DE69822786T2

DE69822786T2 - Chemisch aktive Feuerunterdrückungszusammensetzung

Info

Publication number: DE69822786T2
Application number: DE1998622786
Authority: DE
Inventors: G.F. Holland; Michael A. Wilson
Original assignee: PRIMEX AEROSPACE CO REDMOND; Primex Aerospace Co
Current assignee: PRIMEX AEROSPACE CO REDMOND; Primex Aerospace Co
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: US6024889A; AU751975B2; EP0951923B1; JPH11256165A; AU9726998A; DE69822786D1; EP0951923A1; ATE262954T1

Description

Die Erfindung betrifft Feuerunterdrückungs-Zusammensetzungen und insbesondere Feuerunterdrückungs-Zusammensetzungen, die für die Umwelt unschädlich sind und die sowohl physikalisch als auch chemisch dahingehend wirken, Feuer zu löschen. Sie betrifft auch eine Vorrichtung zum Löschen eines Feuers.
Halogen enthaltende Mittel wie Halon 1211 (Bromchlordifluormethan, CF₂BrCl) und Halon 1301 (Trifluorbrommethan, CF₃BrCl) wurden viele Jahre lang als wirkungsvolle Feuerunterdrückungsmittel verwendet. Diese Feuerunterdrückungsmittel erzeugen chemisch reaktive Halogenradikale, die in den Verbrennungsprozess eingreifen und der Feuerlöschfähigkeit von Halonen einen wichtigen Vorteil verschaffen. Bestimmte Halogen enthaltende Feuerunterdrückungsmittel jedoch, wie Halon 1301, tragen beträchtlich zur Zerstörung von stratosphärischem Ozon in der Atmosphäre bei. Halon 1301 ist eine flüchtige Verbindung, und bei Fotolyse in großer Höhe bildet Halon 1301 reaktive chemische Radikale, die mit Ozon (O₃) unter Erzeugung von Sauerstoff (O₂) reagieren: CF₃Br + hv → CF₃· + Br Br· + O₃ → BrO· + O₂ BrO· + O₃ → Br· + 2O₂
Zur Verringerung der durch Halone verursachten stratosphärischen Ozon-Verarmung sind nahezu alle im Handel verfügbaren Feuerunterdrückungsmittel, die heute konzipiert werden, "physikalisch wirkende" Mittel. Mit anderen Worten, diese Feuerunterdrückungsmittel verwenden zur Unterdrückung von Feuern physikalische Eigenschaften statt chemische Eigenschaften. Beispiele für physikalisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel sind inerte Gase wie Kohlendioxid (CO₂), Wasserdampf (H₂O) und Stickstoff (N₂). Wenn diese inerten Gase einem Feuer zugeführt werden, verdrängen sie Sauerstoff aus dem Verbrennungsbereich, während sie gleichzeitig als eine Wärmesenke dienen, um die Temperatur der Verbrennungszone zu verringern. Die Kombination dieser beiden physikalischen Wirkungen führt zum Löschen des Feuers. Ein Beispiel für diesen Typ von Feuerunterdrückungsmittel ist das US-Patent Nr. 5 423 384 von Galbraith et al., das eine Vorrichtung beschreibt, die flüssige und feste Feuerunterdrückungsmittel wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoffgas zuführt.
Leider sind physikalisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel weniger wirkungsvoll als chemisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel. Dementsprechend sind zum Löschen von Feuern größere Mengen an physikalisch wirkendem Feuerunterdrückungsmittel erforderlich. Folglich müssen in Verbindung mit physikalisch wirkenden Feuerunterdrückungsmitteln häufig eine sperrige Ausrüstung und größere Aufbewahrungsbehälter verwendet werden. Die sperrige Natur dieser Ausrüstung ist bei bestimmten Anwendungen, wo der Platz beschränkt ist, wie bei militärischen oder zivilen Flugzeug- oder Landfahrzeug-Motorräumen, in der Raumfahrt oder bei militärischen oder zivilen Flugzeug-Trockenbuchten, ein Nachteil.
Feste Treibmittelformulierungen ähnlich denjenigen, die in Raketentriebwerken und Kraftfahrzeug-Airbags verwendet werden, haben in jüngster Zeit neue Anwendungen als physikalisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel gefunden. Die Gase, die von Feuerunterdrückungsmitteln auf der Basis von festem Treibmittel gebildet werden, bieten Vorteile wie ein niedriges Ozonverarmungs-Potential (ODP, ozone depletion potential) und geringen Eingriff in die Umwelt. Beispielsweise erzeugen feste Treibmittelzusammensetzungen auf der Basis von Natriumazid-Brennstoff und anorganischen Oxidationsmitteln nahezu reines inertes Stickstoffgas. In ähnlicher Weise bieten azidfreie Formulierungen verbesserte Wirksamkeiten hinsichtlich der Produktion großer Volumina chemisch inerter Gasgemische mit minimalen Anteilen schädlicher Gase. Zusätzlich zu diesen Vorteilen sind feste Treibmittel in der Lage, aus relativ kleinen Mengen an festen Materialien große Mengen chemisch inerter Gase (haupt sächlich CO₂, N₂, H₂O) zu erzeugen. Daher ist die effektive Lagerdichte für derartige Feuerunterdrückungsmittel hoch. Derartige Systeme leiden jedoch, wie oben angegeben, allgemein unter verringerter Effizienz, weil sie sich weitgehend auf physikalische Feuerunterdrückungsaktivität statt auf die wirkungsvollere chemische Feuerunterdrückungsaktivität stützen.
In der Technik sind zusätzliche Materialien und Verfahren zum Löschen von Feuer bekannt, von denen viele auf physikalische Verfahren zum Löschen von Feuern gerichtet sind. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 4 601 344 von Reed et al. ein Feuerlöschverfahren, das eine Gas erzeugende Zusammensetzung, die Glycidylazid-Polymer und einen festen Zusatzstoff mit hohem Stickstoffgehalt wie Guanylaminotetrazol-nitrat, Bis(triaminoguanidinium)-5,5'-azotetrazol, Ammonium-5-nitroaminotetrazol und Nitroguanidin mit hoher Schüttdichte, aufweist, verwendet.
Das US-Patent Nr. 5 520 826 von Reed et al. offenbart ein Feuerlöschverfahren, das eine Gas erzeugende Zusammensetzung, die Glycidylazid-Polymer, ein Azido-Plastifizierungsmittel, einen Zusatzstoff mit hohem Stickstoffgehalt und das Kaliumsalz von Perfluoroctansäure aufweist, verwendet. Aromatische Brom-Zusatzstoffe können der Zusammensetzung als chemische Feuerunterdrückungsmittel zugesetzt werden; derartige Zusatzstoffe sind jedoch gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt.
Das US-Patent Nr. 5 423 385 von Baratov et al. beschreibt Formulierungen von feuerlöschenden Aerosolen, die ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel enthalten. Die Zusammensetzungen dieser Aerosole löschen Feuer unter Verwendung einer Kombination von Wärmeabsorption und chemischer Wechselwirkung.
Das US-Patent Nr. 3 922 820 von Filter et al. beschreibt eine Feuerlöschzusammensetzung, die ein Halogen enthaltendes feuerlöschendes Mittel, ein Oxidationsmittel und ein Bindemittel aufweist. Die organischen Spezies jedoch, die erzeugt werden, werden typischerweise als karzinogen und als Gesundheitsgefahren für die Umwelt betrachtet.
Chemical abstracts vol. 84, Nr. 18, abstract von JP 75118979 offenbart Gas bildende Zusammensetzungen für Feuerlöscher, die aus organischen Substanzen wie Azodicarbonamid, das bei thermischer Zersetzung Stickstoff erzeugt, und anorganischen Heizmitteln wie Ferrosilicium-Metalloxid und/oder Metallperoxid bestehen. Als Wärmeverringerungsmittel kann ein Carbonat, Bicarbonat, Oxalat und Alkalimetallchlorid zugegeben werden.
US-A-5 425 886 offenbart ein Nicht-Halon-Feuerlöschsystem, das ein Treibmittel/Explosivmittel verwendet, um ein Gemisch von Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserdampf zu erzeugen, das auf ein Feuer gelenkt wird oder dazu verwendet wird, den leeren Raum in einem Brennstofftank zu füllen. Zu geeigneten Treibmitteln/Explosivmitteln gehören zulässige binäre Explosivstoffe und Hydroxylamin-Treibmittel, Initialzündmittel-Zusammensetzungen und Explosivstoffe auf der Basis von heterogener Gelaufschlämmung und von ANFO-Ammoniumnitrat. Weitere Flammhemmungschemikalien wie Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Kaliumcarbonat, Kaliumchlorid und Monoammoniumphosphat können zugegeben werden.
WO 97/33653 offenbart ein Verfahren zum Löschen von Feuern, das die Herstellung einer ein Oxidationsmittel und ein Brennstoff-Bindemittel enthaltenden Feuerlöschzusammensetzung, die Platzierung der Zusammensetzung im Bereich des Sitzes des Feuers, das Starten einer unterhaltbaren Brennstoff-Oxidationsreaktion, die Verbrennungsprodukte in fein verteilter Aerosolform produziert, und dann das Zulassen, dass das Aerosolmedium auf den Sitz des Feuers einwirkt, umfasst. Eine Zusammensetzung, die eine Brennstoff/Oxidationsmittel-Kombination und ein für die Umwelt unschädliches Feuerunterdrückungsmittel, das ausgewählt ist aus der aus Kaliumiodid, Kaliumbromid, Kaliumiodat, Kaliumbromat und Kombinationen davon bestehenden Gruppe, enthält, ist nicht offenbart.
DE 904 996 offenbart Mittel zur Produktion von Treibgas, aufweisend verdichtete Ladungen, die aus Ammoniumnitrat oder Guanidinnitrat oder Nitroguanidin oder Nitrocyandiamidin oder Dicyandiamidinnitrat oder Gemischen davon hergestellt sind, wobei die Ladungen dergestalt mit einem pulverisierten Sensibilisierungsmittel sensibilisiert sind, dass die thermische Zersetzung dieser Verbindungen selbstunterhaltend wird.
Außerdem gibt es zahlreiche Zusammensetzungen, die einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel enthalten, wobei die Zusammensetzungen zur Verwendung als Airbag-Gaserzeuger geeignet sind.
WO 97/46502 offenbart Zusammensetzungen, die einen Brennstoff wie Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat, Triaminoguanidinnitrat, Nitroguanidin, und ein Oxidationsmittel wie Ammoniumnitrat, Kaliumnitrat, Kaliumperchlorat, aufweisen.
DE 44 11 654 A1 beschreibt ein Gas erzeugendes Gemisch, das eine stickstofffreie organische Verbindung (Brennstoff), z. B. Nitroguanidin, und ein anorganisches Oxidationsmittel, z. B. Nitrate und/oder Perchlorate, insbesondere Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumnitrate oder -perchlorate, aufweist.
DE 195 48 917 A1 offenbart eine Gas erzeugende Zusammensetzung, die einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel, z. B. Nitroguanidin als einen Brennstoff und Kaliumnitrat als ein Oxidationsmittel, aufweist.
EP 0 519 485 A1 offenbart Treibmittel für Gaserzeuger, die einen Brennstoff wie Guanidin, Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Aminoguanidin, Aminoguanidinnitrat, Aminoguanidin-hydrogencarbonat, etc., und ein Oxidationsmittel aus der Gruppe der Peroxide, und ein zusätzliches Oxidationsmittel aus der Gruppe der Nitrate, wie Ammonium-, Natrium-, Kaliumnitrat, aufweisen.
DE 195 05 568 A1 offenbart Gas erzeugende Verbindungen, die einen Brennstoff wie Guanidin, Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Aminoguanidin, etc., und ein Oxidationsmittel wie Ammoniumnitrat, Alkalinitrate und Erdalkalinitrate, insbesondere Lithium-, Natrium- oder Kaliumnitrat, aufweisen.
US-A-5 125 684 offenbart eine Zusammensetzung, die einen Brennstoff wie Nitroguanidin, Triaminoguanidinnitrat, etc., und ein Oxidationsmittel wie Natrium- und Kaliumnitrate und -perchlorate aufweist.
US-A-5 460 671 offenbart Zusammensetzungen, die einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel enthalten, wobei das bevorzugte Oxidationsmittel Kaliumchlorat ist.
DE 197 30 873 A1 offenbart Brennstoff/Oxidationsmittel-Zusammensetzungen, wobei der Brennstoff z. B. 3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on, 5-Aminotetrazolnitrat oder Nitroguanidin, das Oxidationsmittel z. B. Natriumnitrat oder Kaliumnitrat ist.
WO 96/25375 offenbart eine Zusammensetzung, die Nitroguanidin als einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel wie Natriumnitrat enthält.
Die obigen Zusammensetzungen enthalten kein für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel, das in der Lage ist, Feuer unterdrückende reaktive Spezies zu erzeugen.
Was dementsprechend in der Technik erforderlich ist, ist eine Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung, die die Vorteile von sowohl physikalischer Feuerunterdrückung als auch chemischer Feuerunterdrückung liefert und die für die Umwelt unschädlich ist. Es wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung eine Antwort auf dieses Erfordernis ist.
In einer Hinsicht betrifft die Erfindung eine chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung, aufweisend ein Treibmittel, das einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel aufweist, wobei das Treibmittel zur Erzeugung von inertem Gas in der Lage ist; und ein spezielles, für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel, das zur Erzeugung Feuer unterdrückender reaktives Spezies in der Lage ist, wie in Anspruch 1 beansprucht.
In einer bevorzugten Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung, aufweisend ein Treibmittel, das einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel aufweist, wobei der Brennstoff von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht, das Oxidationsmittel von etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht, das Treibmittel zur Erzeugung von inertem Gas in der Lage ist; und ein für die Umwelt unschädliches Feuerunterdrückungsmittel, das zur Erzeugung Feuer unterdrückender reaktiver Spezies in der Lage ist, wobei das für die Umwelt unschädliche chemische Feuerunterdrückungsmittel ausgewählt ist aus der aus Kaliumiodid, Kaliumbromid, Kaliumiodat, Kaliumbromat und Kombinationen davon bestehende Gruppe, wobei das chemische Feuerunterdrückungsmittel von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmacht.
In einer anderen Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die die Zusammensetzung der Erfindung aufweist, wie in Anspruch 14 beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beansprucht.
In einer bevorzugten Hinsicht betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Unterdrücken eines Feuers, aufweisend (a) einen ersten Behälter, der ein Treibmittel enthält, das einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel aufweist, wobei der Brennstoff von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht, das Oxidationsmittel von etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% der Zusammensetzung ausmacht, wobei das Treibmittel in der Lage ist, inertes Gas zu erzeugen; (b) einen zweiten Behälter, der mit dem ersten Behälter durch einen Durchgangsweg verbunden ist, wobei der zweite Behälter ein Kühlmittel und ein für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel enthält, das in der Lage ist, Feuer unterdrückende reaktive Spezies zu erzeugen, wobei das für die Umwelt unschädliche chemische Feuerunterdrückungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Kaliumiodid, Kaliumbromid, Kaliumiodat, Kaliumbromat und Kombinationen davon besteht, wobei das chemische Feuerunterdrückungsmittel von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmacht; und (c) einen Auslass zwischen dem zweiten Behälter und dem Feuer.
Diese und andere Aspekte werden in der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung genauer beschrieben.
Die Erfindung wird vollständiger verstanden werden aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit dem begleitenden Zeichnungen hergenommen wird, in denen:
1 eine schematische Abbildung einer Vorrichtung, die mit der Zusammensetzung der Erfindung brauchbar ist, ist (nicht beansprucht); und
2 eine schematische Abbildung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist.
Die Erfindung betrifft eine Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung, die eine Kombination von physikalisch wirkenden und chemisch wirkenden Feuerunterdrückungsmitteln ist. Das physikalisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel ist ein Treibmittel, das große Mengen an inertem Gas produziert, das das Feuer abschirmt und die Verbrennungstemperatur verringert. Das chemisch wirkende feuerunterdrückende Mittel ist eine feuerunterdrückende reaktive Spezies, die Verbrennungsreaktionen in einem Feuer unterdrückt. Es wurde überraschend gefunden, dass die Kombination von inerten Gasen und feuerunterdrückenden reaktiven Spezies zu einer beträchtlichen Steigerung der Feuerunterdrückungs-Fähigkeit und -Wirksamkeit gegenüber einem physikalisch wirkenden Mittel oder einem chemisch wirkenden Mittel einzeln führt. Außerdem sind die feuerunterdrückenden reaktiven Spezies der vorliegenden Erfindung für die Umwelt nicht schädlich und tragen nicht zur Zerstörung der Ozonschicht bei. Die Feuerunterdrückungs-Zusammensetzungen der Erfindung zeigen sowohl auf Massenbasis als auch auf Volumenbasis hohe Feuerunterdrückungs-Wirksamkeit, und daher sind zum Löschen einer Flamme kleinere Mengen an Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung erforderlich. Der Zuwachs an Feu erunterdrückungs-Wirksamkeit kann 50% überschreiten, was zu niedrigeren Mengen an Mittel, die zum Löschen einer Flamme erforderlich sind, führt.
Wie oben angegeben, sind die Feuerunterdrückungs-Zusammensetzungen der Erfindung Kombinationen von (1) einem oder mehreren physikalisch wirkenden Feuerunterdrückungsmitteln und (2) einem oder mehreren chemisch wirkenden Feuerunterdrückungsmitteln.
Das physikalisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel ist bevorzugt ein Treibmittel, das, wenn es gezündet wird, große Mengen an inerten Gasen wie Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂) und Wasserdampf (H₂O) produziert. Solche in der Zusammensetzung der Erfindung brauchbaren Treibmittel weisen im allgemeinen energiereiche Brennstoffe in Kombination mit Oxidationsmitteln auf. Beispielhafte energiereiche Brennstoffe umfassen 5-Aminotetrazol oder Kalium-, Zink- oder andere Salze davon, Bitetrazol oder Kalium-, Zink- oder andere Salze davon, Diazoaminotetrazol oder Kalium-, Zink- oder andere Salze davon, dimeres Diazotetrazol und seine Salze, Guanidinnitrat, Aminoguanidin-nitrate, Nitroguanidin, Triazole (z. B. 5-Nitro-1,2,4-triazol-3-on), Triaminoguanidium, Diaminoguanidinium und Kombinationen davon. Beispielhafte Oxidationsmittel umfassen Alkalimetallnitrate (z. B. NaNO₃), Erdalkalinitrate (z. B. Sr(NO₃)₂), phasenstabilisierte Ammoniumnitrate (PSAN, phasestabilized ammonium nitrates), -Perchlorate, -Iodate und -Bromate.
Die Brennstoff-Komponente der Zusammensetzung macht bevorzugt von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, und bevorzugter von etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, aus. Die Oxidationsmittel-Komponente der Zusammensetzung macht bevorzugt von etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, und bevorzugter von etwa 25 bis etwa 50 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, aus. Die relativen Mengen an Brennstoff und Oxidationsmittel in dem Treibmittel liegen im Bereich von etwa 30% Brennstoff und 70% Oxidationsmittel bis etwa 70% Brennstoff bis etwa 30% Oxidationsmittel, alles auf der Basis des Gesamtgewichts des Treibmittels.
Die Treibmittel-Komponente der Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung der Erfindung erzeugt große Mengen inerter Gase, die dahingehend wirken, durch die kombinierten Effekte der Verformung der brennenden Flammenfront, der Verdrängung von für die Verbrennung verfügbarem Sauerstoff und der Verringerung der Hitze des Brandherds das Feuer physikalisch zu löschen. Erfindungsgemäß können aus näherungsweise 100 g festem Treibmittel näherungsweise etwa 40 bis 100 g inerte Gase produziert werden. Die erzeugten inerten Gase wirken als ein Träger für die pyrotechnisch erzeugten chemisch reaktiven Spezies, die bei der Verbrennung der chemisch wirkenden Feuerunterdrückungs-Komponente, die unten genauer beschrieben wird, produziert werden.
Das chemisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel ist im allgemeinen eine Chemikalie, die für die Umwelt unschädliche feuerunterdrückende reaktive Spezies, die Verbrennungsprozesse unterbrechen, erzeugt. Das chemisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel kann ein Mittel sein, dass selbst feuerunterdrückende Eigenschaften hat, wie Kaliumiodid und Kaliumbromid. Bei der Verbrennung des Treibmittels und des Oxidationsmittels wird das chemisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel verdampft und von dem Gasstrom in das Feuer gesprüht.
Alternativ kann die feuerunterdrückende reaktive Spezies pyrotechnisch von einem sekundären Oxidationsmittel gebildet werden. Die hohen Temperaturen, die mit der Verbrennung der Treibmittel-Komponente verbunden sind, verwandeln das chemisch wirkende feuerunterdrückende Mittel in kleine Teilchen feuerunterdrückender reaktiver Spezies, die beim Löschen des Feuers helfen. Diese kleinen Teilchen haben Durchmesser von 30 μm oder weniger und führen zu einer großen Oberflächenfläche der chemisch reaktiven Spezies, die den Verbrennungsprozess schnell unterbricht. Die große Oberflächenfläche und die große feuerunterdrückende Aktivität der chemisch reaktiven Teilchen tragen zu der signifikanten Masse-Wirksamkeit fester Treibmittelsysteme, die zur Feuerunterdrückung verwendet werden, bei. Ein bevorzugtes sekundäres Oxidationsmittel ist Kaliumiodat (KIO₃), das bei Verbrennung pyrotechnisch Kaliumiodid (KI) erzeugt, und ein weiteres Mittel, das die feuerunterdrückende reaktive Spezies pyrotechnisch bildet, ist Kaliumbromat. Bei der Verbrennung führen diese Verbindungen zur pyrotechnischen Erzeugung von KBr, KI, die überlegene Feuerunterdrücker sind.
Die obigen chemisch wirkenden feuerunterdrückenden Mittel bieten gegenüber den feuerunterdrückenden Chemikalien auf Halon-Basis mehrere Vorteile. Anders als Halone sind die chemisch wirkenden feuerunterdrückenden Mittel hauptsächlich für die Umwelt unschädliche Salze, die nicht-flüchtig sind. Dementsprechend unterliegen diese chemisch wirkenden Feuerunterdrückungsmittel in großer Höhe nicht der Fotolyse und tragen daher nicht zur Ozonzerstörung bei. Vielmehr bildet die bei der Verbrennung des Treibmittels erzeugte Hitze pyrotechnisch feuerunterdrückende reaktive Spezies, die örtlich zur Unterdrückung des Feuers wirken. Außerdem können die feuerunterdrückenden reaktiven Spezies, die in der Zusammensetzung der Erfindung bei der Verbrennung erzeugt werden, zu ihren für die Umwelt unschädlichen Ausgangssalzen zurückgebildet werden. Diese Salze können durch Regen oder durch von Feuerwehrpersonal angewendetes Wasser weggewaschen werden.
Kaliumspezies sind besonders brauchbar als chemisch wirkende feuerunterdrückende Mittel, weil von ihnen gezeigt worden ist, dass sie ein beträchtliches Ausmaß an feuerunterdrückender Aktivität besitzen. Unter den Halogeniden zeigen die Iodid-Salze wegen der größeren Stabilität ihrer atomaren Radikale die größte Wirksamkeit bei der Feuerunterdrückung. Ohne durch irgendeine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass bei Zuführung zur Feuerzone erhöhte Temperaturen eine thermische Dissoziierung der Halogenid-Salze bewirken, z. B. KI → K· + I·
Die thermisch erzeugten atomaren Radikale vereinigen sich dann mit Radikalspezies, die in der Verbrennungsreaktion vorhanden sind, wodurch sie den Verbrennungsprozess beenden oder löschen.
Das chemisch wirkende Feuerunterdrückungsmittel der Zusammensetzung macht bevorzugt von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, und bevorzugter von etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, aus.
Die Zusammensetzung kann andere Zusatzstoffe enthalten, um die Feuerunterdrückungsfähigkeit zu steigern. Kühlmittel wie Magnesiumcarbonat (MgCO₃) oder Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) können zugegeben werden, um die Verbrennungstemperatur weiter zu verringern und die Feuerunterdrückungs-Wirksamkeit zu steigern. Kühlmittel machen bevorzugt von etwa 0 bis etwa 40 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, und bevorzugter von etwa 5 bis etwa 35 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung, aus.
Gewünschtenfalls können auch Bindemittel wie thermoplastische Gummis, Polyurethane, Polycarbonate, Polysuccinate, Polyether und dergleichen zu der Zusammensetzung zugegeben werden. Bindemittel wirken dahingehend, die aktiven Materialien zusammenzuhalten, wenn sich das Treibmittel in seiner fertigen Form befindet. Plastifizierungsmittel und Verarbeitungshilfsmittel können der Zusammensetzung ebenfalls zugegeben werden, um die Verarbeitung zu fördern. Im allgemeinen sind Bindemittel, Plastifizierungsmittel oder Verarbeitungshilfsmittel gewünschtenfalls in der Zusammensetzung zu etwa 0 bis 15 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung vorhanden.
Die Zusammensetzung führt zur Produktion feuerunterdrückender Mittel, die keinen ungünstigen Einfluss auf die Umwelt haben. Die aus der physikalisch wirkenden Feuerunterdrückungs-Komponente erzeugten Gase sind alle ungefährlich, nicht entflammbar und weisen beträchtliche Anteile der natürlichen Atmosphäre auf. Die chemisch wirkende Feuerunterdrückungs-Komponente erzeugt auch ungefährliche, wasserlösliche Spezies, die atmosphärisches Ozon nicht zerstören. Zusätzlich kann im Falle einer versehentlichen Entladung die chemisch reaktive Spezies leicht durch normalen Niederschlag aus der Atmosphäre ausgewaschen werden.
Die Kombination von energiereichem Brennstoff und Oxidationsmittel in der Treibmittel-Komponente der Zusammensetzung erlaubt in vorteilhafter Weise, dass aus relativ kleinen Mengen festen Treibmittelmaterials große Mengen an inertem Gas erzeugt werden. Als ein Ergebnis kann ein kompakteres Feuerlöschgerät verwendet werden. Der Gebrauch kompakter Feuerlöschgeräte ist besonders wünschenswert bei Anwendungen, wo der Raum begrenzt ist, beispielsweise bei Automobilen, Raumfahrzeugen, gewerbsmäßigen oder militärischen Flugzeugen oder Schiffen, Unterseebooten oder Kettenfahrzeugen wie Panzern. Kompakte Feuerlöschgeräte können auch in Frachträumen, geschlossenen Elektronikgehäusen, Farb- oder Munitions-Schränken oder in irgendeinem anderen eingeschränkten Raum verwendet werden.
Die Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung der Erfindung kann allgemein hergestellt werden durch Vereinigen geeigneter Mengen an Brennstoff, Oxidationsmittel und chemisch wirkendem Feuerunterdrückungsmittel zusammen mit optionalen Bestandteilen wie Kühlmitteln, Bindemitteln oder Plastifizierungsmitteln. Diese Bestandteile werden gemischt, um ein homogenes Gemisch von Teilchen zu erzeugen. Das homogene Gemisch kann unter Verwendung konventioneller Verdichtungstechniken, die in der Technik bekannt sind, zu Pellets verdichtet werden oder in ein Lagergefäß einer Feuerlöschvorrichtung gepresst werden. Die Zusammensetzung der Erfindung kann als ein Ersatz für im Handel erhältliche Feuerunterdrückungsmittel, die ausschließlich als physikalisch wirkende Mittel wirken, oder für chemisch wirkende, für die Umwelt gefährliche Mittel, verwendet werden.
1 ist eine schematische Abbildung einer Feuerlöschvorrichtung, die mit der Zusammensetzung der Erfindung brauchbar ist. Wie in 1 gezeigt, enthält die Vorrichtung 10 einen Gaserzeuger 12 und einen Durchgangsweg 14, der an der Unterseite 22 des Gaserzeugers 12 angebracht ist. Die chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung der Erfindung 16 ist im Inneren des Gaserzeugers 12 untergebracht. Bei dieser speziellen Ausführungsform enthält die chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung 16 ein Treibmittel, das aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel hergestellt ist, und ein für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel. Wie oben beschrieben, erzeugt das Treibmittel inerte Gase, um das Feuer physikalisch zu ersticken, während das für die Umwelt unschädliche Feuerunterdrückungsmittel bei der Verbrennung feuerunterdrückende reaktive Spezies erzeugt, um das Feuer chemisch zu löschen.
Ein elektrischer Zünder 18 ist an der Oberseite des Gaserzeugers 12 angebracht, um die chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung 16 zu entzünden, wenn ein Feuer festgestellt wird. Nach der Entzündung werden im Inneren des Gaserzeugers 12 chemisch wirkende und physikalisch wirkende feuerunterdrückende Gase erzeugt. Wenn diese Gase erzeugt werden, steigt der Druck im Inneren des Gaserzeugers bis zu einem Punkt, an dem der an der Unterseite 22 des Gaserzeugers 12 angebrachte Verschluss 20 gebrochen wird und die feuerunterdrückenden Gase zu dem Feuer hin freigesetzt werden.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Feuerlöschvorrichtung, die mit der Zusammensetzung der Erfindung brauchbar ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung 30 einen Gaserzeuger 32, der die Treibmittel-Komponente 35 der chemisch aktiven Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung enthält, und einen an der Unterseite 36 des Gaserzeugers 30 angebrachten Durchgangsweg 34 auf. Dieser Durchgangsweg 34 ist an einem sekundären Behälter 38, der ein Bett 40, das die chemische Feuerunterdrückungs-Komponente sowie optionale Bestandteile wie ein oder mehrere Kühlmittel aufweist, enthält, angebracht.
Ein elektrischer Zünder 42 ist an der Oberseite des Gaserzeugers 32 angebracht, um die Treibmittel-Komponente 35 zu entzünden, wenn ein Feuer festgestellt wird. Nach der Entzündung erzeugt die Treibmittel-Komponente 35 heiße, physikalisch wirkende feuerunterdrückende Gase, die in dem Gaserzeuger 32 Druck aufbauen. Der aufgebaute Druck bricht einen über dem Durchgangsweg 34 angeordneten Verschluss 42 und erlaubt es den heißen, physikalisch wirkenden feuerunterdrückenden Gasen, durch den Durchgangsweg 34 hindurchzugehen und in den sekundären Behälter 38 einzutreten. Sobald die heißen, physikalisch wirkenden feuerunterdrückenden Gase im Inneren des sekundären Behälters 38 sind, machen sie die chemische Feuerun terdrückungs-Komponente und irgendwelche optionalen Kühlmittel flüchtig, um eine Kombination aus physikalisch wirkenden feuerunterdrückenden Gasen und chemisch wirkenden feuerunterdrückenden Gasen zu erzeugen. Das Kühlmittel hält die heißen Gase innerhalb eines speziellen Temperaturbereichs, bevorzugt 1500°F oder niedriger. Der Druck der chemisch wirkenden feuerunterdrückenden Gase erhöht den Gesamtdruck in dem sekundären Behälter 38 und veranlasst einen sekundären Verschluss 44, zu brechen, wodurch die Kombination aus physikalisch wirkenden und chemisch wirkenden feuerunterdrückenden Gasen durch den Auslass 46 und zu dem Feuer hin freigesetzt wird.
Die Kombination von physikalisch wirkenden Feuerunterdrückungsmitteln und chemisch wirkenden, für die Umwelt unschädlichen Feuerunterdrückungsmitteln führt zu einer hoch wirksamen, für die Umwelt unschädlichen Feuerlöschzusammensetzung, die ein niedriges Ozon-Verarmungspotential (ODP, ozone depletion potential), ein niedriges Potential für globale Erwärmung (GWP, global warming potential) und eine hohe Unterdrückungswirksamkeit hat.
Die Erfindung wird außerdem durch die folgenden Beispiele beschrieben, soll aber nicht durch die Beispiele beschränkt werden. Alle Teile und Prozentsätze sind Gewichtsteile und Gewichtsprozentsätze, und alle Temperaturen sind in Grad Celsius, außer es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
BEISPIELE
Vergleichstests rein physikalischer Mittel, z. B. Stickstoffgas, und gemischter physikalischer/chemischer Mittel, z. B. Stickstoffgas mit Kaliumiodid (KI), zeigen, dass ihre Kombination zur einer verbesserten Wirksamkeit bei der Feuerunterdrückung führen kann. Signifikante Verringerungen der Menge an Stickstoff, der zum Löschen erforderlich ist, können erzielt werden, wenn KI dem Stickstoff-Zuführstrom zugesetzt wird. In ähnlicher Weise können durch Verwendung inerter Gase wie Stickstoff anstelle von Mitführung durch Luft zur Zufüh rung, bei der Menge an zur Flammenlöschung erforderlichen KI signifikante Verringerungen erzielt werden.
BEISPIEL 1
Eine Menge an Kaliumiodid (KI) mit feiner Teilchengröße wurde durch Zerkleinern in einer Kugelmühle hergestellt. Variierende Verhältnisse von pulverförmigem KI/N₂ wurden in den Luftstrom einer Wirbeldüsenbrenners eingespeist, um die Untergrenzen zur Flammenlöschung zu bestimmen. Insgesamt 0,65 g N₂ waren zum Löschen eines Feuers erforderlich. Zugabe von 0,1 g KI zu dem N₂-Strom verringerte den zur Flammenlöschung erforderlichen N₂ auf 0,2 g. Daher ist die Kombination eines physikalisch wirkenden Feuerunterdrückungsmittels und eines chemisch wirkenden Feuerunterdrückungsmittels mehr als 50% wirkungsvoller als ein physikalisch wirkendes Feuerunterdrückungsmittel alleine.
BEISPIEL 2
Ein Gemisch von 17,2 g 5-Aminotetrazol (5-AT), 30,0 g Strontiumnitrat (Sr(NO₃)₂) und 16,0 g Magnesiumcarbonat (MgCO₃) wurde in einer Kugelmühle vermischt, um ein homogenes Gemisch größenmäßig einheitlicher Teilchen zu erzeugen. Zu diesem Gemisch wurden 21,3 g fein pulverisiertes Kaliumiodid (KI) zugegeben, und die Kombination wurde in der Kugelmühle sorgfältig vermischt. Teilmengen des sich ergebenden Materials wurden bei näherungsweise 8500 pounds force formgepresst, um Pellets von näherungsweise einem halben Zoll Durchmesser, einem halben Zoll Länge und 3 g Masse zu formen. Die wie oben beschrieben hergestellten Pellets wurden an den Seiten mit einem Epoxy-Titanoxid-Inhibitor beschichtet, um ein Brennen an den Seiten zu verhindern. Die Verbrennungsgeschwindigkeit der Pellets wurde durch Messen der Zeit, die zum Verbrennen eines zylindrischen Pellets bekannter Länge erforderlich war, untersucht. Die Verbrennungsgeschwindigkeit dieser Zusammensetzung war näherungsweise 0,51 Inch/s bei 1000 psi.
Diese Zusammensetzung ergab näherungsweise 42 g inertes Gas und 21 g KI/100 g bei einer berechneten adiabatischen Flammentemperatur von 1446 K. Feuerunterdrückungstests dieses Materials zeigten, dass zum Löschen einer Wirbeldüsenflamme 0,6 g Treibmittel erforderlich waren.
BEISPIEL 3
Ein Gemisch von 20,1 Gew.-% 5-Aminotetrazol, 35,1 Gew.-% Strontiumnitrat, 36,8 Gew.-% Magnesiumcarbonat und 8 Gew.-% Kaliumiodid wurde in einer Kugelmühle vermischt, um ein homogenes Gemisch von Teilchen zu erzeugen. Teilmengen des sich ergebenden Materials wurden bei näherungsweise 8500 pounds force formgepresst, um Pellets von näherungsweise einem halben Zoll Durchmesser, einem halben Zoll Länge und 3 g Masse zu formen. Die wie oben beschrieben hergestellten Pellets wurden an den Seiten mit Epoxy-Titanoxid-Inhibitor beschichtet, um ein Brennen an den Seiten zu verhindern. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wurde durch Messen der Zeit, die zum Verbrennen eines zylindrischen Pellets bekannter Länge erforderlich war, untersucht. Wirbeldüsenflammen-Untersuchung zeigte, dass dieses Material gegenüber einer analogen Zusammensetzung ohne Kaliumiodid eine Steigerung der Feuerunterdrückungs-Wirksamkeit von 33% ergab.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit Ausführungsformen von ihr beschrieben, aber es ist offensichtlich, dass im Licht der vorangehenden Beschreibung für Fachleute viele Alternativen, Abwandlungen und Variationen offenkundig sein werden. Dementsprechend ist beabsichtigt, alle derartigen Alternativen, Abwandlungen und Variationen, die in den Geist und breiten Umfang der angefügten Ansprüche fallen, zu umfassen.

Claims

Chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung, aufweisend: ein Treibmittel, aufweisend einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel, wobei das Treibmittel in der Lage ist, inertes Gas zu erzeugen; und ein für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel, das in der Lage ist, feuerunterdrückende reaktive Spezies zu erzeugen, wobei das für die Umwelt unschädliche chemische Feuerunterdrückungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Kaliumiodid, Kaliumbromid, Kaliumiodat, Kaliumbromat und Kombinationen davon.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus 5-Aminotetrazol oder einem Salz davon, Bitetrazol oder Salzen davon, Diazoaminotetrazol oder Salzen davon, Diazotetrazol-Dimer oder Salzen davon, Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitraten, Nitroguanidin, 5-Nitro-1,2,4-triazol-3-on, Triaminoguanidinium, Diaminoguanidinium und Kombinationen davon.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Alkalimetallnitraten, Erdalkalimetallnitraten, phasenstabilisierten Ammoniumnitraten, Perchloraten, Iodaten, Bromaten und Kombinationen davon.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Brennstoff von etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 4, bei der der Brennstoff von etwa 10 bis etwa 35 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 4, bei der der Brennstoff von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Oxidationsmittel von etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 7, bei der das Oxidationsmittel von etwa 25 bis etwa 50 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das für die Umwelt unschädliche chemische Feuerunterdrückungsmittel von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff aufweist.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerunterdrückende reaktive Spezies ein atomares Radikal ist.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, außerdem gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Bestandteil, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Kühlmitteln, Bindemitteln und Kombinationen davon.
Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel MgCO₃ ist.
Vorrichtung zum Unterdrücken eines Feuers (30), aufweisend: (a) einen ersten Behälter (32), der ein Treibmittel enthält, das einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel aufweist, wobei der Brennstoff von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt, das Oxidationsmittel von etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt, wobei das Treibmittel in der Lage ist, inertes Gas zu erzeugen; (b) einen zweiten Behälter (38), der mit dem ersten Behälter (32) durch einen Durchgangsweg (34) verbunden ist, wobei der zweite Behälter ein für die Umwelt unschädliches chemisches Feuerunterdrückungsmittel enthält, das in der Lage ist, feuerunterdrückende reaktive Spezies zu erzeugen, wobei das für die Umwelt unschädliche chemische Feuerunterdrückungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Kaliumiodid, Kaliumbromid, Kaliumiodat, Kaliumbromat und Kombinationen davon, wobei das chemische Feuerunterdrückungsmittel von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung beträgt; (c) einen Auslass (46) zwischen dem zweiten Behälter (38) und dem Feuer.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus 5-Aminotetrazol oder Salzen davon, Bitetrazol oder Salzen davon, Diazoaminotetrazol oder Salzen davon, Diazotetrazol-Dimer oder Salzen davon, Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitraten, Nitroguanidin, 5-Nitro-1,2,4-triazol-3-on, Triaminoguanidinium, Diaminoguanidinium und Kombinationen davon.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Alkalimetallnitraten, Erdalkalimetallnitraten, phasenstabilisierten Ammoniumnitraten, Perchloraten, Iodaten, Bromaten und Kombinationen davon.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktive Feuerunterdrückungs-Zusammensetzung außerdem ein Kühlmittel aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter außerdem ein Kühlmittel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel MgCO₃ ist.