DE19882183B4

DE19882183B4 - Schnellansprechende Niederdruck-Sprinkler

Info

Publication number: DE19882183B4
Application number: DE19882183T
Authority: DE
Inventors: Stephen J. Meyer; George S. Polan; James E. Golinveaux
Original assignee: Central Sprinkler Holdings Inc
Current assignee: Tyco International Management Co LLC
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: CA2283155A1; DE19882183T1; US6868917B2; US5829532A; US6502643B1; AU722593B2; US20030079889A1; AU6536098A; GB9920541D0; WO1998039065A1; CA2283155C; GB2336777B; GB2336777A

Abstract

Verwendung eines schnellansprechenden Niederdruck-Sprinklers mit einem Minimaldruck von weniger als 345 kPa (50 Psi) zum frühzeitigen Eindämmen von hochproblematischen Bränden, wobei der Niederdruck-Sprinkler folgende Bauteile umfaßt:
einen im großen und ganzen röhrenförmigen Körper (12) mit einem Einlaßende (15), einem gegenüberliegenden Ausflußende (16) und einem inneren Durchlaß (14), der sich zwischen dem Einlaß- und dem Ausflußende erstreckt und einen K-Faktor von mehr als 16 aufweist, wobei der K-Faktor gleich dem Durchsatz von Wasser in Gallonen pro Minute durch den inneren Durchlaß dividiert durch die Quadratwurzel des dem röhrenförmigen Körper (12) zugeführten Wasserdrucks in Pfund je Quadratzoll Überdruck ist;
einen Ablenker (60), der mit dem röhrenförmigen Körper (12) verbunden und vom Ausflußende (16) des inneren Durchlasses (14) in einer Weise beabstandet und im großen und ganzen damit ausgerichtet ist, daß er von einem aus dem Ausflußende (16) des inneren Durchlasses (14) austretenden Wasserstrom beim Auslösen des Sprinklers getroffen wird, wobei...

Description

Hintergrund der Erfindung
Frühzeitig eindämmende, schnellansprechende (”ESFR”: early suppression fast response) Sprinkler sind eine wohlbekannte und gut definierte Klasse von Feuerlöschdeckensprinklern. Im Bemühen, einen verbesserten Brandschutz gegen bestimmte hochproblematische Brandrisiken bereitzustellen, wurden ESFR-Sprinkler in den 80er Jahren von der Factory Mutual Research Corporation (”FM”) unter Mitarbeit bestimmter Sprinkler-Hersteller entwickelt. Laut FM kombinieren ESFR-Sprinkler schnelles Ansprechen mit größerer herangeführter und tatsächlich abgegebener Wasserdichte, um größeres Feuereindämmungsvermögen zu haben. Die bisherigen Sprinkler (Standard-Sprinkler) boten Schutz, indem sie derartige Brände lediglich unter Kontrolle hielten. Schließlich würde die ursprüngliche Brennstoffquelle sich von selbst aufbrauchen, oder weiteres Brandbekämpfungsgerät müßte an den Ort des Geschehens gebracht werden, um den Brand zu löschen.
Die Leistungsanforderungen an ESFR-Sprinkler sind ausgeführt in Underwriters Laboratories, Inc. (”UL”), STANDARD FOR EARLY-SUPPRESSION FAST-RESPONSE SPRINKLERS UL 1767. Diese Norm wurde erstmals 1990 veröffentlicht. Auch bei der Factory Mutual Research Corporation (”Factory Mutual” oder ”FM”) findet sich ein Approval Standard For Early Suppression – Fast Response (ESFR) Automatic Sprinklers, Class Number 2008. Die aktuellen ESFR-Normen sowie alle früheren ESFR-Normen beider Gesellschaften seien hiermit in ihrer Gesamtheit durch Zitat erwähnt.
Die Anforderungen für die Installation und Verwendung von ESFR-Sprinklern sind in den verschiedenen Normen der National Fire Protection Association enthalten, darunter Standard for the Installation of Sprinkler Systems, NFPA 13; Standard for General Storage, NFPA 231, und Standard for Rack Storage of Materials, NFPA 231c. Soweit sie sich auf ESFR-Sprinkler beziehen, seien die aktuellen und früheren Auflagen dieser Normen hiermit durch Zitat erwähnt. Die Anforderungen bei Installation und Anwendung der ESFR-Sprinkler finden sich auch in den Loss Prevention Data Sheets 2-2, ”EARLY SUPPRESSION FAST RESPONSE SPRINKLERS”, Factory Mutual System, Factory Mutual Engineering Corp., 1987, die ebenfalls hiermit durch Zitat erwähnt seien. Die Loss Prevention Data Sheets 2-8 N, ”Installation of Sprinkler Systems”, Factory Mutual System, Factory Mutual Engineering Corp., 1989, zeigen weitere Anforderungen bei Installation und Anwendung von ESFR-Sprinklern und anderen Sprinklern allgemein, die nicht in den Loss Prevention Data Sheets 2-2 dargestellt sind, und seien hiermit ebenfalls erwähnt.
Diese Normen beschreiben den Aufbau, die Leistungsfähigkeit, die Installation und den Betrieb von ESFR-Sprinklern mit beachtlicher Ausführlichkeit. Beispielsweise beträgt der Ausflußkoeffizient (oder der ”K”-Faktor) eines ESFR-Sprinklers nominell 14 und muß im Bereich von 13,5–14,5 liegen, wobei der Ausflußkoeffizient berechnet wird durch Dividieren des Wasserdurchsatzes durch den Sprinkler in Gallonen pro Minute 3,79 dm³/s durch die Quadratwurzel des dem Sprinkler zugeführten Wasserdrucks in Pfund je Quadratzoll Überdruck (psig) (6,9 kPa). Für gewöhnliche oder standardmäßige Sprinkler gilt, daß sie Ansprechzeitkennzahlen (”RTI”: response time indices) von 100 Meter^½·Sekunde^½ (m^½·s^½) oder mehr aufweisen, wenn auch die für diese Sprinkler tatsächlich angegebenen Ansprechzeitkennzahlen durchweg über 100 m^½·s^½ liegen. Es gibt eine spezielle Klasse schneller arbeitender Sprinkler mit Ansprechzeitkennzahlen zwischen 50 und 80 m^½·s^½. Die bereits vorhandenen ESFR-Sprinkler müssen Ansprechzeitkennzahlen von weniger als 40 m^½·s^½ aufweisen. Zudem erfordern die Normen für Instal lation und Anwendung unter anderem, daß die ESFR-Sprinkler mit einem Mindestbetriebsdruck von 50 psi versorgt werden.
Die ESFR-Sprinkler waren ursprünglich dafür vorgesehen, Brände in Lagerhäusern mit 10 Meter hohen Decken einzudämmen, in denen brennbare Waren wie etwa bestimmte Kunststoffe bis zu 7,5 Meter in Gestellen aufgestapelt sind. In vielen Fällen ist die verfügbare Wasserzufuhr nicht imstande, einen Sprinkler in 10 Metern Höhe mit einem Mindestbetriebsdruck von 50 psi zu versorgen. In diesen Fallen ist eine zusätzliche Pumpe zur Erhöhung des Wasserdrucks erforderlich, ehe ESFR-Sprinkler eingesetzt werden können. Die Kosten für die Bereitstellung einer Hilfspumpe können erheblich sein. Beispielsweise schätzt man, daß zum Schutz eines Gebäudes mit 3600 m² mit ESFR-Sprinklern die Kosten für die Bereitstellung einer Hilfspumpe etwa fünfundzwanzig (25) Prozent der Gesamtkosten der installierten Sprinkleranlage ausmachen können. Bei bestimmten Installationen kann eine zweite Pumpe zur Unterstützung erforderlich sein. Wenn es möglich wäre, einen vergleichbaren Schutz bei Drücken unterhalb des jetzigen erforderlichen Mindestdrucks für ESFR-Sprinkler von 50 psig bereitzustellen, so könnte die Notwendigkeit einer Pumpe umgangen werden. Ist eine Pumpe in jedem Fall erforderlich, dann könnten die geringeren Druckanforderungen die Verwendung einer billigeren Pumpe mit geringerer Kapazität oder die Verwendung einer gleichen Pumpe mit geringerem Durchmesser, höherer Reibung, aber billigeren Versorgungsleitungen ermöglichen. Eine jede dieser drei möglichen Optionen könnte erhebliche Einsparungen bei den Installationskosten für die ESFR-Sprinkler erbringen.
US 5 584 344 A offenbart einen Deckensprinkler für den Schutz einer leichten und gewöhnlichen Gefährdungsbelegung gemäß NFPA-13 (National Fire Protection Association). Dabei handelt es sich nicht um einen frühzeitig eindämmenden schnellansprechenden Sprinkler (ESFR).
US 5 664 630 A ist erst nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden und bildet somit keinen Stand der Technik.
US 4 580 729 A beschreibt einen Sprinklerkopf mit verbesserter Strahlgleichförmigkeit, der sogenannte Rahmenschatteneffekte vermindert oder im wesentlichen beseitigt.
WO 93/06891 A beschreibt Deckensprinkler mit erweiterter Abdeckung, indem Blenden einen K-Faktor von größer als 8,7 haben und Ablenker die Wasserverteilung radial um die Sprinkler herum und unterhalb dieser erweitern.
US 5 010 959 A beschreibt einen Automatiksprinklerkopf mit einer Spiralfeder zum Minimieren des Haftenbleibens eines Verschlusselements, das eine Verschlußkausche und eine Tellerfeder aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Senkung von Installationskosten in Anlagen zum frühzeitigen Eindämmen hochproblematischer Brände.
Diese Aufgabe wird durch die neuartige Verwendung eines ESFR Sprinklers mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
Die obige Kurzbeschreibung sowie die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung lassen sich besser verstehen, wenn man sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen durchliest. Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Zeichnungen die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen gezeigt. Es sollte jedoch klar sein, daß die Erfindung nicht exakt auf die gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist. In den schematischen Zeichnungen ist:
1 eine Aufrißansicht eines schnellansprechenden Niederdruck-Deckensprinklers der vorliegenden Erfindung;
2 eine Teilquerschnittansicht des Sprinklers im großen und ganzen entlang der Linie 2-2 in 1;
3 eine stark vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereichs von 2;
4 ein Schnittaufriß des Auslösers;
5 eine Ansicht des Sprinklers von 1 von unten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In den Zeichnungen werden durchweg gleiche Ziffern zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet. In den 1, 2 und 5 ist ein schnellansprechender, frühzeitig eindämmender Niederdruck-Sprinkler der Erfindung in verschiedenen Ansichten gezeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet wird. Der Sprinkler 10 umfaßt einen vorzugsweise einteiligen Rahmen 11 mit einem wenigstens im großen und ganzen röhrenförmigen Körper, der allgemein mit 12 bezeichnet wird und einen vorzugsweise sich verjüngenden, zentralen, inneren Durchlaß 14 aufweist. Vorzugsweise erstreckt sich der Durchlaß 14 geradlinig zwischen einem Einlaßende 15 und einem Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12. An der Außenseite des Einlaßendes 15 ist ein Gewinde 17 bereitgestellt, damit der Sprinkler 10 an eine Fall- oder Versorgungsleitung (beide nicht gezeigt) für die Zufuhr von Wasser oder einer anderen Brandbekämpfungsflüssigkeit angeschlossen werden kann. Der innere Durchlaß 14 des Körpers 12 besitzt eine vorzugsweise gerade Mittelachse, die in 1 und 2 mit A bezeichnet ist.
Der Sprinkler 10 umfaßt weiterhin einen Verschluß 20, der ausrückbar in einer Weise am Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 positioniert ist, daß er den inneren Durchlaß 14 verschließt, einen auf Wärme ansprechenden Auslöser, der allgemein mit 30 bezeichnet wird und so angebracht ist, daß er den Verschluß 20 am Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 ausrückbar festhält und den Durchlaß 14 verschließt, bis der Auslöser 30 aktiviert wird, sowie einen Ablenker, der allgemein mit 60 bezeichnet ist.
Betrachtet man 1, so umfaßt der Rahmen 11 des weiteren ein Paar Trägerarme 50, 52, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Ausflußendes 16 des röhrenförmigen Körpers 12 im großen und ganzen weg erstrecken und sich wieder treffen, so daß eine röhrenförmige Fassung 54 entlang der Mittelachse A gebildet wird. Die Arme 50, 52 und die Fassung 54 tragen den Ablenker 60, der sich in Nebeneinanderstellung zum Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 befindet, diesem zugewandt und davon beabstandet ist. Zwar sind wenigstens zwei symmetrisch angeordnete Trägerarme 50, 52 bevorzugt, doch können auch drei oder vier Trägerarme vorhanden sein, die alle symmetrisch um und von der Mittelachse A beabstandet angeordnet sind. Sind mehr als zwei Trägerarme vorhanden, so können diese getrennt an einem röhrenförmigen Körper befestigt sein, beispielsweise durch Einschrauben in einen Bundrandteil eines solchen separaten röhrenförmigen Körpers.
Vorzugsweise weitet sich der Rahmen 11 am Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 zu einem umlaufenden Bundrand 18. Der Bundrand 18 hat vorzugsweise eine sechseckige Form mit einem Paar größerer, parallel gegenüberliegender planer Oberflächen oder ”Abflachungen” 18a, die so positioniert sind, daß sie mit einem Gabelschlüssel oder einem speziell gestalteten sechseckigen Sprinklerschlüssel erreicht werden, um den Sprinkler 10 in eine Fall- oder andere Versorgungsleitung für Flüssigkeit (beide nicht gezeigt) einzuschrauben.
Betrachtet man 2, so umfaßt der innere Durchlaß 14 einen sich nach innen verjüngenden Teil 14a, der sich vom Einlaßende 16 zu einem zylindrischen Teil 14b mit einheitlichem, geringerem Durchmesser erstreckt. Ein Teil 14c des Durchlasses unmittelbar nach dem Teil 14b mit geringerem Durchmesser ist mit einem größeren Durchmesser versehen, um den Verschluß 20 über den Teil 14b mit geringerem Durchmesser aufzunehmen. Der Teil 14c kann nach außen hin in einem Winkel von etwa 10–15° über seine Länge angeschrägt sein, um das Lösen des Verschlusses 20 sicherzustellen (siehe 3). Der Durchmesser des Durchlasses 14 weitet sich dann abrupt und erheblich zu einer zylindrischen Auslaßöffnung 14d am Ausflußende 16 des Rahmenkörpers 12. Eine Lippe 19 um die Auslaßöffnung 14d wird gebildet durch Bereitstellen einer kreisförmigen Auskehlung 14e zwischen der Lippe 19 und dem angeschrägten Ende von Teil 14c des Durchlasses.
Der röhrenförmige Körper 12 kann eine axiale Länge von etwa 1 1/3 Zoll aufweisen, wobei der Bundrand 18 eine Länge von etwa 1/3 Zoll hat. Der sich nach innen verjüngende Teil 14a kann eine Länge von etwa 7/8 Zoll aufweisen und sich nach unten in einem Winkel von 1,5° zur Mittelachse A von einer Weite von 0,98 auf eine Weite von 0,93 Zoll verjüngen, die sich über etwa 1/8 Zoll im Teil 14b mit geringerem Durchmesser fortsetzt. Der Teil 14c kann einen Mindestdurchmesser von etwa 1 Zoll und eine Länge von etwa 1/16 Zoll aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform kann die Auslaßöffnung 14d einen Durchmesser von etwa 1 1/3 Zoll und eine axiale Länge von etwa 1/3 Zoll aufweisen, während die Auskehlung einen Durchmesser von etwa 1 1/2 Zoll und eine axiale Länge von nur etwa 1/8 Zoll hat.
Der bevorzugte Sprinkler 10 hat einen nominellen Ausflußkoeffizienten oder K-Faktor von 25. Der Ausflußkoeffizient oder K-Faktor ist gleich dem Durchsatz von Wasser in Gallonen pro Minute durch den inneren Durchlaß 14 dividiert durch die Quadratwurzel des dem röhrenförmigen Körper zugeführten Wasserdrucks in Pfund je Quadratzoll Überdruck. Der Ausflußkoeffizient wird zu einem großen Teil durch die kleinste Querschnittfläche des Durchlasses 14 bestimmt, oder in anderen Worten, dem Durchmesser des zylindrischen Teils 14b des Durchlasses 14.
Der Ausflußkoeffizient oder ”K”-Faktor eines Sprinklers wird mit Hilfe von standardmäßigen Durchflußtests bestimmt. Bei ESFR-Sprinklern wird der Durchlaß 14 zunächst bei einem Druck von 15 psig gemessen, dann in 5 psig-Inkrementen bis zu 50 psig, dann in 10 psig-Inkrementen bis zu 100 psig und dann in 25 psig-Inkrementen bei 125, 150 und 175 psig. Der Durchfluß wird mit den gleichen Inkrementen bis zurück zum ursprünglichen Wert von 15 psig verringert. Der Durchfluß wird bei jedem Druckinkrement mit Hilfe einer Strömungsmeßvorrichtung gemessen, die eine Genauigkeit im Bereich von etwa 2% des tatsächlichen Durchflusses aufweist. Bei jedem Inkrement wird der tatsächliche Durchfluß in Gallonen pro Minute durch die Quadratwurzel des zugeführten Wasserdrucks in psig dividiert. Aus all diesen inkrementellen Werten wird dann der Mittelwert berechnet und wird zum Durchflußkoeffizienten oder ”K”-Faktor des Sprinklers.
Die Ausflußkoeffizienten oder K-Faktoren können ”nominelle” Werte sein. Typischerweise werden die ”nominellen” K-Faktoren als Standardgrößen ausgedrückt, die ganzzahlige oder halbzahlige Werte sind. Diese Standard- oder ”nominellen” Werte umfassen den angegebenen ganzzahligen oder halbzahligen Wert plus oder minus die Hälfte einer ganzen Zahl. So umfaßt ein nomineller K-Faktor von 25 alle gemessenen K-Faktoren zwischen 24,5 und 25,5.
Betrachtet man 2, so ist der Verschluß 20 vorzugsweise auch eine Untereinheit und hat ein zulaufseitiges Ende 20a, das über den Teil 14b des Durchlasses 14 mit geringerem Durchmesser vom angeschrägten Teil 14c des Durchlasses aufgenommen wird. Das ablaufseitige Ende 20b des Verschlusses 20 ist an das proximale Ende des Auslösers 30 angekuppelt. Betrachtet man 3, so ist der Verschluß 20 aus einem Sattel 22 und einer Dichtungsuntereinheit gebildet, die einen Belleville-Dichtungsring 26 umfaßt, der auf einer Seite eine Lage Kunststoffolienstreifen 28 trägt, vorzugsweise einen Trifluorethylen-Streifen, und zwar auf der Seite des Verschlusses 20, die dem Teil 14b des Durchlasses 14 mit einheitlichem, geringerem Durchmesser zugewandt ist. Der Sattel 22 ist ein im großen und ganzen rotationssymmetrischer Körper, umfassend einen zylindrischen Stempelteil 22a, der von einer mittleren Öffnung des Belleville-Dichtungsrings 26 aufgenommen wird, um den Dichtungsring gegenüber dem Sattel 22 zu stabilisieren. Der Sattel hat einen kreisförmigen Flanschteil 22b, dessen Außendurchmesser ungefähr gleich dem Außendurchmesser des Belleville-Dichtungsrings 26 und etwas größer als der Durchmesser des Teils 14b mit geringerem Durchmesser ist. Der Sattel 22 umfaßt weiterhin einen kreisförmigen Mittelwulst 22c, der in abgewandter Richtung vom Stempelteil 22a aufragt und eine zentrale Gewindebohrung 22d aufweist.
Der bevorzugte Auslöser 30 ist eine Baugruppe, die vorzugsweise ein Paar identischer, im großen und ganzen L-förmiger Hebel 32 umfaßt. Jeder Hebel 32 umfaßt einen kurzen Armteil 32a, der sich zwischen Lippe 19 und dem ablaufseitigen Ende 20b des Verschlusses 20 befindet, den Verschluß 20 im inneren Durchlaß 14 ausrückbar festhält und so den Durchlaß verschließt. Die langen Armteile 32b der Hebel 32 erstrecken sich weg vom Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 und vom Durchlaß 14 und werden von einem Hebeljoch 34 zusammengehalten. Das Joch 34 ist vorzugsweise ein einteiliger, im großen und ganzen achteckiger Körper mit einer kreisförmigen mittleren Öffnung. Die diametral gegenüberliegenden Teile 34b und 34c des Körpers sind um die proximalen langen Enden 32b der Hebel 32 gebogen, halten diese Enden auf diese Weise zusammen und halten den Verschluß 20 ausrückbar im Durchlaß 14 fest, so daß der Durchlaß 14 verschlossen ist. An den Außenrändern des Flanschteils 22b des Sattels können Ausschnitte vorhanden sein, um die kurzen Armteile 32a der Hebel 32 aufzunehmen und deren Lage zu stabilisieren.
Betrachtet man die 2 und 4, so umfaßt der Auslöser 30 des weiteren einen Haltekörper 36, ein Tauchkolbengehäuse 38, dessen eines Ende vom Haltekörper 36 aufgenommen wird, und eine Haltemutter, die vom anderen Ende des Tauchkolbengehäuses 38 aufgenommen wird und eine Tauchkolbenkammer 39 bildet, die einen Tauchkolben 40 aufnimmt. Diese und andere Elemente des Auslösers 30 sind am besten in 4 zu sehen. Eine Haltemutter 43 trägt einen gerippten Wärmekollektor 44 an der Seite des Tauchkolbengehäuses 38 gegenüber dem Haltekörper 36. Der gerippte Wärmekollektor 44 ist vorzugsweise mit der Haltemutter 43 verbunden und durch einen thermisch isolierenden Trägerdichtungsring 45 aus einem geeigneten Material wie etwa glasverstärktem Nylon von ihr thermisch isoliert. Der gerippte Wärmekollektor 44 ist hohl und enthält ein Pellet 46 aus einer Metall-Legierung, deren Schmelztemperatur bei der gewünschten Betriebs- oder Ansprechtemperatur des Sprinklers 10 liegt. Der Tauchkolben 40 besteht aus einem Stift und einem im großen und ganzen knollenförmigen Hauptkörper 40a am Stift, der den Stift in ein oberes und ein unteres Ende 40b und 40c teilt. Das untere Stiftende 40c des Tauchkolbens 40 wird über eine zylindrische Lagerscheibe 47 aus einem Material wie etwa Aluminiumoxid, das erhebliche Druckfestigkeit und thermisch isolierende Eigenschaften aufweist, auf dem Pellet 46 aus Metall-Legierung getragen. Das obere Stiftende 40b führt und zentriert den Tauchkolben 40 in der Kammer 39. Zweck des Pellets 46, der Lagerscheibe 47 und des Tauchkolbens 40 ist es, mehrere Kugeln 48 zu tragen, die sich durch Bohrungen 38a in den Seitenwandungen des Tauchkolbengehäuses 38 in regelmäßig angeordnete Vertiefungen 36a im Haltekörper 36 erstrecken und auf diese Weise den Haltekörper 36 und das Tauchkolbengehäuse 38 lösbar zusammenschließen. Das ”freie” oder ”obere Ende” 36b des Haltekörpers 36 trägt ein Außengewinde 37 (schematisch mittels Phantom), das von der zentralen Gewindebohrung 22d des Sattels 22 des Verschlusses 20 aufgenommen wird. Die Hebel 32, die durch das Hebeljoch 34 zusammengehalten werden, halten den Verschluß 20 ausrückbar im röhrenförmigen Körper 12 fest. Der Haltekörper 36 wird durch den Sattel 22 gehalten, und der Rest des Auslösers 30 ist mit dem Sattel durch den Haltekörper 36 mit Hilfe der Kugeln 48 verbunden. Die Kugeln 48 werden wiederum durch den knollenförmigen Hauptkörper 40a des Tauchkolbens 40 gehalten, der durch Festziehen der Haltemutter 43 im Tauchkolbengehäuse 38 gegen die Kugeln 48 gedrückt wird. Das Legierungspellet 46 verliert bei hinreichender Erwärmung seine Belastungsfestigkeit, so daß sich die Kugeln bewegen und Tauchkolbengehäuse 38 sowie Hebeljoch 34 sich vom Haltekörper 36 bzw. den Hebeln 32 trennen können und den Verschluß 20 mit dem Auslöser 30 lösen, so daß Wasser (oder eine andere Brandbekämpfungsflüssigkeit) durch den inneren Durchlaß 14 und aus dem Ausflußende 16 von Durchlaß 14 und Körper 12 fließen kann.
Aufbau und Montage des Ablenkers 60 sind am besten in 1, 2 und 5 zu sehen. Der Ablenker 60 umfaßt eine Platte 62 und ein Nasenstück, das sich in einer Öffnung in der Mitte der Platte 62 befindet.
Die Platte 62 des Ablenkers ist planar und kreisförmig, mit einem kreisförmigen Außenumfang 63 und mehreren Schlitzen 64, die sich radial nach innen vom kreisförmigen Umfang 63 und axial vollständig durch die Platte 62 erstrecken. Diese mehrfach vorhandenen Schlitze 64 umgeben und definieren einen ”schlitzlosen” mittleren Bereich 65, wie am besten in 2 zu sehen ist. So wie hierin verwendet, bezieht sich ”schlitzloser mittlerer Bereich” auf einen kreisförmigen mittleren Bereich im Zentrum des Ablenkers, dessen Radius gleich dem Radius des Plattenelements minus der radialen Länge des längsten Schlitzes ist, der radial von der äußeren Begrenzungslinie des Plattenelements in einer planaren Projektion des Ablenkers senkrecht zur Mittelachse A verläuft. Überlappt also das Nasenstück des Ablenkers die innersten Enden einiger oder aller Schlitze, so ist der schlitzlose mittlere Bereich der planare Bereich des Nasenstücks, der die Enden dieser Schlitze überdeckt. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht der Außendurchmesser des mittleren Bereichs 65 im wesentlichen dem Außendurchmesser der Rahmenfassung 54.
Das Nasenstück 66 hat einen Kopfteil 66a, der dem röhrenförmigen Körper 14 zugewandt, vorschlagsgemäß von runder Form und vorzugsweise halbkugelförmig ist. Der Kopfteil 66a trägt einen Schaftteil 66b mit Außengewinde 67 (schematisch durch Phantomlinien angedeutet), mit Hilfe dessen das Nasenstück 66 in die mit Innengewinde versehene Fassung 54 eingeschraubt werden kann. Am Fuß des Schafts kann ein Schlitz 66c zum Einstecken eines Schraubenziehers vorhanden sein. Das Nasenstück geht durch eine kreisförmige Öffnung 62a, die in der Mitte der Ablenkerplatte 62 vorhanden ist (im mittleren Bereich 65) und hält die Platte 62 fest an der Fassung 54. Der Ablenker 60 ist mit dem röhrenförmigen Körper 14 über die Fassung 54 verbunden und befindet sich in Nebeneinanderstellung und beabstandet vom Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körper 12, ausgerichtet nach dem Ausflußende 16 des inneren Durchlasses und der Mittelachse A des röhrenförmigen Körpers. Vorzugsweise ist das Nasenstück 66 des weiteren mit einer zentralen Bohrung 66d versehen, die ebenfalls nach der Mittelachse A des inneren Durchlasses 14 und dem Ausflußende 16 des röhrenförmigen Körpers 12 ausgerichtet ist. Der Ablenker 60 ist so ausgestaltet, daß er im großen und ganzen rotationssymmetrisch ist, und so positioniert, daß er auf der Mittelachse A zentriert ist, um den Wasserstrom, der aus dem Ausflußende des inneren Durchlasses 14 austritt, im großen und ganzen symmetrisch radial nach außen um den ganzen Sprinkler 10 herum abzulenken. Durch die Bohrung 66d kann das Wasser axial und vollständig durch die Mitte des Ablenkers 60 nach unten direkt unter den Sprinkler 10 gelangen. Diese Bohrung 66d, zusammen mit der weit größeren Öffnung des inneren Durchlasses 14 im Vergleich zum Durchmesser des schlitzlosen mittleren Bereichs des Ablenkers, hat sich als ausreichend erwiesen, um eine adäquate Wasserdichte direkt unter den Sprinkler 10 zur Eindämmung hochproblematischer Brände auszubringen, die direkt unter dem Sprinkler 10 entstehen, sowie solcher Brände, die zwischen den Sprinklern 10 entstehen.
Die Sprinkler 10 der Erfindung werden in Übereinstimmung mit den üblichen Einschränkungen bei ESFR installiert, einschließlich der Einschränkungen bezüglich Abstand und Höhe.
Für den bevorzugten röhrenförmiger Körper mit einem K-Faktor von 25 und einem Mindestdurchmesser von 0,930 Zoll im zylindrischen Teil 14b des inneren Durchlasses 14 mit geringerem Durchmesser ist der Kopfteil 66a des Nasenstücks 66 mit einem Radius von etwa 1/4 Zoll und einer Bohrung 66d mit einem Durchmesser von etwa 1/8 Zoll versehen. Vorzugsweise hat die Ablenkerplatte 62 einen Außendurchmesser von 1,9 Zoll und eine Dicke von etwa 1/10 Zoll. Die Platte 62 ist mit zwölf Schlitzen 64 versehen, die in einheitlichen Winkelschritten von 30° um die Mittelachse A angeordnet sind. Jeder Schlitz 64 ist etwa 1/10 Zoll breit und endet in einem Radius (Halbkreis). Der Durchmesser des mittleren Bereichs, der von den Schlitzen 64 umgeben ist und sich innerhalb derselben befindet, beträgt vorschlagsgemäß etwa 5/8 Zoll.
Die Oberfläche der Fassung 54, die dem röhrenförmigen Körper 14 am nächsten kommt, ist etwa 2 1/2 Zoll vom proximalen Ende des zylindrischen Teils 14b des inneren Durchlasses 14 mit geringerem Durchmesser entfernt. Das Verhältnis des Außendurchmessers des Ablenkers 60, insbesondere der Ablenkerplatte 62, zur radialen Länge der Schlitze 64 beträgt etwa 3 (1,9/0,635). Die mehrfach vorhandenen Schlitze 64 ergeben eine gesamte offene Fläche von weniger als 1/3, aber mehr als 1/4 der gesamten planaren Fläche innerhalb des kreisförmigen Umfangs 63 des Ablenkers. All diese Werte liegen in dem Bereich, den die bereits vorhandenen ESFR-Sprinkler aufweisen. Allerdings beträgt das Verhältnis des Mindestdurchmessers des Durchlasses des röhrenförmigen Körpers zum Durchmesser des mittleren Bereichs des Ablenkers etwa 1,5 (0,93 Zoll/0,624 Zoll). Das höchste Verhältnis, das ein ESFR-Sprinkler früher aufwies, belief sich auf weniger als 1,3.
Eine der Anforderungen an ESFR-Sprinkler ist schnelles Ansprechen. Das Ansprechen läßt sich auf verschiedene Weise messen. Factory Mutual und Underwriters Laboratories wenden eine Kombination von Temperaturnennwerten und Ansprechzeitkennzahlen an, um sicherzustellen, daß für hinreichend schnelles Ansprechen gesorgt ist.
Der Ansprechzeitindex oder ”RTI” ist ein Maß für die thermische Empfindlichkeit und ist mit der thermischen Trägheit des auf Wärme ansprechenden Elements eines Sprinklers verknüpft. Der RTI ist temperaturunempfindlich. Bei sich schnell ausbreitenden Industriebränden derjenigen Art, vor der die ESFR-Sprinkler schützen sollen, geht man davon aus, daß RTI und Temperaturnennwert des Auslösers ausreichend sind, um hinlänglich schnelles Ansprechen des Sprinkler sicherzustellen. Der Temperaturnennwert ist derjenige Betriebstemperaturbereich, in dem das auf Wärme ansprechende Element eines Sprinklers aktiviert wird.
RTI ist gleich τ·u^½, wobei τ die thermische Zeitkonstante des Auslösers in Sekunden-Einheiten und u die Geschwindigkeit des Gases durch den Auslöser ist. RTI wird experimentell in einem Windkanal mit Hilfe der folgenden Gleichung bestimmt: RTI = –tx·u½/ln(1 – ΔTb/ΔTg)wobei t_x die tatsächliche gemessene Ansprech- oder Betätigungszeit des Sprinklers ist; u die Gasgeschwindigkeit im Testabschnitt mit dem Sprinkler ist; ΔT_b die Differenz zwischen der Betätigungstemperatur des Auslösers (bestimmt mit Hilfe eines separaten Wärmeaufnahmetests) und der Umgebungstemperatur außerhalb des Kanals (d. h., die Anfangstemperatur des Sprinklers) ist; und ΔT_g die Differenz zwischen der Gastemperatur im Kanal, in dem sich der Sprinkler befindet, und der Umgebungstemperatur außerhalb des Kanals ist. Der RTI für ESFR-Sprinkler wird mit Luft bestimmt, die auf 197(±2)°C aufgeheizt und mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2,56(±0,03) m/s über den Sprinkler 10 und den Auslöser 30 geführt wird, die in hängender Stellung (siehe 1) in den Luftstrom eingebracht sind, wobei die Ebene durch die Rahmenarme 50, 52 senkrecht zur Richtung der erhitzten Luft steht. Für weitere Informationen sollten gewünschtenfalls die obenerwähnten FM- und UL-Normen zu Rate gezogen werden.
Bei der Untersuchung des Schnellansprechens in den 80er Jahren wurden die RTIs der sogenannten Standard-Sprinkler gemessen und zu mehr als 100 m^½·s^½, typischerweise bis nahezu 400 m^½·s^½ befunden. RTIs von weniger als 100 m^½·s^½ werden als schneller als das Ansprechen von Standard-Sprinklern erachtet. Man wurde auf eine Klasse ”spezieller” Sprinkler aufmerksam, die RTIs zwischen 80 und 50 m^½·s^½ aufweisen. Die momentan annehmbaren RTI-Werte für ESFR-Sprinkler betragen weniger als 40 m^½·s^½, insbesondere 19 bis 36 m^½·s^½. Der Sprinkler der Anmelderin ist der erste bekannte Sprinkler, bei dem ein beliebiger K-Faktor von mehr als 16 mit einem beliebigen Auslöser (thermisch ansprechendes Element) mit einem RTI von weniger als 100 oder sogar 80 m^½·s^½ oder weniger für eine beliebige Anwendung kombiniert wird, und auch der erste, der derartige kombinierte Parameter aufweist, um hochproblematische Brände mit Erfolg einzudämmen, wie sich anhand standardmäßiger Laborversuche zeigen läßt.
Der Sprinkler 10 mit einem K-Faktor von 25 liefert 100 Gallonen pro Minute bei einem Durchflußdruck von weniger als 16 psig, während einer mit einem K-Faktor von 26 100 Gallonen pro Minute bei wenig unter 15 psi liefert. Die Anmelderin geht davon aus, daß 15 psi der erforderliche Mindestdruck sind, um Tropfen der von Sprinkler 10 erzeugten Größe in die erhitzte Rauchfahne zu treiben, die von einem hochproblematischen Brand erzeugt wird. Daher wird angenommen, daß der Sprinkler der Erfindung mit nominellen 25 K die 14 optimale Größe für seine Anwendung aufweist. ESFR-Sprinkler, die Durchflüsse von 100 Gallonen je Minute bei Drücken von mehr als 15, aber weniger als 50 psi ergeben, können jedoch ebenfalls kommerziell wertvoll sein. Um 100 G. p. M. Wasser bei 40 psi heranzuführen, ist ein K-Faktor von etwa 16 (15,8) erforderlich. Um die gleiche Menge Wasser bei 30 psig heranzuführen, ist ein K-Faktor von etwa 18,5 (18,3) erforderlich, während ein K-Faktor von etwa 22,5 (22,4) erforderlich ist, um die gleiche Menge Wasser bei 20 psig heranzuführen. Der Teil 14b des inneren Durchlasses mit geringerem Durchmesser könnte einen Durchmesser von mehr als 0,76 Zoll haben, um einen K-Faktor größer 16 zu ergeben, einen Durchmesser von etwa 0,85 Zoll, um einen nominellen K-Faktor von etwa 20 zu ergeben, einen Durchmesser von etwa 1,0 Zoll, um einen K-Faktor von etwa 30 zu ergeben, und einen Durchmesser von etwa 1,2 Zoll, um einen K-Faktor von etwa 40 zu ergeben.
Im übrigen wurden Untersuchungen zur Eindämmung von Bränden auf den Weg gebracht, die noch problematischer sind als diejenigen, für die die ursprünglichen ESFR-Sprinklernormen gedacht waren. Zu diesen höheren Anforderungen zählt die Lagerung in Lagerhäusern in Stapeln von 12 m unter 13,5 m hohen Decken und bis zu 13,5 m hoch unter 15 m hohen Decken. Die Anmelderin geht davon aus, daß Wasser in ähnlicher Weise in noch größeren Mengen bei Durchflußdrücken von wenigstens 15 psig herangeführt werden kann, um derartige Brände mit Erfolg einzudämmen. Beispielsweise kann eine Durchflußgeschwindigkeit von 120 Gallonen je Minute bei einem Druck von 15 psig (oder weniger) durch einen K-Faktor von etwa 31 bereitgestellt werden, 140 Gallonen je Minute durch einen K-Faktor von etwa 36, und 150 Gallonen je Minute durch einen K-Faktor von weniger als 40 (38,7). Bei Drücken von 20 psig können 120 Gallonen je Minute durch einen K-Faktor von etwa 27 (26,8) bereitgestellt werden, 140 Gallonen je Minute können durch einen K-Faktor von etwa 31,5 (31,3) bereitgestellt werden, und 150 Gallonen je Minute können durch einen K-Faktor von etwa 33,5 bereitgestellt werden.
Für Fachleute wird klar sein, daß Änderungen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden kön nen, ohne von deren allgemeinem erfinderischen Konzept abzuweichen. Es versteht sich daher, daß diese Erfindung nicht auf die im einzelnen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, vielmehr sollen auch Abwandlungen im Geist und Umfang der Erfindung, wie anhand der beigefügten Patentansprüche definiert, darunter fallen.

Claims

Verwendung eines schnellansprechenden Niederdruck-Sprinklers mit einem Minimaldruck von weniger als 345 kPa (50 Psi) zum frühzeitigen Eindämmen von hochproblematischen Bränden, wobei der Niederdruck-Sprinkler folgende Bauteile umfaßt: einen im großen und ganzen röhrenförmigen Körper (12) mit einem Einlaßende (15), einem gegenüberliegenden Ausflußende (16) und einem inneren Durchlaß (14), der sich zwischen dem Einlaß- und dem Ausflußende erstreckt und einen K-Faktor von mehr als 16 aufweist, wobei der K-Faktor gleich dem Durchsatz von Wasser in Gallonen pro Minute durch den inneren Durchlaß dividiert durch die Quadratwurzel des dem röhrenförmigen Körper (12) zugeführten Wasserdrucks in Pfund je Quadratzoll Überdruck ist; einen Ablenker (60), der mit dem röhrenförmigen Körper (12) verbunden und vom Ausflußende (16) des inneren Durchlasses (14) in einer Weise beabstandet und im großen und ganzen damit ausgerichtet ist, daß er von einem aus dem Ausflußende (16) des inneren Durchlasses (14) austretenden Wasserstrom beim Auslösen des Sprinklers getroffen wird, wobei der Ablenker (60) ein Plattenelement (62) umfaßt, das einen kreisförmigen Außenumfang mit einem äußeren Durchmesser und mehreren Schlitzen (64) aufweist, die sich vom Außenumfang nach innen und axial durch das gesamte Plattenelement (62) erstrecken, wobei die Schlitze (64) einen schlitzlosen mittleren Bereich (65) des Plattenelements (62) umgeben und der röhrenförmige Körper (12) einen Mindestdurchmesser des inneren Durchlasses (14) aufweist, der größer ist als der maximale Durchmesser des schlitzlosen mittleren Bereichs (65), so daß der Ablenker (60) den Wasserstrom im großen und ganzen radial nach außen um den gesamten Sprinkler herum ablenkt; einen Verschluß (20), der ausrückbar in einer Weise am Ausflußende (16) des röhrenförmigen Körpers (12) positioniert ist, daß er den inneren Durchlaß (14) verschließt; und einen auf Wärme ansprechenden Auslöser (30), der so angebracht ist, daß er den Verschluß (20) am Ausflußende (16) des röhrenförmigen Körpers (12) ausrückbar festhält, wobei der Auslöser (30) einen Ansprechzeitindex von weniger als 100 Meter^½·Sekunde^½ (m^½·s^½) aufweist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der K-Faktor zwischen 18 und 40 beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 2, wobei der K-Faktor größer als 20 ist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 3, wobei der K-Faktor zwischen 22 und 26 beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 80,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 5, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 40,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 2, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 80,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 7, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 40,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 3, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 80,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 9, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 40,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 4, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 80,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 11, wobei der Ansprechzeitindex weniger als 40,0 m^½·s^½ beträgt.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der innere Durchlaß (14) eine Mittelachse (A) umfaßt und der Ablenker (60) eine Öffnung umfaßt, die sich entlang der Mittelachse (A) befindet, wobei sich die Öffnung axial durch den gesamten Ablenker (60) erstreckt, so daß Durchgang von Wasser axial durch den gesamten Ablenker (60) entlang der Mittelachse (A) möglich ist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Mindestdurchmessers des inneren Durchlasses (14) zum Durchmesser des kreisförmigen mittleren Bereichs (65) größer als 1,3 ist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Mindestdurchmessers des inneren Durchlasses (14) zum Durchmesser des kreisförmigen mittleren Bereichs (65) größer als 1,5 ist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der innere Durchlaß (14) des röhrenförmigen Körpers (12) einen Öffnungsmindestdurchmesser von mehr als 19,1 mm (0,75 Zoll) aufweist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der innere Durchlaß (14) des röhrenförmigen Körpers (12) einen Öffnungsmindestdurchmesser von mehr als 21,6 mm (0,85 Zoll) aufweist.
Verwendung eines Sprinklers nach Anspruch 1, wobei der innere Durchlaß (14) des röhrenförmigen Körpers (12) einen Öffnungsmindestdurchmesser zwischen 19,1 mm (0,75) und 30,5 mm (1,2 Zoll) aufweist.