EP2708265A2 - Feststoffgasgenerator, Löschvorrichtung, Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs und Verfahren zum Löschen eines Brandes - Google Patents

Feststoffgasgenerator, Löschvorrichtung, Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs und Verfahren zum Löschen eines Brandes Download PDF

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EP2708265A2
EP2708265A2 EP13004397.9A EP13004397A EP2708265A2 EP 2708265 A2 EP2708265 A2 EP 2708265A2 EP 13004397 A EP13004397 A EP 13004397A EP 2708265 A2 EP2708265 A2 EP 2708265A2
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EP
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solid
flowing mixture
cooling
environment
gas generator
Prior art date
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Withdrawn
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EP13004397.9A
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Jens Lemke
Elizabeth Richter
Sebastian Schulz
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F23D14/04—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q25/00—Extinguishing-devices, e.g. for blowing-out or snuffing candle flames

Definitions

  • the invention relates to a solid gas generator, an extinguishing device, a method for cooling a flowing mixture and a method for extinguishing a fire.
  • Solid gas generators are known in systems for extinguishing fires.
  • a quenching medium which is present in the form of a solid in a capsule, ignited, with the ignition from the solid a flowing mixture of, for example, aerosols and gases developed, which is suitable for extinguishing or suppressing a fire.
  • the ignited solid also acts as a propellant to expel the mixture from the capsule to assist in extinguishing or suppressing a fire, with the aid of the thus increased kinetic energy of the mixture.
  • An exemplary solid gas generator for use in extinguishing fires is in US Pat DE 31 22 897 A1 described.
  • the aerosols or gases are strongly heated and the flowing mixture is released into the environment at a high temperature.
  • this should be avoided.
  • solid gas generators cooling are used, which cool down the flowing mixture to safe temperatures.
  • solid temperature storage media such as metal or ceramic are used, which can absorb the heat of the flowing mixture.
  • the storable amount of heat is usually directly proportional to the weight of the storage medium.
  • the object of the invention is therefore to propose an improved in this respect solid gas generator.
  • a method for cooling a flowing mixture, an extinguishing device and a method for extinguishing a fire are the subject of the dependent claims.
  • a solid gas generator is designed to release a flowing mixture of a solid separated from an environment into the environment and has a cooling device for cooling the flowing mixture.
  • the cooling device has at least one feed device for supplying and mixing a gas from the environment with the flowing mixture before entering the environment.
  • the flowing mixture Upon release of the flowing mixture from the solid gas generator, the flowing mixture absorbs energy and heats up so much.
  • the flowing mixture can be cooled to lower temperatures.
  • the cool gas from the environment is mixed with the flowing mixture before the flowing mixture enters the environment. This reduces the risk of burns to people or damage to temperature-sensitive machines in the outlet area into the environment. It is not necessary for cooling, heavy Provide cooling equipment made of metal or ceramic.
  • the solid gas generator can also be used in the aviation sector.
  • the cooling device preferably has an acceleration device for accelerating the flowing mixture, an introduction device for introducing the flowing mixture into the environment, and preferably a rectilinear contact region of the acceleration device and the introduction device.
  • the feed device is arranged on the contact area.
  • the kinetic energy which the flowing mixture receives in acceleration in the accelerator can be utilized for sucking cooling gas from the environment via the feeder by depressurizing.
  • the feed device is arranged radially to the contact region.
  • the cross section of the feed device tapers from the environment to the contact region.
  • the cooling gas may be supplied from the environment preferably substantially perpendicular to the flow direction of the flowing mixture, whereby the cooling gas mixes with the flowing mixture.
  • the gas is additionally accelerated from the environment in the direction of the flowing mixture, whereby an even better mixing of the mixture and gas is made possible.
  • the accelerator connects an interior of the solid gas generator with the contact area. It is provided that the cross section of the acceleration device tapers from the interior to the contact area.
  • the flowing mixture is accelerated from the interior to the contact region, where the mixture mixes with the cooling gas from the environment.
  • the introduction device connects the contact region with the environment, wherein the cross section of the introduction device widens from the contact region to the environment.
  • the previously accelerated flowing mixture with different directional components is introduced into the environment and can mix there with cooling gas from the environment. As a result, the flowing mixture is cooled down.
  • the cooling device has a sealing device for sealing the interior against the environment.
  • the sealing device is a water-impermeable film. This prevents impurities from the environment from entering the cooling device or the solid-material gas generator and, for example, clogging the cooling device.
  • the feed device is arranged in the flow direction of the flowing mixture after the sealing device on the cooling device.
  • the sealing device can be blown free when igniting the solid by the resulting flowing mixture. Therefore, the sealing device is particularly preferably arranged in the region of the accelerating device, in particular where the flowing mixture reaches a maximum speed.
  • the cross section of the cooling device is designed to taper in the flow direction of the flowing mixture. Due to the advantageous outer shape of the cooling device, cool ambient air is supplied along the tapered outer walls of the cooling device to the area in which the flowing Mixture enters the environment. It can be generated turbulence, which allow mixing of the cool ambient air with the flowing mixture.
  • a solid reservoir whose housing is provided with a heat insulation, is provided for storing the solid.
  • the solid can be separated from the environment and it is at the same time a thermal insulation available. This can ensure that the activation energy is used by the ignition for generating the flowing mixture and is not released into the environment at the ignition. Thus, a warming of the generator cover and the risk of injury of persons and material is reduced.
  • an ignition device for igniting the solid for generating the flowing mixture.
  • the solid gas generator has a solid for generating a gas and / or an aerosol and / or a gas-aerosol mixture, in particular for generating an extinguishing agent.
  • a filter device in particular a metal grid, is arranged between the cooling device and the solid.
  • a filter device in particular a metal grid
  • An extinguishing device for extinguishing a fire has a solid gas generator described above.
  • the acceleration of the flowing mixture, the supply of the cooling gas and the distribution of the cooled flowing mixture is made possible by providing a solid gas generator described above.
  • the flowing mixture is filtered.
  • the steps a) to c) of the method described above are preferably carried out.
  • Fig. 1 shows a solid gas generator 10 with a solid reservoir 12 in the form of a housing 14 in which a solid 16 is arranged.
  • the housing 14 has an ignition device 18 for igniting the solid 16.
  • a flowing mixture 20 is released in the solid gas generator 10, which from the housing 14 exits into an environment 22, and as extinguishing means 24 for extinguishing a fire 26, in Fig. 2 shown, can be used.
  • the housing 14 In order for the activation energy generated by the ignition to be used completely to ignite the solid 16, the housing 14 has a thermal insulation 28.
  • a cooling device 30 After releasing the flowing mixture 20, this passes through a cooling device 30, in which it is cooled down, in the environment 22 from.
  • the flowing mixture 20 is filtered by a filter device 32 so that any larger particles present in the flowing mixture 20 do not clog the cooling device 30.
  • filter device 32 is in the in Fig. 1 shown embodiment, a metal grid 34 is provided.
  • a feed device 36 is arranged, via which gas 38 from the environment 22, for example air 39, can be supplied to the flowing mixture 20 before it enters the environment 22 from the cooling device 30.
  • the cooling device 30 is designed such that in the area in which the flowing mixture 20 enters the cooling device 30 from an interior 40 of the housing 14, it has an accelerating device 42 in which the flowing mixture 20 is accelerated.
  • the accelerator 42 inner walls 44 of the cooler 30 are tapered as seen in the flow direction, so that the accelerator 42 forms a constriction 46 in which the flowing mixture 20 has a high velocity due to the acceleration.
  • the acceleration device 42 is adjoined by an introduction device 48, via which the accelerated flowing mixture 20 is introduced into the environment 22.
  • Accelerator 42 and lead-in 48 are connected together in a contact area 50.
  • the introduction device 48 is formed by the fact that the inner walls 44 expand away from each other in the flow direction.
  • the feed device 36 leads the gas 38 from the environment 22 in the contact region 50 between the acceleration device 42 and the introduction device 48 into the cooling device 30.
  • a sealing device 52 is arranged, in the present example in the form of a water-impermeable film 54, which prevents impurities from the environment 22 in the interior 40 of the housing 14 get and so, for example, the cooling device 30, in particular, for example Narrowing 46, clog.
  • the contact region 50 is rectilinear, ie it connects the acceleration device 42 and the insertion device 48 in a straight line with one another, so that the maximum velocity of the flowing mixture 20 prevails in the contact region 50.
  • the feed device 36 is arranged radially to this rectilinear contact region 50, so that the supplied gas 38 from the environment 22 impinges on the flowing mixture 20 substantially with a vertical directional component. This allows mixing of flowing mixture 20 and gas 38 from the environment 22.
  • the feed device 36 also tapers in the direction of flow of the supplied gas 38 and accelerates this gas 38 in such a way that the generation of turbulence upon impact with the accelerated flowing mixture 20 in the cooling device 30 is intensified.
  • the introduction device 48 expands from the contact region 50 in the flow direction of the now cooled flowing mixture 20 and thus distributes the flowing mixture 20 with different directional components into the environment 22.
  • Outer walls 56 of the cooling device 30 also taper in the flow direction of the flowing mixture 20.
  • air 39 of the environment 22 is preferably directed towards the area in which the flowing mixture 20 enters the environment 22. This causes the further mixing of the flowing mixture 20 with the cooler ambient air 39 and the flowing mixture 20 is further cooled down.
  • an extinguishing device 22 is formed by the special design of the solid gas generator 10, which can be used by their low weight in aeronautical engineering.
  • the solid gas generator 10 described above, a possible alternative cooling principle for a gas or an aerosol is proposed. Thereby, the solid gas generator 10 can also be applied in airplanes and currently used fire extinguishing systems can be replaced in cargo holds of aircraft.
  • the advantage of the proposed solid gas generator 10 is the significantly reduced weight. This is achieved because in the air-cooled principle no heat storage in the solid gas generator 10 must be present because the air 39 absorbs heat.
  • Another advantage is that significantly fewer aerosol particles are lost through the short straight exhaust duct than existing cooling systems. Since the particles achieve the extinguishing effect mainly in the case of a central impact on a fire 26, the loss due to conventional cooling leads to a reduction in the efficiency.
  • the solid gas generator 10 is much lighter, more efficient, and smaller than existing systems.
  • a relatively new extinguishing system are so-called aerosol or gas generators. This deletion is based on various extinguishing effects such as inhibition and inerting. In both cases, the extinguishing medium by means of the ignition of a solid mixture, the propellant, generated. This process is accompanied by the development of an alarming temperature for man and machine. Current systems use solid storage media for cooling to safe temperatures.
  • the weight of the generators is greatly reduced compared to the solid gas generators 10 with fixed storage media.
  • the cooling is realized by mixing with air 39.
  • the promotion by, for example, a Laval nozzle is suitable for this purpose.
  • This alternative cooling principle greatly reduces the weight of the generators.
  • the gas-generating solid 16 is, for example, as in Fig. 1 shown supported in a cylinder on a metal grid 34.
  • the metal grid 34 serves as a filter to retain larger particles, this prevents clogging of the subsequently positioned Laval nozzle.
  • the gas-generating solid 16 is ignited by, for example, an electric igniter, the solid 16 is burned.
  • the gas or aerosol generated flows through the grid into the Laval nozzle and is accelerated there. According to the Bernoulli energy equation, the static pressure decreases as the flow rate increases.
  • the in Fig. 1 shown neat choice of the nozzle geometry and the supply air ducts 39 air is attracted to the promotion in the nozzle, which with mixed with the generated gas or aerosol. The mixing leads to a strong cooling of the generated extinguishing medium.
  • a water-proofing protective film is provided to prevent the gas-generating solid 16 from coming in contact with moisture.
  • the generator cover internally has a thermal insulation.
  • Fig. 1 shows the basic structure of an air-cooled solid fuel gas generator.
  • the process presented leads to a strong cooling of the generated extinguishing medium to temperatures that pose no hazard.
  • the generator is much lighter, more efficient, and smaller than existing systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feststoffgasgenerator (10) zum Freisetzen eines strömenden Gemischs (20) aus einem von einer Umgebung (22) abgetrennten Feststoff (16) in die Umgebung (22), aufweisend eine Kühleinrichtung (30) zum Kühlen des strömenden Gemischs (20), wobei die Kühleinrichtung (30) wenigstens eine Zuführeinrichtung (36) zum Zuführen eines Gases (38) aus der Umgebung (22) zu dem strömenden Gemisch (20) zum Vermischen des strömenden Gemischs (20) vor Eintritt in die Umgebung (22) mit dem Gas (38) aus der Umgebung (22) aufweist und ein Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs (20). Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Löschvorrichtung (62) zum Löschen eines Brandes (26),

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Feststoffgasgenerator, eine Löschvorrichtung, ein Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs sowie ein Verfahren zum Löschen eines Brandes.
  • Feststoffgasgeneratoren sind bei Systemen zum Löschen von Bränden bekannt. Dabei wird ein Löschmedium, das in Form eines Feststoffes in einer Kapsel vorhanden ist, entzündet, wobei sich durch die Zündung aus dem Feststoff ein strömendes Gemisch aus beispielsweise Aerosolen und Gasen entwickelt, das zur Löschung oder Unterdrückung eines Brandes geeignet ist. Der gezündete Feststoff wirkt zusätzlich als Treibmittel zum Austreiben des Gemischs aus der Kapsel, um mit Hilfe der somit erhöhten kinetischen Energie des Gemischs das Löschen oder Unterdrücken eines Brandes zu unterstützen. Ein beispielhafter Feststoffgasgenerator zur Verwendung beim Löschen von Bränden ist in DE 31 22 897 A1 beschrieben.
  • Durch das Entzünden des Feststoffes werden die Aerosole bzw. die Gase jedoch stark erhitzt und das strömende Gemisch mit einer hohen Temperatur in die Umgebung freigesetzt. Insbesondere wenn sich im Austrittsbereich des strömenden Gemisches Menschen aufhalten oder temperaturempfindliche Maschinen befinden, ist dieses zu vermeiden.
  • Daher werden bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Feststoffgasgeneratoren Kühlungen eingesetzt, die das strömende Gemisch bis zu unbedenklichen Temperaturen herabkühlen. Häufig werden dazu feste Temperaturspeichermedien wie beispielsweise Metall oder Keramik verwendet, die die Wärme des strömenden Gemischs aufnehmen können. Dabei ist die speicherbarer Wärmemenge zumeist direkt proportional zu dem Gewicht des Speichermediums.
  • Dies führt jedoch zu einem erhöhten Gewicht der Feststoffgasgeneratoren, so dass sie weniger geeignet sind, um im Luftfahrzeugbau eingesetzt zu werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen in dieser Hinsicht verbesserten Feststoffgasgenerator vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Feststoffgasgenerator mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
  • Ein Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemisches, eine Löschvorrichtung sowie ein Verfahren zum Löschen eines Brandes sind Gegenstand der Nebenansprüche.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Feststoffgasgenerator ist zum Freisetzen eines strömenden Gemischs aus einem von einer Umgebung abgetrennten Feststoff in die Umgebung ausgebildet und weist eine Kühleinrichtung zum Kühlen des strömenden Gemischs auf. Dabei weist die Kühleinrichtung wenigstens eine Zuführeinrichtung auf zum Zuführen und Vermischen eines Gases aus der Umgebung mit dem strömenden Gemisch vor Eintritt in die Umgebung .
  • Bei Freisetzen des strömenden Gemisches aus dem Feststoffgasgenerator nimmt das strömende Gemisch Energie auf und erhitzt sich so stark. Durch Zuführen eines Gases aus der Umgebung, das einen geringeren Energieinhalt aufweist, kann das strömende Gemisch auf niedrigere Temperaturen abgekühlt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Feststoffgasgenerator wird dabei das kühle Gas aus der Umgebung mit dem strömenden Gemisch vermischt, bevor das strömende Gemisch in die Umgebung eintritt. So wird die Gefahr von Verbrennungen für Menschen bzw. von Beschädigungen an temperaturempfindlichen Maschinen im Austrittsbereich in die Umgebung reduziert. Es ist zur Kühlung nicht notwendig, schwere Kühleinrichtungen aus Metall oder Keramik vorzusehen. Damit kann der Feststoffgasgenerator auch im Luftfahrtbereich angewendet werden.
  • Vorzugsweise weist die Kühleinrichtung eine Beschleunigungseinrichtung zum Beschleunigen des strömenden Gemisches, eine Einleiteinrichtung zum Einleiten des strömenden Gemischs in die Umgebung und vorzugsweise einen geradlinigen Kontaktbereich von Beschleunigungseinrichtung und Einleiteinrichtung auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zuführeinrichtung am Kontaktbereich angeordnet.
  • Somit kann die kinetische Energie, die das strömende Gemisch bei Beschleunigung in der Beschleunigungseinrichtung aufnimmt, zum Ansaugen von kühlendem Gas aus der Umgebung über die Zuführeinrichtung durch Druckminderung ausgenutzt werden.
  • Vorzugsweise ist die Zuführeinrichtung radial zum Kontaktbereich angeordnet.Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Querschnitt der Zuführeinrichtung von der Umgebung zu dem Kontaktbereich hin verjüngt.
  • So kann das kühlende Gas aus der Umgebung vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Flussrichtung des strömenden Gemischs zugeführt werden, , wodurch sich das kühlende Gas mit dem strömenden Gemisch vermischt.
  • Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Zuführeinrichtung in sich verjüngender Form wird das Gas aus der Umgebung zusätzlich in Richtung auf das strömende Gemisch beschleunigt, wodurch eine noch bessere Vermischung von Gemisch und Gas ermöglicht wird.
  • Vorzugsweise verbindet die Beschleunigungseinrichtung einen Innenraum des Feststoffgasgenerators mit dem Kontaktbereich. Dabei ist vorgesehen, dass sich der Querschnitt der Beschleunigungseinrichtung von dem Innenraum zu dem Kontaktbereich hin verjüngt.
  • Durch die vorteilhafte Ausbildung der Beschleunigungseinrichtung wird das strömende Gemisch von dem Innenraum zu dem Kontaktbereich hin beschleunigt, wo sich das Gemisch mit dem kühlenden Gas aus der Umgebung vermischt.
  • Des Weiteren verbindet die Einleiteinrichtung den Kontaktbereich mit der Umgebung, wobei sich der Querschnitt der Einleiteinrichtung von dem Kontaktbereich zu der Umgebung hin erweitert.
  • Durch die vorteilhafte Erweiterung der Einleiteinrichtung wird das zuvor beschleunigte strömende Gemisch mit unterschiedlichen Richtungskomponenten in die Umgebung eingeleitet und kann sich dort mit kühlendem Gas aus der Umgebung vermischen. Dadurch wird das strömende Gemisch herabgekühlt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung weist die Kühleinrichtung eine Abdichteinrichtung zum Abdichten des Innenraumes gegen die Umgebung auf. Insbesondere ist die Abdichteinrichtung eine wasserundurchlässige Folie. So wird verhindert, dass Verunreinigungen aus der Umgebung in die Kühleinrichtung bzw. den Feststoffgasgenerator eindringen und beispielsweise die Kühleinrichtung verstopfen.
  • Besonders bevorzugt ist die Zuführeinrichtung in Strömungsrichtung des strömenden Gemischs nach der Abdichteinrichtung an der Kühleinrichtung angeordnet. So kann die Abdichteinrichtung bei Zündung des Feststoffes durch das entstehende strömende Gemisch frei gesprengt werden. Daher ist die Abdichteinrichtung besonders bevorzugt im Bereich der Beschleunigungseinrichtung angeordnet, insbesondere dort, wo das strömende Gemisch eine maximale Geschwindigkeit erreicht.
  • Der Querschnitt der Kühleinrichtung ist in Strömungsrichtung des strömenden Gemischs verjüngend ausgebildet. Durch die vorteilhafte äußere Formgebung der Kühleinrichtung wird kühle Umgebungsluft entlang der sich verjüngenden äußeren Wände der Kühleinrichtung auf den Bereich zugeleitet, in dem das strömende Gemisch in die Umgebung eintritt. Es können so Verwirbelungen erzeugt werden, die eine Vermischung der kühlen Umgebungsluft mit dem strömenden Gemisch ermöglichen.
  • Vorzugsweise ist ein Feststoffspeicher, dessen Gehäuse mit einer Wärmeisolierung versehen ist, zum Speichern des Feststoffes vorgesehen. Damit kann der Feststoff von der Umgebung abgetrennt werden und es ist gleichzeitig eine Wärmeisolierung vorhanden. Diese kann bei der Zündung dafür sorgen, dass die Aktivierungsenergie durch die Zündung zum Erzeugen des strömenden Gemisches verwendet wird und nicht in die Umgebung abgegeben wird. Damit wird eine Erwärmung der Generatorhülle sowie die Verletzungsgefahr von Personen und Material vermindert.
  • Dazu ist eine Zündeinrichtung zum Zünden des Feststoffes zum Erzeugen des strömenden Gemischs vorgesehen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung weist der Feststoffgasgenerator einen Feststoff zum Erzeugen eines Gases und/oder eines Aerosols und/oder eines Gas-Aerosol-Gemischs, insbesondere zum Erzeugen eines Löschmittels, auf.
  • Besonders bevorzugt ist zwischen Kühleinrichtung und Feststoff eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Metallgitter, angeordnet. Somit kann verhindert werden, dass Feststoffpartikel, die bei der Zündung des Feststoffes oder durch unvollständiges Abbrennen des Feststoffes entstehen, die Kühleinrichtung verstopfen, indem sie auf der Filtereinrichtung im Innenraum des Feststoffgasgenerators zurückgehalten werden.
  • Eine Löschvorrichtung zum Löschen eines Brandes weist einen oben beschriebenen Feststoffgasgenerator auf.
  • Bei einem Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    1. a) Beschleunigen des strömenden Gemischs;
    2. b) Zuführen eines kühlenden Gases zu dem strömenden Gemisch; und
    3. c) Verteilen des gekühlten strömenden Gemischs derart in eine Umgebung, dass weiteres kühlendes Gas zugeführt wird.
  • Das Beschleunigen des strömenden Gemisches, das Zuführen des kühlenden Gases sowie das Verteilen des gekühlten strömenden Gemisches wird durch Bereitstellen eines oben beschriebenen Feststoffgasgenerators ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt wird dabei das strömende Gemisch gefiltert.
  • Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Löschen eines Brandes werden vorzugsweise die Schritte a) bis c) des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    einen Feststoffgasgenerator;
    Fig. 2
    Strömungsverhältnisse an und in einem Feststoffgasgenerator aus Fig. 1 nach Zündung.
  • Fig. 1 zeigt einen Feststoffgasgenerator 10 mit einem Feststoffspeicher 12 in Form eines Gehäuses 14, in dem ein Feststoff 16 angeordnet ist. Das Gehäuse 14 weist eine Zündeinrichtung 18 zum Zünden des Feststoffes 16 auf.
  • Bei Zündung des Feststoffes 16 über die Zündeinrichtung 18 wird in dem Feststoffgasgenerator 10 ein strömendes Gemisch 20 freigesetzt, das aus dem Gehäuse 14 in eine Umgebung 22 austritt, und als Löschmittel 24 zum Löschen eines Brandes 26, in Fig. 2 dargestellt, verwendet werden kann.
  • Damit die durch die Zündung erzeugte Aktivierungsenergie vollständig zur Zündung des Feststoffes 16 verwendet werden kann, weist das Gehäuse 14 eine Wärmeisolierung 28 auf.
  • Nach Freisetzen des strömenden Gemisches 20 tritt dieses durch eine Kühleinrichtung 30, in der es herabgekühlt wird, in die Umgebung 22 aus. Zuvor wird das strömende Gemisch 20 durch eine Filtereinrichtung 32 gefiltert, damit eventuell vorhandene größere Partikel in dem strömenden Gemisch 20 nicht die Kühleinrichtung 30 verstopfen. Als Filtereinrichtung 32 ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein Metallgitter 34 vorgesehen.
  • In der Kühleinrichtung 30 ist eine Zuführeinrichtung 36 angeordnet, über die Gas 38 aus der Umgebung 22, beispielsweise Luft 39, zu dem strömenden Gemisch 20 zugeführt werden kann, bevor es aus der Kühleinrichtung 30 in die Umgebung 22 eintritt.
  • Die Kühleinrichtung 30 ist derart ausgebildet, dass sie in dem Bereich, in dem das strömende Gemisch 20 aus einem Innenraum 40 des Gehäuses 14 in die Kühleinrichtung 30 eintritt, eine Beschleunigungseinrichtung 42 aufweist, in der das strömende Gemisch 20 beschleunigt wird. In der Beschleunigungseinrichtung 42 verjüngen sich innere Wände 44 der Kühleinrichtung 30 in Strömungsrichtung gesehen, so dass die Beschleunigungseinrichtung 42 eine Verengung 46 bildet, in der das strömende Gemisch 20 durch die Beschleunigung eine hohe Geschwindigkeit aufweist.
  • An die Beschleunigungseinrichtung 42 schließt sich eine Einleiteinrichtung 48 an, über die das beschleunigte strömende Gemisch 20 in die Umgebung 22 eingeleitet wird.
  • Beschleunigungseinrichtung 42 und Einleiteinrichtung 48 sind in einem Kontaktbereich 50 miteinander verbunden. In der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung des Feststoffgasgenerators 10 wird die Einleiteinrichtung 48 dadurch gebildet, dass sich die inneren Wände 44 in Strömungsrichtung voneinander weg erweitern.
  • Die Zuführeinrichtung 36 führt das Gas 38 aus der Umgebung 22 in dem Kontaktbereich 50 zwischen Beschleunigungseinrichtung 42 und Einleiteinrichtung 48 in die Kühleinrichtung 30.
  • In Strömungsrichtung oberhalb der Zuführeinrichtung 36 ist eine Abdichteinrichtung 52 angeordnet, im vorliegenden Beispiel in Form einer wasserundurchlässigen Folie 54, die verhindert, dass Verunreinigungen aus der Umgebung 22 in den Innenraum 40 des Gehäuses 14 gelangen und so beispielsweise die Kühleinrichtung 30, insbesondere beispielsweise an der Verengung 46, verstopfen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform in Fig. 1 ist der Kontaktbereich 50 geradlinig ausgebildet, d.h. er verbindet die Beschleunigungseinrichtung 42 und die Einleiteeinrichtung 48 auf einer geraden Linie miteinander, so dass in dem Kontaktbereich 50 die maximale Geschwindigkeit des strömenden Gemischs 20 vorherrscht. Zu diesem geradlinigen Kontaktbereich 50 ist die Zuführeinrichtung 36 radial angeordnet, so dass das zugeführte Gas 38 aus der Umgebung 22 im Wesentlichen mit einer senkrechten Richtungskomponente auf das strömende Gemisch 20 auftrifft. Dadurch wird eine Vermischung von strömendem Gemisch 20 und Gas 38 aus der Umgebung 22 ermöglicht. Auch die Zuführeinrichtung 36 verjüngt sich in Strömungsrichtung des zugeführten Gases 38 und beschleunigt dieses Gas 38 so, dass das Erzeugen von Turbulenzen bei Auftreffen auf das beschleunigte strömende Gemisch 20 in der Kühleinrichtung 30 verstärkt wird.
  • Die Einleiteinrichtung 48 erweitert sich von dem Kontaktbereich 50 in Strömungsrichtung des nun abgekühlten strömenden Gemischs 20 und verteilt so das strömende Gemisch 20 mit unterschiedlichen Richtungskomponenten in die Umgebung 22.
  • Äußere Wände 56 der Kühleinrichtung 30 verjüngen sich ebenfalls in Strömungsrichtung des strömenden Gemisches 20.
  • Dadurch wird, wie in Fig. 2 durch die großen Pfeile dargestellt, Luft 39 der Umgebung 22 bevorzugt in Richtung auf den Bereich geleitet, in dem das strömende Gemisch 20 in die Umgebung 22 eintritt. Dadurch kommt es zur weiteren Vermischung des strömenden Gemischs 20 mit der kühleren Umgebungsluft 39 und das strömende Gemisch 20 wird weiter herabgekühlt.
  • Durch Zündung des Feststoffes 16 werden in dem Innenraum 40 des Gehäuses 14 Aerosole freigesetzt, die sich mit in dem Innenraum 40 befindendlichen Gas zu einem Gas-Aerosol-Gemisch 58 vermischen. Dieses Gas-Aerosol-Gemisch 58 wird, wie durch die kleinen Pfeile in Fig. 2 angedeutet, mit kühlendem Gas 38 aus der Umgebung 22 vermischt und tritt dann in die Umgebung 22 aus. Die Mischung aus beispielsweise Luft 39 mit dem Gas-Aerosol-Gemisch 58 wirkt als ein Löschmittel 60, das beispielsweise den in Fig. 2 dargestellten Brand 26 löschen kann. Somit ist durch die spezielle Ausbildung des Feststoffgasgenerators 10 eine Löschvorrichtung 22 ausgebildet, die durch ihr geringes Gewicht auch in der Luftfahrttechnik verwendet werden kann.
  • In dem oben beschriebenen Feststoffgasgenerator 10 wird ein mögliches alternatives Kühlprinzip für ein Gas bzw. ein Aerosol vorgeschlagen. Dadurch kann der Feststoffgasgenerator 10 auch in Flugzeugen angewendet werden und es können derzeit verwendete Feuerlöschsysteme in Frachträumen von Flugzeugen ersetzt werden.
  • Derzeitige Feststoffgasgeneratoren 10 sind im Prinzip für den Luftfahrtbau zu schwer. Der Grund dafür liegt bei der schweren Kühlung. Diese reduziert die Temperatur des erzeugten Gases oder der Aerosole, bevor sie den Feststoffgasgenerator 10 verlassen, was notwendig ist, um eine Gefährdung von Mensch und Maschine zu verhindern. Durch ein alternatives Kühlprinzip kann das Gewicht der Feststoffgasgeneratoren 10 stark reduziert werden.
  • Denn derzeitige Kühlsysteme von Feststoffgasgeneratoren 10 basieren auf der Aufnahme von Wärme in ein Speichermedium wie beispielsweise Metall oder Keramik. Die speicherbare Wärmemenge ist im Prinzip direkt proportional zu dem Gewicht des Speichermediums. Dies führt zu einem großen Gewicht der Feststoffgasgeneratoren 10, da häufig hohe Mengen an Wärme durch den Feststoffgasgenerator 10 erzeugt werden. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass eine speicherbasierte Kühlung zu einem Verlust an Löschmittel führen kann. Dies könnte den Wirkungsgrad des Feststoffgasgenerators 10 senken und damit gleichzeitig mit einer Erhöhung des Gewichts des Feststoffgasgeneratorsystems einhergehen.
  • Daher wird nun vorgeschlagen, durch eine Vermischung mit der Luft 39 der Umgebung 22 zu kühlen. Dazu ist vorgesehen, grobe Partikel herauszufiltern und das Löschmittel 60 zu beschleunigen, beispielsweise mit einer Lavaldüse. Dazu wird Luft 39 angesaugt und mit dem Löschmedium innerhalb dieser beispielhaften Lavaldüse vorgemischt. Es ist eine weitere Vermischung an dem Austritt aus der Lavaldüse möglich.
  • Im Vergleich zu den derzeit auf dem Markt befindlichen Systemen besteht der Vorteil des vorgeschlagenen Feststoffgasgenerators 10 in dem deutlich verringerten Gewicht. Dies wird erreicht, da bei dem luftgekühlten Prinzip kein Wärmespeicher im Feststoffgasgenerator 10 vorhanden sein muss, weil die Luft 39 die Wärme aufnimmt.
  • Es besteht ein weiterer Vorteil darin, dass deutlich weniger Aerosolpartikel durch den kurzen geraden Auslasskanal verloren gehen als bei derzeit existierenden Kühlsystemen. Da die Partikel hauptsächlich bei zentralem Auftreffen auf einen Brand 26 die Löschwirkung erzielen, führt der Verlust durch eine konventionelle Kühlung zu einer Reduktion des Wirkungsgrades.
  • Zusammengefasst ist der Feststoffgasgenerator 10 wesentlich leichter, effizienter und kleiner als bei derzeit existierenden Systemen.
  • Ein relativ neues Löschsystem stellen sogenannte Aerosol- oder Gasgeneratoren dar. Diese Löschung basiert auf verschiedenen Löscheffekten wie der Inhibition und der Inertisierung. In beiden Fällen wird das Löschmedium mittels der Entzündung eines Feststoffgemenges, des Treibsatzes, erzeugt. Mit diesem Vorgang geht die Entwicklung einer für Mensch und Maschine bedenklichen Temperatur einher. Derzeitige Systeme nutzen für die Kühlung bis zu unbedenklichen Temperaturen feste Speichermedien.
  • Durch das vorgeschlagene alternative Kühlprinzip wird das Gewicht der Generatoren im Vergleich zu den Feststoffgasgeneratoren 10 mit festen Speichermedien stark reduziert.
  • Alternativ zu einer Kühlung, die Wärme speichert, wird die Kühlung durch das Vermischen mit Luft 39 verwirklicht. Die Förderung durch beispielsweise eine Laval-Düse ist hierfür geeignet. Durch dieses alternative Kühlprinzip wird das Gewicht der Generatoren stark reduziert.
  • Der Gas erzeugende Feststoff 16 wird beispielsweise wie in Fig. 1 gezeigt in einem Zylinder auf einem Metallgitter 34 gelagert. Das Metallgitter 34 dient als Filter, um größere Partikel zurückzuhalten, dies verhindert ein Verstopfen der anschließend positionierten Laval-Düse. Sobald der Gas erzeugende Feststoff 16 durch beispielsweise einen elektrischen Zünder entflammt wird kommt es zu einer Verbrennung des Feststoffes 16. Das erzeugte Gas oder Aerosol fließt durch das Gitter in die Laval-Düse und wird dort beschleunigt. Nach der Bernoullischen Energiegleichung nimmt mit der Zunahme der Fließgeschwindigkeit der statische Druck ab. Durch die in Fig. 1 gezeigte geschickte Wahl der Düsengeometrie und der Zuluft-Kanäle wird Luft 39 bei der Förderung in die Düse angezogen, die sich mit dem erzeugten Gas oder Aerosol vermischt. Die Vermischung führt zu einer starken Abkühlung des erzeugten Löschmediums.
  • Auch ist eine wasserundurchlässige Schutzfolie vorgesehen, um zu verhindern, dass der Gas erzeugende Feststoff 16 mit Feuchtigkeit in Berührung kommt. Die Generatorhülle vefügt intern über eine Wärmedämmung.
  • Fig. 1 zeigt dabei den prinzipiellen Aufbau eines luftgekühlten Feststofftreibstoffgasgenerators.
  • Da das Luft-Löschmittelgemisch mit hoher Geschwindigkeit die Laval-Düse verlässt kommt es zu einer weiteren Vermischung mit Luft 39 nach dem Ausströmen. Das Strömungsverhalten des luftgekühlten Feststoffgasgenerators 10 ist in Fig. 2 zu sehen. Die Pfeile geben hierbei die Strömungsrichtung der Gase an. Der Aufsatz des Generators ist hierbei so strömungstechnisch optimiert, dass es zu einer schnellen weiteren Vermischung von Luft 39 und Löschmittel 60 kommt.
  • Der vorgestellte Ablauf führt zu einer starken Abkühlung des erzeugten Löschmediums auf Temperaturen, die keine Gefährdung darstellen. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass der Generator wesentlich leichter, effizienter und kleiner als bei derzeit existierenden Systemen ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Feststoffgasgenerator
    12
    Feststoffspeicher
    14
    Gehäuse
    16
    Feststoff
    18
    Zündeinrichtung
    20
    strömendes Gemisch
    22
    Umgebung
    24
    Löschmittel
    26
    Brand
    28
    Wärmeisolierung
    30
    Kühleinrichtung
    32
    Filtereinrichtung
    34
    Metallgitter
    36
    Zuführeinrichtung
    38
    Gas
    39
    Luft
    40
    Innenraum
    42
    Beschleunigungseinrichtung
    44
    innere Wand
    46
    Verengung
    48
    Einleiteinrichtung
    50
    Kontaktbereich
    52
    Abdichteinrichtung
    54
    Folie
    56
    äußere Wand
    58
    Gas-Aerosol-Gemisch
    60
    Löschmittel
    62
    Löschvorrichtung

Claims (15)

  1. Feststoffgasgenerator (10) zum Freisetzen eines strömenden Gemischs (20) aus einem von einer Umgebung (22) abgetrennten Feststoff (16) in die Umgebung (22), aufweisend eine Kühleinrichtung (30) zum Kühlen des strömenden Gemischs (20), wobei die Kühleinrichtung (30) wenigstens eine Zuführeinrichtung (36) zum Zuführen eines Gases (38) aus der Umgebung (22) zu dem strömenden Gemisch (20) zum Vermischen des strömenden Gemischs (20) vor Eintritt in die Umgebung (22) mit dem Gas (38) aus der Umgebung (22) aufweist.
  2. Feststoffgasgenerator (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (30) eine Beschleunigungseinrichtung (42) zum Beschleunigen des strömenden Gemischs (20), eine Einleiteinrichtung (48) zum Einleiten des strömenden Gemischs (20) in die Umgebung (22) und einen geradlinigen Kontaktbereich (50) von Beschleunigungseinrichtung (42) und Einleiteinrichtung (48) aufweist, wobei die Zuführeinrichtung (36) an dem Kontaktbereich (50) angeordnet ist.
  3. Feststoffgasgenerator (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (36) radial zu dem Kontaktbereich (50) angeordnet ist, wobei ein Querschnitt der Zuführeinrichtung (36) insbesondere sich von der Umgebung (22) zu dem Kontaktbereich (50) hin verjüngend ausgebildet ist.
  4. Feststoffgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungseinrichtung (42) einen Innenraum (40) des Feststoffgasgenerators (10) mit dem Kontaktbereich (50) verbindet, wobei ein Querschnitt der Beschleunigungseinrichtung (42) sich von dem Innenraum (40) zu dem Kontaktbereich (50) hin verjüngend ausgebildet ist und/oder dass die Einleiteinrichtung (48) den Kontaktbereich (50) mit der Umgebung (22) verbindet, wobei ein Querschnitt der Einleiteinrichtung (48) sich von dem Kontaktbereich (50) zu der Umgebung (22) erweiternd ausgebildet ist.
  5. Feststoffgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (30) eine Abdichteinrichtung (52) zum Abdichten des Innenraumes (40) gegen die Umgebung (22), insbesondere eine wasserundurchlässige Folie (54), aufweist.
  6. Feststoffgasgenerator (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (36) in Strömungsrichtung des strömenden Gemischs (20) nach der Abdichteinrichtung (52) an der Kühleinrichtung (30) angeordnet ist.
  7. Feststoffgasgenerator (10) nach einem einer Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Kühleinrichtung (30) sich in Strömungsrichtung des strömenden Gemischs (20) verjüngend ausgebildet ist.
  8. Feststoffgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Feststoffspeicher (12), insbesondere ein Gehäuse (14) mit einer Wärmeisolierung (28), zum Speichern des Feststoffes (16).
  9. Feststoffgasgenerator (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zündeinrichtung (18) zum Zünden des Feststoffes (16) zum Erzeugen des strömenden Gemischs (20).
  10. Feststoffgasgenerator (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Feststoff (16) zum Erzeugen eines Gases und/oder eines Aerosols und/oder eines Gas-Aerosol-Gemischs (58), insbesondere zum Erzeugen eines Löschmittels (60).
  11. Feststoffgasgenerator (10) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kühleinrichtung (30) und Feststoff (16) eine Filtereinrichtung (32), insbesondere ein Metallgitter (34), angeordnet ist.
  12. Löschvorrichtung (62) zum Löschen eines Brandes (26),
    aufweisend einen Feststoffgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verfahren zum Kühlen eines strömenden Gemischs (20) mit
    a) Beschleunigen des strömenden Gemischs (20);
    b) Zuführen eines kühlenden Gases (38) zu dem strömenden Gemisch (20);
    und
    c) Verteilen des gekühlten strömenden Gemischs (20) derart in eine Umgebung (22), dass weiteres kühlendes Gas (38) zugeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Gemisch (20) gefiltert wird.
  15. Verfahren zum Löschen eines Brandes (26) mit Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 14.
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