DE69228316T2

DE69228316T2 - Übungssystem für feuerlöscher mit wärmewirkmittelfühlung

Info

Publication number: DE69228316T2
Application number: DE69228316T
Authority: DE
Inventors: Douglas Feiock; Mark Layton; Raymond L. Palmer Jr.; Lester Smith
Original assignee: AAI Corp
Current assignee: KFT Fire Trainer LLC
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2012-11-25
Also published as: CA2124360C; CA2124360A1; EP0614562A4; ES2130248T3; ATE176351T1; EP0614562B1; DK0614562T3; GR3029972T3; WO1993011520A1; DE69228316D1; EP0614562A1; US5226818A; AU3178493A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feuerwehr- Trainingssystem mit einer thermischen Löschmittelerfassung.
Bei herkömmlichen Feuerwehr-Trainingsübungen werden typischerweise brennbare Materialien, wie Holz, Stroh und andere organische und anorganische Materialien, verbrannt, die vom Auszubildenden durch Anwenden ausreichender Mengen eines geeigneten Löschmittels zu löschen sind. Das am häufigsten verwendete Löschmittel ist, im wesentlichen wegen seiner Verfügbarkeit, seiner Kosten und seiner weitverbreiteten Verwendung als Feuerlöschmaterial, Wasser. Diese herkömmlichen Trainingsübungen sind jedoch in den letzten Jahren wegen einer relativ hohen Verletzungsrate, nachteiliger Auswirkungen auf die Umwelt und einer begrenzten Übungswirksamkeit sowie eines begrenzten Durchlaufs an Auszubildenden kritisch betrachtet worden. Beispielsweise berichtet die "National Fire Protection Association (NFPA)", daß im Jahre 1988 allein in den Vereinigten Staaten von Feuerwehrleuten nahezu 6000 trainingsbezogene Verletzungen erlitten wurden. Dennoch ist die Ausbildung an wirklichen Feuern ein entscheidender und notwendiger Bestandteil der Ausbildung von Feuerwehrleuten, weil sie die Gesamtumgebung, die ein Feuerwehrmann wahrscheinlich während eines echten Brandnotfalls antreffen wird, am genauesten darstellt. Unglücklicherweise weisen herkömmliche wirkliche Feuer, die zur Unterrichtung von Feuerwehrauszubildenden gelegt werden, viele der genau gleichen Gefahren auf, die mit echten Brandnotfällen verbunden sind, nämlich eine Unvorhersehbarkeit der Feuerausbreitung und ihres Ansprechens auf die Tätigkeit von Auszubildenden. Es ist wegen dieser Eigenschaften häufig erforderlich, daß die Überwachungspersonen der Auszubildenden selbst das wirkliche Feuer löschen; bevor sie einem hingefallenen Auszubildenden möglicherweise lebensrettende Hilfe leisten. Weil die Natur eines herkömmlichen wirklichen Feuers gerade in seiner Unvorhersehbarkeit besteht, ist es weiterhin nicht möglich, eine gewünschte Brandbedingung für eine Reihe von Feuerwehrauszubildenden genau und einfach zu reproduzieren.
In einem Versuch, die vorhergehenden Nachteile bei der Ausbildung von Feuerwehrleuten in Angriff zu nehmen, wurden seit den frühen 70er Jahren Simulationssysteme für wirkliche Feuer verwirklicht, die unter anderem den Ersatz von verschiedenen steuerbaren Anordnungen von mit Propan- und Erdgas betreibbaren Brennern vorsehen, die sich für die früher übliche Praxis des Anzündens verschiedener brennbarer Requisiten (d. h. Holz oder Strohbündel) in ausgewiesenen "Brandräumen" oder sogar in abzubrechenden Gebäuden befanden. Die neuere Generation von Simulatoren für das Training von Feuerwehrleuten an wirklichen Feuern wird durch den veranschaulicht, der im US-Patent 4 303 396 offenbart ist, welches auf die Vereinigten Staaten von Amerika, repräsentiert durch den Marineminister, übertragen wurde. Der in diesem entgegengehaltenen Patent offenbarte Simulator sieht eine Vielzahl von Kammern vor, wobei in jeder von diesen ein Feuer von einem Brenner bereitgestellt werden kann, das einen breiten Bereich verschiedener Feuertypen repräsentiert. Dieser Simulator ist hinsichtlich einiger allgemeiner Grundsätze des Feuerlöschens beim Unterrichten von Feuerwehrauszubildenden nützlich. Es ist dabei jedoch nicht erforderlich, daß der Auszubildende ein Löschmittel richtig anwendet, um das simu lierte brennende Material wirksam zu kühlen. Bei tatsächlichen Brandfällen ist ein richtiges Kühlen das wesentliche bei einer strukturellen Feuerbekämpfung zum Löschen verwendete Mittel, weil es bei einem nicht vollständigen Abkühlen von brennendem Material häufig zu einem Wiederaufflammen des Feuers kommt. Der Begriff "Wiederaufflammen" betrifft in der hier verwendeten Bedeutung die spontane erneute Erzeugung eines Verbrennungsprozesses infolge der in den Verbrennungsmaterialien enthaltenen latenten oder restlichen Wärme. Beispielsweise können die Flammen eines Feuers bei einem Möbelstück unter Verwendung von Spritzwasser vorübergehend gelöscht werden, aber dann zu einem späteren Zeitpunkt "wiederaufflammen", was beispielsweise nach einer längeren Glimmzeitspanne geschehen kann. Das Glimmen ergibt sich aus dem Wiederabstrahlen von Wärmeenergie aus dem Innern eines Objekts, das, beispielsweise durch Spritzwasser, nur oberflächlich gekühlt worden ist. Die Wärmeenergie wird zur Außenfläche des Objekts übertragen, wo sie dann, falls ihre Menge ausreicht, um eine Verbrennung einzuleiten, eine spontane Wiederentzündung des Objekts bewirkt. Das Ausmaß, in dem ein Objekt Wärmeenergie absorbieren und emittieren kann, ist durch seine "thermisch wirksame Masse" gekennzeichnet.
Weil das Wiederaufflammen eine so tiefgehende Wirkung auf die Gesundheit, die Sicherheit und die Wirksamkeit von Feuerwehrleuten und die Leben und Besitztümer, auf die zu schützen sich ihre Bemühungen richten, hat, ist es wünschenswert, Feuerwehrleute hinsichtlich der Feuerlöschtechniken, die zum Verhindern des Auftretens des Wiederaufflammens erfolgreich sind, geeignet zu unterrichten. Ein üblicherweise verwendetes Verfahren zum Behindern des Auftretens eines Wiederaufflammens besteht darin, ein Feuerlöschmittel, wie Wasser, nach dem Löschen des Feuers für eine Zeitspanne auf das brennende Objekt anzuwenden und dadurch das brennbare Material zu kühlen. Falls das Wissen und die Übung hinsichtlich der Zeitdauer eines solchen Bespritzens, die zum Verhindern des Auftretens eines Wiederaufflammens bei verschiedenen Materialien erforderlich ist, jedoch nicht vorhanden ist, können Leben und Besitztümer nicht angemessen geschützt werden. Weiterhin kann die zum Übersättigen eines brennbaren Materials aufgewendete Zeit nachteilige Folgen für Feuerwehrleute und Besitztümer an anderen Brandorten haben, weil dadurch, daß Feuerwehrleute übermäßig viel Zeit für einen Brand verwenden, verhindert wird, daß sie anderswo Brände bekämpfen.
Versuche, die Simulation von Wiederaufflamm-Vorstufen in frühere Simulatoren mit wirklichen Feuern einzubauen, waren nicht sehr realistisch. Es wurde beispielsweise versucht, ein Training zum Verhindern des Wiederaufflammens bereitzustellen, bei dem im wesentlichen die Menge des auf das Feuer angewendeten Wassers überwacht wird. Wenn nicht ausreichende Mengen an Wasser verwendet werden, wird das Feuer nach dem anfänglichen Löschen wiederhergestellt. Leider wird nur die Menge des auf das Feuer angewendeten Wassers überwacht. Andere relevante Faktoren, wie die Spritztechnik und die Identität des bestimmten bespritzten Bereichs werden nicht überwacht.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Feuerlösch-Trainingssystem mit einer thermischen Löschmittelerfassung bereitzustellen, bei dem die oben erwähnten Nachteile im wesentlichen beseitigt sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Unterrichtung von Feuerwehrauszubildenden in den richtigen Techniken zum Bekämpfen wirklicher Feuer ist ein gemeinsames Ziel aller Trainingsabläufe für Feuerwehrleute. Herkömmliche Abläufe beinhalten typischerweise unter anderem die Identifikation des Typs der Brandklasse (A, B oder C), die Auswahl eines geeigneten Löschmittels in Anbetracht der Brandklasse sowie Techniken zum Anwenden des Löschmittels. Feuer entwickeln sich und breiten sich aus, weil die Verbrennungstemperatur für die Materialien erreicht oder überschritten worden ist. Bei bisherigen Bemühungen zum Ausbilden von Feuerwehrleuten konnten den Auszubildenden jedoch keine angemessenen Temperaturrückkopplungsdaten von den brennbaren Materialien zugeführt werden. Statt dessen haben es die Ausbildungsbemühungen ermöglicht, entsprechend solcher Faktoren, wie der Menge des in der Umgebung des Feuers gesammelten Löschmittels, die Kühlung von Materialien abzuleiten. Übungen auf der Grundlage solcher Ableitungen sind klar unzureichend. Daher werden bei dem offenbarten Feuerwehr-Trainingssystem Temperaturdaten aus der Umgebung eines simulierten Feuers verwendet, um Feuerwehrauszubildende besser zu unterrichten und auf Brandnotfälle des Typs, den sie wahrscheinlich bei echten Brandnotfällen antreffen werden, vorzubereiten.
Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um das Vorhandensein eines echten oder simulierten Feuerlöschmittels zu erfassen und daraufhin die Flammenhöhe einer Brennstoff-Brennereinheit einer Feuerwehr-Trainingsvorrichtung zu steuern, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Vorsehen eines wärmeleitfähigen Elements, das eine thermisch wirksame Masse aufweist und mit einem Temperatutsensor versehen ist, und Anordnen des Elements nahe der Brennereinheit,
Zuführen von Brennstoff zu der Brennereinheit und Zünden des Brennstoffs, um ein Feuer mit Flammen zu erzeugen,
Anwenden eines Feuerlöschmittels oder eines simulierten Feuerlöschmittels auf das wärmeleitfähige Element über eine Zeitspanne, die ausreicht, eine Temperaturverringerung des wärmeleitfähigen Elements zu bewirken,
Erfassen der Anwendung des Feuerlöschmittels oder des simulierten Feuerlöschmittels durch Ermitteln der Temperatur des wärmeleitfähigen Elements unter Verwendung des Temperatursensors und
Steuern der Flammenhöhe entsprechend der von dem Temperatursensor ermittelten Temperatur.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Erfassen der Anwendung eines Feuerlöschmittels oder eines simulierten Feuerlöschmittels in einer Feuerwehr-Trainingsvorrichtung mit einer Brennereinheit vorgesehen, das durch folgendes gekennzeichnet ist:
ein wärmeleitfähiges Element, das bei der Brennereinheit angeordnet werden kann und einen Temperatursensor aufweist, der eine Ausgabe erzeugt, die sich auf Grund der Anwendung eines Feuerlöschmittels oder simulierten Feuerlöschmittels auf das wärmeleitfähige Element über eine Zeitspanne, die ausreicht, eine Verringerung der Temperatur des wärmeleitfähigen Elements zu bewirken, verändert, und
ein Brennersteuersystem, das die Flammenhöhe in der Brennereinheit entsprechend der Sensorsignalausgabe steuern kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuersystem zur Verwendung mit einer Feuerwehr-Trainingsvorrichtung vorgesehen, die einen Hauptbrenner aufweist, der innerhalb des Brennraums angebracht ist. Der Brenner kann hinter oder unterhalb eines im wesentlichen offenen Gitters angeordnet sein, und er kann in der Umgebung von Simulationen oder Lehrmodellen verschiedener brennbarer Materialien, wie Möbeleinrichtungen und dergleichen, Flammen emittieren. Es ist zweckmäßig, daß das Simulationssteuersystem einen Temperatursensor in der Art eines Thermoelements beinhaltet, der innerhalb einer thermisch wirksamen Masse, wie einem Block aus einem wärmeleitfähigen Metall, angebracht ist. Die thermisch wirksame Masse ist vorzugsweise angrenzend an den Hauptbrenner angeordnet, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß sie innerhalb des Gitters oder entlang einer Seite des Lehrmodells angebracht wird, so daß sie der Hitze und nach Möglichkeit den Flammen des Brenners ausgesetzt ist. Die thermisch wirksame Masse kann statt dessen innerhalb des Lehrmodells angeordnet werden, um Temperaturdaten über das Innere des Lehrmodells zu liefern, wodurch die mit echten Brandnotfällen verbundenen Bedingungen weiter simuliert werden. Es ist zweckmäßig, daß das Simulationssteuersystem die Temperatur des Metallblocks überwacht und daß es, vorzugsweise in fortlaufender Weise, die Brennstoffzufuhr und das Brennstoffzündungs-Ausgangssignal für den Hauptbrenner in den Fällen wieder erzeugt, wo die Temperatur der thermisch wirksamen Masse oberhalb einer vorgegebenen vom Benutzer gewählten Temperatur liegt. Das Simulationssteuersystem kann beispielsweise eine Ventileinheit in der Art eines motorisierten Linearventils oder einer anderen geeigneten Ventilanordnung beinhalten, um in Übereinstimmung mit von einer automatisierten Verarbeitungssteuereinheit empfangenen Eingangssignalen eine veränderbare Steuerung der Brennstoffzufuhr zum Hauptbrenner bereitzustellen.
Das Simulationssteuersystem sieht vorzugsweise das Überwachen von wenigstens einem Betriebsparameter der Feuerwehr- Trainingsvorrichtung, wie der Temperatur, und die Erzeugung eines Wiederaufflamm-Aktivierungssignals, nachdem der überwachte Betriebsparameter einen vorgewählten Schwellenwert erreicht oder überschritten hat, durch das Steuersystem vor. Der Schwellenwert ist vorzugsweise aus einem vorgeschriebenen Wertebereich vom Bediener wählbar und kann als eine Eingabe für das Steuersystem verwendet werden.
Vorzugsweise kann ein Wiederaufflamm-Aktivierungssignal einem wahlweise betätigbaren Wiederaufflamm-Auslösungsschalter zugeführt werden, um Aufsichtspersonen am Ort des Brennraums eine wahlfreie Steuerung über den Betrieb der Wiederaufflammsimulation zur Verfügung zu stellen, sobald die Voraussetzungen für ein Wiederaufflammen erreicht worden sind.
Die vorliegende Erfindung sieht daher eine Simulation des bei einer Vielzahl verschiedener Feuertypen auftretenden Wiederaufflammens vor, das vorkommt, wenn eine Vielzahl verschiedener Löschmittel, wie Wasser und Schwerschaum, verwendet werden.
Es kann auch eine Wiederaufflammsimulation für Feuerwehrübungen vorgesehen sein, die auf einen Bereich, variabler vom Benutzer wählbarer Parameter anspricht.
Die Vorteile der Verfahren und des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen - der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform verständlich werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die vorhergehenden und andere Aufgaben und Vorteile werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit der anliegenden Zeichnung verständlicher werden, wobei:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Feuerwehr- Trainingsvorrichtung mit mehreren Kammern gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht zur Darstellung von Einzelheiten eines Abschnitts einer der Abteilungen der in Fig. 1 dargestellten Trainingsvorrichtung ist;
Fig. 3A eine seitliche Schnittansicht der innerhalb eines Brennergitters angebrachten Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3B eine perspektivische Vorderansicht der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht der in Fig. 3A dargestellten Vorrichtung ist;
Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht einer der Veranschaulichung dienenden Abteilung einer Feuerwehr-Trainingsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine schematische seitliche Schnittansicht einer Abteilung einer Feuerwehr-Trainingsvorrichtung und eines zugehörigen Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
die Fig. 7A bis 7C Flußdiagramme der Logik zum Steuern der Simulation des Wiederaufflammens für die Feuerwehr-Trainingsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
Fig. 8 ein der Veranschaulichung dienendes Beispiel einer Bildschirmanzeige eines Bedienpults ist, die bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der Zeichnung, wo gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten entsprechende Teile darstellen und insbesondere in Fig. 1 ist eine Feuerwehr-Trainingsvorrichtung mit mehreren Abteilungen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung dargestellt, die allgemein mit einem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Trainingsvorrichtung besteht im wesentlichen aus mehreren Abteilungen oder Kammern 12, 14, 16 und 18, von denen jede in der weiter unten beschriebenen Art von einer Hauptverarbeitungseinheit 20, die einen Personalcomputer, einen Arbeitsplatzrechner oder dergleichen beinhalten kann, unabhängig betreibbar und steuerbar ist. Es sei jedoch bemerkt, daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung auch auf Feuerwehr-Trainingsvorrichtungen anwendbar sind, die nur eine einzige Abteilung oder einen einzigen "Brennraum" aufweisen.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, beinhaltet die Hauptverarbeitungseinheit 20 eine Zentraleinheit 22, die eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und ein Plattenlaufwerk oder eine andere geeignete Speicherzugriffvorrichtung, einen Bildschirm 24 in der Art einer Kathodenstrahlröhre und eine geeignete Dateneingabevorrichtung 26 in der Art einer Tastatur und/oder eine manuelle Eingabevorrichtung (beispielsweise eine "Maus") beinhaltet. Die Hauptverarbeitungseinheit 20 kann fern von den Abteilungen 12, 14, 16 und 18 angeordnet sein und kann in der weiter unten beschriebenen Weise in einer "Master-Slave"-Beziehung, wie durch eine Steuerleitung 30 dargestellt ist, mit einer lokalen automatisierten Verarbeitungseinheit 28, die vorzugsweise einer oder mehreren der Abteilungen, in denen eine Feuersimulation auszuführen ist, zugeordnet ist, kommunizieren. Die lokale Verarbeitungsein heit 28 liefert den verschiedenen Vorrichtungen, wie Brennstoff-Einlaßventilen, Rauchgeneratoren und einem Not-Brandunterdrückungs- und Ventilationsgerät, die weiter unten beschrieben werden, Steuersignaleingaben. Daten hinsichtlich der Betriebsfähigkeit und/oder der Leistungsfähigkeit des durch die lokale Verarbeitungseinheit 28 gesteuerten Geräts werden entlang der Steuerleitung 30 zur Hauptverarbeitungseinheit 20 übertragen. Weiterhin werden von verschiedenen Temperatursensoren, wie einem Temperatursensor 32a (Fig. 2), der in der Nähe der Abteilungsdecke angebracht ist, und einem Sensor 32b, der in einer von einem Benutzer vorgeschriebenen Höhe (typischerweise zwischen etwa drei Fuß und etwa fünf Fuß) oberhalb des Abteilungsbodens angeordnet ist, um die Temperatur zu überwachen, der Auszubildende ausgesetzt sind, erfaßte Daten entlang entsprechenden Sensordatenleitungen zur Verarbeitung zur lokalen Verarbeitungseinheit 28 übertragen, woraufhin die verarbeiteten Sensordaten zur Hauptverarbeitungseinrichtung 20 übertragen werden können, um sie für den Bediener anzuzeigen. Es können. Deckentemperaturdaten gesammelt werden, um den Auszubildenden die Wirksamkeit indirekter Angriffe auf das Feuer zu zeigen, da sich heiße Gase angrenzend an die Decke sammeln können. Die Verwendung von Deckentemperaturdaten im Löschmittel-Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung werden weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben.
Brennstoff, wie Propan oder Erdgas, ist in einem geeigneten Speichertank 36 untergebracht und wird über Brennstoff- Versorgungsleitungen 40 Haupt-Gasbrennereinheiten 38 innerhalb der Abteilungen zugeführt. Eingangssignale werden an den lokalen Verarbeitungseinheiten 28 empfangen, um die geeigneten Brennstoff-Steuerventile zu öffnen, die einem gegebenen Brenner in der Abteilung 12, 14, 16 oder 18, in der eine Ausbildungsübung auszuführen ist, um der einen oder den mehreren Brennereinheiten in der Abteilung Brennstoff zuzuführen, zugeordnet ist. In ähnlicher Weise kann auch der hochliegenden Überschlag-Brennereinheit 41 nach dem Eintreten zuvor festgelegter Kriterien, die als Eingaben über die Dateneingabevorrichtung 26 angeliefert werden, Brennstoff zugeführt werden, wie in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 703 101 mit dem Titel "Flashover Simulation For Firefighter Training", die am 22. Mai 1991 eingereicht und auf AAI Corporation, den Erwerber der vorliegenden Erfindung, übertragen wurde, beschrieben ist. Die Überschlag-Brennereinheit beinhaltet im wesentlichen zwei längliche, zylindrische Brenner 41a und 41b, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind und die nach dem Zünden des Brenners eine im wesentlichen zur Decke parallele Flammenausbreitung erzeugen.
Wie in der Zeichnung angegeben ist, gestattet es die bevorzugte Ausführungsform der - vorliegenden Erfindung einer Feuerlöschmannschaft, die in der Zeichnung allgemein mit einem Bezugszeichen 42 angegeben ist, sich durch die Trainingsvorrichtung 10 zu einer speziellen oder zu mehreren Übungsabteilungen, wie der Abteilung 12, vorzubewegen, um ein echtes Feuer zu bekämpfen, das darin durch die Hauptbrennereinheit 38 in einer auf dem Fachgebiet bekannten Art erzeugt worden ist. Überwachungspersonen sind vorzugsweise anwesend, um das Fortschreiten des Trainingsszenarios zu überwachen, und sie können sich an verschiedenen Positionen innerhalb der Abteilung befinden, wie beispielsweise hinter einer oder mehreren wahlweise vorgesehenen Beobachtungs- oder Feuerwänden 44.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 2 eingezeichnet, wo eine Feuerwehrmannschaft 42 dargestellt ist, die ein Löschmittel, wie Wasser, Schaum, Pulver oder gasförmiges CO&sub2; an der Hauptbrennereinheit 38 auf ein Feuer anwendet. Wasser und simulierte Schwerschäume, wie Calsoft L-40, das von Pilot Chemical of Santa Fe Springs, Kalifornien hergestellt wird, sind wegen ihrer jeweiligen relativ starken Wärmeabsorptionseigenschaften bevorzugte Löschmittel zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung. Das Feuer am Brenner 38 kann wahlweise so gesteuert werden, daß es verschiedene Typen von Feuern, wie Holzfeuer, Chemikalienfeuer, elektrische Feuer und Schmierfettfeuer, simuliert, indem beispielsweise die Flammenhöhe und das "Ansprechen" der Flamme auf das verwendete Löschmittel simuliert werden. Das Löschmittel 46 kann wahlweise an einem im Bodengitter 50 gebildeten Trichter 48 gesammelt werden, um es aus der Kammer zu entfernen. Ein Behindern der Sicht der Auszubildenden in einer Weise, die wahrscheinlich bei einem echten Brandnotfall auftritt, kann wahlweise durch ein geeignetes Raucherzeugungsgerät (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, wie es in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 707 868 mit dem Titel "Method and Apparatus for Controllably Generating Simulated Smoke" beschrieben ist, die am 31. Mai 1991 eingereicht und auf AAI Corp., den Erwerber der vorliegenden Erfindung, übertragen wurde, wobei dieses dazu in der Lage ist, simulierten Rauch durch Einlaßöffnungen 54 zu erzeugen.
Die Überschlagbrenner 41 sind angrenzend an die Abteilungsdecke 56 und vorzugsweise in einer Höhe über den Köpfen der in der Übungsabteilung aufzunehmenden Feuerwehrleute angeordnet. Die Brenner können durch geeignete Haken 57 an der Decke aufgehängt werden, oder sie können so angeordnet werden, daß sie sich von einer der Abteilungsseitenwände 58 her erstrecken, und sie sind durch Funkenzünder 61 oder einen Zündbrenner, die angrenzend an ein Einlaßende 64 jedes Brenners angeordnet sind, zündbar. Ultraviolettsensoren 65 überwachen die Emissionen der Zünder und erzeugen ein Signal, das den Sensorbetrieb anzeigt. Eine ähnliche Anordnung von Zündern 62 und Zündsensoren 66 ist an der Hauptbrennereinheit 38 vorgesehen. Der angrenzend an die Decke angeordnete Temperatursensor 32a liefert einen Hinweis auf die Temperatur der Luft und anderer Gase, die sich während eines Feuers an der Decke sammeln. Der Sensor 32a ist vorzugsweise in Form eines Thermoelements ausgebildet, das entsprechend der an der Spitze 33 des Thermoelements gemessenen Temperatur verschiedene Ausgangssignale liefern kann.
Wie zuvor erwähnt wurde, tritt ein Wiederaufflammen auf, wenn die thermisch wirksame Masse des dem Feuer ausgesetzten Materials seine Brenntemperatur erreicht, die sich entsprechend der Zusammensetzung des Brennmaterials (Holz, Chemikalien usw.), ändert. Die Temperatur des in einem Feuer verbrannten Materials wird bei der vorliegenden Erfindung durch eine in den Fig. 3A bis 5 allgemein mit einem Bezugszeichen 200 versehene Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse simuliert. Die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse besteht aus einem wärmeleitfähigen Block 202, durch den sich ein Temperatursensor 204 in der Art eines Thermoelements erstreckt. Bevorzugte Materialien für den Block 202 sind 306-, 314- und Inconnel-Edelstahllegierungen, weil diese gegen Rost widerstandsfähig sind und weil sie sehr hohen thermischen Spannungen widerstehen können, die auftreten, wenn sie Brennerflammen und der Kühlwirkung von angewendeten Löschmitteln ausgesetzt werden. Das Thermoelement 204 ist im Optimalfall mit einer Inconnel-Hülle versehen und von dem Typ, der zur Verwendung bei Hochtemperaturumgebungen von bis zu etwa 1900ºF ausgelegt ist. Ein geeignetes Thermoelement ist das von Pyromation, Inc., aus Ft. Wayne, Indiana hergestellte Thermoelement mit der Modellnummer K-33072 G-10A- 06.
In den Figuren der Zeichnung ist dargestellt, daß die Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse so konfiguriert ist, daß sie innerhalb der Zwischenräume 205 eines Metallgitters 206 aufgenommen ist, so daß sie den von hder angrenzenden Brennereinheit 38 (Fig. 2 und 5) erzeugten Flammen ausgesetzt ist. Diese Anordnung positioniert die Einheit 200 auch so, daß sie sich in einer direkt wärmeleitfähigen Beziehung mit dem Gitter befindet. Der Block 202 ist vorzugsweise mit einer Konfiguration versehen, die im wesentlichen zu derjenigen des Zwischenraums 205 analog ist, der durch die Gitterrost- und Tragstangen 207a bzw. 207b definiert ist. Es sei jedoch bemerkt, daß der Block 202 entsprechend der vorgesehenen Verwendung mit einer Vielzahl alternativer Konfigurationen versehen sein kann. Er kann beispielsweise als ein im wesentlichen ebenes Element zum Sichern durch jegliche einer Vielzahl geeigneter Kopplungseinrichtungen an der Seite eines Lehrmodells (einer Requisite) oder einer anderen Darstellung eines brennbaren Objekts konfiguriert sein, oder er kann als ein im wesentlichen rechteckiges oder kugelförmiges Element zum Anbringen im Innern der Requisite ausgebildet sein, wenn Innentemperaturdaten gewünscht sind.
Der Temperatursensor 204 ist in einer Öffnung 208 aufge nommen, die bezüglich der Längsachse L des Blocks winkelförmig geneigt ist, so daß die Öffnungsbohrung im Optimalfall in der Umgebung des Sensors 204 senkrecht zur Ebene der oberen Fläche 210 des Blocks 202 steht. Der Neigungswinkelbereich kann sich jedoch entsprechend der Geometrie des Gitters oder anderer Strukturen, womit die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse zu verwenden ist, ändern. Die Spitze 212 des Thermoelements, wo eine Temperaturänderung gemessen wird, steht im Optimalfall um einen Wert, der in etwa dem Krümmungsradius der Spitze gleicht, über die obere Fläche 210 des Blocks 202 vor, um das Ende der Anwendung des Feuerlöschutittels genauer erfassen zu können. Die obere Fläche 210 des Blocks ist vorzugsweise geneigt, um das Ablaufen des durch Feuerwehrleute auf das Feuer angewendeten Feuerlöschmittels zu erleichtern, wodurch das Auftreten von Lachen des Feuerlöschmittels in der Nähe des Temperatursensors und das Anzeigen sich daraus ergebender künstlich verringerter Temperaturmeßwerte minimiert werden. Wenngleich dargestellt ist, daß die obere Fläche 210 eine einzige gleichmäßige Neigung hat, kann sie statt dessen mit einer zusammengesetzten Neigung (d. h. infolge von zwei oder mehreren winkelförmig geneigten Segmenten) oder einem gekrümmten oder gerundeten Umriß versehen sein, um das gewünschte Maß des Ablaufens des Mittels zu erzielen.
Die Vorderseite 214 und die Rückseite 216 des Blocks sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, diese Beziehung kann sich jedoch entsprechend solcher Konstruktionsbedingungen, wie der Konfiguration des Gitterzwischenraums 205, in dem der Block 202 aufzunehmen ist, ändern (sie kann also nichtparallel werden). Eine Öffnung 218 erstreckt sich von der Vorderseite 214 her nach innen und ist vorzugsweise mit einer mit einem Gewinde versehenen Innenbohrung ausgestattet, um ein Befestigungselement 220 mit einem komplementär ausgebildeten Gewinde aufzunehmen, das innerhalb der Öffnung 218 einstellbar positionierbar ist, so daß es daraus nach außen hin vorsteht und in einen Gitterabschnitt, wie eine Niete 222 eingreift, um den Block 202 am Gitter zu befestigen. Die Rückseite 216 des Blocks 202 ist mit einer mit einem Gewinde versehenen Öffnung 226 versehen, um ein Befestigungselement 228 mit einem komplementär ausgebildeten Gewinde aufzunehmen, das vorgesehen ist, um den längsgerichteten Abschnitt des Thermoelements 204 innerhalb der Öffnung 208 zu befestigen. Die Rückseite 216 des Blocks erstreckt sich an seinem oberen Abschnitt nach hinten, wodurch ein Vorsprung 230 gebildet wird, der so dimensioniert ist, daß er sich über die Gittertragstange 207b erstreckt, wodurch verhindert wird, daß sich der Block 202 über ein vorgegebenes Maß hinaus durch den Gitterzwischenraum erstreckt. Wie zuvor bemerkt wurde, kann die Position des Blocks 202 innerhalb des Zwischenraums 205 festgelegt werden, indem das Befestigungselement 220 von der entsprechend dimensionierten Öffnung von außen her hinterlegt wird, so daß die Gitterniete 222 durch Reibung festgelegt wird. Infolge der vorhergehend erwähnten Struktur kann die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse durch Leitung, Konvektion und Strahlung Wärmeenergie vom Gitter 206 empfangen, wodurch ein Hinweis auf die Temperatur des Gitters und der darüberliegenden Requisite im Laufe der Simulation gegeben wird. Wie weiter unten in näheren Einzelheiten erklärt wird, können die Bedingungen, die ein Wiederaufflammen ermöglichen, durch Anwenden von Wasser oder simuliertem Schaum auf die Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse, wodurch sie auf eine Temperatur (durch das Thermoelement 204 gemessen) unterhalb der vom Benutzer gewählten Wiederaufflammschwelle abgekühlt wird, verhindert werden:
In den Fig. 2 und 5 sind die verschiedenen Steuerschalter, wie ein Notausschalter 72, ein Pausen-Ein-/Ausschalter 74 und ein Rauch-Ein-/Ausschalter 76, vorzugsweise mit einer eindeutigen Farbe und/oder einer eindeutigen Hinterbeleuchtung versehen, um ihr Betrachten während des ganzen Ablaufs der Feuersimulationsübungen zu erleichtern. Eine Betrachtungsöffnung oder ein Fenster 78 kann in der Feuerwand 44 vorgesehen sein, um den sich hinter der Feuerwand befindenden Personen einen unbehinderten Blick auf das Fortschreiten des Feuerwehr-Trainingsszenarios zu ermöglichen. Überwachungspersonen sind vorzugsweise während der ganzen Ausbildungsübung am Steuerpult 70 zugegen, um alle Aktivitäten innerhalb der Abteilung 12 zu überblicken und eine überwachende Steuerung der Ausführung und des Fortschreitens der Ausbildungsübung auszuführen.
Eine isolierende Zwischenlage 80 (Fig. 5) liegt über den jeweiligen Abschnitten der Abteilungsdecke und deren Seitenwand, die wahrscheinlich Feuerlöschmittel entgegennehmen werden, so daß die Abteilungsdecke und deren Seitenwände vor den schädlichen Auswirkungen wiederholter, plötzlicher und extremer Temperaturänderungen geschützt sind. Die Zwischenlage kann aus schweißbarem Stahl oder witterungsbeständigem Stahl, wie "CorTen"-Stahl, der von USX Corp. aus Pittsburgh, Pennsylvania hergestellt wird, bestehen, und sie ist durch herkömmliche Träger 82 abnehmbar an der Decke und den Seitenwänden angebracht. Rauch und Wärme können durch einen oder mehrere Abluftgebläse 79 ausgeblasen werden, die diese Neben produkte der Trainingseinrichtung durch eine zugehörige in einer Seitenwand der Abteilung gebildete Öffnung 81 herausziehen können.
Einzelheiten des elektromechanischen Steuergeräts zur Löschmittelerkennung und zur Simulation des Wiederaufflammens der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 6 dargestellt. Mit Bezug auf die Zeichnung sei bemerkt, daß die Haupt-Datenverarbeitungseinheit 20 ein Personalcomputer oder ein Arbeitsplatzrechner ist. Die Arbeitsweise der Verarbeitungseinheit 20 wird durch eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 84 in der Art des yon Industrial Computer Source, Inc. aus San Diego, Kalifornien vertriebenen Modells SB286SC gesteuert. Ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 86 ist elektrisch mit der CPU verbunden und speichert OSS-Software (Betriebssystemsoftware) und liefert der CPU Arbeitsspeicher. Ein Festspeicher (ROM) 88 ist auch vorgesehen, in dem verschiedene Programme gespeichert sind, die zur Ein- und Ausgabe, zum Hochfahren der Leistung, zur Selbsttestdiagnose und für Boot- Vorgänge für die CPU 84 erforderlich sind. Ein oder mehrere Plattenlaufwerke 90 können vorgesehen sein, um eine Verbindung mit der CPU 84 herzustellen. Der oben erwähnte Bildschirm 24 (Fig. 1) und die Dateneingabevorrichtung, wie die Tastatur und/oder die Maus 26, sind vorgesehen, um eine Wechselwirkung einer Bedienungsperson mit der CPU 84 zu gestatten. Ein Drucker 92 kann wahlweise mit der CPU 84 verbunden sein, um einen Papierausdruck der Daten bezüglich der Löschmittelanwendung, wie Grafiken und/oder Tabellendaten bezüglich der Thermoelementtemperatur in Abhängigkeit von der Zeit und bezüglich der Flammenhöhe an der Hauptbrennereinheit 38 in Abhängigkeit von der Zeit bereitzustellen. Statt dessen können diese Daten für ein späteres Abrufen und eine Anzeige für den Auszubildenden (die Auszubildenden) an einem oder mehreren Bildschirmen 24 des Steuerpults im RAM 86 gespeichert werden.
Die Hauptverarbeitungseinheit 20 ist durch einen bidirektionalen Daten-, Adreß- und Steuerbus 94 mit der lokalen Verarbeitungseinheit 28 an der Einrichtung (auch als "Brandgebäude" bekannt), in der eine oder mehrere Übungsabteilungen untergebracht sind, verbunden. Vorzugsweise ist eine einzige zweckgebundene lokale Verarbeitungseinheit 28, die alle weiter unten angegebenen Merkmale aufweist, angrenzend an eine oder mehrere der Vielzahl von Übungsabteilungen bereitgestellt, wobei sich ein Datenbus 94 zwischen den jeweiligen Prozessoren 84 und 96 erstreckt. Wie bei der Hauptverarbeitungseinheit 20 beinhaltet die lokale Verarbeitungseinheit 28 geeignete Programmier- und Hardwareschnittstellen zum Kommunizieren mit verschiedenen Hardwarevorrichtungen und zum Steuern von diesen. Diese Vorrichtungen umfassen die Brenner-Steuerventile 98, die Zündsteuervorrichtungen und den Rauchgenerator 100, die dem Feuerwehrübungs-Simulator gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, sowie eine A/D-Wandlervorrichtung, die es dem Prozessor ermöglicht, von den jeweiligen Temperatursensoren 32 und 204 empfangene Eingangssignale entgegenzunehmen und zu interpretieren. Vorzugsweise liegen die Ausgaben der Zünder 61 und 62 und der UV-Sensoren 65 und 66 jeder Abteilung zur direkten Übertragung zur CPU 96 in Form von digitalen Daten vor.
Die CPU 96 der lokalen Verarbeitungseinheit ist mit den verschiedenen Sensor- und Hardwarevorrichtungen verbunden, die jeder Simulatorabteilung, wie der in Fig. 6 dargestellten Abteilung 12, zugeordnet sind. Beispielsweise empfängt die CPU 96 Temperatursensoreingaben (nach dem Verarbeiten durch die geeignete A/D-Wandlervorrichtung) entlang Datenleitungen 106 bzw. 107 von den Thermoelementen 32 und 204. Daten vom Hauptbrenner und von den Überschlag-UV-Sensoren 65 und 66, die jeweils die Arbeitsweise des Hauptbrenners und der Überschlagzünder 61 und 62 betreffen, werden entlang geeigneter Datenleitungen, die schematisch durch Leitungen 108 und 110 angegeben sind, zur CPU 96 übertragen, während Zündeingangssignale für die jeweiligen Zünder entlang Kommunikationsleitungen 112 und 114 übertragen werden. Brennstoff wird der Hauptbrennereinheit 38 und wahlweise der Überschlag-Brennereinheit 41 nach Empfang geeigneter entlang einer Kommunikationsleitung 116 übertragener Signalbefehle durch das Brenner- Ventilsteuersystem 98 unter Druck vom Tank 36 zugeführt. Das Ventilsteuersystem beinhaltet eine geeignete fernsteuerbare Ventileinheit, wie das von Ben Metzger, Inc. aus Perry, Ohio hergestellte motorisierte Linearventil der Reihe 1800-MLV, die innerhalb des Brennstoffströmungswegs zu den jeweiligen Haupt- und Überschlag-Brennereinheiten 38 und 41 angebracht ist. Nach Empfang eines geeigneten Eingangssignals von der CPU 96 kann das Ventilsteuersystem 98 die Brennstoff-Steuerventile zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position verschieben, so daß ein genaues Messen von unter Druck stehendem Brennstoff ermöglicht wird, der aus dem Tank 36 (durch eine Leitung 118) in eine entsprechende der Brennstoff-Zufuhrleitungen 120 und 122 übertragen und den jeweiligen Brennereinheiten zugeführt wird. Manuelle Steuereingaben (beispielsweise zum Einleiten und Beenden von Pausen, zum Einleiten und Unterbrechen von Rauch und dergleichen) für das lokale Steuerpult 70 werden entlang einer Kommunikationsleitung 124 zwischen der CPU 96 und dem lokalen Steuerpult übertragen. Die Steuerung des Rauchgenerators 100 durch die CPU 96 wird entlang einer Kommunikationsleitung 126 vorgenommen. Nach Empfang eines Aktivierungseingangssignals von der CPU 96 wird Rauch, der vorzugsweise von der simulierten, ungiftigen Art ist, wie derjenige, der vom in der oben erwähnten ebenfalls übertragenen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 707 868, auf die ausdrücklich verwiesen sei, offenbarten Rauchgenerator erzeugt wird, entlang einer Leitung 128 zur Hauptbrennereinheit 38 oder einem anderen geeigneten Ausgang innerhalb der Abteilung der Trainingsvorrichtung übertragen, um den Realismus der Feuersimulation weiter zu erhöhen. Die CPU 96 kann in einer Durchschnittsfachleuten bekannten Art so betrieben werden, daß sie jegliche andere aus einer Vielzahl von Bauteilen des Simulators, wie die Abteilungsventilation, die Beleuchtung und andere Geräte, steuert. Signaldaten, die allgemein die Aktivierung, den Status und die Steuerung der vorhergehend erwähnten und oben erörterten Gerätebestandteile betreffen, werden entlang des Datenbusses 94 zwischen dem lokalen Verarbeitungssystem und dem Hauptverarbeitungssystem ausgetauscht, wodurch die Komplexität der zwischen diesen beiden Verarbeitungssystemen ausgetauschten Kommunikation und Steuerung minimiert wird. Die vorhergehend erwähnte Kommunikations- und Steuerhierarchie ist weiterhin in Situationen vorteilhaft, wo sich die Hauptverarbeitungseinheit 20 aus einem von zahlreichen Gründen nicht am Ort des Brandgebäudes befindet.
Einzelheiten der Programmsteuerung zur Löschmittelerfassung und zur Wiederaufflammsimulation der vorliegenden Erfindung sind im Flußdiagramm aus den Fig. 7A bis 7C ausgeführt. Das Löschmittel-Meßsystem der vorliegenden Erfindung kann im wesentlichen das Anwenden des Löschmittels auf die Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse erfassen, indem es eine Verringerung der Temperatur der freiliegenden Spitze 212 des Thermoelement-Temperatursensors 204 mißt, die sich aus dem Kontakt mit dem Löschmittel ergibt. Diese Verringerung der gemessenen Temperatur bewirkt eine Änderung des vom Thermoelement an die lokale Verarbeitungseinheit 28 ausgegebenen Signals, wobei die lokale Verarbeitungseinheit auf den gemessenen Temperaturabfall hin in der weiter unten beschriebenen Weise eine Verringerung der Brennerflammenhöhe bewirkt. Falls der Feuerwehrauszubildende die Anwendung des Löschmittels fortsetzt, so daß die Temperatur der Requisite und der zugeordneten Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse weiter bis auf eine vom Benutzer vorgeschriebene Feuerlöschtemperatur verringert wird, werden die Flammen des Brenners gelöscht, und die Flammen brennen ansonsten bei einem vorgegebenen Minimalwert weiter. Eine Wiederaufflammtemperatur kann wahlweise ausgewählt werden, um ein Wiederaufflammen des Feuers vorzuführen. Falls das Anwenden des Löschmittels nicht fortgesetzt wird, um die Requisite und die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse weiter auf eine Temperatur zu kühlen, die ausreichend unter der Temperatur liegt, bei der das Feuer wiederaufflammt, wird die vom Gitter 206 und vom Block 202 der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse erzeugte Wärme zum Thermoelement 204 geleitet, wodurch eine Erhöhung der gemessenen Temperatur des Thermoelements und eine geeignete Modifizierung des vom Thermoelement an die lokale Verarbeitungseinrichtung 28 ausgegebenen Signals hervorgerufen werden. Falls die vom Thermoelement gemessene Temperatur auf die zu Beginn des Trainingsszenarios ausgewählte Wiederaufflammtemperatur ansteigt, kann die Verarbeitungseinrichtung 28 daraufhin die Brennerflammen wiederherstellen und ihre Höhe vergrößern, falls das Löschmittel nicht erneut angewendet wird.
Vor der Verwirklichung der Ausbildungsübung weist die CPU 84 die CPU 96 an, eine Prüfung des Brennstoffdrucks und der Brennstoff-Steuerventile 98 und verschiedener anderer elektromechanischer Bauteile des Systems einzuleiten, um ihre Arbeitsfähigkeit zu bestätigen, wie durch einen Block 130 angegeben ist. Diese Prüfung wird durch die CPU 84 ausgeführt, die auf geeignete, im RAM 86 gespeicherte Programmdaten zugreift, wie oben beschrieben wurde, was zu Erzeugung eines geeigneten Eingangssignals für die CPU 96 der lokalen Verarbeitungseinheit 28 am Ort der Abteilung der Trainingsvorrichtung führt, wo die Feuerwehrübung abzuhalten ist. Die Prüfung wird ausgeführt, nachdem im RAM 102 gespeicherte, sich auf die Prüfung beziehende Programmdaten in einer auf dem Computergebiet bekannten Weise von der CPU 96 angesteuert wurden, wodurch bewirkt wird, daß die CPU 96 entlang einer Kommunikationsleitung 116 Signale ausgibt, um die Hardware an der Ventilsteuereinheit 98 anzuweisen, einen vorgeschriebenen Ablauf von Prüfungen des Öffnens, des Schließens und des Systemdrucks auszuführen. Diese vor der Verwirklichung ausgeführte Prüfung kann weiter ein Testbrennen der jeweiligen Brennerzünder 62 und 61 und ihr Überwachen durch die den jeweiligen Zündern zugeordneten UV-Sensoren 66 und 65, durch Signale, die mit der CPU 96 entlang den jeweiligen Kommunikationswegen, die schematisch durch Leitungen 112 & 114 und 108 & 110 dargestellt sind, ausgetauscht werden, umfassen. Nach erfolgreichem Abschluß der vor der Verwirklichung stattfindenden Prüfvorgänge fordert die Hauptverarbeitungseinheit 20 den durch einen Block 132 dargestellten Steuerpultbediener auf, die geeigneten Feuersimulationsparameter für die Ausbildungsübung einzugeben. In den Fällen, in denen keine Überschlagsimulation bereitgestellt werden soll, kann das Gerät bezüglich des Zuführens und Regelns von Brennstoff zu den Überschlagbrennern 41 deaktiviert werden. Ein veranschaulichendes Beispiel des die Aufforderung am Bedienersteuerpult und die Parameterauswahl enthaltenden Menüs ist in Fig. 8 dargestellt. Die Simulationsparameter beinhalten vorzugsweise die Wiederaufflammaktivierung, die Wiederaufflamm-Verzögerungszeit, die maximale Flammenhöhe, die Wiederaufflammtemperatur, die Flammenlöschtemgeratur, die Abteilungsvorwärmtemperatur und die Flammenwachstumszeit. Bei einer bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung wählt der Benutzer einen Wert für jeden Parameter, der sich im auf dem Benutzerschirm angegebenen vorgeschriebenen Bereich befindet. Die Parameter können über die Tastatur, die. Maus 26 oder eine andere geeignete Eingabevorrichtung, die ein Weiterleiten der gewünschten Parameter zur CPU 84 bereitstellt, eingegeben werden. Eine Fehlermeldung wird in Fällen erzeugt, wo ein Eintragen von Benutzereingaben versucht wird, dies nicht innerhalb des vorgeschriebenen Parameterbereichs liegen.
Nach der Eingabe der jeweiligen Trainingsszenarioparameter wird das Trainingsszenario eingeleitet. In Fällen, wo das Vorwärmen der Abteilung gewählt wurde (Block 134), werden Temperaturdaten vom Abteilungssensor 32b an der lokalen CPU 96 entgegengenommen und zum Vergleich mit dem vorgegebenen Temperaturwert (Block 136), der zuvor in das System eingegeben wurde (Block 132) zur Haupt-CPU 84 weitergeleitet, um zu bestimmen, ob die Abteilungstemperatur die im RAM 86 der Hauptverarbeitungseinheit 20 gespeicherte gewählte Vorwärmtemperatur übersteigt. Das Vorwärmen des Systems ist beson ders zu Beginn des Betriebs der Trainingsvorrichtung vorteilhaft, um die verschiedenen Temperatursensoren und die Systemgeräte auf eine erhöhte Grundtemperatur anzuwärmen, wodurch das gesamte Ansprechen des Systems auf Temperaturänderungen erhöht wird, die während des Trainingsszenarios auftreten, und um die Wärmeumgebung eines wirklichen Feuers des Typs, den Auszubildende bei einem echten Brandnotfall wahrscheinlich antreffen werden, besser zu simulieren. In Fällen, in denen der gemessene Temperaturwert geringer ist als die gewählte Vorwärmtemperatur, wird die Hauptbrennereinheit 38 in der oben beschriebenen Weise gezündet (Block 138), und die Zufuhr von Brennstoff zur Brennereinheit wird entsprechend der Eingabe der CPU 84 in die Ventileinheit 94 über die CPU 96 geregelt, wodurch eine Brennerflamme mit einer Größe (beispielsweise etwa 3 Fuß) bereitgestellt wird, die ausreicht, um die Übungsabteilung in einem relativ kurzen Zeitraum auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Sobald die Sensorausgabe aus dem Temperatursensor 32b angibt, daß die gewählte Vorwärmtemperatur erreicht worden ist, kann das Szenario gestartet werden, wie durch einen Block 140 angegeben ist.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einem Trainingsszenario eines wirklichen Feuers erlaubt im Gegensatz zu auf dem Volumen des Löschmittels beruhenden Steuersystemen aus dem Stand der Technik während des ganzen Szenarios eine realistischere und genauere auf der Temperatur beruhende Steuerung der Brennerflammenhöhe. Dementsprechend wird die Brennerflammenhöhe auf das Anwenden eines Löschmittels, wie Wasser, hin verringert, und sie steigt an, wenn keine ausreichenden Mengen eines solchen Löschmittels vorhanden sind oder wenn das Löschmittel nicht richtig verwendet wurde und daher nicht die zum Bewirken einer Verringerung der Flammenhöhe erforderliche Kühlung liefert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Flammenhöhe an der CPU 84 vorzugsweise auf einer regelmäßigen periodischen oder im wesentlichen kontinuierlichen Grundlage entsprechend solchen betroffenen Parametern wie der Ventilposition in der Brennstoff-Zufuhrleitung zur Brennereinheit überwacht. Es sei mit Bezug auf die folgende Beschreibung bemerkt, daß die bei der CPU 84 auf der Grundlage der Parameter der Abteilung der Trainingsvorrichtung, wie der Flammenhöhe und der Temperatur, ausgeführte Verarbeitung über die CPU 96 der lokalen Verarbeitungseinheit und die Busleitung 94, die sich zwischen der lokalen Verarbeitungseinheit 28 bzw. der Hauptverarbeitungseinheit 20 erstrecken, zur CPU 84 übertragen wird, um dadurch verarbeitet zu werden, und die Kommunikation von der CPU 84 an die CPU 96 ausgegebener verarbeiteter Signale zur geeigneten Kommunikation mit der Systemhardware wird weiter unten beschrieben.
Zur Steuerung der Brennerflammenhöhe werden verschiedene Faktoren berücksichtigt. Wenn die Brennerflammen noch nicht ihre vorgegebene maximale Höhe erreicht haben (Block 142), kann die CPU 84 bestimmen, ob ein Wiederaufflammen bevorsteht, wie durch einen Entscheidungsblock 144 angegeben ist. Einzelheiten der Kriterien, die zum Bevorstehen des Wiederaufflammens führen, werden weiter unten beschrieben. Wenn kein Wiederaufflammen bevorsteht, was nicht nur zu Beginn des Szenarios sondern typischerweise auch während des ganzen Trainingsszenarios bis zum Feuerlöschen der Fall ist, wird die Temperaturausgabe vom Temperatursensor 204 von der CPU 84 empfangen und verarbeitet, um zu bestimmen, ob die Temperatur im vorhergehenden Zeitintervall abgesunken ist, was durch einen Entscheidungsblock 146 angegeben ist. Wenn die Ausgabe des Temperatursensors 204 keine vorherige Temperaturverringerung angibt, erhöht die CPU die Brennerflammenhöhe in Übereinstimmung mit der zu Beginn des Szenarios festgelegten Wachstumsrate, wie durch einen Block 148 angegeben ist. Die CPU 84 bestimmt (an einem Block 150), ob das Löschmittel auf die Decke der Trainingsvorrichtung aufgebracht worden ist, wie durch die Merkmale des Ausgangssignals vom an der Decke angebrachten Temperatursensor 32a, das von der CPU 84 empfangen wird, angegeben wird. Bei einer bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung liefert die Auswertung der Deckentempdratur folgendermaßen eine erforderliche Temperaturverringerung:
Temperaturverringerung ≥ 15ºF + (letzte gemessene Deckentemperatur/100ºF)
Temperaturverringerungen, die diese Kriterien erfüllen, sind im Trainingsszenario der richtigen Anwendung des Löschmittels auf die Decke der Abteilung der Trainingsvorrichtung zuzuschreiben, und sie geben die erhebliche Temperaturverringerungswirkung an, die eine solche Löschmittelanwendung auf ein Feuer haben kann. Wenn der erwähnte Temperaturabfall erreicht worden ist, bestimmt die CPU 84, ob dies der erste derartige Temperaturabfall im Trainingsszenario war, wie durch einen Block 152 angegeben ist. Da eine wiederholte Anwendung des Löschmittels auf die Decke bei einer echten Brand-Notsituation eine geringere Temperaturverringerungswirkung als die ursprüngliche Anwendung hat, ist die Programmsteuerung des Systems so geschrieben, daß dieser Effekt berücksichtigt ist. Wenn zuvor kein Temperaturabfall aufgetreten ist, sendet die CPU geeignete Eingangssignale zur Ventilsteuereinheit 98 (Fig. 6), um eine Verringerung der Brennerflammenhöhe auf das für das Trainingsszenario vorgeschriebene Minimum zu bewirken (Block 154). Falls im Szenario zuvor Temperaturabfälle mit dem erforderlichen Betrag aufgetreten sind (Block 150), liefert die CPU der Ventileinheit 98 Eingangssignale, um die Flammenhöhe um einen vorgeschriebenen Wert, beispielsweise 2 Fuß (0,75 m), zu verringern, wie durch einen Block 156 angegeben ist.
Wie zuvor bemerkt wurde, wird die Temperatur der Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse (Fig. 2 bis 4) anhand des Ausgangssignals vom zugeordneten Temperatursensor 204 durch die CPU 84 überwacht. Das Ausgangssignal vom Temperatursensor 204 wird vorzugsweise fortlaufend überwacht, um zu bestimmen, ob ein Temperaturabfall mit einem vorgegebenen Betrag während eines gegebenen Zeitintervalls aufgetreten ist (Block 158). Der Temperaturabfall muß die folgenden Kriterien erfüllen, um der Bedingung einer richtigen Löschmittelanwendung zu genügen, wie am Block 158 angegeben ist:
Temperaturabfall ≥ 5ºF + (thermisch wirksame Masse ºF/200ºF)
Wenn ein solcher Temperaturabfall aufgetreten ist (was die Anwendung eines Löschmittels auf die Anordnung 200 mit einer thermischwirksamen Masse und/oder die ihr zugeordnete Tragstruktur beinhaltet), wird die Brennerflammenhöhe in der oben beschriebenen Weise um einen vorgegebenen Betrag, wie beispielsweise 1 Fuß (0,3 m), durch die CPU 84 verringert (Block 166). In Übereinstimmung mit dem Ergebnis der am Block 158 angegebenen Temperaturauswertung der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse setzt die CPU 84 das Szenario in Übereinstimmung mit der Eingabe von Parametern zu Beginn des Szenarios fort, wobei diese die Auswahl der Überschlagsimulation als Teil des Szenarios betreffen, wie durch einen Block 170 angegeben ist. Für Szenarios, bei denen die Wiederaufflammsimulation nicht ausgewählt worden ist und bei denen sich die Temperatur der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse bei der Löschtemperatur der Brennereinheit oder darunter befindet (Block 172), bewirkt die CPU 84 eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zur Brennereinheit, um das Szenario zu beenden. Falls das Wiederaufflammen jedoch nicht aktiviert wurde und die Temperatur der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse die Brennerlöschtemperatur übersteigt, setzt die CPU 84 die Szenariosteuerung in der oben beschriebenen dem Block 140 folgenden Weise fort (Fig. 7A).
Unter weiterem Bezug auf die Wiederraufflamm-Aktivierungsanforderung (Block 170) sei bemerkt, daß die Ausgabe vom Temperatursensor 204 der Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse dann, wenn das Wiederaufflammen aktiviert wurde (also für das Szenario ausgewählt wurde) in der an einem Block 174 angegebenen Weise von der CPU 84 ausgewertet wird, um zu bestimmen, ob die gemessene Temperatur die vom Benutzer gewählte, zu Beginn des Szenarios in das System eingegebene Wiederaufflammtemperatur (Block 132) übersteigt. Wenn sich die gemessene Temperatur der Anordnung 200 mit einer thermisch wirksamen Masse bei der festgelegten Wiederaufflammtemperatur oder darunter befindet, sorgt die CPU 84 für eine Signalausgabe an die Brenner-Ventilsteuereinheit 98 (Block 176), um eine Verringerung der Menge des der Brennereinheit 38 zugeführten Brennstoffs zu bewirken, wodurch eine zunehmende Verringerung der Flammenhöhe bis zum Löschen erzielt wird (d. h. durch Schließen der Brennstoffzufuhrventile). An diesem Punkt steht ein Wiederaufflammen der Brennereinheit bevor, da Wärmeenergie trotz der Abwesenheit einer Brennerflamme aus der Umgebung (wie dem Brennergitter oder einer anderen Stütze für die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse) durch Strahlung, Konvektion und/oder Leitung zur thermisch wirksamen Masse 202 und schließlich zu ihrem Temperatursensor 204 übertragen wird. Ein sichtbares Signal des bevorstehenden Wiederaufflammens wird vorzugsweise, an der Anzeige 24 des Steuerpults bereitgestellt (Block 178), um Personen, die das Szenario ausführen, oder Auszubildenden, die am Szenario teilhaben, eine wahlfreie Überwachungseingabe zu gestatten. Ein Signal, das angibt, daß ein Wiederaufflammen bevorsteht, kann wahlweise direkt am lokalen Steuerpult 70 des Brennraums bereitgestellt werden, wo am Ort vorhandene Überwachungspersonen nach eigenem Ermessen Feuerwehrauszubildenden geeignete Anweisungen geben können oder das Wiederaufflammen dann, wenn sich Feuerwehrleute in unsicherer Nähe zur Brennereinheit befinden, völlig unterbinden können, wie durch einen Block 182 angegeben ist. Wenn der Wiederaufflamm-Zeitgeber herunterzählt (Block 184), empfängt die CPU 84 ein Ausgangssignal vom Temperatursensor 204 der Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse und vergleicht das Eingangssignal mit gespeicherten Daten (Block 172), um zu bestimmen, ob die gemessene Temperatur die Löschtemperatur für das Szenario übersteigt, um das Szenario in der oben beschriebenen Weise fortzusetzen. Sobald der Wiederaufflamm-Zeitgeber 0 erreicht, wird die Anzeige, die angibt, daß ein Wiederaufflammen bevorsteht, gelöscht, wie an einem Block 186 darge stellt ist, wird der Wiederaufflamm-Zeitgeber zurückgesetzt (Block 188) und setzt die CPU 84 das Szenario an dem Punkt fort, der der am Block 142 angegebenen Flammenhöhenauswertung vorhergeht. Falls die Anordnung mit einer thermisch wirksamen Masse während der Zeitspanne des Verzögerns des Wiederaufflammens nicht ausreichend abgekühlt wurde, wird die Brennereinheit 38 wiederentzündet, und die Brennerflammenhöhe wird mit der für das Szenario gewählten vorgegebenen Geschwindigkeit erhöht, wie bei den Blöcken 144, 146 und 148 angegeben ist, und das Trainingsszenario wird bis zum Abschluß oder bis zur Beendigung durch Überwachungspersonen fortgesetzt.

Claims

1. Verfahren, um das Vorhandensein eines echten oder simulierten Feuerlöschmittels zu erfassen und daraufhin die Flammenhöhe einer Brennstoff-Brennereinheit (41) einer Feuerwehr- Trainingsvorrichtung (10) zu steuern, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Vorsehen eines wärmeleitfähigen Elements (200), das eine thermisch wirksame Masse aufweist und mit einem Temperatursensor (204) versehen ist, und Anordnen des Elements nahe der Brennereinheit (38),

Zuführen von Brennstoff zu der Brennereinheit und Zünden des Brennstoffs, um ein Feuer mit Flammen zu erzeugen,

Anwenden eines Feuerlöschmittels oder eines simulierten Feuerlöschmittels auf das wärmeleitfähige Element (200) über eine Zeitspanne, die ausreicht, eine Temperaturverringerung des wärmeleitfähigen Elements zu bewirken,

Erfassen der Anwendung des Feuerlöschmittels oder simulierten Feuerlöschmittels durch Ermitteln der Temperatur des wärmeleitfähigen Elements unter Verwendung des Temperatursensors (204), und

Steuern der Flammenhöhe entsprechend der von dem Temperatursensor ermittelten Temperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flammenhöhe mit vorbestimmter Geschwindigkeit vergrößerbar ist, sobald eine Signalausgabe des Temperatursensors (204) das Erreichen mindestens eines Temperaturschwellenwerts anzeigt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeit der Zunahme der Flammenhöhe am Beginn eines Trainingsszenarios vom Benutzer wählbar ist.

4. Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feuer aufgrund einer Anwendung des Löschmittels im wesentlichen ausgelöscht wird und bei Fehlen einer Abnahme der erfaßten Temperatur auf eine von einem Benutzer wählbaren Schwellentemperatur wiedererzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flammenhöhe durch Anwendung eines Feuerlöschmittels auf einen Hilfstemperatursensor (322), der entfernt von der Brennereinheit (38) angeordnet ist, verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Flammenhöhe aufgrund eines Erfassens eines Temperaturabfalls bei einem von einem Benutzer vorgeschriebenen minimalen Temperaturwert durch den Hilfstemperatursensor (32a) verringert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Hilfstemperatursensor (32a) nahe einer Decke (80) der Trainingsvorrichtung angeordnet ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wärmeleitfähige Element (200) an einem wärmeleitfähigen Aufbau befestigbar ist, der über der Brennereinheit (38) liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten des Temperatursensors von einer automatisierten Verarbeitungseinheit (28) empfangen werden, die so betreibbar ist, daß die Flammenhöhe automatisch entsprechend der Daten des Temperatursensors gesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flammenhöhe durch Einstellen der Zufuhrgeschwindigkeit des Brennstoffs zur Brennereinheit (38) gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gewählte Temperaturwert die Wiederaufflamm-Aktivierungstemperatur ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der gewählte Temperaturwert die Feuerauslöschtemperatur ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, mit einem Schritt zum Vergrößern der Flammenhöhe auf einen vorbestimmten Maximalwert, wenn die Auslöschtemperatur nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erreicht wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wärmeleitfähige Element (200) im Innenbereich eines wärmeleitfähigen Simulationsaufbaus so aufgenommen ist, daß es vom körperlichen Kontakt mit dem angewendeten Löschmittel isoliert ist.

15. System zum Erfassen der Anwendung eines Feuerlöschmittels oder simulierten Feuerlöschmittels in einer Feuerwehr- Trainingsvorrichtung mit einer Brennereinheit (38), gekennzeichnet durch:

ein wärmeleitfähiges Element (200); das bei der Brennereinheit angeordnet werden kann und einen Temperatursensor (204) aufweist, der eine Ausgabe erzeugt, die sich aufgrund der Anwendung eines Feuerlöschmittels oder simulierten Feuerlöschmittels auf das wärmeleitfähige Element über eine Zeitspanne, die ausreicht, eine Verringerung der Temperatur des wärmeleitfähigen Elements zu bewirken, verändert, und

ein Brennersteuersystem, das die Flammenhöhe in der Brennereinheit (38) entsprechend der Sensorsignalausgabe steuern kann.

16. System nach Anspruch 15, wobei das Flammensteuersystem die Brennerflammenhöhe aufgrund eines Rückgangs der erfaßten Temperatur bei vorbestimmter Geschwindigkeit verringern kann.

17. System nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Flammensteuersystem ein automatisiertes Verarbeitungssystem aufweist, das eine Signalausgabe von dem Temperatursensor (204) empfangen und daraufhin eine Signalausgabe zur Steuerung der Brennerflammenhöhe erzeugen kann.

18. System nach Anspruch 17, wobei das automatisierte Verarbeitungssystem die Steuerung der Flammenhöhe durch Einstellen der Brennstoffzufuhr zur Brennereinheit (41) verwirklicht.

19. System nach Anspruch 18, wobei die Brennstoffzufuhr (36) für den Brenner von einer Ventileinrichtung (98) mit einem einstellbaren Positionierventil, das in eine Brennstoffzuführleitung eingebaut ist, die zwischen einem Brennstoffreservoir (36) und der Brennereinheit (38) verläuft, eingestellt wird, wobei die Ventileinrichtung eine veränderliche Signalausgabe von dem automatisierten Verarbeitungssystem empfangen und das Ventil entsprechend der so empfangenen Signalausgabe positionieren kann.

20. System nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei das Brennersteuersystem eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe eines von einem Benutzer wählbaren Betriebsparameters aufweist, um die Signalausgabe des automatisierten Verarbeitungssystems zu beeinflussen.

21. System nach Anspruch 20, wobei der Betriebsparameter eine Wiederaufflamm-Aktivierungstemperatur für den Temperatursensor (204) darstellt.

22. System nach Anspruch 20, wobei der Betriebsparameter eine maximale Flammenhöhe darstellt.

23. System nach Anspruch 20, wobei der Betriebsparameter eine Wiederaufflamm-Verzögerungszeit darstellt.

24. System nach Anspruch 20, wobei der Betriebsparameter eine Feuerauslöschtemperatur darstellt.

25. System nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Flammensteuersystem außerdem einen Hilfstemperatursensor (32a) aufweist und der Betriebsparameter eine Flammenunterdrückungstemperatur zum Rückgang der Flammenhöhe aufgrund eines Erfassens eines über einen vorbestimmten Wert hinausgehenden Temperaturabfalls durch den Hilfssensor darstellt.

26. System nach Anspruch 25, wobei der Hilfstemperatursensor (32a) in der Nähe einer Decke (56) der Trainingsvorrichtung angebracht ist.

27. System nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei das wärmeleitfähige Element (200) einen Metallblock und der Temperatursensor ein Thermoelement (204) beinhaltet.

28. System nach Anspruch 27, wobei das Thermoelement (204) eine Spitze (212) aufweist, die über eine Oberfläche des wärmeleitfähigen Elements hinausragt.

29. System nach Anspruch 28, wobei die Spitze (212) im wesentlichen quer zur ihr benachbarten Oberfläche angeordnet ist.

30. System nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei das wärmeleitfähige Element (200) aus 306-, 314- und/oder Inconel-Edelstahl besteht.

31. System nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei der Temperatursensor (204) in seiner Position bezüglich des wärmeleitfähigen Elements einstellbar ist.

32. System nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei das wärmeleitfähige Element (200) in seiner Position bezüglich der Brennereinheit (38) einstellbar ist.

33. System nach einem der Ansprüche 15 bis 29, wobei die Brennereinheit (38) mit einem darüberliegenden wärmeleitfähigen Gitter (206) mit mehreren Zwischenräumen versehen ist und das wärmeleitfähige Element (200) innerhalb mindestens einem der Gitterzwischenräume mit wärmeleitfähiger Beziehung zu diesem anbringbar ist.