DE19625559C1 - Verfahren zur Brandbekämpfung und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents
Verfahren zur Brandbekämpfung und Vorrichtung zu seiner DurchführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Brandbe
kämpfung in geschlossenen Räumen und Gebäuden, bei dem
durch Einleitung wenigstens eines Inertgases der Sauer
stoffgehalt der Atmosphäre im Bereich des Brandherdes
unter einen zur Aufrechterhaltung des Brandes er
forderlichen Wert abgesenkt wird. Ferner betrifft sie
eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Ver
fahrens.
Zur Brandbekämpfung in geschlossenen Räumen, in denen
nicht mittels Wasserstrahl, Schaum oder Pulver gelöscht
werden kann oder darf, fand in der Vergangenheit vor
zugsweise Malon als Löschmittel Einsatz. Nach dessen
Verbot wurde als Alternative unter anderem bereits ein
Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei
dem ein Inertgas in den von einem Brand betroffenen
Raum eingeblasen wird, um auf diese Weise den Sauer
stoffgehalt der darin befindlichen Atmosphäre unter den
für die weitere Aufrechterhaltung des Brandes er
forderlichen Wert von etwa 12 bis 15 Prozent zu
drücken. Als mögliche Inertgasgeneratoren wurden dabei
bereits Treibsätze erwogen, die bei ihrer Reaktion
hoch-stickstoffhaltige Abgase entwickeln. Allerdings
enthalten diese Abgase in der Regel neben Stickstoff
(N₂) häufig auch noch Kohlendioxyd (CO₂) in einem
Anteil von bis zu 20%. Dies ist immer dann
problematisch, wenn sich in dem Raum, in dem der Brand
ausgebrochen ist, noch Personen aufhalten, die den Raum
nach Möglichkeit nicht verlassen sollen oder die dies
nicht können. Wegen der schädigenden Wirkung erhöhter
CO₂-Konzentrationen in der Atemluft sollte deshalb nach
Möglichkeit die wegen des Brandes ohnehin schon mit
Kohlendioxyd angereicherte Atmosphäre nicht noch mit
zusätzlichem CO2 aus dem Löschgas belastet werden.
Hinzu kommt, daß die Reaktionsgase solcher Treibsätze
häufig noch mit Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂)
und Methan (CM₄) brennbare Anteile enthalten.
Schließlich können diese Treibsätze bei ihrem Abbrand
noch staubförmige Schlacken auswerfen, deren Anteil bis
zu 40 Gewichtsprozent der Treibstoffmasse betragen
kann.
Daneben wurden bereits Feststofftreibsätze auf der
Basis Natriumazid (NaN₃) vorgeschlagen, wie sie in
miniaturisierter Form Verwendung in Fahrzeug-Airbags
finden. Diese haben zwar den Vorteil, daß sie als
Reaktionsprodukt nahezu reinen Stickstoff liefern,
jedoch steht ihrer Verwendung in größerem Maßstab die
Giftigkeit der Ausgangsprodukte entgegen. Hinzu kommen
bei ihrem Abbrand korrosiv wirkende und gesundheitsge
fährdende Stäube, die durch besondere Maßnahmen abge
fangen bzw. neutralisiert werden müssen.
Eine Verwendung von Feststofftreibsätzen hat außerdem
den Nachteil, daß diese nach einmal erfolgter Zündung
in der Regel komplett abbrennen und daß eine erneute
Zündung, beispielsweise bei einem Wiederaufflackern
eines vermeintlich bereits gelöschten Brandes, nicht
möglich ist. Schließlich würde die Verwendung von Gas
erzeugungssystemen mit Feststoffgeneratoren bei einem
Einsatz in größeren Räumen bzw. in einem Brandlösch
rohrnetz für größere Gebäudetrakte eine Modularisierung
mit vielen Einzelgeneratoren und entsprechenden An
schlüssen erforderlich machen.
Es ist bereits nach der DE 26 14 611 B2 für eine Be
kämpfung von Bränden in Bergwerken, eine Anlage zur
Erzeugung inerter Gase bekannt geworden. Hierbei wird
eine inerte Gas-Dampf-Mischung erzeugt, wobei die
Erzeugung der gewünschten Gasmischung in der Anlage
stabil unabhängig von dem Außenmedium abläuft, um den
Gasstrom an den Brandherd vordringen zu lassen.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß es ein
Löschgas liefert, das frei ist von Kohlendioxyd oder
anderen schädlichen bzw. brandfördernden Anteilen sowie
von Staubpartikeln, das beliebig oft abgeschaltet und
wieder in Gang gesetzt werden kann und das sich sowohl
für ortsfest installierte Brandbekämpfungsanlagen als
auch für mobile, autonom arbeitende Einrichtungen
eignet. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vor
richtung bereitzustellen, die auf möglichst einfache
und effektive Weise die Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens ermöglicht.
Die Erfindung löst die erste Aufgabe durch ein Ver
fahren, bei dem eine Reaktion von Ammoniak (NH₃) mit
Umgebungsluft Stickstoff (N₂) und Wasserdampf (H₂O)
erzeugt und als Löschgasgemisch dem Brandherd zugeführt
werden. Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt mittels
eines sogenannten Kleingasturbinenanlage, wie sie im
Prinzip in ähnlicher Form als Triebwerk oder Hilfs
energieerzeugungsanlage (APU "auxiliary power unit")
in Flugzeugen eingesetzt wird, wobei bei dieser Anlage
jedoch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens Ammoniak (NH₃) anstelle des sonst üblichen
Kerosins als Treibstoff dient. Ähnliche Kleingas
turbinenanlagen finden daneben auch im stationären
Betrieb als Kleinkraftwerke Verwendung, wo sie
allerdings ebenfalls mit Kohlenwasserstoffen als Treib
stoffen betrieben werden.
Die Erfindung weist damit den Vorteil auf, daß sie
durch die Verwendung einer solchen, dem Stand der
Technik weitgehend entsprechenden Anlage einerseits auf
bereits erprobten und zuverlässigen und zudem sofort
verfügbaren Komponenten basiert, andererseits durch die
erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung von Ammoniak als
Treibstoff für diese Anlage ein absolut CO₂-freies
Abgas liefert, das zudem frei von Staubpartikeln ist.
Sie kann durch die Zuführung von einfach und in großen
Mengen flüssig speicherbarem Ammoniak über beliebig
lange Zeiträume betrieben werden, wobei sie beliebig
oft abschaltbar und wieder startfähig ist. Zudem kann
ihr Betrieb durch einfaches Nachtanken von Ammoniak
aufrechterhalten bzw. ihr betriebsbereiter Wartezustand
gewährleistet werden.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann sowohl ortsfest
betrieben und an ein Brandlöschrohrnetz angeschlossen
als auch in Form eines Mobilaggregats für einen
autonomen Betrieb vorgesehen werden. Ihr Start kann,
ebenso wie bei kerosinbetriebenen Anlagen, elektro
thermisch oder über eine Pilotflamme erfolgen.
Schließlich verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung in
ihrer bevorzugten Ausführungsform über eine sensorge
steuerte Temperaturregelung sowohl des Arbeitsgases vor
dem Eintritt in die Turbine als auch des Inertgases vor
der Einspeisung in das Brandlöschrohrnetz. Diese wird
über eine Wassereinspritzung realisiert. Nachfolgend
soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die Figur zeigt dabei in schematischer Darstellung den
Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von kohlen
dioxidfreiem Inertgas für Brandbekämpfungszwecke. Der
Aufbau dieser Vorrichtung entspricht im wesentlichen
demjenigen einer Kleingasturbinenanlage, wie sie als
Hilfsenergieerzeugungsanlage oder APU in Flugzeugen
eingesetzt wird.
Bei dieser Anlage wird, wie mittels Pfeil angedeutet,
Umgebungsluft von einem Verdichter (1) angesaugt und in
komprimiertem Zustand in eine Brennkammer (2) gepreßt.
Hier wird über ein Einspritzventil (3) Ammoniak (NH₃)
zugeführt, das mittels einer Pumpe (4) aus einem Vor
ratsbehälter (5) gefördert und auf den in der Brenn
kammer (2) herrschenden Druck gebracht wird.
In der Brennkammer (2) wird gemäß der Reaktions
gleichung
4 NH₃ + 3 O₂ + 3 × N₂= (3 × +2)N₂ + 6 H₂O
wobei x den Stickstoffanteil der Luft, bezogen auf den
Sauerstoffanteil, bedeutet, Stickstoff und Wasserdampf
als Komponenten eines für die Brandbekämpfung
geeigneten Inertgasgemisches erzeugt.
Um ein möglichst sauerstofffreies Verbrennungsabgas zu
erzeugen, sollte das Verhältnis von Brennstoff zu Luft
dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechen. Da dies
andererseits aber zu erhöhten Verbrennungsend
temperaturen führen würde, wird bei dem hier be
schriebenen Ausführungsbeispiel die Temperatur des
Verbrennungsgases durch eingespritztes Wasser auf einen
niedrigeren Wert gebracht. Dieses Wasser wird über eine
zweite Pumpe (6) aus einem zweiten Vorratsbehälter (7)
gefördert und dosiert. Die beiden Pumpen (4) und (6)
werden von einem Getriebe (8) angetrieben, das auf
einer gemeinsamen Welle (9) mit dem Verdichter (1)
sowie mit einer Turbine (10) angeordnet ist. Letztere
wird durch das in der Brennkammer (2) entstehende Abgas
angetrieben und fördert dieses in eine Mischkammer
(11), wo es durch eine über ein Ventil (12) vorge
nommene Wassereinspritzung auf die für die Brandbe
kämpfung geeignete Temperatur abgekühlt und in ein
Brandlöschrohrnetz (13) eingespeist wird.
Anstelle des Vorratsbehälters (7) ist es selbstver
ständlich im Rahmen der Erfindung auch möglich, das
Wasser aus einem vorhandenen Leitungsnetz zu entnehmen.
Die Einspritzung des Wassers sowohl in die Brennkammer
(2) als auch in die Mischkammer (11) wird jeweils über
eine Sensorsteuerung kontrolliert, die auf die beiden
Einspritzventile (12) bzw. (14) wirkt. Die für den
Betrieb der Anlage benötigte Ansaugluft kann entweder
unmittelbar aus der Atmosphäre entnommen werden, was
vorzugsweise dann der Fall ist, wenn eine ortsfeste
Installation mit einem Anschluß an ein Brandlöschrohr
netz vorgesehen ist, oder aber aus dem Raum, in dem der
Brand ausgebrochen ist. In diesem letztgenannten Fall
ist es vorteilhaft, wenn die Treibstoffzufuhr über das
Ventil (3) so mittels eines weiteren Sensors gesteuert
wird, daß sie dem abnehmenden Sauerstoffgehalt dieser
Atmosphäre angepaßt ist.
Claims (8)
1. Verfahren zur Brandbekämpfung in geschlossenen
Räumen und Gebäuden, bei dem durch Einleitung
wenigstens eines Inertgases der Sauerstoffgehalt
der Atmosphäre im Bereich des Brandherdes unter
einen zur Aufrechterhaltung des Brandes er
forderlichen Wert abgesenkt wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch eine Reaktion von Ammoniak
(NM₃) mit Umgebungsluft Stickstoff (N₂) und Wasser
dampf (M₂O) erzeugt und als Löschgasgemisch dem
Brandherd zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umgebungsluft aus dem den Brandherd ent
haltenden Raum entnommen und die Ammoniakzufuhr zur
Reaktion dem Sauerstoffgehalt dieser Luft angepaßt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Löschgas durch Wassereinspritzung
abgekühlt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form einer Kleingas
turbine, gekennzeichnet durch einen Verdichter (1),
eine diesem nachgeschalteten und mit einer Ein
spritzvorrichtung (3, 4) für flüssiges Ammoniak
(NH₃) versehene Brennkammer (2), eine auf einer
gemeinsamen Welle (9) mit dem Verdichter (1) ange
ordnete, der Brennkammer (2) nachgeschaltete und
durch die in der Brennkammer (2) gebildeten
Reaktionsgase beaufschlagbare Turbine (10) sowie
einen Vorratsbehälter (5) für flüssiges Ammoniak
(NH₃).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine zur Einspritzvorrichtung für das
Ammoniak gehörige Pumpe (4) über ein von der
Turbine (10) beaufschlagbares Getriebe (8) antreib
bar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Auslaßöffnung der Turbine (10)
eine Mischkammer (11) nachgeschaltet ist, die mit
einer Einspritzvorrichtung (6, 12) für Wasser ver
sehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) mit
einer Einspritzvorrichtung (6, 14) für Wasser ver
sehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (6, 12, 14)
für das Wasser über Temperatursensoren ansteuerbar
ist.
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