DE19919740C2 - Lifesaving system for enclosed spaces, especially tunnels - Google Patents

Lifesaving system for enclosed spaces, especially tunnels

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Abstract

The invention relates to a device for introducing cooled air into a rescue chamber (2, 3) located in a danger zone having a vortex tube (16) whose cold air outlet (18) leads into the rescue chamber (2, 3) and whose hot air stream outlet (17) exits into the danger zone.

Description

Die Nutzung umschlossener Räume, also Räume, die aufgrund ihrer Lage, Geometrie, Ausstattung und/oder Ausdehnung eine Flucht vor Bränden oder Brandfolgen (Rauch, Giftgase, Hitze, Dämpfe usw.) nicht oder nur in unangemessener Weise zulassen, ist mit erheblichen Gefahren für Leib und Leben verbunden. Derartige Räume (nachstehend als "Gefahrenbereich" bezeichnet) sind beispielsweise Tunnel, Räume mit Schleusen, Keller, hochgelegene Etagen in Hochhäusern, Räume in (Kern)kraftwerken, Reinräume, Laboratorien usw.The use of enclosed spaces, i.e. spaces that due to their location, geometry, Equipment and / or expansion an escape from fires or fire consequences (smoke, Do not allow toxic gases, heat, vapors etc.) or only allow them in an inappropriate manner considerable dangers to life and limb. Such spaces (hereinafter referred to as "Danger area") are for example tunnels, rooms with locks, cellars, high floors in high-rise buildings, rooms in (nuclear) power plants, clean rooms, Laboratories etc.

Tunnel und anderen Gefahrenbereiche werden häufig mit Schutzräumen (Nischen) versehen; sie bieten allerdings meistens keine aktive Lüftung und/oder Kühlung. Der Aufenthalt in derartigen Schutzräumen kann daher zur Folge haben, daß Menschen nur eine gewisse Zeit geschützt sind und sich bei Ausbreitung des Brandes oder Brandfolgen in Lebensgefahr befinden.Tunnels and other danger areas are often covered with shelters (niches) Mistake; however, they usually do not offer active ventilation and / or cooling. The Staying in such shelters can therefore result in people only are protected for a certain period of time and prevent the fire from spreading or the consequences of a fire are in mortal danger.

Überlebenswichtig sind dabei Atemluft, eine erträgliche Temperatur und die Abwesenheit von schädlichen Substanzen (Rauch, Dämpfe, Gase, Ruß usw.).Breathing air, a tolerable temperature and the absence are vital for survival of harmful substances (smoke, vapors, gases, soot, etc.).

  • a) Die Zufuhr von Atemluft durch Ventilatoren ist aus zwei Gründen schwierig: Einerseits kann die Luftleitung der Hitze ausgesetzt sein und daher eine zu hohe Temperatur aufweisen, andererseits ist die Schaltung des Luftstromes auf die in Frage kommenden Schutzräume mit einem platzaufwendigen und/oder technisch aufwendigen Mechanismus versehen, der zudem störanfällig ist.a) The supply of breathing air by fans is difficult for two reasons: On the one hand, the air duct can be exposed to the heat and therefore too high Have temperature, on the other hand, the switching of the air flow to the question coming shelters with a space-consuming and / or technically complex Provide mechanism that is also prone to failure.
  • b) Die Kühlung der Luft bzw die Gewährleistung ausreichend kalter Luft ist - wenn überhaupt möglich - schwierig und technisch mit unangemessenem Aufwand realisierbar. Kompressionskälteanlagen benötigen elektrischen Strom (dessen Verfügbarkeit im Brandfall zweifelhaft sein kann) und arbeiten mit einem Kältemittel, welches entweder toxisch ist (Ammoniak), brennbar ist (Kohlenwasserstoffe) oder toxisch wird (z. B. fluorierte Kohlenwasserstoffe, welche zur Bildung von HF neigen). Die Zufuhr von kaltem Wasser ist wegen der Gefahr der Aufwärmung in der Rohrleitung zweifelhaft. Zudem muß kalte Luft mit Wärmeaustauschern, welche sich im Schutzraum befinden, bereitgestellt werden. Hier ergeben sich - wie bei der Kälteanlage allgemein - Wartungsfragen und Probleme mit der Verschmutzung.b) The cooling of the air or the guarantee of sufficiently cold air is - if possible at all - difficult and technically feasible with unreasonable effort. Compression refrigeration systems require electrical power (whose availability in the Fire case can be doubtful) and work with a refrigerant which either is toxic (ammonia), flammable (hydrocarbons) or becomes toxic (e.g. fluorinated hydrocarbons, which tend to form HF). The supply of cold water is doubtful because of the risk of piping warming up. In addition, cold air with heat exchangers located in the shelter must to be provided. Here - as with the refrigeration system in general - Maintenance issues and pollution issues.
  • c) Das Fernhalten von schädlichen Substanzen wie Rauch, Dämpfen oder Gasen ist nur möglich, wenn zur Gefahrenstelle ein positives Druckgefälle herrscht, welches ein Eindringen in den Schutzraum verhindert. Zur Aufrechterhaltung dieses Druckgefälles ist Atemluft notwendig.c) Keeping away harmful substances like smoke, vapors or gases is only possible if there is a positive pressure drop to the danger point, which is a Prevents entry into the shelter. To maintain this pressure drop is Breathing air necessary.

Es ist bekannt, Kalt- oder Warmluft auf einfache Weise ohne Verwendung von aufwendigen Maschinen bereitzustel­ len. Üblicherweise läßt man hierzu Preßluft in einem Wirbelrohr entspannen. Bei Bedarf kann die erzeugte Warmluft zum Erwärmen von Brauchwasser und die erzeugte Kaltluft zum Kühlen von Frischluft herangezogen werden (DE 40 25 804 A1).It is known to use cold or warm air in a simple manner to be provided without the use of complex machines len. Compressed air is usually left in one Relax the vortex tube. If necessary, the generated Warm air for heating domestic water and the generated Cold air can be used to cool fresh air (DE 40 25 804 A1).

Bekannt und üblich ist es, Räume durch expandierende Preßluft zu lüften und zu kühlen (DE 249 605).It is known and common to expand rooms To ventilate and cool compressed air (DE 249 605).

Das Vorhalten von bewetterbaren Schutzräumen zeigt die DE 106 538. Die DE 24 30 592 A1 schlägt vor, Gemein­ schaftsräume (Schutzräume) durch Zuführen von Druckluft rauchfrei zu halten.The provision of weatherproof shelters shows the DE 106 538. DE 24 30 592 A1 proposes Common Society rooms (shelters) by supplying compressed air keep smoke free.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für Ge­ fahrenräume geeignetes System zu schaffen, das eine ak­ tive Belüftung und Kühlung bietet und schädliche Sub­ stanzen fern hält.The invention has for its object a for Ge to create a suitable system for driving rooms that tive ventilation and cooling provides and harmful sub punch keeps away.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche geben be­ vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung an. According to the invention, this object is achieved by the features of the main claim solved, the sub-claims give be preferred embodiments of the invention.  

Grundgedanke der Erfindung ist der Einsatz von Wirbelrohren im Schutzraum. Derartige Wirbelrohre werden mit Druckluft versorgt. Die Funktionsweise des Wirbelrohres ist nachfolgend kurz beschrieben:The basic idea of the invention is the use of vortex tubes in the shelter. Such Vortex tubes are supplied with compressed air. The functioning of the vortex tube is briefly described below:

In ein Rohr wird tangential ein Druckluftstrom gegeben. Dieser Druckluftstrom teilt sich in zwei Teilströme auf: Ein Teilstrom tritt über eine statische Drossel am einen Rohrende erwärmt aus, der andere Teilstrom tritt über eine statische Blende am anderen Rohrende gekühlt aus. Der Druck und die Temperatur der Druckluft sowie das Verhältnis der beiden Teilströme bestimmt, wie stark die Druckluft am "kalten Ende" (Blendenseite) abgekühlt ist.A stream of compressed air is fed tangentially into a pipe. This compressed air flow divides in two partial flows: A partial flow occurs via a static throttle at one end of the pipe warms up, the other partial flow passes through a static orifice at the other end of the pipe chilled out. The pressure and temperature of the compressed air and the ratio of the two Partial flows determine how much the compressed air cools down at the "cold end" (orifice side) is.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine lebensrettende Einrichtung zu schaffen, bei der die Zufuhr von Atemluft bei gleichzeitiger Kühlung dieser Luft und ein positives Druckgefälle zwischen Schutzraum und Gefahrenraum herbeigeführt wird. In Fig. 1 ist die grundsätzliche Schaltung einer solchen Anlage beschrieben:The invention is based on the idea of creating a life-saving device in which the supply of breathing air while cooling this air and a positive pressure drop between the protected area and the danger area is brought about. The basic circuit of such a system is described in FIG. 1:

Am Beispiel eines (langen) Tunnels wird nachstehend eine Erfindung beschrieben, welche für die Rettung von Leben geeignet ist. Dabei zeigt:Using the example of a (long) tunnel, an invention is described below, which is suitable for saving lives. It shows:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Systems, und Fig. 1 shows the basic structure of the system, and

Fig. 2 eine Darstellung der Schaltung der Wirbelrohranlage. Fig. 2 shows the circuit of the vortex tube system.

Im Tunnel 1 befinden sich Schutzräume 2 (zur Aufnahme von Personengruppen) und/oder Schutzräume 3 zur Aufnahme von Personengruppen 4 oder Einzelpersonen, anhängig davon, wie die räumlichen Verhältnisse im Tunnel sind. In den Schutzräumen 2 oder 3 befinden sich Wirbelrohre 5, aus welchen gekühlte Luft in die Schutzräume austritt. Diese gekühlte Luft dient zur Atmung und Kühlung der Personen bzw. des Schutzraumes. Eine Absperrung zum Gefahrenraum (z. B. Tür) hat eine gezielte "Undichtigkeit", durch welche die zugeführte Luft entweichen kann und wegen des positiven Druckgefälles ein Eindringen gefährlicher Substanzen oder von Flammen verhindert.In tunnel 1 there are shelters 2 (for accommodating groups of people) and / or shelters 3 for accommodating groups of people 4 or individuals, depending on the spatial conditions in the tunnel. In the shelters 2 or 3 there are vortex tubes 5 from which cooled air exits into the shelters. This cooled air is used to breathe and cool people or the shelter. A barrier to the danger zone (e.g. door) has a specific "leak" through which the supplied air can escape and prevent the entry of dangerous substances or flames due to the positive pressure drop.

Die Druckluft wird über eine Leitung 6 zugeführt. Diese Druckluft wird über eine Druckluftstation bereitgestellt, welche aus einem Windkessel 7, einem Druckluftverdichter 8 und ggf. einem Drucklufttrockner 9 besteht. Die Druckluftstation kann dabei im Tunnel selbst, aber auch (vorzugsweise) außerhalb des Tunnels aufgestellt sein. Die Rohrleitung 6 sollte wärmegedämmt ausgeführt sein (z. B. doppelwandig mit zwischenliegender mineralischer Wärmedämmung, ggf. kann auch Schmelzbasalt zur Erhöhung der Temperaturresistenz verwendet werden).The compressed air is supplied via a line 6 . This compressed air is provided via a compressed air station, which consists of a wind boiler 7 , a compressed air compressor 8 and possibly a compressed air dryer 9 . The compressed air station can be set up in the tunnel itself, but also (preferably) outside the tunnel. The pipeline 6 should be heat-insulated (e.g. double-walled with mineral thermal insulation in between, and melt basalt can also be used to increase the temperature resistance if necessary).

Der Windkessel 7 soll dabei so ausgeführt werden, daß er groß genug ist, Druckluft für die Zeitdauer und den Volumenbedarf des größten anzunehmenden Brandes bereitzustellen. Damit wäre einerseits der Verdichter 8 relativ klein, zudem ist im Gefahrenfalle kein zwangsläufiges Anspringen von Druckluftverdichtern notwendig, d. h. die lebensrettende Luft ist in einem statischen System vorhanden und unterliegt nicht der Zuverlässigkeit bewegter Bauteile und Maschinengruppen.The wind boiler 7 should be designed so that it is large enough to provide compressed air for the duration and volume of the largest fire to be assumed. On the one hand, this would make the compressor 8 relatively small, and in addition, in the event of danger, no inevitable starting of compressed air compressors is necessary, ie the life-saving air is present in a static system and is not subject to the reliability of moving components and machine groups.

Zwischen der Druckluftanlage bzw. dem Windkessel 7 und dem Wirbelrohr 5 im Schutzraum 2, 3 befinden sich keine Armaturen oder sonstige absperrenden Bauteile. Die Druckluft steht bis zum Rettungsraum unabsperrbar zur Verfügung, was ein Versagen von Ventilen, Klappen usw. ausschließt und auch keines Eingriffes von Menschen bedarf.There are no fittings or other shut-off components between the compressed air system or the air tank 7 and the vortex tube 5 in the protective space 2 , 3 . The compressed air is available up to the emergency room, which prevents valves, flaps, etc. from failing and does not require human intervention.

Aus Redundanzgründen kann die Druckluftleitung 6 von beiden Seiten des Tunneleingangs mit einer entsprechenden Drucklufteinrichtung versorgt werden. Ebenso kann die Druckluftleitung 6 in mehrere Teilleitungen aufgeteilt werden, um bei einer Beschädigung einer Rohrleitung noch Rohrreserven vorzuhalten. For reasons of redundancy, the compressed air line 6 can be supplied with a corresponding compressed air device from both sides of the tunnel entrance. Likewise, the compressed air line 6 can be divided into a number of sub-lines in order to maintain pipe reserves if a pipe is damaged.

Eine genauere Schaltung der Wirbelrohranlage ist in Fig. 2 dargestellt. Das Wirbelrohr 5 wird mit der Druckluftleitung 6 aus dem Windkessel 7 versorgt, welcher wiederum vom Druckluftverdichter 8 und ggf. einem Drucklufttrockner 9 mit Druckluft versorgt wird. Der Windkessel 7 ist mit einem Sumpfablaß 10 versehen, über den kondensierter Wasserdampf nach außen abgeführt werden kann.A more precise circuit of the vortex tube system is shown in Fig. 2. The vortex tube 5 is supplied with the compressed air line 6 from the wind boiler 7 , which in turn is supplied with compressed air by the compressed air compressor 8 and possibly a compressed air dryer 9 . The wind boiler 7 is provided with a sump drain 10 through which condensed water vapor can be discharged to the outside.

Ein Überdruckventil sorgt dafür, daß der Druck in 7 nicht unzulässig ansteigt und bei Überschreiten des Maximaldruckes über einen Auslaß 11 abbläst. Feuchtigkeit der Druckluft kann in einem Kondensator 9 kondensieren und anschließend über einen Ablaß 12 abgelassen werden. Ggf. ist es möglich und sogar sinnvoll, über eine Blende 13 einen kleinen Teilstrom der Druckluft über den Druckluftverdichter 8 ständig abzulassen. Damit ist sowohl eine regelmäßige Funktionskontrolle möglich, zum anderen wird der Druckluftverdichter 8 "warm" gehalten, was Korrosion bei längerem Stillstand vorbeugt. Um ein Austreten von Druckluft bei Stillstand des Druckluftverdichters 8 vorzubeugen, kann ein Rückschlagventil 14 eingesetzt werden.A pressure relief valve ensures that the pressure in 7 does not rise inadmissibly and blows off via an outlet 11 when the maximum pressure is exceeded. Moisture of the compressed air can condense in a condenser 9 and can then be discharged via an outlet 12 . Possibly. it is possible and even sensible to continuously discharge a small partial flow of the compressed air via the compressed air compressor 8 via an orifice 13 . This enables both a regular function check, and on the other hand the compressed air compressor 8 is kept "warm", which prevents corrosion during long periods of inactivity. In order to prevent compressed air from escaping when the compressed air compressor 8 is at a standstill, a check valve 14 can be used.

Die Druckluftleitung 6 tritt in den Schutzraum 2, 3 ein und mündet in einen Hahn (in Fig. 2 als Kugelventil dargestellt). Der Hahn 15 ist im Normalfall, d. h. sofern der Schutzraum nicht belegt bzw. betrieben wird, geschlossen. Menschen, die im Gefahrenfall den Schutzraum aufsuchen, können den Hahn 15 öffnen (z. B. über einen Hebel oder eine Kette, die eindeutig bezeichnet sind und nur in eine Richtung wirken oder über Trittbrett, das mit dem Hahn 15 so verbunden ist, das sich dieser bei Betreten des Schutzraums über eine Stange, Kette oder dgl. durch Belastung selbstätig öffnet). Die in das Wirbelrohr 16 tangential eintretenden Druckluft tritt am Warmluftauslaß 17 über die Drossel 19 erwärmt und am Kaltluftauslaß 18 gekühlt über die Blende aus. Der erwärmte Teilstrom wird über den Warmluftauslaß 17 durch die Wand des Schutzraumes zum Gefahrenbereich abgelassen (wiederum ein positives Druckgefälle), die gekühlte Luft am Kaltluftauslaß 18 steht den Menschen im Schutzraum zur Verfügung.The compressed air line 6 enters the protective space 2 , 3 and opens into a tap (shown in Fig. 2 as a ball valve). The tap 15 is closed in the normal case, ie if the shelter is not occupied or operated. People who visit the shelter in the event of danger can open the tap 15 (e.g. via a lever or a chain, which are clearly identified and only work in one direction or via a footboard which is connected to the tap 15 in such a way that it opens automatically when you enter the shelter via a rod, chain or the like.) The compressed air entering tangentially into the swirl tube 16 exits at the warm air outlet 17 heated via the throttle 19 and cooled at the cold air outlet 18 via the orifice. The heated partial flow is discharged via the warm air outlet 17 through the wall of the shelter to the danger zone (again a positive pressure drop), the cooled air at the cold air outlet 18 is available to the people in the shelter.

Die Druckluft kann auch zum Betreiben eines Notstromgenerators genutzt werden, um eine Beleuchtung des Schutzraums zu ermöglichen.The compressed air can also be used to operate an emergency power generator to enable lighting of the shelter.

Die Erfindung hat folgende Vorteile:
The invention has the following advantages:

  • - Keine bewegten Teile im Schutzraum (bis auf z. B. ein handbetätigtes Kugelventil),- No moving parts in the shelter (apart from e.g. a manually operated ball valve),
  • - Keine bewegte Mechanik am Wirbelrohr, die Robustheit des Wirbelrohres kann durch Material und Wandstärke beliebig gesteigert werden,- No moving mechanics on the vortex tube, the robustness of the vortex tube can can be increased by material and wall thickness,
  • - Luftzufuhr und Kühlung erfolgen zwangsläufig, d. h. es muß nicht manipuliert oder geregelt werden,- Air supply and cooling are inevitable, d. H. it doesn't have to be manipulated or be managed,
  • - Die Abwärme des Wirbelrohres kann - wegen des höheren Druckes - problemlos in den Gefahrenraum abgegeben werden,- The waste heat from the vortex tube can - because of the higher pressure - in easily the danger zone is given,
  • - Keine Wärmeaustauscher, d. h. keine Wartung, keine Verschmutzung,- No heat exchangers, i. H. no maintenance, no pollution,
  • - Geringer Platzbedarf, darüberhinaus sehr flexibel an örtliche Verhältnisse anpassbar,- Small space requirement, moreover, very flexibly adaptable to local conditions,
  • - Luftmenge ist hoch genug, um ein positives Druckgefälle zum Gefahrenraum aufrecht zu erhalten,- Air volume is high enough to create a positive pressure drop to the danger zone maintain
  • - Geringer Platzbedarf für die Druckluftleitung, gute Wärmedämmbarkeit der Leitung, - Small space requirement for the compressed air line, good thermal insulation of the line,  
  • - Verschmutzung der Einrichtung ist ohne negative Auswirkung auf Leistung und Funktion des Wirbelrohres,- Pollution of the facility has no negative impact on performance and Function of the vortex tube,
  • - Gute Redundanzverhältnisse (mehrere Drucklufterzeuger möglich, große Windkessel, getrennte Leitungen, Plazierung der Druckluftversorgungseinrichtungen z. B. an beiden Enden des Tunnels,- Good redundancy ratios (several compressed air generators possible, large ones Air boiler, separate lines, placement of the compressed air supply equipment z. B. at both ends of the tunnel,
  • - Einfache Bedienung (Not"hebel", Reißkette o. ä.), d. h. die Luftzufuhr und Kühlung kann ohne Fachwissen vom Laien bedient werden.- Simple operation (emergency "lever", tear chain or similar), d. H. the air supply and cooling can be operated by laypersons without specialist knowledge.

Die Trennwand zwischen Schutzraum und Gefahrenraum kann aus feuerfestem oder feuerhemmendem Material mit guter Wärmedämmung bestehen und ist vorzugsweise als feste Wand mit Tür/Tor oder nur als Tür/Tor ausgeführt. Undichtigkeiten bei "geschlossener" Tür sind gewollt, um die eintretende kalte Atemluft aus dem Wirbelrohr mit positivem Druckgefälle zum Gefahrenbereich abzuführen, was ein Eindringen von Flammen, Gasen, Ruß, Dämpfen oder anderen Substanzen verhindert. Wegen des Überdruckes im Schutzraum ist ein Öffnen der Tür/des Tores sicher möglich, wenn später eintreffende Personen den Schutzraum noch erreichen wollen.The partition between the shelter and the danger zone can be made of fireproof or fire retardant material with good thermal insulation and is preferably as fixed wall with door / gate or only as door / gate. Leaks at "Closed" doors are wanted to keep the cold air entering from the vortex tube to be discharged to the danger zone with a positive pressure gradient, which Prevents flames, gases, soot, vapors or other substances. Because of the Overpressure in the shelter can open the door / gate safely, if later arriving people still want to reach the shelter.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Zufuhr von gekühlter Luft in einen in einem Gefahrenbereich angeordneten Schutzraum (2, 3), gekennzeichnet durch ein in dem Schutzraum (2, 3) angeordnetes Wirbelrohr (16), dessen Kaltstromauslaß (18) in den Schutzraum (2, 3) führt und dessen Warmstromauslaß (17) in den Gefahrenbereich führt.1. Device for supplying cooled air to a protective space ( 2 , 3 ) arranged in a danger zone, characterized by a vortex tube ( 16 ) arranged in the protective space ( 2 , 3 ), the cold flow outlet ( 18 ) of which is in the protective space ( 2 , 3 ) leads and its hot flow outlet ( 17 ) leads into the danger area. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in dem Schutzraum (2, 3) angeordneten, von den sich in diesem befindenden Personen zu betätigenden, den Zugang von Druckluft in das Wirbelrohr (16) freigebenden Hahn (15).2. Device according to claim 1, characterized by a in the shelter ( 2 , 3 ) arranged, to be actuated by the persons located therein, the access of compressed air into the vortex tube ( 16 ) releasing the cock ( 15 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen außerhalb des Gefahrenbereichs angeordneten Windkessel (7) und einer von dem Windkessel (7) zu dem Schutzraum (2, 3) führenden Druckluftleitung (6).3. Device according to claim 1, characterized by a wind chamber ( 7 ) arranged outside the danger zone and a compressed air line ( 6 ) leading from the wind chamber ( 7 ) to the shelter ( 2 , 3 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung (6) wärmeisoliert ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the compressed air line ( 6 ) is thermally insulated. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch kennzeichnet, daß dem Schutzraum (2, 3) zwei Windkessel (7) und zwei Druckleitungen (6) zugeordnet sind, die sich in verschiedenen Richtungen von dem Schutzraum (2, 3) weg erstrecken.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the shelter ( 2 , 3 ) are assigned two air tanks ( 7 ) and two pressure lines ( 6 ) which extend in different directions from the shelter ( 2 , 3 ) away.
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