DE102020125916B4

DE102020125916B4 - Übungsvorrichtung zur Darstellung eines Feuer- und Explosionsszenarios und Verfahren zur Durchführung von Notfall-Übungen mit dieser

Info

Publication number: DE102020125916B4
Application number: DE102020125916.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Andrzej Zoledziowski; Heiko Matthias Naumann
Original assignee: GFT GENERAL FIRETECH GmbH
Current assignee: GFT GENERAL FIRETECH GmbH
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2040-10-03
Also published as: DE102020125916A1; CN114387835A

Abstract

Übungsvorrichtung zur Darstellung eines Feuer- und eines Explosionsszenarios zur zumindest teilweise sich zeitlich überschneidenden Darstellung einer Flamme und eines Knalls, umfassend einen Brennraum (12), einen Explosionsraum (4), und zumindest eine Steuereinheit (1),wobei der Brennraum (12) einen Auslass (10) als Zufuhr für ein Brennfluid in den Brennraum (12) und eine Öffnung für die austretende Flamme und fakultativ eine Zündvorrichtung (11) für das Brennfluid aufweist, undwobei der Explosionsraum (4) zumindest einen Auslass (3) als Zufuhr für das Explosionsfluid in den Explosionsraum (4) und zumindest eine Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid aufweist,wobei die zumindest eine Steuereinheit (1) ausgebildet ist, die Zufuhr des Brennfluids zu regeln und zumindest die Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid zu zünden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Übungsvorrichtung zur Darstellung von Explosions- und Feuerszenarien und ein Verfahren zur Durchführung von Übungsszenarien, insbesondere Brandübungen für das Training von Rettungskräften, mit der Übungsvorrichtung.
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, petrochemische Anlagen oder Bergwerke dar. So können die Übungsszenarien Feuer- und Rauchszenarien, Explosionen, Lösch-, Rettungs-, Reparatur-, Festnahme-, Entwaffnungs-, Befreiungs- oder Soundszenarien und/oder optische Szenarien darstellen. Beispiele sind Feuer, Verpuffungen, Explosionen, Leckagen, Gefahrgutszenarien, Schwelbrände, Rauchwände, Gasunfälle, Überflutungsszenarien, Schreie von Opfern, einschließlich zu rettender Probanden oder von Puppen, zu entwaffnende Entführer oder Einsturzszenarien (z. B. einstürzende Gebäudeteile) oder Lichtblitze beschädigter Elektroleitungen. Sie können aber auch andere im Einsatz einer Rettungskraft auftauchende Situationen oder deren Aspekte abbilden oder darstellen. Auch kann es sich bei den Szenarien um Kombinationen aus oben genannten Aspekten handeln.
In solchen Anlagen werden Übungsszenarien dargestellt, die komplexe Abläufe sowie die möglichen Folgen guter oder schlechter Vorgehensweisen und/oder Entscheidungen abbilden sollen. Im Verlauf dargestellter Ausgangsszenarien oder Entwicklungen aber auch als Konsequenz schlechter Vorgehensweise und/oder Entscheidungen kann es unter anderem zu Explosionen, einschließlich multipler Explosionen, kommen.
Nachteilig an bekannten Übungsanlagen ist, dass Explosionen nur mit sehr hohem Aufwand realistisch eingebunden werden können. Meist unterbleibt dies oder man begnügt sich mit wenig realistischen Ersatzmitteln, wie z.B. stroboskopischen Lichtblitzen und aus Lautsprechern abgespielten Explosions-Sounds. Das bleibt in der Dramatik und Eindrücklichkeit natürlich weit hinter einem realistischen Explosionsgeschehen zurück.
Explosionen realistisch mittels Film-, Bühnen- oder Pyrotechnik darzustellen, ist sehr aufwändig. Es erfordert i.d.R. große und umfangreiche Vorbereitungsarbeiten, die ggf. durch entsprechende und dafür zugelassene Fachleute durchgeführt werden müssen. Zudem sind oft nur einmalig nutzbare Materialien, wie Brandsätze oder Sprengladungen, für ein solches Setup verfügbar. Das macht den Aufbau sehr kostenintensiv. Mittels Film-, Bühnen- oder Pyrotechnik vorbereitete realitätsnahe Explosionseffekte sind auch nicht schnell wiederholbar. Noch weniger sind erwähnte Effekte situationsbezogen kurzfristig in ihrer Intensität vorwählbar bzw. beeinflussbar. Pyrotechnische Explosionseffekte bilden - je nach Umfang - oft auch ein erhebliches Verletzungs- und Gefahrenpotential in ihrer unmittelbaren Umgebung. Dies ist dann für einen realitätsnahen Übungsablauf hinderlich. Auch die Lagerung von Ausgangsmaterial für pyrotechnische Explosionseffekte ist bereits mit Gefahren belastet und bedarf der Aufmerksamkeit spezieller Fachleute. Explosionseffekte auf der Basis von Film-, Bühnen- oder Pyrotechnik haben oft ihr eigenes, branchenübliches dediziertes Steuer- bzw. Auslösesystem, das nicht dazu konzipiert ist, in typische Kontrollsysteme oben erwähnter Übungsanlagen oder in den Ablauf eines Brandschutzübung eingebunden zu werden.
Aus der US 2017/0261293 A1 ist eine Übungsvorrichtung für ein Explosionsgeschehen bekannt, die auf zwei unabhängig voneinander nicht explosiven flüssigen oder festen Chemikalien in zwei getrennten Behältern beruht, die in einer Kammer gemischt werden und dann mit einem „Detonator“ wie einem elektrischen Zünder oder eine Sprengkapsel zur Explosion gebracht werden.
Aus der US 8622740 B2 ist eine Übungsvorrichtung für ein Explosionsgeschehen bekannt, die einen sogenannten Feuerball-Generator enthalten, z.B. einen kartuschenartigen Fluid-Container, gefüllt mit LPG und Methylacetylen, einen Sprengsimulator, der Rauchwolken generiert und einen „Sound Enhancer“, z.B. ein Metallrohr mit einer Ladung aus Aluminium und Kalium-Perchlorat.
DE 69605558 T2 offenbart einen Waffensimulator zum Einsatz in der Waffenausbildung mit einer Brennkammer, in welche mittels eines Einlassventils ein Brennstoffgas eingelassen wird und welches innerhalb der Brennstoffkammer gezündet wird.
US 2006/0254449 A1 offenbart eine Vorrichtung zum gezielten Herbeiführen einer Lawine in einem Lawinengebiet mit einem Brennraum, in welches ein Gasgemisch eingeführt und gezündet wird.
Die unterschiedlichen Systemkomponenten können ferngesteuert getrennt oder auch gemeinsam ausgelöst werden. Nachteilig ist hier die Notwendigkeit, für jede Systemkomponente „Munition“ bereitzustellen und diese nach jeder Zündung manuell ersetzen zu müssen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, realistische, voreinstellbare, ohne spezielle „Munition“ schnell und automatisiert nachladbare, wiederholbare und fernsteuerbare Feuer- und Explosionsszenarien herzustellen und in bekannte Übungsanlagen und ihr Steuerungssystem einzubinden. Zugleich soll das tatsächliche Verletzungs- und Gefahrenpotential - wie bei Übungs-Anlagen selbstverständlich - auf ein absolutes Minimum begrenzt werden und muss weit davon entfernt sein, das Zerstörungs- und Verletzungspotential einer echten Explosion zu haben. Das besagte Begrenzen bezieht sich hierbei nicht nur auf die Gefahren während der eigentlichen Übung: Auch Gefahren, die durch Lagerung oder Speicherung explosiver Chemikalien und/oder pyrotechnischer Darstellungsmittel entstehen würden, sollen minimiert bzw. ausgeschlossen werden. Weiterhin sollen Ressourcen genutzt werden, die in üblichen Übungsanlagen entweder ohnehin vorhanden sind oder kostengünstig und leicht verfügbar gemacht werden können. Auch soll die Übungsvorrichtung die Szenarien Feuer und Explosion mit einem Knall in einem Gerät abbilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder nachfolgend beschrieben.
Die Übungsvorrichtung zur Darstellung eines Feuer- und Explosionsgeschehens zum zumindest teilweise sich zeitlich überschneidenden Darstellens einer Flamme und einer Explosion mit einem Knall umfasst einen Brennraum und einen Explosionsraum. Weiterhin umfasst die Übungsvorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern und Kontrollieren des in den Brennraum zu führenden und dort zu zündenden Brennfluids und vorzugsweise auch des in den Explosionsraum zu führenden und dort zu zündenden Explosionsfluids.
Die Übungsvorrichtung zur Darstellung eines Feuer- und eines Explosionsszenarios zur zumindest teilweise sich zeitlich überschneidenden Darstellung einer Flamme und eines Knalls umfasst einen Brennraum, einen Explosionsraum und zumindest eine Steuereinheit,
wobei der Brennraum einen Auslass als Zufuhr für ein Brennfluid und eine Öffnung für die austretende Flamme und fakultativ eine Zündvorrichtung für das Brennfluid aufweist (dann wenn das Explosionsfluid das Brennfluid nicht zündet oder eine zusätzliche Zündmöglichkeit im Brennraum gewünscht wird, etwa weil es eine zweite Quelle für Brennfluid außer z.B. aus dem Sammelraum gibt), und wobei der Explosionsraum zumindest einen Auslass als Zufuhr für das Explosionsfluid und zumindest eine Zündvorrichtung für das Explosionsfluid aufweist,
wobei die zumindest eine Steuereinheit ausgebildet ist, die Zufuhr des Brennfluids zu regeln und zumindest die Zündvorrichtung für das Explosionsfluid zu zünden bzw., wenn vorhanden, auch die Zündvorrichtung für das Brennfluid.
Nach einer Ausführungsform sind Brennraum und Explosionsraum mit jeweils einer Zündvorrichtung versehen, die ebenfalls von der Steuereinheit zeitlich aufeinander abgestimmt aktiviert werden, so dass der Knall des gezündeten Explosionsfluids zu hören ist, wenn auch eine Flamme aus dem Brennraum zu sehen ist. Die Explosion wird als Detonation mit einem lauten Knall ausgeführt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist nur der Explosionsraum mit einer Zündvorrichtung versehen und das Brennfluid wird durch die Explosion im Explosionsraum gezündet, weil das gezündete Explosionsfluid in den Brennraum eindringt und genügend Energie aufweist, um das Brennfluid zu zünden. Auch dann bilden sich die Flamme und der Knall quasi gleichzeitig.
Das Explosionsfluid wird über eine Zufuhr, z.B. in Form eines Schlauches oder Rohres, portionsweise in den Explosionsraum geführt und gezündet. Das Explosionsfluid wird vorzugsweise in einer Elektrolysevorrichtung erzeugt.
Unter Explosionsfluid wird ein Fluid verstanden, dass, wenn gezündet, in dem Explosionsraum unter einem Knall explodiert. Dies kann eine oder mehrere Komponenten enthalten. So kann das Explosionsfluid Wasserstoff und Sauerstoff oder auch nur Wasserstoff enthalten, wobei es im letzteren Fall erst durch den im Explosionsraum vorhandene Sauerstoff explosions-/detonationsfähig wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform erfolgt die portionsweise Zufuhr des Explosionsfluids in den Explosionsraum über eine Mischdüse (zum Beispiel eine Venturi-Düse), um das Explosionsfluid explosionsfähig zu machen.
Nach einer weiteren Ausführungsform erfolgt die portionsweise Zufuhr des Explosionsfluids in den Explosionsraum über eine Einspritzung durch eine Einspritzdüse, die das Explosionsfluid in einem explosionsfähigen Zustand, insbesondere in einer explosionsfähigen Mischung mit Luft, im Explosionsraum bereitstellt.
Das Brennfluid wird i.d.R. über einen längeren Zeitraum über die Zufuhr in den Brennraum geleitet, als der Knall zu hören ist. Im Brennraum wird bezogen auf den Zeitraum damit das Brennfluid kontinuierlich umgesetzt, während das Explosionsfluid portionsweise gezündet wird und damit batch-weise umgesetzt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Explosionsvorrichtung zur Darstellung eines Knalls, umfassend einen Explosionsraum und eine Elektrolysevorrichtung als Teil einer Übungsanlage, wobei der Explosionsraum zumindest einen Auslass als Zufuhr für das Explosionsfluid in den Explosionsraum und zumindest eine Zündvorrichtung für das Explosionsfluid aufweist, der Explosionsraum nach oben verschlossen und nach unten zumindest zeitweilig offen ist, vorzugsweise offen, um eine Öffnung zu bilden, wobei der Auslass für das Explosionsfluid in den Explosionsraum mit der Elektrolysevorrichtung in Fluidverbindung steht, um ein in der Elektrolysevorrichtung herstellbares Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff portionsweise in den Explosionsraum zu leiten.
Detaillierte Darstellung der Erfindung
Unter dem Begriff Fluid werden vorliegend Gase und Flüssigkeiten zusammengefasst. Bevorzugt sind aber Gase für das Brennfluid und das Explosionsfluid, insbesondere in Bezug auf das Explosionsfluid.
Die Steuereinheit umfasst zumindest eine Regelung für die Zufuhr des Brennfluids, vorzugsweise auch des Explosionsfluids, für die Zündvorrichtung(en) und eine Steuerelektronik und ist mit einer Schnittstelle, insbesondere einer Benutzerschnittstelle, wie eine Softwareoberfläche oder eine Fernbedienung, verknüpft.
Das Explosionsfluid umfasst z.B. Acetylen mit Sauerstoff (Luft) gemischt, (nur) Acetylen, oder C1- bis C8- Kohlenwassserstoffe oder C1- bis C3- Alkohole mit Luft vermischt (z. B. über einen Bunsenbrenner- bzw. eine Venturi-Düse eingeblasen).
Besonders geeignet als Explosionsfluid ist ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff. Vorzugsweise wird das Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff vor Ort, insbesondere als Teil der Übungsvorrichtung, in einer Elektrolysevorrichtung gebildet. Das zündfähige Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff wird Knallgas genannt.
Knallgas ist eine detonationsfähige Mischung von gasförmigem Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂). Beim Kontakt mit offenem Feuer, Glut oder Funken erfolgt die sogenannte Knallgasreaktion. Gemische aus Volumenanteilen von 18 bis 76 Vol% Wasserstoff, Rest Sauerstoff sind explosionsfähig. Bevorzugt ist aber ein molares Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff von etwa 2 : 1 (jeweils plus / minus 15%, insbesondere plus / minus 5%), wie es aus der Elektrolyse von Wasser zugänglich ist.
Die Explosion wird so geführt, dass die sich ergebende Druckwelle (Detonationsgeschwindigkeit) schneller als die Schallgeschwindigkeit ist. Dann ergibt sich ein lauter Knall.
Zur Durchführung der Elektrolyse und damit zur Herstellung des Explosionsfluids können sogenannte HHO-Zellen (auch Browns-Gas-Generator genannt) eingesetzt werden. Solche Zellen werden zur Wasserelektrolyse in Kraftfahrzeugen kommerziell angeboten. Die HHO-Zellen können als Nasszellen und Trockenzellen aufgebaut werden. Bei einer Nasszelle befinden sich die Elektroden in einem Gefäß und sind komplett von Wasser umspült. Das Gefäß ist gasdicht gebaut, damit das Gas in den Gasschlauch fließen kann. In der Trockenzelle bilden die Elektroden selbst ein Gefäß, so dass die Zelle nach außen trocken bleibt.
Bei einer Trockenzelle wird für einen Zulauf von Wasser gesorgt, damit die Trockenzelle nicht austrocknet. Für den Wasserzulauf sorgt ein Wassertank, der i.d.R. oberhalb der Trockenzelle angebracht ist, damit das Wasser durch die Schwerkraft in die Zelle fließen kann. Jede Trockenzelle hat einen Wassereinlauf (unten) und einen Gasauslass (oben). Zelle und Wassertank bilden somit einen Kreislauf. Ständig läuft Wasser aus dem Tank in die Zelle und Gas, vermischt mit Wasser, in den Tank zurück. Dieser Kreislauf dient nicht nur der Versorgung mit Wasser, sondern auch der Kühlung. In dem Wasser ist i.d.R. ein Elektrolyt gelöst wie NaOH oder KOH.
Sind die HHO-Zellen als Trockenzellen ausgebildet, kann der Wasserstand mit einer Füllstandsüberwachung, z.B. mittels Schwimmer, und fakultativer Steuerung mit automatischem Wasserzufluss versehen sein.
Nach einer Ausführungsform wird im Weiteren die Elektrolytkonzentration (z.B. KOH oder NaOH) in der Elektrolysezelle überwacht, z.B. durch eine Leitfähigkeitsmessung oder eine Dichtemessung.
Soweit gewünscht, kann zusätzlich eine Kühlungs- bzw. Ventilationseinrichtung für die Elektrolysevorrichtung vorgesehen sein. Da sich die Elektrolysevorrichtung bei hohen Stromflüssen erwärmt, ist zudem eine Temperatur-Überwachung sinnvoll, die die Elektrolysevorrichtung abstellt, sobald eine vorher definierte Temperatur des Elektrolyten überschritten wird, z.B. von 50°C.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann eine Druck-Überwachungs-/Begrenzungs-Einheit vorgesehen sein. Dies begrenzt den Druck im Elektrolysesystem auf vorzugsweise max. 300 mbar Überdruck durch Abschaltung des Elektrolysestromes bei Erreichen des Druckgrenzwertes. Ebenso kann mit einem Manometer der Innendruck des HHO-Zelle erfasst werden.
Nach einer Ausführungsform kann das durch Elektrolyse erzeugte Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch durch einen Gaswäscher als weiteren Teil der Elektrolysevorrichtung geleitet werden. Dies kann erfolgen, indem das Gasgemisch durch eine Neutralisationslösung oder auch nur durch Wasser geblubbert und neutralisiert wird. Das Explosionsfluid perlt z.B. durch das im Gaswäscher vorhandene Wasser von unten nach oben und wird dabei gewaschen und ggf. neutralisiert.
Die durch die Elektrolyse erzeugte Stoffmenge ist nach dem Faraday-Gesetz proportional der geflossenen Ladung. Dies bedeutet auch, dass die Gasvolumina proportional zur elektrischen Ladung sind. Einfach gesagt, entspricht der Zusammenhang von elektrischem Strom I und der Ladung Q der Aussage I = Δ Q / Δ t. Die Ladungsmenge, die in der Zeitspanne zwischen t₀ und t bewegt wurde, folgt aus der Integration beider Seiten: $Q (t) = Q (t_{0}) + \int_{t_{0}}^{t} I (t) d t$
Für einen zeitlich konstanten Strom vereinfacht sich der Zusammenhang zwischen Ladung und Strom zu: Q = I * t, daher entspricht 1 Coulomb = 1 As. Die Faraday-Konstante (96487 C/mol) stellt die Beziehung von Coulomb und Gasmenge in mol her. Das Volumen des Knallgases bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck ergibt sich dann über das ideale Gasgesetz. Aus der eingesetzten Strommenge kann daher auf die erzeugte Menge Explosionsgas geschlossen werden, die dann als eine „Detonations-Portion“ in dem Explosionsraum geleitet wird.
Die Integration der Ausgabe eines Amperemeters der Elektrolysevorrichtung über die Zeit liefert also die Stoffmenge bzw. das Gasvolumen bei Normdruck, das im Explosionsraum gezündet werden kann. Ist das einzustellende Gasvolumen erzeugt, kann die Elektrolyse beendet werden oder die Zufuhr des Gasvolumens über ein Steuerventil, z.B. über ein Magnetventil, geschlossen werden.
Während des gesamten Prozesses der Explosionsfluid-Generierung durch Elektrolyse und der Ansammlung des Explosionsfluids im Explosionsraum als „Explosions-Ladung“ misst die Steuereinheit den Elektrolysestrom und erfasst dessen zeitlichen Verlauf. Auf diese Weise ermittelt die Steuereinheit in guter Näherung das Volumen des Explosions-Fluids.
Wegen des Wirkungsgrades der Elektrolysevorrichtung ist es jedoch vielfach einfacher, die Auswertung der Messgröße Ladung zur produzierten Menge an Knallgas mittels einer Auswertekurve von der Elektronik der Steuereinheit aufgrund der gemessenen Ladung und ggf. auch Temperatur und/oder Druck ermitteln zu lassen bzw. über diese Größe die Menge an Explosionsfluid einzustellen.
Es gibt alternative Möglichkeiten, das Füllvolumen des Explosionsfluids im Explosionsraum zu überwachen und zu begrenzen. Dies kann z.B. auch erreicht werden durch Anbringung von Explosionsfluid-empfindlichen Gasdetektoren in gestaffelten Höhen innerhalb des Explosionsraums oder durch Durchflussmessung am Ende der Zufuhrleitung für das Explosionsfluid, z.B. durch Differenzdruckmessung über einem Rohrwiderstand, Ultraschallmessung oder das Biegeschwinger-Messprinzip.
Über eine Zufuhrleitung für das Explosionsfluid gelangt das Explosionsfluid in den Explosionsraum. Die Zufuhrleitung ist mit der Elektrolysevorrichtung verbunden oder mit einem Reservoir für das Explosionsfluid.
Die Zufuhrleitung für das Explosionsfluid ist vorzugsweise mit einer Sperranordnung versehen. Dies kann eine Rückschlagarmatur und/oder einen Flammenarrestor umfassen.
Das Explosionsfluid überwindet dann mit einem leichten Überdruck die Rückschlagarmatur in Strömungsrichtung. Gegen Strömungsrichtung blockiert die Rückschlagarmatur und lässt somit den Explosionsdruck nicht passieren. Die Rückschlagarmatur kann als federbelastetes Kugelrückschlagventil ausgebildet sein. Ein leichter Überdruck treibt das Explosionsfluid durch die Zufuhrleitung für das Explosionsfluid über die Sperranordnung umfassend die Rückschlagarmatur und einen Flammenarrestor in den Explosionsraum, wobei die darin enthaltene Umgebungsluft nach unten verdrängt wird.
Vorzugsweise ist die Rückschlagarmatur unmittelbar nach der Elektrolysevorrichtung und dem etwaigen Gaswäscher oder dem Reservoir für das Explosionsfluid angeordnet. Ein zusätzliches Rückschlagventil zwischen Elektrolysevorrichtung und Gaswäscher verhindert vorzugsweise auch das Zurückdrücken von Wasser aus dem Gaswäscher in die Elektrolysevorrichtung. Die Rückschlagarmatur hat die Aufgabe, den erheblichen Druckstoß, der von der Explosion ausgeht und sich durch die Zufuhrleitung in Richtung auf die Steuereinheit fortsetzen kann, zu blockieren und von der Steuereinheit und insbesondere der Elektrolysevorrichtung oder dem Reservoir für das Explosionsfluid fernzuhalten.
Der Flammenarrestor oder die Flammendurchschlagsicherung in der Sperranordnung hat die Aufgabe, das Durchschlagen der im Explosionsraum entstehenden Explosionsflamme durch die Zufuhrleitung in Richtung auf die Steuereinheit zu stoppen und von der Steuereinheit und insbesondere der Elektrolysevorrichtung oder dem Reservoir für das Explosionsfluid bzw. dessen Vorprodukt fernzuhalten und die Flamme zu löschen. Ein typischer Aufbau eines Flammenarrestors beinhaltet ein Medium, das gasdurchlässig ist und eine etwaige durchschlagende Flamme abkühlt, wie einen offenporigen Sinterkörper oder ein Drahtgeflecht.
Der Explosionsraum wird von einem nach oben geschlossenen und unten offenen Explosionsrohr gebildet. Das Explosionsrohr kann Zylinderform haben, z.B. mit einem flachen oder nach außen, rund gewölbten oberen Boden. Das Explosionsrohr besteht aus einem Material, dass dem Druckstoß der Explosion und einer Feuerflamme standhält und kann z.B. aus dickwandigem Edelstahl bestehen.
Das Explosionsfluid ist leichter als Luft (zumindest der Wasserstoff) und befindet sich unter Umgebungsdruck. Es wird durch einen Funken entzündet. Hierzu wird eine Zündvorrichtung herangezogen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Explosionsfluid ein zündfähiger oder detonationsfähiger Sprühnebel oder ein detonationsfähiges Gasgemisch, das sich hinlänglich lange im Explosionsraum in explosionsfähiger Form aufhält.
Die Steuereinheit reguliert über Steuerventile oder den Elektrolysestrom, wie oben beschrieben, die Zufuhr von Explosionsfluid in den Explosionsraum zur Einstellung einer vordefinierten „Ladung“. Die Einbringung erfolgt im Falle zündfähiger Gemische aus Wasserstoff und Sauerstoff weitgehend nicht-turbulent, mit dem Ziel, dass das eingefüllte Explosionsfluid die Luft im Explosionsraum nach unten verdrängt, wobei die Vermischung mit der Luft minimiert wird.
Für ein Explosionsfluid, das schwerer als Luft ist, sind oben genannte Konstruktionsmerkmale umzukehren (d.h. ein nach oben offener und nach unten geschlossener Explosionsraum, gleiches gilt für das nachfolgend erläuterte Tauchrohr).
Vorzugsweise ist der Explosionsraum mit einem Tauchrohr versehen, das einen Überlauf darstellt und die maximale Menge an Explosionsfluid begrenzt. Das Tauchrohr ist nach unten offen und führt überschüssiges Explosionsfluid aus dem Explosionsraum in das Freie. Die Aufgabe des Tauchrohrs besteht darin, das maximale Volumen des Explosionsfluids im Explosionsraum durch Überlauf in das Freie zu begrenzen. Diese Begrenzung erfolgt fluidmechanisch durch Auftrieb und funktioniert auch bei Versagen der Steuerungstechnik.
Das Tauchrohr hat eine veränderbare Einschublänge, die einem sicheren Maximalvolumen des Explosionsfluids entspricht. Hierzu ist das Tauchrohr z.B. oben am Explosionsraum verschieblich und dichtend befestigt, z.B. mittels einer lösbaren Verschraubung, und kann dann nachträglich weiter in den Explosionsraum hineingeschoben oder weiter herausgezogen werden, um eine nach Gefährdungsbeurteilung und Kundenwunsch kleinere oder größere maximal füllbare „Ladung“ des Explosionsfluids in Form eines bestimmten Volumens einzustellen. Das maximale Ladungsvolumen des Explosionsfluids im Explosionsraum ist damit durch die Eintauchtiefe des nach unten offenen Tauchrohres einstellbar. Dessen Unterkante erzwingt das Überströmen weiter einströmenden Explosionsfluids erst in das Tauchrohr und dann durch eine Ableitung, z.B. über einen flexiblen Schlauch in das Freie. Somit begrenzt die Unterkante des Tauchrohres das verfügbare Volumen für die Ansammlung des Explosionsfluides auf eine einstellbare sichere Größe. Durch Verstellen der Eintauchtiefe des Tauchrohres ins Explosionsrohr ist dieses Volumen damit noch sehr einfach kunden- oder ortsspezifisch justierbar, um es an das Übungsszenario oder örtlich geltende Bestimmungen zu maximal zulässigen Lautstärken anzupassen.
Über der Mündung der Ableitung für das überschüssige Explosionsfluid in das Freie befindet sich weiter bevorzugt ein Gasdetektor für das Explosionsfluid oder ein Gasdetektor für eine spezifische Komponente des Explosionsfluids, im vorliegenden Fall geeigneter Weise ein Wasserstoff-Sensor. Die Mündung in das Freie befindet sich vorzugsweise auf der Außenseite des Gehäuses, damit der Gasdetektor ebenfalls an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist und vor dem Explosions- bzw. Brandgeschehen innerhalb des Gehäuses geschützt ist.
Falls ein Überströmen des Explosionsfluids durch das Tauchrohr und über die Ableitung ins Freie stattfindet, bevor die Steuereinheit den Elektrolysestrom und/oder die Zufuhr des Explosionsfluids unterbricht, kann der Gasdetektor das Explosionsfluid detektieren und die Steuereinheit veranlasst nunmehr, den Elektrolysestrom und/oder die Zufuhr des Explosionsfluids sofort zu unterbrechen oder ein Ventil zu schließen. Diese Funktion des Gasdetektors ist auch nützlich, wenn z.B. durch eine technische Beschädigung der Elektrolysevorrichtung oder anderer Teile im Bereich der Steuereinheit oder der Zufuhr des Explosionsfluids eine Leckage entstehen sollte, aus der heraus Explosionsfluid freigesetzt wird. Auch diese Leckmenge würde potenziell vom Detektor erfasst und zur Abschaltung des Elektrolysestromes führen. Hierfür ist der Gasdetektor vorzugsweise sowohl über dem Ausgang der Ableitung als auch über der Steuereinheit mit der Elektrolysevorrichtung angeordnet.
Der Gasdetektor dient zur Verhinderung des Überlaufes des Explosionsfluids aus dem Explosionsraum. So kann die Steuereinheit im Schaltkasten die Zufuhr oder Generierung des Explosionsfluids sowie seine weitere Einleitung in den Explosionsraum unterbinden, sobald ein Überlauf ins Freie detektiert wird. Dies verhindert auch, dass unnötig weiter Explosionsfluid ins Freie abgegeben wird.
Die Zündvorrichtung für das Explosionsfluid ist vorzugsweise eine elektronische Zündeinrichtung mit Zündkerze. Nach Befüllung des Explosionsraums wird die elektronische Zündeinrichtung von dem Explosionsfluid umgeben. Die zugehörige Hochspannungserzeugung und Steuerung erfolgen in der Steuereinheit.
Das Brennfluid ist z.B. LPG (Propan/Butan), Erdgas, Stadtgas, LNG, CNG, Diesel, Petroleum, Kerosin, Benzin, Ethanol, Acetylen oder Mischungen davon. Bevorzugt ist LPG in Flüssigphase. Die Zündung für das Brennfluid kann durch eine elektrische Zündeinheit, einen Glühstrumpf, eine Glühkerze, einen Glühfaden oder eine Pilotflamme erfolgen.
Das Brennfluid kann aber auch ein flüssiger Brennstoff sein, der unter Druck zerstäubt und/oder eingespritzt wird und somit der Umgebungsluft ein zündbares Gemisch bildet.
Das Brennfluid liegt vorzugsweise am Auslass in den Brennraum, teilweise in Flüssigphase wegen der höheren Energiedichte. Beim Austritt verdampft dann das flüssige LPG sofort.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das unter Druck stehende vorgehaltene Brennfluid synchron mit oder geringfügig (z.B. kleiner 5 sec.) zeitversetzt vor Explosion des Explosionsfluids entzündet.
Die Zufuhr des Brennfluids kann unter der Kontrolle der Steuereinheit und mithilfe der durch diese gesteuerter Brennfluid-Steuerventile und/oder eines Druckregel- oder Proportional-Ventils für das Brennfluid erfolgen.
Die Zündvorrichtung für das Brennfluid entzündet das Brennfluid, das aus dem Auslass für das Brennfluid entlassen wird. Die Zündvorrichtung ist im einfachsten Fall am Explosionsrohr oder am Gehäuse befestigt.
Die Zündvorrichtung kann eine Zündkerze sein, die von unten vom zu zündenden Brennfluid angeströmt wird. In diesem Fall kann es zur Vergrößerung des Verpuffungs-/Explosionseffektes vorteilhaft sein, zuerst den Auslass für das Brennfluid zu starten, damit bereits eine gewisse zündfähige „Wolke“ des Brennfluids erzeugt wurde, bevor die Wolke mit geringem kontrolliertem Zeitversatz die Zündvorrichtung für das Brennfluid gezündet wird.
Wenn auch noch deutlich nach dem Explosionsereignis ein Weiterbrennen des Brennfluids vorgesehen sein soll, ist die Zündvorrichtung ausgeführt als elektronisch überwachte Pilotflamme, die entweder im Übungsbetrieb ständig brennt oder kurz vor der gewünschten Explosionsauslösung zuerst gezündet wird und von unten mit der entstehenden zündfähigen „Wolke“ des Brennfluids angeströmt diese zündet.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Zündvorrichtung ausgeführt als Glühstrumpf, Glühkerze oder Glühfaden und wird entweder im Übungsbetrieb ständig auf für das Brennfluid zündfähiger Temperatur gehalten oder kurz vor der gewünschten Explosionsauslösung zuerst aufgeheizt und entzündet die zündfähigen „Wolke“ des Brennfluids, wenn von unten mit ihr angeströmt.
Die zugehörige Hochspannungserzeugung für Zündkerzen und Steuerung geschieht unter der Kontrolle der Steuereinheit und mithilfe der darin enthaltenen bzw. von dort kontrollierten Brennfluid-Steuerventile und des optionalen Druckregel- oder Proportional-Ventils für das Brennfluid.
Das Gehäuse ist zumindest oben offen und stellt den Brennraum zur Verfügung. Es kann zusätzlich nach unten offen sein, z.B. dann, wenn die Druckwelle der Explosion im Explosionsraum nach unten geführt ist und der Explosionsraum bzw. das Explosionsrohr sich im Inneren des Brennrohrs befindet. Das Gehäuse ist nach einer bevorzugten Ausführung zylindrisch, z.B. mit einem runden oder ovalen Querschnitt.
Das Gehäuse dient vor allem der Lenkung und Bündelung der zündfähigen „Wolke“ des Brennfluids bzw. der daraus resultierenden Flamme, insbesondere vertikal nach oben. Es hält zudem für die Explosions- oder Branddarstellung störende Umgebungseinflüsse wie auftretende Luftströmungen und Querwinde vom Brand- bzw. Explosionsgeschehen ab. Es verhindert weiterhin, dass Flammen bzw. Druckwellen sich für Menschen oder technische Einrichtungen, wie z.B. den Gasdetektor oder die Steuereinheit, gefährdend seitlich ausbreiten.
Das Gehäuse besteht aus einem Material, das dem Druckstoß und den Flammen standhält, z.B. aus dickwandigem Edelstahl.
Zur Modulation des Flammenbildes kann das Gehäuse an seiner oberen Öffnung eine partielle horizontale oder leicht schräge Abdeckung aus dickwandigem Blech aufweisen. So wird die austretende „Brennfluid-Wolke“ an zu schnellem Entweichen nach oben gehemmt, die Zündung derselben kann sodann auf eine Weise erfolgen, dass ein Anteil des Brennfluids sich unter der partiellen Abdeckung staut und die explosive „Verpuffung“ stärker ausfällt.
Direkt oberhalb des Auslasses für das Brennfluid kann ein vertikales Rohr, das an beiden Enden offen ist, so befestigt werden, dass das dort ausströmende BrennFluid - indem es Umgebungsluft mitreißt - frei in das vertikale Rohr geblasen wird. Das vertikale Rohr endet oben vorzugsweise unterhalb der Unterkante des Gehäuses. So wird die Strömungsgeschwindigkeit des Brennfluids erhöht und sein Kegel enger, was im Zuge der Erzeugung eines Feuerballs bzw. „Explosionspilzes“ zunächst zu einer höheren und engeren vertikalen Feuersäule führt.
Die Öffnung des Brennraums ist so gerichtet, dass Druckstoß und Flamme/Hitze des Explosionsfluids und des Brennfluids in eine für Passanten ungefährliche Richtung gelenkt wird und ist hiervon unabhängig vorzugsweise nach oben gerichtet.
Der Explosionsraum befindet sich vorzugsweise innerhalb des Brennraumes.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielhaft wie folgt beschrieben werden:

Es wird eine Versorgung mit LPG in Flüssigphase Größenordnung PN 2-15bar (hier ca. 4bar), Wasser, KOH oder NaOH als Granulat oder Konzentrat und eine Netzspannungsversorgung bereitgestellt. Der Gaswäscher ist mit Wasser bis zu einer Höhe von ca. 2/3 des Volumens zu befüllen. Es wird eine 30 Gew.%-ige wässrige KOH - Elektrolytlösung mit ca. 2 Liter dest. Wasser hergestellt. Die HHO Zelle wird bei Strömen im Elektrolyten von 20 bis 25A effektiv pulsweitenmoduliert bei 12VDC betrieben. Das so vorbereitete Elektrolyt ist von oben in das System des Elektrolysevorrichtung einzufüllen. Dabei ist darauf zu achten, dass der Stand der Elektrolytflüssigkeit im Tank der Elektrolysevorrichtung zwischen der min. und der max.-Markierung bleibt. Danach sind der Einfüllstutzen und das zugehörige Ventil wieder zu schließen. Angeschlossen sind im betriebsfähigen Zustand an die Steuereinheit eine Netzspannung, eine Zuleitung unter Druck von LPG in Flüssigphase aus einer Gasflasche oder einem Gastank.

Die Steuerelektronik wird z.B. als Bus-System mit Verbindung zu einer Benutzerschnittstelle bereitgestellt. In einem typischen Ablauf fordert die Steuerelektronik die Vorbereitung zu einer Explosion an. Diese übergibt dabei alle für das Explosions- und Brandszenario notwendigen oder gewünschten Parameter, wie zum Beispiel die Menge an in den Explosionsraum einzuführenden Explosionsfluid pro Detonation, die Menge und Dauer der Zufuhr des Brennfluids an die Steuereinheit.
Den Abschluss dieser Ladung des Explosionsraums und damit den Zustand der Explosionsbereitschaft (und -Gefahr) übermittelt die Steuerelektronik an die Benutzerschnittstelle und vorzugsweise zusätzlich durch eine eingebaute akustische oder optische Signaleinrichtung, z.B. durch kurze, abgehackte Pieptöne.
Über die Benutzerschnittstellen kann das Feuer- und Explosionsszenario ausgelöst werden. Geschieht dies, werden durch die Steuerelektronik z.B. folgende Aktionen ausgelöst: Das Ventil für das Brennfluid wird geöffnet. Das Brennfluid strömt vertikal nach oben aus. Zeitgleich oder sehr kurze Zeit später, um den Verpuffungseffekt des Brennfluids zu verstärken, wird die Zündvorrichtung für das Brennfluid betätigt, falls sie als Zündkerze oder vergleichbar ausgeführt ist.
In anderen Fällen bei Verwendung einer Pilotflamme oder eines Glühstrumpfes, einer Glühkerze oder eines Glühfadens ist die Zündvorrichtung vorteilhafterweise schon vor dem Öffnen des Ventils für das Brennfluid aktiviert. Die Zeitverzögerung kann an der Benutzerschnittstelle eingestellt werden, je nach gewünschtem Feuereffekt. Ebenfalls zeitgleich oder mit einem weiteren sehr kurzen Zeitversatz, um den Knall der Explosion im besten Moment dem Anblick der Flammen hinzuzufügen, wird die Zündvorrichtung für das Explosionsfluid betätigt. Durch Zünden des Feuerballs - hauptsächlich erzeugt durch das Brennfluid - und das Hinzufügen des Explosionsknalls - hauptsächlich durch das Zünden des Explosionsfluids - entsteht eine sehr eindrückliche Darstellung einer wirklichen Explosion mit Knall und Flamme, deren Intensität jeweils vorab eingestellt werden kann.
Die Ventile für das Brennfluid werden zur Beendigung des Feuerszenarios vorzugsweise automatisiert (z.B. zeitgesteuert) wieder geschlossen. Damit hört das Freisetzen von Brennfluid aus dem Auslass schlagartig auf und die Flamme erlischt unmittelbar. Auch diese Zeitspanne, vom Öffnen der Ventile bis zu ihrem erneuten Schließen, kann über die Benutzerschnittstelle gesteuert werden gemäß der zu Beginn des Ladevorganges als Parameter übergebenen Dauer des gewünschten Feuer-Effektes. Sollte es gewünscht sein, kann man die Flamme des Brennfluids noch vor und/oder nach dem dargestellten Explosionsgeschehen brennen lassen (ggf. niedriger), dann ist im Sinne einschlägiger Sicherheitsnormen die Zündvorrichtung für das Brennfluid von vornherein als elektronisch gezündete und überwachte Pilotflamme auszuführen, die bei ihrem Erlöschen auch die Brennstoffzufuhr zur Hauptflamme zwangsabsperrt.
Meist gibt es z.B. eine einfache Verfügbarkeit der benötigten Ressourcen: Das Brennfluid (flüssig oder gasförmig), Wasser und elektrischer Strom. Hierbei dient das Brennfluid zur annähernden Darstellung eines Feuers, z.B. in Form eines „Feuerballs“ bzw. eines „Explosionspilzes“. Das Wasser kann mithilfe von elektrischem Strom mittels Elektrolyse dissoziiert und in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Diese können in entsprechender Dosierung direkt miteinander und/oder mit dem Luftsauerstoff zu einem Explosionsfluid (z.B. Knallgas) kombiniert werden, das der Darstellung eines Explosions-Knalls und/oder -Lichtblitzes dient. Hierbei kann das Explosionsfluid elektronisch vorgesteuert genau in der Menge und in dem Mischungsverhältnis erzeugt und portioniert werden, das dem sofortigen gewünschten Gebrauch dient und der gewünschten Explosionsintensität entspricht. Damit entfällt auch die Lagerung oder Zuführung irgendwelcher anderen potenziell gefährlichen Explosiv-Stoffe bzw. spezieller Chemikalien.
Die Erfindung wird anhand folgender Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform des Übungsgeräts und
2 eine zweite Ausführungsform des Übungsgeräts.

Das Übungsgerät gemäß 1 umfasst eine Steuereinheit 1 zur Steuerung der Fluidströme und der Zündvorgänge. Über die Zufuhr 3 des Explosionsfluids wird durch die Steuereinheit 1 eine einstellbare Menge Knallgas, umfassend Wasserstoff und Sauerstoff in einem Molverhältnis von ca. 2 : 1, mit etwa Normaldruck (1013 mbar) in den Explosionsraum 4 geführt. Das Knallgasgemisch durchströmt hierbei eine Sperranordnung 2 in der Explosionsfluid-Zuleitung 3, umfassend in Strömungsrichtung erst eine Rückschlagarmatur und dann einen Flammenarrestor. Die Sperranordnung 2 verhindert, dass eine Druckwelle und/oder eine Flamme im Moment der Knallgasreaktion in Richtung der Explosionsfluid-Zufuhr zurückschlagen kann.
Der Explosionsraum 4 wird durch das Explosionsrohr definiert und ist nach oben geschlossen und nach unten offen. Es hat ein Volumen von ca. 5,5 I. Das Knallgasgemisch ist leichter als die Umgebungsluft und hält sich daher oben im Explosionsraum 4. Der maximale Füllstand gemäß Maximalvolumens 9 für das Explosionsfluid von ca. 3,5 I Knallgas ist durch die schraffierte Fläche wiedergegeben und wird durch das untere Ende des Tauchrohres 5 definiert. Die Höhe des Tauchrohres 5 im Bereich des Explosionsraumes 4 wird bei Auslieferung einmal auf eine bestimmte Länge und damit ein bestimmtes maximales Knallgasvolumen eingestellt. Ist der maximale Füllstand bzw. das Maximalvolumen 9 für das Explosionsfluid erreicht, wird überschüssiges Knallgas über das Tauchrohr 5 und die Ableitung 6, die mit dem Kopfbereich des Tauchrohres 5 verbunden ist, in das Freie geführt. Oberhalb des Ausgangs der Ableitung 6 ist ein Gasdetektor 7 angeordnet. Aufsteigender Wasserstoff, der entweder vom Ausgang der Ableitung 6 oder von der Steuereinheit 1 bzw. der Elektrolysevorrichtung 15, 16 rührt, kann so detektiert werden. In 1 ist die Elektrolysevorrichtung 15, 16 zusammen mit der Steuereinheit 1 in einem Schaltkasten verbaut.
Das Knallgas als Explosionsfluid wird durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Hierzu ist in der Schaltkasten eine Elektrolysezelle enthalten, mit deren Hilfe mit Strom Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis von 2 : 1 generiert werden. Dies ist in 1 nicht dargestellt. Die Knallgasreaktion wird mit der Zündvorrichtung 8 gezündet, wodurch sich ein lauter Knall ergibt.
Vor dem Zünden der Knallgasreaktion wird Brennfluid in den Brennraum 12 über den Auslass 10 des Brennfluids abgegeben. Der Brennraum 12 ist durch das Gehäuse 13 gegenüber der Umgebung abgegrenzt. Das Gehäuse 13 ist nach oben und nach unten offen und hat eine zylindrische Form.
Das Zünden bzw. die Brennfluid-Zugabe erfolgt im Hinblick auf den Druck und den Zeitpunkt bzw. die Dauer durch die Steuerung 1. Knallgasreaktion und Zünden des Flüssiggases können etwa gleichzeitig erfolgen.
Das Brennfluid ist ein Flüssiggas, sogenanntes LPG, das separat in einem druckfesten Vorratsbehälter aufbewahrt wird und über eine druckfeste Leitung bei ca. 4 bar über die Steuerung 1 geregelt zugeleitet wird. LPG (von engl. „Liquified Petroleum Gas“) umfasst im Wesentlichen kurzkettige Kohlenwasserstoffe im Bereich C3 und C4. LPG hat im gasförmigen Aggregatzustand eine höhere Dichte als Luft. Bei Zimmertemperatur tritt bereits ab einem Druck von etwa 8 bar Verflüssigung des Gases ein.
Das Übungsgerät gemäß 2 umfasst eine Steuereinheit 1 zur Steuerung der Fluidströme und der Zündvorgänge. Über die Explosionsfluid-Zuleitung 3 wird durch die Steuereinheit 1 eine einstellbare Menge Knallgas, umfassend Wasserstoff und Sauerstoff in einem Molverhältnis von ca. 2 : 1, mit etwa Normaldruck (1013 mbar) über die Explosionsfluid-Zuleitung 3 in den Explosionsraum 4 geführt. Das Knallgasgemisch durchströmt hierbei eine Sperranordnung 2 in der Explosionsfluid-Zuleitung 3, umfassend in Strömungsrichtung erst eine Rückschlagarmatur und dann einen Flammenarrestor. Die Sperranordnung 2 verhindert, dass eine Druckwelle und/oder eine Flamme im Moment der Knallgasreaktion in Richtung der Explosionsfluid-Zufuhr zurückschlagen kann.
Der Explosionsraum 4 wird durch das Explosionsrohr definiert und ist nach oben geschlossen und zunächst über eine Ventilvorrichtung 14 nach unten dicht abgeschlossen, die durch die Explosionsdruckwelle des Explosionsfluids zum Sammelbehälter für das Brennfluid 27 zeitweilig öffnet.
Das Explosionsrohr hat ein Volumen von ca. 5,5 I. Das Knallgasgemisch ist leichter als die Umgebungsluft und hält sich daher oben im Explosionsraum 4. Der maximale Füllstand 9 von ca. 3,5 I Knallgas ist durch die schraffierte Fläche wiedergegeben und wird durch das untere Ende des Tauchrohres 5 definiert.
Die Höhe des Tauchrohres im Bereich des Explosionsraumes 4 wird bei Auslieferung einmal auf eine bestimmte Länge und damit ein bestimmtes maximales Knallgasvolumen eingestellt. Ist der maximale Füllstand 9 erreicht, wird überschüssiges Knallgas über das Tauchrohr 5 und die Ableitung 6, die mit dem Kopfbereich des Tauchrohres 5 verbunden ist, in das Freie geführt. Oberhalb des Auslasses der Ableitung 6 ist ein Gasdetektor 7 angeordnet. Aufsteigender Wasserstoff, der entweder vom Auslass der Ableitung 6, von der Steuereinheit 1 der Elektrolysezelle 15, dem Wassertank 16 (enthaltend weiterhin Elektrolyt) oder dem Gaswäscher 18 rührt, kann so detektiert werden.
Das Knallgas 19 als Explosionsfluid wird durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Hierzu ist eine Elektrolysevorrichtung 15 vorgesehen, mit deren Hilfe mit Strom Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis von 2 :1 generiert wird, die sich als Knallgas zunächst oben im Wassertank mit Füllstandsüberwachung 16 sammeln, und bei leichtem Überdruck das Rückschlagventil 17 hin zum Gaswäscher 18 überwinden. Das Rückschlagventil 17 verhindert u.a. das Zurücksaugen des Wassers aus dem Gaswäscher 18 in den Wassertank 16, insbesondere beim Abkühlen des Elektrolyten im Wassertank 16 und der Elektrolysevorrichtung 15. Das Explosionsfluid perlt durch das im Gaswäscher 18 vorhandene Wasser von unten nach oben und wird dabei gewaschen und ggf. neutralisiert. Zudem dient der Gaswäscher 18 als zusätzliche Flammenrückschlagsicherung. Der im Gaswäscher 18 vorhandene Überdruck treibt das Explosionsfluid durch die Zufuhr für das Explosionsfluid 3 über die Sperranordnung 2 (umfassend das Rückschlagventil und einen Flammenarrestor) in den Explosionsraum 4, wobei die darin enthaltene Luft nach unten bzw. zum Austritt durch das Tauchrohr 5 und die Ableitung vom Tauchrohr 6 in das Freie verdrängt wird.
Das Brennfluid ist auch hier ein Flüssiggas, sogenanntes LPG, das separat in einem druckfesten Vorratsbehälter aufbewahrt wird und über eine druckfeste Leitung zur Zufuhr für das Brennfluid 20 bei ca. 4 bar über die Steuereinheit 1 geregelt für einen einstellbaren Zeitraum zugeleitet wird.
Die Drucktransmitter-Anordnung 23 für das Brennfluid besteht aus einem Drucktransmitter, der durch ein explosionsfestes Steuerventil vom Sammelbehälter 25 für das Brennfluid getrennt ist und jeweils direkt vor der Auslösung eines Explosionsszenarios automatisiert geschlossen wird, oder direkt aus einem explosionsfesten Drucktransmitter allein. Die Drucktransmitter-Anordnung 23 für das Brennfluid wird ebenfalls von der Steuereinheit 1 kontrolliert.
Die Sperranordnung 21 verhindert wirksam und unabhängig von der Steuerventil-Anordnung 22, dass eine Druckwelle und/oder eine Flamme in Richtung Zufuhr für das Brennfluid 20 zurückschlagen kann.
Vorzugsweise zeitgleich mit dem Einströmen des Explosionsfluids in den Explosionsraum 4 - jedoch rechtzeitig vor dem Zünden des Explosionsszenarios und der Knallgasreaktion - wird durch die Zufuhr für das Brennfluid 20, die Sperranordnung für das Brennfluid 21 (umfassend ein Rückschlagventil und einen Flammenarrestor) sowie durch die rechte Steuerventil-Anordnung für das Brennfluid 22 und kontrolliert von der Steuereinheit 1, LPG in den Sammelbehälter für das Brennfluid 27 eingelassen, solange bis im Sammelbehälter 27 für das Brennfluid der gewünschte Druck des Brennfluids herrscht, gemessen von der Drucktransmitter-Anordnung 23 für das Brennfluid. Hierbei wird der maximal erreichbare Druck des Brennfluids im Sammelbehälter 27 begrenzt durch die Gewichtskraft der Auslassvorrichtung 25 für das Brennfluid, mit der sie auf die Dichtung 29 drückt. So wirkt die Auslassvorrichtung für das Brennfluid 25 zusammen mit der Dichtung 29 zugleich als Überdruck-Sicherheitsventil für das Brennfluid im Sammelbehälter 27.
Das Gesamtszenario wird gestartet durch die Zündung der Knallgasreaktion mit der Zündvorrichtung 8. In deren Verlauf wird ein lauter Knall erzeugt. Der dabei entstehende Druckstoß öffnet vorübergehend die Ventilvorrichtung 14 zum Sammelbehälter für das Brennfluid 27. Dabei pflanzt sich der Druckstoß des Explosionsfluids aus dem Explosionsraum 4 fort in den Sammelbehälter 27 für das Brennfluid. Derselbe Druckstoß öffnet in der Folge die Auslassvorrichtung 25 für das Brennfluid und beschleunigt sie und das Brennfluid nach oben, weg von der Dichtung 29 und dem zugehörigen Auslass 28 für den Sammelbehälter 27. Hierbei und beim anschließenden schwerkraftbedingten Zurückfallen auf die Dichtung 29 wird die Auslassvorrichtung 25 gebremst durch die Abbremsvorrichtung 26, die hier ausgeführt ist als Wirbelstrombremse mit starken Magneten, z.B. Neodym-Permanentmagneten, die sich gegenüber weichmagnetischem leitendem Metall bewegen und dabei in diesem starke Wirbelströme induzieren.
Die mittelbar durch den Druckstoß des Explosionsfluids geöffnete Auslassvorrichtung 25 für das Brennfluid entlässt nun unter Druck stehendes und zusätzlich beschleunigtes Brennfluid (LPG) durch den Auslass 28 für den Sammelbehälter.
Beeinflusst durch die vorgewählten Parameter, die Stärke und Umfang der „Ladung“ von Brennfluid und Explosionsfluid voreingestellt haben, wird das Brennfluid bereits durch die in den Sammelbehälter 27 übertretende Knallgasexplosion gezündet oder wird nach Austritt in Richtung Brennraum 12 durch die (optionale) Zündeinrichtung für das Brennfluid 11 zusätzlich gezündet.
Der Brennraum 12 ist durch das Gehäuse 13 gegenüber der Umgebung abgegrenzt. Das Gehäuse 13 ist nach oben offen und nach unten geschlossen und hat eine zylindrische Form.
Das Zünden der Knallgasreaktion durch die Zündvorrichtung 8 für das Explosionsfluid und das Zünden des Brennfluids (LPG) durch die Zündvorrichtung 11 für das Brennfluid, können etwa gleichzeitig oder mit geringem Zeitversatz erfolgen, wobei erst Zündvorrichtung 8 für das Explosionsfluid aktiviert wird. Es ist aber auch möglich, dass die Zündvorrichtung 11 nicht für das Brennfluid im Sammelbehälter benötigt wird, weil die Explosion das Brennfluid bereits entzündet.
Die Drucktransmitter-Anordnung für das Explosionsfluid 24 umfasst einen Drucktransmitter, der durch ein explosionsfestes Steuerventil vom Explosionsraum 4 getrennt ist, das jeweils direkt vor der Auslösung des Explosionsszenarios automatisiert geschlossen wird Die Drucktransmitter-Anordnung ist fakultativ und für den Fall vorgesehen, dass die Befüllung des Explosionsraumes 4 mit Explosionsfluid mit höherem als atmosphärischem Druck erfolgen soll. Bei dieser Betriebsform ist die Ableitung vom Tauchrohr in das Freie 6 mit einem zusätzlichen Sicherheitsüberdruckventil (in 2 nicht dargestellt) versehen. Das zusätzliche Sicherheitsüberdruckventil für das Explosionsfluid bläst dann mit einem vorgesehenen Ansprechdruck ab, der oberhalb des maximal beabsichtigten Fülldruckes des Explosionsfluids im Explosionsraum 4 liegt. Bei dieser Betriebsform erfolgt die Befüllung des Explosionsfluids im Explosionsraum 4 geschaltet von einer Steuereinheit 1 solange, bis die Drucktransmitter-Anordnung für das Explosionsfluid das Erreichen des gewünschten Drucks des Explosionsfluids im Explosionsraum 4 an die Steuereinheit 1 meldet. Im Brennraum 12 kann wie in 1 zusätzlich ein Auslass für das Brennfluid 10 vorgesehen sein, wenn auch bei geschlossener Auslassvorrichtung 25 für das Brennfluid eine Flamme gewünscht ist, aber die Flamme nur impulsartig während oder kurz nach dem Knall über die zusätzliche Menge an Brennfluid im Sammelbehälter 27 verstärkt werden soll.
In diesem Fall veranlasst die Steuereinheit 1 die Öffnung der linken Steuerventil-Anordnung 22 für das Brennfluid, so dass das Brennfluid über den Auslass 10 für das Brennfluid direkt in den Brennraum 12 freigesetzt und mit der Zündvorrichtung 11 für das Brennfluid gezündet wird.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinheit
2: Sperranordnung für das Explosionsfluid
3: Auslass für das Explosionsfluid als Zufuhr in den Explosionsraum
4: Explosionsraum
5: Tauchrohr
6: Ableitung vom Tauchrohr in das Freie
7: Gasdetektor
8: Zündvorrichtung für das Explosionsfluid
9: Maximalvolumen für das Explosionsfluid
10: Auslass für das Brennfluid als Zufuhr in den Brennraum
11: Zündvorrichtung für das Brennfluid
12: Brennraum
13: Gehäuse des Brennraums
14: Ventilvorrichtung öffnend unter Explosionsdruck
15: Elektrolysevorrichtung
16: Wassertank mit Füllstandsüberwachung
17: Rückschlagventil
18: Gaswäscher
19: Knallgas als Explosionsfluid
20: Zufuhr für das Brennfluid
21: Sperranordnung für das Brennfluid
22: Steuerventil-Anordnung für das Brennfluid
23: Drucktransmitter-Anordnung für das Brennfluid
24: Drucktransmitter-Anordnung für das Explosionsfluid
25: Auslassvorrichtung für das Brennfluid
26: Abbremsvorrichtung
27: Sammelbehälter für das Brennfluid
28: Auslass für den Sammelbehälter
29: Dichtung

Claims

Übungsvorrichtung zur Darstellung eines Feuer- und eines Explosionsszenarios zur zumindest teilweise sich zeitlich überschneidenden Darstellung einer Flamme und eines Knalls, umfassend einen Brennraum (12), einen Explosionsraum (4), und zumindest eine Steuereinheit (1), wobei der Brennraum (12) einen Auslass (10) als Zufuhr für ein Brennfluid in den Brennraum (12) und eine Öffnung für die austretende Flamme und fakultativ eine Zündvorrichtung (11) für das Brennfluid aufweist, und wobei der Explosionsraum (4) zumindest einen Auslass (3) als Zufuhr für das Explosionsfluid in den Explosionsraum (4) und zumindest eine Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid aufweist, wobei die zumindest eine Steuereinheit (1) ausgebildet ist, die Zufuhr des Brennfluids zu regeln und zumindest die Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid zu zünden.
Übungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (1) so ausgebildet, dass die Zufuhr von Brennfluid in den Brennraum (12) und die Zündung des Brennfluids im Brennraum (12) und die Zündung des Explosionsfluids im Explosionsraum (4) so steuerbar ist, dass der Knall während oder gleichzeitig mit der Darstellung der Flamme hörbar ist und vorzugsweise, auch unabhängig hiervon, auch die portionsweise Zufuhr von Explosionsfluid in den Explosionsraum (4) mittels der Steuereinheit (1) steuerbar ist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (1) so ausgebildet ist, dass der Auslass (10) für das Brennfluid und ggf. auch die Zündvorrichtung (11) für das Brennfluid so steuerbar sind, dass das Brennfluid über einen Zeitraum in den Brennraum (12) geleitet wird, a) der sich über den Zündvorgang der Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid hinaus fortsetzt, um die Flamme für einen Zeitraum aufrecht zu erhalten, der über die Dauer des Knalls hinausgeht und/oder b) der vor dem Zündvorgang der Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid beginnt.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündvorrichtung (11) für das Brennfluid eine Pilotflamme ist, insbesondere eine überwachte Pilotflamme, und/oder die Zündung des Brennfluids über das gezündete Explosionsfluid erfolgt.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Explosionsraum (4) ein an einem Ende verschlossenes und am anderen Ende zumindest zeitweilig offenes Hohlrohr ist, um einen Auslass für den Schall bzw. die Druckwelle bereitzustellen, und das Hohlrohr vorzugsweise so ausgerichtet ist, dass die Achse des Hohlrohres im Wesentlichen vertikal (plus/minus 30°, vorzugsweise plus/minus 10°) ausgerichtet ist, und der Explosionsraum (4) weiter bevorzugt zumindest zeitweilig nach unten offen ist für Explosionsfluide leichter als Luft oder zumindest zeitweilig nach oben offen ist für Explosionsfluide schwerer als Luft.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Explosionsraum (4) ein Tauchrohr (5) mit einer Ableitung für überschüssiges Explosionsfluid aus dem Explosionsraum (4) zum Begrenzen der Stoffmenge im Explosionsraum aufweist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennfluid und das Explosionsfluid bei 1013 mbar und 25°C ein Gas sind.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Explosionsfluid ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff ist, vorzugsweise Knallgas, oder ein C1- bis C8- Kohlenwasserstoff mit Luft.
Übungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Wasserstoff, insbesondere das Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff, durch eine Elektrolysevorrichtung (15,16) aus Wasser als Teil der Übungsvorrichtung erzeugt wird, insbesondere portionsweise, wobei die Elektrolysevorrichtung (15,16) weiter bevorzugt eine HHO Zelle ist, die als Nasszelle oder als Trockenzelle aufgebaut ist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennfluid ein bei 1013 mbar und 25°C gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff ist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Explosionsraum (4) bzw. das Explosionsrohr im Brennraum angeordnet ist und die Zündvorrichtung (11) für das Brenngas über der zumindest zeitweiligen Öffnung des Explosionsraums (4) angeordnet ist und vorzugsweise auch der Auslass (10) für das Brenngas über der zumindest zeitweiligen Öffnung des Explosionsraums angeordnet ist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennraum (12) noch oben offen ist und vorzugsweise auch nach unten offen ist.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Explosionsraum (4) durch die Druckwelle der Explosion in einen Sammelbehälter (27) für das Brennfluid öffnet und das Brennfluid aus dem Sammelbehälter (27) herausdrängt, um das Brennfluid beim Austreten aus dem Sammelbehälter (27) im Brennraum (12) zu entzünden und/oder im Brennraum an der fakultativen Zündvorrichtung (11) vorbeizuführen und dort zu entzünden.
Übungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Detektor, insbesondere ein Gasdetektor (7), zur Detektion von Explosionsfluid in der Ableitung (6) für überschüssiges Explosionsfluid oder am Ausgang der Ableitung (6) für überschüssiges Explosionsfluid vorgesehen ist, insbesondere zur Begrenzung der Zufuhr des Explosionsfluids in den Explosionsraum (4) mittels der Steuereinheit (1) bei Detektion von Explosionsfluid durch den Detektor.
Verfahren zur Durchführung einer Übung in der Übungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Darstellung eines Feuer- und eines Explosionsgeschehens bei zumindest teilweise sich zeitlich überschneidender Darstellung einer Flamme und eines Knalls.
Explosionsvorrichtung zur Darstellung eines Knalls, umfassend einen Explosionsraum (4) und eine Elektrolysevorrichtung (15,16) als Teil einer Übungsanlage, wobei der Explosionsraum (4) zumindest einen Auslass (3) als Zufuhr für das Explosionsfluid in den Explosionsraum (4) und zumindest eine Zündvorrichtung (8) für das Explosionsfluid aufweist, der Explosionsraum (4) nach oben verschlossen und nach unten zumindest zeitweilig offen ist, vorzugsweise offen ist, um eine Öffnung zu bilden, wobei der Auslass (3) für das Explosionsfluid in den Explosionsraum mit der Elektrolysevorrichtung in Fluidverbindung steht, um ein in der Elektrolysevorrichtung herstellbares Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff portionsweise in den Explosionsraum (4) zu leiten.
Explosionsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Explosionsraum (4) weiterhin ein Tauchrohr (5) aufweist und das Tauchrohr (5) mit einer Ableitung (6) für überschüssiges Explosionsfluid aus dem Explosionsraum zum Begrenzen der Stoffmenge im Explosionsraum (4) auf ein Volumen, das den Explosionsraum (4) nach oben hin teilweise ausfüllt, versehen ist.
Explosionsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Elektrolysevorrichtung (15,16) eine HHO-Zelle ist.
Explosionsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 17 oder 18 , wobei die Explosionsvorrichtung einen Gasdetektor (7) zur Detektion von Explosionsfluid im oder am Ausgang der Ableitung (6) für überschüssiges Explosionsfluid aufweist, insbesondere zur Begrenzung der Zufuhr des Explosionsfluids in den Explosionsraum (4) mittels einer Steuereinheit für die Zufuhr von Explosionsfluid bei Detektion von Explosionsfluid durch den Gasdetektor (7).
Verfahren zur Durchführung einer Übung mit der Explosionsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19 als Übungsvorrichtung unter Darstellung eines Knalls und vorzugsweise zusätzlich unter Darstellung einer Flamme mit einer weiteren separaten Übungsvorrichtung, wobei die beiden Übungsvorrichtungen über eine gemeinsame Schnittstelle, insbesondere eine gemeinsame Benutzerschnittstelle, gesteuert werden und Teil einer Übungsanlage sind.