Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Feuerlöschtechnik, insbesondere Verfahren zum
Löschen von Bränden durch Gas-Aerosol-Gemische, die beim Verbrennen von pyrotechnischen
Zusammensetzungen entstehen.
[0002] 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
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] Die Anwendung dieses Verfahrens und der Vorrichtung hat einen entscheidenden Nachteil,
nämlich die hohe Toxizität der Verbrennungsprodukte der pyrotechnischen Zusammensetzung,
die aus 12% KClO
4, 60% KNO
3, 18% C
3H
5O und 10% Mg besteht. Bei einer thermischen Zersetzung einer solchen pyrotechnischen
Zusammensetzung entstehen unweigerlich die toxischen Gase Cl
2, NO, NO
2, NH
3, HCN, CO, CH
4.
[0006] 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 K
2C
2O
4 entstehen so CO
2, CO, H
2O, K
2CO
3, und bei der Zersetzung von Magnesium-Hydrokarbonat MgCO
3 • 5H
2O entstehen MgO, H
2O, CO
2. Die entstehenden Wasserdämpfe können mit Chlor, Stickstoffoxid, Kohlendioxidgas
reagieren, wodurch die Säuren HCl, HNO
3, H
2CO
3 entstehen, die wiederum schädlich auf lebende Organismen und anderen Gegenstände
in der Umgebung des Brandes wirken.
[0007] 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.
[0008] 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 cm
2/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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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. |
[0022] 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.
[0023] 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. |
[0024] 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.
[0025] Nach heutigen Erkenntnissen (V.S. Ili
kin, V.G. Vasil'ev, V.L. Smirnov. "Eksperimental'loe obosnovanie metoda opredelenija
toksi
nosti produktov gorenija
idkich i poro
koobraznych ve
estv."
Poarovzryvobezopasnost', 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, CO
2, HCN, NH
3 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).
[0026] 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: Na
2O•Al
2O
3•2SiO
2•4SH
2O. 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).
[0027] 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:
[0029] 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 (Al
2O
3) mit poröser Struktur zu verwenden. Dieses Granulat kann thermischen Pulsationen
der Struktur bis zu 1100°C widerstehen, ohne daß sie zerstört wird.
[0030] 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 Cu
2+-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.
[0031] Als katalytisch aktiver Stoff mit hochentwickelter Oberfläche (300 bis 345 m
2/g) kann auch hochporöses aktiviertes Aluminiumoxid verwendet werden.
[0032] 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.
[0033] 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" V
b=0,776 nm
3. In ihn passen bis zu 24 Wassermoleküle.
[0034] 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:
[0035] 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.
[0036] 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).
[0037] Das vorgeschlagene Verfahren zum Löschen von Bränden kann mit den bekannten Vorrichtungen
zum Löschen von Bränden nicht im vollen Umfang verwirklicht werden.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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, NH
3, HCN dient, sondern auch toxische Produkte. So wird bei der Zerlegung der Nitrate
NO, NO
2 ausgeschieden, und bei der Zerlegung der Perchlorate - HCl, NH
3, Cl
2. 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.
[0042] Die vorgeschlagene Vorrichtung beseitigt diese Nachteile.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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
[0048] 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
[0049] 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).
[0050] Innerhalb des Distanzringes 11a ist zwischen der pyrotechnischen Zusammensetzung
und dem Kühlblock 6 eine Brennkammer 3 gebildet.
[0051] Im Bereich der pyrotechnischen Zusammensetzung 4, der Brennkammer 3 und dem Block
7 ist die Gehäusewand mit einem Wärmeschutz 12 versehen.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] 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.
[0055] Die Vorrichtung von Fig. 3 funktioniert folgendermaßen:
[0056] 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
(K
2CO
3, KHCO
3, NH
4HCO
3, KNO
2, C u.a.) und einer Gasphase (CO, CO
2, NO, NO
2, HCN, NH
3, CH
4, H
2O). 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.
[0057] 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.
[0058] Gase, deren Moleküle die Größe von 0,4 nm nicht übersteigen (CO, CO
2, NH
3, NO, NO
2), 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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).
[0063] 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.
[0064] Die Fixierung des Kühlblocks 9 im Gehäuse 1 erfolgt über die Distanzringe 11a,b,c.
[0065] 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.
[0066] 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:
[0067] 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.
[0068] 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.
[0069] 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/cm
2 15 Minuten lang mit Luft beblasen.
[0070] 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.
[0071] 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.
[0072] Aus dem erhaltenen Granulat wird die Zusammensetzung durch Dichtpressen bei einem
spezifischen Druck von 1000 kp/cm
2 (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.
[0073] 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.
[0074] Die Vorrichtung wird weiter nach Figur 3 zusammengesetzt.
[0075] 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 m
3 groß pro 100 g der pyrotechnischen Zusammensetzung.
[0076] 30 Sekunden nach Betriebsbeginn der Vorrichtung konnte optisch die Löschung des Benzinbrandes
beobachtet werden, wobei das Benzin auf einem Blech von 1 m
2 Fläche ausgeschüttet wurde.
[0077] 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).
[0078] Die Gehaltsanalyse der toxischen Produkte im Gas-Aerosol-Gemisch erfolgte durch Entnahme
von Proben über Luftleitungen, die im mittleren Teil der Versuchskammer angeordnet
waren.
[0079] 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 cm
3/Min., Säulentemperatur - 32°C, Dosis - 1 cm
3. 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/m
3.
[0080] 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.
[0081] 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/m
3 entspricht.
[0082] 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/m
3 entspricht.
[0083] 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/m
3 entspricht.
[0084] 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
[0085] 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.
[0086] 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.
[0087] 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.