DE60122125T2

DE60122125T2 - Hypoxische brandbekämpfungsysteme und atmungsfähige feuerlöschmittel

Info

Publication number: DE60122125T2
Application number: DE60122125T
Authority: DE
Inventors: K. Igor New York Kotliar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: AU7765401A; CA2406118A1; IL152017A0; CA2406118C; NO326017B1; ES2269432T3; WO2001078843A2; CN1247281C; RU2002130714A; AU2001277654B2; US20020023762A1; JP2003530922A; EP1274490A2; CN1441687A; RU2301095C2; NO20024955D0; DE60122125D1; WO2001078843A3; ATE335526T1; EP1274490B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft vorgefertigte atembare hypoxische (sauerstoffarme) Zusammensetzungen, Systeme und ein Verfahren zur Brandverhütung und -bekämpfung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 5, 8 und 18.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gegenwärtige Brandbekämpfungssysteme setzen entweder Wasser, chemische Mittel, gasförmige Mittel (wie etwa Halon 1301, Kohlendioxid, und Heptafluorpropan) oder eine Kombination davon ein. Praktisch alle davon sind ozonabbauend, giftig und nicht umweltfreundlich. Überdies können diese Systeme nur nach der Entzündung eingesetzt werden. Sogar das jüngste Erscheinen des Bekämpfungssystems Fire Master 200 (FM 200) (erhältlich von Kidde-Fenwal Inc. in den USA) ist immer noch chemisch abhängig und verzögert nur den Fortschritt des Brands um einige Minuten. Sobald dieses brandverzögernde Gas erschöpft ist, folgt ein Sprinklersystem, das zur dauerhaften Zerstörung von elektronischen Einrichtungen und anderen Wertgegenständen führt.
Die Belastung durch FM-200 und andere Brandbekämpfungsmittel ist weniger bedenklich als die Belastung durch die Produkte ihres Zerfalls, die zum größten Teil hochgiftig und lebensbedrohend sind. Folglich ist gegenwärtig keine Brandbekämpfungs/Löschzusammensetzung erhältlich, die sowohl sicher als auch wirksam ist.
Hinsichtlich von Bahn-, Schiffs- oder Flugzeugbränden schafft die Unfähigkeit, Passagiere rasch zu evakuieren, eine besonders gefährliche Situation. Die Mehrheit der Passagiere, die beim Brand im französischen Mont-Blanc-Tunnel starben, erstickte innerhalb von Minuten. In diesem Fall war das Problem außerdem mit dem Vorhandensein von Lüftungsschächten verbunden. Ursprünglich dazu bestimmt, eingeschlossenen Personen atembare Luft bereitzustellen, wiesen diese Schächte die unglückliche Nebenwirkung auf, dass sie die Ausbreitung des Brandes dramatisch beschleunigten. Besonders verheerend ist der "Kamineffekt", der in Tunneln mit einem Gefälle auftritt. Ein Beispiel dafür war der Brand, der im Schitunnel in Kaprun in den österreichischen Alpen ausbrach.
Zusätzlich erhöhen Lüftungsschächte (die in praktisch allen Gebäuden und industriellen Anlagen mit mehreren Ebenen vorhanden sind) die Gefahr des Einatmens von Schadstoffen deutlich. Dieses Problem ist außerdem damit verbunden, dass häufig brennbare Materialien vorhanden sind, die die Ausbreitung eines Brands dramatisch beschleunigen können.
Obwohl die Verbreitung von Fernsensoren zu bedeutenden Durchbrüchen bei der frühen Brandfeststellung geführt hat, waren die Verbesserungen bei der Verhütung/Bekämpfung von Bränden bestenfalls schrittweise. Zum Beispiel wird das fortschrittlichste Bekämpfungssystem zur Bekämpfung von Tunnelbränden durch Domenico Piatti (PCT IT 00/00125) unter robogat@in.it angeboten. Beruhrend auf dem raschen Einsatz eines automatisierten Fahrzeugs (ROBOGAT), bewegt sich der Robogat durch den betroffenen Tunnel zum Brandort. Bei seiner Ankunft gibt er eine begrenzte Versorgung mit Wasser und Schaum frei, um die Brandbekämpfung zu beginnen. Nötigenfalls kann der Robogat eine Sonde in die innere Wasserversorgung des Tunnels für die fortgesetzte Brandbekämpfung einsetzen. Dieses System ist aus den folgenden Gründen streng beschränkt:

– Die Zeit, die zwischen dem Ausbruch des Brands und der Ankunft des Robogat vergeht, ist unannehmbar.
– Die hohen Temperaturen, die für Tunnelbrände charakteristisch sind, werden eine Verformung und eine Zerstö rung der Laufschiene, der Wasser- und der Telekommunikationsleitungen verursachen.
– Die Feuerbeständigkeit des Robogat ist höchst zweifelhaft.
– Die Verwendung von Wasser und Schaum bei Hochtemperatur-Tunnelbränden ist nur teilweise wirksam und wird zur Entwicklung von hochgiftigen Dämpfen führen, die die Sterblichkeit eingeschlossener Personen erhöhen.

Einer der Hauptsicherheitsmängel in modernen Passagierflugzeugen, der immer noch ungelöst bleibt, ist ein Mangel an einer geeigneten Brandbekämpfungs- und Brandverhütungsausrüstung.
Tatsächlich sind es nicht die mit Bränden an Bord verbundenen Flammen, die die meisten Flugbesatzungen und Passagiere töten, sondern ist es vielmehr der mit Giftstoffen wie Benzen, Schwefeldioxid, Formaldehyd, Wasserstoffchlorid, Ammoniak und Wasserstoffcyanid gesättigte Rauch. Obwohl diese und andere Chemikalien tödlich sind, sterben die meisten Opfer an Kohlenmonoxid. Dieses farb- und geruchlose Gas, das während Bränden im Überfluss erzeugt wird, insbesondere in geschlossenen Abteilen mit unzureichender Lüftung, ist selbst in geringen Konzentrationen von weniger als einem Prozent äußerst tödlich.
Giftige Verbrennungsprodukte, die in ein geschlossenes Abteil wie etwa eine Flugzeugkabine mit keinem leicht verfügbaren Fluchtmittel freigesetzt werden, stellen in der Lufttransportindustrie eine bedeutende Sorge dar. Diese Sorge ist aufgrund der ständig wachsenden Flugzeugkapazität und der steigenden Anzahl von Passagieren, die ihnen ausgesetzt sein können, für Passagierflugzeuge von besonderer Wichtigkeit.
Die Verbreitung von giftigen Chemikalien in modernen fortgeschrittenen Materialien führt zu einer Kabinengestaltung, die vollständig aus Kunststoffen, Stoffen, Verdrahtungen und Verkleidungen erzeugt ist, welche äußerst gefährlich sein können, wenn sie ausreichend erhitzt werden, um Gase zu erzeugen. Das Überleben in einer giftigen Umgebung wie dieser ist auf nur einige wenige Minuten beschränkt. Eine statistische Analyse für die letzten Dekaden zeigt, dass etwa 70 bis 80 Prozent der Brandtodesopfer auf das Einatmen von giftigem Rauch zurückzuführen sind.
Ein modernes Passagierflugzeug ist völlig mit elektrischen und elektronischen Einrichtungen durchsetzt, die durch viele Meilen von Drähten und Kabeln verbunden sind. Ausnahmezustände verschiedensten Ursprungs können zu elektrischen Kurzschlüssen mit daraus folgender Entzündung der isolierenden Überzugs- und der umgebenden brennbaren Materialien führen. Dem folgt eine massive Erzeugung von giftigen Aerosolen, die gemäß der Erfahrung mit menschlichen Brandtodesopfern die Hauptgefahr darstellen.
Obwohl die wichtigsten Überlebenssysteme für ein Flugzeug, wie etwa die Gasturbinen und die Kraftstofftanks, ausreichend mit automatischen Brandbekämpfungssystemen ausgerüstet sind, mangelt es der Passagierkabine und dem Cockpit kritisch an Brandverhütungsmitteln. Die Verwendung von Standard-Feuerlöschsubstanzen, wie etwa Halon 2000 oder dergleichen, kann das Problem aufgrund der hohen Giftigkeit der Produkte ihrer Pyrolyse nicht lösen. Die US-Patentschrift Nr. 4,726,426 (Miller) lehrt Verfahren der Feuerlöschung in einer Flugzeugkabine, die Lüftungskanälen vom Frachtfeuerlöschsystem verwenden, was die Passagiere möglicherweise tödlichen Kombinationen von Rauch, Brandbekämpfungsmitteln und hochgiftigen Produkten ihrer Pyrolyse aussetzen würde.
Im Fall eines Brands an Bord müssen die Piloten eine Notfallprüfliste durchgehen, um den Ursprung des Brands ausfindig zu machen. Eine Piloten-Notfallprüfliste ist zu lang, um die Besatzung Brände in der Luft kontrollieren zu lassen. Für die Besatzung des Flugs Swissair 111, der 1998 in der Nähe von Nova Scotia abstürzte, wobei 299 Menschen getötet wurden, dauerte es nach der ersten Meldung von Rauch 20 Minuten bis zum Absturz, während 30 Minuten nötig sind, um die Standard-Prüfliste durchzugehen.
Es wird angenommen, dass Sauerstoffmasken Passagiere und Flugbesatzungen vor dem Einatmen von Giftstoffen schützen würden. In Wirklichkeit sind Piloten angewiesen, die Masken nicht freizugeben, wenn die Gefahr eines sauerstoffgespeisten Brands die Situation verschlimmern würde. Überdies sind diese Masken gegen giftige Gase von einer Verbrennung praktisch nutzlos. Standard-Sauerstoffmasken für Flugbesatzungen und Passagiere weisen Öffnungen auf, um die Kabinenluft mit der Sauerstoffversorgung zu mischen, wodurch sie tödlichen Gasen einen direkten Weg zum Erreichen der Lungen gestatten. Darüber hinaus stellt die Sauerstoffversorgung in einem Passagierflugzeug weniger als 20% des Sauerstoffstroms bereit, der für die Atmung benötigt wird, und hält sie nur einige wenige Minuten an.
Alternativ wird das Erhöhen der Frischluftversorgung, wie es durch das System ECHO Air von Indoor Air Technologies Inc. in Kanada angeboten wird, einen Brand nur ausbreiten und seine Tödlichkeit beschleunigen. Ihre unter www.indoorair.ca bereitgestellte Patentanmeldung lehrt, dass ein verbessertes Luftbelüftungssystem die Beseitigung von verschmutzter Luft gestatten wird und Frischluft wirksamer in eine Flugzeugkabine liefern wird. Obwohl dieses Verfahren eine Verbesserung bei der Brandsicherheit behauptet, vermehrt es in der Praxis die Sauerstoffanreicherung einer Brandquelle.
Eine jüngste Studie der US Air Line Pilots Association (ALPA) behauptet, dass im Jahr 1999 im Durchschnitt ein US-Linienflugzeug pro Tag eine Notlandung aufgrund eines Kurz schlusses vorgenommen hat, der zu einer Funkenbildung mit sich daraus ergebendem Rauch und Feuer in der unter Druck stehenden Kabine geführt hat. Eine fehlerhafte Verdrahtung ist der Hauptschuldige daran.
Einige Organisationen haben drastische Maßnahmen ergriffen, um dieses Problem zu behandeln. 1987 befahl die US-Marine die Entfernung der anfälligsten Verdrahtung aus ihren Flugzeugen, und 1999 erteilte die NASA ihrer gesamten Flotte an Spaceshuttles Startverbot, als ein Verdrahtungsfehler dazu führte, dass ein Start abgebrochen wurde. Dennoch werden immer noch jeden Tag Millionen von Passagieren durch Verkehrsflugzeuge befördert, die mit einer alten Verdrahtung ausgerüstet sind, welche nicht richtig auf Fehler geprüft werden kann. In den USA hat die Federal Aviation Administration (FAA) die Probleme untersucht, die Flugzeuge befallen können, welche seit mehr als 20 Jahren fliegen. Das Aging Aircraft Program, das durch einen Unfall ausgelöst wurde, bei sich im Himmel über Hawaii ein Teil des Dachs von einer alternden Boeing 737 löste, läuft seit 1988. 1996 stürzte der Flug 800 der TWA vor der Küste von Long Island ab, wobei alle 230 Menschen an Bord getötet wurden. Fehlerhafte Drähte in einem Kraftstofftank wurden dafür als wahrscheinlichste Ursache der Explosion verantwortlich gemacht. Als Folge dieses Absturzes führten Prüfungen bei anderen Fluglinien in der ganzen Welt zur Entdeckung mehrerer anderer Flugzeuge, bei denen die Isolierung an einer alternden Verdrahtung, die zu Sensoren in Kraftstofftanks führt, durch Schwingungen weggescheuert worden war oder während der Routinewartung beschädigt worden war.
Es gibt gegenwärtig nur vier Verfahren zur Brandbekämpfung in Einrichtungen, die von Menschen belegt sind:

– die Verwendung von Wasser
– die Verwendung von Schaum
– die Verwendung von chemischen Flammenhemmstoffen,
– die Verwendung von gasförmigen Flammenhemmstoffen.

EO-0 301 464 offenbart eine Zusammensetzung, ein System und ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 5, 8 und 18. Dieses Dokument beschreibt eine atembare feuerlöschende Atmosphäre, die eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 8 bis 15% aufweist und Kohlendioxid und ein anderes träges Gas (z.B. Stickstoff oder Helium) umfasst. Diese Atmosphäre wird durch Einbringen einer wirksamen Menge eines Löschgases, das Kohlendioxid und ein anderes träges Gas, z.B. Stickstoff oder Helium, umfasst, in den geschlossenen Raum erreicht. WO 99/47210A lehrt ein Verfahren zur Verringerung des Sauerstoffgehalts in geschlossenen Räumen über die Einbringung von reinem Stickstoff oder eines trägen Gasgemischs oder das Entziehen von Sauerstoff aus diesem Raum. FR 2748396 offenbart ein feuerlöschendes Gasgemisch, das z.B. 52% N, 40% Ar und 8% CO₂ umfasst. Das heißt, dass alle diese Dokumente das Einspritzen eines trägen Gases oder eines Gasgemischs aus trägen Gasen in geschlossene Räume, um den Sauerstoffgehalt im geschlossenen Raum auf einen bestimmten Pegel zu verdünnen, aber keine hypoxische Zusammensetzung, die Sauerstoff umfasst, lehren.
US 5,887,439 gibt nur einen vagen Hinweis auf eine brandverhütende Eigenschaft von sauerstofffreien oder beinahe sauerstofffreien Umgebungen und offenbart keine konkrete technische Lehre zur Verwendung einer sauerstoffhaltigen atembaren Zusammensetzung, um Brände zu verhüten oder zu bekämpfen.
Das technische Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist, eine sichere Zusammensetzung, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, um einen Brand in geschlossenen Räumen zu verhüten bzw. zu bekämpfen, wobei der Bedarf an einer teuren elektronischen Rückkopplungseinrichtung beseitigt ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das zugrundeliegende Problem wird durch eine Zusammensetzung, ein System und ein Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 1, 5, 8 und 18 überwunden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung setzt einen radikal anderen Ansatz ein: die Verwendung von hypoxischer atembarer Luft zur Brandverhütung und -bekämpfung. Diese hypoxische Umgebung beseitigt die Entzündung und Verbrennung aller brennbaren Materialien völlig. Überdies ist sie völlig sicher für die menschliche Atmung (klinische Studien haben bewiesen, dass die Langzeit-Einwirkung einer hypoxischen Umgebung bedeutende gesundheitliche Vorteile aufweist). Hypoxische atembare Luft kann durch den Entzug von Sauerstoff aus der Umgebungsluft billig in der nötigen Menge erzeugt werden.
Hinsichtlich der Brandverhütung kann eine ständig aufrechterhaltene hypoxische Umgebung die Möglichkeit eines Brands völlig beseitigen, während sie gleichzeitig eine äußerst gesunde Umgebung bereitstellt. Hinsichtlich der Bekämpfung kann diese Erfindung eine normoxische Umgebung absolut ohne nachteilige Auswirkungen auf das menschliche Leben augenblicklich in eine hypoxische Umgebung verwandeln. Dies ist im Fall von aufflammenden Bränden oder Explosionen äußerst nützlich.
Beruhend auf der Ausnutzung der grundlegenden Unterschiede zwischen der menschlichen Physiologie und der chemophysikalischen Eigenschaften der Verbrennung löst dieser gänzlich neue Ansatz den inhärenten Widerspruch zwischen der Brandverhütung und der Bereitstellung einer sicheren atembaren Umgebung für Menschen vollständig. Folglich stellt diese Erfindung einen radikalen Fortschritt bei der Behandlung von Bränden dar und wird sie alle gegenwärtigen chemischen Systeme obsolet machen.
Hypoxische Brandverhütungs- und -bekämpfungssysteme werden die massiven gesellschaftsökonomischen Verluste, die sich aus dem Ausbruch von Bränden ergeben, vollständig verhindern.
Das erfinderische System ist völlig ungiftig, voll automatisiert und gänzlich selbsttragend. Folglich ist es ideal zur Bereitstellung eines vollständigen Brandschutzes für Häuser, Industriekomplexe, Transporttunnels, Fahrzeuge, Archive, Computerräume und andere geschlossene Umgebungen geeignet.
Da der Großteil von Bränden (sowohl industriell als auch nichtindustriell) an Orten mit einer wesentlichen Menge an elektronischer Ausrüstung auftritt, weist dieses Fire Prevention and Suppression System (Brandverhütungs- und -bekämpfungssystem, FirePASS^TM) den zusätzlichen Vorteil auf, dass es absolut kein Wasser, keinen Schaum oder kein anderes beschädigendes Mittel benötigt. Es kann daher vollständig eingesetzt werden, ohne einen Schaden an der komplexen elektronischen Ausrüstung (und ihrer gespeicherten Daten), die durch herkömmliche Brandbekämpfungssysteme zerstört wird, zu verursachen.
Während dies für technologisch aufwendige Unternehmen wie Banken, Versicherungsgesellschaften, Kommunikationsgesellschaften, Hersteller, Bereitsteller medizinischer Versorgung und militärische Anlagen äußerst wichtig ist, nimmt es viel größere Bedeutung an, wenn man die direkte Beziehung zwischen dem Vorhandensein an elektronischer Ausrüstung und der erhöhten Brandgefahr in Betracht zieht.
Die Hauptaufgaben dieser Erfindung sind wie folgt:

• Die Bereitstellung einer atembaren feuerlöschenden Zusammensetzung.
• Ein Verfahren zur Erzeugung einer brandverhütenden hypoxischen Atmosphäre in Umgebungen, die von Menschen belegt sind.
• Die Bereitstellung einer sauerstoffabbauenden Ausrüstung, die atembare hypoxische Luft mit Feuerlöscheigenschaften erzeugt. Diese Ausrüstung setzt die Verfahren der Molekularsiebadsorption, der Membrantrennung und anderer Sauerstoffentzugstechnologien ein.
• Die Bereitstellung von atembaren feuerlöschenden Zusammensetzungen für die fortlaufende oder episodische Verwendung in Umgebungen, die von Menschen belegt sind.
• Die Bereitstellung der Ausrüstung und des Verfahrens zur augenblicklichen Erzeugung einer brandbekämpfenden, sauerstoffverarmten Atmosphäre, in der Menschen sicher atmen können (ohne Mittel zur Unterstützung der Atmung).
• Die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung einer brandverhütenden Atmosphäre in hermetisch abgedichteten Objekten mit gesteuertem Temperatur- und Feuchtigkeitsgrad. Dies kann durch Einbringen eines trägen Ballasts in die künstliche Atmosphäre und Verändern der ursprünglichen Einstellung von gegenwärtigen Lebenserhaltungssystemen und ihr Neuprogrammieren bewerkstelligt werden.
• Die Bereitstellung von hypoxischen Umgebungen zur Brandverhütung/bekämpfung in Tunneln, Fahrzeugen, Privathäusern (einzelnen Räumen oder gesamten Aufbauten), öffentlichen/industriellen Einrichtungen und allen anderen Anwendungen für nichthermetische Umgebungen, die von Menschen belegt sind.
• Die Bereitstellung eines Brandbekämpfungssystems, das augenblicklich ein gespeichertes sauerstoffverarmtes Gasgemisch aus einem pneumatischen Hochdrucksystem oder einem autonomen Behälter freigibt.
• Die Bereitstellung eines Verfahrens und der Fähigkeit, einen Brandort durch die Verwendung von Fallvorhängen, Türen oder anderen Mitteln der physischen Trennung lokal zu begrenzen, wobei anschließend atembare brandbekämpfende Gasgemische freigegeben werden.
• Die Bereitstellung eines Flugzeugbrandbekämpfungssystems, das ein hypoxisches Brandbekämpfungsmittel verwendet, um an Bord eine atembare Atmosphäre zu erzeugen, die feuerlöschende Eigenschaften aufweist.
• Die Bereitstellung eines Flugzeugbrandbekämpfungssystems, das einen biegsamen aufblasbaren Behälter zur Lagerung des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht der Dichte der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in einer hypobarischen oder natürlichen Höhenumgebung.
2 zeigt eine schematische Ansicht der Dichte der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in einer hypoxischen normbarischen Umgebung mit Normaldruck und dem gleichen Sauerstoff-Teildruck.
3 zeigt eine schematische Ansicht der Dichte der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in einer normoxischen normbarischen Umgebung; oder in der Umgebungsluft auf Meereshöhe.
4 veranschaulicht ein Arbeitsprinzip des normbarischen hypoxischen Brandverhütungs- und -bekämpfungssystems schematisch.
5 zeigt eine schematische Ansicht des Arbeitsprinzips des hypoxischen Generators HYP-100/F.
6 bietet eine zukünftige Abwandlung des gleichen Generators, wie er in 5 gezeigt ist.
7 veranschaulicht ein Arbeitsprinzip eines Membrantrennungsmoduls.
8 veranschaulicht den Vergleich einer Flammenlöschkurve und einer Hämoglobin/Sauerstoff-Sättigungskurve bei der Einbringung von Luft mit verringertem Sauerstoff in eine gesteuerte Umgebung.
9 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems für Wohnhäuser.
10 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems für Gebäude mit mehreren Ebenen.
11 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems für Industriegebäude.
12 zeigt eine schematische Ansicht eines tragbaren Brandbekämpfungssystems für ausgewählte Räume in jeder beliebigen Art von Gebäude.
13 veranschaulicht die einzigartigen Eigenschaften des erfundenen Systems in der mobilen Abwandlung.
14 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems, wenn es im Belüftungssystem einer unterirdischen Militäranlage ausgeführt ist.
15 zeigt eine schematische Ansicht des Arbeitsprinzips des Systems in einem Kraftfahrzeugtunnel.
16 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Tunnels mit einem System zur Ausbringung begrenzender Vorhänge.
17 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems für Tunnel einer elektrischen Eisenbahn oder U-Bahn.
18 zeigt eine Vorderansicht des Eingangs des Tunnels mit einer Trenntür.
19 zeigt eine schematische Ansicht des erfundenen Systems für Tunnel von Bergschibahnen oder Standseilbahnen.
20 zeigt eine schematische Ansicht des On-Board FirePASS, das in Zügen, Bussen, U-Bahn-Waggons oder anderen Passagierfahrzeugen verwendet werden kann.
21 veranschaulicht die Ausführung der FirePASS-Technologie im Belüftungssystem eines gegenwärtigen Passagier-Verkehrsflugzeugs.
22 zeigt die Ausführung des FirePASS in der nächsten Generation von Verkehrsflugzeugen, die über der Erdatmosphäre fliegen können (oder für Raumfahrzeuge).
23 veranschaulicht das allgemeine Arbeitsprinzip des autonomen Luftwiederaufbereitungssystems für hermetische Räume, die von Menschen belegt sind.
24 zeigt die Ausführung der hypoxischen FirePASS-Technologie in einem autonomen luftwiederaufbereitenden System eines Militärfahrzeugs.
25 zeigt eine schematische Ansicht einer hypoxischen feuerlöschenden atembaren Zusammensetzung als Teil der inneren Atmosphäre einer Raumstation.
26 zeigt eine schematische Ansicht des Systems Marine FirePASS zur Verwendung in Seefahrzeugen wie z.B. Tankern, Fracht- oder Kreuzfahrtschiffen oder militärischen Schiffen.
27 veranschaulicht das Arbeitsprinzip des Marine FirePASS.
28 zeigt die Ausführung des Aircraft Fire Suppression Systems (Flugzeugbrandbekämpfungssystems) bei der Flugzeugkabinengestaltung.
29, 30, 31 und 32 veranschaulichen das Arbeitsprinzip des AFSS schematisch.
33 veranschaulicht die Veränderung der Sättigung des Oxyhämoglobins bei 10% O₂ in der eingeatmeten Luft, die in einem Fall die CO₂-Konzentration der Umgebungsatmosphäre und in einem anderen Fall einen bis auf 4% erhöhten CO₂-Gehalt enthält.
34 zeigt ein Diagramm, das eine durchschnittliche physiologische Reaktion auf die Einwirkung der erfundenen atembaren hypoxischen Brandbekämpfungszusammensetzung in einer Höhe von 2,5 km oder an Bord eines modernen Passagierflugzeugs darstellt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung beruht auf einer Entdeckung, die während der Forschungen gemacht wurde, die in einem von Hypoxico Inc., hergestellten Hypoxic Room System (hypoxichen Raumsystem) durchgeführt wurden. Der Erfinder entdeckte, dass sich die Vorgänge der Entzündung und der Verbrennung in einer normbarischen hypoxischen Umgebung sehr vom Entzündungs- und Verbrennungsvorgang unterscheiden, der in einer hypobarischen oder natürlichen Höhenumgebung mit dem gleichen Sauerstoff-Teildruck auftritt.
Zum Beispiel kann Luft mit einem Sauerstoff-Teildruck von 4,51 Zoll (114,5 mm Quecksilber) bei einer Höhe von 9.000 Fuß (2700 m) das Brennen einer Kerze oder die Entzündung von Papier leicht unterstützen.
Doch wenn wir eine entsprechende normbarische Umgebung mit dem gleichen Sauerstoff-Teildruck (4,51 Zoll oder 114,5 mm Quecksilber) erzeugen, wird eine Kerze nicht brennen und wird sich Papier nicht entzünden. Sogar ein Streichholz wird nach der Erschöpfung der sauerstofftragenden Chemikalien, die sich an seiner Spitze finden, augenblicklich erlöschen. In der Tat wird jegliches Feuer, das in diese normbarische hypoxische Umgebung eingebracht wird, augenblicklich gelöscht. Sogar ein Propangasfeuerzeug oder ein Gasbrenner wird sich in dieser Umgebung nicht entzünden.
Diese überraschende Beobachtung führt zur naheliegenden Frage: "Warum bewirken zwei Umgebungen, die identische Sauerstoff-Teildrücke (eine identische Anzahl von Sauerstoffmolekülen pro spezifischem Volumen) enthalten, die Vorgänge der Entzündung und der Verbrennung so unterschiedlich?".
Die Antwort ist einfach: "Der Unterschied in der Sauerstoffkonzentration in diesen beiden Umgebungen verringert die Verfügbarkeit von Sauerstoff, um die Verbrennung zu unterstützen. Dies liegt an Stickstoffmolekülen, die die kinetischen Eigenschaften der Sauerstoffmoleküle beeinträch tigen". Mit anderen Worten stellt die erhöhte Dichte an Stickstoffmolekülen eine "Pufferzone" bereit, die die Verfügbarkeit von Sauerstoff behindern.
1 zeigt eine schematische Ansicht der Dichte der Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in einer hypobarischen oder natürlichen Umgebung in einer Höhe von 9.000 Fuß/2,7 km (alle anderen atmosphärischen Gase werden außer Acht gelassen, um die folgenden Erklärungen zu vereinfachen). Dunkle Kreise stellen Sauerstoffmoleküle dar, und hohle Kreise stellen Stickstoffmoleküle dar.
2 zeigt die Dichte der Moleküle in einer hypoxischen Umgebung mit dem gleichen Sauerstoff-Teildruck (4,51 Zoll oder 114,5 mm Quecksilber), aber bei einem Standard-Atmosphäredruck von 760 mm Quecksilber.
Wie ersichtlich ist, enthalten beide Umgebungen identische Mengen an Sauerstoffmolekülen pro spezifischem Volumen. Doch im zweiten Fall (in 2 gezeigt) beträgt die relative Menge an Stickstoffmolekülen in Bezug auf Sauerstoffmoleküle ungefähr 6 : 1 gegenüber 4 : 1.
Wenn die kinetischen Eigenschaften beider Gase verglichen werden, wird entdeckt, dass Stickstoffmoleküle sowohl langsamer als auch weniger durchlässig (um einen Faktor von 2,5) als Sauerstoffmoleküle sind. Dieser relative Anstieg in der Anzahl der trägen Stickstoffmoleküle behindert das kinetische Verhalten der Sauerstoffmoleküle. Dies verringert ihre Fähigkeit, eine Entzündung und eine Verbrennung zu unterstützen.
3 zeigt, dass die Sauerstoff/Stickstoff-Zusammensetzung in der Umgebungsluft auf Meereshöhe einen größeren Sauerstoff-Teildruck (159,16 mm Quecksilber) als die Luft aufweist, die sich in 9.000 Fuß (114,5 mm) findet. Es sollte bemerkt werden, dass die Umgebungsluft in jedem beliebi gen Abschnitt der Erdatmosphäre (von der Meereshöhe bis zum Mount Everest) eine Sauerstoffkonzentration von 20,94% aufweist. Doch die Umgebungsluft, die sich auf Meereshöhe findet, steht unter einem wesentlich höheren Druck. Daher nimmt die Anzahl der Gasmoleküle pro spezifischem Volumen zu, während der Abstand zwischen den Gasmolekülen verringert wird.
Die "hypoxische Schwelle" und ihr physiologischer Hintergrund
Während der letzten Dekade wurde eine wesentliche Menge an Daten über die physiologischen Auswirkungen von hypoxischen Umgebungen gesammelt. Umfassende Laborversuche zusammen mit eingehenden klinischen Untersuchungen haben die deutlichen Vorteile von normbarischer hypoxischer Luft beim Fitnesstraining und bei der Verhütung von Krankheiten festgestellt. Die Sauerstoffkonzentrationen in der normbarischen Atemluft (in Höhen bis zu 2600 m) mit dem entsprechenden Sauerstoff-Teildruck weisen absolut keine schädlichen Nebenwirkungen auf den menschlichen Körper auf (Peacock 1998).
Diese Höhe wird ohne nachteilige Gesundheitsauswirkungen von Millionen von Menschen in der ganzen Welt bewohnt (Hochachka 1998).
Die Analyse von Daten, die aus zahlreichen Versuchen durch den Erfinder erlangt wurden, hat zur Schlussfolgerung geführt, dass es unter normbarischen Bedingungen möglich ist, eine künstliche Umgebung mit atembarer hypoxischer Luft zu erzeugen, die gleichzeitig eine Entzündung und eine Verbrennung unterdrücken kann.
Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, die sich auf die Entzündungsunterdrückung und die Flammenauslöschung in einer normbarischen Umgebung von hypoxischer atembarer Luft konzentrierten. Es wurde herausgefunden, dass die Entzündung von gewöhnlichen brennbaren Materialien unmöglich war, sobald der Sauerstoffgehalt unter 16,8% fiel. Während Verbrennungsversuchen wurden diffuse Flammen von verschiedenen geprüften Materialien vollkommen gelöscht, sobald der Sauerstoffgehalt unter 16,2% fiel.
Diese Entdeckung rechtfertigt die Schaffung eines neuen wissenschaftlichen Begriffs, "hypoxische Schwelle", der die absoluten Entflammbarkeitsgrenzen jedes beliebigen Kraftstoffs in einer künstlichen Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von 16,2% darstellt. Die Flammenauslöschung bei der hypoxischen Schwelle führt zur sofortigen Beseitigung der Verbrennung, einschließlich einer beschleunigten Unterdrückung des Glühens. Dies führt zur fortgesetzten Unterdrückung von giftigen Dämpfen und Aerosolen.
Diese Versuche beweisen eindeutig, dass eine atembare menschenfreundliche Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt unter 16,2% eine Entzündung und eine Verbrennung vollständig unterdrücken wird.
Hinsichtlich des Sauerstoff-Teildrucks entspricht die hypoxische Schwelle (16,2% O₂) einer Höhe von 2200 Metern. Dies ist mit der Höhe identisch, die verwendet wird, um Passagierflugzeuge während Routineflügen mit Druck zu beaufschlagen. Sie hat sich als völlig sicher erwiesen, selbst für Menschen mit chronischen Krankheiten wie etwa Herz-Lungen-Insuffizienz (Peacock 1998).
Eine normbarische Umgebung bei der hypoxischen Schwelle stellt eine brandverhütende Atmosphäre bereit, die für Privathäuser oder den Arbeitsplatz völlig sicher ist. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass die physiologischen Auswirkungen einer milden normbarischen Hypoxie mit den Auswirkungen identisch sind, die sich in der entsprechenden na türlichen Höhe zeigen. Millionen von Menschen urlauben ohne schädliche Nebenwirkungen in diesen Höhen.
Das schematische Diagramm, das in 8 bereitgestellt ist, vergleicht die unterschiedlichen Reaktionen von zwei sauerstoffabhängigen Systemen (einer Flamme und einem menschlichen Körper), wenn diese einer hypoxischen Umgebung ausgesetzt sind.
Die Kurve Y stellt die Abnahme der Verbrennungsstärke (die der Höhe einer stabilen Diffusionsflamme entspricht) in Bezug auf den abnehmenden Sauerstoffgehalt in einer gesteuerten Umgebung dar. 100% entspricht der maximalen Höhe einer Flamme bei einem Sauerstoffgehalt der Umgebungsatmosphäre von 20,94%. Wenn der Sauerstoffgehalt in der gesteuerten Atmosphäre unter 18% fällt, kann eine deutliche Abnahme in der Flammenhöhe beobachtet werden. Bei der hypoxischen Schwelle X (16,2% O₂) sind die Flamme und ihr zugehöriges Glühen vollständig gelöscht.
Hinsichtlich der Verhütung kann die hypoxische Schwelle auf 16,8% gesetzt werden. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass eine diffuse Flamme ergänzenden Sauerstoff durch eine Kombination aus einer Konvektion und der Herstellung freier Radikale aus dem zerfallenden Brennstoff erhält – Faktoren, die bis nach der Entzündung nicht vorhanden sind. Doch um einen maximalen Schutz sicherzustellen, wird jede zukünftige Ausführungsform eine Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt bei oder unter der "hypoxischen Schwelle" (16,2%) erfordern.
Die Kurve Z veranschaulicht die Veränderung der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im Bezug auf den Teildruck des eingeatmeten Sauerstoffs. In der Umgebungsluft (auf Meereshöhe) beträgt die durchschnittliche Hämoglobinsättigung im lebenden Organismus 98%. Beim dynamischen Gleichgewicht binden sich Moleküle von Sauerstoff mit der gleichen Rate an Häme (den aktiven, sauerstofftragenden Teil des Hämoglobins), mit der Sauerstoffmoleküle freigegeben werden. Wenn der PO2 (der Sauerstoffteildruck) erhöht wird, übersteigt die Rate, mit der sich Sauerstoffmoleküle an Hämoglobin binden, die Rate, mit der sie freigegeben werden. Wenn der PO2 abnimmt, werden Sauerstoffmoleküle von Hämoglobin mit einer Rate freigegeben, die die Rate, mit der sie gebunden werden, übersteigt.
Unter normalen Wärmebedingungen bleibt die Sättigung des Hämoglobins über 90%, sogar, wenn es einem alveolären PO2 von 60 mm Hg (was einer Höhe von 3300 Metern oder 14% O₂ in normbarischer hypoxischer Luft entspricht) ausgesetzt ist. Das bedeutet, dass der Sauerstofftransport trotz einer deutlichen Abnahme des Sauerstoffgehalts der alveolären Luft bei einer annehmbaren Rate bleiben wird.
Es ist wichtig, zu bemerken, dass ein Teildruck des eingeatmeten Sauerstoffs nur die Hämoglobinsättigung in den Alveolen bestimmen kann. Der gesamte folgende Sauerstofftransport und der Metabolismus hängen nur vom Gleichgewicht zwischen dem zellulären Bedarf und der vaskulären Lieferkapazität des Körpers ab. Unter Standardatmosphärebedingungen weist der Teildruck der neutralen verdünnenden Gase keinen Einfluss auf den Metabolismus und den Transport von Sauerstoff auf.
Im Gegensatz dazu wird die Fähigkeit der Sauerstoffmoleküle, eine Verbrennung zu unterstützen, wesentlich beeinflusst, wenn die relative Konzentration der neutralen oder trägen Gase (in diesem Fall Stickstoff) zunimmt.
Die grundlegend unterschiedlichen Eigenschaften dieser sauerstoffabhängigen Systeme sind der entscheidende Faktor, der gestattet, dass eine hypoxische Umgebung bei der hypoxischen Schwelle für das menschliche Leben völlig sicher ist, aber keine Verbrennung unterstützt.
Das in 8 gezeigte Diagramm veranschaulicht deutlich, dass die hypoxische Schwelle die Sättigung des Hämoglobins im lebenden Organismus nicht wesentlich verändert. Im Gegensatz dazu löscht die hypoxische Schwelle augenblicklich jegliche Flamme. Es sollte bemerkt werden, dass die Kurve Z die Hämoglobinsättigungskurve einer Einzelperson darstellt, die ohne vorherige Anpassung einer Hypoxie ausgesetzt wird. In Fällen, in denen eine hypoxische Umgebung proaktiv (zur Brandverhütung) verwendet wird, passen sich Einzelpersonen rasch an den verringerten Sauerstoffpegel an und werden sie normale Hämoglobinsättigungsgrade aufweisen.
Folglich besteht absolut keine Gefahr für Personen, die einen ausgedehnten Zeitraum in einer hypoxischen Umgebung verbringen. Tatsächlich beschreiben zahlreiche medizinische Veröffentlichungen die deutlichen Gesundheitsvorteile, die mit einer Langzeiteinwirkung einer normbarischen Hypoxie verbunden sind. Mehr Informationen über diese Studien lassen sich auf der Webseite von Hypoxico Inc. (www.hypoxico.com) finden.
Zusätzlich zeigen weitere Studien an, dass hohe Grade an Feuchtigkeit die Fähigkeit einer hypoxischen Umgebung zur Unterdrückung einer Verbrennung verbessern. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass sich schnell bewegende Wassermoleküle eine sekundäre Pufferzone schaffen, die Sauerstoffmoleküle weniger dazu verfügbar macht, eine Entzündung oder eine Verbrennung zu unterstützen.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines grundlegenden Konzepts eines brandgeschützten normbarischen (oder geringfügig hyperbarischen), von Menschen belegten Raums 11 zum Leben oder Arbeiten.
4 veranschaulicht einen besonderen Fall eines Raums 11, der Gestelle mit elektronischer Ausrüstung 13 (oder ge lagerten brennbaren Materialien) aufweist, die sich in einer normbarischen Umgebung mit einer Sauerstoffkonzentration bei oder unter der hypoxischen Schwelle befinden. Diese Umgebung stellt durch

• Verhindern, dass sich brennbare Materialien entzünden,
• augenblickliches Unterdrücken von elektrischen oder chemischen Feuern,

Hypoxische Umgebungen mit einem Sauerstoffgehalt von 17% bis 18% können ebenfalls einen begrenzten Schutz gegen eine Entzündung und eine Verbrennung bereitstellen. Für öffentliche Bereiche (z.B. Museen, Archive, usw.) ist es jedoch ratsam, eine Sauerstoffkonzentration bei einem Pegel von 15% bis 16,8% zu halten. Für von Menschen belegte öffentliche Einrichtungen, die einen höheren Brandschutz benötigen, ist ein Sauerstoffgehalt von 14% bis 15% empfohlen. Einrichtungen, die nur kurze periodische menschliche Besuche benötigen, können Umgebungen mit einem Sauerstoffgehalt einsetzen, der von 12% bis 14% reicht. Dies entspricht einer Höhe von 3 km bis 4,5 km (10.000 bis 14.500 Fuß).
Die hypoxische Luft im Inneren des Computerraums 11 wird durch eine geteilte Klimatisierungseinheit (14) bei ungefähr 67°F (18°C) gehalten und ist durch einen Schlauch 16 an einen äußeren Wärmeaustauscher (15) angeschlossen. Warme Luft betritt die Einheit 14 durch eine Ansaugöffnung 17, wird gekühlt, und verlässt die Einheit dann durch einen Auslass 18. Heißes Kältemittel und Wasserkondensation (von der Luft) werden durch einen Verbindungsschlauch 16 in eine äußere Einheit 15 übertragen. An diesem Punkt wird das Kältemittelgas gekühlt und die Kondensation entweder verdampft oder beseitigt. Das Arbeitsprinzip einer geteilten Klimatisierungseinheit ist wohlbekannt und soll in diesem Patent nicht beschrieben werden. Eine geeignete Vorrichtung – PAC/GSR – wird von der italienischen Firma DeLonghi hergestellt. Größere geteilte Klimatisierungseinheiten sind ebenfalls leicht erhältlich. Für Einrichtungen, die keine Computerausrüstung enthalten, wird keine Klimatisierung benötigt.
Ein hypoxischer Generator 20 ist außerhalb eines Raums 11 eingerichtet. Der Generator 20 nimmt Umgebungsluft durch eine Ansaugöffnung 21 auf und entzieht Sauerstoff. Sauerstoffangereicherte Luft wird dann durch einen Auslass 22 abgegeben. Das verbleibende hypoxische Gasgemisch wird durch den Zufuhrauslass 23 ins Innere des Raums 11 übertragen. Überschüssige hypoxische Luft verlässt den Raum 11 durch eine Tür 12, um den atmosphärischen Druck im Inneren des Raums 11 mit der Außenumgebung auszugleichen.
Die Tür 12 für den Zugang durch Personal ist nicht luftdicht, was überschüssiger Luft gestattet, den Raum zu verlassen. Für einen Raum von 20 Kubikmetern ist ein Zwischenraum von ungefähr 5 mm für einen sofortigen Druckausgleich ausreichend. Für manche Anwendungen ist es vorteilhaft, eine leicht hyperbarische Umgebung zu schaffen. Dies kann leicht bewerkstelligt werden, indem der Raum 11 luftdicht gemacht wird und Zwischenräume um die Tür 12 beseitigt werden. Andere Möglichkeiten sind in früheren US-Patentschriften mit den Nummern 5,799,652 und 5,887,439 beschrieben.
Die Anzahl der hypoxischen Generatoren, die für einen Raum 11 benötigt wird, hängt von einer Kombination seiner Größe und der Anzahl der Personen, die ihn belegen, ab. Der Generator, der für einen Raum von 20 m³ am besten geeignet ist, wäre der HYP-100/F. Er ist gegenwärtig von Hypoxico Inc., New York, erhältlich. Der HYP-100/F setzt eine PSA(Druckschwingadsorptions)-Technologie ein, die Sauerstoff aus der Umgebungsluft entzieht. Diese wartungsfreie Einheit wiegt nur 55 Pfund (25 kg) und benötigt nur 450 W. Ein Stick stoffgenerator mit der gleichen Fähigkeit würde drei Mal so schwer sein und zwei bis drei Mal mehr Leistung verbrauchen. Ein zusätzlicher Vorteil des hypoxischen Generators ist seine Fähigkeit, die Feuchtigkeit der hypoxischen Luft zu erhöhen. Um Unfälle zu vermeiden, kann die Einstellung der Sauerstoffkonzentration nicht durch den Benutzer verändert werden.
5 veranschaulicht das Arbeitsprinzip des hypoxischen Generators 20. Der Kompressor 24 nimmt Umgebungsluft durch ein Ansaugfilter 21 auf und setzt sie unter einen Druck von 18 psi. Die Druckluft wird dann in einem Kühler 25 gekühlt und durch eine Leitung 26 in ein Verteilerventil 27 übertragen. Dieses ist über eine Sammelleitung 28 an mehrere Trennbehälter oder Molekularsiebbetten 29 angeschlossen. Abhängig von Gestaltungserfordernissen können diese in einer linearen oder in einer kreisförmigen Weise eingerichtet sein. Die Anzahl der Molekularsiebbetten kann von einem bis zu zwölf schwanken. Der HYP-100/F ist mit zwölf Molekularsiebbetten in einer kreisförmigen Anordnung gestaltet, die in drei Zyklen, vier Betten zu einer Zeit, mit Druck beaufschlagt werden. Dies wird durch ein Drehverteilerventil 27 bewerkstelligt. In diesem besonderen Fall treibt ein kleiner elektrischer Betätigungsmotor 30 ein Drehventil 27 an. Sowohl die Gestaltung als auch das Arbeitsprinzip von Drehverteilerventilen, Motoren und Betätigungselementen ist wohlbekannt und wird nicht näher beschrieben werden. Alle diese Teile sind von Ventilgroßhändlern weit verbreitet erhältlich.
Jedes Molekularsiebbett 29 (oder jede Gruppe von Betten im Fall des HYP-100/F) wird über ein Ventil 27, das Druckluft ausgewählt in jedes Bett umleitet, in Zyklen mit Druck beaufschlagt. Diese Betten 29 sind mit einem Molekularsiebmaterial (vorzugsweise Zeolithe) gefüllt, das Sauerstoff gestattet, hindurchzuverlaufen, während die meisten anderen Gase einschließlich Wasserdämpfen (dies ist für das Endpro dukt wichtig) adsorbiert werden. Der Sauerstoff (oder die sauerstoffangereicherte Fraktion), der (die) durch die Zeolithe verläuft, wird im Sammler 31 gesammelt und durch ein Freigabeventil 32 freigegeben. Er (sie) wird dann durch einen Auslass in die Atmosphäre abgegeben.
Wenn die Zeolithe in einem der Betten 29 mit sauerstoffverarmter Luft gesättigt werden, wird die Zufuhr der Druckluft durch ein Ventil 27 blockiert. Dieses Bett wird dann vom Druck befreit, wodurch der sauerstoffverarmten Luft gestattet wird, von den Zeolithen im Bett 29 zu entweichen. Sie wird dann durch eine Sammelleitung 28 in eine Zufuhrleitung 29 für hypoxische Luft übertragen. Dieses Einweg-Freigabeventil 32 hält die sauerstoffangereicherte Fraktion im Sammler 31 unter einem minimalen Druck (ungefähr 5 psi). Dies stellt sicher, dass während der Druckverminderung des Betts 29 ausreichend Sauerstoff wiedereintreten kann. Dies reinigt die Zeolithe, die mit Stickstoff und Wasser verschmutzt sind, wodurch ihre Absorptionsfähigkeit gesteigert wird.
Ein motorisiertes Drehbetätigungselement 30 kann durch ein lineares Betätigungselement mit einem mechanischen Luftverteilerventil 27 ersetzt werden. Das motorisierte Betätigungselement 30 kann auch durch einen Satz von magnetisch oder elektrisch betriebenen Luftventilen 27 ersetzt werden. Doch wird dies die Hinzufügung einer Schaltkreisplatte erfordern, was den Generator 20 teurer und weniger verläßlich macht. Magnetventile, mechanische Ventile, elektrische Ventile und lineare Betätigungselemente sind weit verbreitet erhältlich und werden nicht näher beschrieben werden.
6 zeigt einen hypoxischen Generator 40, der von Hypoxico Inc. erhältlich ist. Dieses Modell ist an Druckluft tätig, die durch einen Kompressor 24 bereitgestellt wird, und benötigt keine zusätzlichen Elektromotoren, Schalter oder Schaltkreisplatten. In diesem Fall besteht das Vertei lerventil 47 aus einem oder mehr luftgesteuerten Ventilen, die an einer Sammelleitung 48 angebracht sind. Die luftgesteuerten Ventile werden durch Druckluft angetrieben und benötigten keine zusätzliche Unterstützung. Die Druckluft wird durch ein langlebiges HEPA-Filter 49 gereinigt, das von Hypoxico Inc. erhältlich ist. Geeignete luftgesteuerte Ventile sind von Humphrey Products, Kalamazoo, MI, USA, erhältlich. Im Verteilerventil 47 können zahlreiche Kombinationen eingesetzt werden, um Druckluft in einer zyklischen Weise zu verteilen. Ein geeignetes Ventil kann aus der Gruppe gewählt werden, die elektrische, mechanische, luftgesteuerte oder magnetische Ventile umfasst. Sowohl lineare als auch drehende Gestaltungen sind mit Betätigungselementen verfügbar, die durch Druck, mechanische Federn, Motoren oder Zeitgeber gesteuert werden. Es ist nicht möglich, in diesem Patent alle möglichen Luftverteilerlösungen zu behandeln. Die Anzahl der Molekularsiebbetten in diesem Modell kann von 1 bis 12 (oder mehr) schwanken.
Der HYP-100/F stellt hypoxische Luft mit 15% Sauerstoff bei einer Rate von 100 Liter pro Minute bereit (unterschiedliche Einstellungen von 10% bis 18% sind verfügbar und müssen in der Fabrik voreingestellt werden). Der HYP-100/F ist manipulationssicher, da eine unbefugte Person die Sauerstoffeinstellung nicht verändern kann. Generatoren mit größerer Größe bis zu 1200 l/min sind ebenfalls von Hypoxico Inc. erhältlich.
Der hypoxische Generator 200 liefert hypoxische Luft mit ungefähr 15% höherer Feuchtigkeit als jener der umgebenden Umgebungsluft. In milden Klimaten stellt dieser erhöhte Grad an Feuchtigkeit zusammen mit der passenden Temperatur eine perfekte Umgebung für Computer bereit. In trockeneren Klimaten, oder wenn anstelle des hypoxischen Generators 20 ein Stickstoffgenerator verwendet wird, ist es ratsam, einen Befeuchter 19 (in anderen Fällen optional) einzurichten, um den Raum bei einer relativen Feuchtigkeit von unge fähr 40% zu halten. Jeder beliebige Befeuchter, der für die allgemeine Verwendung zugelassen ist, ist annehmbar.
Mehrere Generatoren 20 können in einem besonderen Generatorraum mit seinem eigenen Klimatisierungssystem und einer Frischluftzufuhr von mehr als 500 Kubikfuß/h (14 m³/Stunde) pro HYP-100/F angeordnet werden. Dies ist für größere Einrichtungen mit mehreren Räumen 11 geeignet. In diesem Fall sollten größere Klimatisierungseinheiten eingerichtet werden, die im Kreislaufmodus arbeiten. Die hypoxischen Generatoren werden eine ausreichende Belüftung und Frischluftzufuhr bereitstellen. Jeder hypoxische Generator ist mit einem HEPA(Hochleistungs-Schwebeteilchenabscheidungs)-Filter ausgerüstet, das beinahe sterile Luft bereitstellt. Zusätzlich ist diese "saubere Umgebung" auch für die Brandverhütung vorteilhaft, das sie Staubansammlungen auf Computerausüstungen wesentlich verringert.
Der Raum 111 kann auch einen Computerschrank 13 darstellen, In diesem Fall wird hypoxische Luft, die durch einen Kleingenerator 20 geliefert wird, durch ein kleines Wärmeaustauschermodul 14 gekühlt (beide werden von Hypoxico Inc. erhältlich sein).
Anstelle eines hypoxischen Generators kann jede beliebige Sauerstoffentzugsvorrichtung wie etwa ein Stickstoffgenerator oder eine Sauerstoffanreicherungsvorrichtung verwendet werden. Dies wird jedoch bedeutende Nachteile schaffen. PSA(Druckschwingadsorptions)- und Membrantrennungs-Stickstoffgeneratoren benötigen viel höhere Drücke. Das Ergebnis ist eine weniger leistungswirksame Einheit, die schwerer, lauter und teurer zu unterhalten ist. Überdies sind Stickstoffgeneratoren nicht leistungsfähig und erzeugen sie ein äußerst trockenes Produkt, das eine umfassende Befeuchtung benötigten würde. Andere Sauerstoffentzugstechnologien, wie etwa die Temperaturschwing- oder die Stromschwingabsorption, können ebenfalls in der Sauerstoffentzugsvorrichtung 20 eingesetzt werden. Die meisten dieser Technologien stützen sich auf die Verwendung einer Luftpumpe und eines Lufttrennmoduls. Die Gestaltung und das Arbeitsprinzip derartiger Lufttrennmodule (die sowohl Molekularsiebadsorptions- als auch Membrantrennungstechnologien einsetzen) sind wohlbekannt und weit verbreitet erhältlich.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines Stickstoffgenerators oder einer Sauerstoffanreicherungsvorrichtung, der/die ein Sauerstoffanreicherungsmembranmodul 50 einsetzt. Entzogener Sauerstoff wird durch einen Auslass 53 abgegeben. Trockene Druckluft wird über einen Einlaß 51 in ein Hohlfaser-Membranmodul 50 geliefert. Sich schnell bewegende Sauerstoffmoleküle unter Druck diffundieren durch die Wände der Hohlfasern und treten durch den Auslass 53 aus. Trockener Stickstoff oder ein stickstoffangereichertes Gasgemisch verläuft durch die Hohlfasern und wird durch einen Auslass 52 in den Raum 11 übertragen. Das Einsetzen dieser Technologie im hypoxischen FirePASS-System würde eine zusätzliche Befeuchtung der Umgebung des Raums 11 benötigen.
Sowohl Stickstoffgeneratoren als auch Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen benötigten eine hochentwickelte computerisierte Überwachungsausrüstung, um die Sauerstoffpegel zu steuern und zu überwachen. Dies macht sie für Einrichtungen, die von Menschen belegt sind, unsicher.
Das Prinzip einer normbarischen hypoxischen Umgebung zur Brandverhütung und -bekämpfung könnte auf jeden beliebigen Raum angewendet werden. Einschließungen von jeder beliebigen Form und Größe einschließlich von Gebäuden, Seefahrzeugen, Frachtcontainern, Verkehrsflugzeugen, Raumfahrzeugen/Raumstationen, Computerräumen, Privathäusern und den meisten anderen industriellen und nichtindustriellen Einrichtungen werden aus einer brandverhütenden hypoxischen Umgebung Nutzen ziehen.
In einer großen Computereinrichtung wird jedes Gestell mit Computerausrüstung 13 in seinem eigenen hypoxischen Raum 11 eingeschlossen sein. Diese energiesparende Strategie wird zwischen den Gestellen 13 eine normoxische Umgebung bereitstellen. Zusätzlich wird sie ein gegenwärtiges Brandbekämpfungssystem der Einrichtung nicht beeinträchtigen. Überdies kann die Einrichtung ein viel billigeres Sprinklersystem verwenden, da Wasser nicht fähig sein wird, Computerausrüstung zu beschädigen, die in den wasserdichten Platteneinschließungen des hypoxischen Raums eingeschlossen ist. Hypoxico Inc., New York, stellt geeignete modulare Platteneinschließungen jeder beliebigen Größe her. In diesem Fall wird die Klimatisierung für jede Einschließung optional, da die Einrichtung bereits ausreichend gekühlt sein kann.
8 veranschaulicht einen Vergleich der Flammenlöschkurve Y und der Hämoglobinsättigungskurve Z in einer gesteuerten Atmosphäre während der allmählichen Verringerung des Sauerstoffs (dies wurde früher erklärt).
9 zeigt eine schematische Ansicht eines Privathauses mit einer Doppelmodus-Abwandlung des FirePASS-Systems. Das System kann in den Verhütungsmodus oder in den Bekämpfungsmodus gestellt werden.
Ein Haus 91, in dem das Home FirePASS-System eingerichtet ist, wird einen hypoxischen Generator 91 mit einer Außenluftansaugöffnung 93 und einer Verteilerrohrleitung 94 umfassen. In jedem Raum werden Ablassdüsen 95 angeordnet sein.
Diese Art von hypoxischem Generator 92 beinhaltet einen zusätzlichen Kompressor (nicht gezeigt), der gestattet, dass hypoxische Luft über ein Rohr 96 gespeichert und in einem Hochdruck-Lagerbehälter 97 gelagert wird.
Hypoxische Luft, die im Brandverhütungsmodus verwendet wird, sollte einen Sauerstoffgehalt von ungefähr 16% aufweisen. Im Bekämpfungsmodus sollte der Sauerstoffgehalt in der Innenatmosphäre (nach dem Einsatz des FirePASS) zwischen 12% und 14% liegen.
Rauch- und Feuermelder 98, die im Haus eingerichtet sind, werden das Home FirePASS im Bekämpfungsmodus in Betrieb setzen (im Verhütungsmodus ist eine Brandentzündung unmöglich). Die gesamte Melde- und Steuerausrüstung ist auf dem Markt erhältlich und wird nicht näher beschrieben werden.
Der Lagerbehälter 97 kann hypoxische Luft unter einem Druck von ungefähr 100 Bar (oder höher) enthalten, wenn ein kleinerer Tank gewünscht ist. Der Behälter 97 sollte außerhalb des Hauses 91, vorzugsweise in einem schützenden Gehäuse, eingerichtet sein. Hochdruckgaslagerbehälter und Kompressoren sind leicht auf dem Markt erhältlich. Der hypoxische Generator 92 für das Home FirePASS ist von Hypoxico Inc. erhältlich.
Das Arbeitsprinzip des Systems kann wie folgt beschrieben werden. Der hypoxische Generator 92 zieht frische Außenluft durch die Ansaugöffnung 93 und führt hypoxische Luft durch einen eingebauten Kompressor in einen Hochdruckbehälter 97. Der empfohlene Lagerdruck im Tank beträgt ungefähr 100 Bar.
Das System verfügt über zwei Betriebsmodi, den Verhütungsmodus und den Bekämpfungsmodus. Wenn das Haus unbewohnt gelassen ist (während der Arbeitsstunden oder während Urlauben) wird durch Drücken eines Knopfs am Hauptbedienungsfeld (nicht gezeigt) ein Brandverhütungsmodus in Betrieb gesetzt. Dies setzt das System in Betrieb, indem der hypoxische Generator gestartet wird und die langsame Freigabe von hypoxischer Luft vom Behälter 97 in die Verteilerrohrleitung 94 gestattet wird. Düsen 95 befinden sich in jedem Raum des Hauses. Als Folge kann in ungefähr 15 Minuten eine brandverhütende Umgebung (mit einem Sauerstoffgehalt von 16%) hergestellt werden. Zusätzlich kann eine hypoxische Umgebung mit einer Sauerstoffkonzentration unter 10% geschaffen werden. Dies ist eine sehr wirksame Abschreckung gegen Eindringlinge, da es eine sehr unangenehme Umgebung für den Aufenthalt ist. Wenn die Menschen nach Hause zurückkehren, können sie durch Öffnen der Fenster oder Verwenden eines Belüftungssystems (nicht gezeigt) rasch eine normoxische Atmosphäre herstellen. Wenn die brandverhütende Umgebung erzeugt ist, wird der Generator 92 den Behälter 97 wieder mit hypoxischer Luft nachfüllen.
Falls gewünscht, kann dauerhaft eine hypoxische brandverhütende Atmosphäre hergestellt werden, was den Behälter 97 obsolet macht. Im Verhütungsmodus wird der Generator 92 des Home FirePASS ständig eine menschenfreundliche normbarische hypoxische Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt von 16% bereitstellen. Dies entspricht einer Höhe von 2200 m über Meereshöhe. Diese atembare brandverhütende Atmosphäre stellt eine Anzahl von Gesundheitsvorteilen (auf www.hypoxico.com beschrieben) bereit und schließt die Möglichkeit einer Verbrennung aus (selbst das Rauchen im Haus 91 wird nicht möglich sein). Zu Kochzwecken müssen elektrische Geräte verwendet werden. Haushalts-Heizgeräte, die mit Gas oder flüssigem Brennstoff laufen, können durch Einrichten einer Luftversorgungsleitung, die gestattet, dass für die Verbrennung Außenluft angezogen wird, betriebsfähig gemacht werden.
Der Brandbekämpfungsmodus des Systems ist direkt an Rauch- oder Wärmemelder 98 gebunden, die in jedem Raum des Hauses eingerichtet sind. Ein Signal von einem Rauchmelder 98 wird zum Hauptbedienungsfeld übertragen, das ein automatisches Freigabeventil (nicht gezeigt) öffnet. Dies führt zur schnellen Einbringung des hypoxischen Gasgemischs vom Behälter 97. Freigabedüsen 95 können mit kleinen luftbetriebenen Sirenen ausgerüstet sein, die bei der Freigabe der hypoxischen Luft aktiviert werden. Es wird empfohlen, dass das hypoxische Gas gleichzeitig in alle Räume freigegeben wird. Doch zur Verringerung der Größe des Behälters 97 kann die Freigabe der hypoxischen Luft auf den Raum beschränkt sein, in dem der Rauch festgestellt worden war. In Anbetracht der Reaktionszeit des FirePASS von weniger als einer Sekunde sollte dies mehr als ausreichend sein, um einen lokal begrenzten Brand zu bekämpfen. Ein konzentrierteres hypoxisches Brandbekämpfungsmittel mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1% bis 10% kann ebenfalls verwendet werden, um die Größe des Lagerbehälters 97 zu verringern. Die genaue Größe und die Menge des Brandbekämpfungsmittels sollte so berechnet werden, dass das Mittel dann, wenn es freigegeben ist, eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre erzeugt, die eine Sauerstoffkonzentration von 10% bis 16% aufweist.
Um die Kosten zu verringern, kann das Home FirePASS im Bekämpfungsmodus ohne die Einrichtung des Generators 92 tätig sein. In diesem Fall wird das System aus einem Hochdrucktank 97, einer Gaszufuhrrohrleitung 94 und einem Melde- und Steuersystem 98 bestehen. Eine lokale Wartungsgesellschaft kann die notwendige Wartung und das Nachfüllen des Lagertanks 97 bereitstellen.
10 ist eine schematische Ansicht eines Gebäudes 101 mit mehreren Ebenen, wobei das Building FirePaSS im Brandbekämpfungsmodus eingerichtet ist.
Ein größerer FirePASS-Block (erhältlich von Hypoxico Inc.), der auf dem Dach des Gebäudes 101 eingerichtet ist, weist einen hypoxischen Generator 102 auf, der durch den Entzug von Sauerstoff aus der Umgebungsluft hypoxische Luft (oder ein Feuerlöschmittel) bereitstellt. Der Generator 102 steht mit einem Kompressor 103 in Verbindung, der hypoxische Luft mit einem hohen Druck zum Lagerbehälter 104 liefert. Sobald sie sich dort befindet, wird sie unter einem konstanten Druck von ungefähr 200 Bar (oder höher) gehalten.
Wie in 10 gezeigt kann eine senkrechte Brandmittelzufuhrleitung 105, die in jedem Stockwert Ablassdüsen 106 aufweist, entweder außen oder in einem Liftschacht durch das gesamte Gebäude hindurch eingerichtet sein. Die Ablassdüsen 106 sind mit Schalldämpfern eingerichtet, um das Geräusch, das durch die Freigebe des Hochdruck-Brandmittels erzeugt wird, zu verringern.
Wenn ein Brand festgestellt wird, setzt ein Signal von einem zentralen Bedienungsfeld das Öffnen eines Freigabeventils 107 in Betrieb, welches gespeicherte hypoxische Luft (ein Brandmittel) in das Verteilerrohr 105 drängt. In Anbetracht der schnellen Reaktionszeit des FirePASS sollte die Erzeugung einer atembaren brandbekämpfenden Umgebung im betroffenen Stockwert ausreichend sein. Doch als zusätzliche Vorkehrung sollte das hypoxische Mittel auch in die benachbarten Stockwerke freigegeben werden. Das Building FirePASS wird eine ausreichende Menge des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels (mit einem Sauerstoffgehalt unter 10%) in die gewünschten Stockwerke freigeben und eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 12% bis 15% erzeugen.
Der Überdruck der hypoxischen Atmosphäre wird ihr Eindringen in alle Apartments garantieren und wird eine Brandquelle in irgendeinem Raum augenblicklich unterdrücken. Zusätzlich wird ein Brand durch die Herstellung einer hypoxischen Umgebung in den benachbarten Stockwerken nicht fähig sein, sich auf den oberen Abschnitt des Gebäudes auszubreiten. Ein Schlüsselvorteil dieses Systems ist, dass es in die Feuermelde/Feuerlöschausrüstung, die gegenwärtig vorhanden ist (wie sie durch ein Sprinklersystem, ein Gasbekämpfungssystem usw. eingesetzt wird) aufgenommen werden kann.
Wie in 10 unten gezeigt können getrennte Stockwerke ein eigenes Feuermeldesystem aufweisen, das an ein eigenes Floor FirePASS angeschlossen ist. Hochdruckbehälter 108 für hypoxisches Gas können das hypoxische Mittel über eine Verteilerrohrleitung 109 mit Ablassdüsen in jedem Raum freigeben. Um den Lagerdruck und die Größe des Behälters zu verringern, kann im gespeicherten Gas eine sehr niedrige Sauerstoffkonzentration verwendet werden, sofern in jedem Raum eine sichere atembare Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von 12% bis 15% hergestellt werden wird. Freistehende Feuerlöscheinheiten mit einem hypoxischen Brandmittel können in ausgewählten Räumen im Gebäude verwendet werden. Derartige Einheiten sind später in Verbindung mit 12 beschrieben.
11 zeigt eine schematische Ansicht eines industriellen Gebäudes 110. Das Erdgeschoß weist keine Trennwände auf und kann, z.B. für das Ausladen, zur Außenatmosphäre hin offen sein. In diesem Fall sollte das FirePASS Trennabschnitte oder Vorhänge 115 umfassen, die im Fall eines Brands fallen gelassen werden können oder dauerhaft eingerichtet sind (z.B. in Form von weichen durchsichtigen Klappen).
Der Block 111 aus dem hypoxischen Generator und dem Kompressor und der Gaslagerbehälter 112 sind auf dem Dach oder außerhalb des Gebäudes 110 eingerichtet. Das Building FirePASS liefert hypoxische Luft durch eine Verteilerrohrleitung 113 und Ablassdüsen 114. Im Fall eines lokal begrenzten Brands (in einem Raum oder in einem oberen Stockwerk) wird das FirePASS augenblicklich hypoxische Luft in einem Ausmaß abgeben, das ausreichend ist, um die hypoxische Schwelle von 16,8% herzustellen, aber bequem genug für die menschliche Atmung ist (empfohlen sind 14 bis 15%, oder für manche Anwendungen 10 bis 14%).
Wenn Rauch und/oder Feuer im Erdgeschoß festgestellt wird, werden Vorhänge 115 (die in Vorhanghaltern 116 untergebracht sind) freigegeben, wodurch das Geschoß in lokal begrenzte Bereiche getrennt wird. Dies wird die Belüftung und die Bewegung der Luft blockieren. Wenn ein Brand festgestellt wird, sollte das Belüftungssystem des Gebäudes sofort abschaltet werden. Dann wird augenblicklich hypoxische Luft in den betroffenen Bereich (und den benachbarten Bereich) freigegeben, wodurch verursacht wird, dass der Brand rasch gelöscht wird.
Die Vorhänge 15 sollten aus einem feuerbeständigen synthetischen Material hergestellt sein, das weich und durchsichtig ist. Senkrechte Klappen der Vorhänge 115 werden den raschen Abgang von Personen, die im betroffenen Bereich gefangen sind, gestatten.
Das FirePASS-System kann in einem bestimmten Stockwerk oder über das gesamte Gebäude hinweg eine hypoxische Umgebung unter der hypoxischen Schwelle herstellen. Nötigenfalls kann diese völlig atembare, brandbekämpfende Atmosphäre auf unbegrenzte Zeit aufrechterhalten werden, was eine Lebensader für Personen, die im Inneren gefangen sind, bereitstellt. Diese Ausführungsform ist zur Bereitstellung von brandverhütenden und brandbekämpfenden Umgebungen für zahlreiche Anwendungen geeignet.
Zum Beispiel könnten Kernenergieanlagen in einem brandverhütenden Zustand gehalten werden. Wenn es zu einem Unfall kommt, sollte der Sauerstoffgehalt auf ungefähr 10% verringert werden. Diese äußerst hypoxische Umgebung ist immer noch für ein Minimum von 20 Minuten sicher, was gefangenen Personen Zeit gibt, um zu entkommen, und ihre Körper vor Strahlung schützt, die weniger Schaden anrichtet, wenn die Oxyhämoglobinsättigung auf unter 80% fällt. Wenn niedrigere Sauerstoffkonzentrationen verwendet werden, kann das Hinzufügen von Kohlendioxid zum Brandbekämpfungsmittel die Atmung weiter anregen.
Sowohl das Home FirePASS als auch das Building FirePASS kann in einem streng verhütenden Modus eingerichtet werden. In diesem Fall werden die Lagerbehälter 97, 104 und 112 optional, da der Generator fortwährend hypoxische Luft in die Verteilerrohrleitung pumpen wird. Dies erzeugt eine dauerhaft brandschützende Umgebung.
Eine andere kostenwirksame Lösung wäre die Versorgung jedes Raums mit seiner eigenen automatischen Brandbekämpfungsvorrichtung. 12 zeigt eine freistehende Feuerlöscheinheit 121, die in ihrem Inneren einen Gaslagerbehälter 122 aufweist. Ein Freigabeventil 123 (vorzugsweise vom Berstscheibentyp) kann durch einen elektroexplosiven Auslöser 124 geöffnet werden, welcher durch eine Wärme/Rauchmeldevorrichtung am Steuerblock 125 betätigt wird. Wenn Rauch oder Feuer festgestellt wird, betätigt ein Signal vom Steuerblock 125 den Auslöser 124. Dies verursacht, dass sich das Ventil 123 öffnet und die hypoxische Feuerlöschzusammensetzung durch Ablassdüsen 126 in jeden Raum freigibt. Eine Batterie mit verlängerter Lebensdauer mit einem optionalen Wechselstromleistungsanschluss kann den Steuerblock 125 speisen.
Der Lagerbehälter 122 enthält die passende Menge des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels unter hohem Druck. Der Sauerstoffgehalt in der Brandbekämpfungszusammensetzung liegt ungefähr unter 10%, so dass diese dann, wenn sie freigegeben wird, eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre bei oder geringfügig unter der hypoxischen Schwelle bereitstellen wird. Die Menge des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels im Behälter 122 kann durch Verändern des Gaslagerdrucks leicht für jeden Raum reguliert werden.
Dem brandbekämpfenden Mittel kann Kohlendioxid in notwendigen Mengen beigegeben werden, wodurch der entsprechende Teil an Stickstoff ersetzt wird. Dies wird den Atmungsvorgang anregen, wenn die hypoxische Atmosphäre einen Sauerstoffgehalt unter 14% aufweist. Die Menge des Kohlendioxids, die dem Brandmittel beigegeben werden kann, sollte so berechnet werden, dass sein Gehalt in der erzeugten brandbekämpfenden Atmosphäre ungefähr 4% bis 5% erreichen wird.
Der Behälter 122 ist von einem Schutz-Füllmaterial 127 umgeben, das ihn gegen Schläge polstert und ihm einen Wärmeschutz bereitstellt. Die Ablassdüsen 126 sind mit Schalldämpfern oder Geräuschfallen ausgerüstet, um das Geräusch vom abgelassenen Gas zu verringern.
Die Einheiten 121 können zeitweilig eingerichtet werden und sind eine hervorragende Alternative zu teuren Brandbekämpfungssystemen, die eine dauerhafte Einrichtung benötigen.
13 zeigt die einzigartigen Fähigkeiten eines mobilen FirePASS-Systems für industrielle Anwendungen. Zum Beispiel kann ein beschädigter Tank oder Behälter 130, der eine Luke 131 aufweist, in einer hypoxischen Umgebung geschweißt werden. Dies ist unter Verwendung gegenwärtiger Bekämpfungssysteme nicht durchführbar, da ein leerer Behälter immer noch explosive Dämpfe enthalten kann.
Eine Mobile FirePASS-Einheit 132, die ungefähr zwei Kubikmeter hypoxische Luft pro Minute erzeugt, würde den Sauerstoffgehalt des Tanks 130 rasch auf 14% verringern. Diese hypoxische Feuerlöschzusammensetzung wird schwerer als die explosiven Dämpfe in der Umgebungsluft sein. Folglich wird sie als eine Decke wirken, die die Oberfläche der brennbaren Flüssigkeit bedeckt. Daher wird im Tank 130 eine vollkommen sichere Arbeitsumgebung geschaffen werden. Niedrigere Sauerstoffkonzentrationen können verwendet werden, wenn der Schweißer über eine zweckbestimmte Atemversorgung verfügt. In diesem Fall wird der Schweißer Luft mit einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 16,5% ausatmen. Dieser Pegel liegt nahe an der hypoxischen Schwelle und wird die umgebende Umgebung nicht nachteilig beeinflussen.
In dieser Ausführungsform können alle Arten des Schneidens oder Schweißens, einschließlich des elektrischen Schweißens und von Sauerstoff-Acetylen-Brennern, sicher eingesetzt werden. Selbst wenn ein Funke oder geschmolzenes Metall mit dem Kerosin in Berührung kommt, wird es nicht zu einer Entzündung kommen.
Ähnliche bewegliche FirePASS-Einheiten können in zahlreichen Anwendungen verwendet werden, bei denen Reparaturarbeiten in einer explosiven oder feuergefährlichen Umgebung, z.B. im Inneren eines Seetankers, eines unterirdischen Benzinbehälters, eines Rohölleitungsrohrs usw., durchgeführt werden müssen.
14 zeigt eine schematische Ansicht einer unterirdischen Militäranlage 140, die in einer dauerhaften hypoxischen brandverhütenden Umgebung gehalten wird. Diese wird durch ein besonderes Underground FirePASS-System bereitgestellt. Atmosphäreluft von der Umgebung wird über eine Lüftungsansaugöffnung 141, die an einer entfernten Stelle eingerichtet ist, aufgenommen. Sie wird dann durch einen Lüftungsschacht 142 in ein hypoxisches Generatormodul 143 geliefert. Eine stromabwärts befindliche Filtereinheit 144 reinigt die Luft und beseitigt chemische und bakteriologische Verunreinigungen.
Hypoxische Luft, die einen Sauerstoffgehalt von ungefähr 15% aufweist, wird von einem Generator 143 in Lüftungsleitungen 145 mit Ablassdüsen 146, die gleichmäßig über die Anlage 140 hinweg verteilt sind, geliefert. Dies versorgt jeden Raum mit einer autonomen atembaren brandverhütenden Atmosphäre bei einem geringfügig positiven barometrischen Druck. Überschüssige hypoxische Atmosphäre verlässt die unterirdische Anlage 140 über einen Liftschacht 147 mit einer geschützten Einweg-Lüftungsöffnung an der Oberseite (nicht gezeigt). Wenn die Ausgangsabdeckung 148 des Schachts 147 aufgleitet, verhindern der Überdruck und die höhere Dichte der hypoxischen Luft, dass Außenluft hereindrängt, was ein zusätzliches wichtiges Merkmal des Systems bereitstellt. Diese brandverhütende Atmosphäre stellt einen zusätzlichen Schutz vor einer Explosion (z.B. durch eine eindringende Bombe oder einen inneren Unfall) bereit, indem sie einen Brand an einer Ausbreitung im Inneren der Einrichtung hindert.
15 zeigt eine schematische Ansicht des Tunnel FirePASS-Systems für Kraftfahrzeugtunnel. Dieses Brandbekämpfungssystem ist selbstregulierbar und vollständig automatisch.
Ein Hochdruckrohr 152 verläuft durch die Länge des Tunnels 151. Es kann entlang einer Wand 151 oder unter der Decke eingerichtet sein. Das Rohr 152 ist mit einem Hochdruckbehälter 153 außerhalb des Tunnels 151 verbunden. Das Ergebnis dieser Gestaltung ist ein vollständig geschlossener Hochdruckgaskreis 152 bis 153. Für längere Tunnel ist es ratsam, über gesonderte Systeme an jedem Ende zu verfügen. Zusätzliche Systeme können nötigenfalls in ausgewählten Abschnitten hinzugefügt werden. Zum Beispiel würde ein 25 km langer Tunnel, der jüngst in Norwegen eröffnet wurde, zumindest zehn zusätzliche FirePASSEinheiten benötigen, die über seine Länge hinweg eingerichtet sind.
Gasablassdüsen 154 sind gleichmäßig über die gesamte Länge des Tunnels hinweg verteilt. Jede Düse 154 bedient einen gesonderten Abschnitt des Tunnels, z.B. A, B, C, usw. Ein Belüftungssystem des Tunnels ist in dieser Zeichnung nicht gezeigt, um die Darstellung zu vereinfachen. Im Fall eines Brands kann jeder Abschnitt mit weichen Klappenvorhängen 155, die normalerweise in Vorhanghaltern 156 gehalten werden, abgetrennt werden.
Ein hypoxischer Generator 157 ist außerhalb des Tunnels eingerichtet und steht durch den Kompressorblock 158 mit einem Hochdruckbehälter 153 in Verbindung. Der Hochdruckbehälter 153 und ein Rohr 152 enthalten atembare hypoxische Luft mit einem Sauerstoffgehalt unter 15%. Durch den hypoxischen Generator 157 erzeugt und über den Kompressorblock 158 in einen Behälter 153 geliefert, befindet sich diese Luft bei einem barometrischen Druck von ungefähr 200 bis 300 Bar. Längere Tunnel erfordern wie in 15 gezeigt die Einrichtung mehrerer Tunnel FirePASS-Einheiten.
Das Arbeitsprinzip dieser Ausführungsform kann wie folgt erklärt werden. Wenn es im Abschnitt C zu einem Brand kommt, wird dieser sofort durch Hitze/Rauchmelder 159, die in Abständen von 5 Metern über den Tunnel hinweg verteilt sind, festgestellt werden. Die Vorhanghalter 156, die sich zwischen den Abschnitten A, B, C, D und E befinden, werden biegsame, durchsichtige Vorhänge freigeben. Dies wird den Brand im Abschnitt C vom Rest des Tunnels trennen.
Wie in 16 gezeigt werden die Vorhänge 155 aus einem synthetischen Material hergestellt sein und weiche durchsichtige Klappen aufweisen. Diese Vorhänge 155 können durch eine Hochdruckgaspatrone oder eine pyrotechnische Patrone augenblicklich aufgeblasen werde. Diese Patronen werden jenen ähnlich sein, die in aufblasbaren Kraftfahrzeug-Airbags verwendet werden. Die Patrone wird durch ein Signal von den Rauch/Feuermeldern ausgelöst werden. Eine geeignete Feststellausrüstung ist von zahlreichen Herstellern erhältlich.
Gleichzeitig wird sich das innere Belüftungssystem des Tunnels abschalten und wird die Ablassdüse 154 im Abschnitt C hypoxische Luft unter hohem Druck freigeben. Diese hypoxi sche Luft ist im Rohr 152 und im Behälter 153 gelagert. Das Volumen der hypoxischen Luft, die in den Abschnitt C freigegeben wird, wird das Volumen des Abschnitts C mehrere Male übersteigen. Daher werden die Abschnitte B, C und D einen vollständigen Luftaustausch erfahren, was die rasche Herstellung einer atembaren brandbekämpfenden Umgebung sicherstellt. In kürzeren Tunneln (unter 1000 m) sollte das Volumen der hypoxischen Luft ausreichend sein, um den gesamten Tunnel auszufüllen.
Um die Menge der hypoxischen feuerlöschenden Zusammensetzung, die vom Kreis 152 bis 153 in die Abschnitte B, C und D freigegeben werden muss, zu berechnen, sollte in der brandbekämpfenden Atmosphäre, wo diese freigesetzt werden sollte, eine endgültige Konzentration von 13% bis 15% Sauerstoff verwendet werden. Dies entspricht einer Höhe zwischen 2700 und 3800 Metern, was für die menschliche Atmung immer noch geeignet ist. Diese hypoxische Umgebung wird jeglichen Brand augenblicklich unterdrücken: dies beinhaltet chemische Brände, elektrische Brände, Brände, die durch brennbare Flüssigkeiten herbeigeführt werden, und Brände von Gasdetonationen. Zusätzlich wird diese Umgebung einen Brand von einer Exploxion augenblicklich unterdrücken. Dies stellt einen bedeutenden Schutz gegenüber einem terroristischen Angriff bereit.
Die Düsen 154 sind mit besonderen Schalldämpfern ausgerüstet, um das Geräusch, das sich aus der Hochdruckgasfreigabe ergibt, zu unterdrücken. Um Personen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Tunnels zu alarmieren, wird auch empfohlen, dass an den Schalldämpfern Luftsirenen angebracht werden. Zusätzlich werden mit dem Fallen des Sauerstoffgehalts unter die hypoxische Schwelle die Verbrennungsmotoren der gefangenen Kraftfahrzeuge nicht einsatzfähig werden. Als Folge wird für viele Stunden ausreichend atembare Luft vorhanden sein.
Die Gasfreigabe von den Düsen 154 wird durch ein automatisiertes System von Feuermeldern 159 in Betrieb gesetzt. Es wird empfohlen, dass das Volumen der hypoxischen Luft im System 152 bis 153 ausreichend ist, um den gesamten Tunnel auszufüllen. Falls dies nicht durchführbar ist, sollte das Volumen groß genug sein, um den betroffenen Abschnitt und die dazu benachbarten auszufüllen.
In manchen Anwendungen kann das Rohr 152 bei Standarddruck gehalten werden, wodurch sein Gewicht verringert wird. Dies kann bewerkstelligt werden, indem die hypoxische Hochdruckluft streng im Behälter 153 gehalten wird. Sie wird dann im Fall eines Brands in das Rohr 152 freigegeben. Als Folge kann an den Düsen 154 ein leichterer und billigerer Ablassmechanismus verwendet werden. Doch dies erfordert die Einrichtung eines computerisierten Brandmelde- und Gasfreigabesystems, das das Freigabeventil vom Behälter 153 automatisch öffnet und die hypoxische Luft in das Rohr 152 führt, welche Luft dann durch die Düse 154 in die Abschnitte, die sie benötigen, freigegeben wird.
Wenn im Tunnel 151 ein Brand ausbricht, würden begrenzende Fallvorhänge 155 über den gesamten Tunnel hinweg freigegeben werden (vorzugsweise alle 50 bis 100 Meter). Dies wird über den Tunnel hinweg eine atembare brandbekämpfende hypoxische Umgebung bereitstellen und zudem jegliche Lüftung verhindern. Zusätzlich werden Unfälle vermieden werden, da die hypoxische Umgebung die Verbrennung in Kraftfahrzeugmotoren verhindert.
Nachdem das geeignete Personal den Tunnel für sicher erklärt hat, wird das Ablasssystem geschlossen werden und werden die Vorhänge 155 in die Vorhanghalter 156 zurückgezogen werden. Dann wird das Belüftungssystem des Tunnels 151 wieder geöffnet werden, wodurch Frischluft eingebracht wird.
Der Sauerstoffgehalt im Inneren des Tunnels wird rasch auf 20,9% (die normale Umgebungskonzentration in jeder Höhe) ansteigen, wodurch Verbrennungsmotoren gestattet wird, den normalen Betrieb wiederaufzunehmen.
Drucküberwachungs-Messwandler, die am Behälter 153 eingerichtet sind, werden den hypoxischen Generator 157 und den Kompressorblock 158 einschalten, falls der Lagerdruck abfällt, was während der Wartung oder bei einem Brandnotfall vorkommen kann. Dieses automatische Nachfüllen stellt sicher, dass das System stets bereit sein wird, einen Brand zu bekämpfen.
Der hypoxische Generator 157 saugt Umgebungsluft von der Außenatmosphäre an und entzieht ihr einen Teil des Sauerstoffs. Dann richtet er die sauerstoffverarmte Luft mit einem O₂-Gehalt unter 15% zum Kompressorblock 158. Sobald sie dort ist, wird sie auf einen barometrischen Druck von ungefähr 200 Bar komprimiert und dann in den Behälter oder den Lagerbehälter 153 geliefert, der direkt (oder durch ein Freigabeventil) mit dem Rohr 152 in Verbindung steht.
Wie vorher erwähnt sollten die Vorhänge aus einem synthetischen Material hergestellt sein. Sie sollten weich, durchsichtig und voll aufblasbar sein. Sie sollten lange senkrechte Klappen aufweisen, die einander waagerecht überlappen (wie in 16 gezeigt ist).
Diese Anforderungen stellen den leichten Durchgang von Fahrzeugen durch die Vorhänge 155 sicher, da ihre durchsichtige Natur die Sicht eines Fahrers nicht behindern wird. Sie werden eine ausreichende Trennung in Abschnitte bereitstellen, selbst wenn ein Lastwagen direkt unter ihnen hält. Ähnliche Vorhänge wurden durch das Hypoxic Room System von Hypoxico Inc. erfolgreich verwendet, um die hypoxische Umgebung von der Außenatmosphäre zu trennen.
16 ist eine Querschnittansicht eines zylinderförmigen Tunnels 151, die sich auf die bevorzugte Ausführungsform des Vorhangausbringungssystems konzentriert.
Der Vorhang 155 ist im Inneren des Vorhanghalters 156 gefaltet. Ein Signal vom Rauch/Feuermeldesystem setzt eine Hochdruck- oder pyrotechnische Patrone 161 in Betrieb, was zur Freigabe von Gas führt. Dies verursacht, dass sich der Vorhang 155 aufbläst. Der sich aufblasende Vorhang 155 drückt die Abdeckung 162 des Vorhanghalters 156 auf und fällt auf das Pflaster herab. Über jeder Fahrspur können gesonderte Patronen 161 eingerichtet sein.
Zusätzliche Trennabschnitte 163 sind an beiden Seiten des Vorhangs, über und unter dem Pflaster eingerichtet und gestatten Verbindungskabeln und Rohren, hindurchzuverlaufen. Die Abschnitte 163 sind nur an Stellen eingerichtet, an denen Vorhänge 155 eingerichtet sind. Diese Kombination stellt eine wesentliche Blockierung der Luft zwischen getrennten Abschnitten bereit, wodurch die natürliche Lüftung verhindert wird. Die Vorhänge 155 verhindern jedoch nicht, dass hypoxische Luft, die durch das FirePASS freigegeben wird, durch sie hindurch verläuft. Die senkrechten Abschnitte 163 sollten aus einem weichen Kunststoffmaterial hergestellt sein, um eine Beschädigung an Fahrzeugen zu verhindern.
Elektronische Schalter, Wärme/Rauchmelder, Ventile und Überwachungen, die im Inneren des Tunnels eingerichtet sind, werden die Freigabe des hypoxischen Mittel in Betrieb setzen. Diese Bestandteile sind weit verbreitet erhältlich, weshalb sie nicht näher beschrieben werden. Allein von Hypoxico Inc., New York, werden verschiedenste Modelle von hypoxischen Generatoren 157 angeboten. Für diese Anwendung können verschiedenste Sauerstoffentzugsvorrichtungen einschließlich, aber ohne Beschränkung darauf, Druckschwingabsorbern, Membrantrennungsvorrichtungen, und Einheiten, die Stromschwingabsorptionstechnologien benutzen, verwendet werden. Mehrstufenkompressoren 158, die Luft bis auf 200 Bar oder höher komprimieren, sind ebenfalls von zahlreichen Herstellern auf der ganzen Welt erhältlich.
In bestimmten Fällen können berechnete Mengen an Stickstoff verwendet werden, um das Hochdrucksystem zu füllen. Dies wird die Größe und das Gewicht des Systems verringern, aber eine zusätzliche Sicherheits- und Überwachungsausrüstung benötigen. Wenn sie freigegeben wird, würde sich die genaue Menge an Stickstoff mit der Innenluft vermischen, um eine hypoxische Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt von 15% oder, nötigenfalls, niedriger bereitzustellen.
17 zeigt eine schematische Ansicht eines kostenwirksamen Tunnel FirePASS für elektrisch betriebene Züge und andere Fahrzeuge, die keine Verbrennungsmotoren verwenden. Diese Ausführungsform gestattet, dass das Innere des Tunnels 171 in einer brandverhütenden Umgebung bei oder unter der hypoxischen Schwelle gehalten wird. Doch diese Ausführungsform ist nicht für Kraftfahrzeugtunnel geeignet, da Verbrennungsmotoren in einer derartigen hypoxischen Umgebung nicht arbeiten werden.
Der Tunnel 171 ist mit zwei Trenntüren 172, einer an jedem Ende, in der geschlossenen Stellung ausgerüstet. Wenn sich ein Zug dem Tunnel 171 nähert, öffnet sich die erste Tür 172, gestattet dem Zug den Durchgang, und schließt sich danach. Wenn sich der Zug dem Ende des Tunnels nähert, öffnet sich die zweite Tür und gestattet dem Zug die Ausfahrt. Ein oder mehr hypoxische Generatoren führen hypoxische Luft ins Innere des Tunnels 171. Die hypoxische Luft mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 14 und 15% wird durch den Generator erzeugt und dann durch eine Rohrleitung 174 und Düsen 175 ins Innere des Tunnels 171 geliefert. Dies hält eine konstante brandverhütende Umgebung im Tunnel aufrecht und überträgt sie ins Innere des Zugs, da dessen Inneres mit der hypoxischen Luft belüftet wird.
Die Türen 172 können in unterschiedlichen Formen hergestellt sein, z.B. Gleit-, Schwing- oder Falttüren, die senkrecht oder waagerecht geöffnet werden. Derartige Türen sind von zahlreichen Herstellern erhältlich. Die Türen sollten ungefähr 10 bis 20 Meter innerhalb des Tunnels eingerichtet sein, um zu verhindern, dass sie durch Schnee oder Eis blockiert werden. Das elektrische Kontaktkabel 176 kann an den Türen 172 oder anderen Verbindungen oder Hindernissen unterbrochen sein.
18 zeigt eine Vorderansicht des Eingangs des Tunnels mit einer geschlossenen Tür.
19 zeigt eine schematische Ansicht eines Schibahntunnels 191, der dem in Kaprun, Österreich (in dem im November 2000 159 Menschen in einem Feuer starben) ähnlich ist. Mit einer Länge von 3,3 km weist dieser Tunnel mit einem Durchmesser von 3,6 Metern eine durchschnittliche Steigung von 39° auf. Dies verursachte einen "Kamineffekt", der Luft von der Unterseite des Tunnels ansaugte, wodurch die Flammen angefacht wurden.
Türen 192 werden einen derartigen Zug verhindern, wodurch die brandverhütende Umgebung im Inneren des Tunnels 191 aufrechterhalten wird. Ein hypoxischer Generator 193 wird den Tunnel durch ein Rohr 194 und gleichmäßig (alle 50 Meter) verteilte Ablassdüsen 195 mit einer atembaren feuerlöschenden Zusammensetzung mit einem Sauerstoffgehalt von 15 bis 16% versorgen. Ähnlich wie die Türen 172 in der vorhergehenden Ausführungsform öffnen sich automatische Türen 192, wenn sich die Bahn nähert.
Zusätzlich kann die sauerstoffangereicherte Fraktion, die während des Entzugsprozesses erzeugt wird, zu Abwasserbe handlungsanlagen, Fischzuchtanlagen, metallurgischen Anlagen, Papierbleich- und Nahrungsmittelverarbeitungsanlagen, und anderen Unternehmen befördert werden, was einen großen Nutzen für die lokale Wirtschaft bereitstellt.
20 zeigt eine schematische Ansicht eines On-Board FirePASS-Systems für Passagierzüge, Busse, U-Bahn-Waggons und andere Passagierfahrzeuge.
Diese Ausführungsform zeigt die Einrichtung eines Brandbekämpfungssystems im Inneren eines Eisenbahnpassagierwaggons 201. Ein Hochdruck-Lagerbehälter 202, der mit dem hypoxischen Brandbekämpfungsmittel gefüllt ist, ist unter der Decke oder auf dem Dach des Waggons 201 angebracht. Ein Behälter 202 ist mit einem Ablassventil ausgerüstet, das an eine Verteilerrohrleitung 203 angeschlossen ist. Das hypoxische Mittel wird dann durch Ablassdüsen 204 abgelassen.
Wenn ein Brand festgestellt wird, wird ein Berstscheiben-Ablassventil (nicht gezeigt) durch einen elektroexplosiven Auslöser in Betrieb gesetzt werden. Berstscheiben-Ablassventile und elektroexplosive Auslöser sind von Kidde-Fenwal Inc., USA, erhältlich. Geeignete Behälter, Rohrleitungen und Düsen sind ebenfalls von zahlreichen Herstellern erhältlich.
Ein hypoxisches Brandbekämpfungsmittel mit einem Sauerstoffgehalt unter der hypoxischen Schwelle ist im Behälter 202 unter einem barometrischen Druck von ungefähr 100 Bar gelagert. Es können viel niedrigere Sauerstoffkonzentrationen (von 0,01 bis 10% O₂) verwendet werden, da es leicht ist, das Volumen des Brandmittels zu berechnen, das bei der Freigabe nötig ist, um eine atembare brandbekämpfende Umgebung bei der hypoxischen Schwelle zu erzeugen. Dieser niedrigere Sauerstoffgehalt gestattet die Verringerung sowohl des Volumens als auch des Gewichts des Hochdruck-Lagerbehälters 202.
Zum Beispiel würde ein Auto- oder Businneres mit einem Volumen von 200 m³ zum Erreichen einer Brandbekämpfung bei einem Sauerstoffgehalt von 16% ungefähr 75 m³ eines hypoxischen Gasgemischs mit 2% Sauerstoff benötigen. Bei einem Druck von 100 atm würde dies nur einen 700-Liter-Lagerbehälter oder sieben 100-Liter-Lagerbehälter erfordern. Der letztere Behälter wäre wesentlich leichter in einem Waggon 201 einzurichten. Reiner Stickstoff kann ebenfalls verwendet werden, solange er zur besseren Verteilung durch mehrere Düsen freigegeben wird. In diesem Fall muss der Sauerstoffgehalt im Inneren des Waggons bei zwischen 12% und 16% bleiben. Dies würde nur 60 m³ Stickstoff erfordern. Dieser kann in einem 600-Liter-Behälter bei 100 amt (oder einem 300-Liter-Behälter bei 200 atm) gelagert werden.
Alle Düsen müssen mit Schalldämpfern ausgerüstet sein, um das Geräusch, das durch die Freigabe von Hochdruckgas erzeugt wird, zu verringern.
Das On-Board FirePASS kann an Bussen, Fähren, Standseilbahnen und anderen Passagierfahrzeugen eingerichtet werden. Unter Verwendung der gleichen Lösung können auch persönliche Brandbekämpfungssysteme aufgebaut werden.
Das erfolgreiche Bekämpfen eines Feuers an Bord eines Flugzeugs während des Flugs ist äußerst schwierig, da der Großteil dieser Feuer durch elektrische Fehler im Inneren des Flugzeugs verursacht wird.
Um Gewicht zu sparen, ist der Aufbau eines Flugzeugs nicht stark genug, um auf Meereshöhe unter Druck gesetzt zu werden. Als Folge sind alle Passagierflugzeuge auf Höhen, die von 2 bis 3 km reichen, unter Druck gesetzt. Dies verringert den Druckunterschied zwischen der inneren und der äusseren Atmosphäre, während sich das Flugzeug im Flug befindet. Als Ergebnis davon weist die innere Atmosphäre des Flugzeugs einen geringeren Sauerstoff-Teildruck auf. Die innere Atmosphäre weist jedoch immer noch einen Sauerstoffgehalt von 20,94% auf. Daher müsste zum Erreichen eines Brandverhütungszustands (der hypoxischen Schwelle) eine Atmosphäre erzeugt werden, die einer Höhe von ungefähr 4 km entspricht. Dies wäre für die meisten Passagiere zu unbequem. Dieser unglückliche Zustand beschränkt die Verwendung des FirePASS-Systems im Verhütungsmodus in gegenwärtigen Passagierflugzeugen.
21 zeigt die Ausführung der FirePASS-Technologie im Belüftungssystem eines Passagierflugzeugs 211. Alle diese Flugzeuge sind für Frischluft von der Außenatmosphäre abhängig. Dies macht ein kompliziertes Luftansaugsystem erforderlich, das hier nicht beschrieben werden wird. Ein Belüftungssystem mit einer Verteilerrohrleitung 212 und Düsen 213 stellt ein normales Gemisch an wiederverwendeter Luft (zusammen mit einer geringen Menge an Frischluft) bereit. Die Rohrleitung 212 steht mit einem Hochdruck-Lagerbehälter 214 in Verbindung, der mit einem hypoxischen brandbekämpfenden Mittel gefüllt ist. Der Behälter 214 ist mit einem Freigabeventil ausgerüstet, das durch eine elektroexplosive Vorrichtung, die in der in 20 gezeigten vorhergehenden Ausführungsform beschrieben ist, in Betrieb gesetzt wird.
Im Fall eines Brands stellt das Bord-Brand/Rauchmeldesystem ein Signal bereit, das die Betätigung des Berstscheiben-Ventils durch eine elektroexplosive Vorrichtung in Gang setzt. Das hypoxische Brandbekämpfungsmittel wird in das Belüftungssystem freigegeben und wird gleichmäßig über das Flugzeug verteilt. Der obere Abschnitt von 21 zeigt die Bewegung der hypoxischen Luft durch das Flugzeug. Die Menge des hypoxischen Mittels, das freigegeben wird, muss über das gesamten Flugzeug hinweg eine hypoxische Schwelle bereitstellen. Das Signal vom Feuer/Rauchmeldesystem wird auch die Ansaugventile schließen, die Frischluft gestatten, in das Flugzeug einzutreten. Ein Lagerbehälter (oder mehrere Behälter 214), der (die) das hypoxische Mittel bei einem barometrischen Druck von ungefähr 50 Bar enthält (enthalten), sollte mit einem Ventil für eine allmähliche Freigabe und einem Schalldämpfer ausgerüstet sein.
Überschüssige innere Atmosphäre wird durch ein druckempfindliches Überdruckventil 215, das durch einen Druckanstieg im Inneren des Flugzeugs in Betrieb gesetzt wird, aus dem Flugzeug freigegeben. Dies wird einen ausreichenden Luftwechsel im Inneren des Flugzeugs bereitstellen und Rauch oder giftige Dämpfe von der Brandquelle entfernen. Die Atmosphäre an Bord des Flugzeugs wird sich nun bei der hypoxischen Schwelle befinden und wird für einen begrenzten Zeitraum sogar für Kranke und ältere Personen zur Atmung geeignet sein. Diese begrenzte Atmungszeit wird ausreichend sein, da ein Brand innerhalb von nur Sekunden unterdrückt werden wird. Doch wenn die Einwirkung der hypoxischen Umgebung verlängert werden muss, wird die gleichzeitige Freigabe von Sauerstoffmasken Passagieren gestatten, beschwerdefrei zu bleiben. Um die Auswirkung der Hypoxie auf den menschlichen Körper auszugleichen, kann dem hypoxischen Brandmittel eine erforderliche Menge an Kohlendioxid hinzugefügt werden, die bei ihrer Freigabe eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre mit 4% bis 5% Kohlendioxid erzeugen wird. Dies wird das sichere Aufrechterhalten einer derartigen Atmosphäre für Stunden ohne Unbequemlichkeit oder Gefahr für die Gesundheit der Passagiere gestatten. Die Auswirkung des ergänzenden Kohlendioxids ist in 33 und 34 näher erklärt.
Dieses Verfahren der Brandbekämpfung wird jedweden Brand sofort ersticken. Sogar Rauch, der durch ein Restglühen erzeugt werden kann, wird beseitigt werden. Als Folge wird die Sicherheit der Personen an Bord des Flugzeugs garantiert werden.
22 zeigt das FirePASS-System an Bord der nächsten Generation von Flugzeugen, die über der Erdatmosphäre fliegen werden (einschließlich Raumschiffen). Diese Fahrzeuge, die dem Spaceshuttle der NASA ähnlich sind, hängen nicht vom Ansaugen von Frischluft ab, da sie mit autonomen Luftwiederaufbereitungssystemen ausgerüstet sind. Als Folge sind diese Fahrzeuge auf Meereshöhe unter Druck gesetzt.
Seit Dekaden haben Forscher der NASA (zusammen mit anderen Raumfahrtbehörden) versucht, eine menschenfreundliche Lösung zur Bekämpfung von Bränden an Bord von Raumfahrzeugen (und Raumstationen) zu finden. Die fortgeschrittenste Brandbekämpfungstechnologie, die gegenwärtig verfügbar ist, verwendet Kohlendioxid als Brandbekämpfungsmittel. Der Vorteil der Verwendung von Kohlendioxid ist, dass es durch Absorber, die in Lebenserhaltungssystemen benutzt werden, leicht aus der geschlossenen Atmosphäre entfernt werden kann. Doch der Hauptnachteil von Kohlendioxid ist, dass die Atmosphäre bei seiner Freigabe nicht atembar wird.
Die Ausführung des FirePASS-Systems an Bord eines derartigen Flugzeugs (oder eines Spaceshuttles 221) erfordert die anfängliche Herstellung und Aufrechterhaltung der hypoxischen Schwelle in der Atmosphäre an Bord des Fahrzeugs. Am Boden wurde das Fahrzeug 22 mit hypoxischer Luft durchlüftet, die durch den mobilen FirePASS-Generator 222 geliefert wurde. Passagiere können das Fahrzeug zur gleichen Zeit durch eine Schleuse vom Vorkammertyp betreten.
Beim Abschluss des vollständigen Luftaustauschs wird sich die Atmosphäre bei der hypoxischen Schwelle befinden. Die Tür des Fahrzeugs 221 kann nun geschlossen werden, und die Kabine kann unter Druck gesetzt werden. Die innere Atmosphäre wird nun durch ein autonomes Luftwiederaufbereitungssystem 223 wiederverwendet. Dieses System 223 enthält einen besonderen chemischen Absorber (eine Komplexzusammensetzung aus Lithium- und Kaliumsuperoxiden), der Kohlendi oxid absorbiert und Sauerstoff erzeugt. Das Steuersystem ist darauf eingestellt, den Sauerstoffgehalt beim gewünschten Pegel (empfohlen sind 15%) zu halten.
Einer der Schlüsselvorteile der FirePASS-Technologie ist die Leichtigkeit, mit der sie in Fahrzeugen dieser Art eingerichtet werden kann, da keine Hardware-Abänderungen nötig sein werden. Die Umgebung kann durch Erhöhen des Stickstoffgehalts der inneren Atmosphäre verändert werden. Das Luftsteuersystem kann umprogrammiert werden, um die künstliche Atmosphäre bei oder unter der hypoxischen Schwelle zu halten. Diese hypoxische Zusammensetzung wird eine gesunde, bequeme Umgebung mit 100% Schutz vor Bränden bereitstellen.
Andere träge Gase wie etwa Argon oder Xenon usw. (oder Gemische davon) können ebenfalls als Feuerlöschballast verwendet werden. Doch die hypoxische Schwelle wird für jedes Gasgemisch geringfügig unterschiedlich ein.
Die gleiche brandverhütende Zusammensetzung ist für alle hermetischen Objekte einschließlich Raumstationen, interplanetarer Kolonien und Unterwasser/unterirdischer Anlagen geeignet. In der Zukunft werden die meisten Gebäude eine künstliche Atmosphäre enthalten, die durch Herstellung einer hypoxischen Umgebung mit einem Sauerstoffgehalt unter 16,8% vor Bränden geschützt werden kann.
23 zeigt ein hermetisches Objekt mit einer künstlichen Atmosphäre. Das Lebenserhaltungssystem (nicht gezeigt) an Bord enthält das autonome Luftwiederaufbereitungssystem 231, das eine gesunde bequeme Umgebung bei der hypoxischen Schwelle aufrechterhält.
Der Wiederaufbereitungsblock 232 sammelt ausgeatmete Luft durch Luftansaugöffnungen 233 und eine Rohrleitung 234. Die Ausrüstung an diesem Block 232 entfernt einen Teil des Was sers und sendet diesen zum Wasseraufbereitungsblock des Hauptlebenserhaltungssystems. Die entfeuchtete Luft wird in den wiederaufbereitenden Absorber 232 des Blocks gesendet, wo überschüssiges Kohlendioxid absorbiert wird. Zusätzlich wird eine passende Menge an Sauerstoff hinzugefügt, wodurch sichergestellt wird, dass die innere Atmosphäre bei der hypoxischen Schwelle gehalten wird. Eine computerisierte Steuereinheit 235 hält die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Sauerstoff/Kohlendioxid-Balance im Luftversorgungssystem 237 aufrecht. Düsen 238 sind gleichmäßig über den geschlossenen Raum hinweg oder in jedem geschlossenen Abteil verteilt. Ergänzender Sauerstoff (und nötigenfalls Stickstoff) ist in Behältern 239 gelagert. Doch sobald der träge Ballast an Stickstoff in die innere Atmosphäre eingebracht ist, wird er dort verbleiben, ohne eine weitere Aufbereitung zu benötigen. Dieser Ballast wird automatisch verhindern, dass der Sauerstoffgehalt über die anfänglichen Einstellungen ansteigt, was eine zusätzliche Sicherheit im Fall eines Versagens der computerisierten Steuerausrüstung bereitstellt.
Die gleiche atembare brandverhütende Zusammensetzung kann in Unterseebooten, unterirdischen und Unterwasseranlagen, Raum- und interplanetaren Stationen verwendet werden.
Diese Umgebungen haben eines gemeinsam: sie können sich für die Belüftung oder den Luftaustausch nicht auf die Außenatmosphäre verlassen. Brände in derartigen Umgebungen sind äußerst gefährlich und schwierig zu bekämpfen. Sauerstoff wird typischerweise durch chemische, biologische oder elektrolytische Mittel erzeugt. In einem modernen Raumschiff (oder einer Raumstation) muss Sauerstoff vor dem Start an Bord des Fahrzeugs gelagert werden.
Wenn das Aufrechterhalten einer konstanten hypoxischen Umgebung (Brandverhütungsmodus) nicht durchführbar ist, kann das System in seinem Brandbekämpfungsmodus gehalten werden. Es kann dann eingesetzt werden, wenn es benötigt wird. Abhängig von der Größe der Umgebung kann das Fahrzeug in Brandbekämpfungszonen unterteilt werden. Die lokale Begrenzung kann durch das Abteilen unterschiedlicher Abschnitte der Umgebung mit aufblasbaren Luftvorhängen, hermetischen Türen oder Luken erreicht werden. Im Fall eines Brands wird die nötige Menge des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels in den lokal begrenzten Abschnitt eingebracht werden, wodurch augenblicklich eine hypoxische Umgebung unter der hypoxischen Schwelle erzeugt wird.
24 zeigt die Ausführung der FirePASS-Technologie im autonomen luftaufbereitenden System eines Militärfahrzeugs. Der Panzer 241 weist eine hermetisch abgedichtete Umgebung mit einer inneren atembaren Atmosphäre unter der hypoxischen Schwelle auf. Das Arbeitsprinzip dieses Systems ist mit dem, das in der vorhergehenden Ausführungsform (23) beschrieben worden war, identisch.
Das Luftaufbereitungssystem 242 setzt ein chemisches Absorptionsmittel ein, das Kohlendioxid absorbiert und die entsprechende Menge an Sauerstoff freigibt. Dies hält die innere Atmosphäre des Fahrzeugs unter der hypoxischen Schwelle (vorzugsweise von 12 bis 13%). Militärpersonal kann sich durch Schlafen in einem von Hypoxico Inc. hergestellten Hypoxic Room System (oder Hypoxic Tent System) leicht an diese Umgebungen anpassen.
Das gleiche Konzept gilt für militärische Flugzeuge, Unterseeboote und andere Fahrzeuge. Einer der Schlüsselvorteile des Einsetzens einer hypoxischen, feuerlöschenden Zusammensetzung in Militärfahrzeugen ist, dass sie eine feuersichere innere Umgebung für den Soldaten bereitstellt, selbst wenn das Fahrzeug von Munition durchschlagen wird.
Die hypoxischen Brandverhütungszusammensetzungen und Verfahren, die die FirePASS-Technologie einsetzen, garantie ren, dass sich unter keinerlei Umständen ein Feuer entzündet.
25 ist eine schematische Ansicht einer Raumstation 251, die eine atembare hypoxische brandverhütende Zusammensetzung als ihre ständige innere Atmosphäre einsetzt. Das Luftwiederaufbereitungssystem 252 sammelt fortlaufend ausgeatmete Luft von den Bewohnern der Station. Sie stellt dann eine bequeme brandverhütende Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt bei oder unter der hypoxischen Schwelle (empfohlen ist ein Pegel von 15%) bereit. Das Arbeitsprinzip dieses Systems ist in 23 schematisch gezeigt.
Der größte Vorteil zur Ausführung einer atembaren, brandbekämfenden Zusammensetzung in einer hermetischen, von Menschen belegten Umgebung ist ihre Fähigkeit, die hypoxische Schwelle automatisch beizubehalten. Sobald es eingebracht wurde, wird das träge Stickstoffgas von der hypoxischen Zusammensetzung in einer derartigen künstlichen Atmosphäre stets in seiner ursprünglichen Konzentration vorhanden sein, es wird kein Nachfüllen oder keine Aufbereitung benötigt. Es kann durch die Bewohner nicht verbraucht oder durch ein Luftaufbereitungssystem nicht adsorbiert werden. Dieser Faktor hält die hypoxische Schwelle (oder einen niedrigeren Pegel an Sauerstoff in einem atembaren Bereich) in einer hermetischen künstlichen Atmosphäre, die bei einem konstanten barometrischen Druck gehalten wird, automatisch aufrecht.
26 zeigt eine schematische Ansicht eines Seefahrzeugs 261 wie etwa eines Tankers, eines Frachtschiffs, eines Kreuzfahrtschiffs oder eines militärischen Schiffs. Ein Schiff kann nicht vollständig durch eine brandverhütende Atmosphäre geschützt werden, da manche Räume häufig mit normoxischer Luft belüftet werden müssen. Als Folge muss das Marine FirePASS in einem Doppelmodus eingerichtet werden. Das FirePASS (das in seinem Bekämpfungsmodus tätig ist) kann Räume schützen, die häufig geöffnet und/oder belüftet werden. Das Folgende ist eine kurze Liste des passenden Betriebsmodus in einem gegebenen Bereich:

– Brandbekämpfungskreis (z.B. Maschinen- und Oberdeck-Personalräume),
– Brandverhütungskreis (z.B. Flüssig- oder Trockenfrachtbereich, Waffenlager, Computerzentrum und Hardwarelagerräume an Bord eines militärischen Schiffs).

Das Marine FirePASS besteht aus einem hypoxischen Generator 262, der Umgebungsluft ansaugt und die atembare hypoxische brandverhütende Zusammensetzung durch den Brandverhütungskreis 263 liefert. Ablassdüsen 264 befinden sich in jedem Fracht- oder Militärhardware-Abteil. Das System hält durch die fortlaufende Versorgung mit Luft mit einem Sauerstoffgehalt unter der hypoxischen Schwelle ständig eine brandverhütende Atmosphäre aufrecht. Überschüssige Luft tritt durch einfache Lüftungsöffnungen oder Druckausgleichventile (nicht gezeigt) aus.
Der Brandbekämpfungskreis des Marine FirePASS besteht aus einem Hochdruckbehälter 265, einem Kompressor 266 und einer Verteilerrohrleitung 267. Düsen 268 befinden sich in jedem Raum und in allen zusätzlichen Bereichen, die durch den Kreis abgedeckt werden.
Das Arbeitsprinzip des Marine FirePASS ist in 27 schematisch gezeigt. Der Generator 262 saugt Umgebungsluft an, entzieht den Sauerstoff, und liefert dann die sauerstoffverarmte Fraktion zum Brandverhütungskreis 271. Der abgedeckte Bereich 272 wird ständig mit frischer hypoxischer Luft belüftet, die die geschützte Umgebung 272 durch eine Lüftungsöffnung 273 verlässt.
Die brandbekämpfende Zusammensetzung wird durch einen Kompressor 266 unter Hochdruck in einem Lagerbehälter 265 gehalten. Im Fall eines Brands betätigt ein früher beschriebener elektroexplosiver Auslöser ein Freigabeventil 274. Dies verursacht, dass die hypoxische brandbekämpfende Zusammensetzung vom Behälter 265 die Atmosphäre im Bereich 275 des Brandbekämpfungsbereichs ersetzt (oder verdünnt). Als Folge wird über den Kreis hinweg eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt unter der hypoxischen Schwelle (vorzugsweise zwischen 10% und 14%) hergestellt.
Das Advanced Aircraft Fire Suppression System (fortgeschrittene Flugzeugbrandbekämpfungssystem)
Das im Rest dieses Dokuments beschriebene Aircraft Fire Suppression System (AAFS) stellt eine kostenwirksame, hochverläßliche und praktische Lösung des Brandbekämpfungsproblems an Bord jedes beliebigen Flugzeugs, besonders heutiger Passagierflugzeuge, die eine Druckbeaufschlagung auf eine Höhe von 2 bis 3 km benötigen, bereit, die eine Abänderung der früher in 21 gezeigten Ausführungsform darstellt.
28 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Passagierflugzeugkabine 281, die einen AFSS(Aircraft Fire Suppression System)-Gasmittel-Lagerbehälter 282 aufweist, der im oberen Rumpfabschnitt hinter der Decke eingerichtet ist.
Einige Flugzeuggestaltungen bieten nicht genug Raum für die Einrichtung des Behälters 282 im oberen Rumpfabschnitt. In solchen Fällen kann der Behälter 282 im unteren Rumpfabschnitt oder irgendwo sonst im Flugzeugrumpf eingerichtet werden. Der Behälter 282 kann jede beliebige Form und Erscheinung aufweisen – er kann in mehrfacher Anzahl als Isolierungsplatten unter der Haut des Flugzeugs eingerichtet werden. Bei einem vorhandenen Flugzeug kann er zur Verrin gerung der Kosten für die Umwandlung in einem der Standard-Luftfrachtcontainer, die in den Frachtraum des Flugzeugs passen, eingerichtet werden.
Die bevorzugteste Ausführungsform des Behälters 282 besteht aus einer leichten starren Kunststoff-, Metall-, oder Verbundhaut 283, die im Inneren einen weichen aufblasbaren Gaslagerbeutel 284 enthält, der aus einem dünnen und leichtgewichtigen synthetischen oder Verbundmaterial hergestellt ist. Während des normalen Flugzeugbetriebs ist der Lagerbeutel 284 aufgeblasen und enthält er ein atembares brandbekämpendes Mittel, das aus hypoxischer (sauerstoffverarmter) Luft mit einem erhöhten Kohlendioxidgehalt besteht, unter geringem Druck. Um eine genauere Fachausdrucksweise zu verwenden, besteht das AFSS-Brandbekämpfungsmittel aus einem Gemisch aus Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid mit dem möglichen Zusatz anderer atmosphärischer Gase, wobei der Stickstoff zum Teil oder zur Gänze durch ein anderes träges Gas oder Gasgemisch ersetzt werden kann.
Der Sauerstoffgehalt in der atembaren hypoxischen Brandbekämpfungsatmosphäre der Druckkabine nach der Freigabe des Brandbekämpfungsmittels muss unter der hypoxischen Schwelle von 16,8% und vorzugsweise im Bereich von 14% bis 16% (abhängig vom Druckbeaufschlagungsgrad im Inneren des Flugzeugs) oder für manche besonderen Fälle, die weiter unten beschrieben sind, niedriger liegen. Der Kohlendioxidgehalt in dieser inneren Atmosphäre sollte ungefähr 4 bis 5% betragen. Der Rest des Gasgemischs (79% bis 82%) besteht aus Stickstoff und anderen atmosphärischen Gasen.
29 veranschaulicht das Arbeitsprinzip des AFSS, das direkt an Rauch- oder Wärmemelder 285 gebunden ist, die über die Druckkabine 281 hinweg verteilt sind, schematisch. Ein Signal von einem Melder 285 öffnet ein lokales automatisches Freigabeventil 286 (oder alle auf einmal, falls ge wünscht) und wird auch zum Hauptbedienungsfeld übertragen, das automatisch ein Gebläse 287 einschaltet, welches das AFSS betreibt. Um die Verlässlichkeit des Systems zu erhöhen, sollte ein Signal von irgendeinem Melder 285 alle Freigabeventile 286 öffnen. Doch in manchen Fällen kann ein Melder 285, der Feuer oder Rauch feststellt, zuerst nur ein lokales Ventil oder eine Gruppe von Ventilen 286 öffnen.
Das Öffnen der Freigabeventile 286 führt zur raschen Einbringung des hypoxischen Brandbekämpfungsmittels vom Lagerbeutel 284 in die Druckkabine 281. Im gleichen Augenblick saugt ein Hochleistungsgebläse 287 mit Rauch verschmutzte Luft von der Kabine durch das Luftsammelsystem 289 ab und setzt sie im Behälter 282 unter Druck, wodurch der Beutel 284 vollständig entleert wird und die gesamte Menge des hypoxischen Brandmittels aus dem Beutel 284 und über eine Leitung 288 und die Freigabeventile 286 in die Kabine 281 gedrängt wird.
Als eine Option kann das durch das Gebläse 287 betriebene Luftsammelsystem 289 zur Beseitigung von Spuren von Rauch und anderen Pyrolyseprodukten aus der Kabine seine Tätigkeit selbst dann fortsetzen, wenn der Beutel 284 vollständig entleert ist. In diesem Fall wird der Druck im Inneren des Behälters 282 ansteigen, bis ein bestimmter Wert, der durch ein optionales Überdruckventil (hier nicht gezeigt) gesteuert ist, überschüssiges Gasgemisch in die Außenatmosphäre freigibt.
Während des normalen Flugzeugbetriebs steht der Behälter 282 durch das Gebläse 287 mit der Druckkabine 281 in Verbindung, was einen Ausgleich seines Drucks während eines Flugs gestattet.
Es wird empfohlen, dass das hypoxische Mittel gleichzeitig in die gesamte Kabinenräumlichkeit freigegeben wird. Doch zur Verringerung der Größe des Behälters 282 kann die Frei gabe des hypoxischen Brandmittels auf den Raum beschränkt sein, in dem Rauch oder Feuer festgestellt wurde. In Anbetracht der Reaktionszeit des AFSS von weniger als einer Sekunde sollte dies mehr als ausreichend sein, um einen lokal begrenzten Brand zu bekämpfen. Nötigenfalls kann die Druckkabine 281 wie in den in 11, 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen beschrieben auch durch Unterteilungsvorhänge in unterschiedliche Abschnitte getrennt werden.
Die Ablassdüsen 286 sind jeweils mit einem Freigabeventil ausgerüstet, das einen elektrischen oder elektroexplosiven Auslöser aufweist. Im Fall eines Stromausfalls ist auch ein manueller Betrieb möglich – nötigenfalls kann ein Besatzungsmitglied das nächstgelegenste Freigabeventil aufziehen. Geeignete Magnet- oder Berstscheiben-Ventile, Auslöser und Melder sind von einer Anzahl von Brandausrüstungsherstellern erhältlich.
Ein Überdruckventil 290, das im Allgemeinen in einem Flugzeug eingerichtet ist, stellt eine Garantie bereit, dass der barometrische Druck 281 im Inneren der Kabine während der Freigabe des hypoxischen brandbekämpfenden Mittels innerhalb der Sicherheitsgrenzen gehalten werden wird. Es ist nötig, das Belüftungssystem (aufgrund seiner Komplexität hier nicht gezeigt) der Kabine 11 abzuschalten, wenn das AFSS in Betrieb gesetzt wird. Das Belüftungssystem kann nach 5 bis 10 Minuten wieder eingeschaltet werden, was mehr als genug ist, um die bekämpfte Brandquelle festzustellen und sie an einer Wiederentzündung zu hindern.
Während 29 das AFSS zu Beginn des Einsatzes zeigt, zeigt 30 die gleiche Ausführungsform nahe des Endes, wenn der Gaslagerbeutel 284 fast entleert ist und das Feuer gelöscht ist.
Um das AFSS zu vereinfachen, können die lokalen Ablassdüsenventile 286 wie in 31 und 32 gezeigt durch nur ein Hauptventil im oberen Abschnitt der Zufuhrrohrleitung 288 ersetzt werden.
Die in 31 und 32 gezeigte Ausführungsform zeigt die gleiche Lösung, wobei aber zwei aufblasbare Beutel 302 und 303 verwendet werden, die in einem nicht luftdichten Behälter oder Rahmen 304 eingerichtet sind, der nur benötigt wird, um die Beutel an ihrer Stelle zu halten. Wenn das AFSS eingesetzt wird, pumpt das Gebläse 307 Luft von der Kabine 301 in den Beutel 303, der anfänglich entleert ist. Während des Aufblasens übt der Beutel 303 Druck auf den Beutel 302 aus, der bereits mit dem Ablassen des hypoxischen brandbekämpfenden Mittels durch ein Ventil 311 und Düsen 306 beginnt. Das Ventil 311 öffnet sich durch ein Signal von Feuer/Rauchmeldern 305 oder manuell durch ein Besatzungsmitglied. Das Aufblasen des Beutels 303 wird den Beutel 302 vollständig entleeren, was den Austritt des gesamten Gases aus dem System gestattet. Ein Überdruckventil 310 wird den gewünschten Druck in der Kabine 301 garantieren.
Das atembare brandbekämpfende Mittel sollte an Bord des Flugzeugs in einer Menge verfügbar sein, die, falls möglich, für einen vollständigen Luftaustausch in der Kabine ausreicht. Der anfängliche Sauerstoffgehalt im Brandmittel und sein Lagerdruck im Beutel 14 können schwanken. Dies hängt von der Lagerraumverfügbarkeit an Bord des Flugzeugs ab. In jedem Fall werden diese Parameter in einer solchen Weise berechnet, dass sie bei der Freigabe des Brandmittels an Bord eine brandbekämpfende Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 15% bereitstellen werden. Der Gaslagerdruck kann vom Standard-Atmosphäredruck um bis zu 2 bis 3 Bar oder sogar noch höher schwanken.
Sobald das AFSS eingesetzt wird, muss das Frischluftversorgungssystem der Kabine automatisch abgeschaltet werden. Es wird auch empfohlen, es während des Rests des Flugs nicht zu verwenden. Dies wird das Zurückbehalten der Feuerlöschatmosphäre im Fall des Wiederaufflammens des Brands gestatten, wozu es während elektrischer Zwischenfälle gewöhnlich kommt. Frischluft kann in genau gesteuerten Mengen hinzugefügt werden, um den Sauerstoffgehalt in der Kabinenatmosphäre zwischen 15% und 16% zu halten.
Das hypoxische brandbekämpfende Mittel kann nötigenfalls durch einen von Hypoxico Inc. hergestellten hypoxischen Bord-Generator während des Flugs erzeugt werden, oder das in 22 gezeigte Bodenwartungsfahrzeug 222 kann das System nachfüllen. Das Fahrzeug ist mit einem hypoxischen Generator und Zylindern mit gelagertem Kohlendioxid ausgerüstet. Das Arbeitsprinzip des hypoxischen Generators ist früher in dieser Beschreibung und in den oben bereitgestellten vorherigen Patentanmeldungen zur Gänze erklärt. Das Fahrzeug 222 stellt eine Bodenwartung des AFSS und nötigenfalls ein Nachfüllen des Systems mit der atembaren feuerlöschenden Zusammensetzung bereit. Diese Zusammensetzung besteht aus einem Gemisch von hypoxischen Luftgasen, die vor Ort aus der Umgebungsluft erzeugt werden, und dem Gemisch hinzugefügtem Kohlendioxid. Der hypoxische Generator benutzt die Molekularsiebadsorptionstechnologie, die gestattet, dass ein genauer Teil des Sauerstoffs aus der Umgebungsluft entzogen wird und sauerstoffverarmte Luft mit einem genauen Sauerstoffgehalt bereitgestellt wird. Die Konzentration des Sauerstoffs in der feuerlöschenden Zusammensetzung kann von 16% bis zu 1% oder sogar noch niedriger hinab schwanken und ist stets vorbestimmt, damit die Atmosphäre in der Kabine des Flugzeugs bei der Freigabe ungefähr 15% Sauerstoff (kann für Militärfahrzeuge niedriger sein) enthalten wird.
Eine hypoxische Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von 15% bei einem barometrischen Druck von 2,5 km ist für die allgemeine Öffentlichkeit (sogar ohne ergänzenden Sauerstoff) für die Zeit, die benötigt wird, um die Brandquelle ausfindig zu machen und zu kontrollieren (zumindest 15 Minuten), oder die das Flugzeug braucht, um zu einer geringeren Höhe zu sinken, die den barometrischen Druck an Bord erhöhen und die Auswirkung der Hypoxie ausgleichen wird, absolut sicher.
Doch der Zusatz von nur 4 bis 5% Kohlendioxid zum hypoxischen Gasgemisch wird das Erhalten einer brandbekämpfenden Atmosphäre für Stunden ohne negative Nebenwirkungen auf die Gesundheit der Passagiere gestatten.
Das in 33 gezeigte Diagramm zeigt die Veränderung der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins in Bezug auf den Abfall des Sauerstoffgehalts in der eingeatmeten Luft von 20,9% der Umgebung auf 10% unter den folgenden zwei Bedingungen:

a) bei einem Kohlendioxidgehalt der Umgebungsatmosphäre von 0,035%, und
b) bei einem erhöhten Kohlendioxidgehalt von 4%.

Diese Darstellung wird durch die Ergebnisse einer umfassenden Untersuchung, "CO2 – O2 Interactions In Extention Of Tolerance To Acute Hypoxia", bestätigt, die 1995 durch das Medizinische Zentrum der Universität Pennsylvania (Lambertsen, C. J.) für die NASA durchgeführt wurde.
Die Kurve R veranschaulicht einen Abfall in der arteriellen Oxyhämoglobinsättigung von 98% auf den Pegel von etwa 70% während der Einwirkung von 10% O₂ in der eingeatmeten Luft, die den Kohlendioxidgehalt der Umgebungsatmosphäre aufwies.
Die Kurve S stellt die physiologische Reaktion auf die wiederhergestellte Normokapnie in der Hypoxie dar, als dem eingeatmeten hypoxischen Gasgemisch, das 10% O₂ aufwies, 4% CO₂ hinzugefügt wurden. Sie zeigt deutlich die Wirksam keit der kohlendioxidbewirkten akuten physiologischen Anpassung an die Hypoxie.
Nach dem Untersuchungsbericht für die NASA "... kann Kohlendioxid den Blutfluss im Gehirn und die Sauerstoffaufsättigung durch Erweitern der Blutgefäße im Gehirn erhöhen. Dieser erhöhte Blut(sauerstoff)fluss stellt eine akute, nützliche Anpassung an andernfalls unerträgliche Grade einer Hypoxie bereit."
"Bei der Einwirkung der Hypoxie kann ein Anstieg im arteriellen Kohlendioxiddruck die Sauerstoffaufsättigung des Gehirns und die geistige Leistung aufrechterhalten."
All dies bestätigt, dass ein Zusatz von 4 bis 5% CO₂ zum atembaren feuerlöschenden Mittel die Garantie bereitstellen kann, dass die Verwendung eines derartigen Mittels an Bord eines Flugzeugs absolut sicher ist. Überdies bestätigt eine Anzahl von Forschern, dass die Einwirkung eines derartigen Hyperkapniegrads, der für viele Tage andauert, für den menschlichen Organismus keinerlei Schaden bereitstellt.
34 zeigt ein Diagramm, das eine durchschnittliche physiologische Reaktion auf die Einwirkung der erfundenen atembaren hypoxischen brandbekämpfenden Zusammensetzung in einer Höhe von 2,5 km darstellt, was aufgrund seiner Druckbeaufschlagung auf diese Höhe dem barometrischen Druck an Bord eines modernen Passagierflugzeugs entspricht.
Während des Flugs beträgt eine durchschnittliche Sauerstoffsättigung des Hämoglobins etwa 96%. Nach ungefähr 20 Minuten im Anschluss an die Freigabe des atembaren hypoxischen brandbekämpfenden Gasgemischs kann die arterielle Oxyhämoglobinsättigung im Durchschnitt auf 93% fallen, wie durch die Kurve Q im Diagramm gezeigt ist, sofern das Gasgemisch etwa 15% O₂ und 4% CO₂ enthält. Ein derartiger unbedeutender Abfall der Oxihämoglobinsätigung kann während mäßiger Gymnastik auf Meereshöhe, die völlig sicher ist, beobachtet werden.
Das AFSS gestattet nötigenfalls das Aufrechterhalten der hypoxischen brandhemmenden Umgebung während des Rests des Flugs, indem einfach die Frischluftansaugung und die Belüftungssysteme der Druckkabine abgeschaltet gehalten werden. Frischluft kann automatisch in begrenzten Mengen hinzugefügt werden, um den Sauerstoffgehalt in der Flugzeugkabine bei einem Pegel von etwa 16% zu halten. Ein derartiges automatisches System kann durch Ausführen eines Sauerstoffmesswandlers einfach aufgebaut werden.
In der Gegenwart haben neue Verbundmaterialien gestattet, dass stärkere und leichtere Flugzeuge gestaltet werden, ohne dass es nötig ist, den inneren atmosphärischen Druck durch eine Druckbeaufschlagung auf höhere Höhen zu verringern. Derartige Flugzeuge werden während des Flugs an Bord einen Standardatmosphäredruck bereitstellen und können auch mit einem geringfügigen Anstieg des inneren Drucks umgehen. Ein Einsatz des AFSS an Bord eines derartigen Flugzeugs wird einen durchschnittlichen Abfall des arteriellen Hämoglobins von 98% auf etwa 95% bewirken, was für einen Passagier kaum bemerkbar wäre.
Das erfundene Hypoxic FirePASS, AFSS und die atembaren hypoxischen Feuerlöschzusammensetzungen können in jedem beliebigen, von Menschen belegten geschlossenen Raum einschließlich, aber ohne Beschränkung darauf, Räumen für die Datenverarbeitung, Telekommunikationsvermittlungen, Prozesssteuerungs- und Internet-Servern, Banken/Finanzinstituten, Museen, Archiven, Bibliotheken und Kunstsammlungen, militärischen und Meereseinrichtungen, Passagier/Militärflugzeugen, Raumfahrzeugen/Stationen, unterirdischen/Unterwasseranlagen; Seefahrzeugen; Einrichtungen, die mit brennbaren/explosiven Materialien tätig sind, Kernenergieanlagen, Transporttunneln und - fahrzeugen, Wohnungs- und Bürokomplexen, Spitälern, Privathäusern und anderen isolierten, von Menschen belegten Objekten für Leben, Arbeit, Reise, Sport, Unterhaltung, und weitere menschliche Aktivitäten eingesetzt werden. Weitere Informationen sind im Internet unter www.firepass.com bereitgestellt.

Claims

Vorgefertigte atembare hypoxische brandverhütende oder brandbekämpfende Zusammensetzung zur Bereitstellung einer atembaren brandverhütenden oder brandbekämpfenden Atmosphäre in geschlossenen Räumen, wobei die Zusammensetzung zum Einleiten in die geschlossenen Räume verwendungsfertig ist und ein Gasgemisch umfasst, das Sauerstoff und Stickstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch zur dauerhaften Verwendung als brandverhütende Atmosphäre mehr als 12% und weniger als 18% Sauerstoff enthält; oder dass das Gemisch zur episodischen Verwendung als Brandbekämpfungsmittel mehr als 10% und weniger als 16,8% Sauerstoff enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die atembare brandverhütende Atmosphäre Wasserdämpfe, Kohlendioxid und andere atmosphärische Gase in Mengen enthält, die zum Atmen annehmbar sind.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brandbekämpfungsmittel eine ausreichende Menge an Kohlendioxid enthält, um die Hypoxie im menschlichen Körper auszugleichen, damit das Brandbekämpfungsmittel, wenn es freigegeben wird, eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt bis zu 16% und einem Kohlendioxidgehalt, der bis zu 5% bis 10% erreicht, bereitstellen wird.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stickstoff zum Teil oder vollständig durch ein anderes träges Gas oder Gasgemisch, das träge Eigenschaften aufweist, ersetzt ist.
System zur Bereitstellung einer atembaren brandverhütenden Atmosphäre in geschlossenen Räumen, wobei das System einen umschließenden Aufbau, der darin eine innere Umgebung (11, 91, 101, 110, 130, 140, 171, 191, 221, 241, 251, 272) aufweist, die eine atembare brandverhütende Zusammensetzung mit einem Sauerstoffgehalt unter 18% enthält, und einen mit der inneren Umgebung in Verbindung stehenden Zugang (12, 131, 172, 192) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umgebung ständig mit einer vorgefertigten atembaren Zusammensetzung belüftet wird, die einen Sauerstoffgehalt von mehr als 12% und weniger als 18% aufweist und durch eine Sauerstoffentzugsvorrichtung (20, 50, 92, 102, 111, 132, 143, 173, 193, 262) neu erzeugt wird oder durch ein Lebenserhaltungssystem (223, 232, 242, 252) wiederaufbereitet wird.
System nach Anspruch 5, wobei ein Auslass der Sauerstoffentzugsvorrichtung (20, 50, 92, 102, 111, 132, 143, 173, 193, 262) zusätzlich mit einem Hochdruck-Lagerbehälter (97, 104, 112, 153, 265) in Verbindung steht, um eine ausreichende Zufuhr der feuerlöschenden Zusammensetzung bereitzustellen, die in die innere Umgebung freigegeben werden kann, um einen Brand zu bekämpfen.
System nach Anspruch 5, wobei das Lebenserhaltungssystem ein Luftaufbereitungsmodul aufweist, das überschüssige Feuchtigkeit, Kohlendioxid, Staub und andere gasförmige Produkte der menschlichen Aktivität aus der atembaren brandverhütenden Zusammensetzung entfernt; wobei das Wiederaufbereitungsmodul die atembare brandverhütende Atmosphäre ständig von der inneren Umgebung erhält, überschüssiges Kohlendioxid durch Sauerstoff ersetzt, und die atembare brandverhütende Zusammensetzung in Mengen bereitstellt, die nötig sind, um die Atmungsqualität der Atmosphäre aufrechtzuerhalten; wobei die atembare Atmosphäre und die Zusammensetzung einen dauernden Ballast an Stickstoff oder einem anderen trägen Gas in einem Bereich von 83% bis 88% enthält, der anfänglich in einer nötigen Menge eingebracht wird, die auch nicht durch das Wiederaufbereitungsmodul beeinflusst wird; wobei der Ballast automatisch verhindert, dass der Sauerstoffgehalt über 17% ansteigt.
System zur Bereitstellung einer atembaren brandbekämpfenden Atmosphäre in geschlossenen Räumen, wobei das System einen umschließenden Aufbau, der eine innere Umgebung (91, 101, 110, 140, 151, 201, 211, 275, 281, 301) aufweist, die darin eine innere Atmosphäre enthält, und einen Zugang, der mit der inneren Atmosphäre in Verbindung steht, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das System Folgendes umfasst: einen Gaslagerbehälter (97, 104, 108, 112, 122,153, 202, 214, 265, 284, 302), der eine hypoxische Brandbekämpfungszusammensetzung hält, die Sauerstoff in einem Bereich von mehr als 10% und unter 16%, und Stickstoff enthält; wobei die Menge der Zusammensetzung, die im Behälter behalten oder daraus freigegeben wird, so berechnet ist, dass sie bei der Freigabe der Zusammensetzung in den geschlossenen Raum eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre bereitstellt, die eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 10% bis 16% aufweist.
System nach Anspruch 8, wobei der Gasbehälter die Zusammensetzungsatmosphäre bei einem hohen barometrischen Druck, vorzugsweise über 10 Bar, enthält, und sie freigibt, wenn ein Signal von einer Feuer- und Rauchmeldeausrüstung (98, 125, 159, 285, 305) erhalten wird.
System nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Behälter ein Freigabeventil (107, 123, 274, 286, 311) aufweist, das durch einen Auslöser betätigt wird, der durch das Signal aktiviert wird; wobei der Behälter Gasfreigabedüsen (95, 106, 114, 146, 154, 175, 195, 204, 213, 268, 306) aufweist, die direkt oder durch eine Gasverteilungsrohrleitung (94, 105, 109, 113, 145, 152, 174, 194, 203, 212, 267, 288, 308) angeschlossen sind; wobei die Düsen eine Geräuschverringerungsvorrichtung aufweisen, um einen Pegel des Geräuschs von der Freigabe der Zusammensetzung zu verringern.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Behälter (97, 104, 112, 153, 265) in Kombination mit einer Sauerstoffentzugsvorrichtung (92, 102, 11, 157, 262) eingerichtet ist und davon die Gaszusammensetzung erhält, wobei die Zusammensetzung durch die Vorrichtungen und/oder einen Zwischen-Hochdruck-Kompressor ständig unter einem gewählten barometrischen Druck gehalten wird.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei der Behälter ein autonomer freistehender Behälter (121, 202, 214) ist, der ein eigenes Feuer- und/oder Rauchmeldesystem aufweist, das die Freigabe der Gaszusammensetzung im Fall eines Brands in Betrieb setzt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das System mehrere isolierende Unterteilungen (115, 155) aufweist, die gewählte Abschnitte (A, B, C, D) des Inneren des Raums definieren; wobei die isolierenden Unterteilungen im Fall eines Brands selektiv geschlossen werden können, damit die Abschnitte, wenn die Unter teilungen geschlossen sind, im Wesentlichen voneinander und von der äußeren Umgebung isoliert sind.
System nach Anspruch 13, wobei die mehreren isolierenden Unterteilungen (115, 155) aufblasbare Fallvorhänge sind, die normalerweise entleert und in Vorhanghaltern (116, 156) gehalten sind, welche über den inneren Raum hinweg unter der Decke eingerichtet sind; wobei die Fallvorhänge aus einem durchsichtigen und weichen synthetischen Material in Form von aufblasbaren Klappen hergestellt sind, damit sie, wenn sie aufgeblasen sind, ein ausreichendes Hindernis für den Zug oder jegliche wesentlichen Luftbewegungen in ausgewählte Abschnitte bereitstellen; wobei die Vorhänge durch ein Gas von einer pyrotechnischen Vorrichtung oder einem Behälter aufgeblasen werden, die/der durch ein Signal von der Feuermeldeausrüstung in Betrieb gesetzt wird.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der innere Raum das Innere eines Flugzeugs ist; wobei die Brandbekämpfungszusammensetzung ein Gemisch aus Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid ist, das eine Sauerstoffkonzentration von mehr als 10% und unter 16% und einen Kohlendioxidgehalt über 5% aufweist; wobei das Brandbekämpfungsmittel, wenn es im Fall eines Brands ins Innere des Inneren freigegeben wird, die atembare Brandbekämpfungsatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt im Bereich von 10% bis 16% und einem Kohlendioxidgehalt von ungefähr 4% bis 5% bereitstellt, wobei das System ein Bord-Feuer- und Rauchmeldesystem (285, 305) umfasst, das das System durch Öffnen des Ablassventils (der Ablassventile) und Abschalten des Flugzeugbelüftungssystems in Betrieb setzt.
System nach Anspruch 15, wobei der Lagerbehälter ein biegsamer Lagerbehälter (284) ist, der mit der Brandbekämpfungszusammensetzung auf den gewünschten Druck aufgeblasen ist und in einem luftdichten starren Behälter (282) untergebracht ist, der durch ein Luftpumpmittel (287) mit dem Flugzeuginneren in Verbindung steht; wobei ein Signal vom Bord-Feuermeldesystem (285) das Ablassventil (die Ablassventile) (286) öffnet, wodurch das Brandbekämpfungsmittel vom Lagerbehälter in das Flugzeuginnere freigegeben wird, während das Luftpumpmittel damit beginnt, mit Rauch verschmutzte Luft vom Flugzeuginneren in den starren Behälter zu pumpen, wodurch außerhalb des Lagerbehälters ein positiver Druck erzeugt wird und die gesamte Menge des Brandmittels daraus herausgedrängt wird; wobei die überschüssige Menge der brandbekämpfenden Atmosphäre nötigenfalls durch ein Überdruckventil (290) zur Außenatmosphäre freigegeben wird.
System nach Anspruch 16, wobei der Lagerbehälter ein biegsamer Lagerbehälter (302) ist, der mit der Brandbekämpfungszusammensetzung auf den gewünschten Druck aufgeblasen ist und in einem nicht luftdichten starren Behälter (304) untergebracht ist, der im Inneren einen zusätzlichen biegsamen Behälter (303) aufweist, der entleert ist und durch ein Luftpumpmittel (307) mit dem Flugzeuginneren (301) in Verbindung steht, welches im Fall von Rauch verschmutzte Luft vom Flugzeuginneren in den zusätzlichen entleerten Behälter (303) pumpt, der, während er aufgeblasen wird, einen positiven Druck auf den Lagerbehälter (302) ausübt und die gesamte Menge des Brandmittels daraus herausdrängt.
Verfahren zur Bereitstellung einer atembaren brandverhütenden oder brandbekämpfenden Atmosphäre in geschlossenen Räumen, dadurch gekennzeichnet, dass eine hypoxische brandverhütende oder brandbekämpfende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in den geschlossenen, von Menschen belegten Raum eingelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Luft im geschlossenen Raum vollständig oder teilweise durch das Gasgemisch ersetzt wird, wodurch eine ständige atembare brandverhütende Atmosphäre erzeugt wird, die einen Sauerstoffgehalt über 12% und unter 18% und einen Stickstoffgehalt unter 88% aufweist; wobei die Zusammensetzung ständig in Mengen zugeführt wird, die zur Belüftung des geschlossenen Raums ausreichend sind, um die Atmungsqualität der Atmosphäre aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Luft im geschlossenen Raum vollständig oder teilweise durch das Gasgemisch ersetzt wird, wodurch eine atembare brandbekämpfende Atmosphäre erzeugt wird, die einen Sauerstoffgehalt über 10% und unter 16,8% und einen Stickstoffgehalt unter 92% aufweist.