DE69717807T2

DE69717807T2 - Zerstäubungsdüse zur explosionsunterdrückung

Info

Publication number: DE69717807T2
Application number: DE69717807T
Authority: DE
Inventors: Srikrishna Chatrathi; J. Lombardo; A. Staggs
Original assignee: Fike Corp
Current assignee: Fike Corp
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: AU712225B2; ATE229359T1; US5647438A; WO1997039804A1; JP2000508935A; EP0904134B1; AU2800697A; JP4097701B2; EP0904134A1; DE69717807D1; EP0904134A4; BR9708745A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Fachgebiet Explosionsschutzsysteme und insbesondere auf eine Explosions-Unterdrückungs-Dispersionsdüse für die Verbindung mit einem unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Behälter zum Abgeben von Unterdrückungsmittel-Material an eine geschützte Zone oder an einen geschützten Raum z. B. US 5,199,500.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Viele industrielle und kommerzielle Bereiche sind mit Explosionsschutzsystemen für das Verhindern und Auslöschen von Explosionen in geschützten Zonen oder Räumen ausgerüstet. Diese Explosionsschutzsysteme sind normalerweise dazu ausgestaltet, von mehreren, beabstandeten Stellen aus eine nahezu gleichzeitige Freigabe des Explosions-Unterdrückungsmittel-Materials in die geschützten Zonen zu sichern, um eine Explosion schnell zu verhindern oder auszulöschen.
Wie in dem US-Patent Nr. 5,031,701 angeführt, ist die Mechanik des Austragens einer wirksamen Menge eines Unterdrückungsmittels zu einer beginnenden Explosion und in einem gleichmäßigen Dispersionsmuster hinter der Technik des Erfassens des Einsetzens einer Explosion als eine Funktion des Druckanstiegs in einer geschützten Zone zurückgeblieben. Die Druckerfassungstechnologien sind heute so empfindlich, dass die Detektoren in der Lage sind, auf einen plötzlichen Druckanstieg in nur wenigen Millisekunden zu reagieren. Um jedoch eine Explosion zu unterdrücken, bevor der Druckanstieg beginnt, sich entlang dem vertikalen Teilbereich der Exponentialkurve zu erhöhen, muss das Unterdrückungsmittel während des anfänglichen, flacheren Teilbereichs der Druckanstiegskurve gleichmäßig zu dem gefährdeten Bereich ausgetragen werden.
Ein Typ der dem Stand der Technik entsprechenden Explosionsschutzsysteme weist eine Anzahl von unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Vorratsbehältern, beabstandet über die geschützte Zone, auf. Jeder Vorratsbehälter weist eine Berstscheibe, die über dem Abgabeende des Vorratsbehälters zum Versiegeln des unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Materials in dem Vorratsbehälter angeordnet ist, eine Sensor- und Steuereinrichtung für das Erkennen des Vorliegens einer beginnenden Explosion in der geschützten Zone, einen Auslöser oder Zünder, der auf die Sensor- oder Steuereinrichtung reagiert, zum Zerreißen der Berstscheibe in Reaktion auf das Erfassen einer beginnenden Explosion und eine Düse zum Dispergieren des Unterdrückungsmittel-Materials über die geschützte Zone auf.
Die Düsen an diesen, dem Stand der Technik entsprechenden, Explosionsschutzsystemen weisen normalerweise eine Anzahl von Öffnungen, Löchern und/oder Fenstern zum Abgeben von Unterdrückungsmittel aus allen Seiten der Düse auf. Die dem Stand der Technik entsprechenden Düsen sind jedoch nicht optimal ausgelegt, um das Unterdrückungsmittel-Material in der wirksamsten und effektivsten Art und Weise über die geschützte Zone zu dispergieren.
Es ist zum Beispiel vorteilhaft für eine Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse, Unterdrückungsmittel in einem halbkugelförmigen Muster abzugeben, so dass im Wesentlichen gleiche Mengen des Unterdrückungsmittels alle Punkte gleichen Abstands von der Düse in im Wesentlichen der gleichen Zeit erreichen. Das erlaubt das effektivste Unterdrücken einer Explosion, gleich wo sie in der geschützten Zone auftritt, wobei das wirksamste Platzieren der Düsen gestattet wird.
Dem Stand der Technik entsprechende Düsen haben tatsächlich keine optimale Ausgestaltung, um ein bevorzugtes, halbkugelförmiges Abgabemuster zu erreichen, weil die vorgesehenen Öffnungen, Löcher und/oder Fenster nicht in der effektivsten Weise zusammenwirken, um ein im Wesentlichen ungehindertes, schnelles Austragen des Unterdrückungsmittels unter gleichzeitiger Ausbildung eines gewünschten halbkugelfömigen Musters an dem geschützten Ort zu sichern. Fig. 3 der angefügten Zeichnungen zeigt ein Abgabemuster einer Unterdrückungsmittel-Dispersions- Düse bei einer typischen Explosion nach dem Stand der Technik. Wie dargestellt wird ein größerer Anteil des Unterdrückungsmittels von der Spitze und direkt von den Seiten der Düse abgegeben, als von den Zonen zwischen der Spitze und den Seiten der Düse. Daher ist das sich ergebende ungleichmäßige Abgabemuster nicht so effektiv, wie es beim Unterdrücken von Explosionen erwünscht ist, die in dem zu schützenden Bereich entstehen, der einer jeweiligen Explosionsschutzeinheit zugeordnet ist.
Es ist auch vorteilhaft, ein gewünschtes Abgabemuster zu erreichen, ohne die Abgaberate des Unterdrückungsmittels aus der Düse übermäßig zu verringern. So ist zum Beispiel ein perfekt halbkugelförmiges Abgabemuster nicht so nützlich, wenn die Geschwindigkeit des Unterdrückungsmittels so gering ist, dass das Unterdrückungsmittel nicht schnell und gleichmäßig zu den geschützten Punkten entfernt von der Düse ausgetragen wird.
Dem Stand der Technik entsprechende Explosionsunterdrückungs- Dispersionsdüsen erzielen keine hohe Abgaberate, weil die Düsen Öffnungen, Löcher und/oder Fenster mit Kanten aufweisen, die nahezu senkrecht zu der Längsachse der Düse verlaufen. Diese Kanten stören den Fluss des Unterdrückungsmittels aus der Düse und verringern somit die Abgaberate des Unterdrückungsmittels. Das verringert natürlich den effektiven Abgabebereich der Düse.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, bewirken diese Kanten, dass das Unterdrückungsmittel-Material über eine große Entfernung von der Düse an bestimmten Punkten und nur über eine kurze Entfernung an anderen Punkten abzugeben ist. Das ergibt wiederum ein nicht halbkugelförmiges Abgabemuster, das nicht so wirksam beim Unterdrücken einer Explosion ist, als es bei einem halbkugelförmigeren Unterdrückungsmittel-Muster der Fall wäre.
Da die dem Stand der Technik entsprechenden Dispersionsdüsen keine optimalen Unterdrückungsmittel-Abgabemuster bei gleichzeitigen hohen Abgaberäten erreicht haben, ist es schwierig, zu bestimmen, wo die Unterdrückungsmittel-Einheiten relativ zueinander angeordnet werden sollten, um einen ausgewählten Bereich ausreichend zu schützen. Um diese Mängel zu beseitigen, ist es Praxis gewesen, die Explosionsschutzsysteme mit einer ausreichenden Anzahl von einzelnen Unterdrückungsmittel-Austrage-Einheiten auszurüsten, um eine ausreichende Überlappung der Abgabemuster benachbarter Einheiten zu erzielen. Es ist leicht zu erkennen, dass das Hinzufügen von zusätzlichen, sich überlappenden Vorratsbehältern und Düsen die Kosten eines Explosionsschutzsystems unnötig erhöht.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Im Sinne der vorhergehenden Ausführungen hinsichtlich der Ausgestaltung und der Betriebseinschränkungen von dem Stand der Technik entsprechenden Explosions-Unterdrückungs-Dispersionsdüsen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse zur Verfügung zu stellen, die wirksamer ein optimales Abgabemuster des Unterdrückungsmittels, das zu einer geschützten Zone ausgetragen wird, erreicht.
Es ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dispersionsdüse zur Verfügung zu stellen, die Unterdrückungsmittel in eine geschützte Zone in einem nahezu halbkugelförmigen Muster dispergiert.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dispersionsdüse zur Verfügung zu stellen, die ein optimales Abgabemuster ohne übermäßiges Verringern der Durchsatzmenge des Unterdrückungsmittels aus der Düse erreicht.
Angesichts dieser Aufgaben und anderer Aufgaben, die aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hierin deutlich werden, wird eine verbesserte Explosionsunterdrückungsmittel-Dispersionsdüse für die Verwendung mit einem Explosionsschutzsystem zur Verfügung gestellt, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist. Die Explosions-Unterdrückungsmittel-Dispersionsdüse weist allgemein einen zylindrischen Körperabschnitt, der ein Einlassende zur Befestigung an einem unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Vorratsbehälter und ein Abgabeende sowie einen konkav-konvexen Kappenabschnitt auf, der an dem Abgabeende befestigt ist.
Der Körperabschnitt weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Fenstern zum seitlichen Dispergieren des Unterdrückungsmittel-Materials von der Längsachse der Düse auf. Jedes der Fenster weist eine erste Endwand nahe dem Einlassende des Körperabschnitts und eine zweite Endwand auf, die axial von der ersten Endwand beabstandet und nahe dem Abgabeende angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist jede der zweiten Endwände in ihrer Form halbzylindrisch und allgemein koaxial mit dem Körperabschnitt, um den Strömungswiderstand der offenen Fenster zu verringern.
Der Kappenabschnitt weist eine zentrale Öffnung, die mit der Längsachse der Düse ausgerichtet ist, zum Dispergieren des Unterdrückungsmittel-Materials axial aus der Düse und eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Löcher auf, die radial von der mittleren Öffnung beabstandet sind, zum Dispergieren des Unterdrückungsmittel-Materials radial oder in einem Winkel von der Spitze der Düse.
Die Fenster, die zentrale Öffnung und die Löcher sind zusammenwirkend angeordnet und dimensioniert, um ein nahezu halbkugelförmiges Abgabemuster mit geringem Verlust an Dispersionsgeschwindigkeit zu erreichen. So ist zum Beispiel die offene Fläche der mittleren Öffnung größer als die offene Fläche jedes der Löcher. Weiterhin sind die Löcher so positioniert, dass sie die zentrale Öffnung umschreiben und dass sie sich in einem gleichen Abstand von der mittleren Öffnung befinden.
In bevorzugten Formen beträgt die Summe der offenen Flächen der mittleren Öffnung und der Löcher mindestens fünfzehn Prozent der Summe der offenen Flächen aller Fenster. Weiterhin ist die Summe der offenen Flächen der mittleren Öffnung, aller Löcher und aller Fenster mindestens doppelt so groß, wie die Querschnittsfläche des hohlen Durchgangs der Düse, der zu der mittleren Öffnung führt, der umschreibenden Löcher und der Abgabefenster.
Durch die Konstruktion einer Explosions-Unterdrückungsmittel- Dispersionsdüse, wie sie hierin beschrieben ist, werden zahlreiche Vorteile erzielt. So erreicht zum Beispiel durch die Konstruktion einer Explosions-Unterdrückungsmittel-Dispersionsdüse in Übereinstimmung mit den vorher angeführten Dimensionsparametern die Düse unerwartet ein nahezu halbkugelförmiges Unterdrückungsmittel-Abgabemuster. Somit dispergiert die Düse im Wesentliche gleiche Menge von Unterdrückungsmittel zu Punkten, die allgemein einen gleichen Abstand von der Düse haben in im Wesentlichen derselben Zeit. Das liefert die effektivste Unterdrückung einer Explosion, gleich wo sie in der geschützten Zone stattfindet, wodurch die Notwendigkeit ausgeschlossen wird, Düsen in einer geschützten Zone in dem früher erforderlichen Ausmaß zu überlappen, wodurch die Kosten des Explosionsunterdrückungssystems wesentlich verringert werden. Diese Kosteneinsparung wird durch die Tatsache erhöht, dass es sich nicht gerade um einen Fall handelt, in dem mehr Düsen erforderlich sind, um eine ausreichende Düsenmusterüberlappung zu bieten. Im letzteren Fall muss eine vollständige Unterdrückungseinheit für jede Düsenposition verwendet werden.
Weiterhin wird durch die Gestaltung des Seiten-Abgabefensters mit Endwänden, die eine halbzylindrische Konfiguration aufweisen und koaxial mit dem Körperabschnitt sind, die Abgaberate des Unterdrückungsmittels nicht übermäßig verringert, da es durch die Fenster austritt. Das erlaubt es der Düse auch, das Unterdrückungsmittel gleichmäßiger zu dispergieren und das Unterdrückungsmittel auf Flächen auszutragen, die von der Düse entfernt liegen.
Es ist weiterhin zu erkennen, dass, obwohl die verbesserte Unterdrückungsmittel-Abgabedüse der vorliegenden Erfindung sich als besonders nützlich für Explosionsunterdrückungsanwendungen erwiesen hat, sie auch Anwendung in Feuerschutzsystemen finden kann, weil, wie es erläutert wurde, ein gleichmäßigeres Austragen des Unterdrückungsmittels realisiert wird, das notwendigerweise auch ein wünschenswertes Attribut für eine Feuerunterdrückungsausrüstung ist. Weiterhin bewirkt, wenn eine Explosion erfasst wird, die eine sofortige Unterdrückungsmittel-Reaktion erfordert, das schnelle und wirksame Austragen des Unterdrückungsmittels auch das Löschen aller dazugehörigen schnellen Brände. Gleichermaßen ist in dem Fall, wenn es sich nur um einen Brand handelt, ein gleichmäßiges und frühes Austragen des Unterdrückungsmittels zu dem Feuer für die Verhinderung der Brandausbreitung wichtig.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen in
Fig. 1 ein Seitenaufriss eines Explosionsschutzsystems, das gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und welche die Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse im Schnitt darstellt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse;
Fig. 3 eine grafische Darstellung der Abgabemuster für eine dem Stand der Technik entsprechende Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse in Zeitintervallen von 10, 20, 60 und 100 Millisekunden nach der Anfangsabgabe eines Unterdrückungsmittel-Behälters;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Abgabemuster für eine Explosionsunterdrückungs-Dispersionsdüse der vorliegenden Erfindung in Zeitintervallen von 10, 20, 60 und 100 Millisekunden nach der Anfangsabgabe des Unterdrückungsmittel-Behälters.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

Nun sich Fig. 2 zuwendend, ist dort eine Explosionsunterdrückungsmittel-Dispersionsdüse 10 dargestellt, die gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung aufgebaut ist. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Explosionsunterdrückungsmittel-Dispersionsdüse 10 vorzugsweise in einem Explosionsschutzsystem verwendet, das einen oder mehr Unterdrückungsmittel-Vorratsbehälter T2 aufweist, die über eine geschützte Zone beabstandet sind. Ein Beispiel eines bevorzugten Explosionsschutzsystems ist in dem Bezugspatent US-Patent Nr. 5,031,701 offenbart.
Allgemein enthält jeder Vorratsbehälter 12 einen Vorrat des unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Materials, wie zum Beispiel halogenisierten Kohlenwasserstoff (z. B. Du Pont's Halon 1301 oder 1211, Du Pont FE13 oder Great Lakes FM 200), ein Pulver (z. B. Natriumbikarbonat oder Kaliumbikarbonat oder Monoammoniumphosphat), Wasser oder anderes geeignetes Material. Jeder Vorratsbehälter 12 ist mit einer Berstscheibe 14 ausgestattet, die zwischen dem Abgabeende 28 des Vorratsbehälters 12 und der Düse 10 zum hermetischen Versiegeln des unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Materials in dem Vorratsbehälter 12 angeordnet ist. Das Explosionsschutzsystem weist normalerweise eine Sensoreinrichtung (nicht dargestellt), wie zum Beispiel eine druckempfindliche Einrichtung oder einen Infrarotdetektor zum Erkennen des Vorliegens einer Explosion in der geschützten Zone, eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), die auf die Sensoreinrichtung anspricht, zum Erzeugen elektrischer Steuersignale, wenn eine Explosion erfasst ist, und eine Auslöse- oder Zündeinrichtung 18 auf, die elektrisch auf Strom von der Steuereinrichtung anspricht, um das Zerreißen der Berstscheibe 14 in Reaktion auf das Erfassen einer beginnenden Explosion in der geschützten Zone einzuleiten. Wenn die Berstscheibe 14 betätigt wird, strömt das Unterdrückungsmittel-Material zum Dispergieren in der geschützten Zone aus dem Vorratsbehälter 12 unter Druck zu der Düse 10 aus.
Wieder auf Fig. 2 Bezug nehmend, weist die bevorzugte Explosionsunterdrückungsmittel-Dispersionsdüse 10 einen zylindrischen Körperabschnitt 20, einen ringförmigen Flanschabschnitt 22 und einen konkav-konvexen Kappenabschnitt 24 auf. Die Abschnitte 20, 22, 24 können aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen und sind bevorzugt einstückig ausgeführt.
Ausführlicher beschrieben, hat der Körperabschnitt 20 der Düse 10 ein Einlassende 26 zur Befestigung an dem naheliegenden Abgabeende des Vorratsbehälters 12 und ein Abgabeende 28, das axial von dem Einlassende 26 beabstandet ist. Ein hohler Durchgang 30 verläuft zwischen dem Einlassende 26 und dem Abgabeende 28, um das Unterdrückungsmittel-Material aus dem unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Behälter heraus zu leiten.
Der Körperabschnitt 20 weist vier in Umfangsrichtung beabstandete Fenster 32 auf, die allgemein rechteckige Öffnungen darstellen, um es dem Unterdrückungsmittel-Material zu erlauben, seitlich oder radial aus dem hohlen Durchgang 30 des Körperabschnitts 20 zu strömen. Jedes der Fenster 32 ist durch ein Paar von länglichen, beabstandeten, in Längsrichtung verlaufenden Seitenwänden 34, 35 definiert, die parallel zu der Längsachse des Durchgangs 30 verlaufen und dadurch im Wesentlichen senkrecht zu der Außenfläche des Körperabschnitts 10 angeordnet sind.
Ein Paar von gegenüberliegenden, länglichen Wänden 36, 38, die einen Teil jedes Fensters 32 bilden, erstreckt sich senkrecht zu den gegenüberliegenden Seitenwänden 34, 35, wobei die Endwände 36 nahe dem Einlassende 26 des Durchgangs 30 angeordnet sind. Die Endwand 38 jedes Fensters 32 ist axial von der entsprechenden Wand 36 entfernt und ist nahe dem Abgabeende 28 des Körperabschnitts 20 angeordnet.
Die Endwände 36 liegen in einem imaginären Ring, wobei die Querdimension jeder Wand 36 allgemein senkrecht zu der Achse des Durchgangs 30 liegt. Die Endwände 38 liegen in einem imaginären Zylinder, der mit der Längsachse des Durchgangs 30 koaxial ist, jedoch einen etwas geringeren Durchmesser aufweist. Wie am besten in Fig. 1 dargestellt, laufen die halbzylindrischen Endwände 38 jedes Fensters 32 und die innere konkave Fläche des Kappenabschnitts 24 zusammen, um eine Reihe von relativ scharfen, halbkreisförmigen Kanten aufzuweisen, die koaxial zu der Längsachse des Durchgangs 30 sind.
Die effektive Größe der offenen Fläche jedes der Fenster 32 steht in Korrelation mit dem Volumen des Unterdrückungsmittels in einem speziellen Unterdrückungsmittel-Behälter 12, dem Druck in einem solchen Behälter 12, dem Durchmesser der Auslassöffnung des Behälters 12, dem entsprechenden Durchmesser des Durchgangs 30 der Düse 10, der Länge des Durchgangs 30 und mit der Art des Unterdrückungsmittels in dem Behälter 12. In einer bevorzugten Ausführung einer Düse 10, die einen Innendurchmesser von 6" (15 cm) und eine Länge des Durchgangs von etwa 10" (25 cm) hat, sind die Seitenwände 34, 35 etwa 3-4" (7-10 cm) voneinander entfernt und die Wände 36 sind etwa 3-4" (7-10 cm) voneinander entfernt, so dass jedes Fenster 32 eine offene Fläche von etwa 22-40 cm² 9-16 "2 (22-40 cm²) aufweist.
Die Zusammenlaufzonen 37 jeder Wand 36 mit den jeweiligen Seitenwänden 34, 35 sind bogenförmig, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Gleichermaßen sind die Zusammenlaufzonen 39 jeder Wand 34, 35 mit den jeweiligen Endwänden 38 bogenförmig. Die Fensterwände 41, die einen Teil des Körperabschnitts 20 bilden, sind zwischen den Seitenwänden 34, 35 der benachbarten Fenster 32 angeordnet.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, läuft die Wand 38 jedes Fensters 32 auf die Innenfläche des Kappenabschnitts 32 zu, um eine relativ scharfe Kante zu bilden. In bevorzugten Formen beträgt der Zusammenlaufwinkel zwischen der Wand 38 jedes Fensters 32 und der inneren, konkaven Oberfläche des Kappenabschnitts 24 etwa 5 bis 30 Grad und allgemein etwa 15 Grad. Bei dieser Ausgestaltung definieren die halbzylindrischen Endwände 38 an den Zusammenlaufzonen davon mit der inneren, konkaven Oberfläche des Kappenabschnitts 24 relativ scharfe Kanten, um einen relativ geringen Abreißwiderstand der Strömung des Unterdrückungsmittel-Materials aus den Fenstern 32 anzubieten. Das führt zu einer höheren und gleichmäßigeren Unterdrückungsmittel-Abgaberate aus der Düse 10.
Der ringförmige Flanschabschnitt 22 der Düse 10 erstreckt sich von dem Einlassende 26 des Körperabschnitts 20 radial nach außen und ist zum Befestigen der Düse 10 an einem passenden Flansch 44, 46 an dem Abgabeende des Vorratsbehälters 12 vorgesehen. Wie am besten in Fig. 1 dargestellt ist, ist der ringförmige Flanschabschnitt 22 vorzugsweise zwischen einem Paar von Spannbaugruppen 44, 46 eingespannt oder verschraubt, die wiederum mit dem Flansch 47 des Abgabeendes des Vorratsbehälters 12 verschraubt sind.
Der Kappenabschnitt 24 der Düse 10 ist integrierter Bestandteil des Abgabeendes 28 des Körperabschnitts 20 und hat vorzugsweise eine konkav-konvexe Form. Der Kappenabschnitt 24 weist eine zentrale Öffnung 48 auf, die mit der Längsachse des Durchgangs 30 ausgerichtet ist und hat eine Reihe von Löchern 50, die in Umfangsrichtung um die zentrale Öffnung 48 und radial von der zentralen Öffnung 48 beabstandet sind. Eine bevorzugte Ausführung der Düse 10 ist mit acht Löchern 50 ausgestattet.
Die zentrale Öffnung 48 dispergiert Unterdrückungsmittel-Material axial aus der Düse 10 und die Löcher 50 dispergieren Unterdrückungsmittel-Material in einem Winkel aus der Düse 10. Wie vorher erläutert, steht die effektive Größe der offenen Fläche der mittleren Öffnung 48 und jeder der Löcher 50 mit dem Volumen des Unterdrückungsmittels in einem speziellen Unterdrückungsmittel-Behälter 12, dem Druck in einem solchen Behälter 12, dem Durchmesser der Auslassöffnung des Behälters 12, dem entsprechenden Durchmesser des Durchgangs 30 der Düse 10, der Länge des Durchgangs 30 und mit der Art des Unterdrückungsmittels in dem Behälter 12 in Korrelation. In einer bevorzugten Ausführung einer Düse 10, die einen Innendurchmesser von 6" (15 cm) und eine Länge des Durchgangs von etwa 10" (25 cm) hat, hat die zentrale Öffnung 48 einen Durchmesser von etwa 2 bis 2,2" (5 bis 6 cm) und somit eine Fläche von etwa 3 bis 5 "2 (7-12 cm²) und jedes Loch 50 hat einen Durchmesser von etwa 1 bis 1,25" (2 bis 3 cm) und somit eine offene Fläche von etwa 0,8 bis 1, 2 "2 (2 bis 3 cm²).
Vorteilhafterweise sind die Fenster 32, die zentrale Öffnung 48 und die Löcher 50 zusammenwirkend positioniert und dimensioniert, um ein nahezu halbkugelförmiges Abgabemuster aus der Düse mit geringem Verlust an Dispersionsgeschwindigkeit zu erreichen. Um ein halbkugelförmiges Abgabemuster zu erreichen, ist die Düse 10 so ausgebildet, dass die offene Fläche der mittleren Öffnung 48 größer ist, als die offene Fläche jedes Lochs 50, vorzugsweise 3 bis 4 mal so groß. Weiterhin sind die Löcher 50 so positioniert, dass sie die zentrale Öffnung 48 umschreiben und sich in einem gleichen Abstand von ihr befinden.
Weiterhin beträgt die Summe der Flächen der zentralen Öffnung 48 und der Löcher 50 mindestens fünfzehn Prozent der kombinierten Fläche der Fenster 32 und vorzugsweise fünfundzwanzig Prozent der kombinierten Fläche. Ferner ist die Summe der Flächen der zentralen Öffnung 48, der Löcher 50 und der Fenster 32 mindestens doppelt so groß wie die Querschnittsfläche des hohlen Durchgangs 32 des Düsenkörpers 20 und vorzugsweise mindestens fünfmal so groß.
Bei Ausgestaltung der Düse 10 gemäß den vorher beschriebenen Parametern, wird ein nahezu halbkugelförmiges Unterdrückungsmittel-Abgabemuster mit einem geringen Verlust an Abgabedurchflussmenge erreicht. Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Abgabemuster für die vorliegende Düse 10 in Zeitintervallen von 10, 20, 60 und 100 Millisekunden nach der Anfangsabgabe des Unterdrückungsmittels aus dem Behälter 12. Die Figur zeigt das Abgabemuster einer Düse mit einem Durchmesser von 15,24 cm, die an einem 25-Liter-Vorratsbehälter befestigt ist, der Unterdrückungsmittel unter einem Druck von 63,27 kg/cm² (900 psi) enthält. Die linke Legende gibt das Zeitintervall von der Anfangsabgabe und die rechte Legende den Abstand, den das Unterdrückungsmittel nach der Abgabe aus der Düse 10 während jedes Zeitintervalls zurücklegt, an. Wie vorher angeführt, ist Fig. 3 eine ähnliche grafische Darstellung des Abgabemusters einer dem Stand der Technik entsprechenden Düse in den gleichen Zeitintervallen und unter ähnlichen Betriebsparametern.
Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, erreicht die Düse 10 der vorliegenden Erfindung ein nahezu halbkugelförmiges Abgabemuster, während die dem Stand der Technikentsprechenden Düse ein Abgabemuster aufweist, dass stark nahe den Spitzen und direkt an den Seiten der Düse konzentriert ist. Weiterhin dispergiert die Düse 10 der vorliegenden Erfindung Unterdrückungsmittel 4, 7, 15 und 24 Fuß (1,22; 2,13; 4,57 und 7,32 m) nach 10, 20, 60 bzw. 100 Millisekunden, wogegen die dem Stand der Technik entsprechenden Düse Unterdrückungsmittel nur 4, 7, 14 und 21 Fuß (1,22; 2,13; 4,27 und 6,40 m) nach 10, 20, 60 bzw. 100 Millisekunden dispergiert.
Das vorliegende Explosionsschutzsystem kann auch eine Deckeleinheit 52 (siehe Fig. 1) aufweisen, welche die Düse 10 umgibt, um zu verhindern, dass die zentrale Öffnung 48, die Löcher 50 und die Fenster 32 verstopft werden, wenn sich die Düse 10 nicht in Gebrauch befindet. Die Deckeleinheit 52 ist so ausgestaltet, dass sie zerreißt, wenn das Unterdrückungsmittel aus dem Vorratsbehälter 12 abgegeben wird, um es dem Unterdrückungsmittel zu erlauben, ungehindert aus der Düse 12 auszuströmen. Die bevorzugte Deckeleinheit wird ausführlicher in dem US-Patent Nr. 5,199,500 offenbart.
Obwohl die Erfindung unter speziellem Bezug auf die bevorzugte Ausführung beschrieben ist, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, ist zu bemerken, dass Äquivalente verwendet und Substitutionen hierbei ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen angeführt ist.
Nachdem somit die bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde, ist das, was als neu beansprucht wird und durch die Patenturkunde geschützt werden soll, folgendes:

Claims

1. Düse (10) zur Befestigung an einem unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Behälter (12) zum Abgeben von Unterdrückungsmittel-Material aus dem Behälter, wobei die Düse aufweist:

einen zylindrischen Körperabschnitt (20), der ein Einlaßende (26) zur Befestigung an dem Behälter aufweist, ein Abgabeende (28), das axial von dem Einlaßende beabstandet ist, und einen zwischen dem Einlaßende (26) und dem Abgabeende (28) verlaufenden hohlen Durchgang zum Austragen von Unterdrückungsmittel- Material aus dem unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Behälter, wobei der Körperabschnitt (20) eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter im wesentlichen rechteckiger Fenster (32) umfaßt, um das Unterdrückungsmittel-Material seitlich aus dem Durchgang zu dispergieren, wobei jedes der Fenster eine erste offene Fläche aufweist; und

einen an dem Abgabeende (28) befestigten Kappenabschnitt (24), wobei der Kappenabschnitt

eine mit der Längsachse der Düse (10) ausgerichtete zentrale Öffnung (48), um das Unterdrückungsmittel-Material axial aus dem Durchgang zu dispergieren, wobei die zentrale Öffnung (48) eine zweite offene Fläche aufweist, und

eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter, radial von der zentralen Öffnung beabstandeter Öffnungen (50) umfaßt, um das Unterdrückungsmittel-Material radial aus dem Durchgang zu dispergieren, wobei jede der Öffnungen eine dritte offene Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite offene Fläche größer ist als jede der dritten offenen Flächen, so daß ein nahezu halbkugelförmiges Muster erreicht werden kann.

2. Düse (10) nach Anspruch 1, welche ferner einen sich von dem Einlaßende radial nach außen erstreckenden ringförmigen Flanschabschnitt (22) zur Befestigung an dem Vorratsbehälter aufweist.

3. Düse (10) nach Anspruch 1, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen mindestens fünfzehn Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

4. Düse (10) nach Anspruch 1, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen mindestens zwanzig Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

5. Düse (10) nach Anspruch 1, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen ungefähr fünfundzwanzig Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

6. Düse (10) nach Anspruch 1, wobei die Summe der ersten, zweiten und dritten offenen Flächen mindestens doppelt so groß ist wie die Querschnittsfläche des hohlen Durchgangs (30) des zylindrischen Körperabschnittes (20).

7. Düse (10) nach Anspruch 1, wobei jedes der offenen Fenster (32) eine erste Endwand (36) nahe dem Einlaßende (26) des Körperabschnittes (20) und eine zweite Endwand (38) aufweist, die axial von der ersten Endwand (36) beabstandet und nahe dem Abgabeende (28) des Körperabschnittes (20) angeordnet ist, wobei jede der zweiten Endwände (38) halbzylindrisch ausgestaltet und koaxial mit der Längsachse des Durchgangs (30) ist, um den Strömungswiderstand der offenen Fenster zu verringern.

8. Düse (10) nach Anspruch 7, wobei der Kappenabschnitt (24) eine innere konkave Oberfläche aufweist, wobei die zweiten Endwände (38) der offenen Fenster (32) und die innere konkave Oberfläche des Kappenabschnittes (24) zusammenlaufen, um eine Reihe scharfer, halbkreisförmiger Kanten aufzuweisen, die koaxial zu der Längsachse des Durchgangs (30) sind.

9. Düse (10) nach Anspruch 8, wobei die zweite Endwand (38) jedes offenen Fensters (32) und die innere Oberfläche des Kappenabschnittes (24) aufeinander zu in einem Zusammenlaufwinkel von weniger als sechzig Grad zusammenlaufen.

10. Düse (10) nach Anspruch 9, wobei der Zusammenlaufwinkel zwischen der zweiten Endwand (38) jedes offenen Fensters (32) und der inneren Oberfläche des Kappenabschnittes (24) weniger als dreißig Grad beträgt.

11. Explosionsschutz-Vorrichtung zum Abgeben eines Unterdrückungsmittel-Materials in eine Zone zum Verhindern und Auslöschen von Explosionen in der Zone, wobei die Vorrichtung aufweist:

einen Vorratsbehälter (12) zum Speichern eines Vorrates an unter Druck stehendem Unterdrückungsmittel-Material;

eine Berstscheibe (14) zum Versiegeln des unter Druck stehenden Unterdrückungsmittel-Materials in dem Vorratsbehälter;

ein Sensormittel zum Erkennen des Vorliegens einer beginnenden Explosion in der geschützten Zone;

ein auf das Sensormittel reagierendes Zerreißmittel (18) zum Zerreißen der Berstscheibe in Reaktion auf das Erkennen der Explosion, um es dem Unterdrückungsmittel-Material zu erlauben, aus dem Vorratsbehälter auszutreten; und

eine mit dem Vorratsbehälter (12) gekoppelte Düse (10), um das Unterdrückungsmittel-Material dadurch zu dispergieren,

wobei die Düse (10)

einen zylindrischen Körperabschnitt (20), der axial beabstandete Einlaß- (26) und Abgabeenden (28) aufweist, wobei der Körperabschnitt eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Fenster (32) zum seitlichen Dispergieren des Unterdrückungsmittel- Materials aus der Düse (10) umfaßt, wobei jedes der Fenster eine erste offene Fläche aufweist, und

einen an dem Abgabeende (28) befestigten Kappenabschnitt (24) aufweist, wobei der Kappenabschnitt

eine mit der Längsachse der Düse (10) ausgerichtete zentrale Öffnung (48), um das Unterdrückungsmittel-Material axial aus der Düse (10) zu dispergieren, wobei die zentrale Öffnung (48) eine zweite offene Fläche aufweist, und

eine Anzahl in Umfangsrichtung beabstandeter, radial von der zentralen Öffnung (48) beabstandeter Öffnungen (50) umfaßt, um das Unterdrückungsmittel-Material radial aus dem Durchgang zu dispergieren, wobei jede der Öffnungen eine dritte offene Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Düse (10) ferner einen sich von dem Einlaßende radial nach außen erstreckenden ringförmigen Flanschabschnitt (22) zur Befestigung an dem Vorratsbehälter aufweist.

13. Düse der Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen mindestens fünfzehn Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

14. Düse der Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen mindestens zwanzig Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

15. Düse der Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Summe der zweiten und dritten offenen Flächen ungefähr fünfundzwanzig Prozent der Summe der ersten offenen Flächen beträgt.

16. Düse der Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Summe der ersten, zweiten und dritten offenen Flächen mindestens doppelt so groß ist wie die Querschnittsfläche des hohlen Durchgangs (30) des zylindrischen Körperabschnittes (20).

17. Düse der Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jedes der offenen Fenster (32) eine erste Endwand (36) nahe dem Einlaßende (26) des Körperabschnittes (20) und eine zweite Endwand (38) aufweist, die axial von der ersten Endwand (36) beabstandet und nahe dem Abgabeende (28) des Körperabschnittes (20) angeordnet ist, wobei jede der zweiten Endwände (38) halbzylindrisch ausgestaltet und koaxial mit der Längsachse des Durchgangs (30) ist, um den Strömungswiderstand der offenen Fenster zu verringern.

18. Düse (10) nach Anspruch 17, wobei der Kappenabschnitt (24) eine innere konkave Oberfläche aufweist, wobei die zweiten Endwände (38) der offenen Fenster (32) und die innere konkave Oberfläche des Kappenabschnittes (24) zusammenlaufen, um eine Reihe schärfer, halbkreisförmiger Kanten aufzuweisen, die koaxial zu der Längsachse des Durchgangs (30) sind.

19. Düse (10) nach Anspruch 18, wobei die zweite Endwand (38) jedes offenen Fensters (32) und die innere Oberfläche des Kappenabschnittes (24) aufeinander zu in einem Zusammenlaufwinkel von weniger als sechzig Grad zusammenlaufen.

20. Düse (10) nach Anspruch 19, wobei der Zusammenlaufwinkel zwischen der zweiten Endwand (38) jedes offenen Fensters (32) und der inneren Oberfläche des Kappenabschnittes weniger als dreißig Grad beträgt.