Ve rfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Gas-Hochdruck-Feuerlöschanlaqe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Druckes einer Gas-Hochdruck-Feuerlöschanlage, bei der ein Löschgas mit 150 bis 300 bar Hochdruck in mindestens einem Druckgasbehäiter, vorzugsweise einer Hochdruck-Gasflasche mit einem Flaschenventil, gelagert und der Druck des Löschgases zwischen der Gasflasche und einer Löschleitung reduziert wird.

Derartige Feuertöschanlagen werden aus wirtschaftlichen Gründen mit dem unter hohem Druck gelagerten Löschmittel, wie Argon, Argonite, Stickstoff, Inergen oder dergleichen betrieben, wie der DE 42 20 062 Cl zu entnehmen ist. Dabei wird das Löschmittel in den Hochdruck-Gasflaschen in komprimierter Form gelagert. Bei diesen Permanentgasen steigt die verfügbare Gasmenge mit dem

angewendeten Druck, so dass die Bevorratung von Gasen mit hohem Druck besonders wirtschaftlich ist.

Um Feuerlöschanlagen wirtschaftlich zu betreiben, wurde der Druck des aus der Hochdruck-Gasflasche austretenden Löschgases vor Eintritt in die Löschieitung reduziert. Auch ist bekannt, eine zweite Druckreduzierung vorzunehmen (DE 200 00 365 U).

Die bisher verwendeten Druckreduziereinrichtungen, insbesondere bei der Mehrfachreduzierung, konnten wegen der statischen Druckreduzierung und einer mangelnden Berechnungssoftware nicht sicherstellen, dass das Löschgas mit dem gewünschten niederen Druck in das Löschleitungs-System eingeführt wird. Außerdem sind die bisherig verwendeten Reduziereinrichtungen sehr materialaufwendig.

Ein Ventil an einem Löschgasbehälter, das mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, ist beschrieben in US 5,899,275. Dieses Ventil enthält einen Steuerkolben, der mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird und mit einem Stößel auf ein weiteres Ventil einwirkt, das den Auslass des Druckgasbehälters verschließt. Hier muss der Steuergasdruck das weitere Ventil entgegen der Wirkung des Behälterdruckes öffnen. Eine derartige Ventilkonstruktion eignet sich nur für Gasflaschen mit einem relativ niedrigen Druck, weil der Steuergasdruck gegen den Flaschendruck anarbeiten muss.

In WO 2006/110149 Al ist ein druckgesteuertes Löschventii beschrieben, bei dem der Behälterdruck radial auf einen kegelstumpfförmϊgen Kolben wirkt, der zur änderung des Durchlassquerschnittes verschiebbar ist. Wegen der konischen Form des Kolbens übt der Behälterdruck eine axial wirkende Kraftkomponente auf den Kolben aus. Auch diese Vorrichtung ist daher für Hochdruckanwendungen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Gas-Hochdruck-Feuerlöschanlage zu schaffen, um mit einfachsten Mitteln sicherzustellen, dass das Löschgas mit dem gewünschten niederen Druck in die Löschleitung eintritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach ist vorgesehen, dass für die Druckreduzierung ein druckgesteuertes, reduzierendes und selbstreguüerendes Steuerventil benutzt wird, wobei der Ausgangsdruck des Löschgases aus dem Steuerventil in die Löschleϊtung über eine Steuerdruckkammer mitteis eines Steuergases mit einem vorgegebenen Steuerdruck beeinflusst wird, so dass der Ausgangsdruck des Löschgases durch das Steuerventil selbst eingehalten wird, und dass der Druck des Druckgasbehälters in dem Steuerventil kompensiert wird, so dass er keine Verschiebekraftkomponente auf den Steuerkolben ausübt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch den Patentanspruch 3 definiert. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil derart ausgebildet ist, dass der Hochdruck des Druckgasbehälters keine Verschiebekraftkomponente auf den Steuerkolben ausübt.

Die Kraftkompensation des Behälterdrucks im Steuerventil hat zur Folge, dass der Steuerkolben ausschließlich durch den Steuerdruck verstellt wird und nicht von dem Hochdruck abhängig ist. Damit besteht die Möglichkeit einer sehr genauen Regelung des Ausgangsdrucks selbst dann, wenn der Behälterdruck gegenüber dem Ausgangsdruck sehr hoch ist. Somit kann eine mehrstufige Druckreduzierung entfallen.

Dadurch, dass das Druckreduzierventi! als Steuerventil ausgebildet ist, werden die bekannten, unter Hochdruck stehenden Bauteile zwischen dem Flaschenventil und dem Löschieitungs-System, wie zusätzliche Reduziereinrichtungen, mit den erforderlichen unter Hochdruck stehenden Verbindungsteileπ und

Hochdruckschläuchen vermieden. Dfe Reduzierung des Löschgasdruckes ist somit vereinfacht. Mittels der Steuerdruckkammer und dem vorgegebenen Steuerdruck wird erreicht, dass der Druck des aus dem Steuerventil austretenden Löschgases in das Löschleitungs-System gegenüber dem vorgegebenen Steuerdruck nicht überschritten wird. Somit ist sichergestellt, dass sich im Löschleitungs-System kein höherer a!s der eingestellte Druck einstellen kann, weil dieser innerhalb des Steuerventils dynamisch geregelt wird. Somit werden Schäden durch zu hohen Druck am Rohrsystem vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Fortfall der zusätzlichen Reduziereinrichtungen das Handiing bei der Montage der Feuerlöschanlage vereinfacht ist. Des Weiteren wird der Einsatz einer Berechnungssoftware für hydraulische Drücke im Bereich von 200 bis 300 bar nicht mehr benötigt. Auch dies ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, weil bisher noch keine sichere Berechnungssoftware auf dem Markt frei verfügbar ist.

Eine bevorzugte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich einer Einiassöffnung im Ventilgehäuse eine Hochdruckkammer und im Bereich einer Auslassöffnung im Ventilgehäuse eine Arbeitsdruckkammer vorgesehen sind, die mitteis einer übergangsöffnung in einer Trennwand miteinander verbunden sind, der einerseits ein Verschlusskolben und andererseits ein Steuerkolben zugeordnet ist, wobei an der Rückseite des mit einer Kompensationsöffnung versehenen Verschlusskolbens eine Kompensattonskammer und an der Rückseite des Steuerkolbens eine Steuerdruckkammer mit Anschluss für ein Steuergas angeordnet sind, und dass der Verschfusskolben über eine Verbindungsstange mit dem Steuerkolben verbunden sind.

Zum Zweck der Montage des Steuerventils ist ein Behäiteraufsatz vorgesehen, der zwischen Flaschenhals und Steuerventil eingebaut ist. Der Behäiteraufsatz weist einen Ventilsockel auf, der mittels eines Flaschenstutzens auf den Druckgasbehälter aufschraubbar ist, wobei der Ventilsockel über einen in die

Ventilsockel-Bohrung eingeschraubten Ventilanschiuss mit dem Steuerventil verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und die Arbeitsweise des Steuerventils werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen :

Fig, 1 eine Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform des Steuerventils mit Ventilsocke! im Schnitt,

Fign. 2 - 5 die einzelnen Arbeitsphasen des Steuerventils nach Fig. 1,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform des Steuerventils,

Fig. 7 den Anbau des Steuerventils an ein Behälterventi! und

Fig. 8 eine dritte Ausführungsform des Steuerventils, welches in

Abhängigkeit von dem Steuerdruck ein Behälterventϊl öffnet, so dass der Hochdruck nicht ständig das Steuerventil beaufschlagt.

Das Steuerventil 3 nach Fig. 1 - 5 besteht aus einem Ventiigehäuse 5 mit einer Trennwand 6, die eine übergangsöffnung 11 aufweist, wobei auf einer Seite der Trennwand 6 im Boden des Steuerventils 3 eine Einlassöffnung 7 für das Hochdruck-Löschgas und auf der anderen Seite der Trennwand 6 in der Decke des Steuerventils 3 eine Auslassöffnung 8 für das druckreduzierte Löschgas vorgesehen ist. Eine Seite des Ventilgehäuses 5 ist mit einem Deckel 19 und die andere Seite des Ventilgehäuses 5 ist mit einem Deckel 20 versehen. Rechts neben der Trennwand 6 ist ein Steuerkolben 13 und links neben der Trennwand 6 ist ein Verschlusskolben 12 eingebaut, die mittels einer Verbindungsstange 18 miteinander verbunden sind. Der Verschlusskolben 12 ist derart ausgebildet,

dass er je nach Stellung einen druckdichten Abschluss zur übergangsöffnung 11 in der Trennwand 6 oder eine öffnung der übergangsöffnung 11 sicherstellt. Der Verschlusskolben 12 bildet im Bereich der Eϊnlassöffnung 7 eine Hochdruckkammer 9 und auf der Rückseite mit dem Deckel 19 eine Kompensationskammer 15, die mittels einer Kompensationsöffnung 14 im Verschlusskolben 12 mit der Arbeitsdruck-Kammer 10 verbunden ist. Innerhalb der Kompensationskammer 15 ist eine Verschlussfeder 21 eingebaut. Der im Bereich der Auslassöffnung 8 angebrachte Steuerkolben 13 bildet gemeinsam mit dem Deckel 20 eine Steuerdruckkammer 16 und mit der Trennwand 6 eine Arbeitsdruckkammer 10. Der Decke! 20 ist mit einem Steuerdruckanschluss 17 versehen, an den eine Steuerdruckleitung 17a für das Steuergas angeschlossen ist,

Auf dem mit einem Hochdruckgas von beispielsweise 150 bis 300 bar gefüllten Druckgasbehäiter 1, vorzugsweise eine Hochdruck-Gasflasche, ist ein Behälteraufsatz 4 aufgeschraubt, der den Druckgasbehälter 1 während der Montage geschlossen hält. Das Steuerventil 3 wird mit dem Behäiteraufsatz 4 verbunden. Dieser besteht aus einem Ventiisockel 22 mit einem im oberen Teil eingelassenen Ventilanschlussstück 23, das mit der Eϊnlassöffnung 7 des Steuerventils 3 verbunden wird. Dazu weist das Ventilanschlussstück 23 eine sich nach unten erweiternde Füllöffnung 25 und darüber eine Verbindungsbohrung 24 auf. Der untere Teil des Ventilsockels 22 ist zum Einschrauben in den Behälterhals Ia des Druckgasbehälters 1 als Gewindestutzen 26 ausgebildet. Im mittleren Teil weist der Ventilsockel 22 eine Ventilsockel-Bohrung 27 mit einer eine Füllöffnung 34 umgebenden Ringschulter 31 auf, an der sich ein Federdichtungselement 30 abdichtend abstützt. Das Ventilanschlussstück 23 drückt gegen einen Stempel 28. Am unteren Teil des Stempeis 28 ist ein Ventilteller 29 angebracht. Das Federdichtungselement 30 ist so vorgespannt, dass es für das Gas durchlässig ist. Das Federdichtungselement wird durch den Flaschendruck zusammengedrückt und dichtet damit die Füllöffnung 34 ab.

Bei der Verbindung des Steuerventils 3 mit dem Behälteraufsatz 4 hält der Stempel 28 mit dem Federdichtungselement 30 die Füliöffnung 34 geschlossen. Beim Aufschrauben des Ventilanschlussstücks 23 wird zunächst eine dichte Verbindung zwischen Ventilanschlussstück und Ventiisockel 22 hergestellt. Der Stempel 28 mit dem Federdichtungselement 30 hält die Füllöffnung 34 noch geschlossen. Bei noch weiterem Eindrehen des Ventilanschiussstücks 23 in den Ventilsockel 22 drückt das Ventilanschiussstück 23 gegen die Grundplatte 32 des Stempels 28, der den Ventiiteller in Richtung auf den Druckgasbehäiter 1 drückt. Dadurch werden die Federdichtungselemente 30 auseinandergezogen, so dass das Hochdruckgas zwischen den geöffneten Federdichtelementen mit seinem Druck von 150 bis 300 bar durch die Füllöffnung 34 in die Hochdruckkammer 9 einfließen kann.

Die Wirkungsweise des Steuerventils 3 der Figuren 1 - 5 wird nachfolgend näher beschrieben.

Zunächst ist die übergangsöffnung 11 in der Trennwand 6 durch den Verschlusskolben 12 geschlossen. über die Steuerdruck-Leitung 17a wird die Steuerdruckkammer 16 mit dem vorgegebenen Steuerdruck eines Steuergases, von z. B. 60 bar, beaufschlagt. Dieser Druck kann beliebig eingestellt werden und bestimmt den Druck, mit dem das Löschgas aus der Auslassöffnung 8 in das mit der Löschleitung 2 verbundene Rohrnetz einströmt. Durch den Steuerdruck wird der Steuerkolben 13 in das Steuerventil 3 gedrückt. Der Steuerkolben 13 betätigt mittels der Verbindungsstange 18 den Verschiusskolben 12, wodurch die übergangsöffnung 11 und damit das Steuerventil 3 geöffnet wird. Das Gas strömt jetzt in die Arbeitsdruckkammer 10 und über die Kompensationsöffnungen 14 in die Kompensationskammer 15. Aus der Arbeitsdruckkammer 10 strömt das Gas in das Löschleϊtungsnetz 2, füllt es und der Druck baut sich im Rohrnetz und in der Arbeitsdruckkammer 10 auf. Wird der Druck in der Arbeitsdruckkammer 10 größer als der Druck in der Steuerdruckkammer 16, bewegen sich der Verschlusskolben 12 und der

Steuerkoiben 13 in die andere Richtung, so dass die übergangsöffnung 11 geschlossen wird. Unterstützt wird der Schließvorgang durch die in der Kompensationskammer 15 eingebaute Verschiussfeder 21. Durch den entstehenden Druckabfall im Rohrnetz und der größer werdenden Druckdifferenz zur Steuerdruckkammer 16, bewegen sich der Steuerkolben 13 und der VerschSusskoiben 12 in die rückwärtige Richtung, so dass sich die übergangsöffnung 11 wieder öffnet. Dieser Vorgang setzt sich so fange fort, bis der Druck in dem Druckgasbehälter 1 kleiner ist als der Steuerdruck. Danach bleibt das Steuerventil geöffnet, bis der Druckgasbehälter 1 leer ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Steuerventils wird erreicht, dass zwischen der Arbeitsdruckkammer 10 und der Steuerdruckkammer 16 druckmäßäg immer ein Gleichgewicht besteht und folglich in der Löschleitung 2 der Druck des Löschgases nicht höher wird als der Druck des Steuergases.

Die modulare Bauweise von Steuerventil 3 und Behälteraufsatz 4 mit einer Entlastungsbohrung 35 ermöglicht eine Demontage des Steuerventils 3 von dem Behälteraufsatz 4 bei unter Druck stehendem Druckgasbehälter 1. Auch dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, der mit den bekannten Flaschenventilen nicht erreicht wird.

Das Steuerventil 3 gemäß Figur 6 weist ein Ventilgehäuse 5 auf, das an einem Ende die Auslassöffnung 8 in einem Schraubstutzen enthält. Vom entgegengesetzten Ende her ist in das Ventilgehäuse 5 eine Zylinderbuchse 40 mit Ventildeckel 20 eingesetzt und verschraubt. Diese enthält den Steuerdruckanschiuss 17 und die Steuerdruckkammer 16. Die Zylinderbuchse 40 enthält eine Zylinderbohrung 41, in der ein Kolben 42 verschiebbar ist. Der Kolben 42 übt die Funktionen des Verschlusskolbens 12 und des Steuerkolbens 13 des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam aus. Er enthält Dichtringe zur Abdichtung an der Zylinderbohrung 41. Eine Verschlussfeder 21, die am Ventilgehäuse 5 abgestützt ist, drückt den Kolben 42 in Richtung auf den

Steuerciruckanschluss 17. Der Steuerdruck wirkt also der Verschlussfeder 21 entgegen.

Der Kolben 42 weist eine geschlossene Vorderwand auf, die die Steuerdruckkammer 16 begrenzt. Er ist im übrigen hohl, zum rückwärtigen Ende hin offen und bildet die Arbeitsdruckkammer 64. Der Kolben weist Querbohrungen 43 auf, die mit Querbohrungen 44 der Zylinderbuchse 40 zur Deckung kommen können. Die Querbohrungen 44 befinden sich im Bereich einer umlaufenden Nut, welche mit der Einlassöffnung 7 in Verbindung steht und somit die Hochdruckkammer 45 bildet. Der Behälterdruck wirkt durch die Querbohrungen 44 radial auf den Kolben 42. Dadurch werden keine Schiebungskräfte in axialer Richtung auf den Kolben 42 ausgeübt. Der Kolben 42 wird nur durch den Steuerdruck der Steuerdruckkammer 16 bewegt und von dem Druck in der Auslassöffnung 8 bzw. in der Löschleitung 2 (Figur 1) beeinflusst. Diese Drücke wirken ausschließlich axial auf den Kolben 42.

Mit dem erfindungsgemäßen Ventil kann der Steuerdruck variabel, beispielsweise von 10 bar bis 100 bar eingestellt werden. Der Steuerdruck bestimmt immer den Druck in der zum Rohrnetz führenden Löschleitung 2, unabhängig von dem Druck im Druckgasbehälter 1.

Der Druck im Druckgasbehälter gelangt über die Einlassöffnung 7 in die ringförmige Hochdruckkammer 45. Er wirkt durch die Querbohrungen 44 ausschließfich radial auf den Kolben 42, ohne jede axiale Kraftkomponente. Daher wird der in dem Druckgasbehälter herrschende Hochdruck so kompensiert, dass er keine Verschiebekraftkomponente auf den Steuerkoiben 42 ausübt. Der Steuerkolben wird somit nur von dem Steuerdruck in der Steuerdruckkammer 16 verstellt.

An die Einiassöffnung 7 des Ventilgehäuses 5 wird gemäß Figur 7 ein Adapter 37 angeschlossen. Dies ist eine Rohrkupplung mit Verschraubung, die das

Ventilgehäuse 5 mit einem Behälterventil 46 verbindet. Das Behälterventil 46 ist bekannt. Das Behälterventil hat ein langgestrecktes Gehäuse, das an einem Ende einen Anschluss 47 für den Auslösedruck und am entgegengesetzten Ende einen Anschluss 48 zum Aufschrauben auf einen Druckgasbehälter aufweist. Das Behälterventil enthält einen Kolben 49, der durch eine Feder gegen einen Sitz 50 gedrückt gehalten wird und dadurch den Durchgang vom Druckgasbehäiter zum Auslass 51 versperrt. Durch Anlegen eines Auslösedrucks an den Anschluss 47 wird der Kolben 49 bewegt, um den Weg für das unter hohem Druck stehende Löschgas freizugeben. Der Ausiass 51 ist mit dem Adapter 37 verbunden. Das Behälterventil 46 und das Steuerventil 3 bilden zusammen mit dem Adapter 37 eine starre Einheit von H-förmiger Gestalt.

Anstelle des Auslösedruckes, der an Anschluss 47 gelegt wird, kann auch eine mechanische, elektrische oder hydraulische Beaufschlagung des Behälterventils 46 erfolgen. Das Behälterventil gibt den Hochdruck für das Steuerventil 3 frei, Daher ist das Steuerventil 3 nicht ständig dem Hochdruck ausgesetzt, sondern nur dann, wenn das Behälterventil 46 geöffnet hat. Von diesem Zeitpunkt an kann der Kolben 42 durch Druckbeaufschlagung des Steueranschlusses 17 seine Druckregelfunktion ausüben.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 8 ist das Ventilgehäuse 5 auf einem Ventiisockel 22 montiert, der an den Druckgasbehälter angeschraubt wird. Das Ventilgehäuse 5 ist mit den beiden Deckeln 19 und 20 verschlossen. Der Deckel 20 weist den Steuerdruckanschluss 17 für das Steuergas auf und der Deckel 19 hält einen Stutzen, welcher die Auslassöffnung 8 enthält. In dem Ventilgehäuse befindet sich eine Gehäusebohrung 61, in der eine Zylinderbuchse 40 in Längsrichtung verschiebbar ist. Die Zylinderbuchse 40 enthält einen Kolben 62, der mit seiner Stirnwand die Steuerdruckkammer 16 begrenzt und in einer Zylinderbohrung 41 der Zylinderbuchse bewegbar ist. Der Kolben 62 wird von einer Verschlussfeder 21 in Richtung auf den Steuerdruckanschluss 17 gedrückt.

Die Verschlussfeder 21 ist an einer Ringschulter 53 der Zylinderbuchse 40 abgestützt Eine weitere Ringschulter dient als Anschlag 54 für den Kolben 62.

Der Kolben 62 ist mit Querbohrungen 43 versehen, die von außen in die Hochdruckkammer 45 hineinführen. Die Querbohrungen 43 arbeiten mit Querbohrungen 44 der Zylinderbuchse 40 zusammen. Wenn der Kolben 62 durch den Steuerdruck in der Zylinderbohrung 41 bis zum Anschlag 54 vorgeschoben wurde, kommen die Querbohrungen 43 und 44 miteinander in Verbindung.

Das Ventiigehäuse 5 enthält eine ringförmige Nut, weiche die Hochdruckkammer 45 bildet. Wenn die Querbohrungen 43 und 44 in den Bereich der Kammer 45 gelangen, wird der Behälterdruck durch die Querbohrungen in die Arbeitsdruckkammer 64 und von dieser zur Auslassöffnung 8 geleitet.

Die Außenseite der Zylinderbuchse 40 enthält eine Nockenkontur 55 in Form einer umlaufenden Vertiefung mit schrägen Flanken. In diese Nockenkontur dringt der Stößel 56 eines im Ventilsockel enthaltenen Behälterventils 57 ein. Das Behälterventil 57 weist einen Ventilkörper 58 auf, der von einer Feder 59 gegen einen Ventilsitz 60 gedrückt wird. Wenn das Ende des Stößels 56 sich in der Mulde der Nockenkontur 55 befindet, so wie dies in Figur 8 dargestellt ist, drückt die Feder 59 den Ventilkörper 58 in die Schließstelϊung. Wird durch den Druck in der Steuerdruckkammer 16 der Kolben 62 verschoben, so kommen zuerst die Querbohrungen 43 und 44 zur Deckung und anschließend wird die Zylinderbuchse 40 gemäß Figur 8 nach links verschoben. Dadurch gelangt die Spitze des Stößels 56 auf die Schrägflanke der Nockenkontur 55. Der Stößel 56 drückt den Ventilkörper 58 in die öffnungssteliung, so dass das Behälterventil 57 öffnet und das in dem Druckgasbehälter unter Hochdruck stehende Löschgas zum Einströmen in das Steuerventil 3 freigibt. Der Gewindestutzen 63 wird an den Druckgasbehälter angeschlossen.

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Auch bei dem Ausführungsbeispie! nach Figur 8 ist sichergestellt, dass die Hochdruckkammer 45 nicht ständig dem unter Hochdruck stehenden Löschgas ausgesetzt ist. Vielmehr wird der Hochdruck durch das normalerweise geschlossene Behäiterventil 57 von dem Steuerventil 3 ferngehalten. Durch das Steuergas am Steuerdruckanschluss 17 wird sowohl das öffnen des Behälterventils 57 bewirkt als auch die Druckregelung durch das Steuerventil 3. Das Steuerventil mit dem Ventilsockel 22 stellt mit einfachen Mitteln sicher, dass das Löschgas mit dem gewünschten niederen Druck in die Löschleitung eintritt, ohne dass die Hochdruckkammer ständig mit dem unter Hochdruck stehenden Löschgas gefüllt ist.