NO315497B1 - Installasjon for brannslukning - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en installasjon for brannslukning, omfattende en hydraulisk akkumulator (1') som omfatter i det minste én trykkbeholder (2') med et rom (5') for slukkevæske og et rom (17') for drivgass, et oppstående rør (7') som er anordnet i trykkbeholderen og forsynt med en sideåpning (13' - 15'), og ved det nedre parti av beholderen en mateåpning (16') for innmatning av slukkevæske i det oppstående rør og ytterligere til i det minste én dyse (10' - 12'). For å oppnå en meget liten dråpestørrelse av slukkevæsken i det siste trinn av tømningen av trykkbeholderen og for å kunne klare seg med en meget liten mengde slukkevæske, er det oppstående rør (7') forsynt med en struper (18') i et område nedenfor den øverste sideåpning (13').

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brannslukningsinstallasjon omfattende en hydraulisk akkumulator som omfatter i det minste én trykkbeholder med et rom for slukkevæske og et rom for drivgass, et stigerør i trykkbeholderen, hvilket er forsynt med en sideåpning og med en mateåpning ved det nedre parti av trykkbeholderen, for å mate slukkevæske inn i stigerøret, og dessuten i det minste én dyse.

Slike installasjoner er kjent fra f.eks. WO 94/08659. Drivprinsippet består i at bare væske i en tåkelignende, gjennomtrengende form innledningsvis sprøytes ut fra dysen, hvoretter gass blandes inn i væsken via de nevnte åpninger. En reduksjon av trykket i trykkbeholderen tilveiebringer hovedsakelig en dusj med stor dråpestørrelse ut av dysen. På grunn av innmatningen av gass, vil drå-pestørrelsen av slukkemediet som drives ut fra dysen kunne reduseres. Disse kjente installasjoner fungerer stort sett meget godt, men ved visse anvendelser ville det imidlertid være ønskelig å være i stand til å redusere størrelsen av dråpene som drives ut fra dysen enda mer enn hva som har vært mulig ved de kjente hydrauliske akkumula-torer og dyser, etter den innledende sprøytning med stor gjennomtrengning. Innblandingen av en stor mengde gass i en liten mengde væske har vært forholdsvis vanskelig å oppnå i praksis. En økning av størrelsen av sideåpningene i stigerøret har ikke tilveiebragt det ønskede resultat, men ved å redusere diameteren av stigerøret har det vært mulig å forbedre innblandingen av gass noe. Imidlertid øker en reduksjon av stigerørets diameter trykktapene etterhvert som strømningsmotstanden av væsken i stigerøret øker, og tilstrekkelig væske vil ikke kunne oppnås fra trykkbeholderen under tømning av beholderen. Ved å være i stand til å tilveiebringe meget små dråper, ville mengden av slukkevæske som anvendes kunne minimaliseres og samtidig, hvis det anvendes vann som slukkevæske, ville vann-skadene bli minimale. Dette har ikke alltid vært mulig i en slik grad som man kunne ønske.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny installasjon for brannslukning ved hvis hjelp det, når det anvendes en trykkakkumulator, lett vil kunne fremstilles en meget findelt tåke i det siste slukketrinn, etter at slukning med en tåkelignende væskedusj med stor gjennornstrengnings-evne og forholdsvis stor dråpestørrelse har vært startet innledningsvis. Om ønskelig vil installasjonen lett kunne realiseres ved å blande gass inn i slukkevæsken allerede når tømningen av trykkbeholderen begynner.

For å fremstille et slukkemiddel med en meget findelt tåke av ekstremt små dråper, er oppfinnelsen karakterisert ved at trykkbeholderens stigerør er forsynt med en struper i området nedenfor sideåpningen. De foretrukne utførelser av oppfinnelsen er angitt i de vedføyede krav 2 - 13.

Ved å anordne struperen nedenfor den nederste sideåpning, vil gass kunne strømme effektivt inn gjennom alle sideåpninger når væskenivået har sunket under den nederste sideåpning. Hvis struperen hadde vært anbragt ovenfor den nederste sideåpning, ville det bare kunne strømme væske inn gjennom den nederste sideåpning ved slutten av tøm-ningen av trykkbeholderen.

Ved å anordne sideåpninger på i det minste tre forskjellige høydenivåer i stigerøret, er det oppnådd gode resulta-ter for mange anvendelser. I noen tilfeller vil det være mulig å anordne sideåpninger bare på to forskjellige høydenivåer, eller bare én sideåpning.

Fortrinnsvis er trykkbeholderen fylt med vann eller en

vannbasert væske, mens en gasskilde som er fylt med nitrogen og som har et trykk i området fra ca. 60 - 200 bar, er koblet til trykkbeholderen. Ved å anvende nitrogen oppnås en slukkevæske med meget små dråper når nitrogen og vann

blandes sammen. Slukkemiddelet veier litt mer enn luft, hvorfor det vil synke til den nedre del av et rom det

sprøytes inn i. Etter en tid frigjøres nitrogenet fra vanntåken og stiger i rommet. Når nitrogenet stiger, vil oksygeninnholdet i rommet synke og det oppnås således en slukkevirkning.

Oppfinnelsens hovedidé er at det oppnås en forholdsvis stor differanse mellom trykket utvendig og innvendig i stigerøret ved hjelp av struperen. Som et resultat av trykkdifferansen bringes gass til å strømme effektivt gjennom sideåpningen/sideåpningene fra utsiden av stigerø-ret inn i dette når væskenivået har passert nivået for sideåpningen/sideåpningene, hvorved det finner sted en effektiv innblanding av gass i væsken som forlater stigerøret. En slik effektiv gasstrømning oppnås ikke ved kjente konstruksjoner, da differansen mellom trykket utvendig og innvendig i stigerøret - i motsetning til hva som har vært antatt - er meget liten. Ved de kjente konstruksjoner strømmer gassen inn gjennom sideåpningene - i motsetning til hva som har vært antatt - ved ejektorvirkning, da slukkevæsken som strømmer med høy hastighet i stigerøret tilveiebringer et undertrykk ved sideåpningene, hvilket trekker gass til seg.

Den største fordel ved oppfinnelsen er at det er oppnådd en meget effektiv innblanding av ikke-brennbar gass i en liten mengde slukkevæske, hvorved det ved utsprøytning gjennom egnede dyser oppnås en slukkemiddeltåke hvis dråpestørrelse ligger mellom 10 ptm og 50 ptm, som meget effektivt slukker en brann når denne først - som normalt er tilfelle - er tvunget ned ved hjelp av en væsketåke med stor dråpestørrelse på fra 50 - 250 fim. Det er også tenkelig at det vil kunne opprettholdes en konstant liten dråpestørrelse på f.eks. 10 - 50 ^m under hele slukkingen. Et slikt slukkemiddel vil kunne sprøytes slik at det først fyller hele rommet, hvoretter det - avhengig av sammenset-ningen av den ikke-brennbare gass - kan synke mot gulvet

hvis gasskomponenten av blandingen av gass og væske er

tyngre enn luft, hvoretter gasskomponenten av blandingen av væske og gass, hvis den er letter enn luft, etter en tid kan frigjøres fra væsken og stige, mens væsketåken synker ned.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i det følgende ved hjelp av én utførelse under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor

fig. 1 viser tidligere kjent teknikk,

fig. 2 viser en detalj på fig. l,

fig. 3 viser foreliggende oppfinnelse, og

fig. 4 viser en detalj på fig. 3.

På fig. 1, som viser tidligere kjent teknikk, betegner henvisningstallet 1 en hydraulisk akkumulator som består av en trykkbeholder 2 for væske. En gassflaske 4 er koblet til trykkbeholderen 2 via en ledning 3a med en ventil 3b. Rommet 5 av trykkbeholderen 2 inneholder vann, hvor volumet av rommet typisk er ca. 50 1. Gassflasken 4, som har et volum på ca. 50 1, inneholder nitrogen eller en annen ikke-brennbar gass. Trykket i gassflasken er typisk fra 100 - 300 bar før en slukkeprosess innledes. Fordelen ved å anvende nitrogen er at det oppnås en egnet vekt av slukkemiddelet, slik at slukkemiddelet først kan synke mot gulvet og gasskomponenten av slukkemiddelet deretter kan stige, slik det fremgår ovenfor.

Trykkbeholderen 2 omfatter et gassmaterør 6 som er forbundet med ledningen 3a og et stigerør 7 som strekker seg ned fra trykkbeholderen og opp til et utmatningsrør 8, som via en ventil 9 fører til et antall dyser 10 - 12. Antallet

av dyser kan selvsagt variere. Stigerøret 7 omfatter et antall sideåpninger 13 - 15 på avstand fra hverandre og en

mateåpning 16 ved den nedre ende.

Når en installasjon ifølge fig. 1 settes i drift åpner ventilen 9 seg og ventilen 3b holdes åpen. Nitrogengass mates så inn i den øvre del av trykkbeholderen, dvs. rommet 17, hvor det dannes et begynnelsestrykk på f.eks. 180 bar. Nitrogenet virker som drivgass for å drive ut vann fra trykkbeholderen 2. Som et resultat av gasstrykket strømmer vannet inn gjennom stigerørets 7 mateåpning 16 og noe gjennom sideåpningene 13 - 15. Ved tømning av trykkrommet synker vannivået 19, hvorved volumet av rommet 17 for gass øker. Innledningsvis strømmer det bare vann gjennom stigerøret 7, inntil vannivået 19 har sunket til nivået hvor sideåpningen 13 befinner seg. Nitrogengass begynner da å blandes inn i vannet når nitrogengass strøm-mer gjennom sideåpningen 13. Gasstrykket har falt til en verdi under 180 bar når vannivået har sunket til nivået for sideåpningen 13. Når tømningen av trykkbeholderen 2 fortsetter, samtidig som trykket i trykkbeholderen faller, når vannivået gradvis det nivå hvor sideåpningen 14 befinner seg. Nitrogengass mates da også inn gjennom sideåpningen 14. Tømningen av trykkbeholderen 2 fortsetter inntil sideåpningen 15 er passert og trykkrommet er tømt for vann.

Når trykkrommet 2 ifølge fig. 1 tømmes på den ovenfor beskrevne måte, er det ikke mulig å oppnå ekstremt små dråper, f .eks. fra 10 - 20 fim ved slutten av tømmeproses-sen. Dette skyldes det faktum at hoveddrivkraften som bevirker at gass strømmer inn gjennom sideåpningene 13 - 15 er basert på ejektorvirkningen av vannstrålen som strømmer i stigerøret 7. Denne ejektorvirkning kan økes når diameteren dl (jfr. fig. 2 som viser et parti av stigerøret 7) reduseres; en redusert diameter dl resulte-rer i hurtigere strømning av vannet, som i sin tur tilveiebringer en sterkere suge- og ejektorvirkning. Det har imidlertid ikke vært mulig å anvende meget små diametre dl, idet det da ikke ville være mulig å oppnå en tilstrekkelig høy vannstrømning pr. tidsenhet. Da trykket pl - på fig. 2 - utenfor stigerøret 7 ligger meget nær trykket p2 innvendig i stigerøret, har det heller ikke vært mulig ved hjelp av trykkdifferansen pl - p2 å tilveiebringe strøm-ning av nitrogengass gjennom sideåpningen 15. Dette har spesielt vært tilfelle når bare et lite antall dyser som er satt i drift, f.eks. bare dysen 11, er utløst. Hvis en lang rekke dyser 10 - 12 er blitt utløst, har det vært mulig å oppnå en liten trykkdifferanse pl - p2, men ikke en trykkdifferanse som er tilstrekkelig stor til å gjøre innblandingen av gass meget effektiv, noe som vil være nødvendig for å holde slukkemiddelets dråpestørrelse meget liten.

Fig. 3 viser en enkel utførelse av en installasjon ifølge oppfinnelsen. Henvisningstall tilsvarende dem for tilsvarende deler på fig. 1 er anvendt.

Oppfinnelsen på fig. 3 adskiller seg fra den kjente kon-struksjon på fig. 1 ved at stigerøret 7' er strupt ved sitt nedre parti av en struper 18•. Struperen 18' er utformet som en innsnevring ved den nedre ende av stigerø-ret 7', nedenfor den nederste sideåpning 15'. Struperen 18' danner en åpning 18' med diameter d2 = 0,5 mm, mens den nominelle diameter dl av stigerøret 7' typisk ligger i området fra 8 - 15 mm. Åpningen 18' har fortrinnsvis en diameter d2 = 0,2 - 4 mm, og mest fordelaktig fra 0,3 - 2 mm. Valget av diameteren d2 for åpningen 18' avhenger av mange faktorer, så som typen av dysene 10', 11', 12', antallet av dyser, drivtrykket i gassflasken 4', gassty-pen, diameteren dl av stigerøret 7', størrelsen og antallet av sideåpningene 13<1> - 15<1> og den beregnede bruk av installasjonen, dvs. den type brann som skal slukkes.

Som et resultat av struperen 18' dannes det ved sideåpningene 13<1>, 14<1> og 15' en større trykkdifferanse pl - p2 mellom utsiden og innsiden av stigerøret 7'. Denne trykkdifferanse, som f.eks. kan være i størrelsesordenen 50 bar, bringer nitrogengass til å strømme effektivt inn gjennom sideåpningene 13' - 15' når vannivået i trykkbeholderen 2' har sunket til et nivå under sideåpningen 13'. På grunn av at gass kan strømme effektivt inn i sideåpningene etter-hvert som trykkbeholderen 2' tømmes, er det som et resultat mulig å oppnå en dråpestørrelse i dusjene som drives ut fra dysene 10' - 12' som er meget liten ved slutten av slukkingen. Systemet fungerer suksessivt slik at forholdet gass/vann bestemmes ved lokaliseringen av vannivået 19' i trykkbeholderen 2'. Først leverer sideåpningene 13' - 15' og mateåpningen 16' bare vann gjennom struperen 18' til stigerøret 7<1>. Når vannivået 19' har nådd sideåpningen 13', begynner sideåpningen 13' å mate gass inn i stigerøret 7', mens resten av sideåpningene 14', 15' og mateåpningen 16' leverer vann gjennom struperen 18'. Ved dette vannivå er trykket ennå forholdsvis høyt, hvorved den gassmengde som kreves for å oppnå små dråper er forholdsvis liten. Dråpestørrelsen øker med det synkende trykk hvis resten av parametrene forblir uendret.

Følgelig vil det suksessivt kreves mer gass for å oppnå små dråper når trykket synker. Når vannivået har sunket til sideåpningen 14<1>, øker mengden av gass og mengden av vann reduseres. Dette skyldes at begge sideåpninger 13' og 14' leverer gass, mens bare sideåpningen 15' og mateåpningen 16' leverer vann gjennom struperen 18'. Når vannet har nådd et nivå under sideåpningen 15', er gassmengden som er blandet inn meget stor i forhold til vannmengden, som bare strømmer fra mateåpningen 16' gjennom struperen 18' .

Sprederhodene og/eller sprinklerne som dysene er montert i er fortrinnsvis av den type som er beskrevet i publikasjo-nene WO 92/20453, WO 92/22353 og WO 94/16771.

Dersom struperen 18' er dannet ved hjelp av en åpning med en diameter d2 som er liten i forhold til diametrene av side-åpningene 13' - 15', blir trykkdifferansen meget stor, og væske kan strømme inn gjennom sideåpningene. Diameteren av sideåpningene ligger fortrinnsvis mellom 0,5 og 5 mm, og mest hensiktsmessig mellom 1 og 3 mm. Ved utførelsen på fig. 3 har stigerøret 7' en sideåpning 13' med en diameter på 2 mm i det øvre parti, to sideåpninger 15' med en diameter på 2 mm i det nedre parti, og omtrent halvveis mellom sideåpningene 13<1> og 15' en sideåpning 14<1 >med en diameter på 2 mm, slik at trykkbeholderen 2' er delt i fire seksjoner I - IV med omtrent samme størrelse. Da det er tre sideåpninger 13<1> - 15• som er anordnet på avstand fra hverandre, hvor den nederste sideåpning 15' er lokalisert i det nedre parti av stigerøret 7', og den øverste og den øverste sideåpning 13<1> er lokalisert i det øvre parti av stigerøret, oppnås en effektiv innblanding av gass i vannet i lang tid under tømningen av trykkbeholderen 2<1.> Ved å utføre den nederste åpning 15' større enn resten av sideåpningene, oppnås en ytterst effektiv innblanding av gass mot slutten av tømningen av trykkbeholderen 2•. Da innblandingen av gass er effektiv, vil en liten mengde vann være tilstrekkelig. På fig. 3 er volumet av trykkbeholderen 2' bare 5 1, sammenlignet med 50 1 på fig. 1.

På fig. 3 er struperen 18' anordnet nedenfor den nederste sideåpning 15<1>, hvorved det oppnås en stor trykkdifferanse ved alle sideåpningene 13' - 15', hvilket er fordelaktig i forsøket på blande inn en så stor mengde gass som mulig i vannet. Det er imidlertid tenkelig at struperen 18' vil kunne anordnes på et annet sted, f.eks. mellom sideåpningene 13' og 14', hvorved det bare oppnås en større trykkdifferanse ved sideåpningen 13'. Det er viktig for oppfinnelsen at struperen 18' er anordnet nedenfor den øverste sideåpning 13', hvorved det oppnås en større trykkdifferanse i det minste ved denne sideåpning, hvilket bevirker at gass strømmer inn gjennom sideåpningen når vannivået har sunket til høydenivået for denne sideåpning.

Vannet i trykkbeholderen 2 vil enten kunne inneholde tilsetninger eller ikke.

Istedenfor nitrogen vil gassflasken 4<1> kunne inneholde en annen ikke-brennbar gass, så som argon eller karbondiok-syd. Ikke-brennbar gass som veier mindre enn luft er å foretrekke hvis det er ønskelig at gassen siden skal kunne stige slik at det oppnås slukkevirkning høyere oppe i rommet. Følgelig vil det godt kunne anvendes nitrogen.

I det foregående er oppfinnelsen beskrevet under henvisning til bare én utførelse, og det skal derfor påpekes at oppfinnelsen vil kunne variere på mange måter når det gjelder detaljene innenfor rammen av de vedføyede krav. Således vil struperen f.eks. kunne konstrueres som en åpning som er utformet i rørveggen ved den nedre ende av stigerøret, idet nevnte åpning i seg selv utgjør stigerø-rets mateåpning. Antallet av sideåpninger i stigerøret kan være meget større enn hva som er vist på figurene. Det er også tenkelig at det vil kunne være bare én sideåpning, skjønt i det minste to sideåpninger anbragt på avstand fra hverandre i lengderetningen av stigerøret er å foretrekke. Den eneste funksjonen av ventilen 9<1> er å stanse væskematningen til dysene, og ventilen er således ikke nødvendig for oppfinnelsen.

Claims (13)

1. Brannslukningsinstallasjon, omfattende en dyse (10'-12') for å avgi slukkevæske, og en hydraulisk akkumulator (l<1>) som omfatter i det minste én trykkbeholder {2') med et væskevolum (5<1>) for slukkevæske og et væskevolum (17') for drivgass, et stigerør (7<1>) i trykkbeholderen, som er forsynt med en sideåpning (13' - 15') og ved det nedre parti av trykkbeholderen med en mateåpning (16') for innmatning av slukkevæske i stigerøret og videre fremfø-ring av væsken til nevnte dyse (10' - 12') av brannsluk-ningsinstallasj onen, karakterisert ved at stigerøret (7') er forsynt med en struper (18') i området nedenfor sideåpningen (13 ') .

2. Installasjon ifølge krav 1, karakterisert ved at stigerøret (7') er forsynt med i det minste to sideåpninger (13' - 15') som er plassert ovenfor struperen (18<*>) og på avstand fra hverandre i stigerørets lengderetning.;

3. Installasjon ifølge krav 2, karakterisert ved at struperen (18') er anordnet ved det nedre parti av stigerøret (7'), nedenfor sideåpningen (15').;

4. Installasjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at struperen er dannet ved hjelp av en innsnevring i stigerøret (7'), hvorved innsnevringen danner en åpning (18<*>) med en diameter på fra 0,2 - 2 mm i stigerøret.

5. Installasjon ifølge krav 4, karakterisert ved at åpningen (18') har en diameter på fra 0,3 - 2 mm.

6. Installasjon ifølge krav 2, karakterisert ved at stigerøret (71) er forsynt med i det minste tre sideåpninger (13' - 15') som er plassert på innbyrdes avstand i stigerørets lengderetning, slik at rommet (5') for slukkevæske i trykkbeholderen (2<1>) er delt i seksjoner (II, III) som mangler sideåpninger i området for disse åpninger.

7. Installasjon ifølge krav 6, karakterisert ved at avstanden mellom sideåpningene (13' - 15') er hovedsakelig like stor.

8. Installasjon ifølge krav 6, karakterisert ved at diameteren av sideåpningene (13' - 15') er fra 0,5 - 5 mm.

9. Installasjon ifølge krav 8, karakterisert ved at diameteren av sideåpningene (13' - 15') er fra

1-3 mm.

10. Installasjon ifølge krav 9, karakterisert ved at stigerøret (7') ved sitt nedre parti, på avstand fra stigerørets (7<l>) mateåpning (16'), er forsynt med i det minste én sideåpning (15') hvis diameter er større enn diameteren av sideåpningene (13', 14') som er anbragt høyere oppe i stigerøret.

11. Installasjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gasskilden (4') er forbundet med trykkbeholderen (2') for å forsyne beholderen (2') med drivgass.

12. Installasjon ifølge krav 11, karakterisert ved at gasskilden dannes av en trykkflaske (4') med ikke-brennbar gass.

13. Installasjon ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkflasken er en nitrogenflaske (4') som er matet til et trykk på fra 30 - 3 00 bar.