DE10016738A1 - Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen, insbesondere in Behältern oder Räumen mit explosionsgefährdeten Stäuben oder Gasen, mit einem Gasgenerator, dessen Druckgas nach Erreichen eines Maximaldruckes das Löschmittel als Einheit aus dessen Behälter austreibt und anschließend als Löschstaubwolke raumfüllend seitlich und nach vorn verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosio­ nen unter Verwendung eines Löschgeräts, in dessen Gehäuse (8) ein pyro­ technischer Gasgenerator (1) sowie ein mit Berstmembranen (3, 4) verschlos­ sener Behälter (5) eines Löschmittels (6) vorgesehen ist, wobei das Löschmit­ tel (6) mit Hilfe des vom Gasgenerator (1) erzeugten Druckgases ausgestoßen und vom mit Schallgeschwindigkeit nachfolgenden Gasstrahl zur Seite hin verteilt und auch nach vorne beschleunigt wird.

Für die Unterdrückung anlaufender Explosionen, z. B. von Mehlstäuben, Koh­ lestäuben, Lösungsmitteldämpfen wurden bisher mit Löschmittel, bevorzugt Löschpulver, gefüllte und unter Dauerdruck stehende Behälter eingesetzt, die im Bedarfsfall über ein Schnellöffnungsventil das Löschmittel in den zu schüt­ zenden Raum einblasen. Zur gleichmäßigen Verteilung, insbesondere für die seitliche Ausbreitung des Löschmittels dient eine entsprechende Düse, die meistens die Form einer geschlitzten oder mit mehreren Bohrungen versehe­ nen Halbkugel aufweist (vgl. Firmendruckschrift "HRD-Systeme", Juni 1995, Firma Total Walther Feuerschutz GmbH).

Weiterhin sind Feuerlöschsysteme bekannt geworden, die aus einer Hinter­ einanderanordnung eines Gaserzeugers, einem Löschmittelbehälter und einer Austrittsöffnung bestehen. Diese Geräte sind jedoch vom Konzept her nicht für die Unterdrückung einer anlaufenden Explosion geeignet. Im Fall einer Explosion muss die Reaktion im Zeitbereich von wenigen Millisekunden ablau­ fen, um die Explosion noch im Entstehen, d. h. vor dem Auftreten der für eine Explosion typischen Drücke, wirksam zu bekämpfen.

Die US 870,479 beschreibt eine Löschmittelkartusche, bei der eine Zentralla­ dung mit Hilfe frei verlegter Zündschnüre ausgelöst wird. Die Auslösung erfolgt nur mittels offenen Feuers, eine Reaktion auf eine anlaufende Explosion ist prinzipbedingt nicht möglich. Die Pulverzerstäubung ist nur für die Be­ kämpfung von Feuer geeignet.

Gemäß der US 2,383,048 wird pyrotechnisch erzeugtes Druckgas zentral in einen Löschmittelbehälter mit relativ großem Querschnitt eingeleitet. Da­ durch werden Löschmittel und Fördergas zunächst vermischt und dann ge­ meinsam ausgestoßen. Dieses Gerät ist als Handlöscher nur mit einer kleinen pyrotechnischen Ladung ausgerüstet, es erzeugt deshalb auch nur eine gerin­ ge Ausstoßgeschwindigkeit und seitliche Verteilung des Löschmittels.

In der US 5,305,957 wird vorgeschlagen, ein Löschgerät mit flüssigem Lösch­ mittel, einer langen, rohrförmigen Beschleunigungsstrecke und einem Gaser­ zeuger mit geringem Förderdruck von etwa 10 bar auszustatten. Damit wird zwar eine hohe Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels erreicht, die seitli­ che Ausbreitung des Löschmittelstrahls bleibt jedoch gering und der Tröpf­ chenzerfall findet aufgrund des geschwindigkeitsabhängigen Luftwiderstan­ des erst in einer größeren Distanz vor dem Gerät statt. Somit ist dieses Löschgerät nur für eine punktförmige Brandbekämpfung geeignet.

Schließlich beschreibt die DE 195 44 399 C2 der Anmelderin eine Anordnung, die als Löschgerät zur Unterdrückung anlaufender Explosionen grundsätzlich geeignet ist. Es wird jedoch kein Hinweis darauf gegeben, wie eine Optimie­ rung des Löschergebnisses unter Nutzung der bekannten Bauweise erzielt werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Löschverfahren anzugeben, das geeignet ist, anlaufende Staubexplosionen, wie beispielsweise von Le­ bensmittelstäuben, in abgeschlossenen Räumen mittels einer das Raumvolu­ men ausfüllenden Löschmittelstaubwolke innerhalb kürzester Zeit zu unter­ drücken.

Die Aufgabe wird den in Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmalen des Lösch­ verfahrens in einfacher Weise gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Löschverfahren ermöglicht erstmals, in einem be­ grenzten Raum wie einem Lagerraum oder einem Container eine innerhalb weniger als 15 msec dieses Volumen ausfüllende Flüssigkeitsstaubwolke zu erzeugen, wenn mittels eines dafür geeigneten Sensors der für eine anlaufen­ de Explosion typische Druckanstieg detektiert wurde. Die Explosion wird da­ mit weit vor ihrer maximalen Ausbildung abgefangen und unterdrückt. Größe­ re Schäden wie die Zerstörung des zu schützenden Behälters oder Raums und das sich nach der Explosion ausbreitende Feuer können damit wirksam ver­ mieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Die Figur zeigt schematisch vereinfacht den grundsätzlichen Aufbau des Löschgeräts, das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt. In einem Gehäuse 8, das die Form eines Rohrabschnittes aufweist, ist ein über eine Zündleitung 7 initiierbarer pyrotechnischer Gasgenerator 1 vorgesehen. Die­ ser Gasgenerator ermöglicht eine ausreichende Gaserzeugung innerhalb der für das Löschverfahren erforderlichen kurzen Zeitspanne. Um die gewünschte Form der vom Löschgerät erzeugten Flüssigkeitsstaubwolke zu erzeugen, ist es notwendig, innerhalb von weniger als 15 msec, vorzugsweise in 10 msec, das Leistungsmaximum des Gasgenerators zu erreichen, bei dem eine Gas­ förderquote von 1 kg/sec erzielt wird. Die Brenndauer des Gasgenerators be­ trägt etwa 30 msec. Nur mit den dabei auftretenden Gastemperaturen kön­ nen die erforderlichen hohen Volumenströme bei relativ geringer Gasmasse erzeugt werden.

Das vom Gasgenerator 1 erzeugte Gas strömt in ein Puffervolumen 2, das vom Gehäuse 8, dem Gasgenerator 1 und der ersten Berstmembran 3 des Löschmittelbehälters 5 umschlossen ist. Im Puffervolumen 2 wird das erzeug­ te Gas bis zu einem Maximaldruck von 30-50 bar, vorzugsweise etwa 40 bar, gespeichert. Bei diesem Maximaldruck ist die Berstschwelle der ersten Berst­ membran 3 erreicht, die so konzipiert ist, dass zuerst der gewölbte Mittelbe­ reich der Membran in Ausstoßrichtung 11 durchknickt und gleichzeitig die Membran am gesamten Umfang ihres Randes abschert. Infolge dessen schert auch die zweite Berstmembran in gleicher Weise ab, so dass das Löschmittel 6 über seinen gesamten Querschnitt gleichförmig mit dem entstandenen Druck beaufschlagt wird. Das ganze Löschmittel wird als Einheit über die A­ pertur 10 des Gehäuses 8 in Ausstoßrichtung 11 transportiert. Erst unmittel­ bar nach der Apertur 10 beginnt der Prozess der Zerstäubung des flüssigen Löschmittels 6 im Freiraum.

Das nach dem Bersten der Membranen 3, 4 weiterhin erzeugte Gas tritt mit Schallgeschwindigkeit aus dem Gehäuse 8 aus, trifft von hinten auf das Löschmittel auf und verteilt dieses aufgrund dessen Massenträgheit zuerst rechtwinklig zur Ausströmrichtung 11. Die seitliche Ausdehnung der Lösch­ mittelwolke beträgt in dieser Phase das drei- bis vierfache der Ausdehnung in der Ausstoßrichtung 11. Anschließend erfolgt zunehmend eine Beschleuni­ gung der Löschmittelwolke in axialer Richtung, was mit einer deutlichen Er­ höhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Ausstoßrichtung 11 einher­ geht.

Entscheidend für die erfolgreiche Formung der Löschmittelwolke ist der er­ forderliche hohe Druck des Gasgenerator 1, die Anwendung des Druckes auf den gesamten Querschnitt des Löschmittels 6, die Lage des Löschmittelbe­ hälters 5 unmittelbar an der Apertur 10 des Gehäuses 8 und das Längen-/ Durchmesser-Verhältnis des Löschmittelbehälters 5 und den streng kreiszy­ lindrischen Querschnitt des Gehäuses 8 ohne Aufweitungen und ohne Lenk­ mittel, die die Bewegung des Löschmittels beeinflussen. Nur wenn alle Para­ meter im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt sind, kann ein optimales Ergebnis der Verteilung des Löschmittels erreicht werden.

Die Verwendung eines Gasgenerators erweist sich als vorteilhaft, da die Gas­ erzeugungsrate für den Löschmittelausstoß und den anschließenden Verteil­ vorgang in weiten Grenzen eingestellt werden kann. Ein Dauerdruckbehälter ist nicht erforderlich. Dadurch lässt sich das Löschgerät sehr kompakt bauen. Der Wartungs- und Prüfaufwand wird erheblich reduziert. Die Montage erfolgt mittels eines Flansches 9 in einer Öffnung des zu schützenden Behälters oder Raumes. Wird vom Gasgenerator erfindungsgemäß ein nichttoxisches Gas erzeugt und wird als Löschmittel 6 Wasser verwendet, so ist auch der Einsatz in personenbesetzten Räumen oder im Lagerbereich von Lebensmitteln mög­ lich.

Claims (7)

1. Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen unter Verwen­ dung eines Löschgeräts, in dessen Gehäuse (8) ein pyrotechnischer Gasgene­ rator (1) sowie ein mit Berstmembranen (3, 4) verschlossener Behälter (5) ei­ nes Löschmittels (6) vorgesehen ist, wobei das Löschmittel (6) mit Hilfe des vom Gasgenerator (1) erzeugten Druckgases ausgestoßen und vom mit Schallgeschwindigkeit nachfolgenden Gasstrahl zur Seite hin verteilt und auch nach vorne beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
nach erfolgter Zündung des Gasgenerators (1) innerhalb kurzer Zeit die ma­ ximale Gasförderung erreicht wird,
ein zwischen dem Gasgenerator (1) und der ersten Berstmembran (3) des Löschmittelbehälters (5) angeordnetes Puffervolumen (2) bis zu einem Maxi­ maldruck von 30-50 bar, vorzugsweise etwa 40 bar, gefüllt wird,
bei Erreichen des Maximaldrucks die Berstmembranen (3, 4) aufgerissen werden und das Löschmittel (6) zunächst als kompakte Einheit ausgestoßen wird,
mittels des nachströmenden Gasstroms das Löschmittel (6) vor dem Gehäuse (8) des Löschgeräts zerstäubt wird.

2. Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen, dadurch ge­ kennzeichnet, dass nach Zündung des Gasgenerators (1) in weniger als 15 msec die maximale Gaserzeugung von mehr als 1 kg/sec erreicht wird.

3. Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgestoßene Löschmittel (6) vor dem Gehäuse (8) des Löschgeräts zuerst radial zur Ausstoßrichtung (11) verteilt wird und danach zunehmend eine Verteilung in Ausstoßrichtung (11) erfolgt.

4. Verfahren zur Unterdrückung anlaufender Explosionen nach wenigs­ tens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges Löschmittel (6), vorzugsweise Wasser, verwendet wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgangsseitige En­ de des Löschmittelbehälters (5) an der Apertur (10) des Gehäuses (8) des Löschgeräts angeordnet ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Löschmittelbehälter ein Längen-/Durchmesser-Verhältnis kleiner als 2, vorzugsweise um 1, auf­ weist.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator (1) ein nichttoxisches Gas erzeugt.