Wie funktioniert ein CO₂-Feuerlöscher mit Wagen und über welchen Mechanismus erfolgt die CO₂-Ableitung?

In einem CO₂-Feuerlöscher auf Wagenbasis Dabei wird das CO₂ (Kohlendioxid) in flüssiger Form in einem Hochdruckzylinder gespeichert. Dieses unter Druck stehende CO₂ wird bei etwa 50 bis 60 bar (725 bis 870 psi) gespeichert, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge CO₂ in flüssigem Zustand in den Zylinder gepackt werden kann. Durch die Speicherung des CO₂ in flüssiger Form erhöht sich die Gasmenge, die in einer kleineren, handlicheren Flasche enthalten sein kann. Der Zylinder besteht aus robustem Stahl oder ähnlichen Materialien, um dem Innendruck standzuhalten, und ist so konstruiert, dass das Gas bis zur Entladung in flüssiger Form bleibt. Aufgrund der kritischen Temperatur- und Druckeigenschaften des Gases bleibt CO₂ unter diesen Hochdruckbedingungen in flüssiger Form.

Der Betrieb des CO₂-Feuerlöschers vom Typ Trolley beginnt mit der Betätigung des Auslösemechanismus. Dies erfordert normalerweise das Ziehen eines Griffs oder das Drücken eines Auslasshebels, wodurch wiederum das Ventil oben am Zylinder geöffnet wird. Das Ventil dient zur Regulierung des CO₂-Gasflusses aus der Flasche. Wenn der Bediener den Griff oder Hebel betätigt, öffnet sich das Ventil und lässt das unter Druck stehende CO₂ aus der Flasche austreten. Dies wird durch einen Sicherheitsstift oder einen Verriegelungsmechanismus gesteuert, der ein versehentliches Auslösen verhindert und sicherstellt, dass der Feuerlöscher nur dann verwendet wird, wenn er absichtlich aktiviert wird. Das Ventil, der Schlauch oder die Düse sind so konstruiert, dass sie das CO₂ auf kontrollierte Weise leiten und es dem Benutzer ermöglichen, das Gas gezielt auf den Brandherd auszustoßen.

Sobald das CO₂ aus der Flasche freigesetzt wird, durchläuft das flüssige CO₂ schnell einen Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig. Diese Änderung erfolgt aufgrund des drastischen Druckabfalls, wenn das CO₂ aus der Hochdruckumgebung des Zylinders in die Umgebungsatmosphäre mit niedrigerem Druck austritt. Dieser Phasenübergang führt dazu, dass sich das flüssige CO₂ schnell in ein Gas ausdehnt, ein Vorgang, der als Verdampfung bezeichnet wird. Bei der Umwandlung des CO₂ in ein Gas dehnt es sich um den Faktor 450 seines Flüssigkeitsvolumens aus. Diese Ausdehnung ermöglicht es dem Feuerlöscher, eine große Menge CO₂ freizusetzen, einen großen Bereich abzudecken und die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung des Feuers effektiv zu reduzieren. Der schnelle Übergang von Flüssigkeit zu Gas führt auch zu einer drastischen Abkühlung des CO₂, wobei das Gas die Düse mit einer extrem niedrigen Temperatur verlässt (ca. -78,5 °C / -109,3 °F). Dieser Kühleffekt trägt zur Unterdrückung des Feuers bei, indem er sowohl die Flammen erstickt als auch die Umgebungstemperatur senkt.

Wenn sich CO₂ von seinem flüssigen Zustand zu einem Gas ausdehnt, nimmt es aufgrund des Joule-Thomson-Effekts Wärme aus der Umgebung auf, was dazu führt, dass das Gas sehr kalt ist. Dieser Kühleffekt ist für die Brandbekämpfung von entscheidender Bedeutung, da er die Temperatur um das Feuer herum senkt, was den Verbrennungsprozess zusätzlich hemmt. Die extreme Kälte kann auch dazu beitragen, dass das Feuer oder heiße Oberflächen gefrieren, wodurch eine weitere Verbrennung verhindert wird. Durch die Abkühlung der umgebenden Materialien und des Feuers selbst verringert sich die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Entzündung weiter, insbesondere in Situationen, in denen das Feuer durch brennbare Flüssigkeiten oder flüchtige Chemikalien angeheizt wird. Der Kühleffekt erstickt nicht nur das Feuer durch die Verdrängung von Sauerstoff, sondern trägt auch dazu bei, die Umgebung zu stabilisieren und die Ausbreitung des Feuers zu verhindern.

Die primäre Methode, mit der CO₂ einen Brand löscht, besteht darin, Sauerstoff aus der Brandumgebung zu verdrängen. Brände erfordern drei Schlüsselelemente, um weiter zu brennen – Brennstoff, Wärme und Sauerstoff –, die zusammen als „Feuerdreieck“ bekannt sind. Durch die Reduzierung der Sauerstoffkonzentration um das Feuer herum stört CO₂ direkt die chemische Reaktion, die das Feuer am Leben erhält. CO₂ ist ein Gas, das schwerer als Luft ist, was bedeutet, dass es sich in der Nähe des Brandherdes ablagert und dort die Sauerstoffzufuhr effektiv unterbrechen kann. Dieser Erstickungsprozess ist schnell und effizient, da CO₂ den Sauerstoffgehalt auf einen Wert senkt, der unter dem für die Verbrennung erforderlichen Wert liegt, typischerweise unter 15 %. Sobald der Sauerstoffgehalt sinkt, wird das Feuer gelöscht. CO₂ ist besonders wirksam bei der Bekämpfung von Bränden elektrischer Geräte oder brennbarer Flüssigkeiten, da es keine leitfähigen Elemente (wie Wasser) einbringt, die einen Kurzschluss verursachen oder das Feuer ausbreiten könnten.