ОГНЕГАСЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ
FIRE SUPPRESSING MATERIALS AND SYSTEMS AND METHODS FOR USE

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение предшествующей Заявки №13/594,738, поданной 24 августа 2012 года, которая является частичным продолжением приоритетной Заявки №13/423,133, поданной 16 марта 2012 года, и испрашивает ее приоритет.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящий патентный документ относится к огнегасящим материалам и системам, и способам применения огнегасящих материалов. Более конкретно, настоящий патентный документ относится к формированию смеси органического огнегасящего вещества с еще одним органическим соединением для модифицирования характеристики огнегасящего вещества.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Условия эксплуатации воздушного судна создают весьма специфичные проблемы для конструирования систем пожаротушения в самолете. Например, авиационные системы пожаротушения должны действовать в широком диапазоне температур. Эти температуры могут находиться в диапазоне от +105°С, когда самолет находится на предангарной бетонированной площадке в жаркий день, и опускаться до -55°С, когда самолет летит на больших высотах.
[0004] В течение более 50 лет предпочтительным агентом для применения в авиационном двигателе, вспомогательной силовой установке (ВСУ, APU), и для пожаротушения при грузовых перевозках был Halon 1301. Хладон Halon 1301 имеет ряд конкретных желательных свойств, которые делают его популярным средством для авиационных систем пожаротушения. Например, Halon 1301 имеет низкую температуру кипения и высокое давление паров, которое облегчает смешение агента с воздухом и распределение по всей зоне горения. В дополнение, желательными физическими свойствами Halon 1301 являются его температура кипения -58°С и способность легко испаряться в каждом месте выпуска. Однако вследствие потенциала озонного истощения Halon 1301 (бромтрифторметана) производство материала в большинстве стран было прекращено в 1995 году.
[0005] Во многих современных системах Halon 1301 хранят в баллоне под давлением, в котором в качестве создающего давление газа используют азот. Давление азота за пределами естественного давления паров Halon 1301 требуется для подведения к системе энергии нагнетания при низких температурах. Азот, растворенный в растворе агента Halon, также улучшает испарение и разрушение жидкостных капелек Halon 1301 при низкой температуре, подобное эффекту «попкорна».
[0006] Авиационные системы пожаротушения обычно рассчитывают на основе веса агента, необходимого для достижения заданной минимальной концентрации агента в зоне горения непосредственно после нагнетания из баллона. Система пожаротушения должна быть рассчитана на удовлетворительное функционирование, будучи используемой при минимальной эксплуатационной температуре. Минимальная эксплуатационная температура часто является наиболее неблагоприятным фактором работы системы пожаротушения, поскольку по мере снижения температуры сокращаются объем паров и давление паров агента.
[0007] Еще одним важным обстоятельством при проектировании системы пожаротушения является распределение агента. Распределение агента в пределах зоны горения зависит от способности агента смешиваться с воздухом, поступающим в зону горения, в каждом месте выпуска. Присутствие помех в зоне горения может создавать проблемы транспорта по линии прямой видимости между местом выпуска и пожароопасным участком.
[0008] В настоящее время неизвестны огнегасящие и огнетушащие соединения, которые имеют характеристики и способности агента Halon 1301, но в то же время благоприятные для окружающей среды.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] С учетом вышеизложенного, цель согласно одному аспекту настоящего патентного документа состоит в создании огнегасящей смеси. В других аспектах настоящего патентного документа представлены относящиеся к этому способы и системы. Представленные способы, системы и смеси предпочтительно разрешают или по меньшей мере смягчают одну или более из описанных выше проблем. Для этой цели представлена огнегасящая смесь. В одном варианте исполнения огнегасящая смесь включает: органическое огнегасящее соединение; галогеновый элемент; и органическое соединение, причем органическое огнегасящее соединение, галогеновый элемент и органическое соединение объединены таким образом, что температура кипения смеси является более низкой, чем температура кипения органического огнегасящего вещества.
3
3
3
3
[0010] В некоторых вариантах исполнения огнегасящая смесь включает огнегасящее соединение, известное как FK-5-1-12, фторкетон, с химическим наименованием додекафтор-2-метилпентан-3. В других вариантах исполнения органическое огнегасящее вещество представляет собой CFI, трифториодметан. В еще других вариантах исполнения органическое огнегасящее соединение может быть соединением, по существу подобным FK-5-1-12 или CFI. В некоторых вариантах исполнения могут быть использованы крупные органические молекулы с высокой молекулярной массой, содержащие галоген, с температурой кипения ниже, чем для FK-5-1-12. В еще других дополнительных вариантах исполнения огнегасящей смеси может быть применено более чем одно органическое огнегасящее соединение. В некоторых из этих вариантов исполнения могут быть использованы как FK-5-1-12, так и CFI. В прочих вариантах исполнения FK-5-1-12 и CFI могут быть применены в сочетании с 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтаном (R123).
[0011] В некоторых вариантах исполнения галогеновый элемент может быть любым элементом из колонки 7А периодической таблицы. В одном предпочтительном варианте исполнения галогеновый элемент выбирают из группы, состоящей из брома, иода и хлора.
[0012] Огнегасящая смесь может содержать различные органические соединения с температурой кипения ниже, чем у введенного органического огнегасящего соединения. В некоторых вариантах исполнения органическое соединение может представлять собой диоксид углерода. Органическое соединение может быть в любой пропорции смешано с органическим огнегасящим веществом. В одном предпочтительном варианте исполнения смесь имеет массовое отношение приблизительно 4 к 1 органического огнегасящего вещества к органическому соединению. В некоторых вариантах исполнения в смесь с органическим огнегасящим соединением может быть включено более чем одно органическое соединение. В еще других дополнительных вариантах исполнения многочисленные органические соединения могут быть смешаны с многочисленными органическими огнегасящими соединениями.
[0013] В одном предпочтительном варианте исполнения огнегасящую смесь, которая сформирована, дополнительно сжимают неорганическим газом. В некоторых вариантах исполнения неорганический создающий давление газ представляет собой азот. В других вариантах исполнения он может быть аргоном или гелием, или некоторым иным инертным газом.
[0014] В некоторых вариантах исполнения компоненты огнегасящей смеси могут быть выбраны сообразно конкретным характеристикам или качествам, которыми они обладают. Например, в некоторых вариантах исполнения компоненты смеси могут быть выбраны на основе факторов влияния на окружающую среду, таких как потенциал истощения озона (ODP) и потенциал глобального потепления (GWP). В таких вариантах исполнения смесь может включать органическое огнегасящее вещество с нулевым ODP, и GWP на уровне 1 или менее.
[0015] В еще одном аспекте настоящего патентного документа представлен способ создания огнегасящей смеси. Способ включает стадии, в которых: смешивают органическое огнегасящее вещество, имеющее температуру кипения, с галогеновым элементом, для образования смеси, смешивают смесь с органическим соединением, имеющим более низкую температуру кипения, чем температура кипения органического огнегасящего вещества, для получения огнегасящей смеси, имеющей температуру кипения ниже, чем температура кипения органического огнегасящего соединения.
[0016] В некоторых вариантах исполнения способа огнегасящая смесь может быть подвергнута сжатию неорганическим газом. В некоторых вариантах исполнения газ может представлять собой инертный газ. В одном предпочтительном варианте исполнения газ представляет собой азот.
3
[0017] В еще других вариантах исполнения способа органическое огнегасящее вещество представляет собой FK-5-1-12, додекафтор-2-метилпентан-3-он, или CFI, трифториодметан. В этих вариантах исполнения органическое соединение может быть диоксидом углерода. В некоторых вариантах исполнения галогеновый элемент может быть выбран из группы, состоящей из брома, иода и хлора.
[0018] В еще одном аспекте настоящего патентного документа описываемые здесь огнегасящие смеси используют в усовершенствованной системе пожаротушения для распределения. Система пожаротушения включает: емкость для хранения, включающую смесь органического огнегасящего соединения, имеющего температуру кипения, и органического соединения, имеющего более низкую температуру кипения, чем температура кипения органического огнегасящего вещества.
3
[0019] В одном предпочтительном варианте исполнения системы пожаротушения емкость для хранения находится под давлением неорганического газа. В некоторых вариантах исполнения системы пожаротушения органическое огнегасящее соединение представляет собой FK-5-1-12, додекафтор-2-метилпентан-3-он, CFI, трифториодметан, или 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан (R123). В некоторых из этих вариантов исполнения органическое соединение представляет собой диоксид углерода.
[0020] В некоторых вариантах исполнения системы пожаротушения галогеновый элемент выбирают из группы, состоящей из иода, брома и хлора.
[0021] В некоторых вариантах исполнения системы пожаротушения для доставки огнегасящей смеси к месту выпуска может быть использована трубопроводная система. В некоторых вариантах исполнения конфигурация трубопроводной системы может быть рассчитана на поддержание минимального давления внутри системы пожаротушения.
[0022] В других вариантах исполнения система пожаротушения включает распределительный трубопровод и нагнетательные конфигурации в сообщении с распределительным трубопроводом в многочисленных точках нагнетания, причем конфигурация выпускного канала поддерживает минимальное давление внутри системы пожаротушения. В некоторых из этих вариантов исполнения конфигурация выпускного канала включает форсунку, которая ограничивает течение огнегасящей смеси.
[0023] Как описывается более полно ниже, огнегасящие смеси, системы и способы, описываемые здесь, представляют подходящие альтернативы существующим огнегасящим материалам, в частности, будучи используемыми в низкотемпературных условиях окружающей среды, таких, какие имеют место в самолете. Дополнительные аспекты, цели, желательные признаки и преимущества раскрытых здесь смесей, систем и способов будут лучше понятыми из нижеследующих подробного описания и чертежей, в которых разнообразные варианты исполнения иллюстрированы в качестве примера. Однако должно быть определенно понятно, что чертежи представлены только в целях иллюстрации, и не предполагаются как определение пределов заявленного изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
2
2
[0024] Фиг. 1 иллюстрирует, как на давление паров, и тем самым на температуру кипения смеси додекафтор-2-метилпентан-3-она (FK-5-1-12) и СО влияет повышение концентрации СО в смеси.
[0025] Фиг. 2 иллюстрирует систему пожаротушения для распределения огнегасящей смеси.
[0026] Фиг. 3 иллюстрирует способ создания огнегасящей смеси для применения в системе пожаротушения.
[0027] Фиг. 4 иллюстрирует способ создания огнегасящей смеси, которая включает галогеновый элемент, для применения в системе пожаротушения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Настоящий патентный документ описывает применение органической смеси соединений для создания огнегасящего агента. Применением органической смеси соединений, состоящей из компонентных соединений, можно создать смесь, которая сохраняет желательные характеристики каждого из ее компонентов. Соответственно этому, могут быть сформированы огнегасящие агенты, которые имеют многообразные желательные признаки своих компонентов, и тем самым являются наиболее пригодными для обеспечения пожаротушения в разнообразных условиях окружающей среды, таких, какие имеют место в самолете. Смешение компонентных соединений друг с другом также означает, что может быть использован широкий круг соединений, поскольку все желательные признаки не обязательно проявляются единственным компонентом. В одном предпочтительном варианте исполнения органическое огнегасящее вещество может быть смешано с совместимым соединением, чтобы модифицировать физическое свойство органического огнегасящего вещества и сделать его более пригодным для практического применения.
[0029] Хотя в одном предпочтительном варианте исполнения единственное органическое огнегасящее соединение смешивают с единственным органическим соединением, в других вариантах исполнения более чем одно органическое огнегасящее вещество может быть включено в компоненты смеси, или более чем одно органическое соединение может быть введено в компоненты смеси. Например, в некоторых вариантах исполнения более чем одно органическое огнегасящее соединение может быть объединено с единственным органическим соединением. В других вариантах исполнения единственное органическое огнегасящее соединение может быть объединено с многочисленными органическими соединениями. В еще других вариантах исполнения многочисленные органические огнегасящие соединения могут быть объединены с многочисленными органическими соединениями.
[0030] Хотя описываемые здесь варианты исполнения предусматривают комбинацию органических соединений, в некоторых вариантах исполнения с огнегасящим соединением могут быть смешаны дополнительные химические элементы. В некоторых вариантах исполнения с огнегасящим соединением может быть смешан по меньшей мере один химический элемент. В вариантах исполнения, которые предусматривали смешанный с огнегасящим соединением химический элемент, предпочтительным химическим элементом является галогеновый элемент.
[0031] Как используемое здесь, «органическое соединение» применяется в широком смысле для обозначения любого соединения, которое включает углерод, независимо от того, следует ли или нет рассматривать органическое соединение как огнегасящее вещество. В предпочтительном варианте исполнения органическое соединение имеет характеристики огнегасящего материала.
[0032] Как применяемый здесь, «галогеновый элемент» используют для указания элементов в периодической таблице в группе 7А, включающих фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), иод (I).
[0033] В разнообразных вариантах исполнения компонентные соединения могут быть смешаны друг с другом для улучшения многочисленных разнообразных характеристик. Например, в некоторых вариантах исполнения органическое огнегасящее вещество может быть смешано с органическим соединением с более низкой температурой кипения, чтобы снизить температуру кипения полученной смеси. В других вариантах исполнения могут быть улучшены или модифицированы другие характеристики. В одном предпочтительном варианте исполнения компоненты смеси выбирают таким образом, чтобы полученная смесь проявляла характеристики улучшенной эффективности пожаротушения и соответствия полетной массе.
[0034] Когда выбирают компонентные соединения для смешения между собой, характеристики каждого компонента могут быть выбраны для достижения полученной смеси с заданными характеристиками. Одной характеристикой, которая может рассматриваться в одном варианте исполнения нового огнегасящего агента, является потенциал истощения озона (ODP). В одном предпочтительном варианте исполнения составляющие смесь компонентные соединения имеют более низкое значение ODP, чем Halon 1301, или по меньшей мере выбираются так, чтобы полученная смесь имела ODP меньше, чем у Halon 1301. В одном более предпочтительном варианте исполнения составляющие смесь компонентные соединения имеют половину или менее значения ODP для Halon 1301, или образуют смесь с половиной или менее значения ODP для Halon 1301. В одном еще более предпочтительном варианте исполнения компонентные соединения могут быть выбраны имеющими малое или никакое значение ODP, ODP на уровне 1 или менее, и приводят к смеси с ODP на уровне 1 или менее. В еще одном даже более предпочтительном варианте исполнения используются компонентные соединения, которые имеют нулевое значение ODP, тем самым приводя к смеси с нулевым ODP.
2
[0035] Еще одной характеристикой, которая может рассматриваться, является потенциал глобального потепления (GWP). Потенциал Глобального Потепления (GWP) представляет собой показатель, который дает относительную меру возможного климатического влияния, проявляемого соединением, которое действует как парниковый газ в атмосфере. Значение GWP соединения, как определено Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC, МГЭИК), рассчитывают как интегрированный радиационный прогрев вследствие выделения 1 килограмма этого соединения, относительно прогрева вследствие выделения 1 килограмма СО, на протяжении заданного периода времени (интегрированный временной горизонт (ITH)).
[0036] Где «F» представляет радиационный прогрев на единицу массы соединения (изменение радиационного потока через атмосферу вследствие поглощения инфракрасного (IR, ИК) излучения этим соединением), «С» представляет концентрацию соединения в атмосфере, «τ» представляет продолжительность существования соединения в атмосфере, «t» представляет время, и «x» представляет обсуждаемое соединение.
2
2
[0037] Общепринятым ITH является 100-летний период, представляющий компромисс между кратковременными эффектами (20 лет) и долговременными эффектами (500 лет или дольше). Концентрацию органического соединения, «x», в атмосфере принимают соответствующей кинетической характеристике псевдопервого порядка (то есть, распад по экспоненциальному закону). Концентрация СО на протяжении того же интервала времени предполагает более сложную модель для обмена и удаления СО из атмосферы (модель углеродного цикла Берна).
-1
[0038] При расчете значения GWP есть только две независимых переменных, которые определяются физическими/экологическими характеристиками соединения - радиационный прогрев и продолжительность существования в атмосфере. Фторированные углеводороды (HFC) и перфторуглероды (PFC) поглощают энергию инфракрасного (IR, ИК) излучения в «окне» от 8 до 12 мкм, для которого естественная атмосфера является высокопрозрачной. Поглощение ИК-энергии в пределах атмосферного окна является характерным для всех фторированных соединений. Как показано в Фигуре 1, значения радиационного прогрева в шкале PFC и HFC по существу проявляют линейное изменение сообразно числу фтор-углеродных связей вследствие специфического поглощения ИК-излучения этими связями при номинальной длине волны 8 мкм (1250 см). Это ИК-поглощение, в сочетании с их относительно длительными продолжительностями существования в атмосфере, делает HFC и PFC газами, проявляющими тепличный эффект с высоким значением GWP. Поскольку все фторированные соединения будут поглощать ИК-излучение в этом диапазоне длин волн, наиболее эффективным подходом к получению альтернативных вариантов с низким GWP является разработка соединений с более коротким временем жизни в атмосфере.
[0039] В одном предпочтительном варианте исполнения составляющие смесь компонентные соединения имеют более низкое значение GWP, чем Halon 1301, и тем самым полученная смесь имеет GWP меньше, чем Halon 1301. В одном более предпочтительном варианте исполнения составляющие смесь компонентные соединения имеют половину или менее значения GWP для Halon 1301, приводя к смеси с половиной или менее значения GWP для Halon 1301. В одном еще более предпочтительном варианте исполнения используются компонентные соединения, которые имеют GWP на уровне 1, тем самым с образованием смеси с GWP, равным 1.
[0040] Прочие характеристики компонентных соединений, которые могут приниматься во внимание, включают, но не ограничиваются таковыми, способность компонентов гасить огонь, токсичность для человека, способность повреждать зону, для защиты которой их используют, и любые другие важные свойства в отношении пожаротушения, замедления горения или огнегашения.
6
12
3
3
[0041] Имеется ряд органических огнегасящих соединений, которые являются благоприятными для окружающей среды. Например, FK-5-1-12, додекафтор-2-метилпентан-3-он, CFO, жидкость, представляет собой благоприятный для окружающей среды (ODP 0) огнегасящий агент, производимый фирмой 3М. Органические огнегасящие вещества включают, но не ограничиваются FK-5-1-12, додекафтор-2-метилпентан-3-оном, CFI, соединения, подобные FK-5-1-12 и CFI, или являющиеся их производными, крупные органические молекулы с высокой молекулярной массой, содержащие галоген, с температурой кипения ниже, чем у FK-5-1-12, HFC-125, 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан (R123), и прочие органические вещества, которые могут быть использованы в качестве огнегасящих материалов, замедлителей горения или средств пожаротушения. В различных вариантах исполнения органические огнегасящие вещества могут быть либо галогенированными, либо негалогенированными.
[0042] В некоторых вариантах исполнения могут быть выбраны компоненты, которые по отдельности имеют хорошие свойства огнегашения. Однако в других вариантах исполнения может быть использован компонент, который не является известным в качестве огнегасящего вещества, но имеет некоторое другое желательное качество, которое будет усиливать работоспособность смеси. В еще других вариантах исполнения могут быть применены компонентные соединения, которые по отдельности не являются огнегасящими веществами, но, будучи смешанными между собой, создают смесь с характеристиками огнегашения.
[0043] FK-5-1-12, додекафтор-2-метилпентан-3-он, представляет собой материал с высокой молекулярной массой, сравнительно с моющими средствами первого поколения на основе галогенуглеродов. Продукт имеет удельную теплоту испарения 88,1 кДж/кг и низкое давление паров. Хотя он представляет собой жидкость при комнатной температуре, при нормальных температурах он превращается в газ немедленно после нагнетания в общей заливающей системе.
3
2
3
2
[0044] FK-5-1-12 основывается на собственной химической разработке фирмы 3М под наименованием «С6-фторкетон»; он также известен как додекафтор-2-метилпентан-3-он; его наименование по номенклатуре ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха) FK-5-1-12 – сообразно обозначениям в стандартах NFPA 2001 и ISO 14520 для чистящих средств. В химическом плане он представляет собой фторированный кетон с систематическим наименованием «1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)-3-пентанон» и структурной формулой CFCFC(=O)CF(CF), полностью фторированный аналог этилизопропилкетона.
3
[0045] Еще одним известным огнегасящим веществом, которое является менее вредоносным для озона, чем Halon, является трифториодметан, также называемый трифторметилиодидом. Трифториодметан представляет собой галогенированный метан с формулой CFI. Он содержит атомы углерода, фтора и иода. Хотя иод является в несколько сотен раз более действенным в разложении стратосферного озона, чем хлор, эксперименты показали, что вследствие того, что слабая C-I-связь легко разрывается под действием воды (благодаря электроноакцепторным атомам фтора), трифториодметан имеет меньший потенциал истощения озона, чем одна тысячная часть значения для Halon 1301 (0,008-0,01). Время жизни его в атмосфере, менее 1 месяца, является меньшим 1 процента от величины для Halon 1301.
3
[0046] Проблемой для FK-5-1-12 и CFI по отдельности является то, что они имеют относительно высокие температуры кипения при нормальных условиях. Температура кипения вещества представляет собой температуру, при которой давление насыщенных паров жидкости равно давлению в окружающей жидкость среде.
[0047] Жидкость в вакууме имеет более низкую температуру кипения, чем жидкость, когда она находится при атмосферном давлении на уровне моря. Жидкость при высоком давлении имеет более высокую температуру кипения, чем когда эта жидкость находится при атмосферном давлении на уровне моря. Другими словами, температура кипения жидкости находится в зависимости от давления в окружающей среде. При данном давлении различные жидкости кипят при различных температурах.
[0048] Температура кипения жидкости при нормальных условиях (также называемая атмосферной температурой кипения, или температурой кипения при атмосферном давлении) представляет конкретную ситуацию, в которой давление паров жидкости равно определенному атмосферному давлению на уровне моря, 1 атмосфере (0,1 МПа). При этой температуре давление паров жидкости становится достаточным для преодоления атмосферного давления, и позволяет пузырькам пара формироваться внутри объема жидкости. Стандартная температура кипения теперь (с 1982 года) определяется правилами IUPAC (ИЮПАК, Международный союз теоретической и прикладной химии) как температура, при которой кипение происходит под давлением 1 бар (0,1 МПа).
3
3
[0049] Агенты с высокой температурой кипения, такие как FK 5-1-12 (температура кипения при нормальных условиях 49°С) и CFI (температура кипения при нормальных условиях -23°С) не без труда испаряются в условиях ниже каждой соответственной температуры кипения. Следовательно, в низкотемпературных условиях окружающей среды, подобных тем, какие имеют место в самолете на высоте, распределение агента должно основываться на распылении механическими средствами, или при приложении сдвиговой нагрузки. Это делает FK 5-1-12 и CFI менее чем идеальными заменителями для Halon в качестве авиационных огнегасящих средств, когда они используются как таковые. Однако в вариантах исполнения согласно настоящему патентному документу эти агенты могут быть смешаны с совместимым соединением для модифицирования их температуры кипения, и тем самым повышения их эффективности в качестве огнегасящих веществ в условиях холодной окружающей среды.
3
[0050] В некоторых вариантах исполнения FK 5-1-12 или CFI могут быть смешаны с еще одним органическим соединением с более низкой температурой кипения, чтобы снизить температуру кипения органического огнегасящего вещества. В результате смешения, поскольку оба материала являются органическими соединениями и смешиваются друг с другом, получается жидкостная фаза, проявляющая температуру кипения между температурами кипения органического огнегасящего вещества и органического соединения, примешанного к органическому огнегасящему веществу.
[0051] Температура кипения смеси представляет собой функцию величин давления паров разнообразных компонентов в смеси. В качестве общей тенденции, давления паров жидкостей при температурах окружающей среды повышаются со снижением температур кипения. Закон Рауля дает приближенное представление давления паров над смесями жидкостей. Он указывает, что активность (давление, или летучесть) однофазной смеси равна сумме давлений паров компонентов в расчете на их мольные доли:
i
i
где «р» представляет давление паров смеси, «i» представляет один из компонентов смеси, и «Х» представляет мольную долю этого компонента в жидкостной смеси. Член «pX» представляет парциальное давление компонента «i» в смеси. Закон Рауля применим только для неэлектролитов (незаряженных частиц); он наиболее подходит для неполярных молекул лишь со слабыми силами межмолекулярного притяжения (такими как силы Лондона).
[0052] Системы, которые имеют более высокие давления паров, чем указано приведенной выше формулой, называются имеющими положительные отклонения. Такое отклонение предполагает более слабое межмолекулярное взаимодействие, чем в чистых компонентах, так что молекулы могут считаться «удерживаемыми» в жидкостной фазе слабее, чем в чистой жидкости. Одним примером является азеотропная смесь приблизительно из 95% этанола и воды. Поскольку давление паров над азеотропной смесью является более высоким, чем прогнозируется законом Рауля, она кипит при более низкой температуре, чем любой из обоих чистых компонентов.
[0053] Также есть системы с отрицательными отклонениями, которые имеют более низкие давления паров, чем ожидалось. Такое отклонение свидетельствует о более сильном межмолекулярном взаимодействии между компонентами смеси, чем то, которое существует в чистых компонентах. Таким образом, молекулы «удерживаются» в жидкости прочнее, когда присутствует вторая молекула. Одним примером является смесь трихлорметана (хлороформа) и 2-пропанона (ацетона), которая кипит при температуре выше температур кипения каждого из чистых компонентов.
[0054] В одном предпочтительном варианте исполнения органическое огнегасящее соединение смешивают со вторым органическим соединением, имеющим более низкую температуру кипения, для создания огнегасящей смеси с более низкой температурой кипения, чем у органического огнегасящего соединения. В еще более предпочтительном варианте исполнения огнегасящая смесь имеет малое или никакое значение ODP и низкое значение GWP. Более низкая температура кипения улучшает характеристики легкого испарения смеси.
[0055] В одном предпочтительном варианте исполнения температура кипения смеси является более низкой на величину между 1 и 40 градусами Цельсия, чем температура кипения самогó органического огнегасящего соединения. В одном более предпочтительном варианте исполнения температура кипения смеси является на величину между 40 и 75 градусами Цельсия более низкой, чем температура кипения самогó органического огнегасящего соединения. В одном еще более предпочтительном варианте исполнения температура кипения смеси является на величину между 75 и 100 градусами Цельсия более низкой, чем температура кипения самогó органического огнегасящего соединения.
2
[0056] Органические соединения разнообразных типов могут быть смешаны с органическим огнегасящим веществом для модифицирования многочисленных разнообразных характеристик органического огнегасящего вещества. Органические соединения, которые могут быть использованы, включают, но не ограничиваются таковыми, СО и другие органические соединения, которые проявляют желательные характеристики.
2
2
2
[0057] В одном варианте исполнения FK 5-1-12 смешивают с диоксидом углерода (СО). Температура кипения СО при стандартном атмосферном давлении составляет -78,5°С. Будучи смешанным с Novec 1230, который имеет температуру кипения 49°С, добавленный СО будет снижать температуру кипения совокупной смеси.
2
2
2
[0058] В дополнение к тому, что СО имеет низкую температуру кипения, он также может быть использован в качестве огнегасящего вещества и является экологически благоприятным. Однако СО в больших количествах, достаточных для пожаротушения, сам по себе является токсичным для людей. Когда СО смешивают с FK 5-1-12, полученная смесь проявляет предпочтительные свойства обоих ее компонентов. А именно, экологически благоприятное огнегасящее вещество с низкой температурой кипения, которое является надежным для применения среди людей. Более низкая температура кипения улучшает характеристики свободного испарения смесей и способствует лучшему диспергированию их в воздухе при низких температурах и заливанию области, для которой желательно пожаротушение.
2
[0059] В различных вариантах исполнения могут быть смешаны друг с другом разнообразные количества органических огнегасящих веществ и органических соединений. Эти количества могут быть определены на основе конкретного варианта применения огнегасящей смеси, которая рассчитана для использования в этих условиях. Например, требование, чтобы система была работоспособной до температур вплоть до -60°С, может сделать необходимым добавление большего количества СО к органическому огнегасящему веществу, чем если бы условия окружающей среды были менее экстремальными.
2
2
2
2
2
[0060] Фиг. 1 иллюстрирует, как давление паров смеси изменяется в зависимости от мольной доли каждого из компонентов в смеси. Как было разъяснено выше, температура кипения обычно следует обратно пропорциональной зависимости от давления паров. Сплошные линии представляют парциальное давление FK 5-1-12 и СО в смеси. Пунктирная линия представляет давление паров смеси. Как можно видеть из Фиг. 1, давление паров переходит от давления паров чистого FK 5-1-12 до давления паров чистого СО по мере увеличения мольной доли СО. Фиг. 1 иллюстрирует, как повышение концентрации СО в смеси влияет на давление паров смеси, и соответственно, снижается температура кипения. В то время как в Фиг. 1 в качестве примеров использованы FK 5-1-12 и СО, Фиг. 1 равным образом применима к другим смесям органических огнегасящих веществ и органических соединений, как было разъяснено выше в отношении закона Рауля.
2
2
2
2
[0061] Как было разъяснено выше, в идеальном случае смесь содержит преимущественные свойства обоих компонентов. Соответственно этому, в некоторых вариантах исполнения большее количество СО может быть использовано для снижения температуры кипения смеси, и в других вариантах исполнения меньшее количество СО может быть применено для сохранения большинства свойств органического огнегасящего вещества. Как в случае большинства смесей, будет иметь место точка насыщения, при которой органическое соединение может перестать фактически смешиваться с органическим огнегасящим веществом. Например, в некоторый момент СО может перестать далее смешиваться с FK 5-1-12. Эта точка насыщения изменяется с температурой, и большее количество органического соединения может быть примешано к органическому огнегасящему веществу при более высоких температурах. В одном предпочтительном варианте исполнения приблизительно четыре (4) фунта (1,82 кг) FK 5-1-12 используют на каждый один фунт (0,454 кг) СО, при массовом соотношении приблизительно 4 к 1. В других вариантах исполнения могут быть применены иные соотношения.
2
[0062] Будучи смешанной в массовом соотношении 4 к 1, полученная смесь имеет температуру кипения приблизительно -34°С. Это является значительно более низким значением, чем 49°С температуры кипения FK 5-1-12, которую он проявляет по отдельности. Сочетание эффективностей пожаротушения двух физически действующих агентов приводит к синергическому эффекту между агентами для достижения огнегашения при пониженной концентрации СО, ниже 28%, и улучшенному распылению FK 5-1-12 при низких температурах.
2
3
3
2
3
2
[0063] В других вариантах исполнения огнегасящей смеси с СО может быть смешан CFI. Подобно FK 5-1-12, CFI может быть смешан с СО в различных соотношениях в зависимости от характеристик, желательных в полученной смеси. В одном предпочтительном варианте исполнения CFI смешивают с СО в массовом соотношении 5 к 1. Однако в других вариантах исполнения могут быть применены иные соотношения, в том числе 4 к 1.
2
2
2
2
2
2
2
[0064] Дополнительным преимуществом добавления СО к огнегасящим смесям может быть регулирование порога воспламеняемости после пожаротушения. В некоторых вариантах исполнения для повышения этого порога может быть добавлен дополнительный СО. Применение СО может быть эффективным средством контроля воспламеняемости после нагнетания горючего галогенуглерода. Дополнительный СО может устранять проблемы воспламеняемости после пожаротушения, когда используют CF3I, 2-BTP или прочие огнегасящие соединения. Асимптотический эффект, обусловленный лавинообразным возрастанием порога воспламеняемости, который имеет место в некоторых вариантах исполнения огнегасящих смесей, которые включают СО, может быть использован для предотвращения возможности повторного возгорания. Небольшие количества СО могут быть применены для повышения порога воспламеняемости сверх объемной концентрации, необходимой для подавления дополнительным содержанием СО как диспергатора при низких температурах.
3
2
[0065] В еще других вариантах исполнения огнегасящей смеси как FK 5-1-12, так и CFI могут быть совместно смешаны с органическим соединением, таким как СО. В некоторых таких вариантах исполнения общее отношение органического огнегасящего вещества к органическому соединению может составлять 4 к 1. В других таких вариантах исполнения соотношение может быть ближе к 5 к 1. В еще других дополнительных вариантах исполнения отношение может быть даже более низким.
[0066] Таблица 1 и таблица 2 ниже перечисляют мольные доли и массовые доли для примерного варианта исполнения смеси, которая содержит два органических огнегасящих соединения и органическое соединение. Также показан сохраняемый объем каждого компонента внутри двух отдельных баллонов. В примере, показанном в таблице 1, отношение массовой доли органического огнегасящего соединения к органическому соединению составляет приблизительно 2,3 к 1. В примерах, показанных в таблице 1 и таблице 2, массовая доля двух органических огнегасящих веществ распределена приблизительно поровну. Однако в других вариантах исполнения может быть применено большее или меньшее количество каждого органического огнегасящего вещества.
Таблица 1
FK 5-1-12
CF<sub>3</sub>I
CO<sub>2</sub>
В целом
Молекулярная масса
316
195,9
44
Молей на фунт
1,44
2,32
10,31
Вес (фунтов)
1,15
1,4
1,1
3,65
Мольных процентов
10,2%
20,0%
69,8%
100,0%
Весовых процентов
31,5%
38,4%
30,1%
100,0%
Объем баллона (дюйм<sup>3</sup>)
150
13,25
16,13
12,67
42,05
224
8,87
10,80
8,49
28,16
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
Таблица 2
R123
CF<sub>3</sub>I
CO<sub>2</sub>
В целом
Молекулярная масса
152,9
195,9
44
Молей на фунт
2,97
2,32
10,31
Вес (фунтов)
1,00
1,00
0,2
3,65
Мольных процентов
40,40%
31,56%
28,04%
100,0%
Весовых процентов
45,45%
45,45%
9,10%
100,0%
Объем баллона (дюйм<sup>3</sup>)
75
23,04
23,04
4,61
50,69
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
[0067] В еще других дополнительных вариантах исполнения, как иллюстрировано в таблице 3, по меньшей мере один химический элемент может быть смешан с огнегасящим соединением перед смешением его с органическим соединением. В одном предпочтительном варианте исполнения, который предусматривает дополнительный химический элемент, смешанный с органическим огнегасящим соединением, химический элемент представляет собой галогеновый элемент. Еще более предпочтительно, галогеновый элемент выбирают из группы, состоящей из иода, брома и хлора. В вариантах исполнения, в которых используют галогеновый элемент, галогеновый элемент может составлять между 4 и 32 мольными процентами композиции, в зависимости от варианта применения и предполагаемых условий эксплуатационной среды. В порядке одного примера, если в качестве галогенового элемента применяют иод с эквивалентной молекулярной массой одноатомной молекулы 126,9, галогеновый элемент может составлять между 4 и 32 мольными процентами совокупной смеси. Таблица 3 приводит пример, где иод используется как галогеновый элемент, и составляет 4,79 мольных процента совокупной смеси.
Таблица 3
R123
I<sub>2</sub>
CO<sub>2</sub>
В целом
Молекулярная масса
152,9
253,8
44
Молей на фунт
2,97
1,79
10,31
Вес (фунтов)
1,70
0,2
0,2
3,65
Мольных процентов
67,60%
4,79%
27,61%
100,0%
Весовых процентов
80,96%
9,52%
9,52%
100,0%
Объем баллона (дюйм<sup>3</sup>)
75
39,17
4,61
4,61
48,38
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
фунт/фут<sup>3</sup>
[0068] Галогены как химические элементы нуждаются в жидкофазном носителе, и органическое огнегасящее соединение служит в качестве жидкофазного носителя для галогенового элемента, когда оба смешивают друг с другом. Из галогеновых элементов хлор, бром и иод являются наиболее химически активными в пожаротушении, поскольку они химически связываются с кислородом под действием тепла на участке, где имеет место окислительная активность горения (огонь).
[0069] Как было разъяснено выше, системы пожаротушения рассчитывают на основе веса агента, необходимого для достижения заданной минимальной концентрации агента в зоне горения. Для многих вариантов применения, таких как для самолета, чем легче система, тем лучше. Добавление небольшого количества галогенового элемента к органическому огнегасящему соединению сокращает количество и совокупный вес необходимого органического огнегасящего соединения. Галогеновый элемент повышает химическую активность пожаротушения по сравнению с главным образом физическим эффектом подавления, проявляемым органическим огнегасящим соединением. Комбинация химического и физического подавления позволяет в целом снизить общий вес огнегасящей смеси.
2
[0070] В одном предпочтительном варианте исполнения огнегасящей смеси, которая включает галогеновый элемент, FK 5-1-12 сначала смешивают с галогеновым элементом, и затем с органическим соединением, имеющим более низкую температуру кипения. В одном более предпочтительном варианте исполнения FK 5-1-12 смешивают с Br или I, и затем с СО. Количество добавляемого к смеси галогенового элемента может находиться между 5% и 30% от совокупного веса конечной смеси. В одном предпочтительном варианте исполнения количество добавляемого к смеси галогена может составлять величину между 7% и 23% от общего веса конечной смеси. Еще более предпочтительно, количество галогенового элемента, добавляемого к смеси, может быть между 12,4% и 15,1% от совокупного веса конечной смеси.
[0071] Таблица 4 демонстрирует еще один вариант исполнения огнегасящей смеси. В таблице 4 смесь представляет собой физическую смесь равных частей по весу FK 5-1-12 и диоксида углерода. Представленная в таблице 4 смесь может быть подвергнута сжатию в системе пожаротушения посредством азота.
Таблица 4
Обозначение компонента
Химическое наименование
Торговая марка или иное
Регистрационный номер CAS
Весовых процентов
Мольных процентов
FK 5-1-12
1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)-3-пентанон
Novec 1230
756-13-8
50%±0,15 фунта
12,2±0,22
CO<sub>2</sub>
Диоксид углерода
Не имеет отношения
124-38-9
50%±0,15 фунта
87,8±1,55
N<sub>2</sub>
Азот
Не имеет отношения
7727-37-9
Не имеет отношения
Не имеет отношения
3
[0072] Когда используют смесь, раскрытую в Фиг. 4, предпочтительная максимальная плотность заполнения для FK 5-1-12 и диоксида углерода, как индивидуальных компонентов, составляет 29 фунтов на кубический фут (465,16 кг/м). Плотность заполнения рассчитывают делением веса компонента в фунтах на объем баллона в единицах кубических футов.
3
3
3
[0073] В одном предпочтительном варианте исполнения общая максимальная плотность заполнения для обоих компонентов составляет 58 фунтов на кубический фут (930,32 кг/м). Минимальная плотность заполнения составляет 15 фунтов на кубический фут (240,6 кг/м) для каждого компонента, обусловливая общую минимальную плотность заполнения в 30 фунтов на кубический фут (481,2 кг/м). В других вариантах исполнения могут быть возможными иные плотности заполнения.
[0074] В одном предпочтительном варианте исполнения, как только огнегасящая смесь была помещена в баллон, для создания давления в баллоне дополнительно используют неорганический газ. В одном предпочтительном варианте исполнения с использованием огнегасящей смеси из таблицы 4 может быть использован азот для создания давления в баллоне между 900 и 1225 psig (6,2-8,4 МПа, манометрических), в зависимости от варианта применения и конфигурации трубопроводной системы.
2
[0075] Когда применяют смесь согласно таблице 4, баллоны могут быть дозаправлены с использованием следующего способа: последовательность заполнения баллона: 1.) очищают и высушивают баллон; 2.) откачивают воздух из баллона до давления разрежения 26 дюймов ртутного столба (660,4 мм рт.ст., 88 кПа) или ниже; 3.) используют разрежение в баллоне как средство для заполнения агентом Novec 1230 до заданного веса +0,15 (0,07 кг), -0 фунтов; 4.) используют насос для зарядки баллона СО до заданного веса +0,15 (0,07 кг), -0,00 фунтов; 5) создают давление в баллоне азотом до номинального уровня 900, 1000, 1100, или 1200 psig (6,2, 6,9, 7,6, или 8,3 МПа, манометрических), при контрольной температуре 21°С, сообразно варианту применения и конструкции распределительной системы. Давление заправки азотом при иной температуре баллона, нежели 21°С, основывают на температуре баллона во время заправки. Допуск величины давления составляет +25, -0 psig (+172,35, 0 кПа, манометрических).
2
[0076] Таблица 5 демонстрирует еще один вариант исполнения огнегасящей смеси. В таблице 5 смесь представляет собой физическую смесь 75% CF3I и 25% СО по весу. Представленная в таблице 5 смесь может быть подвергнута сжатию в системе пожаротушения с помощью азота.
Таблица 5
Обозначение компонента
Химическое наименование
Торговая марка или иное
Регистрационный номер CAS
Весовых процентов
Мольных процентов
CF<sub>3</sub>I
Трифторметилиодид или иодтрифторметан
Триодид
2314-97-8
75%±0,15 фунта
40±0,35
CO<sub>2</sub>
Диоксид углерода
Не имеет отношения
124-38-9
25%±0,15 фунта
60±1,55
N<sub>2</sub>
Азот
Не имеет отношения
7727-37-9
Не имеет отношения
Не имеет отношения
3
2
3
3
[0077] Когда применяют смесь, представленную в таблице 5, предпочтительная максимальная плотность заполнения для CFI составляет 52 фунта на кубический фут (834,1 кг/м). Предпочтительная максимальная плотность заполнения для CO составляет 18 фунтов на кубический фут (288,7 кг/м).
3
3
3
3
3
2
[0078] В одном предпочтительном варианте исполнения совокупная максимальная плотность заполнения для обоих компонентов составляет 70 фунтов на кубический фут (1122,8 кг/м). Минимальная плотность заполнения составляет 35 фунтов на кубический фут (561,4 кг/м) для CFI и 13 фунтов на кубический фут (208,5 кг/м) для СО, приводя к совокупной минимальной плотности заполнения 48 фунтов на кубический фут (769,9 кг/м). В других вариантах исполнения могут быть возможными иные плотности заполнения. В одном предпочтительном варианте исполнения, как только огнегасящая смесь согласно таблице 5 была помещена в баллон, неорганический газ, такой как азот, может быть применен для создания давления в баллоне между 800 и 1025 psig (5,5-7,07 МПа, манометрических), в зависимости от варианта применения и конфигурации трубопроводной системы.
[0079] В одном предпочтительном варианте исполнения такая же процедура, использованная для заполнения баллона составом согласно варианту исполнения из таблицы 4, может быть применена для заполнения баллона композицией согласно варианту исполнения из таблицы 5, за исключением того, что азот должен быть использован для создания давления в баллоне на уровне 800, 900 или 1000 psig (5,5, 6,2, 6,9 МПа, манометрических) при температуре 21°С.
[0080] Таблица 6 демонстрирует еще один вариант исполнения огнегасящей смеси. В таблице 5 смесь представляет собой физическую смесь 35% CF3I, 35% FK 5-1-12, и 30% диоксида углерода по весу. Представленная в таблице 6 смесь может быть подвергнута сжатию в системе пожаротушения с помощью азота.
Таблица 6
Обозначение компонента
Химическое наименование
Торговая марка или иное
Регистрационный номер CAS
Весовых процентов
Мольных процентов
CF31
Трифторметилиодид или иодтрифторметан
Триодид
2314-97-8
35%±0,15 фунта
18,4±0,35
FK 5-1-12
1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)-3-пентанон
Novec 1230
756-12-8
35%±0,15 фунта
11,4±0,22
CO<sub>2</sub>
Диоксидуглерода
Не имеет отношения
124-38-9
30%±0,15 фунта
70,2±1,55
N<sub>2</sub>
Азот
Не имеет отношения
7727-37-9
Не имеет отношения
Не имеет отношения
3
3
3
[0081] Когда применяют смесь, представленную в Фиг. 6, предпочтительная максимальная плотность заполнения для CFI и FK 5-1-12 составляет 23 фунта на кубический фут (368,9 кг/м). Предпочтительная максимальная плотность заполнения для диоксида углерода составляет 20 фунтов на кубический фут (320,8 кг/м).
3
3
3
3
3
2
[0082] В одном предпочтительном варианте исполнения совокупная максимальная плотность заполнения для обоих компонентов составляет 66 фунтов на кубический фут (1058,6 кг/м). Минимальная плотность заполнения составляет 15 фунтов на кубический фут (240,6 кг/м) для CFI и FK 5-1-12, и 13 фунтов на кубический фут (208,5 кг/м) для СО, приводя к совокупной минимальной плотности заполнения 43 фунта на кубический фут (689,7 кг/м). В других вариантах исполнения могут быть возможными иные плотности заполнения. В одном предпочтительном варианте исполнения, как только огнегасящая смесь согласно таблице 6 была помещена в баллон, неорганический газ, такой как азот, может быть применен для создания давления в баллоне между 800 и 1025 psig (5,5-7,07 МПа, манометрических), в зависимости от варианта применения и конфигурации трубопроводной системы.
3
2
3
[0083] В одном предпочтительном варианте исполнения такая же процедура, использованная для заполнения баллона составом согласно варианту исполнения из таблицы 5, может быть применена для заполнения баллона композицией согласно варианту исполнения из таблицы 6. В одном предпочтительном варианте исполнения компоненты помещают в баллон в следующем порядке: FK-5-1-12, CFI, и СО. В других вариантах исполнения порядок введения CFI и FK-5-1-12 может быть обратным.
[0084] Системы пожаротушения, в которых применяют смесь органического огнегасящего вещества и органического соединения, могут быть приспособлены для дополнительного повышения эффективности действия огнегасящей смеси. Одним примером того, как система может быть приспособлена для дополнительного повышения эффективности действия огнегасящей смеси, является поддержание смеси под давлением. В одном предпочтительном варианте исполнения система поддерживает смесь под давлением приблизительно пять (5) атмосфер (0,5 МПа) все время, пока смесь нагнетается из системы. В других вариантах исполнения система может сжимать смесь до иных диапазонов давления. Например, в других вариантах исполнения система может поддерживать давление 5-7 атмосфер (0,5-0,7 МПа) в смеси на всем протяжении распределительной системы, пока не будет выведено критически важное количество смеси. В еще других вариантах исполнения система поддерживает давление смеси на уровне 5-40 атмосфер (0,5-4 МПа) в процессе нагнетания.
2
2
[0085] Поддержание положительного давления в смеси может быть преимущественным не только для сохранения минимального массового расхода потока в месте выпуска, но и потому, что определенные соединения, применяемые в смеси, могут проявлять склонность к затвердеванию при низких температурах, если давление падает ниже определенного порогового значения. Если одно из соединений в смеси или часть смеси затвердевает, это может привести к засорению распределительной системы. Если твердые вещества, которые образуются, не засоряют распределительную систему, то они могут быть выброшены наружу в твердом состоянии, что может вызвать повреждение чувствительного оборудования. Например, СО имеет тройную точку, которая находится при -56,4°С при давлении 5,4 атмосферы (0,54 МПа). Тройная точка вещества представляет температуру и давление, при которых три фазы (газообразная, жидкостная, и твердая) этого вещества сосуществуют в термодинамическом равновесии. Соответственно этому, СО может затвердевать внутри системы при низких температурах, если не поддерживать его при достаточном давлении.
[0086] Чтобы поддерживать смесь при положительном давлении, могут быть применены несколько способов. Например, система пожаротушения может хранить смесь в находящемся под давлением резервуаре. Давление может быть повышено в резервуаре с помощью неорганического создающего давление газа. В предпочтительном варианте исполнения неорганический создающий давление газ является инертным. В более предпочтительном варианте исполнения неорганический создающий давление газ представляет собой азот. В еще других вариантах исполнения создающий давление газ может быть аргоном или гелием. Скорости нагнетания при низких температурах, подобные скоростям нагнетания Halon 1301 при низких температурах, могут быть обеспечены добавлением азота или еще одного пригодного создающего давление газа.
[0087] При низких температурах, таких, какие имеют место в самолете на высоте, огнегасящее вещество, которое может представлять собой смесь, может быть двухфазным (жидкость и пары) огнегасящим материалом, вместо одной фазы (только газообразной). Создание давления с помощью инертного газа также может быть преимущественным для подведения энергии в условиях низкой температуры для надлежащего вытеснения двухфазной огнегасящей смеси.
[0088] Фиг. 2 иллюстрирует систему 200 пожаротушения для распределения огнегасящей смеси. Система 200 пожаротушения включает емкость 202 для хранения огнегасящей смеси. Емкость 202 может быть емкостью любого типа, рассчитанной на содержание огнегасящей смеси. В предпочтительном варианте исполнения емкость 202 рассчитана на содержание огнегасящей смеси под давлением.
[0089] Емкость 202 находится в отдельном сообщении с распределительной трубопроводной системой 206, 208, 210 и 212. Когда систему 200 пожаротушения приводят в действие, емкость 202 выпускает огнегасящую смесь в трубопроводную систему 206, 208, 210 и 212. Трубопроводная система 206, 208, 210 и 212 может представлять собой трубы, шланги или конструкцию иного типа, рассчитанную на распределение жидкости или газов. Смесь нагнетается через трубопроводную систему и выходит из системы 200 пожаротушения в местах 204 выпуска.
[0090] Система трубопроводов/шлангов может быть изготовлена из пластика, резины, металла, поливинилхлорида (PVC) или подходящего материала любого другого типа. В одном предпочтительном варианте исполнения материал трубопроводной системы следует выбирать так, чтобы он был инертным в отношении распределяемой огнегасящей смеси.
[0091] В некоторых вариантах исполнения системы 200 пожаротушения система 200 доставляет смесь полностью ко всем местам 204 выпуска, в то же время поддерживая минимальное давление на смесь во время распределения путем сохранения противодавления. В одном варианте исполнения конфигурацию выпуска на каждом месте 204 выпуска рассчитывают на поддержание положительного противодавления сверх определенного порогового значения. В таком варианте исполнения конфигурация на месте 204 выпуска ограничивает течение и сохраняет давление в системе 200, пока по существу вся смесь не будет выведена через каждое место 204 выпуска. В некоторых вариантах исполнения клапаны или форсунки могут быть использованы для регулирования конфигурации и поддержания минимального давления во всей системе.
[0092] В других вариантах исполнения системы 200 конфигурация выпуска в местах 204 выпуска может не регулировать давление, но, вместо этого, давление может регулироваться конфигурацией или физической конструкцией самой распределительной системы. В одном таком варианте исполнения система 206, 208, 210 и 212 труб или шлангов может быть рассчитана на поддержание минимального давления во всей системе 200. Например, при проектировании системы с надлежащим числом изменений направления и повышенным количеством более узких трубопроводов смесь может распределяться по всей зоне огнегашения, в то же время с сохранением минимального давления во всей системе. Это может быть достигнуто вообще без чувствительных к давлению клапанов или форсунок в местах 204 выпуска.
[0093] Как показано в Фиг. 2, трубопровод 206, который находится непосредственно ниже по потоку относительно емкости 202, имеет диаметр D. В варианте исполнения, показанном в Фиг. 2, диаметр трубопровода на каждом последующем ответвлении ниже по потоку является меньшим, то есть, D1 является меньшим, чем D, и D2 является меньшим, чем D1, и D3 является меньшим, чем D2. Диаметр D среди последующих диаметров D1-D3 ниже по потоку следует выбирать на основе минимального давления, которое необходимо поддерживать. Число ответвлений во всей трубопроводной конструкции также может быть использовано, чтобы содействовать поддержанию минимального давления. Поддержанию давления могут содействовать принудительные резкие изменения направления выше по потоку относительно ответвления.
[0094] Проектирование системы, которое не требует размещения чувствительного к давлению клапана или форсунки на месте выпуска, может быть важным не только из соображений надежности, но также может быть важным в отношении возможностей переоснащения. В большинстве современных систем не используют такую конфигурацию выпуска, и поэтому может быть преимущественным применение конфигурации распределительной системы труб или шлангов для поддержания минимального давления.
[0095] В других системах как конфигурация выпуска в местах 204 выпуска, так и конфигурация трубопроводной системы может быть рассчитана на то, чтобы содействовать поддержанию в системе 200 минимального давления на всем протяжении ее действия. В одном предпочтительном варианте исполнения распределительной системы 200 диаметр трубопровода и диаметр горловины сопла выбирают для соответствия заданной концентрации, для подавления горения, и поддержания достаточного давления в магистрали, чтобы вытеснять жидкостную фазу из системы 200, прежде чем будет достигнуто критически низкое значение давления, приблизительно 6 атмосфер (0,6 МПа).
[0096] В некоторых вариантах исполнения может быть предусмотрена дополнительная необязательная емкость 214 для хранения создающего давление газа. Емкость 214 находится в отдельном сообщении с емкостью 202 таким образом, чтобы по мере выброса огнегасящей смеси из емкости 202 создающий давление газ заполнял емкость 202 и предотвращал значительное падение давления в емкости 202. Это также содействует поддержанию минимального давления во всей системе 200. В некоторых вариантах исполнения необязательная емкость 214 может не применяться.
2
[0097] Как было разъяснено выше, определенные пропорции органического огнегасящего вещества с высокой температурой кипения при нормальных условиях, такого как FK 5-1-12, и органического соединения с низкой температурой кипения при нормальных условиях, такого как диоксид углерода, при высоком давлении приводят к желательным объединенным физическим свойствам во время нагнетания при низкой температуре. Сочетание в значительной мере улучшает характеристики подавления горения каждого агента по отдельности. Добавление азота, аргона или гелия может быть дополнительной мерой для повышения давления в баллоне при низких температурах, обеспечивая надлежащий массовый расход потока при этих температурах. Добавление этих инертных газов также предотвращает проявление фазовых изменений СО в тройной точке во время нагнетания при таких низких температурах.
[0098] Фиг. 3 иллюстрирует способ получения огнегасящей смеси для применения в системе 100 пожаротушения. Как показано в стадии 102 Фиг. 3, органическое огнегасящее вещество смешивают с органическим соединением, чтобы модифицировать характеристику органического огнегасящего вещества. В варианте исполнения, показанном в Фиг. 3, способ применяют для модифицирования температуры кипения органического огнегасящего вещества. Когда смесь органического огнегасящего вещества и органического соединения готова, смесь может быть подвергнута сжатию с использованием неорганического газа в стадии 104. Важно обеспечивать то, чтобы смешение огнегасящего соединения и органического соединения выполнялось до введения неорганического газа, в особенности если органическое соединение добавляют до его максимального уровня насыщения или близкого к нему.
[0099] Фиг. 4 иллюстрирует способ получения огнегасящей смеси, которая включает галогеновый элемент, для применения в системе 100 пожаротушения. Как показано в Фиг. 4, сначала в стадии 402 откачивают воздух из емкости. Как только емкость будет эвакуирована, в стадии 404 может быть добавлено органическое огнегасящее соединение. После введения органического огнегасящего соединения в емкость, галогеновый элемент может быть примешан или растворен в органическом огнегасящем соединении в стадии 406. Затем органическое соединение с желательным свойством, таким как более низкая температура кипения, может быть примешано в смесь органического огнегасящего соединения и галогенового элемента. Наконец, создающий давление газ может быть добавлен для создания дополнительного давления в емкости.
[00100] Способ согласно Фиг. 4 описывает способ смешения огнегасящего материала в емкости, рассчитанной на нагнетание, и предпочтительно компоненты огнегасящей смеси смешивают непосредственно в выпускной емкости. Однако в других вариантах исполнения, стадии 404, 406 и 408, или любые их подгруппы, могут быть выполнены вне выпускной емкости. Будучи смешанной, смесь может быть добавлена в выпускную камеру и затем подвергнута сжатию в стадии 410.
[00101] Хотя варианты исполнения были описаны со ссылкой на предпочтительные конфигурации и конкретные примеры, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет без труда понятно, что многие модификации и адаптации огнегасящих материалов и систем, и способов применения описанных здесь огнегасящих материалов возможны без выхода за пределы смысла и области вариантов исполнения, как заявленных далее. Таким образом, должно быть определенно понятно, что настоящее описание приведено только в качестве примера, и не как ограничение области вариантов исполнения, как заявленных ниже.