DE2416673A1 - Ventil, geeignet fuer feuermelde- und -loeschsystem - Google Patents

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Dipl.-Ing. Heinz Bardehle ? Λ 1 fi R

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Ventil, geeignet für Feuermelde- und -löschsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, das für ein Feuermelde- und -löschsystem, insbesondere für ein System zur Verhinderung von Explosionsbränden, geeignet ist und das im Oberbegriff des Anspruches 1 näher umrissen ist.

Aus dem Stand der Technik sind Feuerlöschsysteme bekannt, bei denen eine in einem Behälter unter Druck stehende Feuerloschflüssigkeit verwendet wird. Der Behälter weist ein Ventil auf, das automatisch bei Eingang eines Feuermelde-

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signals betätigt wird und das Feuerlöschmittel aus dem Behälter herausläßt, worauf dann das Feuerlöschmittel aus Ausspritzdüsen herausspritzt. Um ein rasches Herausspritzen des Löschmittels nach Eingang des .Feuermeldesignals, das von einem Feuerdetektor erzeugt wird, zu erreichen, sind sehr schnell arbeitdnde Ventile notwendig. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich um die Verhinderung oder Bekämpfung von Explosionsbränden handelt.

In solchen Feuerlöschsystemen ist es.üblich, zündexplosionsbetriebene Ventile zu verwenden, mit denen ein rasches öffnen des Ventils erreichbar ist. Sofern nicht solche Ventile verwendet werden, werden andere Ventile verwendet, die mit Elektromagneten betätigten Steuerventilen zusammenwirken. Bei einem Ventil dieser Art wird ein Hauptkolben auf seinen beiden einander gegenüberliegenden Kolbenflächen mit dem Druck des Feuerlöschmittels beaufschlagt, infolge unterschiedlich großer Kräfte auf die beiden unter Druck stehenden Kolbenflächen wird das Ventil geschlossen gehalten. Der auf der Rückseite des Kolbens lastende Druck kann durch das Öffnen eines Steuerventils beseitigt werden, wobei der Druck in eine Auslaßleitung entweicht, so daß der auf der Vorderseite des Kolbens lastende Druck das Ventil öffnet.

Bei bekannten, käuflichen Ventilen dieser Art wurde festgestellt, daß äie für neue Arten von Feuerlöschmitteln, die jetzt verfügbar sind, nicht verwendbar sind. Wie festgestellt wurde, beruht dies auf dem großen Volumenverhältnis zwischen Dampfvolumen und Flüssigkeitsvolumen dieser Mittel und auf dem Druck, unter dem diese Flüssigkeiten zu halten sind. Zum Beispiel hat das neue Feuerlöschmittel Halon 13ol von E.I. du Pont de Nemours, Wilmington, Delaware, ein solches Dampf-Flüssigkeits-Volumenverhältnis von ungefähr 25o zu und wird normalerweise unter einem Druck von ungefähr 43 kg/cm (Soo p.s.i.) gehalten. Wenn ein Feuerlöschmittel dieser Art

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zusammen mit einem wie voranstehend beschriebenen Ventil verwendet wird, arbeitet dieses Ventil nicht zufriedenstellend in bezug auf ein genügend rasches Freigeben des Löschmittels, und zwar deshalb, weil Ventilflattern auftritt. ?iie- festgestellt wurde, beruht dieser Umstand darauf, daß dann, wenn das Ventil geöffnet ist. Flüssigkeit durch das Ventil hindurch in die zu den Ausspritzdüsen führenden Leitungen dringt und sich dort ein genügend hoher Druck ausbildet, der bewirkt, daß das flüssige Feuerlöschmittel durch die Auslaßleitung des Steuerventils hindurch in die hinter dem Kolben des Ventils befindliche Kammer tritt. Das führt dazu, daß sich hinter dem Hauptkolben des Ventils ein Druck aufbaut, der das Ventil schließt. Das Problem wird noch größer, wenn das flüssige Feuerlöschmittel zusätzlich noch in die Kammer auf der Rückseite des Ventils bzw. des Kolbens durch eine Leck— öffnung oder durch eine Ausgleichsöffnung im Kolben hindurch eindringt. Das sich ergebende Ventilflattern verringert die Auslaßrate für das Löschmittel und macht das System für den beabsichtigten Zweck unwirksam.

Ein anderes mit derartigen Ventilen verbundenes Problem ist, selbst wenn das Ventilflattern in einer Weise beseitigt ist, daß die Betriebsgeschwindigkeit des Ventils nicht groß genug ist, um für eine Explosionsunterdrückung auszureichen. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Ventils ist, wie festgestellt wurde, von dem umstand beeinflußt, daß, wenn der Druck aus der Kammer * auf der Rückseite des Kolbens abgelassen wird, das unter Druck stehende Löschmittel von der Vorderseite des Kolbens .(direkt aus dem Behälter) durch die Lecköffnungen im Kolben hindurchtritt und wirksam wird, das Ausmaß zu verringern, mit dem der Druck hinter dem Kolben abfallen kann. Daher war es für Systeme zur Unterdrückung von Explosionen bisher notwendig, zündgetriebene Ventile zu verwenden, die allerdings gegen Fehlzündungen empfindlich sind und keine Mehrmalsbetätigung

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zulassen.

Bei Feuerlöschventilen sind mechanisch zu betätigende Einrichtungen zum Öffnen eines solchen Ventils verwendet worden. In diesem Zusammenhang bestehen jedoch Schwierigkeiten, wie z.B.,daß die Ventile eine zu hohe Betätigungskraft erfordern, um gegen die Zuhaltekraft der Ventile anzukommen. Bei solchen Ventilen war es ausgeschlossen, diese aus der Entfernung nur mit einem einfachen Zugseil, z.B. von einer Kontrolltafel her, zu betätigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein für ein insbesondere automatisches Feuerlöschsystem geeignetes Ventil zu finden, das eine hohe Durchflußrate und eine große Öffnungsgeschwindigkeit hat. Diese Aufgabe wird durch ein wie im Patentanspruch 1 angegebenes Ventil gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den UnteranSprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung wird ein solches Ventil vorgeschlagen, das ein Steuerventil hat, dessen Auslaßleitung direkt in die Atmosphäre anstatt in die Hauptausspritzleitung mündet. Dadurch wird verhindert, daß sich in der Ausspritzleitung aufbauender Druck auf die Tätigkeit des Ventils durch Behinderung des Druckabbaues durch das Steuerventil hindurch negativ auswirkt. Bei der Erfindung ist außerdem eine Einrichtung vorgesehen, mit der das Ausmaß, in dem flüssiges Feuerlöschmittel in die Kammer hinter dem Hauptkolben eintreten kann, auf ein solches Maß begrenzt ist, daß die Rate des durch das Steuerventil entweichenden gasförmigen Löschmittels in jedem Falle größer ist. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist beim erfindungsgemäßen Ventil eine mechanische Ventilöffnungsbetätigung vorgesehen, wobei diese Einrichtung auf die nicht unter Druck stehende Fläche des Kolbens des

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Steuerventils, die das Steuerventil geschlossen hält, einwirkt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Ventil aus einem Hauptventil zur Abgabe des Feuerlöschmittels und aus einem Steuerventil zum Ablassen des Druckes aus einer Kammer, die sich hinter dem Kolben des Hauptventils befindet. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Druck auf die Rückseite des Kolbens nur durch Leckverbindung an der Kolbenwand entlang erfolgt. Der sich hinter dem Kolben aufbauende Druck wird durch ein Steuerventil direkt in die Atmosphäre abgelassen und nicht in die Hauptausstoßleitung des Systems. Damit sind unerwünschte Beeinflussungen der Druckverhältnisse in der Kammer hinter dem Hauptkolben vermieden. Das Steuerventil kann sowohl durch einen Elektromagneten als auch mechanisch betätigt werden, und zwar durch Krafteinwirkung durch die Auslaßleitung des Steuerventils hindurch auf die von jeglichem Druck freie Fläche des Kolbens des Steuerventils. Mit dieser Maßnahme sind Dichtungsprobleme vermieden, die bei bekannten, mechanisch betätigten Ventilen geläufig sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachroj-genden Figurenbeschreibung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventils,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Ventils nach Fig. 1, in der die mechanische Einrichtung zur Betätigung des Steuerventils gezeigt ist und

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Feuermelde- und -löschsystems mit einem Ventil nach Fig. 1.

Das in Fig. 3 gezeigte Feuerlöschsystem umfaßt einen Behälter Io mit einem unter Druck stehenden Feuerlöschmittel, ein dem Behälter zugeordnetes Ventil 12 und eine Haupt-Ausstoßleitung 14, die zu einer Anzahl Ausstoßdüsen 15 führt.

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Das Ventil 12 kann entweder mittels des Hebels IG von Hand oder mittels eines Elektromagneten 2o betätigt werden, damit es Löschmittel aus dem Behälter zu den Düsen 15 gelangen läßt, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Elektrische Betätigung kann als Folge einer Signalgabe einer oder mehrerer Melder einer Anzahl von Meldern 22 sein, wobei das aufgrund einer vom Melder empfangenen Strahlung eines Feuers erzeugte Signal in einem Verstärker 24 verstärkt wird.

Das Ventil 12 umfaßt ein Gehäuse 2 5 mit Einlaß und Auslad 2C und 3o, einen innenliegenden Ventilsitz 32, einen Zylinder 34, der oberhalb des Ventilsitzes ausgebildet ist und einen Kolben 36, der in dem Zylinder gleitend geführt ist und an dem Ventilsitz 32 sowohl anliegen kann als auch von diesem entfernt sein kann.

Oberhalb des Kolbens befindet sich eine Kammer 38. In Ruhezustand des Feuermeldesystems liegt der volle Druck, der in dem Behälter herrscht, auf beiden Seiten des Kolbens vor, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Auf diese Weise wird der Kolben während des Ruhezustandes dicht gegen den Ventilsitz gedrückt, da die obere druckbeaufschlagte Fläche des Kolbens größer ist. Es ist eine Feder 4o für eine Federvorspannung zwischen dem Kolben und dem oberen Anteil des Gehäuses vorgesehen, um den Kolben in die geschlossene Stellung zu bringen, nachdem das Ventil betätigt worden ist. Das Ventil wird durch Ablassen des Druckes aus der Kammer 38 mittels eines Steuerventilkolbens betätigt, wobei sich dieser Kolben in einem Gehäuse 44 befindet. Das Gehäuse 44 ist zu der Kammer 38 hin offen, so daß rund um den Kolben 42 der in der Kammer vorliegende Druck herrscht. Eine Feder 45 liefert eine Vorspannung, die den Kolben 42 nach unten auf den Sitz 48 drückt. Der Sitz 48 bildet eine Öffnung, die zu einer Steuerventil-Auslaßleitung mit einem Auslaß 52 in die Atmosphäre führt.

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Auf dem oberen Ende des Gehäuses 44 ist der Elektromagnet angebracht. Erregung des Magneten verursacht eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 42, wodurch die Kammer 38 zur umgebenden Atmosphäre hin' geöffnet wird·. Der Siseuerventilkolben 42 kann von seinem Sitz auch mittels des Hebels 18 in einer wie nachfolgend beschriebenen Weise angehoben werden. Am unteren Teil der Leitung 5o unterhalb des Auslasses 52 befindet sich ein Nocken 54, der mittels des Hebels 18 gedreht werden kann. Auf dem Nocken befindet sich eine Nockenfläche 56, auf der ein Nockenstößel 58 aufliegt, der in vertikaler Richtung _r aufgrund einer Drehung des Nockens mittels des Hebels 18 loeweglich ist. Vom Nockenstößel aufwärts springt ein Stift hervor, der sich in die Öffnung des Steuerventilsitzes hinein erstreckt und mit der Unterseite des Anteils des Steuerventils in Berührung kömmt, durch den die Öffnung verschlossen wird. Eine Umdrehung des Nockens mittels des Hebels bewegt den Stößel 58 und den Stift So nach oben und stößt den Steuerventilkolben 42 von seinem Sitz 48 hoch.

Ss ist notwendig gewesen, bei Ventilen.dieser Art kleine Öffnungen im Kolloen 35 vorzusehen, um zuzulassen, daß der Einlaßdruck in die Kammer 38 gelangt, um gleichen Druck auf beiden Seiten des Kolbens zu haben. Infolge der größeren, unter Druck stehenden Fläche auf der Seite der Kammer wird der Kolben auf dem Sitz dichtgehalten. Es ist auch üblich, den Druck aus der Kammer 38 in die Haupt-Ausstoßleitung abzulassen.

Wenn jedoch ein Ventil dieser Art und mit den üblichen wie voranstehend beschriebenen Merkmalen, zusammen mit hochgespanntem und rasch verdampfendem Löschmittel, wie z.B. das kürzlich erwähnte Halon 13ol, verwendet wird, wurde festgestellt, daß ein starkes Ventilflattem bzw. -prellen auftritt. Durch dieses Flattern wird die Ausströmrate des Löschmittels durch

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das Ventil hindurch auf etwa l/lo der gewünschten Rate herabgesetzt. Wie hier erkannt ist Schuld daran der Umstand, daß dann, wenn das Ventil sich öffnet und flüssiges Löschmittel in die Leitung zu den Ausstoßdüsen fließt, der Strömungswiderstand dazu führt, daß sich ein Druck an der Ausstoßöffnung des Ventils aufbaut, der die Ursache dafür ist, daß flüssiges Löschmittel durch die Steuerventil-Auslaßleitung hindurch in die Kammer 38 gelangt. Zum gleichen Zeitpunkt tritt unter Druck stehendes Löschmittel als Flüssigkeit durch die kleinen druckausgleichenden Öffnungen im Kolben hindurch, dehnt sich als Dampf aus, der aber infolge der erwähnten Blockierung der Steuerventil- Auslaßleitung nicht, wie gewünscht, zusammenbricht. Der sich ergebende Druckanstieg in der Kammer 38 bewirkt, daß der Ventilkolben zurückgeht und den Fluß des Löschmittels durch die Äusstoßleitung hindurch unterbricht. Der voranstehend beschriebene Prozeß wiederholt sich dann, so daß das ständige Ventilflattern auftritt.

Es ist jedoch festgestellt worden, daß ein Ventil mit einem wie hier dargestellten Aufbau zusammen mit hochgespannten, flüssigen Löschmitteln der erwähnten Art ohne Ventilflattern und mit günstiger Ausstoßrate zufriedenstellend arbeitet, und zwar dann, wenn die Steuerventil-Auslaßleitung in die Atmosphäre mündet und im Kolben 35 keine druckausgleichenden Öffnungen vorgesehen sind. Obgleich zu erwarten wäre, daß das Weglassen der Ausgleichsöffnungen im Kolben einen Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbens verhindern würde, durch dessen Wegfall ein zuverlässiges Schließen des Ventils verhindert wäre, wurde dagegen festgestellt, daß bei Löschmitteln der angegebenen Art ausreichendes Lecken zwischen Kolbenwand und Zylinderwand auftritt, um dafür zu sorgen, daß genügend Dampfdruck in der Kammer herrscht, das Ventil zu schließen, nachdem das Steuerventil geschlossen ist.

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Das Weglassen der Ausgleichsöffnungen vergrößert auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Ventixs. Obgleich für normale • Brandfälle Unterschiede in Bruchteilen einer Sekunde für die Öffnungszeit des-Ventils von kleiner Bedeutung ist, kommt es für das Ventil in einem Löschsystem, das als Explosxonsschutzexnrichtung arbeiten soll, auf maximale Ventilöffnungsgeschwindigkeit nach Erhalt eines Feuermeldesignals vom Detektor her entscheidend an.

Wenn sich das Steuerventil öffnet, um den Druck in der Kammer 38 abfallen zu lassen, ist das Maß des Druckabfalles in der Kammer und damit das Maß des Öffnens des Ventils bei einer wie dargestellten Einrichtung, die keine Leck- bzw. Ausgleichsöffnungen im Hauptkolben hat, grö er,als wenn das Löschmittel durch Ausgleichsöffnungen hindurch in die Kammer gelangen kann, wenn das Steuerventil versucht, den darin herrschenden Druck abfallen zu lassen.

Um als System zur Unterdrückung eines Explosionsfeuers, z.B. eines funkengezündeten Luft-Benzindampfgemisches, wirksam zu sein, muß das Löschmittel im System innerhalb von 25o Millisekunden (ms) ausgestoßen werden, um den gezündeten Feuerball zu umgeben. Nach einem solchen Zeitraum erreicht nämlich der Feuerball derartige Dimensionen, daß es praktisch unmöglich ist, ihn mit Löschmittel noch zu umgeben,und der in einem abgeschlossenen Raum durch Temperaturanstieg des brennenden Gases sich ergebende Druck wird genügend groß, um die Wände zu sprengen.

In Tests ist für ein Ventil der allgemeinen dargestellten Art, jedoch mit Ausgleichsöffnungen im Kolben als Ansprechzeit vom Empfang des Signals des Detektorverstärkers an den Elektromagneten bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ventil voll geöffnet ist, eine Zeit zwischen loo und 13o ms festgestellt worden, wobei als Zeitpunkt für das volle Öffnen des Ventils der Zeitpunkt

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des Abreißens der Versiegelung der Ventilausstoßöffnung durch das herausgespritzte Löschmittel bestimmt ist. Angenommen, die Laufzeit im Verstärker beträgt 25 ms vom Empfang der Strahlung des Feuerballs durch den Detektor, ergibt sich, daß nur 95 bis 125 ms dem Löschmittel zur Verfügung standen, durch die Röhren zu strömen und aus den Düsen herauszuspritzen. Diese Zeitdauer ist als ungenügend erkannt worden. Wenn jedoch ein gleiches wie oben getestetes Ventil entsprechend der Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, abgeändert worden ist, d.h. ohne Ausgleichsöffnungen im Kolben und mit einem Steuerventil zum Druckablassen aus der Kammer in die Atmosphäre, wurde eine Anspisdizeit festgestellt, die in der gleichen Weise gemessen worden ist und die zwischen 9 und 14 ms beträgt. Damit ist die Zeit, die dem Löschmittel zur Verfugung steht, durch die Rohrleitung zu strömen und aus den Düsen herauszutreten, auf 211 bis 21S ms vergrößert. Diese Zeitdauer ist als ausreichend befunden worden, um den Feuerball mit dem Löschmittel zu umgeben und ihn auszulöschen, ehe er unkontrollierbare Größe erreicht.

An dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Ventil und dem hier beschriebenen Löschsystem können im Rahmen der Erfindung Variationen vorgenommen werden, ohne daß damit die Erfindung verlassen wird.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Ventil, geeignet für ein Feuerlöschsystem mit einem Behälter mit unter Druck stehender verdampfbarer Flüssigkeit, mit einem Ventilsitz und mit einem Kolben, durch den der Ventilsitz verschlossen wird, wobei dieser Kolben, bezogen auf den Ventilsitz, in einem Zylinder hin- und hergleitend angeordnet ist und wobei die den Ventilsitz umgebende Vorderseite des Kolbens dem Druck im Behälter ausgesetzt ist, und mit einer Kammer, die dazu dient, auf die Eückseite des Kolbens einwirkenden Druck aufrecht erhalten zu können, dadurch gekennzeichnet,' daß eine Einrichtung (42) zum Ablassen des Druckes aus der Kammer (38) zur Betätigung des Ventils (12) vorgesehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchgang für den Druck aus dem Behälter (lo) in die Kammer (38) so bemessen ist, daß durch diesen Durchgang pro Zeiteinheit weniger flüssiges Löschmittel hindurchzufließen vermag als dampfförmiges Löschmittel durch die Einrichtung (42) zum Ablassen des Druckes aus der Kammer (33) pro Zeiteinheit zu entweichen vermag.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchgang von dem Behälter (lo) in die Kammer (38) eine Lecköffnung vorgesehen ist, die zwischen der Wand des Kolbens (35) und der Innenwand des Zylinders vorliegt.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (52) der Einrichtung (42) zum Ablassen des Druckes aus der Kammer (3S) direkt in die Atmosphäre mündet.

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5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bzw. die Lecköffnung so ausgebildet ist, daß auf beiden Seiten des Kolbens (36) gleichgroßer Druck des Löschmittels herrscht, wobei jedoch die dem Ventilsitz zugewandte, außerhalb des Ventilsitzes liegende, dem Druck des Löschmittels ausgesetzte Fläche des Kolüenfc v-jj) kleiner bemessen ist als die dem Druck in der Kammer (33) ausgesetzte Seite des Kolbens (35).

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (42) zum Ablassen des Druckes aus der Kammer (33) ein Steuerventil mit einem Steuerventilkolben (42), einem Ventilsitz (4£) und einer Betätigungseinrichtung (2o; 54; 53; 6o) vorgesehen ist, wobei Kolben (42) und Ventilsitz (43) so angeordnet sind, daß sie eine Hilfsauslaßleitung (52) für den Auslaß des Druckes in der Kammer (38) gegenüber der Kammer (3G) zu verschließen vermögen.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (2o) als Betätigungseinrichtung des Steuerventils vorgesehen ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Hand zu betätigender Hebelmechanismus zum Anheben des Steuerventilkolbens (42) vom Ventilsitz (48) vorgesehen ist, wobei der Steuerventilkolben (42) mittels einer in die Auslaßleitung (52) hineinragenden Schubstange (6o) von einem Nockenantrieb (54; 58) her anzuheben ist.

9. Verwendung eines Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem automatischen Feuermelde- und -löschsystem zur Bekämpfung eines Explosionsfeuers.

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