Brandüberwachungssystem

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Brandüberwachungssystem in Müllbunkern gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Brandüberwachung.

[0002] Müll, der zum Verbrennen bestimmt ist, wird vor der Müllverbrennungsanlage in einem geschlossenen Raum, in einem sogenannten Müllbunker, gelagert. Der in Form von losem Material gelagerte Müll kann aus verschiedenen Gründen in Brand geraten. Beim sogenannten Bunkerbrand entstehen umweltschädigende Gase, die in der Umgebung der Müllverbrennungsanlage eine ausserordentliche Umweltbelastung darstellen. Weiterhin führt der Bunkerbrand zu einem Betriebsunterbruch mit entsprechenden technischen, logistischen und wirtschaftlichen Problemen. Da Bunkerbrände immer häufiger vorkommen, besteht ein Bedarf an einer wirksamen Bekämpfung.

[0003] Die wirksame Bekämpfung von Bunkerbränden setzt die Früherkennung und Ortung von Warmstellen, d.h. Brandherden im Bunker voraus. Eine solche Früherkennung und Ortung ist aus verschiedenen Gründen problematisch. Die Sicht im Luftraum des Bunkers ist ungenügend, da die Luft staubgeladen ist und dem Brand eine starke Rauchentwicklung vorangeht. Die Oberfläche der Müllmasse ist nicht eben und durch die höheren und tieferen Stellen sowie Veränderungen bei Müllentnahme, Zulieferung und Umschichtung ergeben sich Verfälschungen des optischen Bildes dieser Oberfläche.

[0004] Bisher erfolgte die Branderkennung in der Praxis visuell durch den Kranführer, der den Kran zur Be- und Entladung des Bunkers bedient. Diese Art der Brandüberwachung ist unbefriedigend. Es wurden deshalb verschiedentliche Versuche zur Verbesserung des Ist-Zustandes unternommen.

[0005] U. Euteneuer berichtet in Aus der Tätigkeit der LIS 1989 (Essen 1990) unter dem Titel: "Möglichkeiten zur Früherkennung von Müllbunkerbränden - Ergebnisse aus Versuchen mit Thermographiesystemen" über die Verwendung einer Wärmebildkamera, mit der jedoch nur ein Wärmediagramm, d.h. eine lineare Temperaturabbildung eines sehr engen Oberflächenbrandes, registriert werden konnte. Da aber bei der Früherkennung von Bunkerbränden die genaue Lokalisation des Brandherdes eines der wesentlichen Probleme bildet, konnte aufgrund dieser Versuche keine geeignete Lösung des Problems vorgeschlagen werden.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brandüberwachungssystem zur Früherkennung von Bränden in Müllbunkern, insbesondere zur genauen Lokalisierung von Brandherden, vorzuschlagen.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.

[0008] Durch das erfindungsgemässe System wird im Müllbunker die automatische exakte räumliche Erfassung von Stellen mit erhöhter Temperatur, d.h. von möglichen Brandherden, vor dem eigentlichen Brandausbruch und damit die rechtzeitige und gezielte Brandbekämpfung ermöglicht. Es hat sich gezeigt, dass erst die Ermittlung der exakten räumlichen, d.h. dreidimensionalen, Koordinaten des Ortes mit erhöhter Temperatur die erfolgreiche Brandbekämpfung im Müllbunker ermöglicht.

[0009] Die Digitalisierung der beiden Wärmebilder, die von den beiden in Abstand zueinander angeordneten Infrarot-Kameras vom gleichen Bereich des Müllbunkers erstellt werden, zusammen mit der Bestimmung des exakten Winkelwertes durch den Winkelgeber, ermöglichen die Ermittlung der Raumkoordinaten der Stellen mit erhöhter Temperatur und dadurch die gezielte Brandbekämpfung. Da nur der Ort eines Ereignisses, d.h. einer Temperaturerhöhung, zu ermitteln ist, braucht es erfindungsgemäss keine hochempfindliche Infrarot-Kamera, sondern eine sogenannte Feuerwehr-Kamera, die die warmen Stellen als Lichtfleck signalisiert, genügt.

[0010] Um die Sicherheit des Systems zu verbessern, kann ein Testelement mit einer gesteuert beheizbaren Oberfläche innerhalb des Müllbunkers angeordnet werden. Durch periodische Heizung der Oberfläche dieses Prüfelementes kann die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemässen Systems überprüft werden.

[0011] Zur Kalibrierung des erfindungsgemässen Systems, d.h. der Ermittlung der Raumkoordinaten im Müllbunker, werden beheizbare Kalibrierelemente vorgesehen. Diese werden innerhalb des Müllbunkers an vorbestimmten Stellen angebracht, beheizt und durch Ermittlung ihrer - an und für sich bekannten - Raumkoordinaten wird das System kalibriert, bzw. nach Bedarf die Kalibrierung überprüft.

[0012] Vorzugsweise ist ein mit dem System verbundener Bildschirm zur optischen Darstellung der digitalisierten Wärmebilder vorgesehen. Dadurch wird dem Bedienungspersonal ohne Sichtverbindung mit dem Inneren des Müllbunkers eine optische Information geliefert, was die Behebung einer Erwärmung eines Brandherdes erleichtert und beschleunigt.

[0013] Vorteilhaft besitzt das System eine Alarmeinrichtung, die beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur, an einer oder mehreren Stellen im Müllbunker, optischen und/oder akustischen Alarm auslöst. Die Alarmeinrichtung kann gewünschtenfalls Mittel zum atomatischen Auslösen von Schritten zur Behebung der Heissstellen besitzen.

[0014] Vorzugsweise besitzt das System ein Speichermittel, welches Daten der Alarmvorgänge wie Raumkoordinate des Brandherdes, Zeitpunkt der Erfassung und die Zeitspanne bis zum Auslösen des Alarms und bis zum Ergreifen der notwendigen Schritte bzw. Behebung der Erwärmung speichert.

[0015] Die vom erfindungsgemässen Brandüberwachungssystem ermittelten Raumkoordinaten heisser Stellen können einem weiteren System zur Veranlassung vorbestimmter Schritte, z.B. Auslösen eines gezielten automatischen Löschvorganges, übermittelt werden.

[0016] Durch Mittel, welche die Position der Greifer der im Bunker angeordneten Kräne ermitteln und zur Ergänzung der übrigen Daten in das System einspeisen, können die zur Behebung der Erwärmung/Brandherdes erforderlichen Schritte schnell und effizient vorgenommen werden, indem durch die Greifer Löschmittel an die erwärmte Stelle gebracht oder der Müll an dieser Stelle herausgehoben wird.

[0017] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren weiter veranschaulicht. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung eines Müllbunkers;

Fig. 2

ein Schemabild eines erfindungsgemässen Systems;

Fig. 3

einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Infrarot-Kamera und

Fig. 4

eine Bildschirmdarstellung eines Wärmebildes.

[0018] Der in Figur 1 schematisch dargestellte Müllbunker 1 besitzt einen Boden 2, vier Seitenwände 3, 4, 5, 6 und eine Decke 7. Der ganze Boden 2 ist von Müll 8 bedeckt.

[0019] Die Oberfläche 9 des Mülls 8 ist dreidimensional, d.h. es liegt eine Berg-Tal-Topographie vor. Unterhalb der Decke 7 sind an einer Drehachse 10 in Abstand zueinander zwei parallel gerichtete Infrarot-Kameras 11, 12 angeordnet, die - wie durch die Linien 13 bis 18 veranschaulicht - beim Betätigen der Drehachse 10 die ganze Oberfläche 9 des Mülls 8 in einem vorgegebenen Takt überstreifen. Bei grossen Müllbunkern kann die Anordnung von mehreren Infrarot-Kamerapaaren erforderlich sein.

[0020] Das System 21 in Fig. 2 besitzt zwei auf der Drehachse 10 angeordnete Infrarot-Kameras 11, 12, die Drehachse 10 ist mit einem Antriebsmotor 22 verbunden. Der Antriebsmotor 22 ist, wie durch einen Pfeil angedeutet, in zwei Richtungen drehbar und mit einer Steuereinrichtung 23 verbunden. Die Steuereinrichtung 23 besitzt analoge und digitale Ein- und Ausgänge, eine speicherprogrammierbare Steuerung 24, eine Bedienungsstation 25 mit einem Eingabeelement 27 und einer Anzeige 26. Der Drehachse 10 ist ein Winkelgeber 28 zugeordnet, der mit der Steuereinrichtung 23 verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich um einen Absolut-Winkelgeber mit Digitalausgang und einer Minimal-Auflösung von 12 Bit oder mehr.

[0021] Die Steuereinrichtung ist über eine serielle Schnittstelle 29 mit einem Computer 31 verbunden. Dem Computer 31 sind ein Bildschirm 32, eine Bedienungstastatur 33 und ein Protokolldrucker 34 zugeordnet.

[0022] Der Antriebsmotor 22 wird vom Computer 31 über die Steuereinrichtung 23 angesteuert. Die Drehposition der Drehachse 10 wird vom Winkelgeber abgetastet und seine Signale werden, beispielsweise eines 12 Bit parallel Bus, der Steuereinrichtung 23 zugeleitet.

[0023] Die beiden Infrarot-Kameras 11, 12 werden über eine Speiseleitung 35a von der Steuereinrichtung 23 aus gespeist. Die Videosignale der Infrarot-Kamera 11, 12 werden über eine Videoleitung 35b dem Computer zugeführt. Hier werden sie digitalisiert und die Daten werden am Bildschirm 27 dargestellt bzw. vom Protokolldrucker 28 ausgedruckt.

[0024] Wird aufgrund des Wärmebildes, wobei eine hell/dunkel Unterscheidung von erwärmt/nicht-erwärmt genügt, der Infrarot-Kameras 11, 12 eine unerwünschte Erwärmung festgestellt, wird über die Steuereinrichtung 23 eine Warneinrichtung 36 aktiviert. Letztere kann sich beispielsweise im Führerstand von den Müllbunker 1 beladenden Kränen 43, 43' angeordnet sein. Mittels eines am selben Ort angeordneten und ebenfalls mit der Steuereinrichtung 23 verbundenen Bedienungselementes 37 kann vom Kranführer die Warnung quittiert weden. Die Dauer des Abtastens eines Bunkers bestimmt sich nach den Umständen des Einzelfalles.

[0025] Zur Kalibrierung der Raumkoordinaten des Müllbunkers 1 sind in letzterem, mindestens am Anfang des Betriebes des Systems 21, sechzehn Kalibrierelemente 38 mit beheizbarer Oberfläche angeordnet. Diese einzelnen Kalibrierelemente 38 sind über einen Feldkasten 39 mit Steckdosen 41 mit entsprechenden Ausgängen 42 der Steuereinrichtung 23 verbunden und individuell ansteuerbar.

[0026] Dem Greifer der im Müllbunker angeordneten zwei Kräne 43, 43' ist ein Längs- 44, 45, Quer- 46, 47 und Tiefengeber 48, 49 zugeordnet. Diese stellen die Position der Greifer fest und übermitteln die Daten der Steuereinrichtung 23.

[0027] Schliesslich ist im Müllbunker 1 ein durch die Steuereinrichtung 23 steuerbar beheizbares Testelement 51 angeordnet, mit der periodisch die Funktionsfähigkeit des Systems überprüft wird, indem durch Aufheizen des Testelementes 51 ein Prüfalarm ausgelöst wird. Diese Prüfalarme werden auch registriert und im Protokoll ausgedruckt.

[0028] Ausser den genannten Ausgängen besitzt die Steuereinrichtung 23 einen Ausgang 52 für eine weitere Alarmmeldung und einen Ausgang 53 für eine System-Störungsmeldung.

[0029] Bei Vorliegen einer Ereignismeldung, d.h. beim Feststellen einer Stelle erhöhter Temperatur, kann nach Auslösen des Alarms auf verschiedene Weise der Löschvorgang eingeleitet werden: Die Lösch- und Abkühlaktion kann automatisch mit einem örtlich gezielten Löschmitteleinsatz wie Sprinkeln erfolgen oder einer der Krangreifer wird manuell oder blind in Position gefahren, der dann Löschmittel an der heissen Stelle positioniert oder das heisse Material heraushebt.

[0030] Die Infrarot-Kamera 11 in Fig. 3 besitzt ein doppelwandiges Kameragehäuse 61, in der die eigentliche Wärmebildkamera 62 angeordnet ist. Die Wärmebildkamera 62 besitzt vorzugsweise einen Empfindlichkeitsbereich von 8 µm bis 12 µm und zeigt vorzugsweise Temperaturdifferenzen von ca. 2°C oder mehr an. Der Boden 63 der Infrarot-Kamera 11 ist teilweise von einem IR-durchlässigen Glasfenster 64 gebildet, z.B. aus Germaniumglas. Im oberen Teil des Kameragehäuses 61 ist ein Einlass 65 für Spühlluft und am Boden 63 sind Auslassöffnungen 66 für die Spühlluft angeordnet. An die Öffnungen 66 schliesst ein Tubus 67 aus porösem Sintermaterial an, durch den (wie durch Pfeile angedeutet) die Spühlluft die Infrarot-Kamera 11 verlässt und damit das Beschlagen des Glasfensters 64 verhindert. Die Wärmebildkamera 62 besitzt Anschlüsse 68, 69 sowohl für die Speisung als auch für die Übermittlung der Wärmebilder. Weiterhin befindet sich im oberen Teil des Kameragehäuses 61 ein Wassereinlass 71 für Kühlwasser. Die Wasserkühlung wird - erst bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur im Bereich von beispielsweise 50 bis 90°C - durch einen aussen am Kameragehäuse 61 angeordneten Temperaturfühler 72 aktiviert, indem er über ein Kapillarrohr 73 ein Ventil 74 in einem an dem unteren Teil des Kameragehäuses 61 angeordneten Wasserauslass 75 betätigt. Die Wasserkühlung der Infrarot-Kamera ist an einer unter Druck stehenden Wasserleitung, beispielsweise an die Stadtleitung oder jene der Sprinkelanlage, angeschlossen. Für das erfindungsgemässe System kann eine einfache Wärmebildkamera ohne Eigenkühlung, die kein eigentliches Wärmebild, sondern nur Wärmepunkte liefert, eingesetzt werden.

[0031] In Fig. 4 ist ein Ereignisbild 81 auf dem Computer 31 zugeordneten Bildschirm 32 dargestellt. Der obere Teil des Ereignisbildes zeigt zwei Kamerabilder 82, 83, auf denen eine Stelle erhöhter Temperatur, ein Brandherd im Müllbunker, als heller Fleck 84, 84' erscheint. Auf einem zweiten, mittleren Bild 85 ist die Position 86, 87 der Greifer der beiden Kräne und des Brandherdes 84 im Grundriss und in einem dritten unteren Bild 88 in Seitenansicht dargestellt. In der oberen rechten Bildschirmecke sind mit X, Y, Z die Koordinaten des Brandherdes angegeben.

[0032] Die Bildschirmdarstellung erleichtert die Arbeit des Bedienungspersonals und beschleunigt ein allfälliges Eingreifen.

Ansprüche

1. Brandüberwachungssystem (21) für Müllbunker (1), gekennzeichnet durch ein Infrarot-Kamerapaar (11, 12), das an einer mit einem steuerbaren Antriebsmittel (22) und mit einem Winkelgeber (28) verbundenen Drehachse (10) angeordnet ist, einen Rechner (31) zur Digitalisierung der vom Infrarot-Kamerapaar ermittelten Wärmebilder und zur Berechnung der Raumkoordinaten von heissen Stellen im Müllbunker (1) aufgrund der vom Infrarot-Kamerapaar ermittelten digitalisierten Wärmebilder und der vom Winkelgeber (28) gelieferten Daten.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein innerhalb des Müllbunkers (1) anzuordnendes Testelement (51) mit einer gesteuert beheizbaren Oberfläche zur periodischen Funktionsprüfung des Systems.

3. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere innerhalb des Müllbunkers (1) entfernbar und in Abstand zueinander anzuordnende beheizbare Kalibrierelemente (38) zur Kalibrierung der Raumkoordinaten des Müllbunkers.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bildschirm (32) zum Anzeigen der vom Infrarot-Kamerapaar ermittelten und digitalisierten Wärmebilder, gegebenenfalls zusammen mit deren Koordinaten.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Alarmeinrichtung zum Auslösen eines Alarms beim Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur an einer oder mehreren Stellen innerhalb des Müllbunkers (1).

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten im Zusammenhang mit einem Alarm.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (44-49) zur Erfassung der Position der Greifer von im Müllbunker (1) eingesetzten Kränen (43, 43').

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Infrarot-Kamerapaar mit zwei in je einem doppelwandigen Gehäuse (61) angeordneten Wärmebildkameras (62) und am Gehäuse angeordneten Ein- und Auslassöffnungen (65, 66) für Spühlluft.

9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Ein- und Auslass (71, 75) für Kühlwasser am Gehäuse (61), wobei der Auslass für Kühlwasser mit einem temperaturgeführten Ventil (74) versehen ist, das bei einer vorbestimmten Temperaturerhöhung von der Geschlossen- in die Offenstellung übergeführt wird.

10. Verfahren zur Brandüberwachung in einem Müllbunker unter Verwendung des Brandüberwachungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Infrarot-Kamerapaar (11, 12), das an einer mit einem steuerbaren Antriebsmittel (22) und mit einem Winkelgeber (28) verbundenen Drehachse (10) angeordnet ist, Wärmebilder ermittelt und digitalisiert werden und die Raumkoordinaten der heissen Stellen aufgrund der digitalisierten Wärmebilder und der vom Winkelgeber gelieferten Daten berechnet und an ein zweites System übermittelt werden, das aufgrund der übermittelten Raumkoordinaten automatisch einen gezielten Löschvorgang auslöst.

Claims

1. Fire control system (21) for solid-waste bins (1), characterized by a pair of infrared cameras (11, 12) which is arranged on a rotary shaft (10) linked to a controllable drive means (22) and an angle sensor (28), and further characterized by a computer (31) for digitizing the thermal images detected by the pair of infrared cameras and for calculating the spatial co-ordinates of hot spots in the solid-waste bin (1) on the basis of the digitized thermal images detected by the pair of infrared cameras and of the data supplied by the angle sensor (28).

2. System according to Claim 1, characterized by a test element (51) to be fitted within the solid-waste bin (1) and having a surface which can be heated in a controlled manner for periodical functional tests of the system.

3. System according to either one of the preceding claims, characterized by a plurality of heatable calibration elements (38) to be removably fitted at a distance from one another within the solid-waste bin (1), for calibrating the spatial co-ordinates of the solid-waste bin.

4. System according to any one of the preceding claims, characterized by a monitor (32) for displaying the thermal images detected and digitized by the pair of infrared cameras, said display optionally including the co-ordinates of the images.

5. System according to any one of the preceding claims, characterized by an alarm device for triggering an alarm when a predefined temperature is exceeded at one or more points within the solid-waste bin (1).

6. System according to any one of the preceding claims, which comprises a storage device for storing data in connection with an alarm.

7. System according to any one of the preceding claims, characterized by means (44-49) for detecting the position of the grabs of cranes (43, 43') used in the solid-waste bin (1).

8. System according to any one of the preceding claims, characterized by a pair of infrared cameras comprising two thermal-image cameras (62), each accommodated in a double-walled housing (61) and purge air inlet and outlet ports (65, 66) disposed on the housing.

9. System according to Claim 8, characterized by a cooling water inlet and outlet (71, 75) at the housing (61), the cooling water outlet being provided with a temperature-controlled valve (74) which, in the event of a predefined temperature increase, is moved from the closed into the open position.

10. Method for fire control in a solid-waste bin employing the fire control system according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that a pair of infrared cameras (11, 12) which is arranged on a rotary shaft (10) linked to a controllable drive means (22) and an angle sensor (28), detects thermal images and ditigizes them, and the spatial co-ordinates of the hot spots are calculated on the basis of the digitized thermal images and of the data supplied by the angle sensor, and are relayed to a second system which, on the basis of the relayed spatial co-ordinates, automatically triggers a selective fire-extinguishing operation.

Revendications

1. Système de surveillance d'incendie (21) pour une trémie à ordures (1), caractérisé par une paire de caméras à infrarouge (11, 12) qui est disposée sur un axe de rotation (11) relié à un moyen d'entraînement (22) pouvant être commandé et à un générateur d'angle (28), à un ordinateur (31) destiné à numériser les images thermiques obtenues de la paire de caméras à infrarouge et à calculer les coordonnées spatiales des points chauds dans la trémie à ordures (1), en se basant sur les images thermiques numérisées obtenues par la paire de caméras à infrarouge et les données fournies par le générateur d'angle (28).

2. Système selon la revendication 1, caractérisé par un élément de test (51) disposé à l'intérieur de la trémie à ordures (1), avec une surface pouvant être chauffée de façon commandée, pour effectuer un contrôle périodique de fonctionnement du système.

3. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par plusieurs éléments d'étalonnage (38) chauffables, disposés à l'intérieur de la trémie à ordures (1) d'une façon permettant un enlèvement et de façon mutuellement espacés, pour étalonner les coordonnées spatiales de la trémie à ordures.

4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un écran (32) destiné à l'affichage des images thermiques obtenues de la paire de caméras à infrarouge et numérisées, le cas échéant conjointement avec leurs coordonnées.

5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif d'alarme destiné à déclencher une alarme en cas de dépassement d'une température prédéterminée en un ou plusieurs points intérieurs à la trémie à ordures (1).

6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif de mémorisation destiné à mémoriser des données en rapport avec une alarme.

7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par des moyens (44-49) pour identifier la position des grappins de grue (43, 43') utilisés dans la trémie à ordures (1).

8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par une paire de caméras à infrarouges avec deux caméras à images thermiques (62) disposées chacune dans un boîtier (61) à double paroi et des ouvertures d'entrée et d'évacuation (65, 66) ménagées dans le boîtier pour l'air de balayage.

9. Système selon la revendication 8, caractérisé par une admission et une évacuation (61, 75) pour l'eau de refroidissement sur le boîtier (61), l'évacuation de l'eau de refroidissement étant dotée d'une valve (74) commandée thermiquement qui, en cas d'augmentation prédéterminée de la température, est passée de la position de fermeture à la position d'ouverture.

10. Procédé de surveillance d'incendie dans une trémie à ordures, avec utilisation du système de surveillance d'incendie selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moyen d'une paire de caméras à infrarouge (11, 12), qui est disposée sur un axe de rotation (10) relié à un moyen d'entraînement (22) pouvant être commandé et à un générateur d'angle (28), on obtient des images thermiques et on les numérise, et les coordonnées spatiales des points chauds sont calculées, en se basant sur les images thermiques numérisées et les données fournies par le générateur d'angle, et transmises à un deuxième système qui, en se basant sur les coordonnées spatiales déterminées, déclenche automatiquement un processus d'extinction effectué de manière ciblée.

Zeichnung