Die vorliegende Erfindung betrifft ein Inertisierungsverfahren zur Vermeidung eines Brandes oder einer Explosion in einem umschlossenen Schutzbereich, bei dem der Sauerstoffgehalt im Schutzbereich gegenüber der Umgebungsluft im Schutzbereich abgesenkt wird.

Inertisierungsverfahren zur Brandverhütung und- Löschung in geschlossenen Räumen sind aus der Feuerlöschtechnik bekannt (siehe z.B. EP 1 312 392). Die bei diesen Verfahren resultierende Löschwirkung beruht auf dem Prinzip der Sauerstoffverdrängung. Die normale Umgebungsluft besteht bekanntlich zu 21 Vol.-% aus Sauerstoff, zu 78 Vol.-% aus Stickstoff und zu 1 Vol.-% aus sonstigen Gasen. Zum Löschen bzw. zur Brandvermeidung wird durch Einleiten von z.B. reinem oder 90% Stickstoff als Inertgas die Stickstoffkonzentration in dem betreffenden Schutzbereich weiter erhöht und damit der Sauerstoffanteil verringert. Es ist bekannt, das eine Löschwirkung einsetzt, wenn der Sauerstoffanteil unter etwa 15 Vol.-% absinkt. Abhängig von den in dem betreffenden Schutzbereich vorhandenen brennbaren Materialien kann ferner ein weiteres Absinken des Sauerstoffanteils auf beispielsweise 12 Vol.-% erforderlich sei. Bei dieser Sauerstoffkonzentration können die meisten brennbaren Materialien nicht mehr brennen.

Die bei dieser "Inertgaslöschtechnik" verwendeten, sauerstoffverdrängenden Gase werden in der Regel in speziellen Nebenräumen in Stahlflaschen komprimiert gelagert, oder es wird ein Gerät zur Erzeugung eines sauerstoffverdrängenden Gases eingesetzt. Dabei können auch Inertgas-Luftgemische mit einem Anteil von beispielsweise 90%, 95% oder 99% Stickstoff (oder eines anderen Inertgases) zur Anwendung kommen. Die Stahlflaschen bzw. dieses Gerät zur Erzeugung des sauerstoffverdrängenden Gases begründen die sogenannte Primärquelle der Inertgasfeuerlöschanlage. Im Bedarfsfall wird dann das Gas von dieser Quelle über Rohrleitungssysteme und entsprechende Austrittsdüsen in den betreffenden Schutzbereich geleitet. Um das Brandrisiko auch bei Ausfall der Quelle so niedrig wie möglich zu halten, wird gelegentlich auch auf sekundäre Inertgasquellen zurückgegriffen.

Alle bisher bekannten Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit solcher Brandverhinderungssysteme, die auf dem Prinzip der Inertisierung eines Schutzbereiches mittels eines Inertgases beruhen, konzentrieren sich darauf zu verhindern, dass der notwendige Gasstrom zur Aufrechterhaltung einer Inertisierungskonzentration erhalten bleibt. In diesem Zusammenhang sind eine Reihe von Apparaturen beschrieben, die unterschiedliche Inertgasquellen sowohl für die Primär als auch für eine potentiell vorhandene und sicherheitserhöhende sekundäre Inertgasquelle beschreiben. Die Sekundärquelle für das Inertgas springt immer dann ein, wenn die Primärquelle für das Inertgas ausgefallen ist. All diesen Apparaturen und Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass kein Sicherheitsmechanismus vorgesehen ist für den Fall, dass der Zustrom von Inertgas unkontrolliert fortgesetzt wird, auch wenn das Inertisierungsniveau inzwischen einen Wert erreicht hat, bei dem Brände zuverlässig verhindert werden. Der Zustand einer zu hohen Inertgaskonzentration kann allerdings eintreten, wenn bedingt durch Undichtigkeiten zwischen benachbarten Räumen mit unterschiedlichen Inertisierungsniveaus ein ungewollter Inertisierungsgaskonzentrationsniveauausgleich stattfindet. Als weiterer Fehler ist denkbar, dass der Regelmechanismus für die Zuführung von Inertgas ausfällt oder der zur Inertgasproduktion eingesetzte Generator nicht abschaltet bzw. das Zuführventil nicht mehr zuverlässig schließt und kontinuierlich weiteres Inertgas in den Schutzbereich eingelassen wird.

Der Grund für ein hohes Inertisierungsniveaus und damit gleichbedeutend immer noch relativ hohen Sauerstoffgehalt kann darin begründet sein, dass sich entweder Menschen in dem Schutzbereich aufhalten, oder der Zutritt von Menschen in den Schutzbereich ermöglicht werden muss, auch wenn durch eine erhöhte Konzentration von Inertisierungsgas Brände verhindert werden sollen. Durch den kontinuierlichen Zustrom von Inertisierungsgas in den Schutzbereich entstehen also nicht nur höhere Kosten durch die permanente Produktion von Inertgas oder das Auslassen von Inertgas aus Primär- und/oder Sekundärquellen, sondern es werden auch für Menschen sicherheitsrelevante und insbesondere überlebenswichtige Fragen innerhalb des Schutzbereiches berührt. Ausgehend von den zuvor geschilderten Problemen hinsichtlich der sicherheitstechnischen Anforderungen einer Inertgasfeuerlöschanlage in Bezug auf eine zu hohe Inertgaskonzentration liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte Inertisierungsverfahren derart weiter zu entwickeln, dass eine zu hohe oder für bestimmte Anforderungen wie zum Beispiel Begehung des Schutzbereiches durch Personal zu hohe Inertgaskonzentration zuverlässig abgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Inertisierungsverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sauerstoffgehalt im Schutzbereich kontinuierlich gemessen, mit einem Schwellwert (maximalen Inertisierungsniveau) verglichen und bei einem ― unbeabsichtigten ― Unterschreiten des Schwellwerts (maximalen Inertisierungsniveaus) Frischluft in den Schutzbereich eingeleitet wird.

Vorliegend ist unter dem Begriff "Frischluft" auch sauerstoffreduzierte Luft mit einem höheren Sauerstoffgehalt als im Schutzbereich zu verstehen.

Die Vorteile dieser Erfindung liegen insbesondere darin, dass ein einfach zu realisierendes und dabei sehr effektives Inertisierungsverfahren zur Vermeidung eines Brandes in einem umschlossenen Schutzbereich erzielbar ist auch wenn der Zustrom von Inertgas unkontrolliert durch einen Fehler in der Inertgasproduktions bzw. Inertgaszuführungsanlage aufgetreten ist. Frischluft ist in jedem Fall um den Schutzbereich herum in ausreichendem Maße zur Verfügung. Die Nachteile der bisher bekannten Apparaturen und Verfahren, die eine Gefährdung des Menschen im Schutzbereich nach sich ziehen können, werden eindeutig vermieden.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhafterweise ist der Schwellwert für den Sauerstoffgehalt, bei dem Frischluft in den Schutzbereich eingeleitet wird, kleiner als der Wert des Sauerstoffgehaltes des Grundinertisierungsniveaus. Diese Art der Trennung der Sauerstoffgehalte ist sinnvoll, da der Sauerstoffgehalt des Grundinertisierungsniveaus so gewählt ist, dass Brände vermieden werden, aber Personen trotzdem den Schutzbereich weiterhin betreten können. Sinkt durch die fehlerhafte übermäßige Zufuhr von Inertgas der Sauerstoffgehalt weiter, werden zwar weiterhin Brände verhindert, aber der Aufenthalt für Personen wird zunehmend gefährlicher. Der Schwellwert für den Sauerstoffgehalt im Schutzbereich wird daher so gewählt, dass er unterhalb des Sauerstoffgehaltes des Grundinertisierungsniveaus liegt, andererseits aber nicht unter einen für Menschen gefährlichen Wert absinkt. Alternativ zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Schutzbereich kann auch der Inertgasgehalt im Schutzbereich gemessen werden. In diesem Fall wird dann der Inertgasgehalt mit einem Schwellwert verglichen und beim Überschreiten Frischluft in den Schutzbereich eingeleitet. Dieses Verfahren setzt voraus, dass sich in natürlicher Atmosphäre ein direktes Abhängigkeitsverhältnis zwischen Sauerstoffgehalt und Inertgasgehalt einstellt. Dieses Abhängigkeitsverhältnis ist für typische Brandvermeidungssituationen bekannt.

In vorteilhafter Weise wird der Sauerstoffgehalt im Schutzbereich an mehreren Stellen mit jeweils einem oder mehreren Sensoren gemessen. Der Vorteil des Messens des Sauerstoffgehaltes an mehreren Stellen ist, dass auch bei einer ungleichmäßigen Konzentration des Sauerstoffes ein Unterschreiten an einer Stelle bereits detektiert wird. Ein weiterer Vorteil bei der Benutzung mehrerer Sensoren ist die Redundanz. Falls ein Sensor defekt ist oder die Leitung zu einem Sensor unterbrochen ist, kann ein anderer Sensor die Messaufgabe übernehmen.
Für den Fall, dass das Verlegen von Kabeln zu den unterschiedlichen Sensoren Probleme aufwirft, können die Signale von den Sensoren auch drahtlos an die Steuereinheit übertragen werden.

Alternativ zur Messung des Sauerstoffgehaltes an einer oder mehreren Stellen kann auch der Inertgasgehalt im Schutzbereich an einer oder mehreren Stellen mit jeweils einen oder mehreren Inertgassensoren gemessen werden. Die Vorteile der Messung an mehreren Stellen entspricht den Vorteilen der Messung der Sauerstoffkonzentration an mehreren Stellen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine gleichzeitige Messung sowohl des Sauerstoffgehaltes als auch des Inertgasgehaltes die Sicherheit für Personen, die sich im Schutzbereich aufhalten, deutlich erhöht.

In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Signale der Sauerstoffsensoren bzw. der Inertgassensoren einer Steuereinheit zugeführt. Vorteilhafterweise sind in dieser Steuereinheit alle elektronischen Komponenten zur Auswertung der Signale der Sensoren zusammengefasst. Auch lassen sich in der Steuereinheit unterschiedlichen Algorithmen zur Reaktion auf unterschiedliche Gasgemischkonzentration hinterlegen.

Weiterhin kann die Steuereinheit in einer vorteilhaften Weiterbildung ein Frischluftzufuhrsystem ein- und ausschalten. Das Einbeziehen der Steuerlogik für das Frischluftzufuhrsystem in die Steuereinheit fällt auch unter den Gesichtspunkt einer kompakten Bauweise einer zentralen Zusammenführung aller Mess- und Steuersignale in eine elektronische Baueinheit.

Vorteilhafterweise wird die Frischluftzufuhr so geregelt, dass ein maximales Inertisierungsniveau nicht überschritten wird. Außerdem wird das Grundinertisierungsniveau nicht unterschritten. Das heißt, dass die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Schutzbereiches auch bei Frischluftzufuhr so geregelt wird, dass bei einem Grundinertisierungsniveau Brände zuverlässig verhindert werden. Wichtig dabei ist, dass die Frischluftzufuhr spätestens dann eingeschaltet wird, wenn ein maximales Inertisierungsniveau erreicht ist, ab dem Menschen, die sich im Schutzbereich befinden, gefährdet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überwacht die Steuereinheit einen zweiten Schutzbereich. Auch für diesen zweiten Schutzbereich steht ein Frischluftzufuhrsystem, mindestens ein Sauerstoffsensor und/oder mindestens ein Inertgassensor und ein Bereichsventil zur Kontrolle der Zufuhr des Inertgases zur Verfügung. Auch in diesem zweiten Schutzbereich wird sichergestellt, dass ein maximales Inertisierungsniveau nicht überschritten wird. Auf der anderen Seite wird ein Grundinertisierungsniveau nicht unterschritten. Der Vorteil der Trennung von verschiedenen Schutzbereichen mit verschiedenen Inertisierungsniveaus liegt in der unterschiedlichen Möglichkeit des Betretens durch Personen. Obwohl es sich um unterschiedliche Schutzbereiche handelt, werden alle Mess- und Steuerleitungen in einer Steuereinheit zusammengefasst. Der Vorteil liegt in einer einfacheren Wartung und in einer kompakten Bauweise der gesamten Melde- und Auswerteelektronik für unterschiedliche Schutzbereiche.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Steuereinheit die Grund- und Maximalinertisierungsniveaus in den unterschiedlichen Schutzbereichen unterschiedlich hoch einstellt. Beispielsweise kann der Sauerstoffgehalt des Grundinertisierungsniveaus in Schutzbereich 1a niedriger sein als der entsprechende Wert im Schutzbereich 1b. Der Vorteil einer solchen Aufspaltung wäre, dass sich in einem Schutzbereich Personen aufhalten können, während im anderen Bereich der Sauerstoffgehalt so niedrig gewählt ist, dass ein Aufenthalt von Personen in diesem Bereich nicht möglich ist. Denkbar ist der Einsatz einer solchen Aufteilung bei der Verwahrung von leicht entzündlichen Materialien in einem Schutzbereich und von normal entflammbaren Materialien in einem anderen Schutzbereich, der regelmäßig von Personen betreten wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1:

eine schematische Darstellung des Schutzbereiches mit den dazugehörigen Inertgasquellen sowie den Ventil-, Mess- und Steuer- einrichtungen sowie dem Frischluftzufuhrsystem und den Einlassdüsen für das Frischluftzufuhrsystem,

Figur 2:

einen beispielhaften Verlauf der Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich,

Figur 3:

eine schematische Darstellung einer Inertisierungsanlage mit zwei Räumen und bereichsspezifischen Inertisierungskomponenten.

In Figur 1 ist exemplarisch die grundsätzliche Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens inklusive der dazugehörigen Kontroll- und Meßsysteme schematisch dargestellt. Dabei sind Rohrleitungen fett und dick und Mess-/Steuerleitungen normal und dünn gezeigt. Das Inertgas kann aus der Inertgasquelle 2, über ein Ventil 3a und eine oder mehrere Auslassdüsen 6a in den Schutzbereich 1a gelassen werden. Dabei kann die Inertgasquelle in verschiedenartiger Weise ausgeführt sein. Eine typische Ausführung ist das Bereitstellen des Inertgases aus einem oder mehreren Behältern, beispielsweise Stahlflaschen. Alternativ kann ein Generator zur Produktion eines Inertgases (zum Beispiel Stickstoff) oder eines Inertgas-Luftgemisches eingesetzt werden. Denkbar ist auch, die Primärgasquelle zur Erhöhung der Sicherheit redundant auszulegen, d.h. bei Bedarf auf eine Sekundärinertgasquelle zurückzugreifen, die entweder wiederum aus komprimiertem Inertgas in Stahlflaschen bestehen kann oder aus einem inertgasproduzierenden Generator. Die Konzentration des Inertgases im Schutzbereich 1 a wird über die Steuereinheit 4, die wiederum Einfluss auf das Ventil 3a nimmt, geregelt. Die Steuereinheit 4 wird so eingestellt, dass ein Grundinertisierungsniveau im Schutzbereich 1a erreicht wird. Dieses Grundinertisierungsniveau vermindert das Risiko von Bränden oder Explosionen im Schutzbereich 1a. Um dieses Grundinertisierungsniveau zu halten, wird Inertgas aus der Inertgasquelle 2 über das Ventil 3a und die Inertgaseintrittsdüse 6a in den Schutzbereich 1a eingeleitet. Im Falle eines Fehlverhaltens dieser Anordnung, also wenn z.B. das Ventil 3a nicht schließt oder der das Inertgas oder das Inertgas-Luftgemisch produzierende Generator nicht abschaltet und dadurch permanent Inertgas über den Inertgaseintritt 6a in den Schutzbereich gelangt und so die Inertgaskonzentration im Schutzbereich kontinuierlich ansteigt, so dass der Sauerstoffgehalt das gewünschte Grundinertisierungsniveau weit unterschreitet, wird der folgende erfindungsgemäße Mechanismus in Gang gesetzt. Die Steuereinheit 4 misst über den Sauerstoffsensor 5a eine zu niedrige Sauerstoffkonzentration und gibt folglich ein Signal zum Schließen des Ventils 3a oder ein Signal zum Ausschalten des Inertgas- oder Inertgas-Luftgemisch produzierenden Generators ab. Sind diese beiden Bedingungen erfüllt, und sinkt die Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich 1a weiter, was auch durch Inertgassensoren 12a an die Steuereinheit 4 signalisiert werden kann, wird das Frischluftzufuhrsystem 8a in Betrieb gesetzt, über das zusätzlich Frischluft über eine oder mehrere Frischluftzufuhreinlässe 7a in den Schutzbereich 1a gelangt. Dabei ist der Volumenzustrom von Frischluft so eingestellt, dass selbst bei Vollbetrieb des inertgasproduzierenden Systems (entweder aus Stahlflaschen oder als Generator ausgeführt) die Inertgaskonzentration im Schutzbereich 1a nicht weiter ansteigen kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine gewünschte Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich 1a auch beim Ausfall der Steuereinheit für den Inertgaseintritt in den Schutzbereich 1a gewährleistet ist. So werden Brände zuverlässig verhindert, und trotzdem können sich im Bedarfsfall Menschen ohne Schaden zu nehmen im Schutzbereich 1a aufhalten.

Figur 2 zeigt exemplarisch einen möglichen Verlauf der Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich 1a. Die Sauerstoffkonzentration wird auf ein Grundinertisierungsniveau (Sollwert) geregelt, und zwar zwischen einem oberen und einem unteren Sollwert. Zum Zeitpunkt t_o wird die Inertgasquelle aktiviert und Inertgas in den Schutzbereich 1a a eingeleitet. Ausgelöst durch dieses Einleiten des Inertgases in den Schutzbereich 1a fällt die Sauerstoffkonzentration zwischen den Zeiten t_o und t₁. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Inertgasquelle wieder deaktiviert. Bis zum Zeitpunkt t₂ steigt die Sauerstoffkonzentration langsam wieder an, weil z.B. etwas Frischluft durch Undichtigkeiten gegenüber der Umgebungsluft in den Schutzbereich eintritt. Zum Zeitpunkt t₂ wird die Inertgasquelle wieder aktiviert. Falls die Inertgasquelle wegen eines Defekts nicht mehr deaktiviert werden kann, sinkt die Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich allerdings weiter. Zum Zeitpunkt t₃ wird die maximale Inertisierungskonzentration, die im Schutzbereich 1 zugelassen ist und für Menschen noch unschädlich ist, erreicht. Durch die Fehlfunktion des Inertgassystems d.h. durch einen ungehinderten weiteren Zustrom von Inertgas in den Schutzbereich würde die Sauerstoffkonzentration nach dem Zeitpunkt t₃ kontinuierlich weiter sinken und einen sicheren Aufenthalt von Menschen im Schutzbereich verhindern. Durch den erfindungsgemäß kontrollierten Zustrom von Frischluft, beginnend ab dem Zeitpunkt t₃, wird das maximale Inertisierungsniveau nicht unterschritten, d.h. die Sauerstoffkonzentration im Schutzbereich verbleibt oberhalb des maximalen Inertisierungsniveaus. Zum Zeitpunkt t₃ kann auch die Auslösung einer Notalarmierung (in den Figuren nicht dargestellt) vorgesehen werden. Zum Zeitpunkt t₄ wird das Grundinertisierungsniveau wieder erreicht, unter dem Brände zuverlässig verhindert werden. Um den Brandschutz aufrechtzuerhalten, wird zum Zeitpunkt t₄ die Frischluftzufuhr wieder ausgeschaltet.

Figur 3 zeigt eine weitere Alternative einer Inertisierungsanlage, die in diesem Fall zwei Schutzräume 1a und 1b und bereichsspezifische Inertisierungs- und Überwachungskomponenten aufweist. Der Schutzbereich 1a wird in diesem Fall entsprechend den Details, die bei der Beschreibung der Figuren 1 und 2 angegeben wurden, überwacht. Zusätzlich ist ein weiterer Schutzbereich 1b mit zugehörigen Inertisierungs- und Überwachungskomponenten dargestellt. Diese umfassen das Ventil 3b, den Inertgaseintritt 6b den Sauerstoffsensor 5b, den Frischluftzufuhreinlass 7b und das Frischluftzufuhrsystem 8b. Die in Figur 3 dargestellte Steuereinheit 4 könnte alternativ auch aus zwei getrennten Steuereinheiten bestehen. Die beiden Schutzräume 1a, 1b sind durch eine Wand 9 voneinander getrennt. Die in Figur 3 dargestellte Steuereinheit 4 könnte alternativ auch aus zwei getrennten Steuereinheiten bestehen. Der Schutzbereich 1a, der in diesem Fall nicht von Personen betreten wird, weist ein anderes (höheres) Inertisierungsniveau als Schutzbereich 1b auf, der trotz Inertisierung regelmäßig von Personen betreten wird. Schutzbereich 1a könnte beispielsweise ein Inertisierungsniveau haben, bei dem die Sauerstoffkonzentration ca. 13 Vol.% beträgt. Im Gegensatz dazu wird im Schutzbereich 1b ein anderes Inertisierungsniveau von zum Beispiel 17 Vol.% Sauerstoff durch die Steuereinheit 4 gewährleistet. Durch Undichtigkeiten der Wand 9 kann es zu unkontrolliertem Inertgasübertritt von Schutzbereich 1a auf Schutzbereich 1b kommen. Dieser ist in Figur 3 durch die Richtungspfeile 10 dargestellt. Aufgabe der Steuereinheit 4 ist es, die unterschiedlich hohen Inertisierungsniveaus in den Schutzräumen 1a und 1b durch Zufuhr von Inertgas über die Ventile 3a und 3b und nötigenfalls durch die Zufuhr von Frischluft über die Frischluftsysteme 8a und 8b und die Frischluftzufuhreinlässe 7a und 7b, wie unter der Beschreibung zu Figur 1 beschrieben, zu garantieren. Die Ventile 3a und 3b werden in diesem Fall auch als Bereichsventile bezeichnet, da die unterschiedlichen Schutzräume 1a und 1b unterschiedliche Bereiche der Überwachung darstellen.

1a

Erster Schutzbereich

1b

Zweiter Schutzbereich

2

Inertgasquelle

3a

Bereichsventil

3b

Bereichsventil

4

Steuereinheit

5a

Sauerstoffsensor

5b

Sauerstoffsensor

6a

Inertgaseintritt

6b

Inertgaseintritt

7a

Frischluftzufuhreinlass

7b

Frischluftzufuhreinlass

8b

Frischluftzufuhrsystem

9

Trennwand

10

Richtungspfeile des Inertgasflusses

11

Personen im Schutzbereich

12a

Inertgassensor

12b

Inertgassensor