ОГНЕТУШИТЕЛЬ И НАПОЛНИТЕЛЬ ОГНЕТУШИТЕЛЯ
FIRE EXTINGUISHER AND EXTENDER FOR FIRE EXTINGUISHER

Область техники
Изобретение относится к применению водной суспензии тонкодисперсных частиц вспученного вермикулита в качестве средства тушения огня, а также к противопожарному оборудованию, содержащему такую суспензию.
Уровень техники
3
4
10
2
2
Вермикулит представляет собой природный минерал с химической формулой (Mg, Fe, Al)(Al, Si)O(OH)4HO. Для перевода вермикулита во вспученное состояние, т.е. для получения его вспученной (расслоившейся) модификации, можно использовать нагрев или химическую обработку.
Частицы вспученного вермикулита могут быть суспендированы с получением стабильной водной суспензии, как это описано, например, в US 6309740. Водные суспензии вспученного вермикулита применялись при изготовлении противопожарных гибких материалов, таких как бумага и ткань.
Вермикулит, смешанный с гипсом, использовался также для формирования огнестойкого покрывного слоя.
В FR 2935907 предлагается бороться с пламенем, формируя in situ, т.е. на месте возгорания, смесь гипса с водой в пропорции 1:10 по массе, в результате чего образуется способная к распылению жидкость, которую подают в нужное место посредством распыления. Согласно одному из вариантов, раскрытых в данном документе, дополнительно предлагается смешивать in situ гипс и водную смесь с невоспламеняющимся гранулированным минеральным материалом, плотность которого менее 1, в частности с вермикулитом. В результате образуется смесь, обладающая способностью плавать на поверхность горящей жидкости. Однако такая смесь после ее приготовления не может долго сохраняться в пригодном для применения виде.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к применению водной суспензии тонкодисперсного вспученного вермикулита, выполняющей функцию противопожарного материала, а также к противопожарному оборудованию, содержащему такую суспензию. Желательно, чтобы количество вермикулита составляло 3-40 мас.%, более предпочтительно 10-30 мас.%, а особо желательно - 15-25 мас.%, например, примерно 20 мас.%. Предпочтителен очень тонкодисперсный вермикулит с размером частиц в интервале от нанометров до 1000 мкм, причем желательно, чтобы этот размер не превышал 300 мкм. Хотя водная суспензия вермикулита сама по себе представляет собой отличный наполнитель огнетушителя, предусмотрена возможность дополнительно включить в ее состав и другие добавки, такие как огнегасящие вещества (саппрессанты), обычно используемые в системах огнетушителей для улучшения рабочих характеристик и не влияющие на способность вермикулита сохранять в суспензии свои свойства в течение продолжительного периода времени. В оптимальном варианте при комнатной температуре, такой как 10-30°C, например при 20°C, вермикулит при отсутствии внешних воздействий будет сохранять в суспензии свои свойства по меньшей мере в течение шести месяцев, более предпочтительно - в течение года, а особенно желательно - в течение двух лет или более.
В основу функционирования обычных огнетушителей заложены один или более из следующих трех принципов действия:
(1) водная основа:
распыляемая подача воды для заливки языков пламени и охлаждения зоны горения до температуры ниже точки воспламенения с целью погашения пламени;
(2) сухой порошок или пена:
окружение зоны возгорания влажной пеной или сухим порошком с целью ограничения языков пламени, блокирования горения кислорода и, в результате, погашения языков пламени;
2
(3) CO:
вытеснение кислорода из зоны возгорания с созданием условий, при которых горение продолжаться не может, для чего используется, в частности, нагнетаемый газ Халон (Halon) или углекислоты в виде сухого льда.
Борьба с пламенем посредством распыления водной дисперсии очень тонкодисперсного вспученного вермикулита, на зону возгорания осуществляется посредством эффективной комбинации пяти факторов, совмещающих индивидуальные преимущества различных типов известных огнетушителей. Конкретные преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:
(1) вода суспензии вместе с заключенными в ее внутреннем объеме частицами вермикулита понижает температуру зоны возгорания, поглощая латентное тепло процесса испарения и способствуя гашению огня;
(2) суспензия формирует отличный изоляционный слой, отделяющий горячую зону возгорания, которая, несмотря на охлаждение вследствие процесса (1), может излучать тепло, распространяя его на прилегающие уже охлажденные зоны;
(3) в прилегающей ненагретой зоне суспензия формирует покрывной слой в виде защитного изолирующего огнестойкого покрытия, предотвращающий любое возгорание горючего материала данной зоны, оказавшегося под этим покрывным слоем;
(4) вермикулит с очень малым размером частиц создает между горючим материалом, еще не охваченным огнем, и кислородом прилегающей атмосферы барьер для кислорода, необходимого для того, чтобы произошло возгорание;
(5) частицы вермикулита за счет своей пластинчатой структуры хорошо удерживают воду, т.е. увлажняются. Это приводит к прилипанию тонкодисперсных частиц к объекту, одежде или телу. Благодаря этому свойству, в отличие от воды, которая отражается от поверхности и стекает с нее, обеспечиваются улучшенное ограничивающее воздействие и формирование изолирующего барьера. Кроме того, суспензия вермикулита (далее вермикулитная суспензия) прилипает к вертикальному объекту гораздо лучше, чем пена или порошкообразный гасящий материал, а также формирует отличный теплоизоляционный слой.
В типичной ситуации первая мера помощи при ожогах тела может включать изолирование ожога от кислорода. Очень мелкие частицы вермикулита, наносимые в распыленной струе, могут сформировать слой, барьерный по отношению к кислороду, в результате чего применение такого дисперсионного состава для тушения огня на человеке или животном может дополнительно обеспечить для обожженной кожи наличие первичного защитного слоя, блокирующего кислород, а также тушение огня и присутствие слоя, создающего дополнительную изоляцию от огня или тепла.
Краткое описание чертежа
Изобретение станет более понятным из нижеследующего описания и чертежа, приведенных только в качестве примера, причем чертеж иллюстрирует график распределения размеров частиц вермикулитного дисперсионного состава DM38, поставляемого фирмой Dupré Minerals Limited.
Осуществление изобретения
В данном случае приемлемы вермикулитные дисперсионные составы, такие как состав DM38, поставляемый фирмой Dupré Minerals Limited, у которых размеры частиц вспученного вермикулита лежат в контролируемых интервалах. В таких составах вермикулит способен сохранять форму суспензии на протяжении больших периодов времени (месяцы, год, два года или более). На чертеже, только с иллюстративными целями, представлено распределение размеров частиц в DM38. Видно, что эти размеры варьируются от нанометров до 1000 мкм, не превышая у большинства частиц примерно 300 мкм. Для применения таких частиц в качестве наполнителя огнетушителя распределение их размеров должно быть таким, чтобы оно позволяло вермикулиту сохранять свои свойства в суспензии в течение длительного периода времени, обеспечить надлежащее распыление во время подачи из обычного пожарного оборудования, сохранять способность нанесения хорошего покрывного слоя при распылении, а в процессе распыления в ситуации, связанной с пожаротушением, проявить свойства, определяющие хорошую теплоизоляцию и высокий барьер по отношению к кислороду. Верхняя граница предпочтительных размеров частиц вермикулита составляет 2000 мкм, предпочтительно менее 1000 мкм, а в более предпочтительном варианте - 300 мкм или менее. Желательно, чтобы в числе частиц вермикулита по меньшей мере 90% по массе, а более предпочтительно - 95% по массе, не превышало 300 мкм, а в оптимальном варианте имело размер 1-300 мкм. В пригодной суспензии вермикулит может составлять 3-40% по массе, предпочтительно 10-30%, а в более предпочтительном варианте - 15-25%, причем особо предпочтительно примерно 20%.
Хотя водная суспензия вермикулита, особенно в случае применения обессоленной или дистиллированной воды, сама по себе, без вспомогательных добавок, является отличным наполнителем огнетушителя, предусмотрена возможность введения в нее, для улучшения рабочих характеристик, других добавок, в частности саппрессантов, обычно используемых в системах огнетушителей, а также добавок, повышающих стабильность суспензии. Предпочтительны добавки, не оказывающие отрицательного воздействия на способность вермикулита сохранять свои свойства в суспензии в течение длительного периода времени и не влияющие на способность суспензии формировать в процессе распыления защитный огнестойкий и теплоизолирующий покрывной слой. Смесь гипса, воды и вермикулита, приготовленная согласно FR 2935907, стабильной суспензией не будет. В предпочтительном варианте гипса нет вообще или его количество составляет менее 10 мас.%. Соответственно, в предлагаемом наполнителе огнетушителя количество гипса составляет менее 5 мас.% или менее 1 мас.%.
Предусмотрена возможность поставлять средство тушения огня в любом пригодном для этого контейнере, позволяющем осуществить быструю подачу данного средства на огонь и прилегающую зону, а также на участок, для которого выявлена реальная или потенциальная опасность возгорания, причем данная подача реализуется вручную или автоматически в ответ на аварийную сигнализацию или какой-то другой сигнал. Надлежащий контейнер, выполненный с возможностью заполнения данным средством, которое представляет собой водную суспензию тонкодисперсного вспученного вермикулита, может быть изготовлен из любого пригодного материала, такого как металл, полимер, углеродное волокно, стекло или кевлар. Для выведения распыляемого вещества через шланг или какое-то другое выпускное приспособление желательно, чтобы контейнер обладал способностью находиться под давлением или откачиваться. В число примеров пригодных емкостей входят:
- ручной портативный контейнер с предпочтительным объемом 0,125-50 литров (0,25-40 кг текучего содержимого), причем таким сосудом может быть огнетушитель, который относится к типу, обычно применяемому в переносном жидкостном варианте, и выполнен с возможностью удерживать давление или функционировать от картриджа;
- передвигаемый огнетушитель, в возможном варианте выполненный на колесах и имеющий вместимость 5-250 литров;
- бак с насосом или источником газа, находящегося под давлением, при этом бак вмонтирован в пожарную машину, установлен на ней или выполнен с возможностью буксировки транспортным средством;
- баллоны или баки, выполненные, как индивидуальные объекты, или в виде батареи, устанавливаемые в непосредственной близости или на расстоянии от огнеопасной зоны и в любом из этих вариантов адаптированные для выведения своего содержимого на данную зону.
Далее приведены примеры, иллюстрирующие достоинства вермикулитной суспензии при ее применении в качестве материала, предназначенного для тушения огня.
Пример 1
Приготовили водную суспензию химическим образом вспученного вермикулита с заданным распределением размеров частиц, выбранным согласно приведенному графику. Такая суспензия под названием "Aqueous Vermiculite Dispersion (DM38)" может поставляться фирмой Dupré Minerals Limited.
Пример 2
Несколько обычных огнетушителей на водной основе, использующих газ для создания давления, заполнили водной вермикулитной суспензией, приготовленной согласно примеру 1. Будучи активированными, огнетушители выбрасывали через шланг данную суспензию в распыленном виде.
Пример 3
Установили манекен, одетый в легковоспламеняющуюся куртку, хорошо различаемую визуально. Подожгли куртку, использовав для этого горелку Бунзена. После того как куртка была охвачена огнем, активировали огнетушитель согласно Примеру 2, заполненный вермикулитной суспензией, и направили на горящую куртку распыляемый состав, который сформировал на куртке покрывной слой, быстро погасивший пламя.
Пример 4
Попытались повторно воспламенить куртку из Примера 3, обрабатывая ее горелкой в зоне, на которую посредством распыления дисперсионного вермикулитного состава был нанесен покрывной слой. Куртка повторно не загорелась.
Пример 5
Повторили эксперименты 3 и 4, используя в огнетушителе только воду. Хотя вода залила пламя, для этого понадобилось более продолжительное время распыления. После этого продолжили обработку водой, промочив куртку насквозь. Когда горелку снова поднесли к промокшей куртке, куртка через несколько секунд загорелась повторно.
Пример 6
Вермикулитный дисперсионный состав подавали из огнетушителя согласно Примеру 2 с расстояния приблизительно 2,5 м на установленный вертикально баллон с газообразным бутаном. Данный состав сформировал на баллоне покрывной слой. В случае возникновения огня наложение такого слоя на емкость, содержащую газ, обеспечивает формирование покрытия, обладающего отличными огнестойкими и теплоизоляционными свойствами, тем самым понижая вероятность сильного взрыва, когда содержимое баллона подвергается воздействию повышенных интенсивностей тепла и огня.