DE102014001783A1 - Apparatus and method for detecting local combustion in a silo - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung (1) in einem Silo (2) für schüttfähige, brennbare Stoffe (3), mit mindestens einem die Konzentration mindestens eines Brandgases zeitaufgelöst an mindestens einem Messpunkt (5) detektierenden Gassensor (4). Erfindungsgemäß wird eine derartige Vorrichtung dadurch zur Bestimmung der Lage der lokalen Verbrennung (1) weitergebildet, dass innerhalb des Schüttbereiches mindestens zwei räumlich getrennte Messpunkte (5) vorgesehen sind.The invention relates to a device and a method for detecting a local combustion (1) in a silo (2) for free-flowing, combustible substances (3), with at least one gas sensor (FIG. 5) detecting the concentration of at least one combustion gas in a time-resolved manner at at least one measuring point (5). 4). According to the invention, such a device is further developed for determining the position of the local combustion (1), that at least two spatially separated measuring points (5) are provided within the bulk region.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe mit mindestens einem die Konzentration mindestens eines Brandgases zeitaufgelöst an mindestens einem Messpunkt detektierenden Gassensor.The invention relates to an apparatus and a method for detecting a local combustion in a silo for free-flowing combustible substances with at least one gas sensor detecting the concentration of at least one combustion gas in a time-resolved manner at at least one measuring point.

Silos für schüttfähige Stoffe werden zunehmend auch zur Lagerung brennbarer Stoffe verwendet. Neben der traditionellen Lagerung von beispielsweise Getreide werden heute auch in großem Umfang andere brennbare Stoffe, wie zum Beispiel Pellets oder Hackschnitzel, in solchen Silos gelagert. Im Rahmen dieser Lagerung ist es in der jüngeren Vergangenheit verschiedentlich zu Bränden gekommen. Die Löscharbeiten an derartigen Bränden haben sich als außerordentlich schwierig herausgestellt. Es ist bei derartigen Bränden immer wieder zur Zerstörung der Silos bzw. ganzer Siloanlagen gekommen. Im Rahmen der Löscharbeiten hat sich gezeigt, dass eine möglichst genaue Bestimmung der Lage der lokalen Verbrennung, also zum Beispiel des Glutnestes, innerhalb des Silos zumindest von großem Vorteil ist. Auf der Grundlage einer solchen Information können zum einen gezielte Löschmaßnahmen ergriffen werden, zum Beispiel durch lokale Inertgasaufgabe mit Hilfe von Lanzen. Zum anderen kann auf Grundlage einer Information über die Lage der lokalen Verbrennung ein sicherer Austrag des gelagerten Gutes bis kurz vor den Brandherd erfolgen.Silos for bulk materials are increasingly being used to store combustible materials. In addition to the traditional storage of, for example, cereals, other flammable substances, such as pellets or wood chips, are stored in such silos on a large scale. There have been several fires in recent years as part of this storage. The firefighting of such fires have proven to be extremely difficult. It has come in such fires again and again to the destruction of silos or whole silos. Within the framework of the extinguishing work it has been shown that the most accurate determination possible of the location of the local combustion, for example of the glowing nest, within the silo is at least of great advantage. On the basis of such information, targeted extinguishing measures can be taken, for example by local inert gas application with the help of lances. On the other hand, on the basis of information about the location of the local combustion, a safe discharge of the stored material until shortly before the source of the fire.

Unter einer lokalen Verbrennung wird im Stand der Technik und im Zusammenhang mit der Erfindung nicht nur eine exotherme Oxidation verstanden, sondern jede Art einer unerwünschten Temperaturüberschreitung, z. B. eine lokale Pyrolyse, die etwa durch eine von Bakterien ausgehende Überhitzung in Gang gesetzt werden kann.Under a local combustion is understood in the art and in the context of the invention not only an exothermic oxidation, but any kind of undesirable temperature exceeding, z. As a local pyrolysis, which can be set about by a bacterial overheating in motion.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein mit schüttfähigen, brennbaren Stoffen gefülltes Silo auf einen Brand zu überwachen, indem im Kopfraum des Silos die CO-Konzentration gemessen wird und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Alarm abgesetzt wird. Dabei hängt der Konzentrationsverlauf des Brandgases, also beispielsweise CO, der im Kopfraum gemessen wird, von verschiedenen Faktoren ab.From the prior art, it is known to monitor a filled with free-flowing, combustible materials silo on a fire by the CO concentration is measured in the headspace of the silo and an alarm is issued when a threshold is exceeded. The concentration profile of the combustion gas, for example CO, which is measured in the headspace, depends on various factors.

Als wesentliche Faktoren sind hier zu nennen, die Ausgasungsrate des Brandes selber, die Ausgasungsrate aus dem nicht brennenden Material, die Transportrate bzw. Geschwindigkeit des Gases durch die über dem Brandherd liegende Schüttung und eine Verdünnung des Brandgases durch wechselnde Frischluftzufuhr in den Bereich des Kopfraumes.The main factors here are the outgassing rate of the fire itself, the outgassing rate from the non-burning material, the transport rate or velocity of the gas through the bed above the fire and a dilution of the combustion gas by changing fresh air supply into the area of the headspace.

Dadurch, dass der zeitliche Verlauf der Konzentration des Brandgases im Kopfraum des Silos von einer derartigen Vielzahl von Einflussfaktoren abhängt, ist es auf der Grundlage einer Messung der Brandgaskonzentration im Kopfraum des Silos in aller Regel nicht möglich, eine zuverlässige Aussage über die räumliche Lage der lokalen Verbrennung zu treffen. Zuverlässige Aussagen über das Stadium der Verbrennung und dessen Größe lassen sich anhand der aus dem Stand der Technik bekannten Messungen von Brandgasen im Kopfraum des Silos aus den genannten Gründen ebenfalls nicht treffen.The fact that the time course of the concentration of the combustion gas in the headspace of the silo depends on such a large number of influencing factors, it is generally not possible based on a measurement of the fire gas concentration in the headspace of the silo, a reliable statement about the spatial position of the local To make a burn. Reliable statements about the stage of combustion and its size can not be made on the basis of the known from the prior art measurements of combustion gases in the headspace of the silo for the reasons mentioned above also.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe vorzuschlagen, deren Einsatz bzw. dessen Verwendung gezielte und effektive Löschmaßnahmen gewährleistet.Starting from the above-described prior art, the invention is based on the object to propose a device or a method for detecting a local combustion in a silo for free-flowing, combustible substances whose use or its use ensures targeted and effective extinguishing measures.

Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Schüttbereichs mindestens zwei räumlich getrennte Messpunkte vorgesehen sind.According to a first teaching of the invention, the device according to the invention is characterized in that at least two spatially separated measuring points are provided within the bulk area.

Der erfindungsgemäßen Lehre liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich Brandgase innerhalb einer Schüttung im Wesentlichen über Diffusionsprozesse innerhalb der Schüttung ausbreiten. Da die schüttfähigen Stoffe regelmäßig dicht gepackt sind und auch ebenso regelmäßig nicht von Gasen, insbesondere Luft, durchströmt werden, breiten sich Brandgase im Wesentlichen unbeeinflusst von äußeren Effekten über Diffusionsprozesse innerhalb der Schüttung aus. Ausgehend von dieser Erkenntnis ermöglicht es die erfindungsgemäße Anordnung von mindestens zwei räumlich getrennten Messpunkten innerhalb des Schüttbereiches, die Lage der lokalen Verbrennung in einer Dimension zu bestimmen. Diese Bestimmung der Lage in einer Dimension ist beispielsweise ausreichend, wenn die Ausdehnung des Silos in vertikaler Richtung deutlich größer ist als in horizontaler Richtung. In diesem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Detektion der Höhenlage der lokalen Verbrennung. Diese Verbrennung kann dann beispielsweise durch das Einbringen von Inertgaslanzen durch die äußere Hülle des Silos auf der entsprechenden Höhe bekämpft werden. Auch kann auf der Grundlage der Angabe der Höhenlage das noch nicht von der lokalen Verbrennung erfasste Schüttgut ausgetragen werden.The teaching of the invention is based on the finding that combustion gases within a bed essentially spread via diffusion processes within the bed. Since the pourable substances are regularly densely packed and also just as regularly by gases, in particular air, are flowed through, propagate fire gases essentially unaffected by external effects via diffusion processes within the bed. On the basis of this knowledge, the arrangement according to the invention of at least two spatially separated measuring points within the pouring area makes it possible to determine the position of the local combustion in one dimension. This determination of the position in one dimension is sufficient, for example, if the extent of the silo in the vertical direction is significantly greater than in the horizontal direction. In this case, the device according to the invention makes it possible to detect the altitude of the local combustion. This combustion can then be combated, for example, by introducing inert gas lances through the outer shell of the silo at the appropriate height. Also, based on the indication of the altitude, the bulk material not yet captured by the local combustion can be discharged.

Die räumliche Lage der lokalen Verbrennung wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung von zwei Messpunkten aus der zeitlichen Differenz des Anstiegs der Konzentration mindestens eines Brandgases an beiden Messpunkten ermittelt. Über die zeitliche Differenz kann dann bei Annahme im Wesentlichen identischer Diffusionsverhältnisse und zumindest in etwa bekannter Diffusionsgeschwindigkeit des Brandgases über einen einfachen Dreisatz die Lage der lokalen Verbrennung in Verbindungsrichtung der beiden Messpunkte bestimmt werden.The spatial position of the local combustion is determined in the inventive arrangement of two measuring points from the time difference of the increase in the concentration of at least one combustion gas at both measuring points. About the time difference can then be accepted in the Essentially identical diffusion ratios and at least approximately known diffusion rate of the combustion gas via a simple rule of three the location of the local combustion in the connecting direction of the two measuring points are determined.

Ist die Diffusionsgeschwindigkeit nicht oder nicht mit hinreichender Genauigkeit bekannt, so kann diese zur Bestimmung der Lage der lokalen Verbrennung in Verbindungsrichtung der Messpunkte dadurch ermittelt werden, dass ein dritter Messpunkt in Verbindungsrichtung der beiden Messpunkte hinzugenommen wird.If the diffusion rate is not or not known with sufficient accuracy, it can be determined to determine the position of the local combustion in the direction of connection of the measuring points by adding a third measuring point in the direction of connection of the two measuring points.

Grundsätzlich gilt, dass durch Hinzunahme weiterer Messpunkte weitere unbekannte Größen, wie zum Beispiel die Diffusionsgeschwindigkeit oder die Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von der Ausbreitungsrichtung, ermittelt werden können.In principle, by adding further measurement points, further unknown quantities, such as, for example, the diffusion rate or the dependence of the diffusion rate on the propagation direction, can be determined.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, dass innerhalb des Schüttbereiches mindestens vier räumlich getrennte Messpunkte vorgesehen sind und dass die Verbindungsgeraden der mindestens vier Messpunkte einen dreidimensionalen Körper aufspannen. Eine derartige Anordnung bei der die mindestens vier Messpunkte räumlich voneinander getrennt sind und weder alle auf einer Geraden noch auf einer Ebene liegen, ermöglicht auch bei nicht hinreichend bekannter Diffusionsgeschwindigkeit eine dreidimensionale Bestimmung der Lage der lokalen Verbrennung. Dies geschieht beispielsweise unter der Annahme einer gleichmäßigen Diffusion durch eine an sich bekannte Triangulation.A first advantageous embodiment undergoes the device according to the invention in that at least four spatially separated measuring points are provided within the bulk area and that the connecting lines of the at least four measuring points span a three-dimensional body. Such an arrangement in which the at least four measuring points are spatially separated from each other and neither lie on a straight line nor on a plane, even with not sufficiently known diffusion rate allows a three-dimensional determination of the position of the local combustion. This happens, for example, assuming a uniform diffusion through a known triangulation.

Mit dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine räumliche Lokalisierung einer Verbrennung innerhalb eines in horizontaler und vertikaler Richtung ausgedehnten Silos ermöglicht. Hierdurch wird wiederum eine gezielte Bekämpfung der lokalen Verbrennung gewährleistet.With this embodiment of the device according to the invention, a spatial localization of combustion within a silo extended in the horizontal and vertical directions is made possible. This in turn ensures targeted control of local combustion.

Eine weitere wesentliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gewährleistet, dass der mindestens eine Gassensor mit mindestens einem zumindest über eine Teillänge permeablen, innerhalb des Schüttbereichs verlegten Permeationsrohr verbunden ist.Another essential embodiment of the device according to the invention is ensured by the fact that the at least one gas sensor is connected to at least one permeation tube which is permeable at least over a partial length and which is laid within the bulk region.

Ein derartiges Permeationsrohr ist beispielsweise aus der DE 24 31 907 A1 , der DE 197 21 081 C1 und der EP 0 692 706 A2 bekannt. Es handelt sich bei einem Permeationsrohr um ein Rohr, in welches entlang seiner Länge Gase insbesondere durch Diffusion eindringen können. Von Zeit zu Zeit wird dann die im Permeationsrohr befindliche Gassäule zum Beispiel durch eine Pumpe mit bekannter Geschwindigkeit zum Gassensor transportiert, der dann zeitaufgelöst die Gaskonzentrationen misst. Dadurch, dass der Gassensor diese Gaskonzentrationen zeitaufgelöst misst, kann die Gaskonzentration vor dem Beginn des Transports der Gassäule zum Gassensor an unterschiedlichen Punkten des Permeationsrohres bestimmt werden. Wird beispielsweise die Gassäule mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s an dem Gassensor vorbei transportiert, so ergibt eine Messung des Gassensors nach 5 Sekunden die Gaskonzentration in einem Abstand von 5 Metern.Such a permeation tube is for example from DE 24 31 907 A1 , of the DE 197 21 081 C1 and the EP 0 692 706 A2 known. A permeation tube is a tube into which gases can penetrate, in particular by diffusion along its length. From time to time, the gas column located in the permeation tube is then transported to the gas sensor, for example by a pump of known speed, which then measures the gas concentrations in a time-resolved manner. Because the gas sensor measures these gas concentrations in a time-resolved manner, the gas concentration can be determined at different points of the permeation tube before the gas column is transported to the gas sensor. If, for example, the gas column is transported past the gas sensor at a speed of 1 m / s, a measurement of the gas sensor after 5 seconds results in the gas concentration at a distance of 5 meters.

Die erfindungsgemäß geforderte Zeitauflösung der Messung der Gaskonzentration erfolgt dadurch, dass die Gassäule in gewissen Zeitabständen am Gassensor vorbei geführt wird. Wird beispielsweise die Gassäule ein Mal pro 5 Minuten am Gassensor vorbei gepumpt, so kann der Messpunkt in 5 Metern Abstand vom Gassensor mit einer Zeitauflösung von 5 Minuten erfasst werden. Die erreichbaren Zeitauflösungen sind für die Detektion von lokalen Verbrennungen ohne weiteres ausreichend, da sich die in Rede stehenden Verbrennungen nur langsam entwickeln. Zu beachten ist hierbei, dass der Abstand der Messperioden derart gewählt wird, dass sich ein Diffusionsgleichgewicht zumindest im wesentlichen einstellt.The inventively required time resolution of the measurement of the gas concentration is effected in that the gas column is guided past the gas sensor at certain time intervals. If, for example, the gas column is pumped past the gas sensor once every 5 minutes, the measuring point can be detected at a distance of 5 meters from the gas sensor with a time resolution of 5 minutes. The achievable time resolutions are readily sufficient for the detection of local burns, as the incipient burns develop only slowly. It should be noted here that the distance of the measurement periods is chosen such that a diffusion equilibrium is at least substantially established.

Die Verwendung eines Permeationsrohres ist zunächst deshalb besonders vorteilhaft, da hierdurch gewährleistet ist, dass ein verhältnismäßig kostspieliger Gassensor nicht nur einen, sondern mehrere entlang des Permeationsrohres liegende Messpunkte erfassen kann. Zum anderen sind erfindungsgemäß eingesetzte Permeationsrohre mechanisch robust und können so der Beanspruchung innerhalb der Schüttung widerstehen. Gleichzeitig lassen sich die erfindungsgemäß eingesetzten Permeationsrohre kostengünstig herstellen.The use of a permeation tube is therefore particularly advantageous at first because this ensures that a relatively expensive gas sensor can detect not only one but several measurement points lying along the permeation tube. On the other hand, permeation tubes used according to the invention are mechanically robust and can thus withstand the stress within the fill. At the same time, the permeation tubes used according to the invention can be produced inexpensively.

Bei geeigneter Verlegung eines Permeationsrohres innerhalb des Silos lassen sich bereits mit einem Permeationsrohr vier räumlich getrennte Messpunkte realisieren, wobei die Verbindungsgeraden der mindestens vier Messpunkte einen dreidimensionalen Körper aufspannen. Dies gelingt beispielsweise durch eine spiralförmige Verlegung eines Permeationsrohres im Innenraum eines Silos.With suitable laying of a permeation tube within the silo, four spatially separated measuring points can already be realized with one permeation tube, wherein the connecting straight lines of the at least four measuring points span a three-dimensional body. This is achieved, for example, by a spiral laying of a permeation tube in the interior of a silo.

Werden mindestens drei Permeationsrohre innerhalb des Silos verlegt, so ist eine große Freiheit bei der Verlegung der Permeationsrohre unter der Bedingung, dass mindestens vier räumlich getrennte Messpunkte vorgesehen sind und die Verbindungsgeraden der mindestens vier Messpunkte einen dreidimensionalen Körper aufspannen, gewährleistet.If at least three permeation tubes are laid inside the silo, there is great freedom in laying the permeation tubes under the condition that at least four spatially separated measuring points are provided and the connecting straight lines of the at least four measuring points span a three-dimensional body.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, dass das mindestens eine Permeationsrohr an der Außenwand des Silos verlegt ist. Durch die Verlegung des Permeationsrohres an der Außenwand des Silos wird die mechanische Beanspruchung des Permeationsrohres durch das Schüttgut verringert.A particularly advantageous embodiment undergoes the device according to the invention in that the at least one permeation tube is laid on the outer wall of the silo. By the Laying the permeation tube on the outer wall of the silo, the mechanical stress of the permeation tube is reduced by the bulk material.

Die mechanische Beanspruchung des Permeationsrohres wird weiter dadurch reduziert, dass das Permeationsrohr in Schüttrichtung verlegt ist. Hierdurch wird eine Beanspruchung des Permeationsrohres auf Scherung weitgehend vermieden.The mechanical stress of the permeation tube is further reduced by the fact that the permeation tube is laid in the discharge direction. As a result, a stress on the permeation tube to shear is largely avoided.

Ist an dem von dem mindestens einen Gassensor abgewandten Ende des Permeationsrohres ein Ventil vorgesehen, so kann dieses Ventil beim Transport der Gassäule durch das Permeationsrohr geöffnet werden, wodurch ein Absaugen der Gase innerhalb der Schüttung in der Umgebung der Messstellen, und damit eine Beeinflussung der Messumgebung, vermieden wird.If a valve is provided at the end of the permeation tube facing away from the at least one gas sensor, then this valve can be opened during the transport of the gas column through the permeation tube, whereby the gases within the bed are sucked off in the surroundings of the measuring points, thus influencing the measuring environment , is avoided.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung dadurch, dass die dem Permeationsrohr abgewandte Öffnung des Ventils eine Verbindung zur Umgebungsluft des Silos aufweist. Hierdurch wird das Permeationsrohr bei jedem Transport der Gassäule mit Umgebungsluft gespült, sodass definierte Ausgangsbedingungen für den folgenden Messzyklus gewährleistet sind.An embodiment is particularly advantageous in that the opening of the valve facing away from the permeation tube has a connection to the ambient air of the silo. As a result, the permeation tube is purged with ambient air each time the gas column is transported, so that defined initial conditions are ensured for the following measurement cycle.

Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen ist dadurch weiter verbessert, dass an dem von dem mindestens einen Gassensor abgewandten Ende des Permeationsrohrs eine Verbindung zu einem Testgasvolumen vorgesehen ist. Das Zuführen eines Testgases zum Ende des Permeationsrohres gewährleistet, dass der Gassensor das Ende der transportierten Gassäule anhand des Auftretens des Testgases detektieren kann. Dieses ermöglicht eine präzise Zuordnung des zeitlichen Verlaufs der transportierten Gassäule zur Länge des Permeationsrohres.The accuracy and reproducibility of the measurements is further improved by providing a connection to a test gas volume at the end of the permeation tube facing away from the at least one gas sensor. The supply of a test gas to the end of the permeation tube ensures that the gas sensor can detect the end of the transported gas column on the basis of the occurrence of the test gas. This allows a precise assignment of the time course of the transported gas column to the length of the permeation tube.

Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe, bei welchem die Konzentration mindestens eines Brandgases mit Hilfe mindestens eines Gassensors an mindestens einem Messpunkt zeitaufgelöst detektiert wird, dadurch ausgestaltet, dass die zeitlichen Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens zwei räumlich getrennten Messpunkten ausgewertet werden. Zu den mit der Verwirklichung dieser zweiten Lehre der Erfindung verbundenen Vorteilen wird auf die im Hinblick auf die erste Lehre der Erfindung beschriebenen Vorteile verwiesen.According to a second teaching of the invention, a method for detecting a local combustion in a silo for free-flowing, combustible substances, in which the concentration of at least one fire gas is detected time resolved with the aid of at least one gas sensor at least one measuring point, characterized in that the temporal combustion gas concentration gradients be evaluated at least two spatially separated measuring points. For the advantages associated with the realization of this second teaching of the invention, reference is made to the advantages described with regard to the first teaching of the invention.

Die zweite Lehre der Erfindung erfährt eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch, dass die zeitlichen Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens vier räumlich getrennten Messpunkten ausgewertet werden und dass von den Verbindungsgeraden von vier Messpunkten ein dreidimensionaler Körper aufgespannt wird. Auch zu den mit dieser Ausgestaltung verbundenen Vorteilen wird auf die in Verbindung mit der ersten Lehre der Erfindung erläuterten Vorteile verwiesen.The second teaching of the invention experiences an advantageous embodiment in that the temporal combustion gas concentration profiles are evaluated at at least four spatially separated measuring points and that a three-dimensional body is spanned by the connecting straight lines of four measuring points. For the advantages associated with this embodiment, reference is made to the advantages explained in connection with the first teaching of the invention.

Eine weitere Ausgestaltung erfährt die zweite Lehre der Erfindung dadurch, dass auf der Grundlage der Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens zwei Messpunkten die Lage der lokalen Verbrennung innerhalb der Schüttung bestimmt wird. Dabei ermöglicht, wie bereits erläutert, die Auswertung der Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens zwei Messpunkten die Bestimmung der Lage der lokalen Verbrennung innerhalb der Schüttung entlang der Verbindungsgeraden der beiden Messpunkte.The second teaching of the invention undergoes a further refinement in that the location of the local combustion within the bed is determined on the basis of the combustion gas concentration profiles at at least two measuring points. As already explained, the evaluation of the combustion gas concentration profiles at at least two measuring points makes it possible to determine the position of the local combustion within the bed along the connecting straight line of the two measuring points.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das Verfahren gemäß der zweiten Lehre der Erfindung dadurch, dass auf der Grundlage der Brandgaskonzentrationsverläufe die Temperatur und/oder Intensität der lokalen Verbrennung bestimmt wird. Insbesondere wenn die Brandgaskonzentrationsverläufe von verschiedenen Brandgasen ausgewertet werden, lassen sich Rückschlüsse über die Temperatur und/oder Intensität der lokalen Verbrennung ziehen. Je nach Temperatur und/oder Intensität der lokalen Verbrennung ändern sich die Brandgaskonzentrationsverhältnisse in an sich bekannter Art und Weise. Dies kann mit der beschriebenen Ausgestaltung der zweiten Lehre der Erfindung zur Bestimmung der Charakteristik der lokalen Verbrennung im Hinblick auf Temperatur und/oder Intensität verwendet werden.A particularly advantageous embodiment undergoes the method according to the second teaching of the invention in that the temperature and / or intensity of the local combustion is determined on the basis of the fire gas concentration curves. In particular, when the combustion gas concentration profiles are evaluated by different combustion gases, conclusions about the temperature and / or intensity of the local combustion can be drawn. Depending on the temperature and / or intensity of the local combustion, the combustion gas concentration conditions change in a manner known per se. This can be used with the described embodiment of the second teaching of the invention for determining the characteristic of the local combustion in terms of temperature and / or intensity.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe auszugestalten und weiterzubilden. Im Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThere are now a variety of ways, the device of the invention and the inventive method for detecting a local combustion in a silo for free-flowing, combustible materials to design and develop. In the following, an embodiment of the invention will be explained in more detail in connection with the drawing. In the drawing shows

1a) schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine in ein Silo eingebaute erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe, 1a 1) schematically an exemplary embodiment of a device according to the invention installed in a silo for detecting a local combustion in a silo for free-flowing, combustible substances,

1b) schematisch eine Aufsicht auf das Silo aus der sich die Positionierung der Permeationsrohre entlang des Umfangs des Silos ergibt, 1b FIG. 2 is a schematic plan view of the silo, from which the positioning of the permeation tubes along the circumference of the silo results.

2 schematisch eine Darstellung der Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäß verwendetes Permeationsrohr und 2 schematically a representation of the operation of an embodiment of a permeation tube according to the invention and used

3 modellhaft einen Signalverlauf für das Messsignal eines die Konzentration eines Brandgases detektierenden, mit einem Permeationsrohr verbundenen Gassensors. 3 modeled a waveform for the measurement signal of the concentration of a Brand gas detecting, connected to a permeation tube gas sensor.

Die 1a) der Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion einer lokalen Verbrennung 1, welche in ein Silo 2 eingebaut ist. In dem Silo 2 befindet sich eine Schüttung eines brennbaren Stoffes 3. Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist der die Konzentration mindestens eines Brandgases zeitlich aufgelöst an mindestens einem Messpunkt detektierende Gassensor 4 im Kopfraum des Silos 2 angeordnet. Die exakte Anordnung ist zum Zwecke einer übersichtlichen Darstellung in der 1a) nicht wiedergegeben.The 1a ) of the drawing shows schematically an embodiment of a device according to the invention for detecting a local combustion 1 which is in a silo 2 is installed. In the silo 2 there is a bed of combustible material 3 , In the embodiment illustrated schematically, the gas sensor which detects the concentration of at least one combustion gas in a time-resolved manner is detected at at least one measuring point 4 in the headspace of the silo 2 arranged. The exact arrangement is for the purpose of a clear representation in the 1a ) not reproduced.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Schüttbereiches eine Vielzahl von Messpunkten vorgesehen. Im Weiteren wird die erste Lehre der Erfindung zunächst im Zusammenhang mit der Betrachtung von vier Messpunkten 5 beschrieben. Bei diesen vier Messpunkten 5 handelt es sich um räumlich getrennte Messpunkte, deren gestrichelt eingezeichneten Verbindungsgeraden einen dreidimensionalen Körper aufspannen, die also nicht sämtlich auf einer gemeinsamen Geraden oder einer gemeinsamen Ebene liegen.In the illustrated embodiment, a plurality of measuring points are provided within the bulk area. In addition, the first teaching of the invention will initially be in connection with the consideration of four measuring points 5 described. At these four measuring points 5 they are spatially separated measuring points, whose connecting lines drawn in dashed lines span a three-dimensional body, that is, they are not all on a common straight line or a common plane.

Aus dem zeitlichen Abstand des Eintreffens eines Brandgases, welches von der lokalen Verbrennung 1 ausgeht, an den Messpunkten 5 lässt sich auch bei unbekannter Diffusionsgeschwindigkeit des Brandgases innerhalb der Schüttung des brennbaren Stoffes 3 die räumliche Lage der lokalen Verbrennung bestimmen.From the time interval of the arrival of a combustion gas, which from the local combustion 1 goes out, at the measuring points 5 can also be at unknown diffusion rate of the combustion gas within the bed of the combustible material 3 determine the spatial location of the local combustion.

Bei dem in 1a) dargestellten Ausführungsbeispiel ist der einzige Gassensor 4 über drei Sensorventile 6 mit jeweils einem der drei Permeationsrohre 7, 8, 9 verbunden. Die Permeationsrohre 7, 8, 9 weisen einen über die maximale Schütthöhe des Silos 2 reichenden, für die zu detektierenden Brandgase permeablen Bereich auf. Dieser ist in der Zeichnung gestrichelt dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Permeationsrohre 7, 8, 9 an der Außenwand des Silos angeordnet. Um einen weiter verbesserten mechanische Schutz zu gewährleisten, kann das Permeationsrohr auch in die Außenwand integriert sein. Notwendige Bedingung hierfür ist, dass das Permeationsrohr auch bei dieser Integration in der Außenwand mit dem Gasvolumen des Silos in Verbindung steht.At the in 1a ) illustrated embodiment is the only gas sensor 4 via three sensor valves 6 each with one of the three permeation tubes 7 . 8th . 9 connected. The permeation tubes 7 . 8th . 9 have one over the maximum dumping height of the silo 2 reaching, permeable to the fire gases to be detected area on. This is shown in dashed lines in the drawing. In the illustrated embodiment, the permeation tubes 7 . 8th . 9 arranged on the outer wall of the silo. To ensure a further improved mechanical protection, the permeation tube can also be integrated into the outer wall. Necessary condition for this is that the permeation tube is also in this integration in the outer wall with the gas volume of the silo in combination.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Permeationsrohre 7, 8, 9 in Schüttrichtung, hier in vertikaler Richtung entlang der Außenwand des Silos 2 verlegt. An dem von dem Gassensor 4 abgewandten Ende der Permeationsrohre 7, 8, 9 ist jeweils ein Endventil 10 vorgesehen. Die den Permeationsrohren 7, 8, 9 abgewandte Öffnung des Endventils 10 weist jeweils eine Verbindung zur Umgebungsluft des Silos auf. Nicht dargestellt ist in 1a), dass an dem Ende der Permeationsrohre 7, 8, 9 vor oder hinter dem Endventil 10 eine Verbindung zu einem Testgasvolumen vorgesehen ist.In the illustrated embodiment, the permeation tubes 7 . 8th . 9 in the pouring direction, here in the vertical direction along the outer wall of the silo 2 laid. At the of the gas sensor 4 opposite end of the permeation tubes 7 . 8th . 9 is each an end valve 10 intended. The permeation tubes 7 . 8th . 9 opposite opening of the end valve 10 each has a connection to the ambient air of the silo. Not shown in 1a ) that at the end of the permeation tubes 7 . 8th . 9 in front of or behind the end valve 10 a connection to a test gas volume is provided.

Bei gleichzeitig geöffneten, beispielsweise dem Permeationsrohr 7 zugeordneten, Sensorventil 6 und Endventil 10 wird die in dem Permeationsrohr 7 befindliche Gassäule über eine Gaspumpe 11 an dem Gassensor 4 vorbei transportiert.At the same time opened, for example, the permeation tube 7 assigned, sensor valve 6 and end valve 10 becomes the in the permeation tube 7 located gas column via a gas pump 11 at the gas sensor 4 transported by.

In 1b) ist schematisch eine Aufsicht auf das Silo 2 dargestellt, aus der sich die Positionierung der Permeationsrohre 7, 8, 9 entlang des Umfangs des Silos 2 ergibt.In 1b ) is a schematic view of the silo 2 shown, from which the positioning of the permeation tubes 7 . 8th . 9 along the circumference of the silo 2 results.

In 2 der Zeichnung ist schematisch ein in einer Schüttung von Holzpellets 3 eingebrachtes Permeationsrohr 7 dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Permeationsrohr Diffusionsöffnungen 12 auf, durch die die Gase aus der Schüttung des brennbaren Stoffes 3 in den Innenraum des Permeationsrohres 7, wie durch Doppelpfeile angedeutet, eindiffundieren können.In 2 The drawing is schematically one in a bed of wood pellets 3 introduced permeation tube 7 shown. In the illustrated embodiment, the permeation tube has diffusion openings 12 on, through which the gases from the bulk of the combustible substance 3 in the interior of the permeation tube 7 , as indicated by double arrows, can diffuse.

Dabei bildet theoretisch jede der Diffusionsöffnungen 12 einen der Messpunkte des Gassensors 4, da das der Diffusionsöffnung zugeordnete Gasvolumen bei der durch eine nach oben gerichteten Pfeil angedeuteten Entnahme über die Gaspumpe 11 bei jeweils geöffnetem Sensorventil 6 dem Gassensor zugeführt wird und über den zeitlichen Abstand der Gasdetektion der jeweiligen Diffusionsöffnung zugeordnet werden kann.In theory, each forms the diffusion openings 12 one of the measuring points of the gas sensor 4 in that the gas volume associated with the diffusion opening is removed via the gas pump when indicated by an arrow pointing upwards 11 at each open sensor valve 6 the gas sensor is supplied and can be assigned over the time interval of the gas detection of the respective diffusion opening.

Kommt es zu einer Verstopfung der Diffusionsöffnungen 12, so ist es möglich, diese durch ein Freiblasen wieder zu öffnen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass es im Zuge des Freiblasens zu einer Verfälschung der Konzentrationsverteilung innerhalb der Schüttung des brennbaren Stoffes 3 kommen kann.If there is a blockage of the diffusion openings 12 , so it is possible to open them again by blowing. It should be noted, however, that in the course of free-blowing, there is a distortion of the concentration distribution within the bed of the combustible substance 3 can come.

Durch den Einsatz von Permeationsrohren 7, 8, 9 wird weiterhin eine Ansammlung von Kondensat vermieden. Der außerhalb der Schüttung liegende Gassensor 4 kann zum Zweck eines Austausches oder einer Wartung leichter erreicht werden und es können Gassensoren eingesetzt werden, die das Brandgas verbrauchen. Derartige, das Brandgas verbrauchende Gassensoren würden bei einem Einsatz innerhalb der Schüttung das Ergebnis deutlich und undefiniert beeinflussen.Through the use of permeation tubes 7 . 8th . 9 Furthermore, an accumulation of condensate is avoided. The out-of-bed gas sensor 4 can be more easily achieved for the purpose of replacement or maintenance and gas sensors can be used which consume the combustion gas. Such, the fire gas consuming gas sensors would affect the result clearly and undefined when used within the bed.

Schließlich sind in 3 die zeitlichen (t) Brandgaskonzentrationsverläufe dargestellt, die von dem Gassensor 5 in verschiedenen Messperioden T1, T2, T3 zu Beginn des Entstehens einer lokalen Verbrennung gemessen werden. Unterhalb der Zeitachse ist ein Permeationsrohr dargestellt, um den Zusammenhang zwischen der Lage eines Messpunktes und der Messzeit zu illustrieren.Finally, in 3 the time (t) Brandgaskonzentrationsverläufe shown by the gas sensor 5 be measured in different measuring periods T 1 , T 2 , T 3 at the beginning of the occurrence of a local combustion. Below the Timeline is a permeation tube shown to illustrate the relationship between the location of a measuring point and the measuring time.

In der Messperiode T1 wird ein erstes Ansteigen einer Brandgaskonzentration (c) an einem Messpunkt 13 detektiert. Der Messpunkt 13 ist dabei einem Punkt entlang des Permeationsrohres 7 über den zeitlichen Abstand vom Beginn des Pumpens der Gassäule im Permeationsrohr 7, also der Zeit t13, zugeordnet.In the measuring period T 1 , a first increase of a combustion gas concentration (c) at a measuring point 13 detected. The measuring point 13 is one point along the permeation tube 7 over the time interval from the beginning of the pumping of the gas column in the permeation tube 7 , ie the time t 13 , assigned.

Aus 3 ist weiter ersichtlich, dass die Konzentration des Brandgases in der Messperiode T2 am Messpunkt 13 angestiegen ist. In der Messperiode T3 ist die Brandgaskonzentration am Messpunkt 13 schließlich auf ein Maximum angestiegen. Die Verbreiterung der Brandgaskonzentrationsverläufe von T1 über T2 bis zu T3 resultiert aus der fortgesetzten Diffusion des Brandgases nicht nur hin zum Permeationsrohr sondern auch parallel zum Permeationsrohr.Out 3 It can also be seen that the concentration of the combustion gas in the measuring period T 2 at the measuring point 13 has risen. In the measuring period T 3 , the fire gas concentration is at the measuring point 13 finally increased to a maximum. The widening of the combustion gas concentration profiles from T 1 via T 2 to T 3 results from the continued diffusion of the combustion gas not only towards the permeation tube but also parallel to the permeation tube.

Vergleichbare Brandgaskonzentrationsverläufe werden zeitversetzt auch anhand der aus den Permeationsrohren 8 und 9 abgepumpten und über den Gassensor 4 geführten Gassäulen ermittelt. Aus der Auswertung der an mindestens vier Messpunkten während verschiedener Messperioden T bestimmten Gaskonzentrationsverläufe lässt sich auch bei einer horizontal und vertikal ausgedehnten Schüttung eines brennbaren Stoffes die Lage der lokalen Verbrennung innerhalb der Schüttung bei unbekannter aber als ungefähr in den Richtungen zu den Messpunkten übereinstimmender Diffusionsgeschwindigkeit der Brandgase innerhalb der Schüttung ermitteln.Comparable combustion gas concentration curves are also time-displaced on the basis of the permeation tubes 8th and 9 pumped and over the gas sensor 4 guided gas columns determined. From the evaluation of the gas concentration profiles determined at at least four measuring points during different measurement periods T, even with a horizontally and vertically expanded bed of combustible material, the position of the local combustion within the bed can be determined at unknown diffusion velocities of the combustion gases which are approximately the same as in the directions to the measuring points within the bed.

In 3 ist schließlich noch das Konzentrationssignal dargestellt, welches dem Testgas zuzuordnen ist. Damit ist die Zeit des Transports der Gassäule durch das Permeationsrohr 7 von dem über ein Endventil 10 mit der Umgebungsluft verbundenen Ende des Permeationsrohres 7 bis zum Gassensor 4 zugeordnet.In 3 Finally, the concentration signal is shown, which is assigned to the test gas. This is the time of transport of the gas column through the permeation tube 7 from that via an end valve 10 connected to the ambient air end of the permeation tube 7 to the gas sensor 4 assigned.

Durch die Auswertung der Brandgaskonzentrationsverläufe innerhalb der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwandten Permeationsrohre 7, 8, 9 lässt sich neben der beschriebenen Ermittlung der Lage der lokalen Verbrennung 1 auch die Ausgasungsrate und damit die Intensität des Brandes ermitteln. Werden neben dem Brandgas CO beispielsweise noch der Verlauf der Wasserstoffkonzentration ermittelt, so lässt sich auch das Stadium des Brandes, insbesondere die Temperatur der Glut, ermitteln, da ein Brand mit höher Gluttemperatur einen höheren Wasserstoffanteil imitiert.By the evaluation of the combustion gas concentration curves within the related in the illustrated embodiment, permeation tubes 7 . 8th . 9 can be described in addition to the described determination of the location of the local combustion 1 also determine the outgassing rate and thus the intensity of the fire. If, for example, the course of the hydrogen concentration is determined in addition to the combustion gas CO, then the stage of the fire, in particular the temperature of the glow, can also be determined, since a fire with a higher temperature of the glow mimics a higher proportion of hydrogen.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 19721081 C1 [0016] DE 19721081 C1 [0016]
  • EP 0692706 A2 [0016] EP 0692706 A2 [0016]

Claims (12)

Vorrichtung zur Detektion einer lokalen Verbrennung (1) in einem Silo (2) für schüttfähige, brennbare Stoffe (3), mit mindestens einem die Konzentration mindestens eines Brandgases zeitaufgelöst an mindestens einem Messpunkt (5) detektierenden Gassensor (4), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Schüttbereiches mindestens zwei räumlich getrennte Messpunkte (5) vorgesehen sind.Device for detecting local combustion ( 1 ) in a silo ( 2 ) for free-flowing, combustible substances ( 3 ), with at least one of the concentration of at least one combustion gas, time-resolved at at least one measuring point ( 5 ) detecting gas sensor ( 4 ), characterized in that within the pouring area at least two spatially separated measuring points ( 5 ) are provided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Schüttbereiches mindestens vier räumlich getrennte Messpunkte (5) vorgesehen sind und dass die Verbindungsgeraden der mindestens vier Messpunkte (5) einen dreidimensionalen Körper aufspannen.Apparatus according to claim 1, characterized in that within the bulk area at least four spatially separated measuring points ( 5 ) and that the connecting straight lines of the at least four measuring points ( 5 ) span a three-dimensional body. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gassensor (4) mit mindestens einem zumindest über eine Teillänge permeablen, innerhalb des Schüttbereiches verlegten Permeationsrohr (7, 8, 9) verbunden ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one gas sensor ( 4 ) having at least one permeation tube which is permeable over at least part of its length and located within the bulk region (US Pat. 7 . 8th . 9 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Permeationsrohr (7, 8, 9) an der Außenwand des Silos (2) verlegt ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the at least one permeation tube ( 7 . 8th . 9 ) on the outer wall of the silo ( 2 ). Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Permeationsrohr (7, 8, 9) in Schüttrichtung verlegt ist.Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one permeation tube ( 7 . 8th . 9 ) is laid in the direction of delivery. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem von dem mindestens einen Gassensor (4) abgewandten Ende des Permeationsrohres (7, 8, 9) ein Ventil (10) vorgesehen ist.Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that on the of the at least one gas sensor ( 4 ) facing away from the end of the permeation tube ( 7 . 8th . 9 ) a valve ( 10 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dass die dem Permeationsrohr (7, 8, 9) abgewandte Öffnung des Ventils (10) eine Verbindung zur Umgebungsluft des Silos (2) aufweist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the the permeation tube ( 7 . 8th . 9 ) facing away from the valve opening ( 10 ) a connection to the ambient air of the silo ( 2 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem von dem mindestens einen Gassensor (4) abgewandten Ende des mindestens einen Permeationsrohrs (7, 8, 9) einer Verbindung zu einem Testgasvolumen vorgesehen ist.Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that on the of the at least one gas sensor ( 4 ) facing away from the end of at least one permeation tube ( 7 . 8th . 9 ) is provided to a connection to a test gas volume. Verfahren zur Detektion einer lokalen Verbrennung in einem Silo für schüttfähige, brennbare Stoffe, bei welchem die Konzentration mindestens eines Brandgases mit Hilfe mindestens eines Gassensors an mindestens einem Messpunkt zeitaufgelöst detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens zwei räumlich getrennten Messpunkten ausgewertet werden.Method for detecting local combustion in a silo for free-flowing, combustible substances, in which the concentration of at least one combustion gas is detected time-resolved with the aid of at least one gas sensor at at least one measuring point, characterized in that the temporal combustion gas concentration profiles are evaluated at at least two spatially separated measuring points , Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens vier räumlich getrennten Messpunkten ausgewertet werden und dass von den Verbindungsgeraden von vier Messpunkten ein dreidimensionaler Körper aufgespannt wird.A method according to claim 9, characterized in that the temporal combustion gas concentration gradients are evaluated at at least four spatially separated measuring points and that of the connecting line of four measuring points, a three-dimensional body is spanned. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der Brandgaskonzentrationsverläufe an mindestens zwei Messpunkten die Lage der lokalen Verbrennung innerhalb der Schüttung bestimmt wird.A method according to claim 9 or 10, characterized in that on the basis of the fire gas concentration curves at least two measuring points, the position of the local combustion within the bed is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der Brandgaskonzentrationsverläufe die Temperatur und/oder Intensität der lokalen Verbrennung bestimmt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that on the basis of the combustion gas concentration curves, the temperature and / or intensity of the local combustion is determined.
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