СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ОГНЯ В ЗАМКНУТОМ ВОЗДУШНОМ ПРОСТРАНСТВЕ, ОБИТАЕМОМ МЛЕКОПИТАЮЩИМИ (ВАРИАНТ) Российский патент 1996 года по МПК A62C2/00 A62C3/00 A62D1/00 

Изобретение относится к области пожаротушения, а конкретнее к способам подавления огня в замкнутом воздушном пространстве, обитаемом млекопитающими.

Известен способ подавления огня в замкнутом пространстве путем подачи в него хлорпентафторэтана (CF₃-СF₂Cl) при поддержании его концентрации менее 15%
Наиболее близким аналогом является способ подавления огня в замкнутом воздушном пространстве, обитаемом млекопитающими, путем введения в замкнутое воздушное пространство перфторуглеводорода, выбранного из группы, содержащей четыреххлористый углерод, гексафторэтан, октафторпропан или их смеси, с добавлением при необходимости кислорода (2).

Недостатком известных способов является присутствие тепличного эффекта, связанного с накоплением газов, создающих экран, препятствующий переносу тепла, что приводит к нежелательному нагреву поверхности земли.

Технической задачей изобретения является обеспечение безопасности обитания человека и млекопитающих и снижение разрушения атмосферного озона.

В предложенных способах в качестве фторсодержащего алкана используют трифторметан. Его используют в количестве, достаточном для создания теплоемкости, подавляющей горение горючего материала, на моль кислорода воздуха в замкнутом пространстве. В воздушное замкнутое пространство дополнительно вводят свежий кислород в количестве совместно с кислородом воздуха замкнутого пространства, необходимом для поддержания жизни. Трифторметан в замкнутом пространстве поддерживают на уровне 14-80 об. лучше 24 об.

Трифторметан можно использовать в смеси по меньшей мере с 1% по крайней мере одного из галоидированных углеводородов, выбранных из группы дифторметана (HFC-32), хлордифторметана (HCFC-22), 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана (НСFC-123), 1,2-дихлор-1,1,2-трифторэтана (НСFC-123a), 2-хлор-1,1,1,2-тетрафторэтана (НСFC-124), 1-хлор-1,1,2,2-тетрафторэтана (НСFC-124а), пентафторэтана (НFC-125), 1,1,2,2-тетрафторэтана (НFC-134),
1,1,1,2-тетрафторэтана (НFC-134а),
3,3-дихлор-1,1,2,2-пентафторпропана (НСFC-225са),
1,3-дихлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (НСFC-225cb),
2,2-дихлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (НСFC-225аа),
2,3-дихлор-1,1,3,3-пентафторпропана (НСFC-225 da),
1,1,1,2,2,3,3-гептафторпропана (НFC-227 са),
1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (НFC-227 еа),
1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (НFC-236 еа),
1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (НFC-236 fa),
1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (НFС-23 cb),
1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (НFC-236 са),
3-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (НСFC-235 са),
3-хлор-1,1,1,2,2-пентафторпропана (НСFC-235 сb),
1-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (НСFC-235 сс),
3-хлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (НСFC-235 fa),
3-хлор-1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (НСFC-226 са),
1-хлор-1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (НСFC-226 сb),
2-хлор-1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (НСFC-226 da),
3-хлор-1,1,2,3,3-гексафторпропана (НСFC-226 еа),
и 2-хлор-1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (НСFC-226 ba).

Вариантом способа является использование в качестве фторсодержащего алкана трифторметана в количестве, достаточном для обеспечения концентрации самогасящего агента в замкнутом пространстве, и поддержание указанной концентрации на уровне менее 80 об. в течение времени, необходимого для подавления огня.

Трифторметан отличается чрезвычайно низкой температурой кипения и высоким давлением паров, а именно около 44,6 кг/см² при 21^oC. Это позволяет CНF₃ выполнять роль собственного пропеллента в ручных огнетушителях. Его можно использовать также и с другими компонентами, указанными выше, чтобы он действовал как пропеллент и совместный пламягаситель для материалов с низким давлением пара. Отсутствие токсичности (сравнимой с азотом) и его короткий срок существования в атмосфере с незначительным воздействием на потенциал глобального потепления по сравнению с перфторалканами (срок жизни которых более 500 лет) делает CНF₃ идеальным для использования в портативных огнетушителях.

В качестве диспергирующего агента в ручных или портативных системах на платформе (система на колесах, установки, смонтированные на гусеницах, и т. д. ) трифторметан может содержать от 0,5 до 99 вес. смеси одного или более соединений, указанных выше. Если же он функционирует как собственный диспергатор, естественно он составляет 100% смеси диспергатор-пламягаситель.

Для исключения свойств воздуха поддерживать горение в замкнутом пространстве газ следует добавлять в таком количестве, которое придаст модифицированному воздуху теплоемкость на моль полного содержания кислорода, включая любой необходимый свежий кислород, достаточный для подавления или предотвращения горения воспламеняющихся, несамоподдерживающих горение материалов, находящихся в замкнутом пространстве. Было обнаружено, что при использовании СНF₃ его количество, необходимое для подавления горения, достаточно низко для того, чтобы можно было исключить необходимость добавлять свежий кислород.

Минимальная теплоемкость, необходимая для подавления горения, варьируется в зависимости от способности воспламеняться конкретных воспламеняющихся предметов, находящихся в замкнутом пространстве. Хорошо известно, что горючесть материалов, а именно их способность воспламеняться и поддерживать горение в данных окружающих условиях, изменяется в зависимости от химического состава и некоторых физических свойств, таких как отношение площади поверхности к объему, теплоемкости, пористости и т.д. Так, тонкие пористые материалы, такие как бумага и ткани, гораздо более горючи, нежели деревянные блоки.

Вообще, теплоемкость около 40 кал/^oC и постоянное давление на моль кислорода более чем достаточны для предотвращения или подавления горения материалов с относительно умеренной горючестью, таких как дерево и пластики. Такие более горючие материалы, как бумага, ткани и некоторые летучие воспламеняющиеся жидкости, обычно требуют чтобы СНF₃ добавляли в количествах, достаточных для придания большей теплоемкости. Желательно также обеспечить дополнительный запас безопасности за счет придания теплоемкости, превосходящей минимальные требования для конкретных воспламеняющихся материалов. Минимальная теплоемкость 45 кал/^oC на моль кислорода обычно адекватна для умеренно горючих материалов, а минимум около 50 кал/^oC на моль кислорода адекватен для легко воспламеняющихся материалов. При желании можно добавлять больше, но вообще, количество, придающее теплоемкость, превосходящую около 55 кал/^oC на моль полного количества кислорода, существенно увеличивает стоимость и может создать нежелательный дискомфорт, причем фактор безопасности от огня при этом существенно не увеличивается.

Теплоемкость на моль полного кислорода можно определить по формуле

где C_p* полная теплоемкость на моль кислорода при постоянном давлении;
парциальное давление кислорода;
Р_z парциальное давление другого газа;
(C_p)_z теплоемкость другого газа при постоянном давлении.

Температуры кипения СНF₃ и мольный процент, необходимый для придания воздуху теплоемкости (С_р), 40 и 50 кал/^oC при температуре 25^oC и постоянном давлении для сохранения 21% кислорода, представлены ниже.

При температуре кипения CНF₃ -82^oC и C_p 40 CHF₃ 21,5% а при этой же температуре и C_p 50 CHF₃ 62,0
Cледует отметить из примера 2, что CНF₃ не является токсичным в концентрациях вплоть до около 80%
Концентрация кислорода, доступного в замкнутом пространстве, должна быть достаточной для поддержания жизни млекопитающих. Количество свежего кислорода при необходимости определяют в зависимости от таких факторов, как степень разбавления газа СНF₃ и разрушения доступного кислорода воздуха за счет человеческого дыхания. Количество кислорода, необходимое для поддержания жизнедеятельности человека и тем самым и млекопитающих при атмосферном давлении или при давлении выше или ниже атмосферного, хорошо известно, и необходимые данные легкодоступны. См, например, Paul Webb, Bioastronautics Data Book, NASA sp-3006 //National Aeronautics and Spact Administration, 1964, p. 5. Минимальное парциальное давление кислорода должно быть около 0,13 кг/см³, причем количество выше, чем около 0,58 кг/см², вызывает кислородную токсичность. При нормальных атмосферных давлениях на уровне моря зона благоприятной деятельности находится в интервале от около 16 до 36 об. кислорода. Нормальное количество кислорода, поддерживаемое в замкнутом пространстве, составляет от около 16 до около 21% при нормальном атмосферном давлении.

В большинстве применений, в которых используют СНF₃, нет необходимости в добавлении свежего кислорода ни вначале, ни даже впоследствии, так как объемное требование СНF₃, даже если исходное количество кислорода 21% снижается до 16% чрезвычайно низко. Однако пребывание людей в течение длительного промежутка времени обычно требует добавления свежего кислорода для восполнения разложения кислорода в процессе дыхания.

Введение газообразного CНF₃ и кислорода легко обеспечить, подавая соответствующие количества газа или газов в замкнутое содержащее воздух пространство.

Воздух в помещении можно обрабатывать в любой момент, который покажется подходящим. Модифицированный воздух можно непрерывно использовать, если борьба с огнем происходит постоянно, или конкретное помещение таково, что вероятность возникновения пожара должна быть минимальной, или его можно использовать как меру предосторожности, если тушение огня продолжается.

Как было указано ранее, небольшие количества одного или более соединений, указанных выше, можно использовать наряду с газообразным СНF₃, не нарушая жизнеспособность млекопитающих или не теряя преимуществ CНF₃.

Изобретение можно понять более четко, обратившись к приводимым далее примерам. Неожиданные эффекты СНF₃ в вышеуказанных смесях при подавлении огня и борьбе с ним, а также его совместимость с озоновым слоем и относительно невысокий "тепличный эффект" по сравнению с другими газами, применяющимися для борьбы с огнем, особенно перфторалканами, представлены в примерах.

Пример 1. СНF₃ в качестве диспергирующего агента.

Cвойства 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана как диспергирующего агента определяли, вначале подвергая сжатию с азотом в качестве контрольного примера, а затем подвергая сжатию с трифторметаном, как пример 5.

Контроль: 1182,2 г 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана (НCFC-123) добавляют в контейнер, служащий огнетушителем. Затем давление в контейнере повышают до 11,1 кг/см² с 5,3 г азота. Так, огнетушитель содержит 99,5% НСFC-123 и 0,5% азота.

1014 г НСFC-123 добавляют в контейнер, выполняющий роль огнетушителя. Затем давление в контейнере повышают до L 0,55 кг/см² (эквивалент контроль), со 108,5 г СНF₃.

Оба огнетушителя разряжают короткими выпусками, а понижения давления между выпусками записаны в таблицах 1 и 2. Следует отметить, что давление падает очень быстро в контрольном примере, даже когда лишь 12,5 вес. содержимого оказывается выпущено, тогда как диспергирующий агент (СНF₃) в примере 1 сохраняет более 67% исходного давления даже после выпуска почти 87 вес. содержимого. Сравните 21-й выпуск в таблице 1 с первым выпуском в таблице 2.

Хотя этот пример раскрывает применение СНF₃ в качестве пропеллента для портативных огнетушителей при начальном давлении 10,6 кг/см², следует учитывать что можно использовать и более низкие давления. Так, при комнатной температуре (20^oC) нежелательно создавать давление в огнетушителе с СНF₃ свыше 2,5 кг/см² для стеклянного контейнера и не выше 4,5 кг/см² для оловянных.

Cледует также учитывать, что хотя в примере исходный вес пропеллента СНF₃ составил 10% в способе настоящего изобретения можно использовать любой процент от 0,5 до 100 вес.

Использование: в области пожаротушения. Сущность изобретения: в замкнутое воздушное пространство, обитаемое млекопитающими, подают трифторметан в количестве, достаточном для создания теплоемкости, подавляющей горение горючего материала, на моль кислорода воздуха в замкнутом пространстве. В данное пространство дополнительно вводят свежий кислород в количестве совместно с кислородом воздуха замкнутого пространства, необходимом для поддержания жизни. Трифторметан используют в количестве, достаточном для обеспечения концентрации на уровне менее 80 об. % в течение времени, необходимого для тушения огня. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ подавления огня в замкнутом воздушном пространстве, обитаемом млекопитающими, путем введения в замкнутое воздушное пространство фторсодержащего алкана в заданном количестве, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего алкана используют трифторметан в количестве, достаточном для создания теплоемкости, подавляющей горение горючего материала на моль кислорода воздуха в замкнутом пространстве. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в воздушное замкнутое пространство дополнительно вводят свежий кислород в количестве совместно с кислородом воздуха замкнутого пространства, необходимом для поддержания жизни. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трифторметан в замкнутом пространстве поддерживают на уровне 14 80 об. лучше 24 об. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что трифторметан вводят в замкнутое воздушное пространство по меньшей мере с 1% по крайней мере одного галоидированного углеводорода, выбранного из группы, содержащей дифторметан (HFC-32), хлордифторметана (HCFC-22), 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана (HCFC-123), 1,2-дихлор-1,1,2-трифторэтана (HCFC-123a), 2-хлор-1,1,1,2-тетрафторэтана (HCFC-124), 1-хлор-1,1,2,2-тетрафторэтана (HCFC-124a), пентафторэтана (HFC-125), 1,1,2,2-тетрафторэтана (HFC-134), 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), 3,3-дихлор-1,1,1,2,2-пентафторпропана (HCFC-225ca), 1,3-дихлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-225cb), 2,2-дихлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-225aa), 2,3-дихлор-1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-225da), 1,1,1,2,2,3,3-гептафторпропана (HFC-227ca), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea), 1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HFC-236ea), 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (HFC-236fa), 1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (HFC-236cb), 1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (HFC-236ca), 3-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-235ca), 3-хлор-1,1,1,2,2-пентафторпропана (HCFC-235cb), 1-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-235cc), 3-хлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-235fa), 3-хлор-1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (HCFC-226ca), 1-хлор-1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226cb), 2-хлор-1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (HCFC-226da), 3-хлор-1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226ea), 2-хлор-1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226ba). 5. Способ подавления огня в замкнутом воздушном пространстве, обитаемом млекопитающими, путем подачи в замкнутое воздушное пространство фторсодержащего алкана в заданном количестве, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего алкана используют трифторметан в количестве, достаточном для обеспечения концентрации самогасящего агента в замкнутом пространстве и поддержания указанной концентрации на уровне менее 80 об. в течение времени, необходимого для подавления огня. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере 1% по крайней мере одного галоидированного углеводорода смешивают с трифторметаном, подаваемым в указанное замкнутое пространство, причем указанный галоидированный углеводород выбирают из группы, состоящей из дифторметана (HFC-32), хлордифторметана (HCFC-22), 2,2,-дихлор-1,1,1-трифторэтана (HCFC-123), 1,2-дихлор-1,1,2-трифторэтана (HCFC-123a), 2-хлор-1,1,1,2-тетрафторэтана (HCFC-124), 1-хлор-1,1,2,2-тетрафторэтана (HCFC-124a), пентафторэтана (HFC-125), 1,1,2,2-тетрафторэтана (HFC-134), 1,1,1,2-тетрафторэтана (HFC-134a), 3,3-дихлор-1,1,1,2,2-пентафторпропана (HCFC-225ca), 1,3-дихлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-225cb), 2,2-дихлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-225aa), 2,3-дихлор-1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-225da), 1,1,1,2,2,3,3-гептафторпропана (HFC-227ca), 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea), 1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HFC-236ea), 1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (HFC-236fa), 1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (HFC-236cb), 1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (HFC-236ca), 3-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-235ca), 3-хлор-1,1,1,2,2-пентафторпропана (HCFC-235cb), 1-хлор-1,1,2,2,3-пентафторпропана (HCFC-235cc), 3-хлор-1,1,1,3,3-пентафторпропана (HCFC-235fa), 3-хлор-1,1,1,2,2,3-гексафторпропана (HCFC-226ca), 1-хлор-1,1,2,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226cb), 2-хлор-1,1,1,3,3,3-гексафторпропана (HCFC-226da), 3-хлор-1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226ea), 2-хлор-1,1,1,2,3,3-гексафторпропана (HCFC-226ba).