DE2907548A1

DE2907548A1 - Feuer- und explosionen unterdrueckende anordnung

Info

Publication number: DE2907548A1
Application number: DE19792907548
Authority: DE
Inventors: Dov Spector; Yechiel Spector
Original assignee: Spectronix Ltd
Current assignee: Spectronix Ltd
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1979-11-15
Also published as: IL69489A; GB2099298B; IL54139A0; GB2022409A; GB2022409B; GB2099298A; DE2907548C2; US4263971A

Description

Spectronix Ltd·, Tel Aviv, Israel

Feuer- und Explosionen unterdrückende Anordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft Feuer- und Explosionsverhütungsanlagen.

Es sind viele Systeme dieser Art auf dem Markt und zur Brandbekämpfung vorgeschlagen worden. Sie verwenden Wärme-, Lichtoder Druckfühler, die ein Feuer oder eine Explosion erfassen und Löscheinheiten auslösen; es ist bekannt, daß sie Brände unterschiedlichen Ursprungs löschen können·

Es gibt jedoch derzeit kein System dieser Art, das in der Lage wäre, entstehende Explosionen aus sowohl hoch- als auch niederenergetischen Detonationen wirkungsvoll zu unterdrücken. Eine Explosion zu unterdrücken, die beispielsweise beim Aufschlag eines HEAT- (High Energy Anti Tank) Geschosses auf ein Panzerfahrzeug entsteht, muß innerhalb etwa 100 ms nach dem Anfang

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der Explosion unterdrückt worden sein. Falls sich eine Unterdrückung innerhalb dieses Zeitraums erreichen läßt, bleiben die Hautverbrennungen bei der Tankbesatzung auf Verbrennungen ersten Grades und der Druckanstieg auf etwa ein Bar (1 Atmosphäre) begrenzt.

Pur den Einsatz in Explosionsunterdrückungssystemen geeignete UV/IR-Kihler sind in der gleichzeitig eingereichten DE-Patentanmeldung (S 1751) offenbart.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Unterdrückungsanordnung, die innerhalb der erforderlichen Zeitspanne anspricht, um bei den Betroffenen schwere Verbrennungen zu verhindern und den Druckanstieg auf einen unschädlichen Viert zu begrenzen. Die vorliegende Erfindung schafft also eine Unterdrückungsanordnung mit einer Vielzahl von Behältern mit einem Löschmittel, die in Verbindung mit einem geschützten Raumvolumen stehend angeordnet sind, mit einer Einrichtung zum Erfassen des Betriebszustands der Vielzahl von Behältern und zum Erzeugen einer Ausgangsanzeige der Betriebsfähigkeit und des Materials austritts aus diesen, und mit einer Betätigungsschaltung, die auf eine Alarmanzeige und die Ausgangsanzeige anspricht, um anfänglich mindestens einen als betriebsfähig angezeigten Behälter zu wählen, und diesen mindestens einen Behälter so betätigt, daß das Löschmittel ansprechend auf die Alarmanzeige ausgegeben wird, und einen zusätzlichen Behälter betätigt, falls keine

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Ausgangsanzeige des Materialaustritts aus dem ersterwähnten Behälter vorliegt.

Weiterhin erfaßt nach einer Ausführungsform der Erfindung die kühleinrichtung den Materialaustritt aus dem Behälter innerhalb 10 ms nach dem Ausströmbeginn und betätigt die Betätigungsschaltung einen zusätzlichen Behälter innerhalb 30 ms nach einem Behälterversagen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung schafft diese einen Schnellausströmbehälter mit einem löschmittel und einem Druckgas, bei dem die Parameter

U - Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels im flüssigen Zustand (ft/sec = 0,305 m/s)

2 2

g - Erdbeschleunigung (ft/sec = 0,305 m/s )

r-, - Dichte des Löschmittels im flüssigen Zustand (lbs/ft⁵ = 0,01602 g/cm)

P - Partialdruck des Druckgases im Behälter (lbs/ft² = 47,876 Pa)

^v™ ~ spezifisches Volumen des Druckgases im Behälter

- X 7k

62,37
äche
Gewicht des Druckgases im Behälter (lbs = 454 g)

2 wirksame Fläche der Austrittsöffnung (ft » 929 cm )

k_Q - Polytrope Konstante des Druckgases

P- - Partialdruck des Löschmitteldampfes (lbs/ft² - 47,876 Pa)

^vfo " spezifisches Volumen,des Löschmitteldampfes im Behälter

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(ft⁵/lbs = 62,37 cm⁵/g)

m_f - Gewicht des Löschmittels in der Gasphase im Behälter (lbs = 454 g)

K-, - polytrope Konstante des Löschmittels P - Atmosphärendruck (lbs/ft² = 47,876 Pa)

über folgende Näherungsbeziehung miteinander verknüpft sind:

in der U ausreichend groß gewählt wird, um eine ausreichende Henge Löschmittel innerhalb I50 ms nach Betätigung freizusetzen.

Weiterhin schafft nach einer Ausführungsform der Erfindung diese ein Schnellström-Preisetzventil für einen Behälter, das einen Strömungskanal durch eine Behälteröffnung hindurch bildet und eine über der Behälteröffnung angeordnete und den Strörnungskanal sperrende Reißscheibe sowie eine sehr schnell einen hohen Druck erzeugende Einrichtung aufweist, die außerhalb des Strömungskanals und in Druckverbindung mit der Reißscheibe angeordnet ist, wobei beim Betätigen der Einrichtung ein Druck entsteht, der die Reißscheibe zerreißt.

Weiterhin enthält eine Ausführungsform der Erfindung eine Drucküberwachungseinrichtung mit Doppelfunktion für einen einen Strömungskanal aufweisenden Behälter, die einen außerhalb des Strö-

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rnungskanals angeordneten und über einen Venturikanal mit diesem in Verbindung stehenden Druckfühler aufweist.

Weiterhin schafft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Umlenkeinrichtung, die eine sehr schnelle Strömung eines Strömungsmittels umlenken kann und eine Vielzahl allgemein ebener Elemente aufweist, die an ihren jeweiligen Kanten zusammengefügt oder einteilig gezogen sind, um einen gemeinsamen Scheitel zu bilden, und um eine durch den Scheitel verlaufende Achse herum angeordnet sind, die parallel zu der Strömung liegt und deren Richtung zugewandt ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine schematisierte Darstellung der Anordnung der Löschmittelbehälter und der zugeordneten Systemteile in einem typischen Panzerfahrzeug nach einer Ausführungsform der Erfindung;

lig. 2A, 2B sind Flußdiagramme für die Logik der Betätigungsschaltung im Normal- und im Kampfbetrieb nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

IPig. 3 ist ein Blockdiagramm der Betätigungsschaltung, deren logischen Funktionsablauf die I¹Xg. 2A, 2B zeigen;

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]?ig. 4 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Löschmittelbehälter s, der Freigabeventilanordnung und der Drucküberwachungseinheit nach einer Ausführungsforra der vorliegenden Erfindung;

JFig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Umlenkeinrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

3?ig. 6 zeigt eine Umlenkeinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Pig. 1 zeigt schematisiert die Anordnung des Feuer- und Explosionserfassungs- und -Unterdrückungssystems in einem typischen Panzerfahrzeug. Das System ist zu zwei Untersystemen aufgeteilt, und zwar zum System I für den Schutz des Mannschaftsabteils und dem System II zum Schutz des Motorenraums. Die Punktionsweise der beiden Untersysteme soll im folgenden unter Bezug auf die Pig. 2 beschrieben werden.

Das System I weist eine Steuerschaltung 20 auf, die Alarmeingänge von drei im oval umrissenen Mannschaftsabteil verteilten Fühleranordnungen 22 aufnimmt· Ein Beispiel einer solchen Fühleranordnung, üie sich in der Ausführungsform der Erfindung einsetzen läßt, ist die in der gleichzeitig eingereichten DE-Patentanmeldung offenbarte UV/IR-Fühlereinheit. Die Steuerschaltung 20 nimmt auch ein Eingangssignal von einem handbetätigbaren Auslöseschalter 26 auf der Außenseite des Fahrzeugs auf.

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Die Steuerschaltung 20 ist elektrisch mit einem Paar Verteileranordnungen 28, 31 für das Löschmittel verbunden. Die Anordnung weist typischerweise zwei Löschmittelbehälter J2 auf, während die Anordnung 30 entweder einen oder zwei solche Behälter aufweisen kann. Die Behälter 32 und die ihnen zugeordneten Vorrichtungen sollen unten unter Bezug auf die Fig. 3-5 beschrieben werden. Die Anordnung und Ausrichtung der Behälter wird für jedes Fahrzeug bzw. zu schützende Volumen empirisch so ermittelt, daß sich bei einer Auslösung des Systems das Löschmittel schnell und gleichmäßig verteilt. Für die folgende Diskussion wird vorausgesetzt, daß jeder der Behälter 32 mit einem Austrittsventil und einem Druckfühler ausgestattet ist. Der Druckfühler bietet eine kontinuierliche Meldung der Betriebsfähigkeit der Zylinder (in dem Sinn, daß er unter vollem Druck steht), sowie eine sofortige Anzeige des Löschmittelaustritts.

Das System II zum Schutz des Motorenraums liegt in der dargestellten Ausführungsform im hinteren Teil des Panzerfahrzeugs und weist die Steuerschaltung 4-0 auf, die von einem Draht-Wärmefühler 42 ausgelöst wird, der um den Motorenraum herum verläuft. Der Wärmefühler kann beispielsweise eine Ausführung des Typs WK 716287 der Fa. Walter Kidde, V.St.A., sein. Die Steuerschaltung 40 kann auch mit einem handbetätigbaren Schalter - beispielsweise dem Schalter 26 - ausgelöst werden.

Die Steuerschaltung 40 dient dazu, eine Verteileranordnung 44 für das Löschmittel zu betätigen, die im Vorderteil des Fahrzeugs liegt und über eine Leitung 46 mit dem Kotorenraum im hinteren fahrzeugteil verbunden ist·

Die Systeme I, II erhalten elektrische Betriebsleistung aus einer geeigneten Haupt- und einer Hilfsleistungsversorgung und sind so ausgelegt, daß sie auch bei ansonsten betriebsunfähigem Fahrzeug arbeiten.

Die in Fig. 1 schematisiert dargestellte Steuerschaltung 20 kann in zwei Betriebsarten arbeiten, d.h. einer Normalbetriebsart, wenn die Wahrscheinlichkeit von Feindbeschuß gering ist, und einer Kampf-Betriebsart, wenn Feindbeschuß möglich ist. Die genaue Funktion der Steuerschaltung, die aus herkömmlichen Logik-Schaltungen besteht, soll nun unter Bezug auf die Flußdiagramme in den Fig. 2A, 2B ausführlich beschrieben werden. Diese Diagramme gelten für eine Anlage mit vier Behältern 32.

Für den Kormalbetrieb (Fig. 2A) mit drei Fühlanordnungen gibt es vier Möglichkeiten. Wird nur eine Fühleranordnung aktiviert, spricht das System nicht an.

Werden zwei Fühleranordnungen innerhalb mehr als 10 ms aktiviert und ist der Zylinder Nr. 1 betriebsfähig, wird der Zylinder Nr.1 betätigt» Nach beendeter Funktion ist das System nach fünf Se-

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künden für den Normalbetrieb erneut betriebsbereit. Löst der Zylinder Nr. 1 nicht aus und ist der Zylinder Nr. 2 betriebsfähig, wird letzterer betätigt. Nach beendeter Funktion ist das System nach fünf Sekunden erneut betriebsbereit.

Palis der Zylinder Nr. 2 nicht auslöst, wenn betätigt, oder beide Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 nicht betriebsfähig sind, wird der Zylinder Nr. 3 ausgelöst, falls er betriebsfähig ist. Nach beendeter Punktion ist das System nach fünf Sekunden für den Normalbetrieb erneut bereit. Palis der Zylinder Nr. 2 nicht betriebsfähig ist oder beim Betätigen nicht auslöst, wird der Zylinder Nr. 4 betätigt, falls er betriebsbereit ist.

Palis innerhalb weniger als 10 ms zwei oder alle drei Pühler ansprechen, werden die Zylinder Nr. 1 und Nr. 3 aktiviert, falls betriebsbereit. V/enn der Zylinder Nr. 1 nicht betriebsfähig ist oder beim Betätigen nicht auslöst, wird der Zylinder 2 betätigt, falls er betriebsfähig ist. Wenn die Zylinder Nr. oder Nr. 3 betriebsunfähig sind oder nicht auslösen, wenn betätigt, wird der Zylinder Nr. 4 betätigt, falls er betriebsbereit ist. V/enn die Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 betriebsunfähig sind oder, wenn betätigt, nicht auslösen, und der Zylinder Nr. einwandfrei arbeitet, wird der Zylinder Nr. 2 betätigt, falls betriebsfähig. Nachdem zwei Zylinder arbeiten, ist das System nach fünf Sekunden für den normalen Betrieb wieder einsatzfähig in dem Maß, wie betriebsfähige Zylinder verbleiben.

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Das System arbeitet ansprechend auf einen von Hand eingegebenen Befehl im Kampfbetrieb (Fig. 2B). Im Kapfbetrieb ist die Funktionsweise des Systems unabhängig von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Fühleranordnungen die gleiche. Spricht also eine oder mehrere Fühleranordnungen an, betätigt die Steuerschaltung die Zylinder Kr. 1 und Wr. 3» falls sie einsatzbereit sind. Ist der Zylinder Wr. Λ nicht betriebsfähig, werden die Zylinder Kr. 2 und Ur. 3 betätigt, falls betriebsfähig. Wenn der Zylinder Nr. 3 nicht betriebsfähig ist, werden entsprechend die Zylinder Nr. i und Wr. H- betätigt, falls sie einsatzbereit sind.

Wenn der Zylinder Wr. 1 nicht arbeitet, wenn betätigt, wird der Zylinder Wr. 2 betätigt, falls er betriebsbereit ist. V/enn der Zylinder Wr. 2 entweder nicht einsatzbereit ist oder, wenn betätigt, nicht arbeitet, wird der Zylinder Wr. 4 betätigt, falls er einsatzbereit ist. Wenn entsprechend der Zylinder Wr. 2 nicht arbeitet, wenn betätigt, wird der Zylinder Wr. 4 ausgelöst, falls er einsatzbereit ist. Wenn der Zylinder Wr. 4- entweder nicht betriebsfähig ist oder, wenn betätigt, nicht arbeitet, wird der Zylinder Wr. 2 ausgelöst, falls er einsatzbereit ist.

V/enn beide Zylinder Nr. 1 und Nr. 3, wenn betätigt, nicht arbeiten, werden die Zylinder Wr. 2 und Wr. 4- ausgelöst, sofern sie einsatzbereit sind.

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Nachdem zwei Zylinder einwandfrei arbeiten, ist das System nach fünf Sekunden wieder einsatzbereit in dem Maß, wie betriebsfähige Zylinder verbleiben.

Es ist eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, daß die oben beschriebenen Funktionsvorgänge in sehr kurzen Zeitspannen in der Größenordnung von Millisekunden stattfinden, um die betriebsunfähigen Behälter gegen einsatzbereite Behälter ausreichend schnell auszutauschen, daß eine Explosion unterdrückt werden kann.

Die Funktionen der Steuerschaltung 20, die die Flußdiagramme der Pig. 2A, 2B zeigen, werden beispielsweise vorzugsweise durch herkömmliche Logikschaltungsbauteile realisiert, die in dem Blockdiagramm der Fig. 3 dargestellt sind; diese soll nun beschrieben werden.

In Fig. 5 werden die Alarmeingangssignale von den Detektoren Nr. 1, 2 und 3 - entsprechend den drei Fühlanordnungen 22 der Fig. 1 - von jeweiligen Fensterschaltungen der Steuerschaltung 20 übernommen und die Ausgangssignale der Fensterschaltungen gleichzeitig auf jeweils einen zugehörigen Eingang eines PROM-Bausteins (512 χ 4) mit der primären Funktionslogik sowie auf einen zugehörigen Eingang eines ersten ODER-Glieds gegeben. Die Zylinder Nr. 1, 2, 3 und 4- entsprechend den vier Behältern 32 im Kannschaftsraum 24 (Fig. 1) erhalten ihre Betätigungs-

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signale über entsprechende Treiberschaltungen von den zugehörigen Ausgängen der primären Funktionslogik unter der Steuerung durch die anderen Eingänge der primären Funktionslogik. Einer dieser anderen Eingänge führt zum Ausgang einer mpnostabilen Kippstufe (positive Schaltflanke), die von dem ersten ODER-Glied getriggert wird, während ein weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal des Betriebsartenschalters (KAMPF/NORMAL ist. Vier weitere Üingangssignale, die jeweils einen leeren Zylinder anzeigen, und den jeweiligen "Zylinder leer"-Alarm erregen, kommen von den Zylindern Nr. 1, 2, 3 und 4-. Ein Baustein-Auf schalt-Signal ("Chip Enable") erreicht die primäre JFunktionslogik über zwei hintereinander geschaltete monostabile Kippstufen (eines mit positiver, das andere mit negativer Schaltflanke) aus einem zweiten ODER-Glied, dessen Eingangssignale die Ausgangssignale der primären Punktionslogik sind.

Die die leeren Zylinder meldenden Singangssignale der primären !Funktionslogik gehen auch an einen PROM-Baustein (256 χ 4) einer sekundären Funktionslogik, die vier zusätzliche Eingangssignale aufnimmt, und zwar jeweils über zwei hintereinander geschaltete monostabile Kippstufen (eine mit positiver, die andere mit negativer Schaltflanke), die von den jeweiligen Äusgangssignalen der primären Funktionslogik und den jeweiligen Ausgangssignalen der sekundären Funktionslogik, und zwar dem jeweils ersten eintreffenden Signal, triggerbar sind* Weiterhin liefert eine vom ersten ODER-Glied getriggerte monostabile

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Kippstufe ein Baustein-Aufschaltsignal ("Chip Enable").

Zum Früfen der Funktionen der Steuerschaltung 20 sind ein Prüfschalter und eine Prüflampe vorgesehen. Beim Schließen des Prüf schalt er s gelangen Eingangssignale an die primäre und die sekundäre Funktionslogik, die deren Eingangssignale aus der von dem ersten ODER-Glied getriggerten monostabilen Kippstufe simulieren. Gleichzeitig legt der Prüfschalter eines der beiden Eingangssignale an die Prüflampe, deren anderes Eingangssignal aus einem ersten UND-Glied kommt, wenn letzteres gleichzeitig Eingangssignale aus einem zweiten UND-Glied und einem dritten UND-Glied erhält. Das zweite UND-Glied spricht auf die jeweiligen Ausgangssignale der sekundären Funktionslogik an, während das dritte UND-Glied die Ausgangssignale der Zylinder-Treiberschaltungen aufnimmt. Sämtliche erforderlichen Yersorgungsspannungen für die Steuerspannung 20 werden von einem Spannungsregler (Fig. 5) geliefert, dessen Anschlußleitungen nicht gezeigt sind, um das Blockdiagramm zu vereinfachen.

Es sei nun auf die Fig. 4 verwiesen, die eine Ausführungsform . eines Behälters für Löschmaterial, der Freigabeventilanordnung und der ürucküberwachungseinrichtung zeigt, die nach einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut sind und arbeiten. Es ist eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, daß der Behälter seinen Inhalt innerhalb 150 ras nach dem Eingang eines Betätigungssignals entleeren kann.

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Der Behälter 210 ist eine Spezislkonstruktion, die ein extrem schnelles Ausgeben des Behälterinhalts erlaubt. Die Konstruktionsparameter des Behälters sowie dessen Killen und Unterdrucksetzen sollen nun beschrieben werden.

Auf der Grundlage einer Berechnung des Gesamtvolumens eines zu schützenden Abteils (beispielsweise des Mannschaftsabteils eines Panzerfahrzeuges), der Gesamtanzahl und der Anordnung der Löschmittelbehälter in diesem sowie der Konzentration des Löschmittels in diesem Volumen, mit der eine Unterdrückung erreicht werden kann (typischerweise fünf Prozent), läßt sich die Löschmittelmenge bestimmen, die jeder Behälter enthalten muß.

In der Praxis wird der Behälter mit einem Löschmittel wie Halon 1301 der Pa. DuPont, V.St.A., gefüllt. Das Löschmittel wird im flüssigen Zustand unter Druck eingefüllt und nimmt einen Teil des Behälters ein. Weiterhin nimmt der Behälter ein Druckgas wie beispielsweise Stickstoff auf.

Der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Parametern, die die Geschwindigkeit bestimmten, mit der das Löschmittel den Behälterauslaß verläßt, wird bestimmt von der folgenden Näherungsbeziehung:

\k-p

£-J U«dt

1/2

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ρ ρ

g - Erdbeschleunigung (ft/sec = 0,305 m/s )

^rfl ~ ^Di°ⁿ^^e des Löschmittels im flüssigen Zustand (lbs/ft⁵ - 0,01602 g/cm⁵)

P - Partialdruck des Druckgases im Behälter (lbs/ft² = 47,876 Pa)

^v™ - spezifisches Volumen des Druckgases im Behälter (ftVlds = 62,37 cmVg)

ρ ρ

a - wirksame Fläche der Austrittsöffnung (ft = 929 cm ) m_n - Gewicht des Druckgases im Behälter (lbs = 454 g) k - polytrope Konstante des Druckgases

P~ - Partialdruck des Löschmitteldampfes (lbs/ft² - 47,876 Pa)

^vfo ~ spezifisches Volumen des Löschmitteldampfes im Behälter (ft⁵/lbs - 62,37 cm⁵/g)

m~ - Gewicht des Löschmittels in der Gasphase im Behälter (lbs - 454 g)

K_f - polytrope Konstante des Löschmittels P₀ - Atmosphärendruck (lbs/ft² « 47,876 Pa)

Diese Beziehung läßt sich nach herkömmlichen numerischen Iterationsrechenverfahren mit einem Elektronenrechner lösen. Im Programm werden folgende Parameter variiert: Gesamtbehältervolumen, Behälterinnendruck im gefüllten Zustand, Gesamtgewicht des Löschmittels, wirksame Austrittsöffnungsfläche und Umgebungstemperatur am Einsatzort.

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Für vorgegebene Entleerungszeit und vorgegebenes Volumen des Löschraittels liefert das Rechnerprogramm eine Vielzahl von Kombinationen der verschiedenen Parameter, aus denen eine brauchbare Kombination ausgewählt und auf deren Grundlage der Behälter konstruiert werden kann. Die Austrittsgeschwindigkeit U des Löschmittels, wählt man so groß, daß sich die gewünschte Konzentration des Löschmittels im Raumvolumen innerhalb von 150 ms nach dem Auslösen ergibt.

Nachdem man eine gegebene Parameterkombination gewählt hat, sind auch die Menge des Löschmittels und des Stickstoffs und damit das Behältervolumen und die Fläche der Austrittsöffnung für eine gegebene Temperatur am Einsatzort bekannt.

Dann bestimmt man die Behälterabmessungen und die Innengestaltung auf der Grundlage der Forderung, daß das Verhältnis zwischen dem Austrittsdurchmesser d und dem Körperdurchmesser D im Bereich von 1 : 5 bis 1 : 10 liegen sollte. Die Grenzen dieser Abmessungen werden durch die vom Montageort auferlegten Bedingungen bestimmt. Die Gestalt des sich verengenden Behälterteils, der den Behälterkörper mit dem Auslaß verbindet, bestimmt sich nach der Lehre von Rouss-Hassen auf S. 580 - 581 des "Engineering Handbook" von S. G. Ettingen, Vol. 1, 1954-(Hebrew), die den Zusammenhang zwischen der Länge L des sich verjüngenden Teils, der im Längsschnitt von zwei sich schneidenden Parabeln 212, 214- gebildet wird, und dem Körperdurchmesser D sowie den Zusammenhang zwischen der Länge L und dem

Schnittpunkt 216 der beiden Parabeln 212, 214 angibt.

In der von der Anmelderin gebauten und geprüften beispielhaften Ausführungsform betragen der Körperdurchmesser D = 150 mm, der Austrittsdurchmesser d = 26 mm und die Länge des sich verjüngenden Teils L = 110 mm. Der Schnittpunkt der Parabeln liegt 90 mm entlang L vom Auslaß entfernt; die Gesamtlänge des Behälters beträgt 275 mm.

Der Behälter ist aus hochfestem Metall nach Eorm- oder 'Tiefziehverfahren für Hochdruckanwendungen hergestellt und weist eine glatte Innenfläche auf, um Reibungsverluste gering zu halten.

Am Auslaßende des Behälters 210 ist eine Drucküberwachungseinrichtung sowie ein Ereigabeventil 230 angeordnet. Die Anordnung 230 weist einen Kragen 232 auf, der dicht auf den Behälter am Auslaß aufgesetzt ist. Eine Befestigungsanordnung 23^ für die Drucküberwachungseinrichtung ist auf den Kragen 232 aufgeschraubt und gegen ihn mit einem ü-Ring 235 abgedichtet. Eine . zweite Befestigungseinrichtung 238 wirkt mit der Anordnung 234 zusammen und ist auf dieser mittels einer Schraube 240 festgelegt, die in ein Gewindeloch 242 eingeschraubt ist.

Der Kragen 232 sowie die Befestigungsanordnungen 234, 238 bilden gemeinsam einen Austrittsströmungskanal 260 für das Löschmittel aus dem Behälter heraus, der von dessen Auslaß her in

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einer allgemein koaxialen Orientierung verläuft. Dieser Strömungskanal ist durch eine Reißscheibe 244 verschlossen, die zwischen den zusammenwirkenden Befestigungsanordnungen 234, 238 liegt.

In der Befestigungsanordnung 234 ist ein radial verlaufender Einfüllkanal 246 vorgesehen, der von einer Stopfenanordnung verschlossen wird. Mit dfesem Kanal 246 steht ein Kanal 250 in Strömungsverbindung, der zu einem Druckfühler 252 führt. Beim Druckfühler 252 kann es sich um jeden geeigneten, schnell ansprechenden Druckfühler handeln. Es kann beispielsweise das Modell P 776-?-35O5-!T-X der Fa. Whitman-General eingesetzt werden; die hohe Ansprechgeschwindigkeit zum Erfassen des Löschmittelaustritts wird erreicht mit einem Venturi-Saugeffekt. Der Druckfühler 252 liefert ein Ausgangssignal über ein elektrisches Kabel 254, das an eine Steckverbindung 256 geführt ist, die ihrerseits auf einem dicht abgeschlossenen Abdeckelement 258 angebracht ist, das das Auslaßende des Behälters überdeckt.

Der Druckfühler 252 übt eine Doppelfunktion aus: er zeigt den statischen Innendruck des gefüllten Behälters an und überwacht so dessen Einsatzbereitschaft und er meldet zweitens sofort die Löschmittelabgabe aus dem Behälter, indem er den Druckabfall im Kanal 246 und 250 infolge einer Strömung des flüssigen Löschmittels durch den Strömungskanal 260 unter Ausnutzung des

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Venturi-Saugeffekts erfaßt.

Ein Druckimpulsgenerator - typischerweise ein Detonator 262 ist auf der Befestigungsanordnung 238 angebracht und steht in Verbindung mit dem Strömungskanal 260 über nur einen geneigten Kanal 264 in der Anordnung 238, der dicht über der Reißscheibe 244 mündet. Der Detonator 262 wird von einem elektrischen Signal auf einem Kabel 266 zum Steckanschluß 256 ausgelöst und erzeugt einen Druckimpuls, der durch den Kanal 264 auf die Reißscheibe 244 trifft, diese aufreißt und ein sofortiges und im wesentlichen unbehindertes Austreten des unter Druck stehenden Löschmittels aus dem Behälter erlaubt.

Es ist eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung, daß der Druckerzeuger vollständig außerhalb des Strömungskanals 260 liegt und nur über einen weiteren Kanal mit diesem in Verbindung steht, um die Austrittsströmung des Löschmittels nicht zu stören. Da der Druckfühler auf ähnliche "weise außerhalb des Strömungskanals angeordnet ist, kann das Löschmittel im wesentlichen ungestört ausströmen, nachdem die Heißscheibe sich geöffnet hat.

Die dichtbare Abdeckung 258 ist auf einem Befestigungskragen 270 befestigt, der am Behälter 210 angeschweißt oder sonstwie befestigt werden kann. Die Abdeckung 258 bildet eine kurze Düse 272, die koaxial mit dem Strömungskanal 260 fluchtet und weiter ist als dieser, um die Austrittsströmung nicht zu be-

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hindern»

Es ist eine weitere Beonderheit der vorliegenden Erfindung, daß der Druckfühler das Austreten des Löschmittels aus dem Zylinder innerhalb 10 ms erfaßt und daß die Betätigungsschaltung - beispielsweise die Steuerschaltung 20 - einen zusätzlichen Zylinder innerhalb 30 ms nach einem Behälterausfall betätigt.

Es wird nun auf die !ig. 5 verwiesen, die eine Ausführungsform einer Umlenkeinrichtung zeigt, die mit dem Löschmaterialbehälter zusammen verwendet werden kann, der beispielhaft in Fig. 4 gezeigt ist. Die Umlenkeinrichtung kann eine allgemein pyramidenförmige Struktur 300 aus einer Vielzahl dreieckiger ebener Abschnitte 302 sein, die an ihren zugehörigen Seitenkanten miteinander verbunden sind und einen gemeinsamen Scheitel 304- bilden. Der Scheitel liegt normalerweise auf einer Zentralachse 306, die parallel zur Achse der Löschmittelströmung im Kanal 260 liegt (]?ig. 4). Die Umlenkeinrichtung kann symmetrisch um die Achse 306 angeordnet sein und eine Offenlage ("exposure") von 360° aufweisen oder auch nur eine Offenlage von beispielsweise 150°, und zviar abhängig von der gewünschten Anwendung und der Richtung, in die das Löschmittel gelenkt werden soll.

Die Umlenkeinrichtung ist normalerweise in der gewünschten Ausrichtung auf dem Löschmittelbehälter befestigt und richtet nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Lösch-

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_ 26 -

mittelströmung bei minimaler Reibung und minimalem Staudruck zwischen sich selbst und dem Behälterauslaß, der den LÖschmittelaustritt behindern könnte, in die gewünschte .Richtung.

Eine alternative Ausfiihrungsform der Umlenkeinrichtung ist in J?ig. 6 gezeigt und hat eine symmetrische Gestalt mit einer hohen Mittelspitze und einer niedrigeren Kantenspitze (im Querschnitt gesehen). Die Umlenkeinrichtung der J?ig. 6 ist um eine Mittelachse 280 herum angeordnet, die gewöhnlich mit der Achse des Strömungskanals 260 (KLg. 4) fluchtet und eine Umkehr der Strömungsrichtung sowie eine radiale Verteilung bewirkt.

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Claims

BERLIN MÜNCHEN

Patentanwälte p> DUCPUl^C J DADTKIPR Patentanwälte

Dr.-lng.HansRuschte Dr. RUbUHKt & PAH I NtH Dipl.-Ing. Hans E Rusche

Dipl.-lng.OlafRuschke PATENTANWÄLTE D.pl.-lng^JOrgen Rost

At.n.ictn Vifcfnri-j-itrann (5S Pienzenauerstraße 2

fÄÄ BERLIN -MÜNCHEN «HOMO«*·»»

Telef_On:~(0 30) 8 26 38 95 Telefon: JO89) 980324

J?^8284481 PiSS

lu;_n T, _a ι- Telex:

Kabel: Quadratur Berlin Kabel: Quadratur München

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Patentansprüche

1. ünterdruckungsanordnung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Behältern mit Löschmaterial, die in Strömungsverbindung mit einem geschützten Raumvolümen angeordnet sind, durch Mittel, um den Betriebszustand der Vielzahl von Behältern zu erfassen sowie die Betriebsfähigkeit und das Ausströmen ihres Inhalts zu melden, und durch eine Betätigungsschaltung, die auf einen Alarm und die Meldungen hin mindestens einen als betriebsfähig gewählten Behälter anfänglich auswählt, diesen betätigt, um das Löschmittel auszugeben ansprechend auf die Alarmmeldung, und, falls ein Ausströmen des Behälterinhalts aus dem einen Behälter nicht rückgemeldet wird, einen zusätzlichen Behälter betätigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel betrieblich das Ausströmen des Behälterinhalts innerhalb 10 ms nach Betätigung erfassen und daß die Betätigungsschaltung einen zusätzlichen Zylinder innerhalb 30 ms nach fehlendem Ausströmen betätigt»

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3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die Behälter mit Löschmaterial auch ein Druckgas enthalten und folgende Naherungsbeziehung gilt:

wobei

U - Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels im flüssigen Zustand (ft/sec = 0,305 m/s)

P P

g - Erdbeschleunigung (ft/sec = 0,305 m/s )

^rfl ~ ^Di^cn*^{e des} Löschmittels im flüssigen Zustand (lbs/ft³ = 0,01602 g/cm)

P_n - Partialdruck des Druckgases im Behälter (lbs/ft 47,876 Pa)

v_no - spezifisches Volumen des Druckgases im Behälter (ft³/lbs = 62,37 cm⁵

a - wirksame !'lache der Austrittsöffnung (ft 929 cm ) m_n - Gewicht des Druckgases im Behälter (lbs = 454 g) k_n - polytrope Konstante des Druckgases

ρ Pf. - Partialdruck des Löschmitteldampfes (lbs/ft =

47,876 Pa)

V^₀ - spezifisches Volumen des Löschmitteldampfes im Behälter (ft⁵/lbs = 62,37 cm⁵/g)

m^. - Gewicht des Löschmittels in der Gasphase im Behälter (lbs = 454 g)

K„ - polytrope Konstante des Löschmittels und

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P - Atmosphärendruok (lbs/ft² = 4-7*876 Pa) sind.

Ein Löschmittel und ein Druckgas enthaltender Schnellausströmbehälter, gekennzeichnet durch folgende Parameter:

U - Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels im. flüssigen Zustand (ft/sec = 0,305 m/s)

2 2

g - Erdbeschleunigung (ft/sec = 0,305 m/s )

^rfl "" Dichte des Löschmittels im flüssigen Zustand (lbs/ft³ = 0,01602 g/cm)

P - Partialdruck des Druckgases im Behälter (lbs/ft² = 4-7,876 Pa)

V·«-, - spezifisches Volumen des Druckgases im Behälter (ftVlbs = 62,37 cmVs)

a - wirksame Fläche der Austrittsöffnung (ft² = 929 cm²) m_n - Gewicht des Druckgases im Behälter (lbs « 4-54- g) k - polytrope Konstante des Druckgases

P_f - Partialdruck des Löschmitteldampfes (lbs/ft² . 4-7,876 Pa)

^vfo ~ spezifisches Volumen des Löschmitteldampfes im Behälter (ft³/lbs = 62,37 cm³/g)

m.p - Gewicht des Löschmittels in der Gasphase im Behälter (lbs « 4-54- g)

K_f - polytrope Konstante des Löschmittels P_e - Atmosphärendruck (lbs/ft² = 4-7,876 Pa),

die über folgende Beziehung miteinander im Zusammenhang stehen:

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no ' " + ρ

5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Austrittskanal durch eine Behälteröffnung enthält und weiterhin eine über der BehälterÖffnung angeordnete und den Strömungskanal verschließende Reißsoheibe sowie eine Druck mit hoher Geschwindigkeit erzeugende Einrichtung aufweist, die außerhalb des Austrittskanals so angeordnet ist, daß ihr Druck auf die Reißscheibe einwirken und bei Betätigung der Druck erzeugenden Einrichtung der erzeugte Druck die Reißscheibe zerreißen kann.

6. Schnell ansprechendes Ventil für einen einen Austrittskanal durch eine Öffnung aufweisenden Behälter, gekennzeichnet durch eine über der Behälteröffnung liegende und den Strömungskanal sperrende Reißscheibe und eine Druck mit hoher Geschwindigkeit erzeugende Einrichtung, die außerhalb des Strömungskanals und in Verbindung mit der Reißscheibe so angeordnet, derart, daß bei Betätigung der Druck erzeugenden Einrichtung Druck entsteht, der ein Aufreißen der Reißscheibe bewirkt.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck erzeugende Einrichtung ein elektrisch betätigter Detonator ist.

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8. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß die Druck erzeugende Einrichtung einen elektrisch betätigten Detonator sowie einen engen Kanal aufweist, der auf die Reißscheibe gerichtet ist, so daß bei einer Betätigung des Detonators der erzeugte Druck auf die Reißscheibe trifft.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein Druckfühler ist, der außerhalb des Kanals für die Austrittsströmung angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler über einen Venturi-Kanal in Strömungsverbindung mit dem Austrittskanal steht.

11. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umlenkeinrichtung, die die Austrittsströmung aus dem Behälter umlenkt und eine Vielzahl allgemein ebener Elemente aufweist, die an ihren zugehörigen Seitenkanten aneinandergefügt oder in dieser Gestalt einteilig ausgebildet sind, um einen gemeinsamen Scheitel zu bilden, und um eine durch den Scheitel verlaufende Achse liegen, die allgemein parallel zur Richtung der Austrittsströmung und dieser zugewandt verläuft.

12. Umlenkeinrichtung zum Ausrichten einer sehr schnellen StrÖ-mungsmittelstpömung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl all-

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