DE69825993T2

DE69825993T2 - Düze und feuerbekämpfungseinrichtung

Info

Publication number: DE69825993T2
Application number: DE69825993T
Authority: DE
Inventors: Göran Sundholm
Original assignee: Marioff Corp Oy
Current assignee: Marioff Corp Oy
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: FI104152B1; ES2226138T3; FI972536A0; EP0984817A1; AU726214B2; JP2000512197A; ATE274976T1; US6279663B1; JP3232331B2; EP0984817B1; FI972536A; AU7768998A; WO1998058705A1; AU726214C; DE69825993D1; DK0984817T3; FI104152B

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Düse, vorzugsweise für den Einsatz in Sprinklern und Sprühköpfen, um ein Medium zu versprühen, wobei die Düse ein Gehäuse, ein Einlassende und einen ersten Kanal aufweist, der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung führt, die dazu dient, das Versprühen des Mediums durch die Düse zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brandbekämpfungseinrichtung mit einer Anzahl von Sprinklern oder Sprühköpfen, zu denen Düsen gehören, wobei jede Düse ein Gehäuse, ein Einlassende und einen ersten Kanal aufweist, der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung führt, die dazu dient, ein Medium durch die Düse zu versprühen, wobei die Sprinkler und Sprühköpfe eingerichtet sind, um abhängig von dem Ort des Brandes aktiviert zu werden, so dass zu Beginn des Löschvorgangs lediglich einige der Sprinkler oder Sprühköpfe aktiviert werden; und die Einrichtung ferner eine Druckquelle mit einem Druckspeicher und Leitungen aufweist, die dazu dienen, das Löschmittel den Sprinklern oder Sprühköpfen zuzuführen.
Der Erfindung betrifft ferner eine Brandbekämpfungseinrichtung mit einer Anzahl von Sprinklern oder Sprühköpfen, zu denen Düsen gehören, wobei jede Düse ein Gehäuse, ein Einlassende und einen ersten Kanal aufweist, der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung führt, die dazu dient, ein Medium durch die Düse zu versprühen, wobei die Sprinkler oder Sprühköpfe dazu eingerichtet sind, um abhängig von dem Ort des Brandes aktiviert zu werden, so dass zu Beginn des Löschvorgangs lediglich einige der Sprinkler oder Sprühköpfe aktiviert werden; und die Einrichtung ferner eine Druckquelle mit einem Druckspeicher und Leitungen aufweist, die dazu dienen, das Löschmittel den Sprinklern oder Sprühköpfen zuzuführen.
Der Strom des Mediums, z. B. einer Flüssigkeit, der aus der Düse entlassen wird, hängt von dem Druck p ab, der das Medium durch die Düse ausstößt. Die Beziehung ist dergestalt, dass die Strömungsmenge Q sich aus der Formel ergibt: Q = K√p, mit K gleich dem Widerstand der Düse. Wenn die Öffnung eine sogenannte kurze Öffnung ist, ergibt sich der K-Wert abhängig von dem Durchmesser d der Düsenöffnung aus der Formel: K = 0,78 d². Aus der oben gezeigten Formel geht klar hervor, dass der Strom bei einem steigenden Druck und konstantem K-Wert nicht erheblich ansteigt. In manchen Anwendungen, beispielsweise im Falle eine Brandbekämpfung, ist es erwünscht, dass der Strom mit einem Anstieg des Drucks stark ansteigt, wie gemäß der folgenden Erläuterung verständlich.
Die Brandbekämpfungssysteme sind gewöhnlich konzipiert, um eine definierte Fläche oder großen Raum abzudecken. In Basisanwendungen auf dem Lande wird eine Fläche von 205 m² für eine Konstruktion zugrunde gelegt, die 15 Sprinkler erfordert. Die Treib- oder Druckerzeugungseinheiten der Brandbekämpfungssysteme sind der Fläche oder dem Raum entsprechend konstruiert, so dass ein gewünschter Druck und Wasserstrom für die abzudeckende Fläche erzielt werden. Im Falle eines Sprinklersystems, bei dem die Sprinkler und/oder Sprühköpfe entweder unabhängig voneinander oder in Gruppen durch Hitze aktiviert werden, lässt sich der Brand gewöhnlich schon mit nur wenigen der für die Konstruktion erforderlichen Sprühköpfe oder Sprinkler unter Kontrolle bringen. Der Brand ist dann unter Kontrolle, wenn seine Ausbreitung gestoppt ist. Der Brand lässt sich gewöhnlich mit zwei Sprinkler unter Kontrolle bringen, wobei es nicht erforderlich ist, weitere Sprinkler zu aktivieren. Selbst wenn der Brand sich unter Kontrolle befindet, brennt dieser allerdings noch weiter und produziert eine erhebliche Menge an Rauch und Gasen. Die Rauchgase können außerordentlich giftig sein und auch Menschenleben fordern; darüber hinaus behindert der Rauch die Sicht und damit die Arbeit der Feuerwehrleute. In Situationen wie diesen wird lediglich ein Bruchteil der Brandbekämpfungsleistung der Treib- oder Druckerzeugungseinheiten der Brandbekämpfungssysteme eingesetzt, was sich durch Berechnungen nachweisen lässt. Die verwendete Leistung P ist direkt proportional zu dem Strom Q und dem Druck p und umgekehrt proportional zu dem Wirkungsgrad der Treibeinheit.
Die Druckerzeugungseinheit der Brandbekämpfungseinrichtung ist so konstruiert, dass in dem abzudeckenden Bereich ein vordefinierter Strom von Wasser mit einem vordefinierten Druck erzielt wird. Falls der Bereich beispielsweise 15 Sprinkler verlangt und der Strom eines Sprinklers bei einem Druck von 60 Bar 13 l/Min beträgt, beträgt der Gesamtstrom der Brandbekämpfungseinrichtung nach einer Aktivierung sämtlicher Sprinkler 195 l/Min. Wenn der Druckverlust in den Leitungen 20 Bar beträgt, und der Wirkungsgrad gleich 0,85 ist, beträgt der Leistungsbedarf in der Druckerzeugungseinheit 30 kW. Falls lediglich zwei Sprinkler aktiviert sind, wird nur 13% der Leistung verwendet, d. h. etwa 4 kW. Der K-Wert der Düse beträgt in diesem Falle 1,7 und der Wirkungsgrad ist 60%.
Die Patentanmeldung WO-A-9601666 offenbart einen Sprühkopf, der peripher angeordnete Düsen mit einer kleinen Düsenöffnung und zentrisch angeordnete Düsen mit einer großen Öffnung aufweist. Die zentrisch angeordneten Düsen öffnen sich bei einem spezifischen Druck und schließen sich unterhalb jenes Drucks.
Der Nachteil in den bisher bekannten Brandbekämpfungseinrichtungen liegt darin, dass lediglich ein Teil der Leistung der Druckerzeugungseinheit verwendet wird, um den Brand zu löschen, wenn lediglich einige der Düsen der Brandbekämpfungseinrichtung aktiviert werden. Der Brand lässt sich daher oft nicht sofort löschen. Um in jedem Falle ein möglichst rasches Löschen des Brandes zu erreichen, müssten sehr kostspielige Systeme eingesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düse zu schaffen, in der der Strom mit einem Ansteigen des Drucks stark ansteigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache Brandbekämpfungseinrichtung zu schaffen, die sofort mit dem Einsetzen des Löschvorgangs die Zufuhr einer großen Menge von Löschmittel an den Brandbereich auch dann ermöglicht, wenn lediglich einige der Sprühköpfe und Düsen der Brandbekämpfungseinrichtung aktiviert sind, wobei eine große Menge von Löschmittel unmittelbar dem Brandbereich zugeführt wird. Die Anordnung ermöglicht es, die maximale Brandbekämpfungskapazität von Anfang an einzusetzen, und den Brand auf diese Weise häufig augenblicklich zu löschen.
Um zu erreichen, dass die volle Leistung der Treibeinheit der Brandbekämpfungseinrichtung eingesetzt werden kann, sollte der Druck gemäß der oben vorgeschlagenen Formel auf etwa 290 Bar angehoben werden, falls lediglich zwei herkömmliche Düsen, d. h. Düsen mit konstantem K-Wert aktiviert werden. Der Strom beträgt in diesem Falle etwa 29 l/Min pro Düse. Es ist allerdings wirtschaftlich nicht vernünftig, den Druck derart stark zu steigern, und auch wenn dieser gesteigert wird, wird der Strom nicht ausreichend ansteigen.
Das Brandbekämpfungssystem der Erfindung weist Sprinkler oder Sprühköpfe auf, die so konstruiert sind, dass der K-Wert der Düsen nicht konstant ist, sondern sich innerhalb eines gewissen Druckbereichs abhängig von dem Druck ändert. Die Anordnung ermöglicht einen kräftigen Strom und effizienten Einsatz der Brandbekämpfungseinrichtung mit dem ersten Einsetzen des Löschvorgangs, obwohl lediglich einige der Sprinkler oder Sprühköpfe aktiviert sind. Wie üblich ist die Grundlage der Konstruktion der Brandbekämpfungseinrichtung die Kontrolle über den Brand, wenn sämtliche für die Konstruktion erforderlichen Sprinkler oder Sprühköpfe aktiviert sind.
Wenn das Brandbekämpfungssystem der Erfindung verwendet wird, sind die Düsen der Sprühköpfe beispielsweise so konstruiert, dass sie bei einem Druck von 120 Bar einen K-Wert von 4,4 aufweisen. Dies bedeutet einen Wasserstrom von etwa 49 l/Min pro Düse, wenn lediglich zwei Sprühköpfe aktiviert sind. Der Strom beträgt damit etwa das 2,6fache im Vergleich zu der Situation, wenn der K-Wert 1,7 beträgt. Diese Art einer Kombination von Wasserstrom und Druck bedeutet, dass die Leistung der Druckerzeugungseinheit unge fähr 27 kW beträgt, wenn zwei Düsen vorhanden sind, die Druckverluste in der Leitung 20 Bar betragen, und der Wirkungsgrad einer Pumpeneinheit 0,85 beträgt. Falls sämtliche der 15 Sprinkler aktiviert werden, wird der Druck auf 60 Bar fallen und der Strom 13 l/Min pro Düse betragen, ein Wert der erforderlich ist, um die Fläche zu kontrollieren. Wenn der Druck ausgehend von einem Wert von 120 Bar fällt, bleibt der Wirkungsgrad der Druckerzeugungseinheit im Gegensatz zu den zuvor bekannten Brandbekämpfungseinrichtungen nahezu konstant.
Eine Düse gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Kanal, zum Versprühen des Mediums durch die Düse aufweist, wobei in dem Kanal ein durch eine Feder vorgespanntes Ventilelement so angeordnet ist, dass es den zweiten Kanal geschlossen hält, wenn das Ventilelement durch das Löschmittel einem ersten Druck unterworfen ist, und den zweiten Kanal zu öffnet, wenn das Ventilelement durch das Löschmittel einem zweiten Druck unterworfen wird, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Düse der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
Das Brandbekämpfungssystem der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Düse einen zweiten Kanal zum Versprühen des Löschmittels durch die Düse aufweist, wobei in dem Kanal ein durch eine Feder vorgespanntes Ventilelement derart angeordnet ist, dass es den zweiten Kanal geschlossen hält, wenn das Ventilelement durch das Medium einem ersten Druck unterworfen ist, und den zweiten Kanal freigibt, wenn das Ventilelement durch das Medium einem zweiten Druck unterworfen wird, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck, und
die Druckquelle dazu eingerichtet ist, um Löschmittel zuerst unter einem hohen Druck zuzuführen, und die Druckquelle so eingerichtet ist, dass sie, während der Druck in den Leitungen abfällt, wenn eine immer größere Zahl von Sprinklern oder Sprühköpfen aktiviert werden, den Strom erhöht, so dass die durch die Druckquelle aufgebrachte Leistung nicht direkt proportional mit dem Druckabfall sinkt.
Wenn Wasser als das Löschmittel verwendet wird, haben kleine Tröpfchen den Vorteil, dass sie in der Lage sind, Energie effizienter zu binden als große Tröpfchen. Daher lässt sich mit einer vergleichbaren Menge Wasser eine größere Fläche abdecken. Die Tröpfchen werden bei steigendem Druck kleiner. Außerdem wächst mit steigendem Druck die Geschwindigkeit der Tröpfchen, wodurch ein Vordringen der Tröpfchen in den Brandherd unterstützt wird, was insbesondere zu Beginn des Löschvorgangs erforderlich ist. Aus den oben genannten Gründen wird in dem Brandbekämpfungssystem der Erfindung eine Druckquelle verwendet, die in der Lage ist, einen hohen Druck zu erzeugen.
Die Konstruktion der Brandbekämpfungseinrichtung sollte geeignet gestaltet sein, so dass die durch die Düsen ermöglichten Optionen berücksichtigt sind. Zu diesem Zweck weist die Druckquelle der Brandbekämpfungseinrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Motor auf, an dem eine Pumpeneinheit angeschlossen ist, die mindestens zwei Pumpen für ein und denselben Motor enthält.
Zu der Druckquelle gehören vorzugsweise ein Motor, an dem eine erste Pumpe und eine zweite Pumpe angeschlossen sind, wobei ein erstes Entlastungsventil in einer ersten Auslassleitung der Pumpe angeordnet ist, wobei das Entlastungsventil dazu eingerichtet ist, um die erste Pumpe daran zu hindern, den Sprinklern oder Sprühköpfen Löschmittel zuführen, falls der Druck in der Auslassleitung einen vorgegebenen ersten Druck überschreitet, jedoch zumindest einigen der Sprinkler oder Sprühköpfen eine Zufuhr von Löschmittel von der ersten Pumpe ermöglicht, falls der erste Druck nicht erreicht wird.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Brandbekämpfungseinrichtung sind in den beigefügten Ansprüche 10 bis 15 und 17 offenbart.
Das Brandbekämpfungssystem der Erfindung, zu dem ein Druckspeicher gehört, ist dadurch gekennzeichnet, dass:
die Düse einen zweiten Kanal, zum Versprühen des Löschmittels durch die Düse aufweist, wobei in dem Kanal ein durch eine Feder vorgespanntes Ventilelement derart angeordnet ist, dass es den zweiten Kanal geschlossen hält, wenn das Ventilelement durch das Medium einem ersten Druck unterworfen ist, und den zweiten Kanal freigibt, wenn das Ventilelement durch das Medium einem zweiten Druck unterworfen wird, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck, und
die Druckquelle dazu eingerichtet ist, Löschmittel zuerst unter einem hohen Druck und anschließend unter einem niedrigeren Druck zuzuführen, und die Druckquelle so eingerichtet ist, dass sie, während eine immer größere Zahl von Sprinklern oder Sprühköpfen aktiviert werden, den Mengenstrom erhöht.
Die Erfindung begründet sich im Wesentlichen auf der Idee einer Konstruktion und eines Einsatzes einer neuen Düse, bei der der Strom sich abhängig von dem Druck in der Weise verändert, dass er merklich stärker anwächst, wenn der Druck steigt. Wenn diese Art einer Düse in einer Brandbekämpfungseinrichtung verwendet wird, die eine Anzahl von Sprinklern oder Sprühköpfen aufweist, die unabhängig voneinander oder in Gruppen aktiviert werden, kann die Leistung der Treibeinheit der Brandbekämpfungseinrichtung wirkungsvoll dazu verwendet werden, um die Löschmittel durch die Düse/Düsen auszubringen, und es lässt sich ein großer Mengenstrom erzielen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Düse besteht darin, dass sich der Strom mit einem Anstieg des Drucks erheblich steigern lässt.
Der größte Vorteil des Brandbekämpfungssystems der Erfindung liegt darin, dass dieses die Leistung der Treibeinheit effizienter einsetzt als die bisherigen Lösungen, wenn lediglich einige der Sprinkler oder Düsen aktiviert sind. Aus diesem Grund ist der Löschvorgang von Anfang an sehr effizient, und dies reduziert auch die durch Rauch entstehenden Probleme.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben:
1 zeigt eine Düse der Erfindung in einem ersten Betriebsmodus;
2 zeigt eine Düse nach 1 in einem zweiten Betriebsmodus;
3 veranschaulicht die Änderung des K-Werts der in 1 gezeigten Düse als Funktion des Drucks,
4 zeigt ein Brandbekämpfungssystem der Erfindung, und
5 zeigt ein alternatives Brandbekämpfungssystem der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Düse 60, die für den Einsatz in Sprinklern 13 bis 16 und 53 bis 56 und in Sprühköpfen 19, 20 und 57 bis 59 geeignet ist, wie sie in 4 und 5 gezeigt sind. Die Stellung der Düse 60 in 1 ist diejenige, in der sie sich befindet, wenn sich der Sprühkopf im Stand-by-Modus befindet.
Die Düse 60 ist an einem Gehäuse 41 des Sprühkopfs mit Schrauben befestigt und weist ein Gehäuse 7, ein Einlassende 1 für ein Löschmittel, z. B. Wasser, und einen Kanal 2 auf, der Löschmittel von dem Einlassende 1 zu der Düsenöffnung 3 befördert. Der Kanal 45 des Gehäuses 41 führt zu dem Kanal 2.
Der Kanal 2 ist in einem als hülsenförmiges Element gestaltetem Ventilelement 6 der Düse ausgebildet. Mit dem Ventilelement 6 ist ein daran fest befestigtes flanschförmiges Element 10 verbunden, wobei das Element eine Abmessung aufweist, um gegen eine Wand 11 eines Kanals 4 anzuliegen, der in dem Gehäuse 7 der Düse ausgebildet ist. Das flanschförmige Element 10 ist mit einem oder mehreren Kanälen 42 versehen, die so eingerichtet sind, dass oberhalb und unterhalb des flanschförmigen Elements angeordnete Räume 43 bzw. 44 strömungsmäßig verbunden sind. Eine Schraubenfeder 5, die von unten her von einer in dem Gehäuse der Düse ausgebildeten Schulter 9 gestützt wird, spannt das flanschförmige Element 10 vor, damit das obere Ende des Ventilelements 6 die Mündung des Kanals 45 abdichtet und verhindert, dass der Kanal 45 mit einem Kanal 4 strömungsmäßig verbunden ist.
In 2 ist die Düse nach 1 in der offenen Stellung gezeigt. Das Ventilelement 6 wird hier abwärts gedrückt, womit sein oberes Ende die Mündung des Kanals 45 nicht mehr abdichtet, sondern von dieser beabstandet ist, wodurch der Kanal 45 strömungsmäßige mit dem Kanal 4 verbunden ist, der zu einer Düsenöffnung 46 führt. Die Schraubenfeder 5 ist rund um das Ventilelement 6 und innerhalb des Gehäuses 7 der Düse in einem derartig engem Raum untergebracht, dass das Löschmittel auf einem zwischen den Windungen der Schraubenfeder gebildeten schraubenförmigen Pfad 8 strömt. Aufgrund des Pfades 8 strömt das Löschmittel mit sehr hoher Geschwindigkeit, was von Vorteil ist. Wenn ein ausreichend hoher Druck in dem Kanal 45 vorhanden ist, wird die Düse in die in 2 gezeigte Stellung bewegt. Aus 1 und 2 geht hervor, dass in dem Gehäuse 41 der Düse eine Schulter 12 ausgebildet ist, die verhindert, dass das Ventilelement 6 sich weiter nach unten bewegt und es zu einem Absperren des Kanals 4 durch das Ventilelement kommen könnte.
In der in 2 gezeigten Stellung ist das Löschmittel in der Lage, sowohl entlang dem Kanal 2 als auch entlang dem Kanal 4 zu der Düsenöffnung 46 zu strömen. Der aus der Düsenöffnung 46 zu gewinnende Strahl ist in dieser Stellung auch daher sehr stark und schnell, weil der Kanal 4 den Kanal 2 zentrisch umgibt. Wenn ein wässeriger Nebelstrahl verwendet wird, ist die Abmessung der Tröpfchen gering. Wegen der hohen Geschwindigkeit des wässerigen Nebels dringt dieser tief in den Brandherd ein.
Der K-Wert der Düse nach 1 ändert sich abhängig von dem in Kanal 45 herrschenden Druck nach einer Funktion, wie sie in 3 gezeigt ist. 3 ist zu entnehmen, dass der K-Wert der Düse innerhalb des Druckbereichs 40 bis 60 Bar im Wesentlichen konstant ist und ungefähr 1,7 beträgt. Dies ist die Situation, wenn sich das Ventilelement 6 der Düse in der in 1 gezeigten Stellung befindet. Wenn der Druck gesteigert wird, wird das Ventilelement nach unten gedrückt. Innerhalb des Druckbereichs 60 bis 100 Bar wächst der K-Wert der Düse, wie 3 zu entnehmen, mit dem Druck stark an. Dieser Druckbereich stellt eine Situation dar, in der sich das Ventilelement 6 von der in 1 gezeigten Stellung in die in 2 gezeigte Stellung bewegt. In 2 befindet sich das Ventilelement 6 in der untersten Stellung, in die es sich bewegt, wenn der Druck mindestens 100 Bar beträgt. In dieser Position beträgt der K-Wert der Düse 4,4. Wenn der Druck weiter gesteigert wird, ändert sich der K-Wert kaum noch, wie aus 3 zu ersehen ist.
4 zeigt ein Brandbekämpfungssystem der Erfindung, in dem die Düsen nach 1 verwendet werden.
Die Brandbekämpfungseinrichtung weist zwei Löschbereiche auf: der eine ist mit acht Sprinklern 13 bis 16, 53 bis 56 oder mit Sprühköpfen versehen, die Freigabemittel, beispielsweise in Form von Flüssigkeitsampullen, enthalten, und der andere Bereich weist vier Sprühköpfe 17 bis 20, 57 bis 59 auf. Jeder Sprinkler und Sprühkopf verfügt über eine Düse nach 1.
Die Treibeinheit oder Druckquelle der Brandbekämpfungseinrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Zu der Druckquelle gehören ein Wasserbehälter 49 und zwei parallel angeschlossene Motor-Pumpen-Einheiten, wobei jede Einheit einen 15-kW Motor 27 bzw. 37 enthält, an dem zwei Pumpen 28, 29 bzw. 38, 39 angeschlossen sind. Der maximale Druck, der durch die Pumpen 29 und 39 erzeugt wird, beträgt beispielsweise 160 Bar; der maximale Druck, der durch die Pumpen 28 und 38 erzeugt wird, beträgt beispielsweise 100 Bar. Der maximale Druck der Pumpen der erfindungsgemäßen Brandbekämpfungseinrichtung liegt vorzugsweise in dem Bereich von 30 bis 200 Bar. Die Einlassenden der Pumpen 28, 29, 38, 39 sind über den Kanal 48 mit dem Wasserbehälter 49 verbunden. Leitungen 22 bis 26, 32, 33 führen von den Pumpen 28, 29, 38, 39 zu den Sprinklern 13 bis 16, 53 bis 56 und Sprühköpfen 17 bis 20, 57 bis 59.
An die Pumpen 28 und 38 sind Entlastungsventile 30a, 30b angeschlossen, die den Strom des Löschmittels von den Pumpen zu der Hauptleitung 24 verhindern, falls der Druck 80 Bar überschreitet. Wenn die Motoren 27, 37 laufen und der Druck über 80 Bar beträgt, lassen die Pumpen 28, 38 das Löschmittel, das vorzugsweise Wasser ist, durch Leitungen 47, 48 aus dem Behälter 49 heraus und in diesen zurück zirkulieren. Die Pumpen 28, 38 werden in diesem Falle in einem Leerlaufzirkulationsbetriebsmodus betrieben. Entsprechend zirkuliert die Pumpe 38 das Löschmittel über die Leitungen 47, 48 aus dem Behälter 49 heraus und in diesen zurück.
Bereichsventile sind mit den Bezugszeichen 61 und 62 bezeichnet. In der Figur ist das Ventil 61 geöffnet und das Ventil 62 geschlossen. Das Ventil 61 ist im Stand-by-Modus geöffnet. Die Konstruktion der Ventile entspricht beispielsweise derjenigen, wie sie in der internationalen Patentveröffentlichung WO 94/14501 gezeigt ist. Falls ein Sprinkler oder Sprühkopf 13 bis 16, 53 bis 56 aktiviert ist, startet ein mit dem Ventil 61 verbundener Sensor die Motoren 27, 37 der Pumpeneinheit 21, um das Löschmittel in die Leitung 24 zu pumpen.
An die Pumpen 29 und 39 sind Entlastungsventile 31a, 31b angeschlossen, die die Zufuhr des Löschmittels in die Hauptleitung 24 in jedem Falle ermöglichen, wenn der Druck unterhalb 140 Bar liegt. Die Entlastungsventile 31a, 31b können als Sicherheitsventile angesehen werden. Aufgrund der Entlastungsventile 31a, 31b liefern die Pumpen 29, 39 das Löschmittel nicht zu der Hauptleitung 24, falls keiner der Sprinkler oder Sprühköpfe aktiviert ist, oder falls die Bereichsventile 61, 62 des Systems geschlossen sind.
Die Brandbekämpfungseinrichtung ist so konstruiert, dass die Aktivierung von zwei Sprinklern, beispielsweise der Sprinkler 13 und 14, nicht ausreicht, um den Druck unterhalb von 80 Bar fallen zu lassen, sondern einen Druck von 140 Bar erzeugt. In einer Situation wie dieser, d. h., wenn der Druck sehr hoch ist, führen lediglich die Pumpen 29 und 39 Wasser zu der Hauptleitung 24. Falls zusätzlich zu den Sprinklern 13 und 14 weitere Sprinkler und/oder Sprühköpfe aktiviert werden, wird der Druck fallen. Wenn eine ausreichend große Anzahl von Sprinklern und Sprühköpfen aktiviert ist, wird der Druck auf einen geringfügig unter 80 Bar fallen. In einer derartigen Situation ermöglicht das Entlastungsventil 30 den Strom des Löschmittels in die Hauptleitung 24, wobei sämtliche Pumpen 28, 29, 38, 39 der Hauptleitung 24 Wasser mit dem Druck von geringfügig unterhalb von 80 Bar zuführen.
Das Bezugszeichen 40 bezeichnet einen Druckspeicher, mittels dessen in den Leitungen 24 bis 26 ein Stand-by-Druck von etwa 5 bis 20 Bar aufrecht erhalten wird. Der Stand-by-Druck verhindert, dass die Elemente der Einrichtung einem großen Druckstoß ausgesetzt werden, wenn die Motoren 27, 37 gestartet werden. Die Sprinkler kommen sehr rasch in Betrieb, da die Leitungen 24 bis 26 ständig mit Wasser gefüllt sind. Dies verhindert ebenfalls einen starken Druckstoß, wenn die Sprinkler aktiviert werden. Das Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Gasquelle, beispielsweise eine Stickstoffgasflasche, und das Bezugszeichen 51 bezeichnet einen Wasserbehälter.
Der Betrieb des Brandbekämpfungssystems der Erfindung wird im folgenden beschrieben.
Der durch den Brand hervorgerufene Temperaturanstieg aktiviert beispielsweise die Sprinkler 13 und 14. Darauf liefert das Bereichsventil 61 ein Signal, das die Motoren 27, 37 startet, und die Pumpen 29 und 39 beginnen den Sprinklern 13, 14 Wasser mit einem hohen Druck von etwa 140 Bar zuzuführen. Wenn jeder Motor 27, 37 die Leistung von 15 kW aufweist, liefern die Pumpen 29, 39 jeweils 48,7 l/Min Wasser, d. h. insgesamt etwa 97 l/Min. Falls die Sprinkler 15, 16, 53 und 56 und die Sprühköpfe 17 bis 20, 57 bis 59 ebenfalls aktiviert werden, wird der Druck auf einen Wert von unterhalb 80 Bar fallen. Die Sprühköpfe 17 bis 20, 57 bis 59 können aktiviert werden, indem das Ventil 62 beispielsweise manuell oder mittels eines Rauchdetektors geöffnet wird. Wenn der Druck unterhalb von 80 Bar fällt, beginnen die Pumpen 28 und 38 ebenfalls der Hauptleitung 24 Wasser zuzuführen, so dass die der Hauptleitung zugeführte Wassermenge ungefähr 195 l/Min beträgt. Dies erfüllt das Konstruktionsprinzip, nach dem jeder Sprühkopf einen Strom von 13 l/Min liefert.
Ein Gas, z. B. Stickstoffgas, kann dem Wasserstrom, beispielsweise wie in der WO 95/28204 beschrieben hinzugefügt werden, um den Wirkungsgrad des Löschvorgangs in der Endphase zu verbessern. Dies ist durch einen in 4 mit 63 bezeichneten Block gezeigt.
5 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Figur bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen Elemente, die den in 4 gezeigten ähneln. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 4 insofern, als die Druckquelle ein Druckspeicher ist. Die Motor-Pumpen-Einheit mit den Entlastungsventilen und dem Wasserbehälter ist dementsprechend durch einen Druckspeicher 100 ersetzt, der zwei Wasserbehälter 101, 102 aufweist, an die ein Gasbehälter 103 angeschlossen ist, der einen hohen Druck von beispielsweise 200 Bar bereitstellt. Der Druck des Druckspeichers 100 ist zu Beginn des Löschvorgangs hoch, und wird geringer, während sich die Wasserbehälter 101, 102 entleeren. Der Druckspeicher kann daher entsprechend konstruiert sein, um der Hauptleitung 24 automatisch den gewünschten Strom zuzuführen. Eine weiterer Vorteil des Druckspeichers 100 besteht darin, dass er einfach im Aufbau ist und keine Elektrizität oder sonstige externe Energie für den Betrieb erfordert. Die Anzahl der Wasserbehälter 101, 102 kann selbstverständlich von einem einzigen Behälter bis zu einer großen Anzahl von Behältern variieren, und es können mehrere Druckspeicher vorhanden sein. Der anfängliche Druck des Druckspeichers, d. h. der Druck zu Beginn des Löschvorgangs, kann beispielsweise in dem Bereich 30 bis 300 Bar, gewöhnlich 100 bis 250 Bar liegen.
Dem Fachmann wird es klar sein, dass die Erfindung im Einzelnen auf vielfältige Weise innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden kann. Beispielsweise können die Entlastungsventile auf andere als die oben genannten Druckwerte eingestellt werden. Entscheidend ist, dass die Entlastungsventile der Pumpen, die an denselben Motor angeschlossen sind, auf unterschiedliche Druckwerte eingestellt sind, so dass die Pumpen, falls erforderlich, schrittweise aktiviert werden können. Die Anzahl der Motoren und der schrittweise zu aktivierenden Pumpen kann variieren. Die Brandbekämpfungseinrichtung kann mehrere Entlastungsventile aufweisen, die auf unterschiedliche Druckwerte eingestellt sind. Falls beispielsweise Entlastungsventile vorhanden sind, die auf vier unterschiedliche Druckwerte eingestellt und an entsprechenden Pumpen angeschlossen sind, wird ein in vier Schritten ablaufender Betrieb erreicht: die Pumpe, die an das Entlastungsventil angeschlossen ist, das auf den höchsten Druck eingestellt ist, versorgt die Hauptleitung 24 als erste, und da der Druck anschließend fällt, beginnt dann die Pumpe, an die das Entlastungsventil angeschlossen ist, das auf den zweithöchsten Druck eingestellt ist, mit der Zufuhr, usw. Anstelle der Motor-Pumpen-Entlastungsventil-Anordnung kann eine Pumpe mit einer konstanten Leistung verwendet werden: der Strom in der Pumpe kann angepasst werden, indem die Hublänge der Kolben so angepasst wird, dass die Pumpe eine konstante Leistung aufrecht erhält. Die Anpassung wird beispielsweise bewirkt, indem eine schräge Platte verwendet wird, die durch den Druck gesteuert wird und gegen eine Feder drückt; d. h. wenn der Druck ansteigt, wird der Strom niedriger eingestellt, und umgekehrt, und der Leistungsverbrauch wird mit einem konstanten Pegel aufrecht erhalten, und der – hinsichtlich des Drucks – maximale Wasserstrom wird erzeugt. In dem oben erwähnten Beispiel würde diese Art einer Pumpe beispielsweise bei einem Druck von 140 Bar im Falle von zwei aktivierten Sprinklern einen Wasserstrom von 97 l/Min liefern, und der Wasserstrom würde mit einer Verringerung des Drucks, d. h., wenn mehr Sprinkler aktiviert werden, stufenlos ansteigen.
Die erfindungsgemäße Düse ist auch für einen üblichen Niederdrucksprinkler geeignet, der in Verbindung mit einer Zentrifugalpumpe und/oder einem Druckbehälter verwendet wird. Die Zentrifugalpumpe weist in diesem Falle einen höheren Druck und einen stärkeren Strom auf, als es bei einem Sprinkler mit einem konstanten K-Wert der Fall ist. Wenn der Druckbehälter verwendet wird, ist der Strom kräftig, wenn der Druck hoch ist, und normal, wenn der Druck niedrig ist. Die Feder braucht nicht unbedingt eine Schraubenfeder zu sein, sondern kann ein aus einem Elastomer gefertigtes Element sein, das nachgibt, wenn es durch das Ventilelement vorgespannt wird, so dass sich das Ventilelement bewegt und den zweiten Kanal 4 öffnet. Ein derartiges Ventilelement bewirkt allerdings nicht, dass das Löschmittel entlang einem schraubenförmigen Pfad strömt.
Die Brandbekämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung kann mehrere Sprinkler und Sprühköpfe aufweisen, die in einem oder mehreren Löschbereichen angeordnet sind. Die Sprinkler und Sprühköpfe können ferner eingerichtet sein, um aufgrund von Rauch anstelle von hohe Temperatur aktiviert zu werden. Abweichend von 4 und 5 kann die Brandbekämpfungseinrichtung auch lediglich Sprinkler oder lediglich Sprühköpfe aufweisen.

Claims

Düse, vorzugsweise für den Einsatz in Sprinklern und Sprühköpfen, um ein Medium zu versprühen, wobei zu der Düse (60) gehören: ein Gehäuse (7), ein Einlassende (1) und ein erster Kanal (2), der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung (3) führt, um das Medium durch die Düse zu versprühen, wobei zu der Düse ferner ein zweiter Kanal (4) führt, um Medium durch die Düse zu versprühen, und ein durch eine Feder (5) vorgespanntes Ventilelement (6), das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal geschlossen zu halten, wenn das Ventilelement mit einem ersten Druck beaufschlagt wird, und das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal frei zu geben, wenn das Ventilelement durch das Medium mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, wobei der zweite Druck höher als der erste Druck ist und wobei der erste Kanal (2) so gestaltet ist, dass er abgesperrt ist, wenn das Ventilelement (6) mit dem ersten Druck beaufschlagt wird, das Ventilelement (6) in dem Gehäuse (7) der Düse bezüglich dem Gehäuse (7) der Düse verschiebbar angeordnet ist, und der zweite Kanal (4) in dem Gehäuse (7) der Düse ausgebildet ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (2) innerhalb des Ventilelements (6) angeordnet ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Schraubenfeder (5) ist, die innerhalb des zweiten Kanals (4) um das Ventilelement (6) angeordnet ist.
Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (5) innerhalb des Gehäuses (7) und um das Ventilelement (6) mit einem geringen Abstand angeordnet ist, so dass die Windungen der Schraubenfeder zwischen sich einen schraubenförmigen Pfad (8) definieren.
Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (5) mit einem Ende auf einer Schulter (9) aufliegt, die in dem Gehäuse (7) ausgebildet ist, und an dem anderen Ende an einem flanschförmigen Element (10), das in dem Ventilelement (6) ausgebildet ist.
Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flanschförmige Element (10) gleitend an einer Wand (11) anliegt, die in dem Gehäuse (7) ausgebildet ist.
Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) eine Schulter (12) aufweist, um die Bewegung des flanschförmigen Elements (10) und des Ventilelements (6) in der Weise zu begrenzen, dass die Windungen der Schraubenfeder (8) den schraubenförmigen Pfad (8) zwischen sich definieren, obwohl durch den zweiten Druck eine Kraft auf das Ventilelement (6) ausgeübt wird, die größer ist als die Gegenkraft, die durch die Schraubenfeder ausgeübt wird, wenn diese zusammengedrückt ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kanal (4) den ersten Kanal (2) konzentrisch umgibt.
Brandbekämpfungseinrichtung mit einer Vielzahl von Sprinklern oder Sprühköpfen (13 bis 20, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59), die Düsen (60) enthalten, wobei zu jeder Düse gehören: ein Gehäuse (7), ein Einlassende (1) und ein erster Kanal (2), der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung (3) führt, um Löschmittel durch die Düse zu versprühen, wobei zu der Düse ferner ein zweiter Kanal (4) führt, um Löschmittel durch die Düse zu versprühen, und ein durch eine Feder (5) vorgespanntes Ventilelement (6), das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal geschlossen zu halten, wenn das Ventilelement mit einem ersten Druck beaufschlagt wird, und das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal frei zu geben, wenn das Ventilelement durch das Medium mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, wobei der zweite Druck höher als der erste Druck ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Kanal (2) dazu eingerichtet ist geschlossen zu sein, wenn das Ventilelement (6) mit dem ersten Druck beaufschlagt wird, das Ventilelement in dem Gehäuse (7) der Düse bezüglich dem Gehäuse der Düse verschiebbar angeordnet ist, und der zweite Kanal (4) in dem Gehäuse der Düse ausgebildet ist, – die Sprinkler oder Sprühköpfe in einer an sich bekannten Weise angeordnet sind, um abhängig von dem Ort des Brandes aktiviert zu werden, so dass zu Beginn des Löschvorgangs lediglich einige der Sprinkler oder Sprühköpfe (beispielsweise 13, 14) aktiviert werden, und die Einrichtung, wie an sich bekannt, eine Druckquelle (21) und Leitungen (22 bis 26) umfasst, zu denen Hauptleitungen (24) gehören, die dazu dienen, den Sprinklern oder Sprühköpfen Löschmittel zuzuführen, und – die Druckquelle (21) dazu eingerichtet ist Lösch mittel zuerst unter einem hohen Druck zuzuführen, und die Druckquelle, da der Druck in den Leitungen (22 bis 26) abfällt, wenn eine zunehmend steigende Zahl von Sprinklern oder Sprühköpfen aktiviert sind, dazu eingerichtet ist, die Strömung zu steigern, so dass die durch die Druckquelle zugeführte Energie nicht direkt proportional mit dem Druckabfall sinkt.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle einen Antrieb (27) umfasst, der dazu eingerichtet ist eine Pumpeneinheit (28, 29) anzutreiben, die mindestens zwei Pumpen aufweist.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheit eine erste Pumpe (28) und eine zweite Pumpe (29) aufweist, wobei ein erstes Entlastungsventil (30a) mit der Auslassleitung (22) der ersten Pumpe verbunden ist, und das Entlastungsventil dazu eingerichtet ist die erste Pumpe daran zu hindern, das Löschmittel den Sprinklern oder Sprühköpfen (13 bis 16, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59) zuzuführen, falls der Druck in der Hauptleitung (24) einen vorgegebenen ersten Druck überschreitet, das Entlastungsventil (30a) jedoch dazu eingerichtet ist, zumindest einigen der Sprinkler oder Sprühköpfe Löschmittel aus der ersten Pumpe zuzuführen, falls der erste Druck nicht erreicht wird.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (28 und 29) dazu eingerichtet sind zumindest einigen der Sprinkler oder Sprühköpfe Löschmittel zuzuführen, falls der Druck in der Hauptleitung (24) geringer als der erste Druck ist.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Auslasskanal (23) der zweiten Pumpe (29) ein Entlastungsventil (31a) angeschlossen ist, das im Stand-by-Modus der Brandbekämpfungseinrichtung dazu dient die zweite Pumpe daran zu hindern, den Sprinklern oder Sprühköpfen (13 bis 16, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59) Löschmittel zuzuführen, falls der Druck in der Hauptleitung (24) den zweiten Druck überschreitet, der höher ist als der erste Druck, wobei jedoch das Entlastungsventil (31a) dazu dient der Hauptleitung (24) Löschmittel zuzuführen, falls wenigstens ein Sprinkler oder Sprühkopf (13 bis 16, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59) aufhört zu sprühen.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandbekämpfungseinrichtung ferner einen zweiten Antrieb (37) umfasst, der dazu dient, eine zweite Pumpeneinheit (38, 39) anzutreiben, die eine dritte Pumpe (38) und eine vierte Pumpe (39) enthält, wobei ein Entlastungsventil (30b) mit der Auslassleitung der dritten Pumpe (38) verbunden ist und das Entlastungsventil dazu eingerichtet ist im Stand-by-Modus der Brandbekämpfungseinrichtung die dritte Pumpe daran zu hindern, den Sprinklern oder Sprühköpfen (13 bis 16, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59) Löschmittel zuzuführen, falls der Druck in der Hauptleitung (24) einen vorgegebenen zweiten Druck überschreitet, der höher ist als der erste Druck, wobei jedoch das Entlastungsventil (31b) dazu dient der Hauptleitung (24) Löschmittel zuzuführen, falls wenigstens ein Sprinkler oder Sprühkopf (13 bis 16, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59) nicht mehr sprüht, und dass die Auslassleitungen (32, 33) der dritten und der vierten Pumpe parallel an den Auslassleitungen (22 bzw. 23) der ersten Pumpe (28) und der zweiten Pumpe (29) angeschlossen sind.
Brandbekämpfungseinrichtung gemäß einem beliebigen der vorhergehende Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Druckspeicher (40) umfasst, der mit der Hauptleitung (24) verbunden ist, um in den Leitungen (24 bis 26) der Brandbekämpfungseinrichtung einen Stand-by-Druck aufrecht zu erhalten.
Brandbekämpfungseinrichtung mit einer Vielzahl von Sprinklern oder Sprühköpfen (13 bis 20, 53 bis 56; 17 bis 20, 57 bis 59), die Düsen (60) enthalten, wobei zu jeder Düse gehören: ein Gehäuse (7), ein Einlassende (1) und ein erster Kanal (2), der von dem Einlassende zu einer Düsenöffnung (3) führt, um Löschmittel durch die Düse zu versprühen, wobei zu der Düse ferner ein zweiter Kanal (4) führt, um Löschmittel durch die Düse zu versprühen, und ein durch eine Feder (5) vorgespanntes Ventilelement (6), das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal geschlossen zu halten, wenn das Ventilelement mit einem ersten Druck beaufschlagt wird, und das dazu eingerichtet ist, den zweiten Kanal frei zu geben, wenn das Ventilelement durch das Medium mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, wobei der zweite Druck höher als der erste Druck ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Kanal (2) dazu eingerichtet ist, um geschlossen zu sein, wenn das Ventilelement (6) mit dem ersten Druck beaufschlagt wird, das Ventilelement in dem Gehäuse (7) der Düse bezüglich dem Gehäuse der Düse verschiebbar angeordnet ist, und der zweite Kanal (4) in dem Gehäuse der Düse ausgebildet ist, – die Sprinkler oder Sprühköpfe in einer an sich bekannten Weise angeordnet sind, um abhängig von dem Ort des Brandes aktiviert zu werden, so dass zu Beginn des Löschvorgangs lediglich einige der Sprinkler oder Sprühköpfe (beispielsweise 13, 14) aktiviert werden, und die Einrichtung, wie an sich bekannt, eine Druckquelle (100), die einen Druckspeicher und Leitungen (22 bis 26) umfasst, zu denen Hauptleitungen (24) gehören, die dazu dienen, den Sprinklern oder Sprühköpfen Löschmittel zuzuführen, und – die Druckquelle (100) dazu eingerichtet ist Löschmittel zuerst unter einem hohen Druck und anschließend bei einem niedrigeren Druck zuzuführen sowie die Druckquelle dazu eingerichtet ist, die Strömung zu verstärken nachdem eine zunehmend steigende Zahl von Sprinklern oder Sprühköpfen aktiviert sind.
Brandbekämpfungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle Gashinzufügungsmittel (63) umfasst, die dazu eingerichtet sind dem Löschmittel Gas hinzuzufügen, wenn der Druck des Löschmittels unterhalb eines vorgegebenen Werts fällt.