DE102021115857A1

DE102021115857A1 - Brennereinheit für Brandsimulationen und Verfahren zur Durchführung von Brandsimulationen

Info

Publication number: DE102021115857A1
Application number: DE102021115857.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Andrzej Zoledziowski
Original assignee: GFT GENERAL FIRETECH GmbH
Current assignee: GFT GENERAL FIRETECH GmbH
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-12-22
Also published as: CN115497370A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennereinheit für Brandsimulationen bei Feuerlöschübungen, wobei die Brennereinheit einen ersten Brennstoffaufnahmeraum und einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum aufweist. Der erste Brennstoffaufnahmeraum ist dazu ausgebildet, einen hauptsächlich flüssigen Brennstoff aufzunehmen, wobei der flüssige Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum zu einem gasförmigen Brennstoff in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum expandieren kann. Die erfindungsgemäße Brennereinheit zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese in einem funktionsgemäßen Zustand eines Brandszenarios nicht gekühlt werden muss, sondern sich die Brennereinheit durch die Expansion des flüssigen Brennstoffs zu einem gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise selbst kühlt. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Durchführung eines Brandszenarios.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennereinheit für Brandsimulationen bei Feuerlöschübungen oder Brandszenarien, wobei die Brennereinheit einen ersten Brennstoffaufnahmeraum und einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum aufweist. Der erste Brennstoffaufnahmeraum ist dazu ausgebildet, einen flüssigen Brennstoff aufzunehmen und gegen eine äußere Umgebung zu begrenzen, wobei der flüssige Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum zu einem gasförmigen Brennstoff in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum expandieren kann. Die erfindungsgemäße Brennereinheit zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese in einem funktionsgemäßen Zustand eines Brandszenarios nicht gekühlt werden muss, sondern sich die Brennereinheit durch die Expansion des flüssigen Brennstoffs zu einem gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise selbst kühlt. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Durchführung eines Brandszenarios.
Stand der Technik
Es sind eine Vielzahl von Brand-, Feuerwehr-, Einsatz- und Notfall-Übungsanlagen bekannt, bei denen unterschiedlichste Brand- und sonstige Übungsszenarien zum Einsatz kommen. Solche Szenarien, die den Kern einer Übungsanlage ausmachen, stellen zum Beispiel brennende Einfamilienhäuser, Hochhäuser, Industrieanlagen, Flugzeuge, Lagerhallen, Schiffe, (petro)chemische Anlagen oder Bergwerke dar. So können die Übungsszenarien Feuer- und Rauchszenarien, Explosionen, Lösch-, Rettungsszenarien o.ä. darstellen. Beispiele sind Feuer, Verpuffungen, Explosionen, Leckagen, Gefahrgutszenarien, Schwelbrände, Rauchwände, Gasunfälle.
In solchen Anlagen werden häufig Brandszenarien dargestellt, die horizontale oder vertikal auftretende Mengen entzündlicher und/oder Treib-Stoffe darstellen, die in Brand geraten sind. Dazu zählen auch sog. Fuel-Spill-Szenarien, die u.a. eine sehr wichtige Rolle in der Flugzeugbrandbekämpfung (ARFF = Aircraft Rescue and Firefighting) spielen und regelmäßig wiederkehrend von Flughafenfeuerwehren zur Erfüllung nationaler und internationaler Sicherheits- und Trainingsstandards geübt werden müssen. Eine andere Kategorie von dargestellten Bränden bezieht sich auf brennende Oberflächen entzündlicher Objekte.
Zur Darstellung dieser Brandszenarien hat sich weltweit die Befeuerung der entsprechenden Brandsimulatoren mit Flüssiggas etabliert. Flüssiggas ist vergleichsweise günstig, brennt äußerst umweltverträglich, ist leicht beschaff- und lagerbar und das damit dargestellte Brandübungsszenario lässt sich auf Knopfdruck unterbrechen und stoppen.
Besonders gängig ist hierbei die Nutzung von Flüssiggas bestehend aus purem Propan oder Butan bzw. einem Gemisch aus diesen. Es werden aber auch andere Flüssiggase verwendet wie zum Beispiel Erdgas / Stadtgas / Acetylen / Wasserstoff usw.. Für sehr flammengewaltige und energiereiche und/oder großflächige Darstellungen von Brandszenarien werden diese Flüssiggase vorzugsweise in ihrer flüssigen Form dem Brandsimulator zugeleitet - wegen ihres hohen Energiegehaltes im flüssigen Aggregatzustand.
Brennereinheiten, insbesondere Flüssigphase-Brenner, sind aus dem Stand der Technik bekannt. DE 69128358 T2 offenbart eine Feuerwehrübungsanlage mit einer Übungsvorrichtung, die einen in einer Grube angeordneten Brennbereich aufweist. Hiermit können im Rahmen des Trainings der Flugzeugbrandbrandbekämpfung sog. Fuel-Spill-Simulationen mit einem Brennbereich unter Erdgleiche erzeugt werden. Der in der Grubenstruktur angeordnete Brennbereich wird hier typischerweise mit einem Metallgitter überdeckt und so begeh- bzw. befahrbar gemacht - zudem wird so der Abfluss des eingesetzten Löschmittels von der Oberfläche möglich.
Aus der DE 102004058190 A1 und EP 1261397 B1 ist eine Brandsimulationsanlage bekannt, bei der die Flüssiggas-Austrittdüsen für den Brennstoff oberhalb einer feuerresistenten Oberfläche angeordnet sind, während das Brennstoff-Versorgungssystem unterhalb der feuerresistenten Oberfläche angeordnet ist. Die begehbare, feuerresistente Oberfläche besteht aus einer gitterartigen Struktur oder wird aus Sand, Kies oder einem Steinpflaster hergestellt. Die Flüssiggas-Austrittdüsen sind dann im Vergleich zur Oberfläche erhöht montiert, was u.a. eine Stolpergefahr für Übungsteilnehmer darstellt.
Bei den bekannten Konstruktionen entstehen Flammen nahe oder auf der Ober- bzw. Arbeitsfläche der Brandsimulation. Bei längerer Brenndauer erfährt diese Oberfläche eine sehr erhebliche Hitzeeinwirkung. Wird die Ober- bzw. Arbeitsfläche durch ein Metallgitter gebildet, kann die Temperatur der Metallteile über 450 °C ansteigen. Die von ihnen abgestrahlte Hitze stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko für Trainingsteilnehmer und Wartungspersonal dar.
Es ist schwierig bis aufwändig, das Metallgitter innerhalb einer Betriebstemperatur zu halten, die seine statischen Eigenschaften für Begeh- bzw. Befahrbarkeit aufrechterhält. Zudem ergibt sich bei zu großer Hitzebeaufschlagung eine schädliche Verformung der Metallteile bis hin zur Gefahr des Spannungsbruches von Metallteilen und Schweißnähten. Dies gilt verstärkt, wenn die Oberfläche zugleich mit der plötzlichen Kühlwirkung aufgebrachter Löschmittel beaufschlagt wird, was zu einer eminenten thermischen Wechselbelastung führt. Schließt Sand, Kies oder ein Pflaster die Ober- bzw. Arbeitsfläche nach oben ab, heizen sich diese Materialien bei längerer Brenndauer ebenfalls erheblich auf und kühlen nur sehr langsam wieder ab -auch ihre große Hitze stellt somit noch lange nach dem Abschalten des Feuers ein erhebliches Gefahrenpotential dar.
Um die Erhitzung der Oberfläche zu vermeiden, schlägt EP0535279 A1 vor, die Arbeitsoberfläche bzw. die Elemente des Brenners in einem Kühlmittel wie Wasser zumindest teilweise zu kühlen, wobei der flüssige Brennstoff unterhalb der Kühlmitteloberfläche in den Brenner geleitet wird.
Es besteht somit weiterhin ein großer Bedarf an Brennern bzw. Brennereinheiten, welche für Brandszenarien eingesetzt werden können. Insbesondere besteht ein großer Bedarf an einer Brennereinheit, welche für Brandszenarien allgemein oder auch für spezielle Brandszenarien wie beispielsweise für Flugzeugbrände o. ä. verwendet werden kann, die das Problem der Kühlung der Oberflächen von eingesetzten Brennern verbessern, und dabei idealerweise den bisher aus dem Stand der Technik bekannten konstruktiven Aufwand mindern.
Aufgabe der Erfindung
Es war somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennereinheit für Brandsimulationen bei Feuerlöschübungen (Brandszenarien) bereitzustellen, welche kostengünstig herstellbar und einfach zu transportieren ist und welche dabei schnell und einfach an einem zu verwendenden Ort angeordnet bzw. installiert werden kann, ohne dass dabei zusätzliche umfangreiche Mittel zum Betrieb der Brennereinheit benötigt werden, insbesondere keine zusätzliche Kühlung der Arbeitsoberfläche während eines funktionsgemäßen Brandszenarios notwendig ist, so dass die Materialintegrität gewahrt wird und etwaige Übungsteilnehmer auch während eines Brandszenarios keinen zusätzlichen, vom Brenner herrührenden Gefahren ausgesetzt werden.
Weiterhin ist es wünschenswert, dass eine Brennereinheit vielseitig einsetzbar ist, d. h., dass die Brennereinheit in unterschiedlichen Brandszenarien eingesetzt werden kann, beispielsweise als eine Bodenbrennereinheit oder auch als eine Wandbrennereinheit und dass die Brennereinheiten begeh- und befahrbar sind.
Beschreibung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben oder werden nachfolgend genauer erläutert.
Erfindungsgemäß wird eine Brennereinheit für Brandsimulationen bereitgestellt, welche beispielsweise bei Löschübungen oder sog. Life Fire Trainings eingesetzt werden kann. Die Brennereinheit weißt einen Rahmenkörper auf, welcher einen ersten Brennstoffaufnahmeraum zur Aufnahme eines flüssigen Brennstoffes ausbildet und den ersten Brennstoffaufnahmeraum gegen eine äußere Umgebung abschließt. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Brennereinheit einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum, welcher dazu ausgelegt ist, einen gasförmigen Brennstoff aufzunehmen. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum wird dabei entweder zumindest teilweise von dem Rahmenkörper sowie einer Brennerplatte und einer der Brennerplatte gegenüberliegenden Auflagefläche gebildet, oder der zweite Brennstoffaufnahmeraum wird durch einen Gasaufnahmekörper gebildet, wobei der Gasaufnahmekörper dazu geeignet ist, einen gasförmigen Brennstoff wenigstens teilweise einzugrenzen.
Der Rahmenkörper liegt in einem funktionsgemäßen Zustand eines Brandszenarios zumindest teilweise auf einer Auflagefläche auf. Weiter weist der Rahmenkörper eine Befüllungsvorrichtung auf, mit welcher der erste Brennstoffaufnahmeraum mit einem flüssigen Brennstoff befüllt werden kann. Der erste und der zweite Brennstoffaufnahmeraum sind über wenigstens eine Verbindungsöffnung miteinander verbunden. Durch die Verbindungsöffnung kann der im ersten Brennstoffaufnahmeraum befindliche flüssige Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum zu einem gasförmigen Brennstoff expandieren. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum weist wenigstens eine Austrittsöffnung auf, durch welche der gasförmige Brennstoff in die Umgebung entweichen und dort entzündet werden kann.
Weiter wird ein Verfahren zur Durchführung eines Brandszenarios mit einer erfindungsgemäßen Brennereinheit vorgeschlagen, bei welchem zunächst der erste Brennstoffaufnahmeraum über eine am Rahmenkörper angeordnete Befüllungsvorrichtung mit einem flüssigen Brennstoff befüllt wird und wobei der flüssige Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum über eine Verbindungsöffnung zu einem gasförmigen Brennstoff expandiert. Bei der Expansion des flüssigen Brennstoffes zum gasförmigen Brennstoff wird zumindest der zweite Brennstoffaufnahmeraum partiell gekühlt bzw. der zweite Brennstoffaufnahmeraum erfährt zumindest partiell eine Temperaturerniedrigung. Der gasförmige Brennstoff kann aus dem zweiten Brennstoffaufnahmeraum zumindest teilweise in die Umgebung entweichen und an einer Zündquelle entzündet werden.
Detaillierte Erfindungsbeschreibung
Herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Brenner für Brandszenarien werden oftmals als Flüssiggasbrenner (Flüssigkraftstoffbrenner) eingesetzt. Bei diesen Flüssiggasbrennern ist der Brenner beispielsweise in einem Wasserbad oder einem anderen Flüssigkeitsbad angeordnet, welches dafür ausgelegt ist, den Brenner während eines Brandszenarios zu kühlen. Dies ist beispielsweise aus US5374191A und EP0535279A1 bekannt.
Während eines üblichen Brandszenarios, welches beispielsweise von Feuerwehren oder Katastrophenschützern oder auch von Bergleuten zur Katastrophenvermeidung geübt wird, werden abhängig von dem eingesetzten Brennstoff und der Sauerstoffzufuhr Temperaturen von 800 °C oder mehr frei. Problematisch bei diesen hohen Temperaturen ist zumeist, dass die Brenner bzw. ihre Umgebungen sowie Übungs-Strukturen und -Objekte der Brandszenarien (wie beispielsweise Fahrbahnen, Tanks, Fahrzeuge oder Umgebungen von Flugzeugbrandsimulatoren) diesen oben genannten hohen Temperaturen ausgesetzt sind, was dazu führt, dass die Brenner bzw. ihre Übungs-Strukturen und -Objekte, welche üblicherweise aus metallischen Körpern hergestellt werden, aufgrund der während eines funktionsgemäßen Brandszenarios herrschenden Temperaturen gekühlt werden müssen, damit sich die Übungs-Strukturen und -Objekte bzw. die Brenner nicht zum Beispiel aufgrund der hohen Temperaturen verformen oder sonst wie Schaden nehmen. Auch birgt eine derart hohe Temperatur die Gefahr, dass Übungsteilnehmer einer Brandsimulation sich verletzen können.
Überraschenderweise haben die Erfinder gefunden, dass sich Brennereinheiten für Brandszenarien einfach und kostengünstig darstellen lassen und ohne zusätzliche Vorrichtungen zum Kühlen der Brennereinheiten während eines funktionsgemäßen Brandszenarios bzw. einer Brandsimulation betrieben werden können, indem sich die erfindungsgemäßen Brennereinheiten durch den physikalischen Effekt der Verdampfung des flüssigen Brennstoffes zum gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise selber kühlen. Dies wird erreicht, indem aus einem ersten Brennstoffaufnahmeraum, in welchem ein flüssiger Brennstoff eingefüllt wird, dieser flüssige Brennstoff in einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum, der über eine Verbindungsöffnung mit dem ersten Brennstoffaufnahmeraum verbunden ist, expandiert. Bei diesem Vorgang der Verdampfung des flüssigen Brennstoffes zum gasförmigen Brennstoff wird der den Brennstoff umgebenden Umgebung Wärmeenergie entzogen, was dazu führt, dass zumindest der zweite Brennstoffaufnahmeraum wenigstens partiell eine Temperaturerniedrigung erfährt.
Die erfindungsgemäße Brennereinheit umfasst einen Rahmenkörper. Der Rahmenkörper bildet einen ersten Brennstoffaufnahmeraum aus und schließt den ersten Brennstoffaufnahmeraum gegen eine äußere Umgebung ab. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Rahmenkörper rechteckig oder vieleckig oder kreisförmig oder elliptisch ausgebildet. Insbesondere bevorzugt ist der Rahmenkörper als ein rechteckiges oder ein kreisförmiges Metallrohr ausgebildet, beispielsweise als Vierkantrohr. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Brennereinheit einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum, welcher dazu ausgelegt ist, einen gasförmigen Brennstoff aufzunehmen.
Als Brennstoffe können sämtliche flüssigen Brennstoffe verwendet werden, welche zu einem brennbaren Gas verdampfen und welche in Brandszenarien eingesetzt werden können. Diese können vielfältig gewählt werden. Erfindungsgemäß wird ein flüssiger Brennstoff in den ersten Brennstoffaufnahmeraum, welcher in dem Rahmenkörper eingeschlossen ist, eingefüllt bzw. eingeleitet. Hierbei handelt es sich in einer Ausgestaltung um ein verflüssigtes Gas, insbesondere Propangas oder um verflüssigtes Butangas oder auch Acetylen. Auch andere verflüssigte Gase lassen sich erfindungsgemäß einsetzen, insbesondere auch Mischungen von mehreren Gasen. Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass verflüssigte Gase beim Expandieren bzw. beim Entspannen in eine Gasphase Wärmeenergie aus der Umgebung aufnehmen, was wiederum dazu führt, dass die Umgebungstemperatur zumindest teilweise bzw. zumindest partiell abgesenkt wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung meint flüssiger Brennstoff und gasförmiger Brennstoff die gleichen Brennstoffe (chemisch identisch), welche lediglich in unterschiedlichen Aggregatszuständen, nämlich einmal in flüssiger Phase und einmal in einem gasförmigen Zustand, vorliegen. Ebenfalls ist es möglich, dass Mischungen von flüssigen Brennstoffen, wie beispielsweise flüssiges Butan und/oder Propan eingesetzt werden, welche dann aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum durch die wenigstens eine Verbindungsöffnung in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum zu gasförmigem Butan bzw. gasförmigem Propan expandieren können.
Die erfindungsgemäße Brennereinheit umfasst weiterhin einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum ist dazu ausgebildet, einen gasförmigen Brennstoff aufzunehmen bzw. einen gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise einzugrenzen. Der erste und der zweite Brennstoffaufnahmeraum sind dabei über zumindest eine Verbindungsöffnung, durch welche der flüssige Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum expandieren kann, verbunden. Bei der Verbindungsöffnung handelt es sich in einer Ausgestaltung um eine Drossel. Die Größe der Verbindungsöffnung, d. h. der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche der Öffnung bzw. die Summe der Querschnitte der bzw. der Querschnittsflächen der Verbindungsöffungen ist dabei so gewählt, dass der flüssige Brennstoff im ersten Brennstoffaufnahmeraum, bei dem es sich bevorzugt um ein verflüssigtes Gas wie beispielsweise Propan und/oder Butan handelt, zumindest teilweise in einem flüssigen Aggregatzustand gehalten wird. Die einzelnen Parameter, anhand derer der Fachmann beispielsweise die Anzahl der Verbindungsöffnungen und/oder den Querschnitt der Verbindungsöffnungen bestimmen kann, ergeben sich aus der Dampfdruckkurve der eingesetzten Brennstoffe. Dies ist dem Fachmann bekannt. Der Dampfdruck ist dabei der Druck, der sich einstellt, wenn sich in einem System ein Dampf mit der zugehörigen flüssigen Phase im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Der Dampfdruck nimmt mit steigender Temperatur zu und ist abhängig vom vorliegenden Stoff bzw. Gemisch. Erfindungsgemäß ist die Verbindungsöffnung bzw. die Verbindungsöffnungen zwischen dem ersten Brennstoffaufnahmeraum und dem zweiten Brennstoffaufnahmeraum so gewählt, dass der Brennstoff im ersten Brennstoffaufnahmeraum sich zumindest teilweise in der flüssigen Phase befindet und durch die Verbindungsöffnung bzw. durch die Verbindungsöffnungen in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum expandiert. Bei diesem Vorgang entzieht der Brennstoff seiner Umgebung Wärmeenergie, was im Umkehrschluss bedeutet, dass die Umgebung abkühlt.
In einer ersten Ausgestaltung wird der zweite Brennstoffaufnahmeraum zumindest teilweise vom Rahmenkörper und weiterhin von einer Brennerplatte sowie einer der Brennerplatte gegenüberliegenden Auflagefläche gebildet. Es kann bevorzugt sein, dass der Rahmenkörper den zweiten Brennstoffaufnahmeraum komplett umrahmt. Denkbar ist beispielsweise eine Brennereinheit mit einem rechteckigen Rahmenkörper, bei der der zweite Brennstoffaufnahmeraum zwischen den Schenkeln des Rahmenkörpers angeordnet ist. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum wird weiterhin in dieser Ausgestaltung neben dem Rahmenkörper noch von einer Brennerplatte sowie einer der Brennerplatte gegenüberliegenden Auflagefläche gebildet. Wird die erfindungsgemäße Brennereinheit als Bodenbrenner eingesetzt, so ist die Brennerplatte zugleich die Arbeitsoberfläche des Brenners, also die Fläche, auf der sich Übungsteilnehmer bewegen oder aber über oder bei der beispielsweise ein Flugzeugbrandsimulator angeordnet ist.
Der Rahmenkörper liegt in einem funktionsgemäßen Zustand eines Brandszenarios zumindest teilweise auf der Auflagefläche auf. Die Auflagefläche kann beispielsweise eine Bodenfläche sein, auf der der Rahmenkörper zumindest teilweise aufliegt. Insbesondere ist es auch möglich, dass am Rahmenkörper zusätzliche Abstandshalter angeordnet sind, mit welchen der Rahmenkörper nur an bestimmten Punkten auf der Auflagefläche aufliegt. Die Abstandshalter können beispielsweise die Ausgestaltung von Dornen aufweisen, welche dazu ausgestaltet sind, den Rahmenkörper von der Auflagefläche zu beabstanden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennereinheit auch an Wände oder andere Objekte angebracht werden, so dass die Auflagefläche im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Anliegefläche verstanden werden kann.
Als Brennerplatte wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Platte der Brennereinheit bezeichnet, auf welchem in einem anwendungsgemäßen Zustand eines Brandszenarios die Übungsteilnehmer wie zum Beispiel Feuerwehrleute oder Katastrophenschützer laufen bzw. sich bewegen können. D. h., dass bei einer Brennereinheit, welche als Bodeneinheit eines Brandszenarios eingesetzt wird, die Brennerplatten zumindest teilweise die Bodenfläche für die Übungsteilnehmer bilden. Diese wird auch als Arbeitsoberfläche bezeichnet. Insbesondere ist es weiterhin auch möglich, dass die erfindungsgemäße Brennereinheit eine Wandfläche anstatt einer Bodenfläche ausbildet oder weitere brennende Oberflächen sowohl von flüssigen Objekten (z. B. Treibstoffbrand) als auch von festen Objekten (z. B. Flugzeugbrand) darstellt und in beliebigen Positionen montiert werden kann. In dieser Ausgestaltung bildet die Brennerplatte zumindest teilweise die Wandfläche oder Oberfläche beispielsweise eines Übungsobjektes oder einer Übungsstruktur im Sinne eines Brandszenarios ab.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Auflagefläche zumindest teilweise von einem Basiselement gebildet, wobei ebenfalls bevorzugt der Rahmenkörper zumindest teilweise auf dem Basiselement angeordnet und optional befestigt ist. Das Basiselement kann in einer Ausgestaltung eine Platte sein. In dieser Ausgestaltung wird der zweite Brennstoffaufnahmeraum zumindest teilweise von dem Rahmenkörper, dem Basiselement sowie einer Brennerplatte gebildet. Die Brennerplatte ist dabei gegenüber der Auflagefläche bzw. gegenüber des Basiselements angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass der zweite Brennstoffaufnahmeraum nur teilweise vom Rahmenkörper, der Brennerplatte und einer der Brennerplatte gegenüberliegenden Auflagefläche gebildet wird. Die Brennerplatte begrenzt den zweiten Brennstoffaufnahmeraum zusammen mit dem Rahmenkörper und der Auflagefläche. Erfindungsgemäß wird als Brennerplatte insbesondere der Teil der erfindungsgemäßen Brennereinheit angesehen, welche während eines anwendungsgemäßen Brandszenarios direkt mit dem Feuer in Kontakt tritt. Dazu kann es in einer bevorzugten Ausgestaltung sein, dass die Brennerplatte auf dem Rahmenkörper zumindest teilweise aufliegt oder die Brennerplatte auf oder über dem Rahmenkörper angebracht wird. So kann es bevorzugt sein, dass die Brennerplatte beispielsweise auf den Rahmenkörper wenigstens teilweise aufgeschweißt ist oder dass die Brennerplatte mittels herkömmlicher Schraub- und/oder Nietverbindungen mit dem Rahmenkörper verbunden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Brennerplatte mehrere Einzelbrennerplatten umfasst. Noch weiter bevorzugt ist es, dass die Einzelbrennerplatten den zweiten Brennstoffaufnahmeraum in mehrere Verdampfungsraumsegmente unterteilen. Hierzu weisen die Einzelbrennerplatten beispielsweise ein U-Profil und/oder ein L-Profil auf, wobei die Schenkel des U-Profils bzw. L-Profils auf der Auflagefläche stehen. Wenn der zweite Brennstoffaufnahmeraum durch mehrere Einzelbrennerplatten in jeweils einzelne Verdampfungsraumsegmente unterteilt ist, ist es insbesondere bevorzugt, dass jedes einzelne Verdampfungsraumsegment mit jeweils mindestens einer im Rahmenkörper befindlichen Verbindungsöffnung mit dem ersten Brennstoffaufnahmeraum verbunden ist.
Der zweite Brennstoffaufnahmeraum ist so ausgestaltet, dass dieser zumindest eine Austrittsöffnung aufweist, durch welche der gasförmige Brennstoff in die Umgebung entweichen und dort zum Beispiel durch eine externe Zündquelle, wie beispielsweise einen Pilotbrenner, entzündet werden kann. Hierzu kann es bevorzugt sein, dass eine oder mehrere Austrittsöffnungen in der Brennerplatte bzw. in den Einzelbrennerplatten angeordnet ist/sind. Alternativ kann es bevorzugt sein, dass der zweite Brennstoffaufnahmeraum nicht gänzlich vom Rahmenkörper umschlossen wird und an wenigstens einer Seite offen ist, wobei der gasförmige Brennstoff aus dieser Öffnung in die Umgebung entweichen kann. Ebenfalls kann es in einer weiteren Ausgestaltung bevorzugt sein, dass der zweite Brennstoffaufnahmeraum mehrere Verdampfungsraumsegmente aufweist, welche insbesondere durch mehrere Einzelbrennerplatten ausgebildet sind, wobei die Einzelbrennerplatten U-Profile und/oder L-Profile aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass Öffnungen in den Schenkeln der U-Profile und/oder der L-Profile der Einzelbrennerplatten angeordnet sind, durch welche der gasförmige Brennstoff in die Umgebung entweichen kann.
Bevorzugt sind sowohl der Rahmenkörper und/oder die Brennerplatte und/oder optional das Basiselement metallisch oder keramisch ausgebildet, insbesondere aus Edelstahl und/oder Cortenstahl. Es ist besonders bevorzugt, dass der Rahmenkörper ein Metallrohr ist, wobei weiter bevorzugt das Metallrohr einen runden Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist es möglich, dass der Rahmenkörper und/oder das Basiselement mehrteilig ausgebildet ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Rahmenkörper beispielsweise aus vier Schenkeln zusammensetzbar ist.
In einer zweiten Ausgestaltung ist es auch möglich, dass der zweite Brennstoffaufnahmeraum durch zumindest einen Gasaufnahmekörper gebildet wird, wobei der Gasaufnahmekörper dazu geeignet ist, einen gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise einzugrenzen. In dieser Ausgestaltung weist der Gasaufnahmekörper beispielsweise die Form eines hohlen Vierkantprofils oder eines hohlen Rohrprofils auf. In dieser zweiten Ausgestaltung ist es insbesondere bevorzugt, dass die Austrittsöffnung bzw. die Austrittsöffnungen in dem Gasaufnahmekörper und/oder einem der Seiten ausgebildet sind. Insbesondere ist es in dieser Ausgestaltung auch möglich, dass mehrere Gasaufnahmekörper den zweiten Brennstoffaufnahmeraum ausbilden, wobei mehrere Gasaufnahmekörper den mehreren Verdampfungsraumsegmenten der ersten Ausgestaltung entsprechen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Brennereinheit auch eine Zündquelle, insbesondere einen Pilotbrenner umfassen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Zündquelle gemäß den Normen für Feuerwehrübungsanlagen NFPA 1402 und/oder DIN 14097 und den darin verwiesenen Normen ausgeführt ist.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brandsimulation mit einer erfindungsgemäßen Brennereinheit. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

- Befüllen des ersten Brennstoffaufnahmeraums über eine am Rahmenkörper angeordnete Befüllungsvorrichtung mit einem flüssigen Brennstoff;
- Expandieren des flüssigen Brennstoffes aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum zu einem gasförmigen Brennstoff über die Verbindungsöffnung in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum, wobei der expandierende Brennstoff Wärmeenergie aufnimmt und einhergehend wenigstens der zweite Brennstoffaufnahmeraum wenigstens partiell eine Temperaturerniedrigung erfährt;
- Zumindest teilweises Entweichen des gasförmigen Brennstoffes aus dem zweiten Brennstoffaufnahmeraum durch eine Austrittsöffnung;
- Entzünden des entweichenden Brennstoffes an einer Zündquelle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines Brandszenarios hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren insbesondere den Vorteil, dass durch den Schritt des Expandierens des flüssigen Brennstoffes aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum, wobei der expandierende Brennstoff Wärmeenergie aufnimmt und einhergehend zumindest der zweite Brennstoffaufnahmeraum zumindest partiell eine Temperaturerniedrigung erfährt, die erfindungsgemäße Brennereinheit betrieben werden kann, ohne dass hierzu eine umfangreiche zusätzliche Vorrichtung, etwa zum Kühlen der Brennereinheit und/oder ihrer Umgebung während eines Brandszenarios, benötigt wird.
Weitere Vorteile und weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

1a und 1b: eine Draufsicht sowie einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit mit einer Brennerplatte;
2a und 2b eine Draufsicht sowie einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit mit sieben Einzelbrennerplatten, wobei die Einzelbrennerplatten ein U-Profil aufweisen;
3a und 3b eine Draufsicht sowie einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit mit fünf Einzelbrennerplatten, wobei die Einzelbrennerplatten ein L-Profil aufweisen;
4 eine Draufsicht auf eine Brennereinheit, bei welcher der zweite Brennstoffraum nur teilweise vom Rahmenkörper begrenzt wird.

1a und 1b zeigen eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1 und einen Schnitt entlang der Achse A - A durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1. Die Brennereinheit 1 weist einen rechteckigen Rahmenkörper 2 auf. Innerhalb des Rahmenkörpers 2 ist der erste Brennstoffaufnahmeraum 3 (siehe 1b) zur Aufnahme eines flüssigen Brennstoffs, insbesondere eines verflüssigten Gases, ausgebildet und gegen eine äußere Umgebung abgeschlossen. Zwischen den vier Schenkeln des Rahmenkörpers 2 ist der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 angeordnet. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 wird dabei zu einer Seite von einer Brennerplatte 6 sowie eine der Brennerplatte 6 gegenüberliegenden Auflagefläche 11 ausgebildet, wobei die Brennerplatte 6 auf dem Rahmenkörper 2 aufliegt oder mit ihr verbunden ist. Der erste Brennstoffaufnahmeraum 3 und der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 sind über mehrere Verbindungsöffnungen 5 miteinander verbunden. Über die Verbindungöffnungen 5 kann ein im ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 befindlicher flüssiger Brennstoff in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 zu einem gasförmigen Brennstoff expandieren. Der im zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 befindliche gasförmige Brennstoff kann über die Austrittsöffnungen 8 in die Umgebung entweichen und dort entzündet werden. Der Rahmenkörper 2 ist als Vierkantprofil ausgebildet und begrenzt in dieser Ausgestaltung den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 zu insgesamt vier Seiten. Der Rahmenkörper 2 weist eine Befüllungsvorrichtung 9 auf, durch welche der erste Brennstoffaufnahmeraum 3 mit einem flüssigen Brennstoff befüllt werden kann. Die gezeigte Brennereinheit 1 kann insbesondere als eine Bodenbrennereinheit und auch als Wand- oder Oberflächenbrennereinheit in einem Brandszenario eingesetzt werden.
2a und 2b zeigen eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1 und einen Schnitt entlang der Achse A - A durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1. Die Brennereinheit 1 weist einen rechteckigen Rahmenkörper 2 auf. Innerhalb des Rahmenkörpers 2 ist der erste Brennstoffaufnahmeraum 3 (siehe 2b) zur Aufnahme eines flüssigen Brennstoffs, insbesondere eines verflüssigten Gases, ausgebildet und gegen eine äußere Umgebung abgeschlossen. Zwischen den vier Schenkeln des Rahmenkörpers 2 ist der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 angeordnet. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 ist dabei von mehreren Einzelbrennerplatten 7 (in der vorliegenden 2a und 2b sieben Einzelbrennerplatten 7) in insgesamt sieben Verdampfungsraumsegmente 10 unterteilt. Jeder einzelne der sieben Verdampfungsraumsegmente 10 des zweiten Brennstoffaufnahmeraumes 4 ist dabei mit jeweils zwei Verbindungöffnungen 5 mit dem ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 des Rahmenkörpers 2 verbunden. Durch die Verbindungöffnungen 5 kann der flüssige Brennstoff (nicht gezeigt) aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 bzw. in die sieben einzelnen Verdampfungsraumsegmente 10 zu einem gasförmigen Brennstoff expandieren. Der Rahmenkörper 2 ist dabei als ein Vierkantprofil ausgebildet. Der Rahmenkörper 2 weist eine Befüllungsvorrichtung 9 auf, durch welche der erste Brennstoffaufnahmeraum 3 mit einem flüssigen Brennstoff (nicht gezeigt) befüllt werden kann. Die Einzelbrennerplatten 7 sind als U-Profile ausgebildet, wobei die sieben Einzelbrennerplatten 7 den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 in insgesamt sieben Verdampfungsraumsegmente 10 unterteilen. Die Schenkel der U-Profile der Einzelbrennerplatten 7 sowie der Rahmenkörper 2 liegen auf einer Auflagefläche 11 auf, welches im vorliegenden Fall eine Metallplatte ist. Zwischen den sieben Einzelbrennerplatten 7 sowie den Einzelbrennerplatten 7 und dem Rahmenkörper 2 sind Austrittsöffnungen 8 zu erkennen, durch welche der im zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 bzw. der in den Verdampfungsraumsegmenten 10 befindliche gasförmige Brennstoff in die Umgebung entweichen und dort entzündet werden kann. Die gezeigte Brennereinheit 1 kann insbesondere als eine Bodenbrennereinheit und auch als Wand- oder Oberflächenbrennereinheit in einem Brandszenario eingesetzt werden.
3a und 3b zeigen eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1 und einen Schnitt entlang der Achse A - A durch eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1, welcher der Brennereinheit der 2a und 2b ähnelt mit der Maßgabe, dass der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 von fünf Einzelbrennerplatten 7, dem Rahmenkörper 2 sowie der Auflagefläche 11 gebildet wird. Die fünf Einzelbrennerplatten 7 der gezeigten Brennereinheit weisen ein L-Profil auf, überlappen einander und unterteilen den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 in insgesamt fünf Verdampfungsraumsegmente 10. Die Austrittsöffnungen 8 befinden sich in dieser Ausgestaltung u.a. an den Berührungsstellen der einzelnen Einzelbrennerplatten 7.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brennereinheit 1, bei der der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 nur teilweise vom Rahmenkörper 2 begrenzt wird. Der Rahmenkörper 2 grenzt den ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 gegen die äußere Umgebung ab. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 erstreckt sich zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Schenkeln des Rahmenkörpers 2. Der zweite Brennstoffaufnahmeraum 4 wird weiter durch insgesamt fünf Gasaufnahmekörper 12 begrenzt, welche in der vorliegenden Ausgestaltung ein rechteckiges Vierkantprofil aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Austrittsöffnungen 8 (an denen der Brennstoff entzündet werden kann - angedeutet durch die Flammensymbole) der einzelnen Gasaufnahmekörper 12 in etwa gegenüberliegend der Verbindungöffnungen 5 durch welche der flüssige Brennstoff (nicht gezeigt) aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum 4 bzw. in die Gasaufnahmekörper 12 expandieren kann. Jeder einzelne der fünf gezeigten Gasaufnahmekörper 12 ist über eine Verbindungsöffnung 5 mit dem ersten Brennstoffaufnahmeraum 3 verbunden. Der Rahmenkörper 2 weist eine Befüllungsvorrichtung 9 auf.
Bezugszeichenliste

1: Brennereinheit
2: Rahmenkörper
3: erster Brennstoffaufnahmeraum
4: zweiter Brennstoffaufnahmeraum
5: Verbindungsöffnung(en)
63: Brennerplatte
7: Einzelbrennerplatte(n)
8: Austrittsöffnung(en)
9: Befüllungsvorrichtung
10: Verdampfungsraumsegmente
11: Auflagefläche
12: Gasaufnahmekörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69128358 T2 [0006]
DE 102004058190 A1 [0007]
EP 1261397 B1 [0007]
EP 0535279 A1 [0010, 0018]
US 5374191 A [0018]

Claims

Brennereinheit (1) für Brandsimulationen, umfassend: - einen Rahmenkörper (2) welcher einen ersten Brennstoffaufnahmeraum (3) zur Aufnahme eines flüssigen Brennstoffes ausbildet und gegen eine äußere Umgebung abschließt; und - einen zweiten Brennstoffaufnahmeraum (4) zur Aufnahme eines gasförmigen Brennstoffes; o wobei der zweite Brennstoffaufnahmeraum (4) zumindest teilweise von dem Rahmenkörper (2) und einer Brennerplatte (6) sowie einer der Brennerplatte (6) gegenüberliegenden Auflagefläche (11) gebildet wird, oder o wobei der zweite Brennstoffaufnahmeraum (4) durch wenigstens einen Gasaufnahmekörper (12) gebildet wird, der dazu geeignet ist, einen gasförmigen Brennstoff zumindest teilweise einzugrenzen, - wobei der Rahmenkörper (2) in einem funktionsgemäßen Zustand einer Brandsimulation zumindest teilweise auf der Auflagefläche (11) aufliegt; - wobei der Rahmenkörper (2) eine Befüllungsvorrichtung (9) zum Befüllen des ersten Brennstoffaufnahmeraums (3) mit flüssigem Brennstoff aufweist, - wobei der erste und der zweite Brennstoffaufnahmeraum (3; 4) über wenigstens eine Verbindungsöffnung (5) miteinander verbunden sind, durch welche flüssiger Brennstoff aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum (3) in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum (4) zu einem gasförmigen Brennstoff expandieren kann, - wobei der zweite Brennstoffaufnahmeraum (4) zumindest eine Austrittsöffnung (8) aufweist, durch welche der gasförmige Brennstoff in die Umgebung entweichen und entzündet werden kann.
Brennereinheit nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (11) zumindest teilweise von einem Basiselement gebildet wird, und wobei vorzugsweise der Rahmenkörper (2) zumindest teilweise auf dem Basiselement angeordnet und optional befestigt ist.
Brennereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rahmenkörper (2) rechteckig oder vieleckig oder kreisförmig oder elliptisch ausgebildet ist.
Brennereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rahmenkörper (2) und/oder die Brennerplatte (6) und/oder der Gasaufnahmekörper (12) und/oder optional das Basiselement metallisch oder keramisch ist, wobei der Rahmenkörper (2) insbesondere ein Metallrohr ist, bevorzugt aus Edelstahl oder Cortenstahl, und wobei bevorzugt das Metallrohr einen runden Querschnitt oder einen rechteckigen oder einen vieleckigen Querschnitt oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.
Brennereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Brennerplatte (6) mehrere Einzelbrennerplatten (7) umfasst.
Brennereinheit nach Anspruch 5, wobei die Einzelbrennerplatten (7) den zweiten Brennstoffaufnahmeraum (4) in mehrere Verdampfungsraumsegmente (10) unterteilen, wobei die Einzelbrennerplatten (7) vorzugsweise zumindest teilweise ein U-Profil oder ein L-Profil oder beides aufweisen.
Brennereinheit nach Anspruch 6, wobei zumindest eine Verbindungsöffnung (5) je Verdampfungsraumsegment (10) oderje Gasaufnahmekörper (12) im Rahmenkörper (2) angeordnet ist.
Brennereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Austrittsöffnung (8) in der Brennerplatte (6) oder im Gasaufnahmekörper (12) angeordnet ist und die Brennerplatte (6) oder der Gasaufnahmekörper (12) vorzugsweise mehrere Austrittsöffnungen (8) aufweist.
Brennereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rahmenkörper (2) und/oder das Basiselement mehrteilig ausgebildet ist.
Brennereinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Brennereinheit (1) eine externe Zündquelle umfasst, mit welcher der gasförmige in die Umgebung entweichende Brennstoff entzündet werden kann, wobei die Zündquelle insbesondere einen Pilotbrenner umfasst.
Verfahren zur Durchführung einer Brandsimulation mit einer Brennereinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: - Befüllen des ersten Brennstoffaufnahmeraums (3) über eine am Rahmenkörper (2) angeordnete Befüllungsvorrichtung (9) mit einem flüssigen Brennstoff; - Expandieren des flüssigen Brennstoffes aus dem ersten Brennstoffaufnahmeraum (3) zu einem gasförmigen Brennstoff über die Verbindungsöffnung (5) in den zweiten Brennstoffaufnahmeraum (4), wobei der expandierende Brennstoff Wärmeenergie aufnimmt und einhergehend wenigstens der zweite Brennstoffaufnahmeraum (4) wenigstens partiell eine Temperaturerniedrigung erfährt; - Zumindest teilweises Entweichen des gasförmigen Brennstoffes aus dem zweiten Brennstoffaufnahmeraum (4) durch wenigstens eine Austrittsöffnung (8); - Entzünden des entweichenden Brennstoffes an einer Zündquelle.