EP0496066A1 - Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas - Google Patents

Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas Download PDF

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EP0496066A1
EP0496066A1 EP91121125A EP91121125A EP0496066A1 EP 0496066 A1 EP0496066 A1 EP 0496066A1 EP 91121125 A EP91121125 A EP 91121125A EP 91121125 A EP91121125 A EP 91121125A EP 0496066 A1 EP0496066 A1 EP 0496066A1
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EP
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fire extinguishing
extinguishing device
argon
fire
store
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EP91121125A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Volker
Karl Friedrich Striewisch
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Messer Griesheim GmbH
Original Assignee
Messer Griesheim GmbH
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C35/00—Permanently-installed equipment
    • A62C35/02—Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C31/00—Delivery of fire-extinguishing material
    • A62C31/02—Nozzles specially adapted for fire-extinguishing

Definitions

  • the invention relates to a fire extinguishing device with a storage device for a low-boiling liquefied gas serving as an extinguishing agent according to the preamble of claim 1.
  • Valuable technical systems such as electronic systems, are equipped with automatic fire extinguishing systems that work with extinguishing agents from the Halon range. These are ideal, highly effective extinguishing agents that will not be approved in the future.
  • Carbon dioxide and inert low-boiling liquefied gases are available as an alternative to the halons.
  • carbon dioxide is not very suitable for valuable technical systems. After fires that are extinguished with carbon dioxide, Corrosion damage occurs on sensitive metal parts, which can be attributed to the action of the carbon dioxide formed from carbon dioxide and water vapor. This is very disadvantageous, in particular for electronic components. After a fire that was extinguished in time with carbon dioxide, secondary damage, sometimes with long-term effects, can occur.
  • inert low-boiling liquefied gases only nitrogen has so far been used as an extinguishing agent.
  • US Pat. No. 3,830,307 shows a fire extinguishing device with liquid nitrogen as an extinguishing agent.
  • Nitrogen as a fire extinguishing agent has proven itself well in certain applications, for example in mine fires. In contrast, nitrogen has proven to be less suitable for extinguishing open fires. The reason for this is its comparatively low molecular weight of 28, which results in a low density ratio to air and thus poor sinking behavior.
  • Other inert low-boiling liquefied gases appear more suitable in this regard.
  • the molecular weight of argon is 40 and thus almost reaches the molecular weight of carbon dioxide, namely 44.
  • Gaseous argon has almost the same density as gaseous carbon dioxide.
  • the density ratio to air is, for example, at 0 ° C and 1.013 bar for argon 1.38 and for carbon dioxide 1.53.
  • the high price of argon compared to nitrogen appears to be a disadvantage. This applies all the more to other inert, low-boiling liquefied gases. Because of the unavoidable heat flow into the storage for the low-boiling liquefied gas, expensive evaporation losses occur. While they can be accepted with nitrogen, as an occasional replenishment of the storage with liquid nitrogen to the evaporated Replacing nitrogen, which is not too expensive, would be a very significant cost factor for argon.
  • the invention is therefore based on the object of providing a fire extinguishing device having a store for a low-boiling liquefied gas, in particular argon, which serves as an extinguishing agent and in which the costs for storing the liquefied gas can be kept very low.
  • Argon is preferred as the extinguishing agent. Since its density is similar to that of carbon dioxide, it has extinguishing properties that are just as good as those of carbon dioxide, without having its disadvantages.
  • the storage pressure of the argon is preferably 15 to 40 bar, so that conventional pressure storage devices can be used. Compression machines with helium as the operating gas, as are known from cryophysics, are well suited as refrigerators. At high storage pressures of the argon, however, other refrigerators can also be used, for example by means of a cryogenic medium such as liquid nitrogen. In special cases, for example in the case of very large stores for the liquid argon, the cold supply can also take place in a separate unit arranged outside the store, so that the cryocondenser in the headspace of the store is eliminated.
  • connecting lines from the liquid space of the storage device to different points of the space to be protected or to different spaces to be protected will be provided.
  • connecting lines from the headspace of the storage can also be installed.
  • the liquid argon flows, partially evaporating, through the connecting lines and emerges as a mixture of liquid and gas through the nozzles arranged at the end of the connecting line.
  • the outlet nozzles preferably have a sintered metal body in their outlet surface. This atomizes the liquid into the finest droplets.
  • multi-hole nozzles can also be used, which additionally have a countercurrent cooler insert made of sintered metal.
  • the fire hole device shown in Figure 1 shows a memory 1, which is provided with insulation 2.
  • the insulation can be carried out using powder vacuum or multi-layer vacuum technology.
  • the memory 1 is carried out horizontally so that it can be easily accommodated in the buildings to be protected.
  • the liquid space 3 of the memory 1 is filled with liquid argon, while there is cold gaseous argon in the head space 4.
  • a cryocapacitor 5 is arranged in the head space 4, with which the desired equilibrium conditions are maintained in the memory.
  • a compression machine with helium as the operating gas which is connected to the cryo-condenser 5 via the lines 7 and 8, serves as the external cooling generator 6.
  • the control variable for the operation of the refrigeration generator 6 is the temperature in the head space 4, which is detected by the temperature meter 9.
  • the liquid argon is stored in the store 1 under equilibrium conditions. At a storage pressure of 15 bar, for example, the equilibrium temperature is 124 K, which is maintained by means of the cryo-condenser 5 and the external refrigeration generator 6. If the store 1 is provided with high-quality insulation 2, the required cooling capacity of the external cooling generator 6 is relatively low. The investment costs are correspondingly low.
  • the lines 7 and 8 can also be omitted if the refrigeration generator 6 is attached directly to the store 1.
  • a connecting line 10 is led out of the liquid space 3 of the memory 1 and merges into distribution lines 11 and 12.
  • Automatic shut-off valves 13 and 14 are arranged in the distribution lines 11 and 12.
  • the distribution line 11 ends in 3 outlet nozzles 15, which are arranged at different points in the space to be protected.
  • the distribution line 12 leads accordingly to another, not shown, space to be protected.
  • a connecting line 16 from the head space 4 of the memory 1 is provided. It also has an automatic shut-off valve 17 and an outlet nozzle 18.
  • the monitoring is carried out by means of a fire monitoring device 19, to which sensors 20 are connected which respond to smoke, fire and heat.
  • the fire monitoring device 19 also acts on the automatic shut-off valves 13, 14 and 17. In the event of a fire, these valves are opened so that liquid argon flows through the connecting line 10 to the outlet nozzles 15.
  • gaseous argon can flow through the connecting line 16 to the outlet nozzle 18.
  • this is not absolutely necessary, as a rule it is sufficient to withdraw liquid argon as an extinguishing agent through the connecting line 10.
  • the use of gaseous argon from the head space 4 of the store 1 is advantageous if a very careful application of extinguishing agent is desired.
  • a gas flow that is as quiet as possible is required for a good extinguishing effect without further lighting the source of the fire. For this reason, the outlet nozzles 15 have large cross sections.
  • the liquid argon must also be divided as finely as possible when it emerges from the outlet nozzles 15.
  • Sintered metal bodies are very suitable as exit surfaces for this. 2 and 3 show two different embodiments of outlet nozzles 15 with sintered metal bodies 21 and 22 respectively. The arrows indicate the flow direction of the extinguishing gas.
  • the exit surface is designed as a multi-hole nozzle 23. It enables an almost laminar outlet flow with a long range (approx. 1 to 2 m).
  • the gaseous argon flowing from the connecting line 16 into the outlet nozzle 18 under the storage pressure expands there to almost 1 bar.
  • the cooling taking place during this expansion is used to cool the argon flowing out of the multi-hole nozzle 23 as much as possible in order to increase its density.
  • a counterflow cooler insert 24 made of sintered metal is used for this purpose.
  • the argon entering through the central tube 25 is expanded in the orifice 26, deflected by means of the beaker 27 and returned along the central tube 25 through the counterflow cooler insert 24 made of sintered metal. In this way, the central tube 25 and thus the inflowing argon gas is pre-cooled.
  • the fire extinguishing device according to the invention naturally has the usual monitoring and safety devices, for example devices for measuring the fill level and safety valves, but these are not shown.

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Abstract

Feuerlöscheinrichtungen können mit flüssigem Stickstoff als Löschmittel betrieben werden. Zum Löschen offener Brände hat sich Stickstoff jedoch als weniger geeignet erwiesen, da es wegen seines vergleichsweise geringen Molekulargewichtes ein unbefriedigendes Sinkverhalten besitzt. Andere, in dieser Hinsicht besser geeignete tiefsiedende verflüssigte Gase, insbesondere Argon, erscheinen zu teuer, weil wegen des nicht zu verbindernden Wärmestromes in den Speicher mit erheblichen Abdampfverlusten zu rechnen ist. Zwecks Vermeidung dieser Nachteile wird im Kopfraum (4) des Speichers (1) ein Kryo-Kondensator (5) angeordnet, der mit einem externen Kälteeerzeuger (6) verbunden ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Wertvolle technische Anlagen, zum Beispiel Elektronikanlagen, sind mit automatisch wirkenden Feuerlöscheinrichtungen ausgestattet, die mit Löschmitteln aus der Reihe der Halone arbeiten. Es handelt sich hierbei um an sich ideale, hochwirksame Löschmittel, die aber in Zukunft nicht mehr zugelassen werden. Als Alternative zu den Halonen stehen Kohlendioxyid und inerte tiefsiedende verflüssigte Gase zur Verfügung. Kohlendioxid ist jedoch für wertvolle technische Anlagen wenig geeignet. Nach Bränden, die mit Kohlendioxid gelöscht werden, treten an dafür empfindlichen Metallteilen Korrosionsschäden auf, die auf die Einwirkung der sich bildenden Kohlensäure aus Kohlendioxid und Wasserdampf zurückzuführen sind. Insbesondere für elektronische Bauelemente ist dies sehr nachteilig. Nach einem rechtzeitig mit Kohlendioxid gelöschten Brand können so Sekundärschäden, teilweise mit Langzeitwirkung, auftreten.
  • Von den inerten tiefsiedenden verflüssigten Gasen ist bisher nur Stickstoff als Löschmittel verwendet worden. So zeigt beispielsweise die US-PS 3 830 307 eine Feuerlöscheinrichtung mit flüssigem Stickstoff als Löschmittel. Stickstoff als Feuerlöschmittel hat sich in bestimmten Einsatzfällen gut bewährt, beispielsweise bei Grubenbränden. Zum Löschen offener Brände hat sich Stickstoff dagegen als weniger geeignet erwiesen. Die Ursache hierfür ist sein vergleichsweise niedriges Molekulargewicht von 28, aus dem ein niedriges Dichteverhältnis zur Luft und damit ein schlechtes Sinkverhalten resultiert. Andere inerte tiefsiedende verflüssigte Gase erscheinen in dieser Hinsicht besser geeignet. So beträgt beispielsweise das Molekulargewicht von Argon 40 und erreicht damit fast das Molekulargewicht von Kohlendioxid, nämlich 44. Gasförmiges Argon hat nahezu die gleiche Dichte wie gasförmiges Kohlendioxid. Das Dichteverhältnis zur Luft beträgt z.B. bei 0° C und 1,013 bar für Argon 1,38 und für Kohlendioxid 1,53. Nachteilig erscheint jedoch der im Vergleich zu Stickstoff hohe Preis für Argon. Dies gilt erst recht für andere inerte tiefsiedende verflüssigte Gase. Wegen des nicht zu verhindernden Wärmestromes in den Speicher für das tiefsiedende verflüssigte Gas treten teure Abdampfverluste auf. Während sie bei Stickstoff in Kauf genommen werden können, da ein gelegentliches Auffüllen des Speichers mit flüssigem Stickstoff, um den verdampften Stickstoff zu ersetzen, nicht all zu teuer ist, wäre dies bei Argon ein sehr erheblicher Kostenfaktor.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas, insbesondere Argon, zu schaffen, bei der die Kosten für die Speicherung des verflüssigten Gases sehr niedrig gehalten werden können.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Als Löschmittel wird Argon bevorzugt. Da seine Dichte ähnlich der des Kohlendioxids ist, weist es ähnlich gute Löscheigenschaften auf wie Kohlendioxid, ohne dessen Nachteile zu besitzen. Der Speicherdruck des Argons beträgt vorzugsweise 15 bis 40 bar, so daß übliche Druckspeicher verwendet werden können. Als Kälteerzeuger sind Kompressionsmaschinen mit Helium als Betriebsgas gut geeignet, wie sie aus der Kryophysik bekannt sind. Bei hohen Speicherdrücken des Argons können jedoch auch andere Kälteerzeuger eingesetzt werden, beispielsweise mittels eines Kryomediums wie flüssigem Stickstoff. In Sonderfällen, beispielsweise bei sehr großen Speichern für das flüssige Argon, kann die Kältezufuhr auch in einem außerhalb des Speichers angeordneten separaten Aggregat erfolgen, so daß der Kryokondensator im Kopfraum des Speichers entfällt.
  • In der Regel wird man mehrere Verbindungsleitungen aus dem Flüssigraum des Speichers hin zu verschiedenen Stellen des zu schützenden Raumes oder hin zu verschiedenen zu schützenden Räumen vorsehen. Zusätzlich können aber auch Verbindungsleitungen aus dem Kopfraum des Speichers installiert werden.
  • Im Brandfalle strömt das flüssige Argon, teilweise verdampfend, durch die Verbindungsleitungen und tritt durch die am Ende der Verbindungsleitung angeordneten Düsen als Gemisch aus Flüssigkeit und Gas aus. Um eine schnelle und restlose Verdampfung der Flüssigkeit zu erreichen, weisen die Austrittsdüsen in ihrer Austrittsfläche vorzugsweise einen Sintermetallkörper auf. Hierdurch wird die Flüssigkeit zu feinsten Tröpfchen zerstäubt. Es können jedoch auch Mehrlochdüsen verwendet werden, welche zusätzlich in ihrem Innern einen Gegenstromkühler-Einsatz aus Sintermetall aufweisen.
  • Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    eine Feuerlöscheinrichtung in schematischer Form,
    Fig.2
    eine Austrittsdüse mit Sintermetallkörper,
    Fig.3
    eine weitere Austrittsdüse mit Sintermetallkörper,
    Fig.4
    eine als Mehrlochdüse ausgebildete Austrittsdüse mit Gegenstromkühler-Einsatz.
  • Die in Fig.1 dargestellte Feuerlöcheinrichtung zeigt einen Speicher 1, der mit einer Isolation 2 versehen ist. Die Isolation kann in Pulver-Vakuum- oder in Mehrschichtenvakuum-Technik ausgeführt sein. Der Speicher 1 ist waagerecht ausgeführt, so daß er leicht in den zu schützenden Gebäuden untergebracht werden kann. Der Flüssigraum 3 des Speichers 1 ist mit flüssigem Argon gefüllt, während sich im Kopfraum 4 kaltes gasförmiges Argon befindet.
  • Gemäß der Erfindung ist im Kopfraum 4 ein Kryo-Kondensator 5 angeordnet, mit dem die gewünschten Gleichgewichtsbedingungen im Speicher aufrechterhalten werden. Hierzu dient als externer Kälteerzeuger 6 eine Kompressionsmaschine mit Helium als Betriebsgas, welche über die Leitungen 7 und 8 mit dem Kryo-Kondensator 5 in Verbindung steht. Regelgröße für den Betrieb des Kälteerzeugers 6 ist die Temperatur im Kopfraum 4, welche durch den Temperaturmesser 9 erfaßt wird. Das flüssige Argon wird im Speicher 1 unter Gleichgewichtsbedingungen gelagert. Bei einem Speicherdruck von beispielsweise 15 bar beträgt die Gleichgewichtstemperatur 124 K, die mittels des Kryo-Kondensators 5 und des externen Kälteerzeugers 6 aufrechterhalten wird. Wenn der Speicher 1 mit einer hochwertigen Isolation 2 versehen ist, ist die erforderliche Kälteleistung des externen Kälteerzeugers 6 relativ gering. Entsprechend niedrig sind die Investitionskosten. Die Leitungen 7 und 8 könnnen auch entfallen, wenn der Kälteerzeuger 6 direkt am Speicher 1 angebracht wird.
  • Aus dem Flüssigraum 3 des Speichers 1 ist eine Verbindungsleitung 10 herausgeführt, welche in Verteilleitungen 11 und 12 übergeht. In den Verteilleitungen 11 und 12 sind automatische Absperrventile 13 und 14 angeordnet. Die Verteilleitung 11 endet in 3 Austrittsdüsen 15, die an verschiedenen Stellen des zu schützenden Raumes angeordnet sind. Die Verteilleitung 12 führt entsprechend zu einem anderen, nicht dargestellten zu schützenden Raum. Zusätzlich ist eine Verbindungsleitung 16 aus dem Kopfraum 4 des Speichers 1 vorgesehen. Sie besitzt ebenfalls ein automatisches Absperrventil 17 und eine Austrittsdüse 18.
  • Die Überwachung erfolgt mittels einer Brandüberwachungseinrichtung 19, an welche Sensoren 20 angeschlossen sind, welche auf Rauch, Brand und Hitze ansprechen. Die Brandüberwachungseinrichtung 19 wirkt ferner auf die automatischen Absperrventile 13, 14 und 17. Im Brandfalle werden diese Ventile geöffnet, so daß flüssiges Argon durch die Verbindungsleitung 10 zu den Austrittsdüsen 15 strömt. Zusätzlich kann gasförmiges Argon durch die Verbindungsleitung 16 zur Austrittsdüse 18 strömen. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich, in der Regel genügt es, flüssiges Argon als Löschmittel durch die Verbindungsleitung 10 abzuziehen. Die Verwendung von gasförmigen Argon aus dem Kopfraum 4 des Speichers 1 ist allerdings dann von Vorteil, wenn eine sehr behutsame Beaufschlagung mit Löschmittel gewünscht wird.
  • In die Austrittsdüsen 15 gelangt ein Gemisch aus flüssigem und gasförmigen Argon. Für eine gute Löschwirkung ohne weitere Anfachung des Brandherdes ist eine möglichst ruhige Gasströmung erforderlich. Deswegen besitzen die Austrittsdüsen 15 große Querschnitte.
  • Das flüssige Argon muß außerdem beim Austritt aus den Austrittsdüsen 15 möglichst fein zerteilt werden. Hierzu sind Sintermetallkörper als Austrittsflächen sehr gut geeignet. Die Fig.2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen von Austrittsdüsen 15 mit Sintermetallkörpern 21 bzw. 22. Die Pfeile geben die Strömungsrichtung des Löschgases an.
  • Fig.4 zeigt eine Austrittsdüse 18, welche besonders für die Beaufschlagung mit gasfömigen Argon geeignet ist. Hierbei ist die Austrittsfläche als Mehrlochdüse 23 ausgebildet. Sie ermöglicht eine nahezu laminare Austrittsströmung mit großer Reichweite (ca. 1 bis 2 m). Das unter dem Speicherdruck aus der Verbindungsleitung 16 in die Austrittsdüse 18 strömende gasförmige Argon entspannt sich dort auf nahezu 1 bar. Die bei dieser Entspannung stattfindende Abkühlung wird ausgenützt, um das aus der Mehrlochdüse 23 ausströmende Argon möglichst stark abzukühlen, um seine Dichte zu erhöhen. Hierzu dient ein Gegenstromkühler-Einsatz 24 aus Sintermetall. Das durch das Zentralrohr 25 eintretende Argon wird in der Blende 26 entspannt, mittels des Bechers 27 umgelenkt und durch den Gegenstromkühler-Einsatz 24 aus Sintermetall entlang des Zentralrohres 25 zurückgeführt. Auf diese Weise wird das Zentralrohr 25 und damit das einströmende Argongas vorgekühlt.
  • Die erfindungsgemäße Feuerlöscheinrichtung besitzt selbstverständlich die üblichen Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen, beispielsweise Einrichtungen zur Messung des Füllstandes und Sicherheitsventile, welche aber nicht dargestellt sind.

Claims (9)

  1. Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher (1) für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas, mindestens einer mit einem Absperrventil (13,14,17) und einer Austrittsdüse (15,18) versehenen Verbindungsleitung (10,16) aus dem Speicher in den zu schützenden Raumm und einer auf das Absperrventil wirkenden Brandüberwachungseinrichtung (19) mit Sensoren (20) in dem zu schützenden Raum,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Kopfraum (4) des Speichers ein Kryo-Kondensator (5) angeordnet ist, der mit einem externen Kälteerzeuger (6) verbunden ist.
  2. Feuerlöscheinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das im Speicher befindliche Löschmittel Argon ist.
  3. Feuerlöscheinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Speicherdruck des Argons 15 bis 40 bar beträgt und seine Temperatur die zugehörige Gleichgewichtstemperatur ist.
  4. Feuerlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der externe Kälteerzeuger eine Kompressionsmaschine mit Helium als Betriebsgas ist.
  5. Feuerlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verbindungsleitung an den Flüssigraum (3) des Speichers angeschlossen ist.
  6. Feuerlöscheinrichtung nach Anspruch 5,
    gekennzeichnet durch mindestens eine an den Kopfraum des Speichers angschlossene zusätzliche Verbindungsleitung (16).
  7. Feuerlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (15) einen Sintermetallkörper (21,22) als Austrittsfläche aufweist.
  8. Feuerlöscheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Austrittsdüse als Mehrlochdüse (23) ausgebildet ist.
  9. Feuerlöscheinrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mehrlochdüse einen Gegenstromkühler-Einsatz (24) aus Sintermetall aufweist.
EP91121125A 1991-01-22 1991-12-10 Feuerlöscheinrichtung mit einem Speicher für ein als Löschmittel dienendes tiefsiedendes verflüssigtes Gas Withdrawn EP0496066A1 (de)

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