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Verfahren und Vorrichtung zur Verwendung von Kohlensäure als Feuerlöschmittel
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung
flüssiger Kohlensäure als Feuerlöschmittel.
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Der Hauptzweck der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, um große Mengen, von unter geregelter, dauernd unterhalb der atmosphärischen
Temperatur liegender Temperatur und entsprechenden Dampfdrücken stiehende Kohlensäure
unter Aufwand geringer Kosten aufzuspe,ichern.
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Auch bezweckt die, Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verwendung von flüssiger Kohlensäure als Feuerlöschmittel zu schaffen, wobei nach
dem neuen Verfahren die Kohlensäure derart vorbereitet wird, daß, wenn die Kohlensäure
in die Außenluft gelangt, ein beiträchtlich höherer Prozentsatz an Kohle#nsäureschnee
erzeugt wird, als dies bei bekannten, zur Zeit Verwendung findenden Verfahren und
Vorrichtungen der Fall ist.
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Weiter bezweckt die Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verwendung von Kohlensäure als Feuerlöschmittel zu schaffen, bei welchem bzw.
welcher eine größere Gewichtsmenge Kohlensäure je Einheit des Behälterinhalts und
Gewichts zur Verfügung steht, als bisher möglich war.
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Schließlich bezweckt die Erfindung noch, eine Feuerlöschvorrichtung
zu schaffen, die insbesondere zur Bekämpfung von Benzin-, Öl-, Holz-, elektrischen
und Kohlenzechenbränden geeignet ist und durch welche insbesonderei das Auflodern
der Flamme: bei
Bränden irgendwelcher Art verhindert wird, während
es den Feuerbekämpfern möglich ist, näher an sehr heiße Stellen eines Brandes heranzugehen.
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Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Verwendung von Kohlensäure
als Feuerlöschmittel mit dem Kennzeichen, daß ein isolierter Speicherraum großer
Aufnahmefähigkeitim mit flüssiger Kohlensäure beschickt wird, die auf eine geregelte,
konstante, niedrige Temperatur, zweckmäßig unterhalb o° C, und auf den einer solchen
Temperatur entsprechendem, Dampfdruck gekühlt worden ist, wobei die flüssige Kohlensäure
während der ganzen Dauer der Aufspeicherung im wesentlichen die Beschickungtstemperatur
und den B!eschickungs,druck beibehält und als Flüssigkeit mit der Aufspeicherungstemperatur
und unter dem Aufspeiche@rungs= druck zur Brandstelle geleitet wird.
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Die Erfindung besteht schließlich auch in einer Feuerlöschvorrichtung
mit dem Kennzeichen, daß Mittel zum Aufspeichern flüssiger Kohlensäure unter geregelter,
konstanter, niedriger Temperatur, vorzugsweise unterhalb o° C, und unter einem dieser
niedrigen Temperatur entsprechenden Druck sowie Vorrichtungen vorgesehen sind, um
die flüssige Kohlensäure mit der Aufspeicherungstennperatur nach der Verwendungsstelle
zu leiten.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Feuerlöschvorrichtung gemäß
der Erfindung zur Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt.
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Ein als Beispiel für irgendein Gebäude, in welchem Brände entstehen
können, beispielsweise ein Privathaus, ein Mietshaus, ein Bürohaus, eine Garage,
eine Werkstatt, eine Fabrik usw., veranschaulichtes Gebäude ist mit 5 bezeichnet.
In diesem Gebäude ist ein Raum 6 vorhanden, den der Eigentümer oder Inhaber durch
eine Berieselungsvorrichtung 7 mit Auslaßdüsen 8 oder durch eine bewegliche Vorrichtung
in Gestalt eines biegsamen Schlauches 9 mit Auslaßdüse io gegen Feuer schützen will.
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In dem Gebäude 5 befindet sich weiter ein Gegenstand i i, der die
Form eines ortsfesten oder beweglichen Einrichtungsstückes oder 'einer Vorrichtung
haben und durch eine nicht bewegliche Löschvorrichtung i2 geschützt werden kann.
Die Löschvorrichtung 12 kann jede gewünschte, zur Erreichung des angestrebten Zweckes
geeignete Form haben.
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Außerhalb des Gebäudes befindet sich ein Haufen 13 aus brennbarem
Stoff, beispielsweise Kohle, Holz, Korn od. dgl. Dieser Haufen 13 kann gegen Feuer
durch eine nicht bewegliche Anlage mit Speiseleitung 15 und mit dieser verbundenen
Auslaßdüsen 14 oder durch eine bewegliche Vorrichtung geschützt werden, die die
Gestalt eines- langen, mit Durchbrechungen versehenen Rohres 16 haben kann, das
mit einer biegsamen Zuführleitung 17 in Verbindung steht.
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Obgleich die, durch die Bezugszeichen 5, 6, 11 und 13 beizeichneben
Gegenstände alle möglichen Arten von Gegenständen darstellen sollen, die gegen Feuer
geschützt werden sollen, leuchtet- eis ohne weiteres elin, daß die Verwendung des
Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung in keiner Weise auf den Schutz
von Gegenständen der veranschaulichten Art beschränkt, werden soll, sondern für
alle gegen Feuer zu schützenden Gegenstände Verwendung finden kann. Weiter sollen
selbstverständlich das Verfahren und die Vorrichtung nicht auf die besonderen, schematisch
dargestellten Formen von Ausströmvorrichtungen beschränkt werden.
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Im richtigen Abstand von dem verschiedenen Feuerquellen befindet sich
ein stark isolierter Behälter 18 großer Aufnahmefähigkeit. Dieser Behälter kann
auch aus mehreren, in einem einzigen wärmeisolierenden Gehäuse untergebrachten Teilbehältern
bestehen. Der Behälter 18 faßt zweckmäßig mehrere ioo kg flüssiger Kohlensäure und
kann, abhängig von der Art des gegen Feuer zu schützenden Gegenstandes, verschiedene
i Tonnen Flüssigkeit enthalten. Selbstverständlich können, wenn die Anlage Verwendung
findet, um große Mietshäuser, Bürogebäude oder Fabriken zu schützen, auch zwei oder
mehr Behälter 18 vorgesehen sein. Der Behälter i8 muß -so, hergestellt werden, daß
er einem Betriebsdruck von etwa 35 kg/cm2 oder mehr und insbesondere dem Dampfdruck
bei o° C, der 35,35 kg/cm2 absolut beträgt, Widerstand leisten kann. Selbstverständlich
können auch Behälter Verwendung finden, die einem höheren Betriebsdruck Widerstand
leisten können. Da jedoch die Fähigkeit, größeren Innendrücken Widerstand leisten
zu können, nicht wichtig oder wünschenswert ist, ist es nicht empfehlenswert, Behälter
zu verwenden, die wesentlich oberhalb von 35 kg/cm2 liegenden Drücken Widerstand
leisten können, weil hierdurch die Anlagekosten beträchtlich erhöht werden und dadurch
die Anlage einer ihrer wertvollsten Merkmale beraubt wird.
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Mit dem unteren Teil des Behälters 18 steht eine Rohrleitung i9 in
Verbindung, die nach einer leicht zugänglichen Stelle führt und an ihrem Ende mit
einer Kupplung 2o versehen ist. Durch letztere kann ein be-#veglicher Behälter,
beispielsweise ein Eisenbahn- oder Straßentankfahrzeug, mit dem Beihälter i 8 verbunden
werden. Durch das Eisenbahn-oder Straßentankfahrzeug soll flüssige, unter geregelter,
konstanter, niedriger Temperatur, zweckmäßig unterhalb o° C, und entsprechendem
Dampfdruck stehende Kohlensäure von einer Speis,equelle nach dem Ort der Kupplung
2o gefördert werden. Wenn die flüssige Kohlensäure bei dieser niedrigen Temperatur
und dem niedrigen Druck gefördert wird, wird eine große Gewichtsverringerung des
Förderbehälters je Tonne Aufnahmefähigkeit erzielt, mit dem Ergebnis, daß die Förderkosten
beträchtlich geringer sind, als dies möglich ist, wenn die Kohlensäure unter den
schwankenden Temperaturen und- entsprechenden Dampfdrücken gefördert wird, die sich
ergeben würden, wenn die Temperatur der zu fördernden flüssigen Kohlensäure mit
Temperaturänderungen der umgebenden Außenluft sich ändern könnte. Diese flüssige
Kohlensäure niedriger Temperatur wird von dem Förderbehälbar .in irgendeiner geeignetem.
Weise
oder .durch irgendwie geeignete .Vorrichtungen in den Speicherbehälter
i8 geleitet.
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Nachdem die flüssige Kohlensäure in den Behälter i8 hineingeleitet
worden ist, wird sie auf einer geregelten, konstanten, niedrigen Temperatur, zweckmäßig
unterhalb o° C, gehalten, und zwar ist dies diejenige Temperatur, mit welcher die
flüssige Kohlensäure für gewöhnlich in den Behälter i8 hineingeleitet wird. Infolgedessen
kann trotz des niedrigen Betri@qbsdruckes des Behälters i8 dessen Innenraum im wesentlichen
mit flüssiger Kohlensäure gefüllt werden. Hierdurch wiederum kann eine bedeutend
größere Gewichtsmenge flüssiger Kohlensäure je Einheit des Behältervolumens aufgespeichert
werden, als möglich wäre, wenn die Kohlensäure unter atmosphärischer Temperatur
aufgespeichert würde. Auch entstehen viel niedrigere Kosten je Einheit des Rauminhalts
der Speichervorrichtung.
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Mit dem Behälter i8 sind zwei verschiedene Vorrichtungen verbunden,
um die flüssige Kohlensäure auf ihrer niedrigen Einfüllte@mperatur zu halten. Eine,
dieser Vorrichtungen besteht aus einer üblichen Kühlanlage 21, deren Vedampferschlange
22 innerhalb eines mit dem oberen Teil des Behälters i8 in Verbindung stehenden
Domes 23 angeordnet ist. Da der Behälter i8 unmöglich gegen das Eindringen jeglicher
Wärme isoliert werden kann, wird durch die eindringende Wärme etwas flüssige Kohlensäure
verdampft. Das durch die Verdampfung entstehende Gas steigt in dem Behälter hoch
und kommt mit der Verdampferschlange 22 in Berührung. Durch die Berührung des Gases
mit der Oberfläche der Verdampferschlange wird das Gas kondensiert, und das Kondensat
wird durch sein Eigengewicht in das Flüssigkeitsbad zurückgeleitet. Es ist festgestellt
worden, daß bei dieser Anordnung eine Verdampferschlange beträchtlich geringerer
Oberfläche benutzt werden kann, als dies möglich wäre, wenn die Verdumpferschlange
22 unterhalb der Oberfläche der flüssigen Kohlensäure angeordnet würde. Durch eine
derartige Kühlspeicherung kann .eine beliebige Menge Kohlensäure über unbegrenzte,
Zeitdauer ohne jeden Gasverlust aufgespeichert werden.
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Die zweite Vorrichtung, um die flüssige Kohlensäure auf einer Temperatur
unterhalb der der umgebenden Luft, d. h. auf derjenigen Temperatur zu halten, mit
welcher sie in den Behälter i8 eingefüllt wurde, besteht aus einem Entlastungsventil
24. Letzteres kann beliebiger, bekannter Bauart sein und so eingestellt werden,
daß es bei einem vorherbestimmten Dampfdruck sich öffnet, der der Temperatur entspricht,
auf welcher die, flüssige Kohlensäure gehalten werden soll.
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Wenn Wärmg durch diel den Behälter i8 umgebende Isolierung hindurch
eindringt, wird ein Teil der Flüssigkeit verdampft, und der Dampfdruck steigt bis
auf einen Wert, bei welchem das Ventil 24 zur Wirkung kommt. Sobald das Ventil sich
öffnet, strömt Kohlensäure!gas durch das Ventil hindurch in die Außenluft, und dieses
Abfließen von Gas nach der Außenluft ist von einer Verdampfung einer gleichen Menge
der verbleibenden flüssigen Kohlensäure begleitet. Die Verdampfung wiederum wird
von der Wärmeabsorption von der verbleibenden Flüssigkeit begleitet oder ergibt
sich aus dieser und hat eine Kühlung dieser Flüssigkeit zur Folge. Durch diese Kühlung
wird die Teimperatur der flüssigen Kohlensäure und der entsprechende, Dampfdruck
herabgemindert, bis der Druck unterhalb des Betriebsdruckes des Ventils 24 sinkt.
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Es leuchtet mithin ein, daß auf Kosten des Verlustes eines verhältnismäßig
kleinen Bruchteils der aufgespeicherten Flüssigkeit die verbleibende Flüssigkeit
auf der gewünschten Speichertemperatur gehalten wird. Der Verlust an Kohlensäure
ist nicht übermäßig und kann leicht berechnet werden, da er gleich dem Verhältnis
des Wärmeverlustes je Stunde zur latenten Wärme der Kohlensäure bei der aufgespeicherten
Temperatur ist. Beispielsweise beträgt bei - i8° C die latente Wärme 68,5 kg Kalorien
je Kilogramm. Ein Speicherbehälter für etwa 7,25 t flüssige Kohlensäure, hat eine
Wärmedurchdringungsgeschwindigkeit durch die Isolation hindurch von etwa 31o kg
Kalorien je Stunde. Der Gasverlust bei der Aufrechterhaltung des niedrigen Druckes
in dem Behälter würde mithin ein VerhältL nis von 31o : 68,5 oder etwa 4,54 kg je
Stunde betragen. Der Verlust in diesem Fall beträgt etwa 11/2°/o für jede 24 Stunden.
-Dieser Verlust ist geringer als der Sublimationsverlust, der für ge" wöhnlich beim
Aufspeichern und Fördern festen Kohlendioxyds in Form von trockenem Eis zu verzeichnen
ist.
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Es leuchtet ein, daßf die Kühlanlage 2 i und ihre Kühlschlange 22
- in Verbindung mit dem Entlastungsventil2q. Verwendung finden können, um gleichzeitig
verschiedene Arbeitsverfahren zurVerfügung zu haben. Beispielsweise ist es in hohem
Maß unerwünscht, ein Entlastungsventil 24 als eine Sicherheitsvorrichtung zu verwenden,
die in dem Augenblick des Versagens der Kühlanlage zur Wirkung kommt. Selbstverständlich
wird diel Kühlanlage mit irgendeiner Art von Temperatur- oder Druckregelung ausgerüstet,
durch weilche sie nur periodisch zur Wirkung kommt, wenn dies notwendig ist, um
Wärme von,der in dem Behälter i8 aufgespeicherten Kohlensäure abzuleiten. Diese
nicht veranschaulichte, selbsttätige Regelvorrichtung für die Kühlanlage kann so
eingestellt werden, daß die Kohlensäure auf einer gewünschten, unterhalb der atmosphärischen
Temperatur liegenden Temperatur gehalten wird. Das in Verbindung mit der Kühlanlage
arbeitende Entlastungsventil 24 kann so eingestellt werden, daß e s bei einem Druck
sich öffnet, der höher isst als der Druck, bei welchem die Kühlanlage zu arbeiten
beginnt. Mithin wird beim Versagen der Kühlanlage das Ventil 24 wirksam, um die
Kohlensäure als Ergebnis des Abla,ssens von Gas in die, Außenluft zu kühlen.
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Selbstverständlich können anderes Verfahren der Benutzung eines Entlastungsventils
in Verbindung mit einer Kühlanlage Verwendung finden. So kann beispielsweise die
Kühlschlange 22 mit einer Kühlanlege
verbunden werden, die für
andere Zwecke in dem Gebäude Verwendung findet, in welchem sie untergebracht ist.
Diese Kühlanlage kann bei minimalen und maximalen Belastungsperioden zur Wirkung
kommen. Es kann mithin erwünscht, sein, die Kühlschlange 2'2 zur Wirkung kommen
zu lassen, um die Kohlensäure nur während der minimalen Belastungsperiode der Kühlanlage
gekühlt zu erhalten. Das Entlastungsventil würde dann einen wesentlichen Zub; hörtoil
für die erfolgreiche Wirkung der Feu-erlö@schvorrichtung bilden. Bei jeder Arbeitsweise,
bei: welcher ein Entlastungsventil Verwendung findet, durch das wenigstens teilweise
die Kohlensäure gekühlt erhalten wird, ruß der Behälter 18 periodisch durch einen
Verteiler von Kohlensäure niedriger Temperatur nachgefüllt werden, um ihn richtig
mit dem Feuerlöschmittel gefüllt zu erhalten.
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Geeignete, von Hand gesteuerte Ventile 25 liegen an wichtigen Punkten
in den Hauptleitungen oder den Rohrleitungen 26 und 27 der Kühlanlage. Mit Hilfe
dieser Ventile kann gewünschtenfalls eine wahlweise Zufuhr des Löschmittels nach
den verschiedenen Leitungen der Ausströ@mvorrichbungen erfolgen.
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Durch zahlreiche Versuche ist festgestellt worden, daß bei einer o°
C nicht überschreitenden Temperatur ausströmende Kohlensäure ein bedeutend wirksameres
Feuerlöschmittel ist als bei atmosphärischer Temperatur freigegebenes, Kohlensäuregas.
Beispielsweise ergibt sich ein viel höherer Prozentsatz von Schnee, wenn die flüssige
Kohlensäure bei einer Temperatur unterhalb derjenigen der umgebenden Außenluft freigegeben
wird. Theoretisch e rzaugt das bei 21° C freigegebene Kohlensäuregas 291/o Schnee,
während das bei - 18' C in die Außenluft strömende flüssige Kohlensäuregas 6o%,
Schnee erzeugt. Selbstverständlich ist, je geringer die Ausströmbemperabur der flüssigen
Kohlensäure ist, um so größer der Prozentsatz an erzeugtem Schnee. Diese erhöhte
Ausbeute an Schnee liefert eine schwerere Decke zum Ersticken des Feuers durch Ausschluß
von Sauerstoff, die durch die natürlichen, von dem Feuer aufsteigenden Luftströme
nicht verdrängt wird. Die große Ausbeute an Schnee liefert eine größere Menge Löschmittel,
welche es zuläßt, daß dieses Mittel mit größerer Geschwindigkeit gegen das Feuer
geleitet wird und wirksamer die aufsteigenden Luftströme durchdringt, während außerdem
noch dieses Mittel über größere Entfernungen vorgebracht werden kann.
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Der Schnee sublimiert mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit
und verlängert mithin die Zeit, in welcher er in wirksamer Weise verhindert, daß
Sauerstoff mit den brennenden Gegenständen in Berührung kommt. Dieses Merkmal ist
zusammen mit der zur Verfügung stehenden niedrigen Temperatur der flüssigen Kohlensäure
zum Kühlen der durch das Feuer erhitzten Teile sehr wirksam zum Verhindern von Wiederentzündungen.
Die erhöhte Kühlwirkung, welche die größere Ausbeute an Schnee auf den vom Brand
befallenen Stoff hat, ermöglicht es den Feuerbekämpfern, sich näher an die Brandstelle
zu begeben. Die Dichte der bei niedriger Temperatur aufgespeicherten Kohlensäure
hat im Vergleich zu ihrer Dichte bei Freigabe in die Außenluft eine viel größere
Volumenzunahme zur Folge als dies der Fall ist, wenn die Kohlensäure bei atmosphärischer
Temperatur aufgespeichert wird. Die Dichte der flüssigen Kohlensäure bei - i8° C
beträgt i g/cm3 und bei Ausdehnung in der .Außenluft beträgt ihre Dichte o,002 g/cm3.
Be-i dieser niedrigen Temperatur aufgespeicherte Kohlensäure nimmt mithin 5oomal
an Volumen zu. Die Ausdehnung einer bei 21° C aufgespeicherten Kohlensäure ist ungefähr
nur halb so groß wie die Ausdehnung, die sich ergibt, wenn die Kohlensäure bei -
18° C aufgespeichert wird.