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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Brandbekämpfung. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein mobiles Feuerlöschsystem für einen Feuerwehrwagen, einen
Feuerwehrwagen mit einem mobilen Feuerlöschsystem, die Verwendung eines mobilen
Feuerlöschsystems
zur Brandbekämpfung und
ein Verfahren zum Bekämpfen
eines Brandes.
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Feuerwehrwagen
haben zumeist Wasser als Löschmittel,
welches in Tanks im Fahrzeug oder durch Hydranten lokal bereitgestellt
werden muss. Bei voller Pumpenleistung sind die im Fahrzeug integrierten
Tanks nach wenigen Minuten entleert. Feuerwehrfahrzeuge sind auf
Hydranten in unmittelbarer Nähe
angewiesen. Je nach Länge
zum Hydranten muss der Weg über
Schläuche
und Zusatzpumpen überbrückt werden,
damit am Fahrzeug genügend Wasser
zur Löschung
vorhanden ist. Weiterhin erzeugen die Stromgeneratoren an heutigen
Feuerwehrwagen eine oft nur geringe Leistung, sodass unter Umständen ein
erhöhter
Energiebedarf nicht befriedigt werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Feuerlöschsystem
zur mobilen Brandbekämpfung
bereitzustellen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein mobiles Feuerlöschsystem
für einen
Feuerwehrwagen angegeben, das mobile Feuerlöschsystem umfassend ein Brennstoffzellensystem
zum Erzeugen einer wasserhaltigen, sauerstoffarmen Abluft und einen
Kompressor zum Erzeugen eines Löschstrahls
aus der Abluft des Brennstoffzellensystems, wobei der Löschstrahl
zum Löschen
eines vom mobilen Feuerlöschsystem
entfernten Feuers verwendbar ist.
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Das
mobile Feuerlöschsystem
zeichnet sich durch einen autarken Betrieb aus, welcher es unabhängig von
Hydranten oder anderen Wasserquellen macht. Auch ist es am Einsatzort
sofort einsatzbereit, ohne dass zuerst Schläuche gelegt und Wasseranschlüsse aktiviert
werden müssen.
Hierdurch wird Zeit gespart. Weiterhin kann auch in wasserarmen Gegenden
gelöscht
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin eine Wasserstoffzufuhr
für das
Brennstoffzellensystem.
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Beispielsweise
kann die Wasserstoffzufuhr einen Wasserstoffspeicher zum Speichern
und Abgeben von Wasserstoff an das Brennstoffzellensystem aufweisen.
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Der
Wasserstoffspeicher ist beispielsweise als Flüssigwasserstoffspeicher ausgeführt und
weist somit eine hohe Speicherdichte auf, um den Einsatz des mobilen
Feuerlöschsystems
autark über
mehrere Stunden zu gewährleisten.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung weist die Wasserstoffzufuhr ein Reformersystem
zum Erzeugen von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen auf.
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Auf
diese Weise kann der benötigte
Wasserstoff an Bord des Feuerwehrwagens beispielsweise aus Kerosin
oder einem anderen Treibstoff hergestellt werden. Der Wasserstoffspeicher
kann beispielsweise als Zwischenspeicher dienen, so dass stets eine
ausreichende Wasserstoffversorgung gewährleistet ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin einen Motor
zum Antreiben des mobilen Feuerlöschsystems.
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Beispielsweise
ist der Motor als Elektromotor ausgeführt. Die zum Betrieb des Elektromotors
benötigte
Energie kann direkt oder indirekt von dem Brennstoffzellensystem
bereitgestellt werden. So kann das Brennstoffzellensystem direkt
an den Elektromotor angeschlossen sein. Weiterhin kann ein Akkumulator
vorgesehen sein, welcher über
das Brennstoffzellensystem geladen werden kann und dann den Motor
mit Strom versorgt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist der Motor als Wasserstoffmotor ausgeführt, wobei
die für
den Wasserstoffmotor benötigte
Energie direkt durch den Wasserstoff bereitgestellt wird.
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Der
Wasserstoffmotor, welcher als konventioneller Verbrennungsmotor
ausgeführt
sein kann, wird mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben. Beispielsweise
kann ein Benzinmotor des Feuerwehrwagens für den Betrieb mit Wasserstoff
modifiziert werden. Auf diese Weise kann der bordinterne Wasserstoff
sowohl zur Erzeugung des Löschstrahls
als auch zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin eine Luftzufuhr
für das Brennstoffzellensystem,
wobei die Luftzufuhr einen Filter, einen Ventilator, einen Wärmetauscher
und einen Kompressor aufweist.
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Die
Luftzufuhr dient hierbei zur optimalen Bereitstellung der Außenluft
für die
Brennstoffzelle.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin einen Verbraucher
zum Nutzen einer von dem Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen
Energie.
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Bei
dem Verbraucher kann es sich zum Beispiel um einen elektrohydraulischen
Aktuator zum Erzeugen eines hydraulischen Druckes für ein Schneidwerkzeug
handeln. Weiterhin kann es sich hierbei um Spannungswandler zur
Notstromerzeugung vor Ort, um Batterien zum Abdecken von Leistungsspitzen
oder um Kühlsysteme
oder Heizsysteme handeln.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird die für den Kompressor benötigte elektrische
Energie direkt oder indirekt von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt.
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Es
ist also kein Generator notwendig, welcher zusätzliches Gewicht verursachen
würde.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin eine Löschmittelzufuhr
zum Zumischen eines zusätzlichen
Löschmittels
in die Abluft zur Erhöhung
der Löschleistung.
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Beispielsweise
kann es sich hierbei um Schaum-, Pulverlöschmittel oder um zusätzliches Wasser
handeln, welche vor oder nach der Verdichtung der Abluft zugemischt
werden können.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin einen Wärmetauscher
zur Kühlung
der Abluft. Die Kühlung
könnte
beispielsweise auch durch Peltierelemente, Kompressionskälteanlagen
oder ähnlichen
erfolgen.
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Hierdurch
kann die Effizienz des Löschstrahls
weiter gesteigert werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem ein Luftzerlegungssystem
zur weiteren Verringerung des Sauerstoffgehalts der Abluft, wobei
das Luftzerlegungssystem hinter dem Kompressor angeordnet ist.
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Auch
hierdurch kann die Löschleistung
weiter erhöht
werden.
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Weiterhin
ist, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, eine Steuer- und Regelungseinheit zum
Aufnehmen und Auswerten von Messdaten des Feuerlöschsystems und zum Weiterleiten
von entsprechenden Steuerbefehlen an die entsprechenden Systemkomponenten
vorgesehen.
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Bei
den Messdaten handelt es sich beispielsweise um die Temperatur des
Löschstrahls,
um den Druck und Volumenstrom des Löschstrahls, um den Füllstand
des Wasserstoffspeichers, um die Zuführrate von Luft bzw. Wasserstoff
zur Brennstoffzelle, um die Temperatur von Anode oder Kathode der Brennstoffzelle
oder den Betriebszustand der Batterien oder Akkumulatoren.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das mobile Feuerlöschsystem weiterhin einen Tank
zum Speichern und Abgeben von Insektiziden oder anderen chemischen
Stoffen.
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Somit
kann das System weiterhin zum Versprühen von Schädlingsbekämpfungsmitteln oder anderen
Substanzen eingesetzt werden.
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Es
können
sämtliche
Arten von Brennstoffzellen eingesetzt werden, wie beispielsweise
eine Alkaline Fuel Cell (AFC), eine Proton Exchange Membrane Fuel
Cell (PEMFC), eine Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), eine Molten
Carbonate Fuel Cell (MCFC), eine Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), oder eine
Direct Alcohol/Methanol Fuel Cell (DAFC/DMFC).
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Entscheidend
ist hierbei nicht die Betriebstemperatur oder der Elektrolyt, sondern
ausschließlich
die Zusammensetzung der Kathodenabluft. Diese soll ein Inertgas,
wie Stickstoff oder dergleichen, enthalten. Die Abluft ist hierbei
entweder trocken oder wasserhaltig, je nach Brennstoffzellentyp
und gegebenenfalls je nach Systemeinstellungen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die im Feuerlöschsystem benötigte elektrische
oder thermische Energie direkt aus der Brennstoffzelle bereitgestellt.
Somit ist keine externe Energieversorgung notwendig. Das System kann
autark arbeiten und es erzeugt seine Energie selber.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist ein Feuerwehrwagen mit einem mobilen
Feuerlöschsystem
angegeben, wie es oben beschrieben wurde.
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Beispielsweise
kann der Feuerwehrwagen als Allrad-Geländefahrzeug ausgeführt sein.
Somit ist gewährleistet,
dass das mobile Feuerlöschsystem schnell
an den Brandherd gebracht werden kann. Auch ist der Einsatz des
mobilen Feuerlöschsystems in
anderen Fortbewegungsmitteln, wie beispielsweise Schiffen oder Luftfahrzeugen
möglich.
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Der
Feuerwehrwagen zeichnet sich durch seine Umweltfreundlichkeit aus,
da er keine Schadstoffe emittiert.
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Weiterhin
ist die Verwendung eines oben beschriebenen mobilen Feuerlöschsystems
zur Brandbekämpfung
gegeben.
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Weiterhin,
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, ist ein Verfahren zum Bekämpfen eines
Brandes angegeben, bei welchem eine wasserhaltige, sauerstoffarme
Abluft durch ein Brennstoffzellensystem erzeugt wird. Weiterhin
wird ein Löschstrahl
aus der Abluft des Brennstoffzellensystems durch einen Kompressor
erzeugt, wobei der Löschstrahl
zum Löschen
eines vom mobilen Feuerlöschsystem
entfernten Feuers verwendbar ist.
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Ein
Wassertank oder ein Wasseranschluss sind nicht erforderlich.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines mobilen Feuerlöschsystems
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Feuerwehrwagens gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein Verfahren zum Bekämpfen eines
Brandes gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
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Die
Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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In
der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen
Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines mobilen Feuerlöschsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 zu sehen,
umfasst das mobile Feuerlöschsystem 100 im
Wesentlichen ein Brennstoffzellensystem 101 zum Erzeugen
einer sauerstoffarmen Abluft. Je nach verwendetem Brennstoffzellensystem ist
diese Abluft 128 mehr oder weniger wasserhaltig. Weiterhin
ist ein Kompressor 121 vorgesehen, welcher die Abluft komprimiert
und somit einen Löschstrahl
erzeugt, der dann auf den Brandherd gelenkt werden kann.
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Zur
Versorgung des Brennstoffzellensystems 101 dient einerseits
eine Luftzuführung 105 bis 109 und
andererseits eine Wasserstoffzuführung 102 bis 104.
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Das
Brennstoffzellensystem 101 erzeugt neben der Abluft 128 elektrische
Energie, welche über Leitungen 129, 130 abgegeben
werden kann.
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Dem
Brennstoffzellensystem 101 wird Wasserstoff an der Anode
und Luft an der Kathode zugeführt.
Dadurch entstehen elektrische Energie, thermische Energie und wasserhaltige
sauerstoffarme Abluft. Die elektrische Energie wird für die bordinternen Systeme
verwendet, wie zum Beispiel für
einen Elektromotor, wodurch der Feuerwehrwagen mobil ist. Die thermische
Energie kann durch entsprechende Wärmetauscher abgeführt werden
und beispielsweise für
ein fahrzeuginternes Heizsystem verwendet werden. Die wasserhaltige
sauerstoffarme Abluft dient als Löschmittel.
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Die
zugeführte
Luft 105 wird durch ein Filterelement 106 geleitet,
wonach sie einen Ventilator 107 durchlauft. An den Ventilator 107 kann
eine Sensorik oder ein Regel-/Steueranschluss 131 angebracht sein,
um die Betriebsdaten des Ventilators zu überwachen und an eine zentrale
Steuer- und Regelungseinheit 126 zu übermitteln. Im Gegenzug können von der
Einheit 126 entsprechende Steuerbefehle oder Regelbefehle
entgegengenommen werden, um den Ventilator entsprechend einzustellen.
Weiterhin ist ein Wärmetauscher 108 vorgesehen,
um die Luft gegebenenfalls vorzuheizen. Kompressor 109 dient
der Verdichtung der Luft. Auch an den Kompressor 109 kann
ein entsprechender Sensor oder Steuer-/Regelanschluss 132 vorgesehen
sein.
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Die
Luftzufuhr dient zur optimalen Bereitstellung der Außenluft
an die Brennstoffzelle 101 im Hinblick auf Reinheit, Temperatur,
Druck und Volumenstrom. Von jeder Komponente werden die entsprechenden
Daten gemessen und an die Steuerung und Regelung 126 übertragen.
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Die
Wasserstoffzufuhr zur Brennstoffzelle 101 umfasst einen
Wasserstoffspeicher 102, einen Wärmetauscher 103 und
einen Kompressor 104. Alternativ ist auch der Einsatz eines
Reformersystems zur Erzeugung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen
vorgesehen. Als Wasserstoffspeicher besonders geeignet sind Flüssigwasserstoffspeicher,
welche eine hohe Speicherdichte aufweisen und so den Einsatz des
Fahrzeugs autark über
mehrere Stunden gewährleisten
können.
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Auch
hier werden (wie auch im restlichen Feuerlöschsystem) von jeder Komponente
die entsprechenden Daten gemessen und an die Steuerung und Regelung 126 übertragen.
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Das
Brennstoffzellensystem 101 dient der Erzeugung von elektrischer
und thermischer Energie und von wasserhaltiger, sauerstoffarmer
Abluft. Die thermische Energie kann mit internen Kühlern weggekühlt oder
von internen Verbrauchern genutzt werden.
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Die
elektrische Energie dient zum Antrieb des Fahrzeugs über einen
elektrischen Motor (siehe Elektromotor 201 in 2).
Weiterhin versorgt die elektrische Energie alle internen Verbraucher
des Gesamtfahrzeugs 200 der 2.
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Im
Einsatz und im Stillstand des Fahrzeugs 200 kann die elektrische
Energie große
Kompressoren, wie beispielsweise Kompressor 121 betreiben, um
die Löschwirkung
und die Wurfweite des Löschstrahls
zu erhöhen.
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Weitere
Verbraucher sind zum Beispiel Elektro-Hydraulikaktuatoren, um Feuerwehrhilfssysteme zu
betreiben, Spannungswandler zur Notstromerzeugung vor Ort, Batterien
zum Abdecken von Leistungsspitzen und Kühlsysteme.
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Zur
Kühlung
von Kathode und Anode des Brennstoffzellensystems 101 sind
zum Beispiel Kühlungen 110, 111 vorgesehen.
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Die
vom Brennstoffzellensystem 101 erzeugte elektrische Energie
wird einem Transformator 112 zugeführt, der die Batterie 113 lädt und die
Regelelektronik 114 mit Strom versorgt. Von hier wird die elektrische
Energie an Gleichstrom-Verbraucher 117 oder über einen
Spannungswandler 115 an Wechselstrom-Verbraucher 116 weitergegeben.
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Die
Abluft 128 der Brennstoffzelle 101 dient als Hauptlöschgas des
Fahrzeugs. Zur Erhöhung
der Löschleistung
kann der Abluft noch ein zusätzliches Löschmittel 119, 124 zugemischt
werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um Schaum-, Pulverlöschmittel
oder um zusätzliches
Wasser handeln. Je nach Einsatz kann diese Löschmittelzuführung vor
oder nach der Verdichtung der Abluft durch den Kompressor 121 erfolgen.
Weiterhin ist die Verwendung eines Wärmetauschers oder Kühlaggregates 120 zur
Kühlung
der Abluft 128 möglich.
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Um
die Löschmittelzuführung zu
steuern, sind Ventile 118, 123 und entsprechende
Steueranschlüsse 127, 133 vorgesehen.
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Da
die Abluft der Brennstoffzelle 101 noch einen Sauerstoffanteil
von zum Beispiel etwa 6 – 15% vol
aufweist, kann nach der Kompression noch ein Luftzerlegungssystem 122 nachgeschaltet
werden, um den Sauerstoffgehalt weiter zu verringern und damit die
Löschwirkung
noch weiter zu erhöhen.
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Die
Steuer- und Regelungseinheit 126 kann manuell oder auch
automatisch arbeiten bzw. bedient werden. Sämtliche Messdaten des Systems
werden aufgenommen und ausgewertet. Nachfolgend können entsprechende
Steuerbefehle an die jeweiligen Komponenten weitergeleitet werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Feuerwehrwagens mit einem mobilen
Feuerlöschsystem
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Feuerwehrwagen 200 weist
hierbei eine Brennstoffzelle 101 auf, welche an einem Wasserstoffspeicher 102 angeschlossen
ist. Die Abluft der Brennstoffzelle 101 wird über den Kompressor 121 einer
Löschkanone 202 zugeführt, welche
den Löschstrahl
auf einen Brandherd 204 lenken kann. Weiterhin ist ein
zusätzlicher
Löschmitteltank 119, 124 vorgesehen.
Zusätzlich
weist das Fahrzeug 200 ein Gebläse, eine Luftzufuhr und eine
Kühlung 105 auf.
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Ein
Elektromotor oder anderweitiger Antrieb und die Batterien sind im
Bereich 201 angeordnet. Die Kabine 203 bietet
Raum für
das Bedienpersonal.
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Auf
diese Weise ist ein autarker Betrieb gewährleistet. Es besteht keine
Notwendigkeit von Hydranten oder anderen Wasserquellen. Das Löschfahrzeug
ist am Einsatzort sofort einsatzbereit.
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Eine
Löschung
mit wasserhaltiger sauerstoffarmer Luft ist über mehrere Stunden möglich, ohne
dass die Tanks aufgefüllt
werden müssen.
Beispielsweise kann bei einer elektrischen Leistung von 200 kW und
einem Wasserstofftank von 140 kg eine Löschdauer von über 10 Stunden
mit etwa 16 Normkubikmeter/Minute (Nm3 pro
min) bei 10% vol Sauerstoffgas (10% vol O2)
erreicht werden. Während
der Löschung
kann die elektrische Energie in Kompressoren oder Kühlung verwendet
werden, um so den Löschstrahl
zu verdichten, sowie die Löschwirkung und
die Wurfweite zu erhöhen.
Der erzeugte elektrische Strom kann zur Bereitstellung an Notsysteme am
Einsatzort, welche eine hohe Leistungsaufnahme aufweisen, verwendet
werden. Aufgrund der Umweltfreundlichkeit und der geringen bis gar
keinen Schadstoffemissionsrate eignet sich das Fahrzeug insbesondere
für den
Einsatz in Ballungsgebieten.
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Alternativ
zum Einsatz als Feuerlöschfahrzeug
kann das Fahrzeug auch zum Versprühen von Insektiziden oder anderen
chemischen Stoffen verwendet werden. Im Systemaufbau ist dann zusätzlich ein
weiterer Tank mit Insektiziden oder den anderen chemischen Stoffen
vorgesehen, welcher den Löschmitteltank
ergänzt
oder ersetzt.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In Schritt 1 wird Wasserstoffgas dem
Brennstoffzellensystem zugeleitet. In Schritt 2 wird dem
Brennstoffzellensystem Luft zugeleitet. Die bei der Reaktion im
Brennstoffzellensystem entstehende Abluft wird in Schritt 3 abgeführt und
in Schritt 4 verdichtet, sodass ein effektiver Löschstrahl
zum Löschen
eines entfernten Feuers entsteht. In Schritt 5 wird dieser
Löschstrahl
auf das Feuer gelenkt, sodass das Feuer bekämpft werden kann.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente
oder Schritte ausschließt
und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.