanal zur ringförmigen Kammer hin Öffnungen auf, die mit einer niedrig schmelzenden Folie abgedeckt sind. Die Kontur des Innenkanals ist so ausgebildet, daß das durch den Kanal strömende Gas eine Injektorwirkung ausübt. Vorzugsweise ist der Innenkanal als Injektordüse mit einem Durchmesserverhältnis von etwa 3 ausgebildet. Die Öffnungen zur ringförmigen Kammer befinden sich an der eng sten Stelle des Innenkanals. Das anfänglich durchströmende heiße aerosolhaltige Gas schmilzt zunächst die Folie auf, so daß das nachfolgende aerosolhaltige Gas aus der ringförmigen Kammer das erfindungsgemäße Mittel einziehen kann. Durch die Turbulenz im Gasstrahl wird das wasserbeladene Adsorbens über den Strahlquerschnitt verteilt und kann seine Kühlwirkung entfalten.

Claims

1. Mittel zur Kühlung heißer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem wasserbeladenen Adsorbens besteht, das bei Beaufschlagung mit dem hei ßen Gas Wasser freisetzt.

2. Mittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Ad sorbens unter normalen Temperatur- und Feuchteverhältnissen praktisch kein Wasser verliert.

3. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Stoffe eingesetzt werden, die eine Adsorptionsisobare aufwei sen.

4. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorbens Stoffe eingesetzt werden, die chemisch inert sind.

5. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselgele, Kieselsäuren oder Zeolithe als Adsorbens eingesetzt werden.

6. Verwendung des Mittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Kühlung eines pyrotechnisch erzeugten aerosolhaltigen Gases.

7. Verwendung des Mittels gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung von etwa 50 l (i.N.) aerosolhaltigem Gas von etwa 1.400°C auf 400°C eine Menge des Mittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingesetzt wird, die etwa 20 g Wasser freisetzt.

8. Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas mit dem Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in engen Kontakt kommt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 5 als Festbettschüttung vor dem Austritt des heißen Gases angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von einigen Millimetern eingesetzt wird.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 5 mit dem heißen Gas vermischt wird.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ein ähnliches aerodynamisches Verhal ten wie das heiße Gas aufweist.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß sich in einem Hohlgehäuse eine pyrotechnische Ladung zur Erzeu gung eines aerosolhaltigen Gases befindet und das Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 sich in einer ringförmigen Kammer befindet, die konzen trisch um die Achse des Hohlgehäuses angeordnet ist, und so einen Innen kanal bildet, durch den das aerosolhaltige Gas strömt, wobei der Innenkanal zur ringförmigen Kammer hin Öffnungen aufweist, die mit einer niedrig schmelzenden Folie abgedeckt sind.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Innenkanals so ausgebildet ist, daß das durch den Kanal strömende ae rosolhaltige Gas eine Injektorwirkung ausübt.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenka nal als Injektordüse mit einem Durchmesserverhältnis von etwa 3 ausgebildet ist.

16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen zur ringförmigen Kammer an der engsten Stelle des Innenkanals befinden.