DE4480591C2

DE4480591C2 - Feuerschutzdüse

Info

Publication number: DE4480591C2
Application number: DE4480591A
Authority: DE
Inventors: Michael A Fischer
Original assignee: Grinnell Corp
Current assignee: Grinnell LLC
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2014-06-08
Also published as: WO1995019851A1; US5392993A; GB2293337A; GB9519037D0; DE4480591T1; GB2293337B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf manuell oder automatisch betriebene Düsen für die Verwendung beim Abgeben von feuerhemmenden Flüssigkeiten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Feuerschutzdüsen werden für das Abgeben von Wasser, das Zusätze enthal ten kann oder nicht, in einem relativ feinen Sprühstrahl, der in der Industrie allgemein als Nebel bezeichnet wird, verwendet. Düsen mit einem nach innen gekrümmten Einlaßabschnitt und insbesondere Düsen mit einem nach innen konvex ausgebildeten Abschnitt, bei dem Normale (Senkrechte) auf den Tan gentiallinien an benachbarten Punkten der Kurve dazu neigen, außeinander zu gehen, werden zum Zweck der Abgabe einer feuerhemmenden Flüssigkeit verwendet.

In Feuerschutzsystemen wurden schon lange verschiedene Arten von Düsen verwendet, die einen feinen Wassersprühstrahl abgeben. Obwohl diese zur Zeit noch nicht als solche beschrieben sind, so sind Sprinkler mit durchlöcher ten Diffusoren bekannt, wie sie im US-Patent Nr. 6,257 (Parmalee) beschrie ben sind, die Wasser in einem feinen Sprühstrahl abgeben durch die Art der Diffusorlöcher, die einen Durchmesser im Bereich von 1,5 mm (0,06 Inch) aufweisen. Andere Beispiele für die Ausbildung von feinen Sprühstrahldüsen, die für die Verwendung in Feuerschutzsystemen vorgesehen sind, sind be schrieben im US-Patent Nr. 2,310,798 (Lewis), das basiert auf der Verwen dung aufprallender Strahlen, die eine "Sprühwolke" erzeugen, als auch im US- Patent Nr. 2,361,144 (Loepsinger) und im US-Patent Nr. 4,989,675 (Papaver gos), die basieren auf der Erzeugung einer Gas-Wasser-Mischung, um einen zerstäubten Sprühstrahl zu bilden. Weitere Techniken für das Bereitstellen eines feinen Sprühstrahls zum Zweck des Feuerlöschens umfassen: die Verwendung eines Feldes von Düsen, die ur sprünglich für die Zerstäubung eines feinen Ölnebels, das heißt für Anwendun gen in einem Ölbrenner, ausgestaltet wurden, und die Verwendung von Düsen mit einer inneren Spirale oder Rühreinrichtung, wie sie beispielsweise in der PCT Veröffentlichung Nr. WO 92/20454 beschrieben sind.

Die Mechanismen, bei denen ein feiner Sprühstrahl (Wassernebel) dazu dient, um ein Feuer zu kontrollieren, es zurückzudrängen oder es zu löschen, können aus einer Kombination von zwei oder mehreren der folgenden Faktoren beste hen, abhängig vom Betriebskonzept der einzelnen Düse, der Größe der Öff nung(en), dem Arbeitsdruck und der Durchflußrate:

1. Entziehen von Hitze aus dem Feuer, wenn Wasser in Dampf umgewandelt wird

Der Betrag der Verdampfung und somit die Hitze, die dem Feuer entzogen wird, (das heißt, die Kühlung des Brennstoffs) ist eine Funktion des Oberflä chengebietes der aufgebrachten Wassertröpfchen für ein gegebenes Volumen. Eine Reduzierung der Tröpfchegröße erhöht das Oberflächengebiet und erhöht den Kühlungseffekt einer vorgegebenen Volumenflußrate des Wassers.

2. Reduzierung des Sauerstoffpegels, da der Dampf den Sauerstoff in der Nähe des Brandherdes ersetzt

Wenn Wasser sich in Dampf verwandelt, dehnt es sich um ungefähr den Fak tor 1650 aus, ersetzt und verdünnt den Sauerstoff und blockiert somit den Zugang von Sauerstoff zum Brennstoff. Feuer von Brandstiftern in geschlosse nen Räumen sind durch die sofortige starke Verdampfung durch den relativ hohen Hitzepegel, der beim Betrieb der Düse vorherrscht, selbst bei der Ver wendung von schnell ansprechenden Auslöseelementen deshalb durch Was sernebelsysteme am leichtesten zu löschen.

3. Überflutung des geschützten Gebietes

Kleine Wassertröpfchen sind extrem leicht und neigen dazu beim leichtesten Luftzug in der Schwebe zu bleiben. Dies ergibt einen "Nebel", der dazu neigt sich in den Räumen außerhalb des direkten Sprühstrahlbereichs einer einzel nen Düse zu verteilen. Feine Wassertröpfchen werden daher leicht zum Brand herd gezogen und verbessern dadurch weiter die Wirksamkeit des Systems, indem sie die Verbrennungsradikale chemisch behindern. Dieser dreidimensio nale Effekt des expandierenden Nebels dient auch der Kühlung der Gase und anderer Brennstoffe in dem Gebiet, er blockiert die Übertragung der abge strahlten Hitze auf danebenliegende Brennstoffe und macht diese im Vorhinein naß.

4. Benässen und Kühlen der Brennstoffe durch direktes Auftreffen

Zusätzlich zur Benässung im Voraus und der Kühlung der Flammen durch das Verdampfen der Wassertröpfchen, stellt eine Feuerlöschung durch direkten Kontakt der Wassertröpfchen mit dem brennenden Brennstoff, um eine weite re Erzeugung von Verbrennungsdämpfen zu verhindern, eine der Arten der Feuerlöschung dar, die normalerweise mit herkömmlichen Sprinklern verbun den wird, die oft einen Öffnungsdurchmesser von 11 mm (0,44 Inch) oder mehr aufweisen. Jedoch, mit schnellen Auslösemechanismen kann Nebel mit hoher Treibkraft im frühen Entwicklungsstadium eines offenen Feuers in dieser Löschart sehr wirkungsvoll sein.

Allgemein gesagt, beträgt die Größe der Öffnungen, die in Wassernebeldüsen verwendet werden, ungefähr 1,5 mm (0,06 Inch) oder weniger, wobei der Öffnungsdurchmesser kleiner wird, wenn der Flüssigkeitsdruck erhöht wird, um den Durchfluß auf einen vernünftigen Wert einzuschränken. Beispielsweise haben Düsenvorrichtungen, die aus Sprayern zum Erzeugen eines feinen Öl nebels bestehen, Öffnungsdurchmesser in der Größenordnung von 0,5 mm (0,02 Inch) oder weniger und werden bei Druckwerten von ungefähr 7000 kN/m2 (1000 psig) oder mehr betrieben. Verglichen mit herkömmlichen Sprinklern, die oft Öffnungsdurchmesser von 11 mm (0,44 Inch) oder mehr besitzen, erfordern Wassernebeldüsen mit Öffnungsdurchmessern von 1,5 mm (0,06 Inch) oder weniger, die Verwendung eines feinmaschigen Einlaß saugkorbes, um eine Verstopfung durch Verunreinigungen in der Wasserver sorgung zu vermeiden, während Düsen mit Öffnungsdurchmessern von 0,5 mm (0,02 Inch) oder weniger äußerst anfällig gegen Verstopfungen sind, sei es durch Schmutz oder Mineralablagerungen in der Wasserversorgung oder durch eine korrosionsfördernde Atmosphäre, wie beispielsweise bei der Ver wendung auf Wasserumgebung, z. B. auf Schiffen. Somit werden sehr feinma schige Einlaßsaugkörbe benötigt, um die Öffnungen zu schützen, die Düsen körper müssen aus kostspieligem korrosionsbeständigem Material hergestellt sein und zusätzlich sollte die Verwendung von deionisiertem Wasser und schützenden Außenkappen (die beim Betrieb der Düsen weggeblasen werden) erwogen werden. Schließlich wirft der Betrieb von Wasserpumpen mit 6900 kN/m² (1000 psi) oder mehr, speziell bei der Verwendung auf Schiffen, Fragen auf, wie beispielsweise nach dem Umfang der Wartung, die notwendig ist, um die Zuverlässigkeit zu bieten, die man benötigt, um die Sicherheit des Lebens in einer Feuersituation zu gewährleisten.

Wassernebelsysteme mit zwei Medien, wie beispielsweise das Gas-Wasser-Mi schungssystem, das im US-Patent Nr. 4,989,675 (Papavergos) beschrieben ist, neigen dazu, einen größeren und akzeptableren Wasserabgabeöffnungs durchmesser (in der Größenordnung von 3 mm (0,12 Inch) zu besitzen und arbeiten bei Druckwerten in der Größenordnung von 310 kN/m² (45 psig) bis 520 kN/m²(75 psig). Systeme mit zwei Medien verursachen jedoch zusätzli che Kosten und sind komplexer, da sie die Installation zweier Rohrleitungs systeme hin zu jeder Düse erfordern, sie müssen als Flutungssystem (das heißt, Wasser wird zugleich aus mehreren Düsen ausgegeben, um ein relativ großes Gebiet zu bedecken) betrieben werden, und es muß eine getrennte Druckgasquelle mit einer relativ hohen Flußrate unterhalten werden. Als Gas quelle werden normalerweise Zylinder mit unter Druck stehendem Stickstoff verwendet mit einem Druck von mehr als 14.000 kN/m² (2000 psig); da aber nur ein festes Volumen der Gasversorgung bereitsteht, ist es notwendig, Vorkehrungen zu treffen, um mehrere Wassernebelschüsse abzugeben, wobei jeder Schuß einige Minuten dauert, für den Fall, daß sich das Feuer nach dem ersten Nebelschuß wieder entzündet. Das macht die Ausrüstung komplexer und kostspieliger. Schließlich muß beim System mit zwei Medien Sorge getra gen werden, daß im Gebäude oder umschlossenen Raum kein Überdruck entsteht, der beim Freisetzen der Gas-Wasser-Mischung zu strukturellen Be schädigungen des umschlossenen Raumes führen könnte.

Es gibt auch eine Vielzahl von Hintergrundinformationen bezüglich Düsen mit verschiedenen Arten von nach innen konvex gekrümmten Einlaßabschnitten, bei denen die Normalen (das heißt, die Senkrechten) zu den Tangenten an benachbarten Punkten der Kurve dazu neigen auseinanderzugehen, die bei spielsweise für das Abgeben von folgenden Stoffen verwendet wurden: feu erhemmende Flüssigkeiten, Wasser zur Bewässerung, Raketentreibstoffe und Chemikalien, die in industriellen Prozessen verwendet werden. Düsen des Stan des der Technik mit verschiedenen Arten von nach innen konvex gebogenen Einlaßabschnitten, die für die Abgabe von feuerhemmenden Flüssigkeiten ver wendet werden, sind in den folgenden US-Patenten beschrieben: Nr. 488,033 (Gilmore), Nr. 781,159 (Reed), Nr. 1,315,079 (Berna), Nr. 3,827,928 (Livings ton), Nr. 3,884,305 (Livingston), Nr. 4,800,961 (Klein), Nr. 4,991,656 (Polan) und Nr. 5,195,592 (Simons) sowie der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 24 335.

Düsen nach dem Stand der Technik für Bewässerungszwecke sind im US-Patent Nr. 4,228,956 (Varner) und im US-Patent Nr. 4,842,199 (Drechsel) beschrieben. Eine Düse nach dem Stand der Technik mit nach innen konvex gekrümmten Einlaßabschnitten für die Verwendung mit Raketentreibstoffen ist im US-Patent Nr. 3,171,248 (Ledwith) beschrieben, während Düsen nach dem Stand der Technik mit nach innen konvex gekrümmten Einlaßabschnitten für die Verwen dung bei chemischen Prozessen im US-Patent Nr. 3,130,920 (Devillard) und im US-Patent Nr. 3,550,864 (East) beschrieben sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Feuerschutzdüse zu schaffen, die einfach, zuverlässig und billig in der Herstellung ist sowie in der Lage ist, einen ausreichend feinen Sprühnebel zu erzeugen.

Die Aufgabe wird durch eine Feuerschutzdüse mit den im Anspruch 1 angegebe nen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhafterweise wird eine Wassernebeldüse (Feinsprühfeuerlöschdüse) ge schaffen, die einzeln automatisch ausgelöst (betrieben) werden kann, eine Düse die geeignet ist für das wirksame Löschen von bestimmten Feuerklassen mit einem niedrigen Flüssigkeitsdruck von ungefähr 87 psig. Weiter bevorzugt wird eine Düse geschaffen, die einen feinen Sprühstrahl (Wassernebel) abgibt durch einen Öffnungsdurchmesser, der gleich oder größer 2,5 mm (0,10 Inch) ist, so daß der Saugkorb, der zum Schutz der Öffnung gegen Verstopfungen durch Schmutz in der Wasserversorgung verwendet wird, nicht unüblich kleine und kostspielige Öffnungen erfordert, und die Öffnung nicht durch Mineral ablagerungen, wie beispielsweise Kalzium, in der Wasserversorgung verstopft wird.

Eine erfindungsgemäße Feuerlöschdüse umfaßt insbesondere eine Basis, eine Öffnung, die durch die Basis festgelegt ist und einen vorbestimmten Durch messer hat, durch welche feuerhemmende Flüssigkeit fließen kann, einen Ein laßabschnitt, der eine Leitung für das Fließen der feuerhemmenden Flüssigkeit bildet und zu einem stromaufwärtigen Ende der Öffnung führt, ein Diffusor element, das stromabwärts der Öffnung angeordnet ist, und einen oder mehre re Arme, die sich von der Basis aus erstrecken und das Diffusorelement in einer Position halten, wo, wenn die feuerhemmenden Flüssigkeit vom Einlaß abschnitt durch die Öffnung fließt, die feuerhemmenden Flüssigkeit aus der Öffnung in einem kohärenten Strom austritt, der auf das Diffusorelement trifft, um in einem Sprühmuster abgelenkt zu werden, wobei der Einlaßabschnitt in Richtung des Flüssigkeitsstroms eine Querschnittform mit einem nach innen konvex gekrümmten Bogen aufweist, und wobei der Einlaßabschnitt eine Län ge aufweist, die gleich oder größer ist als der Durchmesser der Öffnung. Vorzugsweise hat der nach innen konvex gekrümmte Bogen der Querschnitts form des Einlaßabschnittes die Form eines Kreisbogens, wobei das Zentrum des Kreisbogens nahe der Ebene des stromaufwärtigen Endes der Öffnung angeordnet ist und der Radius des kreisförmigen Bogens ein- bis dreimal dem Durchmesser der Öffnung entspricht, vorzugsweise beträgt der Radius des kreisförmigen Bogens das 1,5 fache des Durchmessers der Öffnung. In einer alternativen Ausführungsform besitzt der nach innen konvex gekrümmte Bogen der Querschnittsform des Einlaßabschnittes die Form einer Ellipse, wobei das Zentrum der Ellipse nahe der Ebene des stromaufwärtigen Endes der Öffnung angeordnet ist. Vorzugsweise besitzt die Ellipse eine Hauptachse mit einer Länge vom 1,5 bis 4 fachen, vorzugsweise mit einer nominellen Länge vom 2 fachen des Durchmessers der Öffnung und eine Nebenachse mit einer Länge vom 1,0 bis 3,0 fachen, vorzugsweise mit einer nominellen Länge vom 1,3 fachen des Durchmessers der Öffnung.

In einer anderen alternativen Ausführungsform besitzt der nach innen konvex gekrümmte Bogen der Querschnittsform des Einlaßabschnittes zwei oder mehrere Kreisbögen verschiedener Radien, die sanft ineinander übergehen, wobei die zwei oder mehrere Kreisbögen in Kombination die Ellipsenform annähern.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Seite der Erfindung können einen oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Querschnittsgebiet der Lei tung, gemessen in einer ersten Ebene am stromaufwärtigen Ende des Einlaß abschnitts und quer zur Strömung der feuerhemmenden Flüssigkeit, beträgt mindestens das Siebenfache des Querschnittsgebiets der Öffnung, gemessen in einer zweiten Ebene quer zur Strömung der feuerhemmenden Flüssigkeit. Der Durchmesser der Öffnung liegt zwischen ungefähr 2 mm (0,08 Inch) und 5 mm (0,20 Inch) und vorzugsweise bei nominal 2,8 mm (0,11 Inch). Die Öffnung besitzt eine Kontur des Auslaßendes, die im wesentlichen rechtwink lig ist.

Gemäß einer weiteren Seite der Erfindung umfaßt eine Feuerschützdüse eine Basis, eine Öffnung, die durch die Basis festgelegt ist, durch die feuerhem menden Flüssigkeit fließen kann, einen Einlaßabschnitt, der eine Leitung für das Fließen der feuerhemmenden Flüssigkeit bildet und der zur Öffnung führt, ein Diffusorelement, das stromabwärts der Öffnung angeordnet ist und einen oder mehrere Arme, die sich von der Basis aus erstrecken, um das Diffusor element in einer Position zu halten, wo, wenn die feuerhemmende Flüssigkeit durch die Öffnung fließt, die feuerhemmende Flüssigkeit durch die Öffnung in einem kohärenten Strom austritt und auf das Diffusorelement auftrifft, um in einem Sprühmuster abgelenkt zu werden, wobei das Diffusorelement zwei odere mehrere Schlitze festlegt, wobei das Diffusorelement eine Gesamtquer schnittsfläche, gemessen in einer Ebene quer zur Richtung des Stroms der feuerhemmenden Flüssigkeit aus der Öffnung, aufweist, und jeder Schlitz eine in der Ebene gemessene offene Querschnittsfläche aufweist, die mindestens 8 Prozent der Gesamtquerschnittsfläche des Diffusorelements beträgt. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Seite der Erfindung können ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Diffusorelement und die Öffnung sind koaxial angeordnet, und jeder Schlitz hat eine Längsachse quer zu einer radialen Linie, die sich von der Achse des Diffusorelements aus er streckt. Das Diffusorelement und die Öffnung sind koaxial angeordnet und das Diffusorelement legt vier Schlitze fest, wobei jeder Schlitz eine in der Ebene gemessene offene Querschnittsfläche von ungefähr bis zu zehn Prozent der Gesamtfläche des Diffusorelements in der Ebene besitzt, und wobei jeder Schlitz eine Längsachse quer zu einer radialen Linie, die sich von der Achse des Diffusorelements aus erstreckt, hat. Das Diffusorelement und die Öffnung sind koaxial angeordnet, jeder Schlitz hat eine Längsachse, die im wesentli chen quer zu einer radialen Linie, die sich von der Achse des Diffusorelements aus erstreckt, angeordnet ist, und es ist ein offener Kanal zwischen dem da mit verbundenen Schlitz und einer Außenkante des Diffusorelements festge legt, wobei der Kanal schmäler ist als der damit verbundene Schlitz. Vorzugs weise hat der Kanal eine Achse, die sich im wesentlichen in einer Linie befin det mit einer radialen Linie, die sich von der Achse des Diffusorelements aus und/oder im wesentlichen quer zur Längsachse des damit verbundenen Schlit zes erstreckt.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nach folgenden Beschreibung einer aktuell bevorzugten Ausführungsform und aus den Ansprüchen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen feinsprühenden Feuerschutzdüse;

Fig. 2 ist ein seitlicher Querschnitt der erfindungsgemäßen feinsprühen den Feuerschutzdüse entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine geschnittene Aufsicht des Diffusorelements einer erfin dungsgemäßen feinsprühenden Feuerschutzdüse entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Betrachtet man Fig. 1, so umfaßt eine einzeln automatisch betriebene Düse 10 einen Rahmen 12, mit einem externen Gewinde 14, um sie abdichtend mit einem (nicht gezeigten) Versorgungssystem für eine feuerhemmende Flüssig keit zu verbinden. Betrachtet man Fig. 2, so verbindet ein axialer Durchgang 16, der durch den Rahmen 12 festgelegt ist die Flüssigkeitsversorgung mit dem Rahmenäußeren. Arme 18, 20 erstrecken sich vom Hauptkörper 22 des Rahmens zu einer Spitze 24, die entfernt vom und koaxial zum Durchgang im Rahmen 12 angeordnet ist, und die überwiegend den üblichen Sprinklerköpfen entspricht, die typischerweise in automatischen Feuerschutzsystemen ver wendet werden.

Ein Saugkorb 26 ist über dem Durchgang 16 so angeordnet, daß er den Öff nungseinschub 28 vor einer möglichen Verstopfung, verursacht durch Schmutz im Flüssigkeitsversorgungssystem, schützt. Eine Federdichtung 30 und ein Knopf 32 schließen abdichtend den Durchgang durch den Rahmen 12 und die Öffnung wird durch ein zerbrechliches, kolbenartiges hitzeempfindli ches Auslöseelement 34 geschlossen gehalten, das sich zwischen dem Knopf 32 und der Deflektorbelastungsschraube 36 abstützt, die in den Rahmen 12 an der Spitze der Arme 18, 20, die sich vom Rahmen erstrecken, einge schraubt ist. Eine Ausstoßfeder 38 übt eine Längskraft auf die Knopf- und Federdichtungsbaugruppe 40 aus, so daß wenn das Auslöseelement 34 bei einer vorbestimmten Temperatur platzt, da es unnormal hohen durch ein Feuer verursachten Temperaturen ausgesetzt war, der Knopf 32 und die Federdich tung 30 aus ihrer normalen oder Standby-Abdichtstellung auf die Seite gewor fen werden, und es so gestatten, daß Flüssigkeit durch den Durchgang 16 austritt und auf das stromabwärtige Diffusorelement 42 trifft, das durch die Deflektorbelastungsschraube 36 gesichert ist, um das gewünschte Wasser sprühmuster zu bilden. Im Prinzip arbeitet die bis hierher beschriebene Vor richtung größtenteils in der gleichen Art wie übliche automatische Sprinkler, die heutzutage in Feuerschutzsystemen verwendet werden.

Betrachtet man wieder Fig. 2, so wird in einer einzeln automatisch betriebe nen Düse 10 der Erfindung der Düseneingangsbereich 44 stromaufwärts des Öffnungseinschubteils 46 durch die feuerhemmende Flüssigkeit, die durch die Verbindung zum Feuerschutzrohrleitungssystem zugeführt wird und durch die Öffnungen im Saugkorb 26 fließt, unter inneren Überdruck gesetzt. Die ge naue Form oder der Querschnittsbereich des Eingangsgebietes 44 und die Öffnungen 48 beeinflussen die Feinversprühungsqualitäten der erfindungs gemäßen Düse 10 nicht. Um jedoch die Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist es vorteilhaft, wenn das Eingangsgebiet eine Querschnittsfläche aufweist, die, gemessen in einer Ebene P₁ quer zur Achse A der Flußrichtung der feuerhemmenden Flüssigkeit durch die Öffnung 50, ungefähr das acht- oder mehrfache der Querschnittsfläche der Öffnung 50 beträgt, die in einer Ebene P₂ auch quer zur Achse A der Flußrichtung der feuerhemmenden Flüs sigkeit durch die Öffnung 50 gemessen wird. Für die Lösung der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Öffnungen 48 zusammengenommen eine gesamte offene Querschnittsfläche aufweisen, die ungefähr dem 20 oder mehrfachen der Fläche der Öffnung 50 entspricht, um zu vermeiden, daß im interessierenden Druckbereich wesentliche Änderungen der Flußcharakteristiken im Durchlaß 16, gebildet durch den Öffnungseinlaß abschnitt 46 und die Öffnung 50 auftreten. Die einzelnen Saugkopföffnungen 48 müssen jedoch kleiner sein als die Öffnung 50, so daß Schmutz, der klein genug ist, daß er die Öffnungen 48 passieren kann, auch klein genug ist, um durch den Öffnungseinlaß zu gelangen und somit die Öffnung nicht verstopft. Das gesamte Querschnittsgebiet des Saugkorbes muß größer sein als das der Einlaßöffnung, um einen teilweisen Blockierungseffekt zu berücksichtigen, der durch das Ansammeln von Schmutz auf der Außenseite des Saugkorbes her vorgerufen wird.

Bisher war es bekannt, daß die Auslaßströme und die sich ergebenden Sprüh muster von Düsen (Sprinklern) mit Öffnungsdurchmessern von weniger als 5 mm (0,20 Inch) und Durchlaßausbildungen, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind, nur in einem relativ begrenzten Druckbereich stabil sind, bis hin zu einem Druck von 550 kN/m² (80 psig). Bei höheren Druckwerten wird der Flüssigkeitsstrom, der aus der Öffnung austritt instabil, aus mindestens zwei Gründen, von denen ermittelt wurde, daß sie von besonderer Bedeutung sind: der erste ist verursacht durch einen Richtungswechsel der Flüssigkeit, die in das Öffnungsgebiet eintritt und der zweite ist verursacht durch die Unregelmäßigkeiten der Umrißlinie des Ausgangs oder des stromabwärtigen Endes der Öffnung.

Die oben beschriebenen Instabilitäten können jedoch nicht akzeptiert werden bei einer Düse, die einen Öffnungsdurchmesser von ungefähr 2,8 mm (0,11 Inch) aufweist, wie er notwendig ist, um einen genügend feinen Sprühstrahl (Wassernebel) abzugeben, da ermittelt wurde, daß ein Mindestdruck von ungefähr 600 kN/m² (87 psi) notwendig ist, um die Triebkraft zur Verfügung zu stellen, die notwendig ist, damit der feine Sprühstrahl durch die durch das Feuer gebildeten Steigströme hindurchdringt. Diese Instabilitäten könnten auch bei einer Feinsprühvorrichtung nicht akzeptiert werden, von der erwartet wird, daß sie auf etwa die gleiche Art wie herkömmliche automatische Sprink ler arbeitet, da letztere typischerweise für die Verwendung bei einem maxima len Arbeitsdruck von 1.200 kN/m² (175 psig) ausgelegt sind.

Bezüglich des ersten beschriebenen Grundes der Instabilität kann das, was als kleine Änderungen in der Kontur des Einlaßabschnittes erscheint, wie das im US-Patent Nr. 4,976,320 (Polan) und im US-Patent Nr. 5,195,592 (Simons) und genauso im US-Patent Nr. 4,800,961 (Klein) beschrieben ist, tatsächlich ein Lösen des Strömungsflußes von der Wand des Wasserwegs bei Druckwer ten größer als ungefähr 550 kN/m² (80 psig) und bei Öffnungsdurchmessern von weniger als 5 mm (0,20 Inch) bewirken. Dieses Ablösen von der Wand, speziell in einem Gebiet direkt stromaufwärts der Öffnung, verursacht einen Zusammenbruch des Durchmessers des Strömungsflußes und kurz darauf eine konische Ausdehnung des Strömungsflußes. Diese Ausweitung von einer zylindrischen Form bei Druckwerten, die höher sind als der, der eine Ablösung erzeugt, ändern erheblich das sich ergebende Wassersprühmuster der Düsen, die mit Diffusoren verwendet werden. Wenn der ausgedehnte Strömungsfluß in einem größeren Gebiet auf den Diffusor trifft und oft schon im Gebiet der Diffusorschlitze, die notwendig sind, um eine aktzeptable Verteilung des Was sers zu erreichen, bricht das Sprühmuster auf eine Größe zusammen, die in nicht akzeptabler Weise kleiner ist als die Größe des Sprühmusters im stabilen Druckbereich.

In der vorliegenden Erfindung wurde ermittelt, daß der Strömungsfluß, der aus einer Öffnung 50 tritt, die einen Durchmesser D (gemessen im Gebiet der Ebene P₂) von ungefähr 2,8 mm (0,11 Inch) hat, ohne eine wesentliche Ände rung des Wassersprühmusters bis hin zu Drucken von mehr als 2000 kN/m² (300 psi) extrem stabil gemacht werden kann durch die Verwendung einer nach innen konvex gekrümmten Form der Oberfläche 54 des Einlaßbereiches 52 des Teils 46 in die Öffnung 50 hinein, wobei die Senkrechten zu den Tan gentiallinien an benachbarten Punkten auf der gekrümmten Oberfläche 54 dazu neigen, auseinanderzugehen, in Kombination mit speziellen Dimensionen im Verhältnis zum Durchmesser D der Öffnung 50.

Es wurde ermittelt, daß im Idealfall, um einen extrem stabilen (das heißt, einen sich nicht ausdehnenden) Flüssigkeitsstrom, der Flüssigkeit, die die Düsenöffnung 50 verläßt, bereitzustellen, das Öffnungseinlaßgebiet 52 eine Oberfläche 54 aufweisen muß, die einen sanften und allmählichen Übergang vom Eingang bis zur Öffnung 50 bietet, so daß keine Unregelmäßigkeiten des Flüssigkeitsstrom im Durchlaß vom Beginn des Einlaßgebietes 54 (im Gebiet der Ebene P₁) bis zum Ende der Öffnung 50 (im Gebiet der Ebene P₂) auftre ten. Eine wesentliche Verbesserung des Druckes, bis zu dem eine stabile Strö mung gewährleistet ist, mindestens bis hin zu einem Druck von 900 kN/m² (130 psig), wird dadurch erreicht, daß man die Querschnittsform des ge krümmten Einlaßgebietes (in Flußrichtung des feuerhemmenden Flüssigkeit, Pfeil F) als Kreisbogen ausbildet, der einen Radius aufweist, der mindestens das 1,0 fache des Durchmessers D der Öffnung 50 beträgt. Eine weitere Erhöhung des Druckes, bis zu dem eine stabile Strömung gewährleistet ist, auf mehr als 2.000 kN/m² (300 psig) wurde dadurch erreicht, daß man die Querschnittsform der Oberfläche 54 des gekrümmten Teils des Gebietes 46 als elliptischen Bogen ausführt, wobei die Länge der Hauptachse der Ellipse ungefähr zweimal dem Durchmesser D der Öffnung 50 und die Länge der Nebenachse der Ellipse ungefähr 1,3 mal dem Durchmesser der Öffnung ent spricht. Es wurde auch herausgefunden, daß eine Kombination von zwei oder mehreren Radien verwendet werden kann, um die Form einer Ellipse anzunä hern, solange alle Radien sanft ineinander übergehen.

Zusätzlich zur Form der Oberfläche 54, die das Öffnungseinlaßgebiet 52 defi niert und die von entscheidender Wichtigkeit für die Stabilität des Flüssigkeits stroms ist, der aus der Öffnung 50 abgegeben wird, sofern eine stromabwärts angeordneter Diffusor 42 verwendet wird, so ist auch die Kontur des Aus lasses oder stromabwärtigen Endes 56 der Öffnung 50 von großer Wichtig keit. Wenn die Ecke des Auslasses 56 der erfindungsgemäßen Düsenöffnung 50 in einer allgemeinen Produktion mit einer Abschrägung oder einem Radius hergestellt werden könnte, der perfekt konzentrisch mit der Öffnung 50 ist und perfekt symmetrisch um jede radiale Achse, dann würde der Strömungs fluß gerade und ausgerichtet auf die zentrale Achse A des Diffusors verlaufen. In der Praxis jedoch ist das mit aktzeptablen Kosten nicht zu erreichen, da der Öffnungseinlaßabschnitt 46 und die Kontur um das Austrittsende 56 der Öffnung 50 von entgegengesetzten Enden her hergestellt werden müssen; und somit können bereits kleine Variationen in der Konzentritzität oder Sym metrie der Kontur des Austrittsendes einer Öffnung von dieser Größe in der Düse dieser Erfindung dazu führen, daß der Strömungsfluß von der Längs achse A der Öffnung 50 abweicht und eine nicht akzeptierbare Verschiebung des Sprühmusters verursacht. Es wurde jedoch herausgefunden, daß, wenn die Ecke des Austrittsendes 56 der Öffnung 50 im wesentlichen scharf ausge staltet wird, und zusätzlich alle Grate, die bei der Herstellung der Öffnung übriggeblieben sind, entfernt werden, der Strömungsfluß der aus der Öffnung austritt gerade und ausgerichtet auf die Zentralachse A des Diffusors 42 ver läuft.

In der bevorzugten Ausführungsform dieser Seite der Erfindung beträgt der Nenndurchmesser bzw. nominelle Durchmesser der Öffnung 50 2,69 mm (0,106 Inch), und die Querschnittsfläche der Oberfläche 54 im Gebiet 52 des Öffnungseinlaßteils 46 ist in Form eines Quadranten eines elliptischen Bogens ausgeführt, wobei die Hauptachse der Ellipse eine nominelle Länge von 5,40 mm (0,212 Inch) und die Nebenachse der Ellipse eine nominelle Länge von 3,61 mm (0,142 Inch) hat. Weiterhin fällt die Tangente zur elliptischen Ober fläche 54 an der Nebenachse mit der stromaufwärtigen Kante 70 der Öffnung 50 zusammen oder, mit anderen Worten gesagt, die Länge vom 1,5 fachen der Hauptachse der Ellipse ist nominelle Länge gleich der Länge L₁ des Öff nungseinlaßabschnitts. Die Länge L₂ der Öffnung hat eine Länge von 1,62 mm (0,064 Inch) und die Eckkante um das Auslaßende 56 der Öffnung 50 ist im wesentlichen rechtwinklig.

Betrachtet man nun Fig. 3, so betrifft eine andere Seite dieser Erfindung das einzigartig und ungewöhnlich ausgeformte Diffusorelement 42 der Deflektor belastungsschraube 36. Das Diffusorelement 42, das das Wassersprühmuster erzeugt, ist stromabwärts der Öffnung 50 angeordnet und ist im Verhältnis zum Durchmesser des Strömungsflußes relativ klein. Das Diffusorelement dieser Erfindung ist ungewöhnlich dadurch, daß die Deflektorbelastungs schraube eine einstückige Konstruktion ist, die jedoch ähnlich den Diffusoren herkömmlicher automatischer Sprinkler mit größeren Öffnungsdurchmessern funktioniert, indem sie den Strömungsfluß, der von der Öffnung ausgegeben wird, in ein Sprühmuster zerteilt; wobei die Größe des Musters, die Tropfen größe und die Verteilung der Tröpfchen innerhalb des gesamten Musters ab hängig von der Geometrie des Diffusors variabel ist.

In der Ausführungsform der Fig. 1 haben die Befestigungsfläche 58 des Aus löseelements 34 und die konische Oberfläche 60 eine Auswirkung auf das Wassersprühmuster, das durch den Diffusor 42 verteilt wird, und sie werden somit als Teil des Diffusors betrachtet, wenn hierin auf ihn Bezug genommen wird.

Von einzigartiger Natur ist die Konfiguration der vier Diffusorschlitze 62, die länglich in einer Richtung ausgebildet sind, die im wesentlichen rechtwinklig oder quer zu einer radialen Linie R verläuft, die sich von der Zentralachse A des Diffusors aus erstreckt. Die quer verlaufenden Schlitze 62 liefern ein ge nügend großes Strömungsgebiet durch den Diffusor 42 hindurch, so daß vier netzartige Sprühkomponenten gebildet werden, von denen jede einen relativ großen Teil des gesamten Ausströmvolumens enthält. Diese netzartigen Sprühkomponenten bestehen aus einem breiten Bereich von Tropfengrößen, die genau innerhalb des Netzes plaziert sind, von der Größe eines feinen Sprühnebels bis hin zu größeren Tröpfchen, ähnlich denen bei herkömmlichen Sprinklern, die eine Öffnungsgröße von 2,8 mm (0,44 Inch) oder größer auf weisen. Die größeren Tröpfchen helfen sowohl die Aufwärtsströmung zu durchdringen, die von einem offenen Feuer ausgeht, wenn die Düse 10 in ei nem relativ großen Abstand zwischen Fußboden und Decke, das heißt, im Abstand von 5 m (16 Fuß), angeordnet ist, als auch um den feineren Sprühne bel mit sich hin zum Feuer und zum Fußboden zu ziehen. Zusätzlich bewirkt, wenn die erfindungsgemäßen Düsen 10 in einem gebräuchlicheren Abstand zwischen Fußboden und Decke von ungefähr 2,5 m (8 Fuß) verwendet wer den, die Triebkraft der netzartigen Sprühkomponenten (zusätzlich zum mit gerissenen Luftstrom), die auf den Boden und auf Möbel auftreffen, daß der Sprühstrahl nach außen getragen wird, so daß Teile des Sprühstrahls in ent ferntere oder verborgene Gebiete verteilt werden, die sonst nicht in der direk ten Linie des Sprühstrahls der Düse liegen. Um diese zusätzlichen wünschens werten Eigenschaften zu erzielen, muß das offene Querschnittsgebiet jedes dieser vier querliegenden Schlitze (gemessen in einer Ebene P₃, quer zur Achse A des Diffusorelements 42) mindestens acht Prozent des gesamten Quer schnittsbereiches des Diffusors (einschließlich der Befestigungsfläche 58 des Auslöseelements und der konischen Oberfläche 60), der sich in der Ebene P₃ erstreckt, betragen. Fig. 3 zeigt auch die kanalartige Verbindung 63 zwischen jedem Schlitz 62 und der Außenkante 64 des Diffusorelements 42, wobei jeder Kanal schmäler als die Breite des Schlitzes ist und so angeordnet ist, daß er ein vorbestimmtes gewünschtes Sprühmuster erzeugt.

In bevorzugten Ausführungsformen dieses Teils der Erfindung beträgt der Nennaußendurchmesser O des Diffusors 8,89 mm (0,350 Inch) bzw. der Außendurchmesser O des Diffusors nominell 8,89 mm. Jeder Schlitz 62 hat eine Gesamtlänge S₁ in Querrichtung von nominell 3,8 mm (0,150 Inch) und eine Gesamtbreite S_w von nominell 1,83 mm (0,072 Inch). Das Ende jedes Schlitzes ist ein Halbkreis, der einen Radius S_r von nominell 0,91 mm (0,036 Inch) hat. Im Ergebnis hat jeder Schlitz 62 eine Nennfläche. bzw. nominelle Fläche von 10 Prozent der Gesamtfläche des Diffusors, die sich in einer Ebene P₃ erstreckt. Die Breite jedes Kanals 63 beträgt nominell 1,42 mm (0,056 Inch).

Andere Ausführungsformen der Erfindung liegen innerhalb des Umfangs der folgenden Patentansprüche. Beispielsweise kann die Querschnittsform der Oberfläche 54 in Flußrichtung (Pfeil F) des Öffnungseinlaßabschnittes 46 als ein Bogen ausgeführt sein, der nur annähernd den hier beschriebenen kreis förmigen und elliptischen Bögen entspricht.

Auch kann die angepaßte Oberfläche des Einlaßabschnittes 46, der durch den Körper 22 eine Verbindung mit der Flüssigkeitsversorgungsquelle schafft, direkt in den Rahmen 12 eingearbeitet sein.

Weiterhin können die Diffusorschlitze 62, die entlang einer Längsachse X angeordnet sind, die sich im wesentlichen quer zu einer radialen Linie R befin det, die sich von der Zentralachse A des Diffusors 42 erstreckt, eine nieren förmige oder eine andere im wesentlichen längliche Form aufweisen, die es erlaubt, das gewünschte minimale Gebiet als Prozentsatz des Gesamtgebietes für den Schlitz 62 bereitzustellen, wobei aber die Ausbreitung der netzartigen Sprühkomponente, die durch die Anordnung der Schlitze erzeugt wird, wie oben beschrieben eingestellt wird. Der Diffusor kann eine andere als die runde Form aufweisen und die Querschlitze 62 können durch einen sich radial nach außen erstreckenden Kanal 63, der sich zur Außenkante 64 des Diffusors er streckt, miteinander verbunden sein. Die Position einer Achse Y des Kanals kann je nach Wunsch verändert werden, um verschiedene vorbestimmte Sprühmuster zu erhalten, das heißt, die Achse Y kann koaxial entlang der radialen Linie R und im wesentlichen quer zur Schlitzlängsachse, wie das in Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet sein; oder die Achse Y wird anders eingestellt, um eine andere Beziehung relativ zur Radiallinie R und/oder zur Schlitzlängs achse X anzunehmen.

Der Zusatzbegriff Nenn- ist im Sinne von nominell zu verstehen.

Claims

1. Feuerschutzdüse mit einer Basis (22), einer Öffnung (50), die durch die Basis festgelegt ist und einen vorbestimmten Durchmesser (D) aufweist, durch welche eine feuerhemmende Flüssigkeit fließen kann, einem Einlaß abschnitt (52), der eine Leitung für das Fließen der feuerhemmenden Flüs sigkeit bildet und zum stromaufwärtigen Ende (70) der Öffnung (50) führt, einem Diffusorelement (42), das stromabwärts der Öffnung (50) angeordnet ist und einem oder mehreren Armen (18, 20), die sich von der Basis (22) erstrecken und das Diffusorelement (42) in einer Position halten,
wo, wenn die feuerhemmenden Flüssigkeit vom Einlaßabschnitt (52) durch die Öffnung (50) fließt, die feuerhemmende Flüssigkeit aus der Öffnung (50) in einem kohärenten Strom austritt, der auf das Diffusorelement (42) trifft, um in einem Sprühmuster abgelenkt zu werden,
wobei der Einlaßabschnitt 152) in Flußrichtung der feuerhemmenden Flüs sigkeit eine Querschnittsform in Form eines konvex nach innen gekrümmten Bogens aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Einlaßabschnitt (52) eine Länge aufweist, die gleich oder größer ist als der Durchmesser der Öffnung (50).

2. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvex nach innen gekrümmte Bogen der Querschnittsform des Einlaß abschnitts (52) die Form eines Kreisbogens besitzt, wobei das Zentrum des Kreisbogens nahe einer Ebene des stromaufwärtigen Endes (70) der Öff nung (50) angeordnet ist.

3. Feuerschutzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Kreisbogens das ein- bis dreifache des Durchmessers der Öff nung (50) beträgt.

4. Feuerschutzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Kreisbogens ungefähr das 1,5 fache des Durchmessers der Öffnung (50) beträgt.

5. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvex nach innen gekrümmte Bogen der Querschnittsform des Einlaß abschnittes (52) die Form einer Ellipse aufweist und das Zentrum der Ellipse nahe einer Ebene des stromaufwärtigen Endes (70) der Öffnung (50) an geordnet ist.

6. Feuerschutzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ellipse eine Hauptachse hat mit einer Länge des 1,5 bis 4 fachen des Durch messers der Öffnung (50) und eine Nebenachse mit einer Länge des 1,0 bis 3 fachen des Durchmessers der Öffnung (50).

7. Feuerschutzdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Hauptachse der Ellipse nominal dem 2,0 fachen des Durchmessers der Öffnung (50) und die Länge der Nebenachse nominal dem 1,3 fachen des Durchmessers der Öffnung (50) entspricht.

8. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvex nach innen gekrümmte Bogen der Querschnittsform des Einlaß abschnitts (52) die Form eines sanften Übergangs zwischen zwei oder mehreren Kreisbögen verschiedenen Durchmessers aufweist, wobei die zwei oder mehreren Kreisbögen in Kombination die Form einer Ellipse annähern.

9. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer schnittsfläche der Leitung, gemessen in einer ersten Ebene (P1) an einem stromaufwärtigen Ende des Einlaßabschnittes (52) und quer zur Flußrich tung der feuerhemmenden Flüssigkeit, mindestens dem Siebenfachen der Querschnittsfläche der Öffnung (50), gemessen in einer zweiten Ebene (P2) quer zur Flußrichtung der feuerhemmenden Flüssigkeit, entspricht.

10. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (50) zwischen 2 mm (0,08 Inch) und 5,1 mm (0,20 Inch) liegt.

11. Feuerschutzdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (50) nominal 2,8 mm (0,11 Inch) beträgt.

12. Feuerschutzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff nung (50) ein Austrittsende (56) aufweist mit einer Ecke, die eine Quer schnittskontur besitzt, die im wesentlichen der Form einer rechtwinkligen Ecke entspricht.

13. Feuerschutzdüse nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch ge kennzeichnet, daß das Diffusorelement (42) zwei oder mehrere Schlitze (62) festlegt, wobei das Diffusorelement (42) eine Gesamtquerschnittsfläche, gemessen in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung der feuerhemmenden Flüssigkeit von der Öffnung (50), aufweist, und jeder dieser Schlitze (62) eine offene in dieser Ebene gemessene Querschnittsfläche aufweist, die mindestens acht Prozent der Gesamtquerschnittsfläche des Diffusorelements (42) beträgt.

14. Feuerschutzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusorelement (42) und die Öffnung (50) koaxial angeordnet sind und jeder Schlitz (62) eine Längsachse hat, die im wesentlichen quer zu einer radialen Linie angeordnet ist, die sich von der Achse des Diffusorelements (42) aus erstreckt.

15. Feuerschutzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusorelement (42) und die Öffnung (50) koaxial angeordnet sind und das Diffusorelement (42) vier Schlitze (62) festlegt, wobei jeder Schlitz (62) eine in der Ebene gemessene offene Querschnittsfläche aufweist, die zehn Prozent der gesamten Fläche des Diffusorelements (42) in dieser Ebene beträgt, und jeder Schlitz (62) eine Längsachse hat, die im wesentlichen quer zu einer radialen von der Achse des Diffusorelements (42) sich erstrec kenden Achse angeordnet ist.

16. Feuerschutzdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusorelement (42) und die Öffnung (50) koaxial angeordnet sind, jeder Schlitz (62) eine Längsachse besitzt, die im wesentlichen quer zu einer radialen von der Achse des Diffusorelements (42) sich erstreckenden Achse angeordnet ist, und ein offener Kanal (63) zwischen einem damit verbunde nen Schlitz (62) und der Außenkante des Diffusorelements (42) festgelegt ist, wobei der Kanal (63) schmäler ist als der damit verbundene Schlitz (62).

17. Feuerschutzdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (63) eine Achse besitzt, die sich im allgemeinen in einer Linie mit einer radialen von der Achse des Diffusorelements (42) sich erstreckenden Achse befindet und sich im wesentlichen quer zu der Längsachse des damit verbundenen Schlitzes (62) erstreckt.

18. Feuerschutzdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (63) eine Achse besitzt, die sich im allgemeinen in einer Linie befindet mit einer radialen von der Achse des Diffusorelements (42) sich erstrecken den Achse.

19. Feuerschutzdüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (63) eine Achse besitzt, die sich im wesentlichen quer zur Längs achse des damit verbundenen Schlitzes (62) erstreckt.