EP0976423B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Löschen von Bränden - Google Patents

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EP0976423B1
EP0976423B1 EP99113153A EP99113153A EP0976423B1 EP 0976423 B1 EP0976423 B1 EP 0976423B1 EP 99113153 A EP99113153 A EP 99113153A EP 99113153 A EP99113153 A EP 99113153A EP 0976423 B1 EP0976423 B1 EP 0976423B1
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EP
European Patent Office
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gas
composition
aerosol
der
complete oxidation
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EP99113153A
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EP0976423A1 (de
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Nikolaj Vasil'evic d.7 kv.13 Drakin
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R Amtech International Inc
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R Amtech International Inc
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • A62C99/0009—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames
    • A62C99/0018—Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames using gases or vapours that do not support combustion, e.g. steam, carbon dioxide
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61D—VETERINARY INSTRUMENTS, IMPLEMENTS, TOOLS, OR METHODS
    • A61D1/00—Surgical instruments for veterinary use
    • A61D1/06—Castrating appliances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C5/00—Making of fire-extinguishing materials immediately before use
    • A62C5/006—Extinguishants produced by combustion

Definitions

  • the invention relates to the field of fire extinguishing technology, in particular Process for extinguishing fires using gas-aerosol mixtures, those when burning pyrotechnic compositions arise.
  • the method according to the invention and the device for deleting of fires ensure effective extinguishing of fires in extreme fire situations, as well as the survival of people and other living things that are in the fire zone.
  • Russian Patent 2,072,135 describes a method for Extinguishing fires known when burning a pyrotechnic charge creates a gas-aerosol mixture that interacts with combustion products in the fire zone and extinguishes the fire.
  • the gas-aerosol mixture Before the introduction to the protective space, the gas-aerosol mixture is cooled, whereby the mixture interacts with substances that are high heat absorbing and have gas-releasing properties, e.g. Carbonates, hydrates, hydrooxides, oxalates, and which are in the form of Have granules or tablets.
  • the device for realizing this method exists from a housing with a pyrotechnic composition, a heat protection layer and an outlet opening.
  • the pyrotechnic Composition is ignited with a standard igniter.
  • the cooling of the gas-aerosol mixture that occurs during combustion the pyrotechnic composition arises in a cooling block that acts as a container filled with coolants shaped and in the housing between the pyrotechnic Composition and the outlet opening is arranged.
  • a pyrotechnic gas aerosol-forming composition which as an oxidizing agent contains 67 to 72 percent by weight potassium nitrate with a particle surface area of at least 1500 cm 2 / g, and as a fuel binder 8 to 12 percent by weight phenol formaldehyde resin with a particle size of not more than 100 ⁇ m, and the balance gas aerosol forming agent, namely dicyandiamide having a particle size of not more than 15 ⁇ m.
  • the composition can additionally contain potassium carbonate, potassium benzoate or potassium hexacyanoferrate in an amount of 4 to 12% by mass.
  • oxidation catalysts become the combustion products used, selected from: metals: nickel, Cobalt, iron, manganese, chrome, aluminum, magnium, copper, platinum, Silver, their oxides and / or peroxides, salts, and their Alloys and mixtures.
  • the aerosol generating composition, the heat absorbing filling and the oxidation filling can be coated with the catalysts mentioned be or contain them in their compositions.
  • oxidant are selected from the following substances: ammonium nitrate, Potassium nitrate, sodium nitrate, calcium nitrate, barium nitrate, Strontium nitrate, ammonium perchlorate, potassium perchlorate, Sodium perchlorate and their mixtures.
  • gas aerosol images dicyandiamide is used, as a combustible binder, a polycondensate of formaldehyde with phenol, and as an oxidizing agent, potassium nitrate.
  • the gas aerosol images, the fuel binder and the oxidizing agent each consist of two fractions: 40 to 80 ⁇ m and 7 to 15 ⁇ m with a mass ratio of 80:20, 70 to 120 ⁇ m and 10 to 25 ⁇ m with a mass ratio of 70 : 30 or 15 to 25 ⁇ m and 1 to 7 ⁇ m with a mass ratio of 25:75, with the following composition of the components in% of the mass: Gas-aerosol Images 9 to 20 flammable binder 6 to 14 oxidant Rest.
  • the proportion of small size particles should be increased. This is achieved in that as gas-aerosol images dicyandiamide with a particle size of 40 to 80 microns and 7 to 15 microns with a mass ratio of 10:90, as an oxidizing agent potassium nitrate with a particle size of 15 to 25 microns and 1 to 7 ⁇ m at a mass ratio of 5:95, and a polycondensate of formaldehyde with phenol is used as the binder, the composition of the components in percent by mass being as follows: Gas-aerosol Images 9 to 20 Flammable binder 6 to 14 oxidant Rest.
  • Particles of the phenol-formaldehyde resin are previously in Ethyl alcohol dissolved.
  • the 60% solution obtained is for used to obtain the pyrotechnic composition. While the preservation of the composition becomes the ethyl alcohol away. This solution ensures a firing temperature profile from 460 ° C in the condensed phase to 1050 ° C in the hottest Point of flame.
  • the following types of artificial zeolites are currently known: KA, NaA, NaX, which correspond to types 3A, 4A, 13X in the US classification.
  • the structure of type A zeolites consists of smaller and larger adsorption cavities.
  • the chemical formula of the NaA zeolite is: Na 2 O • Al 2 O 3 • 2SiO 2 • 4SH 2 O.
  • An elementary cell consists of a larger and a smaller cavity.
  • the larger cavity has a practically spherical shape with a diameter of 1.14 nm. It is over eight-membered oxygen rings with a diameter of 0.42 nm with six adjacent larger cavities and over six-membered oxygen rings with a diameter of 0.22 nm with eight smaller ones Cavities connected.
  • Figure 1 shows the structure of synthetic zeolites of types A (a) and X (b).
  • the type X zeolite has a similar structure. The difference is that each larger cavity has four entry openings, which are formed by twelve-membered oxygen rings with a diameter of 0.8 to 0.9 nm. Therefore, the structure of zeolites of this type is more open and accessible to gas molecules (NV Kel'cev. "Osnovy adsorbcionnoj techniki.” M.:Chimija. 1984).
  • the hot ( ⁇ ⁇ 750 ° C) gas aerosol that is released during the firing of the pyrotechnic composition leads to the heating of the zeolite surface.
  • the increase in temperature leads to an increase in the thermal pulsation of the zeolite lattice, which enables the gas molecules to penetrate more easily into the adsorption cavity formed by the oxygen rings.
  • Conditions arise within the cavity under which reactions of catalytic neutralization take place on the active surface of the zeolite cavities: 2NO t ⁇ N 2 + O 2 ; 2CO t ⁇ 2C + O 2
  • the neutralization reactions (1) and the subsequent reactions of complete oxidation (2) proceed effectively at temperatures above 700 ° C.
  • the area of complete oxidation in the form of a zeolite layer, which is enclosed between two metallic grids, is arranged in this connection in the area of the highest firing temperature (750 ° C.) of the specified pyrotechnic composition.
  • the rate of reactions (1) and (2) is slow.
  • temperatures above 800 ° C there are larger thermal pulsations of the zeolite lattice which lead to the collapse of the cavities and the reactions do not take place.
  • the effectiveness of the catalytic reactions can be increased by mounting the zeolite on a grid made of copper or a copper alloy.
  • a grid made of copper or a copper alloy When the zeolite structure is thermally pulsed, Cu 2+ cations can be introduced into these instead of Na + cations.
  • the modified zeolite resulting from the action of the hot gas-aerosol mixture increases its catalytic activity and, as a result, the concentration of toxic gases within the gas-aerosol mixture decreases.
  • Highly porous activated aluminum oxide can also be used as a catalytically active substance with a highly developed surface (300 to 345 m 2 / g).
  • the gas phase enters one Space containing the block of complete oxidation and the cooling block separates where they deal with the solid phase of the combustion products mixed the pyrotechnic composition.
  • the gas-aerosol mixture cleaned of the toxic products of incomplete combustion cools down through direct contact with the solid coolant.
  • Solid coolants such as: silica gel, zeolite and their mixtures and aluminum oxide. These substances have highly developed surfaces and porous structures that can adsorb various chemical compounds, including water.
  • the gas-aerosol mixture is cooled with the solid coolant mentioned by heat exchange.
  • the heat of the hot mixture is used to heat the solid coolant, to desorb the water and to convert the water to the vapor-like state.
  • Carbon which is excreted when the pyrotechnic composition is burned undergoes endothermic reactions with the desorbed water vapors as a result of reaction (1): C + 2H 2 O ⁇ CO 2 + 2H 2 - 178.15 kJ
  • the proposed method of extinguishing fires can be done with the known devices for extinguishing fires not in can be fully realized.
  • a device for extinguishing fires consisting of a housing with a pyrotechnic Charge, a heat protection layer, an outlet opening, an ignition device and a cooling block.
  • the cooling block is designed in the form of a room with granules or tablets of a coolant, and which is between the pyrotechnic charge and the outlet opening is.
  • the coolants are selected from: carbonates, hydrates, Hydrooxides and oxalates that have high heat absorption Features and high gas-excreting properties.
  • the main disadvantage of this device is that they receive a non-toxic gas-aerosol mixture cannot guarantee.
  • the reason for this is that the cooling block is arranged in front of the outlet opening, and the cooling process even from the excretion of toxic carbon oxides is accompanied without complete oxidation and filtration together with the gas-aerosol mixture in the to be protected Get space.
  • the heat absorbing load can additionally 10 to 60% of the Contain mass of an oxidizing agent, which from ammonium, Potassium, sodium, calcium, barium, stronzium nitrates is selected or from ammonium, potassium, sodium perchlorates or from their mixtures.
  • an oxidizing agent which from ammonium, Potassium, sodium, calcium, barium, stronzium nitrates is selected or from ammonium, potassium, sodium perchlorates or from their mixtures.
  • the device mentioned has a major disadvantage, namely the high toxicity of the fire-extinguishing gas-aerosol mixture.
  • This disadvantage can be explained by the choice of substances that are used as oxidizing agents. During their decomposition, these substances not only excrete oxygen, which is used for the complete oxidation of CO, NO, NH 3 , HCN, but also toxic products. Thus, when the nitrates are broken down, NO, NO 2 is eliminated, and when the perchlorates are broken down - HCl, NH 3 , Cl 2 .
  • the oxidizing agent of this type is located, namely as part of the heat-absorbing charge or as a separate oxidizing charge, the gas-aerosol mixture emerging from this device thus contains toxic products.
  • the proposed device overcomes these disadvantages.
  • the technical tasks set are suggested by the Fire extinguishing device solved, consisting from a housing with an outlet opening, one of the housing walls heat-insulated combustion chamber with arranged in it pyrotechnic composition, an ignition device, a block of catalytic complete oxidation, which is designed in the form of two metallic grids, taking the space between the grids with catalytically active Aluminosilicate (e.g. zeolite granulate) is filled.
  • a complete cooling block is arranged block of the complete oxidation.
  • a space between the blocks is used to mix the fully oxidized gas phase with the solid phase of the combustion products.
  • the cooling block is in the form of at least two Grid formed, the space between them with granules of fabrics filled, selected from the group of aluminosilicates, Silica gels or their mixtures with natural or artificial Humidity.
  • the number and size of openings in the grilles that are required for the block of complete oxidation and the cooling block depends on the required outflow speed of the gas-aerosol mixture and is tested taking into account the gasodynamic resistance of these blocks found.
  • Granules in various geometric shapes (cylinders, cones) as well as in various functions of the granulate distribution in terms of size. It plays an essential role the distance between the grids, the one to be filled with granules Defines space. With a locking ring with specified In height, each pair of grids can be arranged relative to one another.
  • the device for extinguishing fires is also included a compensation unit provided in the form of an elastic Spring trained and in different areas of the Housing can be arranged.
  • This unit compensates for the linear shift of the temperature profile when burning the pyrotechnic composition and ensures a constant Distance between the maximum temperature range of the temperature profile when burning and blocking the catalytic complete oxidation.
  • the device shown in Fig. 3 has a cylindrical Housing 1 with an inside diameter of approx. 50 mm, in one, in Fig. 3 lower end a pressed pyrotechnic Composition 4 is arranged on the central one Ignition device 5 is attached. On the upper face of the Composition 4 is a spacer ring 11a with a height of 10 mm placed, the outer diameter of which essentially Corresponds to the inner diameter of the housing 1.
  • a Artificial zeolite 7 of type A (NaY) with natural Moisture are placed, the granules are spherical is (diameter of the balls 2.6 to 4.5 mm).
  • spacer ring 11a Within the spacer ring 11a is between the pyrotechnic Composition and the cooling block 6 a combustion chamber 3rd educated.
  • the combustion chamber 3 and block 7 is the housing wall with thermal insulation 12 provided.
  • a compensation unit is in shape on the upper grid 8b a steel spring 10 arranged by a spacer ring 11b surrounded by a height of 12mm, on which there is a cooling block 9 supports the two in the longitudinal direction of the housing 1 in Spaced brass grids 8c, 8d in the form of nets with a cell size of 2.0 x 2.0 mm, between which 30 g of a spherical zeolite 13 of type A (NaY) 7 with natural moisture are arranged.
  • the second embodiment shown in FIGS Device differs from the first embodiment in that two cooling blocks 9a, 9b are provided, which by a spacer ring 11d are kept at a distance.
  • in the block 6 for full oxidation are four lengthways of the housing 1 extending through channels 15 are provided.
  • in the adjacent cooling block 9a are also four in the longitudinal direction through-channels 17 of housing 1 are formed, which are offset from the channels 15.
  • the spring 10 is provided below the composition 4 in the housing 1 because the pyrotechnic composition 4 not with the walls of the Thermal protection 12 is adhesively connected.
  • the ignition device 5 is housed in a central channel of composition 4.
  • FIGS. 8 and 9 also two cooling blocks 9a, 9b are provided, between their facing grids 8d, 8e the spring 10 is arranged. channels are not formed in blocks 6 and 9a, 9b.
  • the coat 16 of the housing 1 is stiffened by ribs for thermal insulation. In the cavity between the ribs is a heat absorbent Fabric is filled, e.g. Zeolite particles.
  • the Ignition device 5 is decentrally attached to the composition.
  • the ignition device 5 ignites the pyrotechnic composition 4, which is arranged in the combustion chamber 3.
  • a hot gas-aerosol mixture is formed, consisting of a solid phase of aerosol particles (K 2 CO 3 , KHCO 3 , NH 4 HCO 3 , KNO 2 , C and others) and a gas phase (CO, CO 2 , NO, NO 2 , HCN, NH 3 , CH 4 , H 2 O).
  • the gas-aerosol mixture obtained passes through the openings of the grid 8a into the block 6 for complete catalytic oxidation, where it interacts with the granules of the aluminosilicate (zeolite) 7.
  • Solid phase particles of the gas-aerosol mixture are considerably larger than the windows in the interior cavity of the Zeolite (Fig. 1) do not flow into the cavities, but on along the zeolite surface through channels in the granules arose when pouring in.
  • Gases the molecules of which do not exceed the size of 0.4 nm (CO, CO 2 , NH 3 , NO, NO 2 ), enter the interior cavities through the windows in the zeolite structure, which are formed by oxygen atoms, where their catalytic complete oxidation also takes place at a temperature of approx. 750 ° C.
  • the gas phase and the solid phase and the stability of the Ensuring temperature conditions becomes a pyrotechnic Composition with a given function in relation on the particle size of their components and their given Mass fraction used.
  • the device To temperature fluctuations during the complete oxidation due to shifts in the maximum temperature range of the Avoid temperature profile when firing the composition, the device is provided with the steel spring 10, which by the spring force block 6 of the catalytic complete Oxidation presses on the spacer ring 11a.
  • the height the spacer ring 11a ensures a constant distance between the maximum temperature range of the temperature profile when burning the composition and the block 6 of the catalytic complete oxidation.
  • Block 6 follows during the combustion of the composition of catalytic complete oxidation slowly shifting temperature profile. Block 6 thus remains catalytic complete oxidation constantly in the maximum temperature range until the end of the firing process of the composition.
  • the cooling block 9 is fixed in the housing 1 via the Spacer rings 11a, b, c.
  • the security film 14 e.g. out Aluminum foil can exist
  • a pyrotechnic composition with progressive Firing form e.g. cylinders with one or more Channels of different geometry; two or more cylinders one Diameter; two or more cylinders of different diameters; in the manner of "tube in tube” and the like
  • the block 6 can complete oxidation and the cooling block 9 with additional Channels 15 are provided (Fig. 6, 7), the pressure reduction and serve a safe operation of the device.
  • the fire extinguishing device of Fig. 3 becomes Prepared to extinguish a test fire.
  • 100 g of a pyrotechnic composition taken to the Preparation 18.33 g of a 60% mixture of phenol-formaldehyde resin in ethyl alcohol in a paddle mixer are given.
  • the proportion of phenol-formaldehyde resin is so 11.0 g.
  • the solution is put up in a reactor with a water jacket heated to + 50 ° C and processed in a mixer that at a speed of 85 revolutions per minute rotates.
  • the duration of the dissolution in ethylene alcohol is one Hour.
  • the finished solution does not contain any clot from either dissolved resin.
  • the mixture obtained is placed in a granulator, which with calibration chambers with a diameter of 1.5 mm is provided. After the mixture has passed through the calibration chambers you get a granulate of the mixture with a Length of 3 mm and the following mass ratio of the components: Potassium nitrate 70 ⁇ 0.5% of the mass, diziandiamide - 19 ⁇ 0.5% of the Mass, phenol-formaldehyde resin - 11 ⁇ 0.5% of the mass.
  • the granules obtained are placed in troughs which are in a Drying cabinet can be arranged at a temperature of + 45 ° C. During drying, which lasts 4 hours the content of the remaining volatile constituents is not 0.8% the crowd.
  • the composition is formed from the granules obtained by compression molding at a specific pressure of 1000 kp / cm 2 (100 MPa).
  • the pressing is carried out by pressing in once at a speed of 0.003 m / s, followed by holding under pressure for 5 seconds in a cylindrical heat protection made of paper with a wall thickness of 1.5 mm.
  • the pyrotechnic composition 4 a cylindrical channelless shape with a diameter of 50 mm and a recess in its central part in which a standard ignition device 5 is placed with a mass of 1 g.
  • the device is further assembled according to Figure 3.
  • the composite fire extinguishing device was used to extinguish gasoline to simulate a fire in manufacturing rooms.
  • the volume of the space to be protected was 2.5 m 3 per 100 g of the pyrotechnic composition.
  • Burning rate of the pyrotechnic composition mass fraction the solid phase of the aerosol, mass fraction of the Particles of size 1 to 2 ⁇ m in aerosol, fire extinguishing Concentration, firing temperature of the composition, as well as the Temperature of the housing, both at the outlet opening also at a distance of 200 mm from the outlet opening (The measurement was carried out using a thermoelectric contact method with Chromel-Alumel thermocouples with a soldering diameter of 100 ⁇ m).
  • the content analysis of the toxic products in the gas-aerosol mixture was carried out by taking samples via air lines, which were arranged in the middle part of the test chamber.
  • nitrogen oxides and cyanides became the gas phase over a collecting container filled with water with glass filter for 10 minutes with a pressure mixer mixed, at a rate of 2 l / min.
  • the ammonia was determined by a colorimetric method, via the product of the interaction with a Nessler reagent.
  • the lowest measurement limit in relation to the sample amount (2 ml) was 2 ⁇ g, which corresponds to a concentration of 0.5 mg / m 3 .
  • the nitrogen oxide was determined by a colorimetric method, via the product of the interaction with a Griess-Ilosvay reagent.
  • the lowest measurement limit in relation to the sample amount (2 ml) was 0.3 ⁇ g, which corresponds to a concentration of 0.075 mg / m 3 .
  • Cyanides were determined by a colorimetric method, via the reaction of the formation of iron rhodanide.
  • the lowest measurement limit in relation to the sample amount (5 ml) was 2 ⁇ g, which corresponds to a concentration of 0.1 mg / m 3 .
  • composition, burning rate and fire extinguishing characteristics of the invention and the closest prior art Name of the components in the composition Component quantity in% of the mass in the invention with a predetermined distribution function of the component particles by size Component quantity according to the patent RU 2 101 054 Potassium nitrate 70 70 dicyandiamide 19 19 Phenol-formaldehyde resin 11 11 Burning speed in mm / s 3.2 2.1 Fire extinguishing characteristics of the devices (modifications) of the invention Fig.2 Figure 3 Figure 4 Patent RU-2 101 054 Solid phase outlet of the gas-aerosol mixture,% 70 69 71 57 Mass fraction of the particles 1-2 ⁇ m in solid phase,% 68 70 69 64 Fire extinguishing effectiveness, g / m 3 36 38 34 40 Temperature, ° C Casing, 62 69 60 - Outlet opening, 320 370 325 - at a distance of 200 mm 115
  • a wide raw material base of the component used, the simplicity and reliability of the proposed method and the device are criteria for a wide industrial Speak applicability.
  • the advantages of the proposed method and the device for its implementation are: low temperature and Toxicity of the fire extinguishing gas aerosol mixture, which in given the space to be protected, the lack of flames and sparks while maintaining high fire-extinguishing effectiveness.

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Feuerlöschtechnik, insbesondere Verfahren zum Löschen von Bränden durch Gas-Aerosol-Gemische, die beim Verbrennen von pyrotechnischen Zusammensetzungen entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zum Löschen von Bränden gewährleisten ein effektives Löschen von Bränden in extremen Brandsituationen, sowie das Überleben von Menschen und anderen Lebewesen, die sich in der Brandzone befinden.
Stand der Technik
Aus dem russischen Patent 2 072 135 ist ein Verfahren zum Löschen von Bränden bekannt, bei dem beim Verbrennen einer pyrotechnischen Ladung ein Gas-Aerosol-Gemisch entsteht, das mit Verbrennungsprodukten in der Brandzone zusammenwirkt und zur Löschung des Brandes führt. Vor der Einführung in den zu schützenden Raum wird das Gas-Aerosol-Gemisch gekühlt, wobei das Gemisch mit Stoffen zusammenwirkt, die hohe wärmeabsorbierende und gasfreisetzende Eigenschaften aufweisen, wie z.B. Karbonate, Hydrate, Hydrooxide, Oxalate, und die die Form von Granulaten oder Tabletten haben.
Die Vorrichtung zur Verwirklichung dieses Verfahrens besteht aus einem Gehäuse mit einer pyrotechnischen Zusammensetzung, einer Wärmeschutzschicht und einer Austrittsöffnung. Die pyrotechnische Zusammensetzung wird mit einem Standardzünder gezündet. Die Kühlung des Gas-Aerosol-Gemisches, das beim Verbrennen der pyrotechnischen Zusammensetzung entsteht, erfolgt in einem Kühlblock, der als ein mit Kühlmitteln gefüllter Behälter geformt und der im Gehäuse zwischen der pyrotechnischen Zusammensetzung und der Austrittsöffnung angeordnet ist.
Die Anwendung dieses Verfahrens und der Vorrichtung hat einen entscheidenden Nachteil, nämlich die hohe Toxizität der Verbrennungsprodukte der pyrotechnischen Zusammensetzung, die aus 12% KClO4, 60% KNO3, 18% C3H5O und 10% Mg besteht. Bei einer thermischen Zersetzung einer solchen pyrotechnischen Zusammensetzung entstehen unweigerlich die toxischen Gase Cl2, NO, NO2, NH3, HCN, CO, CH4.
Die Verwendung von Karbonaten, Hydraten und Oxalaten als Kühlmittel führt zu einer zusätzlichen höheren Konzentration von toxischen Gasen, die entstehen, wenn diese sich während des Zusammenwirkens mit dem heißen Gas-Aerosol-Gemisch zersetzen. Bei der Zersetzung von Kalium-Oxalat K2C2O4 entstehen so CO2, CO, H2O, K2CO3, und bei der Zersetzung von Magnesium-Hydrokarbonat MgCO3 • 5H2O entstehen MgO, H2O, CO2. Die entstehenden Wasserdämpfe können mit Chlor, Stickstoffoxid, Kohlendioxidgas reagieren, wodurch die Säuren HCl, HNO3, H2CO3 entstehen, die wiederum schädlich auf lebende Organismen und anderen Gegenstände in der Umgebung des Brandes wirken.
Um den Gas-Aerosol-Fluß deutlich abzukühlen, ist es erforderlich, eine Menge der oben genannten Stoffe zu verwenden, deren Masse gleich oder erheblich größer ist als die Masse des aerosolbildenden Gemisches. Dies wiederum führt zu einem größeren Anteil des toxischen Gases, das sich bei der Zersetzung des Kühlmittels bildet.
Aus dem russischen Patent RU 2 101 504 ist eine pyrotechnische Gas-Aerosol bildende Zusammensetzung bekannt, die als Oxidationsmittel 67 bis 72 Massenprozent Kalium-Nitrat mit einer Teilchenoberfläche von mindestens 1500 cm2/g , als Brennstoffbindemittel 8 bis 12% Massenprozent Phenolformaldehydharz mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 100 µm , und als Rest Gas-Aerosol bildendes Mittel, nämlich Dicyandiamid mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 15 µm umfaßt. Die Zusammensetzung kann zusätzlich Kalium-Karbonat, Kalium-Benzoat oder Kalium-Hexacyanoferrat in einer Menge von 4 bis 12% der Masse enthalten.
Als Nachteile dieser pyrotechnischen Zusammensetzung können angeführt werden:
  • Niedrige Brenngeschwindigkeit der Zusammensetzung (ca. 2,4 mm/s), die eine niedrige Löschgeschwindigkeit verursacht. Die Zusammensetzung verfügt über ein breites Brenntemperaturprofil (von der Kondensationsphase der Zusammensetzung bis zum heißesten Punkt der Flamme), wodurch die Kühlung des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches erschwert wird;
  • niedriger Massenanteil (nicht mehr als 64%) der festen Phase, die die Hauptkomponente des Gas-Aerosol-Gemisches für die Feuerlöschung ist;
  • Toxizität der Verbrennungsprodukte der pyrotechnischen Zusammensetzung. Die Zusammensetzung verfügt zwar über einen niedrigeren Gehalt an Gasen wie CO2, NH3 in den Verbrennungsprodukten, das Problem der Toxizität wird jedoch nicht völlig gelöst, da als Produkte der unvollständigen Oxidation CO, NO, HCN in ausreichender Konzentration vorhanden sind.
Aus dem russischen Patent RU 2 087 170 ist ein Verfahren zum Löschen von Raumbränden bekannt, bei dem in den zu schützenden Raum zuvor vollständig oxidierte und gekühlte Verbrennungsprodukte eines festen Brennstoffes eingeführt werden. Die vollständige Oxidation erfolgt in einem Ejektionsstrom, wobei als Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft oder ein anderes gasförmiges Oxidationsmittel verwendet werden, die in einen Generator unter Druck eingeführt werden. Die Kühlung der Verbrennungsprodukte erfolgt durch Wärmeaustausch zwischen den Wänden eines Wärmetauschers und einem flüssigen Kühlmittel, wie aus Kühlsystemen von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen bekannt.
Das Verfahren hat folgende wesentliche Nachteile:
  • Niedrige Effektivität des Prozesses der vollständigen Oxidation der Produkte der unvollständigen Verbrennung. Das Verfahren sieht vor, daß zur Oxidation Gase aus der Umgebungsluft durch Ejektion eingegeben werden. Die Konzentration des aus der Luft durch Ejektion eingegebenen Sauerstoffs ist jedoch für eine vollständige Oxidation der bei der Verbrennung der Zusammensetzung entstandenen Gase nicht ausreichend. Eine Erhöhung der Sauerstoffkonzentration ist nur durch Erhöhung des Ejektionskoeffizientes möglich, wodurch der Einsatz einer größeren Ejektionsdüse und eine erhebliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Aerosol-Gemisches erforderlich werden. Dies führt jedoch zur Druckerhöhung in der Verbrennungskammer. Folglich sind an die Festigkeit des Gehäuses der Vorrichtung höhere Ansprüche zu stellen.
Falls die Eingabe des Oxidationsmittels aus einer speziellen unter Druck stehenden Gasflasche erfolgt, so ist es ebenfalls erforderlich, die Konstruktion der Vorrichtung aufwendiger zu gestalten.
Weitere Nachteile sind:
  • niedrige Effektivität der Kühlung der Verbrennungsprodukte durch flüssige Kühlmittel aus bekannten Kühlsystemen. So werden zum Beispiel für die Kühlung von Verbrennungsmotoren in der Regel Wasser und Kühlmittel (Mischung aus 40/60 Polyethylenglykol und Wasser) verwendet, deren Siedetemperatur nicht über 100 bis 130°C liegt. Folglich ist zur effektiven Kühlung des bei der Verbrennung entstehenden Gas-Aerosol-Gemisches mit einer Temperatur von 800 bis 100°C entweder eine große Oberfläche für den Wärmeaustausch erforderlich, oder eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist ein erheblich größeren Metallbehälter der Vorrichtung erforderlich, wodurch die praktische Anwendung erschwert wird.
Der am nächstliegende Stand der Technik ist ein aus der russischen Patentanmeldung Nr. 94 002 970 bekanntes Verfahren zum Löschen von Raumbränden, daß folgende Verfahrensschritte umfaßt:
  • Verbrennen einer Ladung mit Aerosol erzeugender Zusammensetzung;
  • Kühlen des erhaltenen Gas-Aerosol-Gemisches, wobei es durch eine wärmeabsorbierende Füllung geführt wird;
  • vollständige Oxidation der Verbrennungsprodukte, wobei die das gekühlte Gas-Aerosol-Gemisch durch eine Oxidationsfüllung geführt wird;
  • Einführen des Gas-Aerosol-Gemisches in die Brandzone und Löschen des Brandes.
Bei allen Schritten werden Oxidationskatalysatoren der Verbrennungsprodukte verwendet, ausgewählt aus: Metalle: Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan, Chrom, Aluminium, Magnium, Kupfer, Platin, Silber, ihre Oxide und/oder Peroxide, Salze, sowie ihre Legierungen und Mischungen. Die Aerosol generierende Zusammensetzung, die wärmeabsorbierende Füllung und die Oxidationsfüllung können mit den genannten Katalysatoren beschichtet sein oder diese in ihren Zusammensetzungen enthalten. Oxidationsmittel werden aus folgenden Stoffen ausgewählt: Ammonium-Nitrat, Kalium-Nitrat, Natrium-Nitrat, Kalcium-Nitrat, Barium-Nitrat, Strontium-Nitrat, Ammonium-Perchlorat, Kalium-Perchlorat, Natrium-Perchlorat und ihre Gemische.
Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens ist die uneffektive Anwendung der Oxidationskatalysatoren. Daher ist der Prozeß der vollständigen Oxidation der Verbrennungsprodukte wenig effektiv. Dies führt zu einem erhöhten Gehalt toxischer Gase in dem Gas-Aerosol-Gemisch.
Die niedrige Effektivität der vollständigen Oxidation basiert auf folgenden Faktoren:
  • Die genannten Katalysatoren in der Gas-Aerosol erzeugenden Zusammensetzung oder auf seiner Oberfläche beeinflussen katalytisch die Reaktionen der Komponentenzerlegungen, die in der kondensierten Phase der Zusammensetzung stattfinden und praktisch keine Wirkung auf die Reaktionen in der Gasphase haben. Das Hauptergebnis der Einwirkung dieser Katalysatoren kann nur eine Verlangsamung oder eine Beschleunigung der Komponentenzerlegung sein. Deshalb wird die Zusammensetzung zu langsam oder zu schnell verbrannt. Somit findet eine vollständige Oxidation der Verbrennungsprodukte nicht statt.
  • Die genannten Katalysatoren innerhalb des chemischen Kühlmittels beeinflussen hauptsächlich die Geschwindigkeit der Zerlegung. Erst danach, beim Zerlegen von Granulat oder Tabletten der wärmeabsorbierenden Ladung, kann eine katalytische Wirkung auf die Oxidationsreaktionen von CO, NO, HCN, NH3 ausgeübt werden. Da jedoch die Temperatur der Gase beim Durchlauf der wärmeabsorbierenden Ladung sinkt, ist auch die Effektivität der vollständigen Oxidation niedrig.
  • Die Effektivität einer speziellen Oxidationsfüllung, die unmittelbar vor der Austrittsöffnung angebracht wird, ist ebenfalls nicht sehr hoch. Der Grund hierfür ist vor allem der, daß das Gas-Aerosol-Gemisch an dieser Stelle bereits abgekühlt ankommt. Da die Durchflußgeschwindigkeit durch die Oxidationsfüllung hoch ist, können die Reaktionen der vollständigen Oxidation nicht im vollen Umfang ablaufen. Um die Effektivität der vollständigen Oxidation zu erhöhen, ist eine größere Oxidationsfüllung erforderlich. Dies kann jedoch zu einer niedrigeren Auslaßgeschwindigkeit führen und somit zu einer Druckerhöhung im Gehäuse der Vorrichtung, wodurch das Gehäuse durch eine Explosion zerstört werden kann.
Somit können mit den bekannten technischen Lösungen die erforderlichen Eigenschaften nicht gleichzeitig erreicht werden, nämlich:
  • Niedrige Toxizität des Gas-Aerosol-Gemisches;
  • niedrige Temparatur des Gas-Aerosol-Gemisches bei Erhalt einer hohen feuerlöschenden Effektivität.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegen folgende technische Aufgaben zugrunde:
  • Verringerung der Toxizität des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches, das in einen zu schützenden Raum gegeben wird, vor allem durch Verringerung des Gehaltes von NO, CO, NH3, HCN und Verringerung des Anteils von Aerosol-Teilchen mit einer Größe von kleiner als 1 µm;
  • Senkung der Temperatur des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches, das in den zu schützenden Raum gegeben wird, wodurch die Möglichkeit, daß ein Bereich mit Flammen und Funken entsteht, ausgeschlossen wird, wobei die hohe feuerlöschende Effektivität des Gemisches erhalten bleibt.
Die gestellten technischen Aufgaben werden mit dem vorgeschlagenen Verfahren zum Löschen von Bränden gelöst, das darin besteht, daß in den zu schützenden Raum ein Gas-Aerosol-Gemisch gegeben wird, das man mit folgenden Verfahrensschritten erhält:
  • a) Zündung einer pyrotechnischen Zusammensetzung, die ein vorher bestimmtes Temperaturprofil beim Brennen und eine vorher bestimmte Zusammensetzung der Gas- und der Aerosolphase gewährleistet;
  • b) vollständige Oxidation der Verbrennungsprodukte der unvollständigen Verbrennung der pyrotechnischen Zusammensetzung, in dem diese durch eine Schicht eines katalytisch aktiven Stoffes geführt werden, der im Maximaltemperaturbereich des Temperaturprofils beim Brennen der Zusammensetzung angeordnet ist, wobei die Temperaturen durch Verlagerung des genannten Profils konstant gehalten werden;
  • c) Kühlung der Verbrennungsprodukte und ihre vollständige Oxidation durch Zusammenwirken mit Stoffen mit hohen wärmeabsorbierenden Eigenschaften und gleichzeitige Filterung der Verbrennungsprodukte nach der Zusammensetzung der Gasphase und der Teilchengröße der Aerosolphase.
    • Als pyrotechnische Zusammensetzung, die die vorgegebene Zusammensetzung der Gasphase und das Temperaturprofil gewährleistet, wird Gas-Aerosol-Bilder Dicyandiamid, als brennbares Bindemittel ein Polykondensat aus Formaldehyd mit Phenol, und als Oxidationsmittel Kalium-Nitrat verwendet. Dabei bestehen der Gas-Aerosol-Bilder, das Brennstoffbindemittel und das Oxidationsmittel aus jeweils zwei Fraktionen: 40 bis 80 µm und 7 bis 15 µm bei einem Massenverhältnis von 80:20, 70 bis 120 µm und 10 bis 25 µm bei einem Massenverhältnis von 70:30 bzw. 15 bis 25 µm und 1 bis 7 µm bei einem Massenverhältnis von 25:75, bei folgender Zusammensetzung der Komponenten in % der Masse:
    Gas-Aerosol-Bilder 9 bis 20
    brennbares Bindemittel 6 bis 14
    Oxidationsmittel Rest.
    Beim Brennen gewährleistet die angegebene Zusammensetzung:
    • Ein beständiges Temperaturprofil beim Brennen (von 460°C in der kondensierten Phase bis 750°C im heißesten Punkt der Flamme);
    • ein konstantes Verhältnis der Gasphase zur Aerosolphase von 30:70, bei einem Massenanteil der Aerosol-Teilchen der Größe von 1 bis 2 µm in der Aerosolphase von nicht weniger als 70%;
    • Beständigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Konzentration der Gasphase, die beim Brennen der Zusammensetzung entsteht.
    Falls es erforderlich ist, die Brenngeschwindigkeit der pyrotechnischen Zusammensetzung zu erhöhen, so ist der Anteil der Teilchen kleiner Größe zu erhöhen. Dies wird dadurch erreicht, daß als Gas-Aerosol-Bilder Dicyandiamid mit einer Teilchengröße von 40 bis 80 µm und 7 bis 15 µm bei einem Massenverhältnis von 10:90, als Oxidationsmittel Kalium-Nitrat mit einer Teilchengröße von 15 bis 25 µm und 1 bis 7 µm bei einem Massenverhältnis von 5:95, und als Bindemittel ein Polykondensat aus Formaldehyd mit Phenol verwendet wird, wobei die Zusammensetzung der Komponenten in Massenprozent wie folgt ist:
    Gas-Aerosol-Bilder 9 bis 20
    Brennbares Bindemittel 6 bis 14
    Oxidationsmittel Rest.
    Dabei werden Teilchen des Phenol-Formaldhyd-Harzes vorher in Ethylspiritus gelöst. Die erhaltene 60%-ige Lösung wird für den Erhalt der pyrotechnischen Zusammensetzung verwendet. Während des Erhaltes der Zusammensetzung wird der Ethylspiritus entfernt. Diese Lösung gewährleistet ein Brenntemperaturprofil von 460°C in der kondensierten Phase bis 1050°C im heißesten Punkt der Flamme.
    Nach heutigen Erkenntnissen (V.S. Ili
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    arovzryvobezopasnost', 1997 Nr. 4, S. 11-15) über die Toxizität von Verbrennungsprodukten aus flüssigen und pulverförmigen Stoffen geht man davon aus, daß praktisch alle organischen Stoffe, deren Moleküle Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und die potentiell Komponente eines Gas-Aerosol-Gemisches sein können, während ihrer Thermooxidationszerlegung und Verbrennung toxische gasartige Stoffe auscheiden wie NO, CO, CO2, HCN, NH3 usw. Um die schädliche toxische Wirkung des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches auf den Menschen, auf lebende Organismen und auf die Umwelt zu minimieren, muß beim Verfahren zur Einführung eines Gas-Aerosol-Gemisches in einen zu schützenden Raum und bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine effektive Neutralisierung dieser Gase vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang wendet man bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens Operationen der vollständigen Oxidation auf der Oberfläche katalytisch aktiver Stoffe an, gewählt aus der Gruppe künstlicher Alumosilikate (z.B. Zeolith).
    Gegenwärtig sind folgende Typen künstlicher Zeolithe bekannt: KA, NaA, NaX, die in der US-Klassifikation den Typen 3A, 4A, 13X entsprechen. Die Struktur der Zeolithe des Types A besteht aus kleineren und größeren Adsorbtionshohlräumen. Die chemische Formel des NaA-Zeolithes ist: Na2O•Al2O3•2SiO2•4SH2O. Eine Elementarzelle besteht aus einem größeren und einem kleineren Hohlraum. Der größere Hohlraum hat eine praktisch sphärische Form mit einem Durchmesser von 1,14 nm. Er ist über achtgliedrige Sauerstoffringe mit einem Durchmesser von 0,42 nm mit sechs benachbarten größeren Hohlräumen und über sechsgliedrige Sauerstoffringe mit einem Durchmesser von 0,22 nm mit acht kleineren Hohlräumen verbunden. Figur 1 zeigt die Struktur synthetischer Zeolithe der Typen A (a) und X (b). Das Zeolith des Typen X hat einen ähnlichen Strukturaufbau. Der Unterschied besteht darin, daß jeder größere Hohlraum vier Eintrittsöffnungen aufweist, die von zwölfgliedrigen Sauerstoffringen mit einem Durchmesser von 0,8 bis 0,9 nm gebildet werden. Daher ist die Struktur der Zeolithe dieses Typs offener und zugänglicher für Gasmoleküle (N.V. Kel'cev. "Osnovy adsorbcionnoj techniki." M.:Chimija. 1984).
    Das beim Brennen der pyrotechnischen Zusammensetzung ausgeschiedene heiße (τ ≈ 750°C) Gas-Aerosol führt zur Erwärmung der Zeolithoberfläche. Die Temperaturerhöhung führt zur Verstärkung der thermischen Pulsation des Zeolithgitters, wodurch ein leichteres Eindringen der Gasmoleküle in den Adsorbtionshohlraum möglich ist, der von den Sauerstoffringen gebildet wird. Innerhalb des Hohlraums entstehen Bedingungen (Temperatur, Druck), bei denen auf der aktiven Oberfläche der Zeolithhohlräume Reaktionen katalytischer Neutralisation ablaufen: 2NO t→ N2 + O2; 2CO t→ 2C + O2
    Der bei diesen Reaktionen entstehende Sauerstoff wird in den Reaktionen der vollständigen Oxidation der Produkte der unvollständigen Verbrennung der pyrotechnischen Zusammensetzung verbraucht: 2CO + O2 → 2CO2 2H2 + O2 → 2H2O 2NH3 + 1,5O2 → N2 + 3H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
    Die Neutralisationsreaktionen (1) und die folgenden Reaktionen der vollständigen Oxidation (2) verlaufen effektiv bei Temperaturen über 700°C. Der Bereich der vollständigen Oxidation, ausgebildet in Form einer Zeolithschicht, die zwischen zwei metallischen Gittern eingeschlossen ist, wird in diesem Zusammenhang im Bereich der höchsten Brenntemperatur (750°C) der vorgegebenen pyrotechnischen Zusammensetzung angeordnet. Bei Temperaturen unter 700°C ist die Geschwindigkeit der Reaktionen (1) und (2) niedrig. Bei Temperaturen über 800°C finden größere thermische Pulsationen der Zeolithgitter statt, die zum Zusammenbruch der Hohlräume führen und die Reaktionen finden gar nicht statt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, als katalytisch aktiven Stoff künstlich erhaltenes Granulat eines aktivierten Aluminiumoxids (Al2O3) mit poröser Struktur zu verwenden. Dieses Granulat kann thermischen Pulsationen der Struktur bis zu 1100°C widerstehen, ohne daß sie zerstört wird.
    Die Effektivität der katalytischen Reaktionen kann dadurch erhöht werden, daß das Zeolith auf einem Gitter aus Kupfer oder einer Kupferlegierung angebracht wird. Bei der thermischen Pulsation der Zeolithstruktur können in diese Cu2+-Kationen anstelle von Na+-Kationen eingebracht werden. Der durch die Einwirkung des heißen Gas-Aerosol-Gemisches entstehende modifizierte Zeolith erhöht seine katalytische Aktivität, und infolgedessen sinkt die Konzentration der toxischen Gase innerhalb des Gas-Aerosol-Gemisches.
    Als katalytisch aktiver Stoff mit hochentwickelter Oberfläche (300 bis 345 m2/g) kann auch hochporöses aktiviertes Aluminiumoxid verwendet werden.
    Nach der katalytischen Oxidation gelangt die Gasphase in einen Raum, der den Block der vollständigen Oxidation und den Kühlblock trennt, wo sie sich mit der festen Phase der Verbrennungsprodukte der pyrotechnischen Zusammensetzung vermischt.
    Das von den toxischen Produkten der unvollständigen Verbrennung gereinigte Gas-Aerosol-Gemisch kühlt durch einen direkten Kontakt mit dem festen Kühlmittel ab. Als feste Kühlmittel werden Stoffe mit hoher wärmeabsorbierender Eigenschaft verwendet, wie: Silikagel, Zeolith und ihre Gemische sowie Aluminiumoxid. Diese Stoffe verfügen über hochentwickelte Oberflächen und poröse Strukturen, die verschiedene chemische Verbindungen adsorbieren können, u.a. auch Wasser. So beträgt das Volumen des größeren Hohlraums beim Zeolith des Typen "A" Vb=0,776 nm3. In ihn passen bis zu 24 Wassermoleküle.
    Die Kühlung des Gas-Aerosol-Gemisches mit dem genannten festen Kühlmittel erfolgt durch Wärmeaustausch. Dabei wird die Wärme des heißen Gemisches zur Erwärmung des festen Kühlmittels, zur Desorbtion des Wassers und zur Überführung des Wassers in den dampfartigen Zustand verbraucht. Kohlenstoff, der beim Verbrennen der pyrotechnischen Zusammensetzung ausgeschieden wird, geht als Ergebnis der Reaktion (1) endothermische Reaktionen mit den desorbierten Wasserdämpfen ein entsprechend: C + 2H2O → CO2 + 2H2 - 178,15 kJ
    Dieser Umstand führt ebenfalls zu einer zusätzlichen Kühlung des Gas-Aerosol-Gemisches. Als Ergebnis tritt in den zu schützenden Raum ein Gemisch mit niedriger Temperatur und ohne Funken und Flammen ein. Seine feuerlöschende Wirkung hängt im wesentlichen mit zwei Faktoren zusammen:
    • Wärmeabfuhr von den Brandflammen;
    • Deaktivierung der aktiven Atome und der Radikale der Brandflammen auf der Oberfläche der festen hochaktiven Aerosol-Teilchen. Die Löschung des Brandes erfolgt innerhalb weniger Sekunden und dabei wird keine schädliche Wirkung auf lebende Organismen und die Umwelt ausgeübt.
    Eine Vergleichsanalyse des vorgeschlagenen Verfahrens mit dem nächstliegenden Stand der Technik führt zu folgenden wesentlichen Unterschieden:
    • Das Verfahren der katalytischen vollständigen Oxidation der Produkte der unvollständigen Verbrennung wird durchgeführt
    • a) vor der Kühlung des Gas-Aerosol-Gemisches;
    • b) auf der hochentwickelten Oberfläche von Stoffen, ausgewählt aus der Gruppe der Alumosilikate, z.B. Zeolith;
    • c) im Maximaltemperaturbereich (750°C) des Temperaturprofils der Verbrennung der pyrotechnischen Zusammensetzung, wobei der Wert der Maximaltemperatur bis zum Ende der Verbrennung konstant gehalten wird;
    • d) mit nachfolgender Vermischung im Raum zwischen dem Block der vollständigen Oxidation und dem Kühlblock;
    • Die Verwendung einer vorgegebenen pyrotechnischen Zusammensetzung, die ein beständiges Temperaturprofil und die Zusammensetzung der Gasphase gewährleistet und als Gas-Aerosol-Bilder Dicyandiamid, als brennbares Bindemittel ein Polykondensat aus Formaldehyd mit Phenol, und als Oxidationsmittel Kalium-Nitrat enthält. Dabei bestehen der Gas-Aerosol-Bilder, das Brennstoffbindemittel und das Oxidationsmittel aus jeweils zwei Fraktionen: 40 bis 80 µm und 7 bis 15 µm bei einem Massenverhältnis von 80:20, 70 bis 120 µm und 10 bis 25 µm bei einem Massenverhältnis von 70:30 bzw. 15 bis 25 µm und 1 bis 7 µm bei einem Massenverhältnis von 25:75, bei folgender Zusammensetzung der Komponenten in Massenprozent:
      Gas-Aerosol-Bilder 9 bis 20
      brennbares Bindemittel 6 bis 14
      Oxidationsmittel Rest;
    • Die Verwendung eines festen Kühlmittels, ausgewählt aus der Gruppe der Silikagele, Alumosilikate (Zeolith).
    Das vorgeschlagene Verfahren zum Löschen von Bränden kann mit den bekannten Vorrichtungen zum Löschen von Bränden nicht im vollen Umfang verwirklicht werden.
    Es ist eine Vorrichtung zum Löschen von Bränden bekannt (RU 2 072 135), bestehend aus einem Gehäuse mit einer pyrotechnischen Ladung, einer Wärmeschutzschicht, einer Austrittsöffnung, einer Zündvorrichtung und einem Kühlblock. Der Kühlblock ist dabei in Form eines Raumes ausgebildet, der mit Granulat oder Tabletten eines Kühlmittels gefüllt ist, und der zwischen der pyrotechnischen Ladung und der Austrittsöffnung angeordnet ist. Die Kühlmittel sind ausgewählt aus: Karbonaten, Hydraten, Hydrooxiden und Oxalaten, die über hohe wärmeabsorbierende Eigenschaften und hohe gasausscheidende Eigenschaften verfügen.
    Der wesentliche Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie den Erhalt eines nicht toxischen Gas-Aerosol-Gemisches nicht gewährleisten kann. Der Grund dafür ist, daß der Kühlblock vor der Austrittsöffnung angeordnet ist, und der Kühlprozeß selbst von der Ausscheidung toxischer Kohlenstoffoxide begleitet wird, die ohne vollständige Oxidation und Filtration zusammen mit dem Gas-Aerosol-Gemisch in den zu schützenden Raum gelangen.
    Als nächster Stand der Technik zur vorgeschlagenen Vorrichtung wird eine aus der russischen Patentanmeldung Nr. 94 002 970 bekannte Vorrichtung angesehen, die einen wärmebeständigen Container umfaßt, in dem hintereinander eine aerosolgenerierender Ladung, eine wärmeabsorbierende Ladung, und eine Oxidationsladung vorgesehen sind, die vor der Austrittsöffnung angeordnet ist. Dabei können alle genannten Ladungen Oxidationskatalysatoren beinhalten, ausgewählt aus folgenden Metallen: Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan, Chrom, Aluminium, Magnium, Kupfer, Platin, Silber, sowie ihre Oxide und/oder Peroxide, Salze der genannten Metalle, ihre Legierungen und Gemische. Die wärmeabsorbierende Ladung kann zusätzlich 10 bis 60 % der Masse eines Oxidationsmittels enthalten, der aus Ammonium-, Kalium-, Natrium-, Kalcium-, Barium-, Stronzium-Nitraten ausgewählt wird oder aus Ammonium-, Kalium-, Natrium-Perchloraten oder aus ihren Gemischen.
    Die genannte Vorrichtung hat einen wesentlichen Nachteil, nämlich die hohe Toxizität des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches. Dieser Nachteil läßt sich durch die Auswahl der Stoffe erklären, die als Oxidationsmittel eingesetzt werden. Diese Stoffe scheiden währen ihrer Zerlegung nicht nur Sauerstoff aus, der zur vollständigen Oxidation von CO, NO, NH3, HCN dient, sondern auch toxische Produkte. So wird bei der Zerlegung der Nitrate NO, NO2 ausgeschieden, und bei der Zerlegung der Perchlorate - HCl, NH3, Cl2. Unabhängig davon, wo das Oxidationsmittel dieses Typen angeordnet ist, nämlich als Bestandteil der wärmeabsorbierenden Ladung oder als gesonderte Oxidationsladung, enthält das aus dieser Vorrichtung austretende Gas-Aerosol-Gemisch somit toxische Produkte.
    Die vorgeschlagene Vorrichtung beseitigt diese Nachteile.
    Der vorgeschlagenen Vorrichtung liegen folgende technische Aufgaben zugrunde:
    • Senkung der Toxizität des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches durch höhere Effektivität der vollständigen Oxidation der Verbrennungsprodukte;
    • einfachere Konstruktion der Vorrichtung bei Gewährleistung hoher feuerlöschender Effektivität und höherer Sicherheit bei der Anwendung.
    Die gestellten technischen Aufgaben werden durch die vorgeschlagene Vorrichtung zum Löschen von Bränden gelöst, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Austrittsöffnung, einer von den Gehäusewänden wärmeisolierten Brennkammer mit in ihr angeordneten pyrotechnischen Zusammensetzung, einer Zündvorrichtung, einem Block der katalytischen vollständigen Oxidation, der in Form zweier metallischer Gitter ausgebildet ist, wobei der Raum zwischen den Gittern mit katalytisch aktivem Alumosilikat (z.B. Zeolith-Granulat) gefüllt ist. Über dem Block der vollständigen Oxidation ist ein Kühlblock angeordnet. Ein Raum zwischen den Blöcken dient zur Vermischung der vollständig oxidierten Gasphase mit der festen Phase der Verbrennungsprodukte. Der Kühlblock ist in Form wenigstens zweier Gitter ausgebildet, deren Zwischenraum mit Granulat aus Stoffen gefüllt ist, ausgewählt aus der Gruppe der Alumosilikate, Silikagele oder ihren Gemischen mit natürlicher oder künstlicher Feuchtigkeit.
    Die Anzahl und die Größe der Öffnungen in den Gittern, die für den Block der vollständigen Oxidation und den Kühlblock verwendet werden, hängt von der erforderlichen Ausströmungsgeschwindigkeit des Gas-Aerosol-Gemisches ab und wird durch Versuche unter Berücksichtigung des gasodynamischen Widerstandes dieser Blöcke festgestellt.
    Zur Regulierung des gasodynamischen Widerstandes verwendet man Granulat in verschiedenen geometrischen Formen (Zylinder, Kegel) sowie in verschiedenen Funktionen der Granulatverteilung im Bezug auf die Größe. Eine wesentliche Rolle spielt dabei der Abstand zwischen den Gittern, der den mit Granulat zu füllenden Raum festlegt. Mit einem Feststellring mit vorgegebener Höhe kann jedes Gitterpaar relativ zu einander angeordnet werden.
    Die Vorrichtung zum Löschen von Bränden ist zusätzlich mit einer Kompensationseinheit versehen, die in Form einer elastischen Feder ausgebildet und in verschiedenen Bereichen des Gehäuses angeordnet sein kann. Diese Einheit kompensiert die lineare Verlagerung des Temperaturprofils beim Brennen der pyrotechnischen Zusammensetzung und gewährleistet einen konstanten Abstand zwischen dem Maximaltemperaturbereich des Temperaturprofils beim Brennen und dem Block der katalytischen vollständigen Oxidation.
    Kurze Beschreibung der Figuren und der Zeichnungen
    Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    Fig. 1
    eine Zeolith-Struktur vom Typ A;
    Fig. 2
    eine Zeolith-Struktur vom Typ X;
    Fig. 3
    eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung um Löschen von Bränden;
    Fig. 4
    den Schnitt A-A von Fig. 3;
    Fig. 5
    eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung um Löschen von Bränden;
    Fig. 6
    den Schnitt A-A von Fig. 5;
    Fig. 7
    den Schnitt B-B von Fig. 5;
    Fig. 8
    eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung um Löschen von Bränden;
    Fig. 9
    den Schnitt A-A von Fig. 8.
    Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
    Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem Innendurchmesser von ca. 50 mm auf, in dessen einem, in Fig. 3 unteren Ende eine gepreßte pyrotechnische Zusammensetzung 4 angeordnet ist, auf der zentral einer Zündvorrichtung 5 angebracht ist. Auf die obere Stirnseite der Zusammensetzung 4 ist ein Distanzring 11a mit einer Höhe von 10 mm gelegt, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Gehäuses 1 entspricht. Auf dem Distanzring 11a ist ein Block 6 für eine vollständige Oxidation angeordnet, der zwei in Längsrichtung des Gehäuses 1 im Abstand angeordnete Messinggitter 8a, 8b mit einem Öffnungsdurchmesser von 2,0 mm umfaßt, zwischen denen 10 g eines künstlichen Zeoliths 7 des Typen A (NaY) mit natürlicher Feuchtigkeit plaziert sind, dessen Granulat kugelförmig ausgebildet ist (Durchmesser der Kugeln 2,6 bis 4,5 mm).
    Innerhalb des Distanzringes 11a ist zwischen der pyrotechnischen Zusammensetzung und dem Kühlblock 6 eine Brennkammer 3 gebildet.
    Im Bereich der pyrotechnischen Zusammensetzung 4, der Brennkammer 3 und dem Block 7 ist die Gehäusewand mit einem Wärmeschutz 12 versehen.
    Auf dem oberen Gitter 8b ist eine Kompensationseinheit in Form einer Stahlfeder 10 angeordnet, die von einem Distanzring 11b mit einer Höhe von 12mm umgeben wird, auf dem sich ein Kühlblock 9 abstützt, der zwei in Längsrichtung des Gehäuses 1 im Abstand angeordnete Messinggitter 8c, 8d in Form von Netzen mit einer Zellengröße von 2,0 x 2,0 mm umfaßt, zwischen denen 30 g eines kugelförmigen Zeoliths 13 des Typen A (NaY) 7 mit natürlicher Feuchtigkeit angeordnet sind. Auf dem oberen Gitter 8d des Kühlblocks 9 ist ein Distanzring 11c aus Metall plaziert, auf den als Schutzschicht eine Aluminiumfolie 14 mit einer Dicke von 0,02 mm gelegt ist, nach der die Austrittsöffnung 2 durch eine auf die Stirnseite der zylindrischen Gehäuseoberfläche gewickelte Folie hermetisch verschlossen ist.
    Die in den Fig. 5 bis 7 gezeigte zweite Ausführungsform der Vorrichtung unterscheidet sich von der ersten Ausführung dadurch, daß zwei Kühlblöcke 9a, 9b vorgesehen sind, die durch einen Distanzring 11d im Abstand gehalten werden. in dem Block 6 für die vollständige Oxidation sind vier in Längsrichtung des Gehäuses 1 verlaufende Durchgangskanäle 15 vorgesehen. in dem angrenzenden Kühlblock 9a sind ebenfalls vier in Längsrichtung des Gehäuses 1 verlaufende Durchgangskanäle 17 ausgebildet, die zu den Kanälen 15 versetzt sind. Die Feder 10 ist unterhalb der Zusammensetzung 4 im Gehäuse 1 vorgesehen, da die pyrotechnische Zusammensetzung 4 nicht mit den Wänden des Wärmeschutzes 12 adhäsiv verbunden ist. Die Zündvorrichtung 5 ist in einem zentralen Kanal der Zusammensetzung 4 untergebracht.
    Bei der in Fig. 8 und 9 gezeigten dritten Ausführungsform sind ebenfalls zwei Kühlblöcke 9a , 9b vorgesehen, zwischen deren zugewandten Gittern 8d, 8e die Feder 10 angeordnet ist. Kanäle sind in den Blöcken 6 und 9a, 9b nicht ausgebildet. Der Mantel 16 des Gehäuses 1 ist zur Thermoisolierung durch Rippen versteift. In den Hohlraum zwischen den Rippen ist ein wärmeabsobierender Stoff gefüllt ist, z.B. Zeolith-Teilchen. Die Zündvorrichtung 5 ist dezentral auf der Zusammensetzung angebracht.
    Die Vorrichtung von Fig. 3 funktioniert folgendermaßen:
    Beim Entstehen eines Brandes zündet die Zündvorrichtung 5 die pyrotechnische Zusammensetzung 4, die in der Brennkammer 3 angeordnet ist. Beim Verbrennen der pyrotechnischen Zusammensetzung 4 entsteht ein heißes Gas-Aerosol-Gemisch, bestehend aus einer festen Phase von Aerosol-Teilchen (K2CO3, KHCO3, NH4HCO3, KNO2, C u.a.) und einer Gasphase (CO, CO2, NO, NO2, HCN, NH3, CH4, H2O). Das erhaltene Gas-Aerosol-Gemisch tritt durch die Öffnungen des Gitters 8a in den Block 6 zur katalytischen vollständigen Oxidation, wo es mit dem Granulat des Alumosilikats (Zeolith) 7 zusammenwirkt.
    Teilchen der festen Phase des Gas-Aerosol-Gemisches, die erheblich größer sind als die Fenster im Innenhohlraum des Zeoliths (Fig. 1), fließen nicht in die Hohlräume, sondern an der Zeolithoberfläche entlang durch Kanäle, die im Granulat beim Einschütten entstanden sind.
    Gase, deren Moleküle die Größe von 0,4 nm nicht übersteigen (CO, CO2, NH3, NO, NO2), gelangen durch die Fenster in der Zeolithstruktur in seine Innenhohlräume, die durch Sauerstoffatome gebildet werden, wo ihre katalytische vollständige Oxidation bei einer Temperatur von ca. 750°C auch stattfindet.
    Um die Beständigkeit des chemischen und des Massengemisches der Gasphase und der festen Phase sowie die Stabilität der Temperaturbedingungen zu gewährleisten, wird eine pyrotechnische Zusammensetzung mit einer vorgegebenen Funktion im Bezug auf die Teilchengröße ihrer Bestandteile und deren vorgegebenem Massenanteil verwendet.
    Um Temperaturschwankungen während der vollständigen Oxidation aufgrund von Verlagerungen des Maximaltemperaturbereiches des Temperaturprofils beim Brennen der Zusammensetzung zu vermeiden, ist die Vorrichtung mit der Stahlfeder 10 versehen, die durch die Federkraft den Block 6 der katalytischen vollständigen Oxidation an den Distanzring 11a drückt. Die Höhe des Distanzringes 11a gewährleistet einen konstanten Abstand zwischen dem Maximaltemperaturbereich des Temperaturprofils beim Brennen der Zusammensetzung und dem Block 6 der katalytischen vollständigen Oxidation.
    Während des Verbrennens der Zusammensetzung folgt der Block 6 der katalytischen vollständigen Oxidation langsam dem sich verlagernden Temperaturprofil. Damit bleibt der Block 6 der katalytischen vollständigen Oxidation ständig im Maximaltemperaturbereich bis zum Ende des Brennvorgangs der Zusammensetzung.
    Unter dem Druck der Verbrennungsprodukte der vollständigen Oxidation gelangen die Gasphase und die feste Phase in den Raum zwischen dem Block 6 der vollständigen Oxidation und dem Kühlblock 9, wo sie sich vermischen. Das entstandene Gas-Aerosol-Gemisch gelangt in den Kühlblock 9. Die Kühlung erfolgt infolge des Zusammenwirkens mit dem Granulat des Kühlmittels 13, wobei als Kühlmittel Zeolith, Silikagel oder ihre Gemische mit natürlicher oder künstlicher Feuchtigkeit verwendet werden können. Die Wärme des Gas-Aerosol-Gemisches wird verbraucht zur Erwärmung des Granulats, zur Desorbtion des Wassers, seine Umwandlung in Dampf, sowie für ablaufende endothermische Reaktionen (3).
    Beim Durchlaufen durch den Kühlblock 9 wird das Gas-Aerosol-Gemisch gleichzeitig gefiltert, wobei dies durch die Adsorbtion der Gase auf der Oberfläche der Innenhohlräume des Zeoliths stattfindet, während größere Aerosolteilchen durch Zusammenstöße in Kanälen dispergieren, die durch das Granulat des Kühlmittels 13 gebildet werden.
    Die Fixierung des Kühlblocks 9 im Gehäuse 1 erfolgt über die Distanzringe 11a,b,c.
    Das vollständig oxidierte, gekühlte und gefilterte Gas-Aerosol-Gemisch durchreißt den Sicherheitsfilm 14, der z.B. aus Aluminiumfolie bestehen kann, tritt in den zu schützenden Raum und löscht den Brand.
    Beim Verwenden einer pyrotechnischen Zusammensetzung mit progressiver Brennform (z.B. Zylinder mit einem oder mehreren Kanälen verschiedener Geometrie; zwei oder mehr Zylinder eines Durchmessers; zwei oder mehr Zylinder verschiedener Durchmesser; in der Art "Rohr im Rohr" u.ä.), wenn der Gas-Aerosol-Fluß pro Zeiteinheit sehr groß ist, können der Block 6 der vollständigen Oxidation und der Kühlblock 9 mit zusätzlichen Kanälen 15 versehen werden (Fig. 6, 7), die der Druckminderung und einer sicheren Arbeitsweise der Vorrichtung dienen.
    Beispiel:
    Die Vorrichtung von Fig. 3 zum Löschen von Bränden wird zum Löschen eines Versuchsbrandes vorbereitet. Dazu werden 100 g einer pyrotechnischen Zusammensetzung genommen, zu deren Zubereitung 18,33 g eines 60% -tigen Gemisches aus Phenol-Formaldahyd-Harz in Ethylenspiritus in einen Schaufelmischer gegeben werden. Der Anteil an Phenol-Formaldahyd-Harz beträgt also 11,0 g.
    Die Lösung wird in einem Reaktor mit einem Wassermantel bis auf +50°C erwärmt und in einem Mischer aufbereitet, der sich mit einer Geschwindigkeit von 85 Umdrehungen in der Minute dreht. Die Dauer der Auflösung im Ethylenspiritus beträgt eine Stunde. Die fertige Lösung enthält keine Gerinnsel von nicht aufgelöstem Harz.
    Zu der genannten Lösungsmenge werden 17,5 g Kalium-Nitrat mit einer Teilchengröße von 15 bis 25 µm zugegeben und 5 Minuten lang umgerührt. Danach werden unter Rühren 15,2 g Dicyandiamid mit einer Teilchengröße von 40 bis 80 µm zugegeben. Nach 5 Minuten Rühren werden 52,5 g Kalium-Nitrat mit einer Teilchengröße von 1 bis 7 µm zugegeben, es wird 10 Minuten lang gerührt, danach werden 3,8 g Dicyandiamid mit einer Teilchengröße von 7 bis 15 µm zugegeben und es wird weitere 10 Minuten lang gerührt. Nach der endgültigen Vermischung wird die Lösung bei sich drehenden Schaufeln des Mischers getrocknet. Dabei wird die Lösung bei Lufttemperatur und einem Überdruck von 1 kg/cm2 15 Minuten lang mit Luft beblasen.
    Das erhaltene Gemisch wird in einem Granulator plaziert, der mit Kalibrierungskammern mit einem Durchmesser von 1,5 mm versehen ist. Nach Durchlauf des Gemisches durch die Kalibrierungskammern erhält man ein Granulat des Gemisches mit einer Länge von 3 mm und folgendem Massenverhältnis der Komponenten: Kalium-Nitrat 70±0,5 % der Masse, Diziandiamid - 19±0,5 % der Masse, Phenol-Formaldehyd-Harz - 11±0,5 % der Masse.
    Das erhaltene Granulat wird in Rinnen plaziert, die in einem Trockenschrank bei einer Temperatur von +45°C angeordnet werden. Während des Trocknens, das 4 Stunden dauert, übersteigt der Gehalt der restlichen flüchtigen Bestandteile nicht 0,8 % der Masse.
    Aus dem erhaltenen Granulat wird die Zusammensetzung durch Dichtpressen bei einem spezifischen Druck von 1000 kp/cm2 (100 MPa) geformt. Das Pressen erfolgt durch einmaliges Einpressen bei einer Geschwindigkeit von 0,003 m/s mit nachfolgendem Halten unter Druck während 5 Sekunden in einem zylindrischen Wärmeschutz aus Papier mit einer Wandstärke von 1,5 mm.
    Damit gibt man der pyrotechnischen Zusammensetzung 4 eine zylindrische kanallose Form mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Vertiefung in ihrem Mittelteil, in der eine Standardzündvorrichtung 5 mit einer Masse von 1 g plaziert wird.
    Die Vorrichtung wird weiter nach Figur 3 zusammengesetzt.
    Die zusammengesetzte Vorrichtung zum Löschen von Bränden wurde zum Löschen von Benzin verwendet, um einen Brand in Fertigungsräumen zu simulieren. Das Volumen des zu schützenden Raumes war 2,5 m3 groß pro 100 g der pyrotechnischen Zusammensetzung.
    30 Sekunden nach Betriebsbeginn der Vorrichtung konnte optisch die Löschung des Benzinbrandes beobachtet werden, wobei das Benzin auf einem Blech von 1 m2 Fläche ausgeschüttet wurde.
    Im Verlaufe der Versuche wurden folgende Daten festgehalten: Brenngeschwindigkeit der pyrotechnischen Zusammensetzung, Massenanteil der festen Phase des Aerosols, Massenanteil der Teilchen der Größe von 1 bis 2 µm im Aerosol, feuerlöschende Konzentration, Brenntemperatur der Zusammensetzung, sowie die Temperatur des Gehäuses, sowohl an der Austrittsöffnung als auch in einer Entfernung von 200 mm von der Austrittsöffnung (die Messung erfolgte mit einem thermoelektrischen Kontaktverfahren mit Chromel-Alumel-Thermoelementen mit einem Lötdurchmesser von 100 µm).
    Die Gehaltsanalyse der toxischen Produkte im Gas-Aerosol-Gemisch erfolgte durch Entnahme von Proben über Luftleitungen, die im mittleren Teil der Versuchskammer angeordnet waren.
    Zur Bestimmung von Kohlenstoffoxid und Methan wurden Gasproben in eine Gasbürette mit Wasserverschluß entnommen, und wurden danach mit einem Gaschromatographie-Vefahren auf einem Chromatograph mit einem Wärmeleitungsdetektor analysiert. Die verlängerbare Chromatographiesäule bestand aus Glas, hatte eine Länge von 2,4 m und einen Innendurchmesser von 2,5 mm. Die Geschwindigkeit des Trägergases (Helium) - 30 cm3/Min., Säulentemperatur - 32°C, Dosis - 1 cm3. Die Chromatogramme wurden mit dem Schreiber TC-1601 registriert. Die Ergebnisse lagen in Volumen-Prozent vor und wurden in Konzentration von Milligramm pro Kubikmeter für folgende Bedingungen umgerechnet: Druck - 760 mm der Quecksilbersäule und Temperatur = 293 K. Unterste Meßgrenze - 0,001 im Volumen, entsprechend einer Konzentration von 11 mg/m3.
    Zur Bestimmung von Ammoniak, Stickstoffoxiden und Cyaniden wurde die Gasphase über einen mit Wasser gefüllten Auffangbehälter mit Glasfilter 10 Minuten lang mit einem Druckmischer gemischt, mit einer Geschwindigkeit von 2 l/Min.
    Das Ammoniak wurde durch ein Kolorimetrieverfahren ermittelt, über das Produkt des Zusammenwirkens mit einem Neßler-Reagens. Die unterste Meßgrenze im Bezug auf die Probemenge (2 ml) waren 2 µg, was einer Konzentration von 0,5 mg/m3 entspricht.
    Das Stickstoffoxid wurde durch ein Kolorimetrieverfahren ermittelt, über das Produkt des Zusammenwirkens mit einem Griess-Ilosvay-Reagens. Die unterste Meßgrenze im Bezug auf die Probemenge (2 ml) waren 0,3 µg, was einer Konzentration von 0,075 mg/m3 entspricht.
    Cyanide wurden durch ein Kolorimetrieverfahren ermittelt, über die Reaktion der Entstehung von Eisen-Rhodanid. Die unterste Meßgrenze im Bezug auf die Probemenge (5 ml) waren 2 µg, was einer Konzentration von 0,1 mg/m3 entspricht.
    Die Meßergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.
    Zusammensetzung, Brenngeschwindigkeit und feuerlöschende Charakteristika der Erfindung und des nächstgelegenen Standes der Technik:
    Bezeichnung der Komponenten in der Zusammensetzung Komponentenmenge in % der Masse bei der Erfindung mit vorgegebener Verteilungsfunktion der Komponententeilchen nach Größe Komponentenmenge nach dem Patent RU 2 101 054
    Kalium-Nitrat 70 70
    Dicyandiamid 19 19
    Phenol-Formaldehyd-Harz 11 11
    Brenngeschwindigkeit in mm/s 3,2 2,1
    Feuerlöschende Charakteristika der Vorrichtungen (Abwandlungen) der Erfindung
    Fig.2 Fig.3 Fig.4 Patent RU-2 101 054
    Austritt fester Phase des Gas-Aerosol-Gemisches, % 70 69 71 57
    Massenanteil der Teilchen 1-2 µm in fester Phase, % 68 70 69 64
    Feuerlöschende Effektivität, g/m3 36 38 34 40
    Temperatur, °C
    Gehäuse, 62 69 60 -
    Austrittsöffnung, 320 370 325 -
    in 200 mm Entfernung 115 136 118 160
    Gehalt toxischer Gase, mg/m3
    CO 200 229 202 333
    NH3 28 32 26 38
    HCN 6 10 8 12
    CH4 190 198 186 kein Ergebnis
    NO 17 30 14 117
    Somit gewährleistet das vorgeschlagene Verfahren zum Löschen von Bränden zusammen mit den konstruktiven Besonderheiten der Vorrichtung den Erhalt eines Gas-Aerosol-Gemisches mit niedriger Toxizität, niedriger Temperatur und hoher feuerlöschender Effektivität.
    Industrielle Anwendbarkeit
    Das vorgeschlagene Verfahren zum Löschen von Bränden und die Vorrichtung zur dessen Durchführung erlauben ein effektives Löschen von Bränden in verschiedenen Einrichtungen und Gebäuden, in denen Menschen tätig sind, wie z.B.:
    • Ventilationssysteme von Wohnhäusern, Hotels, Industriebetrieben;
    • Büroräume und Industriehallen;
    • Lager, Garagen u.ä.
    Eine breite Rohstoffbasis der verwendeten Komponente, die Einfachheit und Zuverlässigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung sind Kriterien, die für eine breite industrielle Anwendbarkeit sprechen.
    Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens und der Vorrichtung zur dessen Durchführung sind: Niedrige Temperatur und Toxizität des feuerlöschenden Gas-Aerosol-Gemisches, das in den zu schützenden Raum gegeben wird, das Fehlen von Flammen und Funken bei Erhalt hoher feuerlöschender Effektivität.

    Claims (11)

    1. Verfahren zum Löschen von Bränden, bei dem zur Erhaltung eines in einen zu schützenden Raum einzuführenden Gas-Aerosol-Gemisches folgende Schritte durchgeführt werden:
      a) Zünden einer pyrotechnischen Zusammensetzung, die ein vorher bestimmtes Verbrennungstemperaturprofil und eine vorher bestimmte Zusammensetzung einer Gas- und Aerosolphase gewährleistet, wobei unvollständig verbrannte Verbrennungsprodukte entstehen;
      b) Durchführen der Verbrennungsprodukte der pyrotechnischen Zusammensetzung durch eine Schicht eines katalytisch aktiven Stoffes, der im Maximaltemperaturbereich des Verbrennungstemperaturprofils angeordnet ist, wobei die Temperaturen durch Verlagerung des Verbrennungstemperaturprofils der Zusammensetzung konstant gehalten werden, wodurch die unvollständig verbrannten Verbrennungsprodukte vollständig oxidiert werden;
      c) Kühlen der vollständig oxidierten Verbrennungsprodukte durch Zusammenwirken mit Stoffen hoher wärmeabsorbierender Eigenschaften, wobei sie gleichzeitig nach Zusammensetzung und Größe filtriert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als pyrotechnische Zusammensetzung, die die vorher bestimmte Zusammensetzung der Gasphase und das vorher bestimmte Temperaturprofil gewährleistet, als Gas-Aerosol-Bilder Dicyandiamid, als brenbares Bindemittel ein Polykondensat aus Formaldehyd mit Phenol, und als Oxidationsmittel Kalium-Nitrat verwendet werden, wobei der Gas-Aerosol-Bilder, das bennbare bindemittel und das Oxidationsmittel aus jeweils zwei Fraktionen bestehen, nämlich 40 bis 80 µm und 7 bis 15 µm bei einem Massenverhältnis von 80:20, 70 bis 120 µm und 10 bis 25 µm bei einem Massenverhältnis von 70:30 bzw. 15 bis 25 µm und 1 bis 7 µm bei einem Massenverhältnis von 25:75, wobei die Komponenten in folgender Zusammensetzung in Masseprozent enthalten sind: Gas-Aerosol-Bilder 9 bis 20 brennbares Bindemittel 6 bis 14 Oxidationsmittel Rest.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem als pyrotechnische Zusammensetzung, die die vorher bestimmte Zusammensetzung der Gasphase und das vorher bestimmte Temperaturprofil gewährleistet, als Gas-Aerosol-Bilder Dicyandiamid und als Oxidationsmittel Kalium-Nitrat verwendet wird, die jeweils aus zwei Fraktionen bestehen, nämlich 40 bis 80 µm und 7 bis 15 µm bei einem Massenverhältnis von 10:90 bzw. 15 bis 25 µm und 1 bis 7 µm bei einem Massenverhältnis von 5:95, und als brennbares Bindemittel ein Polykondensat aus Formaldehyd mit Phenol verwendet wird, wobei die Komponenten folgendermaßen in Massenprozent enthalten sind: Gas-Aerosol-Bilder 9 bis 20 brennbares Bindemittel 6 bis 14 Oxidationsmittel Rest.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem als Stoffe mit hohen wärmeabsorbierenden Eigenschaften Stoffe aus der Gruppe der Alumosilikate (Zeolith), Silikagele und hochporösen aktivierten Aluminiumoxide verwendet werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die katalytische vollständige Oxidation auf der Oberfläche eines Zeoliths stattfindet, der auf einem aus Kupfer oder kupferhaltigen Material bestehenden Gitter angeordnet ist.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die katalytische vollständige Oxidation auf der Oberfläche eines Granulats eines aktivierten Aluminiumoxids mit poröser Struktur stattfindet, das auf einem Metallgitter angeordnet ist.
    7. Vorrichtung zum Löschen von Bränden, mit einem Gehäuse (1), das eine Austrittsöffnung (2) aufweist, einer im Gehäuse (1) angeordneten und von der Wand des Gehäuses (1) wärmeisolierten Brennkammer (3), in der eine pyrotechnische Zusammensetzung (4) und eine Zündvorrichtung (5) untergebracht sind, einem Kühlblock (9) und einem Block (6) zur katalytischen vollständigen Oxidation, wobei
      der Block (6) zur katalytischen vollständigen Oxidation zwei im Abstand angeordnete metallische Gitter (8a, 8b) aufweist, zwischen denen katalytisch aktiver Stoff angeordnet ist,
      der Block (6) zur katalytischen vollständigen Oxidation in einem festen Abstand zur pyrotechnischen Zusammensetzung (4) angeordnet ist, und
      eine Kompensationseinrichtung (10) vorgesehen ist, die den festen Abstand während des Brennprozesses der pyrotechnischen Zusammensetzung (4) aufrechterhält.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kompensationseinrichtung (10) zwischen dem Kühlblock (9) und der Austrittsöffnung (2) angeordnet ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kompensationseinrichtung (10) im Bereich des Gehäusebodens angeordnet ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kompenstaionseinrichtung (10) zwischen dem Block (6) zur vollständigen Oxidation und dem Kühlblock (9) angeordnet ist.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der die Kompensationseinrichtung (10) von einem elastischen Element aus Federstahl gebildet wird.
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