Безвредные для окружающей среды эффективные гидрохлорфторуглеродные композиции для применения в пожаротушении - RU2603659C2

Чертежи

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/422107, поданной 10 декабря 2010 г., содержание которой включено в настоящую заявку во всей полноте посредством ссылки.

Уровень техники

Область техники

[0002] Варианты реализации изобретения относятся к пожаротушению с применением композиций, содержащих такие агенты как гидрохлорфторуглероды, диспергаторы и инертные газы.

Описание уровня техники

[0003] Композицию, содержащую гидрохлорфторуглерод, с применением CF₄ в качестве диспергатора, продают в коммерческих масштабах на территории США в составе установок пожаротушения с 1994 года. Опасения, касающиеся глобального потепления, вызванного применением CF₄, привели к увеличению потребности в альтернативных диспергаторах для указанных и аналогичных композиций.

Краткое описание изобретения

[0004] Композиции, описанные в настоящей заявке, в целом подходят для применения во многих областях, таких как пожаротушение и рефрижерация. Композиции могут содержать гидрохлорфторуглерод, такой как 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, диспергатор, такой как CF₃I, и инертный газ, такой как аргон, а также, в некоторых вариантах реализации, могут находиться под давлением. В некоторых вариантах реализации предложена композиция, содержащая 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, CF₃I и аргон. 2,2-Дихлор-1,1,1-трифторэтан может обладать низким потенциалом разрушения озонового слоя и низким потенциалом глобального потепления. Кроме того, CF₃I может обладать низким потенциалом глобального потепления.

[0005] В некоторых вариантах реализации предложена установка пожаротушения, содержащая композицию для пожаротушения, например, композицию, описанную в настоящей заявке. Указанные установка пожаротушения или композиция для пожаротушения могут быть безвредны для окружающей среды, в отличие от применяемых в настоящее время установок пожаротушения или композиций. В некоторых вариантах реализации установка пожаротушения может включать контейнер и систему подачи давления, например, систему подачи давления, включающую клапан, шланг и/или сопло, где указанный контейнер содержит композицию для пожаротушения. В некоторых вариантах реализации композиция для пожаротушения может находиться под давлением, например, под давлением от примерно 70 фунт/кв. дюйм изб. (psig, pounds per square inch gauged - манометрическое давление в фунтах на квадратный дюйм, фунт/кв. дюйм изб.) до примерно 800 фунт/кв. дюйм изб.

[0006] Композиция для пожаротушения может представлять собой любую композицию, описанную в настоящей заявке. В некоторых вариантах реализации композиция для пожаротушения может содержать: основу, например, основу, содержащую 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан; диспергатор, например, диспергатор, содержащий или по существу состоящий из CF₃I; и инертный газ, например, газ, содержащий аргон. В некоторых вариантах реализации композиция для пожаротушения может содержать или по существу состоять из 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана, CF₃I и аргона.

[0007] В некоторых вариантах реализации предложена установка пожаротушения, включающая контейнер и систему подачи давления, например, систему подачи давления, включающую клапан, шланг и/или сопло. Контейнер может содержать композицию для пожаротушения. Например, композиция для пожаротушения может находиться под давлением от примерно 70 фунт/кв. дюйм изб. до примерно 800 фунт/кв. дюйм изб., и может состоять по существу из 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана, CF₃I и аргона.

[0008] В некоторых вариантах реализации установка пожаротушения может включать контейнер, клапан, шланг и/или сопло, где указанный контейнер содержит композицию для пожаротушения; где композиция для пожаротушения содержит: основу, содержащую 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, диспергатор, состоящий по существу из CF₃I и инертный газ, содержащий аргон.

Краткое описание чертежей

[0009] На Фиг.1 приведен вариант реализации ручной установки пожаротушения.

[0010] На Фиг.2 приведен вариант реализации сопла.

Подробное описание некоторых вариантов реализации

[0011] Композиции, описанные в настоящей заявке, могут содержать гидрохлорфторуглерод, подходящий в качестве основы для композиции для пожаротушения, диспергатор и инертный газ, и в некоторых вариантах реализации могут находиться под давлением.

[0012] Гидрохлорфторуглерод может представлять собой любой гидрохлорфторуглерод, подходящий в качестве основы для композиции для пожаротушения. Основа может представлять собой любой активный агент для пожаротушения, содержащий по меньшей мере углерод, фтор, хлор и водород. При выборе подходящего соединения или комбинаций соединений можно учитывать полезную емкость установки пожаротушения. Может быть целесообразным, чтобы основа содержала соединение, характеризующееся высоким поглощением излучения в диапазоне длин волн 3500-7500 Å. Также может быть полезным, если основа содержит соединение, характеризующееся молекулярной массой в диапазоне 70-400 дальтон. Кроме того, может быть полезным, если основа содержит соединение, являющееся химически и физически стабильным при температурах ниже 400°C. Также желательно содержание в основе соединения, являющегося стабильным в присутствии кислорода. Другим полезным свойством соединения, содержащегося в основе, является способность к инертированию при разбавлении в горючей смеси в диапазоне 5-60% по объему. Наконец, в некоторых вариантах реализации основа содержит соединение, характеризующееся температурой кипения ниже примерно 60°C или примерно 70°C и/или тройной точкой, находящейся не выше, чем примерно -30°C. Примеры подходящих для применения гидрохлорфторуглеродов могут включать, но не ограничиваться ими, гидрохлорфторэтаны, гидрохлорфторпропаны, гидрохлорфторбутаны и т.п.

[0013] В некоторых вариантах реализации гидрохлорфторуглерод содержит 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан. Указанное соединение представлено структурой:

и имеет регистрационный номер CAS 306-83-2. Указанное соединение также известно, как: Этан, 2,2-дихлор-1,1,1-трифтор-; 1,1,1-Трифтор-2,2-дихлорэтан; 1,1,1-Трифтордихлорэтан; 1,1-Дихлор-2,2,2-трифторэтан; 2,2-Дихлор-1,1,1-трифторэтан; ХФУ 123 (хлорфторуглерод); Дихлор(трифторметил)метан; F 123; Фторуглерод-123; ФУ-123 (фторуглерод); Фреон 123; Фрон 123; ГХФУ-123 (гидрохлорфторуглерод); Галогенуглерод-123; ГФА 123 (гидрофторалкан); Хладон 123; R 123; Solkane™ 123; FE232™ и под другими именами. В некоторых вариантах реализации основа для композиций для пожаротушения состоит по существу из 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана.

[0014] Композиции могут дополнительно содержать инертный газ. Отличительные черты инертного газа могут варьироваться и могут включать, например, любую композицию, соединение или элемент, находящиеся в газообразном состоянии при тех условиях, при которых может храниться установка пожаротушения, и не вступающие в реакции, которые способствуют распространению огня при тушении пожара. Также может являться полезной способность инертного газа действовать в качестве пропеллента для композиции для пожаротушения, чтобы при открытии установки пожаротушения выталкивать композицию для пожаротушения из установки пожаротушения. В некоторых вариантах реализации инертный газ может иметь критическую температуру не выше, чем примерно -50°C. Также может являться полезным нахождение инертного газа в газовой фазе при температуре не ниже, чем -50°C. Также желательно, чтобы инертный газ обладал подходящей растворимостью в смеси основы и диспергатора, например, по меньшей мере около 0,2% по массе при парциальном давлении ниже 70 фунт/кв. дюйм изб. С другой стороны, также полезно, если растворимость инертного газа достаточно низка и позволяет инертному газу достичь давления, подходящего для функционирования газа в качестве пропеллента. Для некоторых установок пожаротушения может быть полезным, если инертный газ может обеспечивать выталкивающее давление в установке пожаротушения от примерно 20 до примерно 300 фунт/кв. дюйм изб., от примерно 29 до примерно 72 фунт/кв. дюйм изб., от примерно 70 до примерно 222 фунт/кв. дюйм изб., от примерно 100 до примерно 145 фунт/кв. дюйм изб. или около 100 фунт/кв. дюйм изб. Наконец, для некоторых инертных газов может быть желательна способность инертировать горючую смесь, например, путем вытеснения кислорода. Некоторые примеры инертных газов могут включать, но не ограничиваться ими, N₂, He, Ar, Kr, Xe и их комбинации.

[0015] Способность к пожаротушению можно улучшить, если подавать основу к очагу возгорания и если основа способна достигать очага пожара. В некоторых случаях данный процесс не поддается полному управлению при помощи пропеллента или инертного газа, и можно применять механическое оборудование, например, сопло. Растворение диспергатора в основе может улучшить воздействие основы на пламя, и также может способствовать достижению основой очага пожара. Диспергатор способен лучше выполнять свою функцию, когда обладает высокой растворимостью в основе. Также может быть полезным наличие у диспергатора достаточной способности к диспергированию основы. В некоторых вариантах реализации также может быть полезным нахождение диспергатора в газообразном или близком к газообразному состоянии после высвобождения из находящегося под давлением контейнера для огнетушащего агента.

[0016] Некоторые свойства улучшают способность диспергатора выполнять свою функцию, например, растворимость в основе и способность содействовать инертному газу или пропелленту при доставке композиции к огню. Например, может быть полезно, если диспергатор имеет давление паров по меньшей мере на 40 фунт/кв. дюйм (psi, pounds per square inch - давление в фунтах на квадратный дюйм) выше, чем давление паров основы при примерно 20°C, и температуру кипения ниже -10°C и по меньшей мере на 30°C ниже температуры кипения основы. Другим свойством, которое может быть полезным для диспергатора, является растворимость в основе в диапазоне от примерно 0,5% до примерно 40% по массе. В некоторых вариантах реализации диспергатор может быть растворим в основе, такой как 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, на уровне: по меньшей мере около 0,1% по массе, около 1% по массе или около 5% по массе; и/или вплоть до примерно 20% по массе, примерно 30% по массе или примерно 50% по массе, при давлении около 25 фунт/кв. дюйм изб. при примерно 20°C. В некоторых вариантах реализации диспергатор может растворяться в основе, такой как 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, на уровне по меньшей мере около 0,2% по массе, около 2% по массе или около 10% по массе, и/или вплоть до примерно 30% по массе, примерно 40% по массе или примерно 50% по массе, при давлении около 50 фунт/кв. дюйм изб. при примерно 20°C. В некоторых вариантах реализации смесь основы и диспергатора может приводить к давлению от примерно 36 фунт/кв. дюйм изб. до 72 фунт/кв. дюйм изб. в установке пожаротушения при температуре от -30°C примерно до примерно +40°C.

[0017] Также может быть полезной способность диспергатора быстро расширяться и распылять основу в сочетании с пропеллентом и соплом. В зависимости от расстояния распыления и молекулярной массы основы могут являться желаемыми различные размеры капель. Также может быть полезным наличие у диспергатора высокого поглощения излучения в диапазоне длин волн 3500-7500 Å.

[0018] В приведенных выше пунктах перечислены некоторые полезные и целесообразные характеристики конкретных компонентов композиций для пожаротушения, описанных в настоящей заявке. Специалисту в данной области техники понятно, что отдельные композиция или компонент могут обладать одной или более из перечисленных характеристик, но не обязаны обладать всеми или любой из указанных характеристик для нахождения в объеме изобретений, описанных в настоящей заявке.

[0019] Некоторые примеры диспергаторов могут включать, но не ограничиваться ими, диоксид углерода (CO₂), гелий (Не), неон (Ne), криптон (Kr), ксенон (Хе), ПФУ-14 (перфторуглерод) (CF₄), ГФУ-23 (гидрофторуглерод) (CHF₃), ГФУ-125 (CHF₂CF₃), ГФУ-134а (CH₂FCF₃), ГФУ-227еа (CF₃CHFCF₃), трифторметилиодид (CF₃I), гексафторид серы (SF₆) и т.п. В некоторых вариантах реализации диспергатор может по существу не содержать SF₆, CF₄, CHF₃ и/или CO₂. CF₄ и CHF₃ характеризуются высокими потенциалами глобального потепления (ПГП). 100-летний интегрированный временной горизонт ПГП (где CO₂=1,0) для CF₄ составляет 7390, а для CHF₃ равен 14760 (WMO Report NO 50, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006, Ch. 8). 100-летний интегрированный временной горизонт ПГП для CF₃I составляет <1.

[0020] Таким образом, в некоторых вариантах реализации композиция для пожаротушения может содержать три компонента: основу, диспергатор и пропеллент. В некоторых вариантах реализации основа может составлять по меньшей мере примерно 60%, примерно 75% или примерно 85%, вплоть до примерно 95%, примерно 97% или примерно 99% от массы композиции для пожаротушения. В некоторых вариантах реализации диспергатор может составлять по меньшей мере примерно 0,1%, примерно 1% или примерно 4% и/или вплоть до примерно 6%, примерно 10% или примерно 15% от массы композиции для пожаротушения. Например, в некоторых вариантах реализации диспергатор, такой как CF₃I, может содержаться в количестве примерно 5% от массы композиции для пожаротушения. В некоторых вариантах реализации основа может содержать или по существу состоять из 2,2-дихлор-1,1,1-три фторэтана, а диспергатор может содержать или по существу состоять из CF₃I, где CF₃I может составлять от примерно 1% до примерно 5%, от примерно 4% до примерно 6% или около 5% по массе от общей массы основы и диспергатора или массы композиции для пожаротушения без инертного газа. В некоторых вариантах реализации инертный газ может составлять по меньшей мере примерно 0,2%, примерно 0,5% или примерно 1% и/или вплоть до примерно 2%, примерно 3% или примерно 4% от массы композиции для пожаротушения.

[0021] Некоторые варианты реализации относятся к установкам пожаротушения, содержащим композицию, описанную в настоящей заявке. Установка пожаротушения может включать контейнер, заполненный композицией для пожаротушения при рабочем давлении, например, по меньшей мере от примерно 20 фунт/кв. дюйм изб. до примерно 800 фунт/кв. дюйм изб. или от примерно 70 фунт/кв. дюйм изб. до примерно 450 фунт/кв. дюйм изб. В некоторых вариантах реализации ручная установка пожаротушения может работать при давлении от 70 фунт/кв. дюйм изб. до примерно 220 фунт/кв. дюйм изб. В некоторых вариантах реализации установка пожаротушения может работать при примерно 72 фунт/кв. дюйм изб., 87 фунт/кв. дюйм изб. или 100 фунт/кв. дюйм изб. до примерно 150 фунт/кв. дюйм изб. или примерно 220 фунт/кв. дюйм изб. В некоторых вариантах реализации давление в установке пожаротушения может составлять: по меньшей мере примерно 20 фунт/кв. дюйм изб., примерно 29 фунт/кв. дюйм изб., примерно 30 фунт/кв. дюйм изб., примерно 70 фунт/кв. дюйм изб., примерно 72 фунт/кв. дюйм изб. или 100 фунт/кв. дюйм изб.; и/или вплоть до примерно 150 фунт/кв. дюйм изб., 195 фунт/кв. дюйм изб., 200 фунт/кв. дюйм изб., 217 фунт/кв. дюйм изб., 220 фунт/кв. дюйм изб., 435 фунт/кв. дюйм изб., 450 фунт/кв. дюйм изб., 700 фунт/кв. дюйм изб., 725 фунт/кв. дюйм изб. или 800 фунт/кв. дюйм изб.; и/или может составлять примерно 72 фунт/кв. дюйм изб., примерно 87 фунт/кв. дюйм изб., примерно 101 фунт/кв. дюйм изб., примерно 145 фунт/кв. дюйм изб. или примерно 217 фунт/кв. дюйм изб. В некоторых вариантах реализации композиция для пожаротушения содержит жидкий компонент с содержанием 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтана на уровне 95% по массе и с содержанием CF₃I на уровне 5% по массе в расчете на общую массу жидкого компонента; и аргон при давлении от примерно 72 до примерно 150 фунт/кв. дюйм изб. или при примерно 100 фунт/кв. дюйм изб.

[0022] Установка пожаротушения может включать систему подачи давления. На Фиг.1 приведен пример установки пожаротушения с системой подачи давления. На Фиг.1 приведена схема ручной установки пожаротушения, включающей контейнер 1, клапан 2, шланг 3 и сопло 4. В некоторых вариантах реализации установка пожаротушения может снабжаться различными типами сопел, а степень заполнения можно варьировать, т.е. контейнер может быть заполнен меньшим или большим весом огнетушащего агента. В некоторых вариантах реализации установка пожаротушения может включать коническое сопло, т.е. имеющее элемент сопла, отклоненный в направлении распыления огнетушащего агента.

[0023] На Фиг.2 приведена схема варианта реализации сопла 4. Данное сопло 4 включает соединение 12 и элемент сопла 14. Сопло или соединение имеет входной диаметр d₁, элемент сопла имеет входной диаметр d₂. Элемент сопла имеет длину L и выходной угол α. В некоторых вариантах реализации d₁, d₂, L и α имеют следующие значения:

d₂1<1,4d₂

1,5d₂2

10°<α<40°

[0024] Некоторые варианты реализации относятся к способу контроля распространения пожара или горячей золы при помощи применения газо-жидкостной смеси, как указано выше.

[0025] Степень заполнения контейнера может зависеть от комбинации основы, диспергатора и пропеллента.

[0026] В некоторых вариантах реализации конкретное применение может влиять на конструкцию сопла. Например, элемент сопла может быть предназначен для обеспечения размера капель и коэффициента дисперсности композиции для пожаротушения, адаптированных для рассматриваемого применения. Например, переносные установки пожаротушения можно адаптировать для подачи композиции для пожаротушения к очагу пожара путем распыления с помощью шланга или другого приспособления, улучшенного эффекта можно достичь, если газовая смесь подается через сопло, конструкция которого приведена на Фиг.2. Для стационарных систем, т.е. систем пожаротушения общим затоплением, направление распространения композиции для пожаротушения может не являться столь важным. Однако это может иметь значение для максимально быстрого распространения и испарения газовой смеси.

[0027] Связь между огнетушащей основой, диспергатором и пропеллентом может иметь большое значение для применения в различных областях. Эффективность пожаротушения при непосредственном применении композиции для пожаротушения, как в случае применения переносной установки пожаротушения, может зависеть от скорости потока, например, количества композиции для пожаротушения, подаваемого в единицу времени, и формы струи распыления. Например, если струя распыления является слишком концентрированной, она может проникать в объем пламени без значительной эффективности пожаротушения. Если же струя является слишком мелкодисперсной, композиция для пожаротушения или основа могут отталкиваться от пламени горячими потоками газов, тем самым снижая эффективность пожаротушения.

Пример 1

[0028] Исследовали растворимость CF₄, Хе, Kr, N₂, Ar, ГФУ-125, ГФУ-134а, CO₂ и CF₃I в 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтане (ГХФУ-123). Для каждого испытания получали показания барометра и температуру окружающей среды. Пробирку, стойкую к давлению, взвешивали и добавляли примерно 105 мл ГХФУ-123. Вакуумировали в течение примерно 30 секунд и записывали массу трубки и объем жидкости. В пробирку добавляли исследуемый газ для достижения следующих значений парциального давления: 25 абс. фунт/кв. дюйм (psia, pound per square inch absolute - абсолютное давление в фунтах на квадратный дюйм), 50 абс. фунт/кв. дюйм или 75 абс. фунт/кв. дюйм. Записывали давление в пробирке, массу пробирки и объем жидкости. Данные значения применяли для расчета растворимости газа в жидкости ГХФУ-123 при данном парциальном давлении. Результаты, представленные в Таблице 1, показали, что растворимость N₂ и Ar существенно ниже, чем для других газов.

[0029]

Пример 2

[0030] Композиции 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан с добавками согласно Таблице 2 подвергали стандартным испытаниям на огнестойкость в закрытых помещениях UL-711. В указанных исследованиях использовали конфигурации оборудования, точно соответствующие внесенным в списки UL (Underwriters Laboratories), коммерчески доступные для ГХФУ Blend В, в которых в качестве диспергатора применяется CF₄. Результаты приведены в Таблице 2, где ″Р″ указывает на то, что композиция прошла испытание, a ″F″ указывает на то, что композиция не прошла испытание. Пустое поле указывает на то, что композиция не подвергалась указанному испытанию на огнестойкость. Тесты, которые не прошли успешно, могут быть пройдены успешно после внесения изменений в оборудование для испытаний, но это не требуется при оценке диспергаторов, альтернативных CF₄, в существующих коммерческих аппаратных конфигурациях.

[0031] Хотя формула изобретения описана в контексте конкретных предпочтительных вариантов реализации и примеров, специалистам в данной области техники понятно, что настоящая формула изобретения выходит за пределы конкретно описанных вариантов реализации и охватывает другие альтернативные варианты реализации и/или применения и очевидные модификации и эквиваленты указанных изменений. Таким образом, полагают, что объем представленной формулы изобретения не ограничивается конкретными описанными вариантами реализации, описанными выше.

Реферат

Композиция для применения в различных областях, таких как пожаротушение и рефрижерация. Композиция содержит гидрохлорфторуглерод, такой как 2,2-дихлор-1,1,1-трифторэтан, диспергатор, такой как CFI, и инертный газ, такой как аргон. Изобретение обеспечивает композицию для пожаротушения, которая безвредна для окружающей среды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Формула