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Gegenstand der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung fällt in das technische Gebiet der Brandbekämpfung und in das technische Gebiet der Emission von Löschmitteln. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Feuerlöschvorrichtung, deren Löschmittel flüssiger Stickstoff ist, der speziell für die Eindämmung und Löschung von Bränden in Elementen mit hoher Energiespeicherung wie Lithium-Ionen-Batterien, im Folgenden als Li-Ion bezeichnet, ausgelegt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Wenn ein Feuer in Energiespeichern mit hoher Kapazität, wie z. B. Li-lon-Batterien, ausbricht, ist eine hohe und schnelle Kühlleistung erforderlich, um das Feuer einzudämmen und zu löschen, da herkömmliche Löschmittel nicht wirksam sind.
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An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass im Falle eines Crashes oder eines Bruchs von Li-lon-Batterien Flammen mit Temperaturen von über 700 °C entstehen, die schwer zu löschen sind. Wenn sich Batterien während eines Brandes zersetzen, entstehen Gase, die eine Explosion des Gehäuses oder der Batterie selbst verursachen können, wenn sie sich die Gase in einem Gehäuse ansammeln. Die Löschung eines solchen Brandes ist ein großes Problem.
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Es sollte auch bedacht werden, dass Li-lon-Batterien in der Regel aus mehreren Batterieeinheiten bestehen. Wenn also in einer Einheit ein Feuer ausbricht, greift es auf den Rest des Stapels über, was die Löscharbeiten zusätzlich erschwert.
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Der Grund, warum Flüssigstickstoff-Löschvorrichtung in der Vergangenheit nicht eingesetzt wurden, ist in erster Linie der schnelle Verlust von flüssigem Stickstoff durch Gasbildung und die Schwierigkeit, den flüssigen Stickstoff über lange Zeiträume stabil zu lagern. Ein wichtiger Faktor ist auch die Schwierigkeit, flüssigen Stickstoff als Löschmittel anzuwenden, zu handhaben und zu versprühen, da er eine niedrige Temperatur hat.
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Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist kein Dokument bekannt, in dem die Verwendung von flüssigem Stickstoff als Löschmittel ausdrücklich beschrieben wird. Das Dokument
EP0755287A1 bezieht sich beispielsweise auf eine Feuerlöschanlage, die eine Flüssigkeitsquelle, eine mit der Flüssigkeitsquelle verbundene Pumpe und eine Gasquelle umfasst, die über ein Rohr mit einem Auslassrohr der Pumpe verbunden ist, um Gas mit der den Sprühdüsen zugeführten Löschflüssigkeit zu mischen.
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Weder wird in der Anlage das flüssige Löschmittel als flüssiger Stickstoff bezeichnet, noch ist ein Kühlsystem vorgesehen, um das flüssige Löschmittel in seinem Zustand stabil zu halten.
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WO1996037260 schlägt eine Vorrichtung zur Erzeugung von feuerunterdrückendem Schaum vor, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: eine Quelle für unter Druck stehendes Gas; eine Quelle für feuerunterdrückendes Schaumfluid; ein Mittel zum Erzeugen eines Stroms von feuerunterdrückendem Schaumfluid aus der Quelle des feuerunterdrückenden Schaumfluids; ein Mittel zum Einspritzen eines unter Druck stehenden Gasstroms in den Strom des feuerunterdrückenden Schaumfluids, um den feuerunterdrückenden Schaum zu erzeugen; ein Mittel zum Expandieren des feuerunterdrückenden Schaums; ein Mittel zum Ausgeben des feuerunterdrückenden Schaums; wobei die Vorrichtung ferner dadurch gekennzeichnet ist durch ein rückseitiges Paket, auf dem ein unter Druck stehendes Gas und die Quelle für das feuerunterdrückende Schaumfluid angebracht ist.
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Wie im vorangegangenen Fall wird eine Feuerlöschvorrichtung vorgeschlagen, die auf einem anderen Löschmittel basiert als flüssigem Stickstoff und daher kein Teilsystem zur Kühlung enthält, um es in einem flüssigen Zustand zu halten, wie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben.
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Es besteht also ein Bedarf an einer Feuerlöschvorrichtung, deren Löschmittel flüssiger Stickstoff ist und das dazu beitragen würde, die derzeitigen Schwierigkeiten und Nachteile bei der Verwendung und Lagerung zu überwinden.
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Beschreibung der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist eine Feuerlöschvorrichtung, deren Löschmittel flüssiger Stickstoff ist. Die Feuerlöschvorrichtung ist speziell für die Eindämmung und Löschung von Li-lon-Batteriebränden ausgelegt und umfasst im Wesentlichen mindestens die folgenden Elemente:
- - einen Stickstoffbehälter, der ein Volumen an flüssigem und gasförmigem Stickstoff enthält;
- - eine Druckerzeugungsvorrichtung, um ein Volumen an Treibgas in den Stickstoffbehälter einzuleiten;
- - Sprühelemente zum Versprühen eines Volumens von flüssigem Stickstoff in der Nähe der Flammen;
- - Leitungen zwischen dem Stickstoffbehälter und den Sprühelementen, die normalerweise leer sind und durch die der flüssige Stickstoff fließt;
- - Durchflussregler, die in den Leitungen angeordnet sind;
- - Brandmeldesensoren, die vorzugsweise in der Nähe der Sprühelemente angeordnet sind; und
- - eine externe Steuerung, die zumindest mit den Sensoren, der Druckerzeugungsvorrichtung und den Durchflussreglern verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stickstoffbehälter zusätzlich einen Gasphasenkühlkopf zum stabilen Halten des flüssigen Stickstoffs im Stickstoffbehälter. Außerdem bestehen die Durchflussregler aus Ventilen, die entweder manuell oder automatisch betätigt werden können, und die Druckerzeugungsvorrichtung umfasst ein Druckdrosselungselement.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Stickstofferzeugungselement, wie es nach dem Stand der Technik verfügbar ist, das Stickstoff aus atmosphärischer Luft herstellen kann. Der erzeugte Stickstoff wird nach Durchlaufen eines Kryogenisators in den Stickstoffbehälter geleitet, um gegebenenfalls zu den Sprühelementen weitergeleitet zu werden. In dieser alternativen Ausführungsform ist das Stickstofferzeugungselement mit der Steuerung der Vorrichtung verbunden, die somit seinen Betrieb steuert.
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Das Stickstofferzeugungselement kann tragbar oder stationär sein. Es ist vorgesehen, dass Fahrzeuge, die mit Elektrobatterien ausgestattet sind, eine Steckverbindung zu einer Flüssigstickstoff-Versorgungsleitung aufweisen, die den Stickstoff zu den Batterien leitet, um im Falle eines Brandes der Batterien selbst Stickstoff auszustoßen.
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Brandprobleme bei Lithium-Ionen-Batterien treten hauptsächlich in zwei Situationen auf: Während des Ladevorgangs und bei einem Crash oder Unfall. In beiden Fällen kommt es zu einer fast sofortigen Verbrennung, wenn nicht schnell gelöscht wird.
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Anders als in anderen Fällen wird bei diesem Gerät nicht versucht, das Feuer durch die Erzeugung einer Stickstoffgasatmosphäre zu löschen, sondern durch das Sprühen flüssigen Stickstoffs einer Temperatur von ca. -196 °C direkt auf den Brandherd durch die Sprühelemente. Dadurch wird auch eine vorübergehende Inertisierung der Batterien erreicht.
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Die vorteilhaften Auswirkungen von Flüssigstickstoff auf das Feuer lassen sich in den folgenden Punkten zusammenfassen:
- - Absorption einer sehr hohen Wärmemenge.
- - Die bei der Verbrennung eines Li-lon-Akkus entstehenden Gase gefrieren und sind nicht mehr explosiv.
- - Der flüssige Stickstoff wird nach dem Versprühen in Stickstoffgas umgewandelt, das die Batterien nicht beschädigt und nicht verbrennt.
- - Bei der Besprühung mit flüssigem Stickstoff werden die Li-lon-Batterien kryogenisiert und inertisiert, d. h. mit einer Spannung von 0 V, wodurch zusätzliche Risiken von Explosionen und elektrischen Unfällen vermieden werden.
- - Wenn das Feuer vollständig gelöscht ist, kann nur die verbrannte(n) Batterie(n) durch eine neue(n) ersetzt werden, während die übrigen, nicht direkt betroffenen Batterien im Stapel ihre Temperatur wiedererlangen und wieder Strom erzeugen und Energie akkumulieren können.
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Die so beschriebene Vorrichtung kann in alle Arten von Maschinen eingebaut werden, die Li-lon-Batterien verwenden, wie z. B. Elektrofahrzeuge. Es handelt sich um eine einfache und kostengünstige Lösung, die die derzeitigen Nachteile des Stands der Technik auf vorteilhafte Weise überwindet.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Zur Vervollständigung der vorliegenden Beschreibung und zum besseren Verständnis der Merkmale der Erfindung ist gemäß einem bevorzugten Beispiel einer praktischen Ausführungsform der Erfindung eine Reihe von Zeichnungen beigefügt, die integraler Bestandteil der genannten Beschreibung sind und in denen das Folgende in anschaulicher und nicht einschränkender Weise dargestellt ist:
- zeigt eine schematische Darstellung des Geräts mit seinen wichtigsten Bestandteilen.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstands der vorliegenden Erfindung anhand der oben erwähnten Figuren näher erläutert.
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Die beschriebene Flüssigstickstoff-Feuerlöschvorrichtung ist für die Eindämmung und das Löschen von Bränden in Li-lon-Batterien (B) bestimmt. Zu diesem Zweck umfasst die in der beigefügten schematischen Abbildung dargestellte Vorrichtung im Wesentlichen einen Stickstoffbehälter (1), Sprühelemente (2) zum Sprühen von Flüssigstickstoff auf den Brandherd, Brandmeldesensoren (3) und eine externe Steuerung (4) zur Steuerung des Betriebs der Vorrichtung.
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Zwischen dem Behälter (1) und den Sprühelementen (2) verlaufen Leitungen (5), die normalerweise leer sind, durch die flüssiger Stickstoff fließt. Durchflussregler (6), die mit den Leitungen (5) und der externen Steuerung (4) verbunden sind, regeln den Durchfluss von Flüssigstickstoff, der vom Behälter (1) durch die Leitungen (5) fließt. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die Durchflussregler (6) Ventile.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Druckerzeugungvorrichtung (7) zum Einleiten eines Volumens von Treibgas in den Behälter (1). Ein Druckdrosselungselement (8) reduziert den vom Druckerzeugungselement (7) kommenden Druck, bevor er in den Behälter (1) eingeleitet wird.
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Der Stickstoffbehälter (1) enthält ein Volumen an flüssigem Stickstoff und ein Volumen an gasförmigem Stickstoff. Der Stickstoffbehälter (1) umfasst ferner einen Gasphasenkühlkopf (9), um den flüssigen Stickstoff im Inneren des Stickstoffbehälters (1) stabil zu halten.
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Die externe Steuerung (4) ist mit den Durchflussreglern (6), den Sensoren (3) und der Druckerzeugungsvorrichtung (7) verbunden. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung drahtlos.
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In der hier gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Flüssigstickstofferzeugungsvorrichtung (10) auf, das über eine Leitung (11) mit dem Behälter (1) verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, Flüssigstickstoff aus der atmosphärischen Umgebungsluft zu gewinnen. Das Stickstofferzeugungselement (10) ist auch mit der Steuerung (4) verbunden, die seinen Betrieb regelt.
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In einer alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Einlass für die direkte Einspeisung eines Stroms flüssigen Stickstoffs aus einem externen Reservoir auf, der durch die Druckerzeugungsvorrichtung (7) zu den Sprühelementen befördert wird. Diese alternative Ausführungsform findet besondere Anwendung bei Fahrzeugen, die mit elektrischen Batterien betrieben werden und in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist. Auf diese Weise kann ein Notfall- oder Feuerwehrteam im Falle eines Batteriebrandes auf die Stromversorgungsbuchse zugreifen, um flüssigen Stickstoff aus einem externen Reservoir, z. B. im Feuerwehrwagen, einzuspritzen. Es ist zu beachten, dass Li-lon-Batterien in Elektrofahrzeugen in der Regel nicht zugänglich sind, so dass es nicht einfach ist, den Brand direkt von außen zu bekämpfen.
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Bei der so beschriebenen Vorrichtung wird ein Brand in einer Lithium-Ionen-Batterie (B) in einem Stapel von den Sensoren (3) erkannt und an die externe Steuerung (4) gemeldet. In diesem Moment aktiviert die externe Steuerung (4) ein zuvor erstelltes Aktionsprotokoll für die übrigen Elemente der Vorrichtung, mit dem es einen Befehl an die Druckerzeugungsvorrichtung (7) sendet, das Treibgas in den Stickstoffbehälter einzuleiten und so den Austritt des flüssigen Stickstoffs aus dem Inneren des Behälters zu bewirken.
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Dieser flüssige Stickstoff fließt durch das Innere der Leitungen (5) bis zu den Sprühelementen (2), die den flüssigen Stickstoff auf den Brandherd in der Li-lonen-Batterie (B) sprühen.
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Wenn die Sensoren (3) feststellen, dass das Feuer gelöscht ist, senden sie ein entsprechendes Signal an die externe Steuerung (4), um einen Auslösebefehl sowohl an die Durchflussregler (6) als auch an die Druckerzeugungsvorrichtung (7) zu senden.
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Dadurch wird der Flüssigstickstofffluss vom Behälter (1) zu den Sprühelementen (2) gestoppt, und das Gerät geht in den normalen Ruhezustand über.
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Bei der Ausführungsform mit Flüssigstickstofferzeugungsvorrichtung (10) sendet die externe Steuerung (4) zusätzlich zu dem oben genannten Vorgang einen Betätigungsbefehl an die Flüssigstickstofferzeugungsvorrichtung (10).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0755287 A1 [0006]
- WO 1996037260 [0008]
