DE19850564A1 - Verfahren und Einrichtung zur Branderkennung mit Gassensoren - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Branderkennung mit GassensorenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Branderkennung von offenen und verdeckten Bränden mittels elektrochemischer Gassensoren. DOLLAR A Bekannte Branderkennungssysteme, welche nach dem Prinzip der Gassensortechnik arbeiten, verwenden spezielle Halbleiterbauelemente zur Detektion von Gasen, bei denen aber mit einer hohen Querempfindlichkeit gegenüber Störgasen und Feuchtigkeit gerechnet werden muß. DOLLAR A Diese Nachteile lassen sich durch den Einsatz speziell ausgestalteter elektrochemischer Gassensoren unterschiedlicher Bauart vermeiden. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten elektrochemischen Gassensoren detektieren auch unterschiedliche, die Brandentstehung kennzeichnende Gasarten und können in einer bevorzugten Ausführungsform gemeinsam mit anderen Sensortypen (Ionisationsrauchmelder, Flammenmelder) in einen Brandmelder integriert sein. DOLLAR A Mir einer entsprechend logischen Auswertung der verschiedenen Sensorsignale lassen sich genaue Informationen über den Brandverlauf erzielen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Früherkennung
und zur komplexen Bewertung von Bränden, wie offene und verdeckte Feuer
oder Schwelbrände, insbesondere auch von schüttförmigen oder anderweitig
gelagertem Gut, schon in ihrer Entstehungsphase.
In Gebäuden, öffentlichen Einrichtungen, industriellen Anlagen und
Lagerhallen, aber auch in privaten Haushalten entstehen jährlich
Millionenschäden durch den Ausbruch von Bränden. Solche Brände werden
häufig durch Unachtsamkeit von Personen, Nachlässigkeit im Umgang mit
brennbaren Stoffen oder technische Defekte, wie schadhafte elektrische
Leitungen verursacht.
Treffen dabei Zündinitiale, wie glimmende Partikel oder Funkenflug auf
brennbare Stoffe, führt dies oft zu Entzündungen weiteren brennbaren
Materials in deren Umgebung.
Glimmbrände entstehen meist an einer Stelle oder sind bei mehreren
Zündinitialen über mehrere Stellen verstreut.
In der Regel ist dann ein längerer Zeitraum erforderlich, um aus einem
Schwel- oder Glimmbrand ein offenes Feuer entstehen zu lassen.
Mit den klassischen Brandmeldesystemen auf der Basis von Flammen- oder
Rauchmeldern werden solche Glimmbrände in ihrer Entstehungsphase nicht
erkannt.
Erst durch das Auftreten von Flammen oder Rauch sprechen mit diesen
Sensorsystemen ausgestattete Brandmelder an und können eine
Alarmierung auslösen und eine Löschanlage aktivieren.
Es geht wertvolle Zeit verloren, die bei einer Früherkennung eines Brandes
zur Brandbekämpfung und Personenrettung vorteilhaft genutzt werden
könnte, wobei bei einer frühzeitigen Brandbekämpfung auch mit erheblich
geringeren Sachschäden zu rechnen ist.
Es ist allgemein bekannt, daß die ersten Anzeichen für die Entstehung eines
Brandes, häufig in der Emission von Gasen, insbesondere von
stoffabhängigen Schwelgasen, bestehen.
Während dieses Pyrolyseprozesses in einem Schwelbrand werden
materialspezifische, gasförmige Produkte in unterschiedlichen
Konzentrationen freigesetzt.
Hierzu zählen Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4) sowie
längerkettige gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe und
Schwefelverbindungen.
Im Verlauf der weiteren Brandentwicklung und mit zunehmender Temperatur
erhöht sich die Emission von Produkten der vollständigen Verbrennung, wie
CO2 und H2O.
Die in der Entstehungsphase eines Brandes vorerst in geringen
Konzentrationen auftretenden Gase werden durch die Verwendung
geeigneter Gassensorik frühzeitig detektiert. Dadurch werden Personen
schnell alarmiert, und es werden geeignete Brandbekämpfungsmittel
eingesetzt.
Eine Verwendung von Gassensoren zum Aufspühren von Bränden,
insbesondere verdeckten Schwelbränden, ist aus der Patentliteratur
bekannt.
So wird in der EP 0 608 483 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur
Ermittlung von Brand- und Explosionsgefahren von offenen oder verdeckten
Bränden offenbart, bei dem die Gasentwicklung von Stoffen durch
mindestens zwei durch ihr prinzipielles Widerstandsverhalten unterschiedlich
auf Gase reagierende Halbleiter-Gassensoren ermittelt und ausgewertet
wird, wobei vorzugsweise SnO2-Sensoren Verwendung finden.
Das unterschiedliche Widerstandsverhalten der Sensoren soll durch
unterschiedliche Betriebstemperaturen unterstützt und durch Ausnutzung
unterschiedlicher physikalischer Vorgänge erreicht werden.
Verschiedene, eine Gefahrensituation kennzeichnende Gase werden durch
mehrere Halbleiter-VViderstandssensoren mit prinzipiell unterschiedlichen
Widerstandseigenschaften detektiert.
Bei Auftreten einer Gefahrensituation durch Gasbildung erfolgt eine
Alarmauslösung in den Fällen, in denen die Meßwerte der Sensoren einen
kritischen Wertebereich
überschreiten oder vorher gespeicherte kritische Muster detektiert werden.
Im Mittelpunkt dieser bekannten Erfindung steht eine frühzeitige Detektion
von Gasen durch Halbleiter-Gassensoren, insbesondere für die
Branderkennung in staubbelasteten Räumen.
Bisher bekannt gewordene Anwendungen von Halbleitersensoren zur
Gasdetektion bei Schwelbränden haben aber den Nachteil, daß Feuchtigkeit
in unterschiedlichen Konzentrationen und eine hohe Querempfindlichkeit von
Störgasen einen wesentlichen Einfluß auf die Zuverlässigkeit der
Meßergebnisse ausüben und nicht mit einer gleichbleibenden
Empfindlichkeit gerechnet werden kann. Außerdem ist die Anzahl der mittels
Halbleiter-Sensoren detektierbaren Gasarten recht begrenzt.
Halbleiter-Sensoren haben eine sehr hohe Leistungsaufnahme, um die bis
zu mehreren 100°C Betriebstemperatur zu erreichen.
Zudem wird die Katalysatorschicht von Halbleiter-Sensoren durch Auftreten
einiger Stoffe, wie Silikone, Blei, Phosphate und schwefelhaltige
Verbindungen zersetzt, so daß die Funktion nicht mehr gewährleistet ist.
Andere Verbindungen, wie Schwefelwasserstoff und halogenierte
Kohlenwasserstoffe werden vom Katalysator der Halbleiter-Sensoren
absorbiert und führen zu einer erheblichen Empfindlichkeitsreduzierung.
Die in vielen Bereichen von Industrie, Haushalten und öffentlichen
Einrichtungen bestehenden Brandgefährdungen sind unterschiedlichster Art
und machen ein flexibles, der Art der Gefährdung angepaßtes sensorisches
Konzept erforderlich.
Die Ermittlung der brandspezifischen Gase, Gaskonzentrationen und deren
zeitlicher Verlauf ist für ein Frühwarnsystem im Brandschutz von großer
Bedeutung.
In der Entstehungsphase eines Brandes schnell freiwerdende Pyrolysegase
sind oft schon in geringen Konzentrationen toxisch und bilden eine primäre
Gefahr für Mensch und Tier.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, welche eine frühzeitige und
selektive Detektion der die Brandentstehung kennzeichnenden Gase erlaubt
und deren Einsatz in der Umgebung verschiedenster Stoffe und/oder
Gefährdungsbereiche zuverlässige Gaskonzentrations-Meßwerte liefert.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten
Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
angegeben.
Die von einem entstehenden Brand ausgehenden und den Brandverlauf
kennzeichnenden Gase (Pyrolysegase) werden von einem oder mehreren
Brandmeldern mit einem oder mehreren elektrochemischen Gassensoren
detektiert, wobei mehrere elektrochemische Gassensoren gleicher oder
unterschiedlicher Bauart zur Detektion gleicher oder unterschiedlicher
Gasarten verwendet werden.
Auch durch verschiedene geeignete Ansteuerungen der elektrochemischen
Sensoren lassen sich unterschiedliche Gasarten in bestimmten Grenzen
detektieren.
Elektrochemische Gassensoren erfassen gasförmige Stoffe dann, wenn sie
in einer elektrochemischen Zelle Reaktionen eingehen oder in der Zelle
ablaufende Reaktionen beeinflussen.
Elektrochemische Zellen bestehen aus mindestens zwei elektrochemischen
Halbzellen. Eine Halbzelle besteht wiederum aus einem Elektrolyt und einer
Elektrode.
Die Messung toxischer Gase erfolgt in sogenannten Dreielektroden-
Systemen, mit einer Arbeits-Referenz- und Gegenelektrode, welche durch
einen Elektrolyten leitend miteinander verbunden sind.
So gelangt ein zu detektierendes Gas beispielsweise durch eine hydrophobe
Diffussionskapillare von der Arbeitselektrode aus in den Elektrolyten.
Die Elektrode besitzt eine gasspezifische elektrokatalytische Schicht.
Sind Spuren des zu detektierenden Gases vorhanden, kommt es zu einer
Dreiphasen-Reaktion, bei der die Gaskomponente umgesetzt wird.
An der Gegenelektrode der Zelle findet die entsprechende Gegenreaktion
statt.
Durch Variation der elektrokatalytischen Schicht der Elektrode läßt sich die
geeignete Selektivität zur Detektion unterschiedlicher Gasarten erzielen.
Die in der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendeten Brandmelder nutzen
ein oder mehrere unterschiedliche elektrochemische Sensoren (Meßzellen)
zur Bestimmung toxischer Gase und Sauerstoff.
Dazu sind ein oder mehrere gleiche oder unterschiedliche elektrochemische
Gassensoren in einen Brandmelder integriert und mit einem Mikrocontroller
zur Auswertung der Sensorsignale verbunden.
Brandmelder mit elektrochemischen Sensoren sind in der Lage, selbst
geringste Gaskonzentrationen bis in den ppm-Bereich selektiv zu
detektieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der zusätzlichen
Anordnung eines oder mehrerer Halbleiter-Gassensoren zur
Branderkennung. Diese können gemeinsam mit den elektrochemischen
Sensoren in einen Brandmelder integriert oder auch separat angeordnet
sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der
zusätzlichen Anordnung eines oder mehrerer Temperatursensoren, welche
ebenfalls in den Brandmelder integriert oder in seiner unmittelbarer Nähe
angeordnet sein können.
Mit Hilfe der in der unmittelbaren Umgebung des Brandmelders ermittelten
Temperaturwerte und einer in dessen Mikrocontroller oder einer externen
zentralen Recheneinheit implementierten intelligenten Steuerlogik (Software)
lassen sich Temperatureinflüsse auf den oder die elektrochemischen
Sensoren des Brandmelders kompensieren.
Neben der Detektion von den die Brandentstehung kennzeichnenden Gasen
durch Brandmelder mit elektrochemischen Sensoren fällt auch die
Bestimmung und Auswertung weiterer Brandkenngrößen in den Bereich der
Erfindung.
Die zusätzliche Anordnung geeigneter Sensoren, wie Ionisations- und
Streulicht- bzw. Durchlichtrauchsensoren, Temperatursensoren oder
Strahlungssensoren für IR- oder UV-Strahlung ermöglicht es, weitere
Brandkenngrößen zeitnah zu ermitteln und ebenfalls datentechnisch
zu verarbeiten. Dabei ist es gleichgültig, ob diese Sensoren gemeinsam mit
den elektrochemischen Sensoren in die Brandmelder integriert (Sensorarray)
oder ob sie getrennt angeordnet sind.
Durch die Detektion eines oder mehrerer die Brandentstehung
kennzeichnende Gaskomponenten mittels elektrochemischer Sensoren über
eine bestimmte, variabel einstellbare Zeitspanne lassen sich Störgrößen aus
Industrieumgebungen, wie beispielsweise durch Ausgasen von Stoffen oder
im häuslichen Bereich durch Rauchen oder Kochen weitestgehend
kompensieren.
Die von den elektrochemischen - und den anderen Sensorelementen
detektierten Brandkenngrößen werden digitalisiert und in einem Speicher
abgelegt.
Speicher und Auswerteschaltung (Mikrocontroller oder Mikroprozessor)
können sich sowohl im Brandmelder befinden und/oder auch in der
Rechnereinheit einer Brandmelderzentrale angeordnet sein.
Mit den in einem oder mehreren Speichern abgelegten Daten läßt sich der
Verlauf der Sensorsignale verfolgen und eine automatisierte
Nullpunktnachführung oder Empfindlichkeitsanpassung implementieren.
Über die zeitliche Betrachtung des Konzentrationsverlaufs eines oder
mehrerer Gase und deren Ableitung sowie auch die zeitliche Betrachtung
der Rauchaerosoldichte und des Temperaturanstieges und deren Vergleich
mit den vorher in Brandversuchen erstellten Mustertabellen oder
Algorithmen, ist eine sichere Identifizierung eines Brandes kurzfristig
möglich.
Die Datenverarbeitung der Gesamtheit aller ermittelter Brandkenngrößen
und der Konzentrationsverläufe der Gase vermittelt dann ein umfassendes
Bild des aktuellen Brandverlaufs.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, durch die
Auswahl geeigneter Sensoren in Verbindung mit einer Rechnereinheit einen
Brandmelder aufzubauen, welcher frühzeitig alarmiert und wertvolle
Informationen zur Art und zum Zustand des Brandes weiterleitet.
Dabei sind die Brandmelder mit entsprechenden Anzeigemitteln zur Anzeige
der gemessenen Gaskonzentration ausgestattet.
Vorzugsweise können hier LC-Displays zur Anwendung kommen.
Bei Integration weiterer Sensortypen lassen sich neben Gaskonzentrationen
weiterer Gase auch andere Brandkenngrößen mit dem Display des
Brandmelders anzeigen. Dazu sind entsprechende Auswahlmittel
vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die gezielte Einleitung von
Gegenmaßnamen, wie z. B. den Einsatz eines für das Brandgut effektiven
Löschmittels oder die Warnung von Personen im Gefahrenbereich vor der
toxischen Belastung von identifizierten Brandgasen.
Im Gegensatz zu elektrochemischen Brandmeldern neigen nach dem
Streulichtprinzip arbeitende Brandmelder aufgrund von Verschmutzungen
der Meßkammer zu Fehlalarmen.
Ionisationsmelder haben eine sehr hohe Empfindlichkeit und reagieren auf
sichtbare und unsichtbare Aerosole, so daß es auch hier zu Fehlalarmen
kommen kann.
Durch eine Verknüpfung mit einem oder mehreren geeigneten Gassensoren,
kann die Empfindlichkeit der auf Rauch ansprechenden Sensoren gesteuert
und die Fehlalarm-Rate gesenkt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die
Verknüpfung und Auswertung der verschiedenen Sensorsignale und die
Ermittlung des Gefahrengrades mit einem Expertensystem und/oder einer
Fuzzilogik. Das Expertensystem oder die Fuzzilogik sind softwaremäßig in
den Mikrocontroller des Brandmelders oder eine zentrale/dezentrale
Rechnereinheit implementiert.
Die Erfindung soll nun anhand einer Zeichnung in einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Branderkennung mit einem Brandmelder.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung zur Branderkennung
besteht im wesentlichen aus einem oder auch mehreren Brandmeldern 8,
welche mit einem oder mehreren Sensoren 1-5, einem Mikrocontroller 6
und einem Datenspeicher 7 ausgestattet sind, wobei mindestens ein Sensor
eines Brandmelders als elektrochemischer Gassensor ausgebildet ist.
Der in den Brandmelder 8 integrierte elektrochemische Gassensor 1 ist zur
Detektion von Kohlenmonoxid (CO) ausgelegt und umfaßt einen Meßbereich
von ca. 300 ppm mit einer Auflösung von 0,5 ppm. Ein zweiter, in den
Brandmelder 8 integrierter elektrochemischer Gassensor 2 dient zur
Detektion von Cyanwasserstoff (HCN) mit einem Meßbereich von 50 ppm
und einer Auflösung von 0,5 ppm. Er wird speziell zur Erkennung der
Toxizität bei Kunststoffbränden verwendet.
Mit einem Halbleiter-Gassensor 3 lassen sich besonders gut brennbare Gas-
Luft-Gemische und Kohlenwasserstoffe (CxHy) nachweisen. Wegen der sehr
geringen Nachweisgrenze sind Halbleiter-Gassensoren hervorragend für den
Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen geeignet.
Ebenfalls in den Brandmelder 8 sind ein Temperatursensor 4 und ein
Rauchgas- und/oder Strahlungssensor 5 integriert.
Der Temperatursensor 4 dient einerseits der Kompensation des
Temperaturverhaltens der anderen Sensoren 1 bis 3 und liefert andererseits
Temperaturmeßwerte vom aktuellen Brandgeschehen.
Der Rauchgas- und/oder Strahlungssensor 5 liefert besonders in einer
fortgeschritteneren Brandphase zusätzliche wertvolle Informationen zum
Brandgeschehen.
Die Sensoren 1 bis 5 sind über einen A/D-Wandler mit einem Mikrocontroller
6 und einem Datenspeicher 7 verbunden.
Der Brandmelder 8 ist entweder selbst mit einem Display 10 zur Anzeige von
Brandkenngrößen oder anderen, den Brand betreffenden Informationen,
ausgestattet oder diese werden über eine Brandmelderzentrale 9 zur
Anzeige gebracht.
Die nicht dargestellte Löschanlage ist zentral über die Brandmelderzentrale
9 oder direkt mit den Brandmeldern 8 einer Brandmeldelinie verbunden.
Die Verbindung zwischen den im Überwachungsbereich installierten
Brandmeldern 8 und der Brandmelderzentrale 9 erfolgt hier in 2-
Leitertechnik.
Meßdaten werden kontinuierlich mittels einer standardisierten 4 bis 20 mA-
Schnittstelle übertragen. Alternativ können bis zu hundert Brandmelder 8 an
einer Brandmeldelinie betrieben werden.
Die Brandmelder 8 verfügen über umfangreiche Sicherheitsfunktionen, wie
Sensorkontrolle, Spannungs- und Programmablaufüberwachung. Die
Sensorkalibrierung erfolgt über ein Zusatzgerät als menügeführte Einmann-
Kalibrierung oder es erfolgt eine automatische, elektronische Kalibrierung.
Der Brandmelder 8 wird entweder für Innenbereiche in einem Kunststoff-
Deckengehäuse oder in einem robusten Industriegehäuse, das auch für den
Außeneinsatz geeignet ist, untergebracht.
Die Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Branderkennung
wirken verfahrensmäßig wie folgt zusammen.
Im Brandfall bilden sich zuerst Gase (Pyrolysegase, Schwelgase) der
entzündeten Stoffe. Dies geschieht lange, bevor Rauchaerosole auftreten
oder eine Temperaturerhöhung mittels Temperatursensor 4 detektiert
werden kann.
Zudem haben diese Gase Molekülstruktur und breiten sich aufgrund ihrer im
Verhältnis zu Rauchaerosolen sehr geringen Masse wesentlich schneller im
Raumvolumen aus.
Das in dieser Entstehungsphase des Brandes meist zuerst auftretende
Kohlenmonoxid wird von dem elektrochemischen Gassensor 1 daher
frühzeitig detektiert.
Über den Analog-Digitalwandler werden kontinuierlich oder in einstellbaren
Zeitintervallen die Sensorsignale der Sensoren 1 bis 5 aufgenommen, von
dem Mikrocontroller 6 ausgewertet und in den Datenspeicher 7 geschrieben.
Anhand der Daten im Datenspeicher 7 können sich langsam verändernde
Sensorsignale, die nicht von einem Brand hervorgerufen werden, sondern
beispielsweise durch Sensoralterung oder Umgebungseinflüsse verursacht
werden, kompensiert werden.
Die in der Umgebung des Brandmelders 8 mittels des elektrochemischen
Gassensors 1 ermittelte Kohlenmonoxidkonzentration führt bei Überschreiten
eines vorher festgelegten Grenzwertes bzw. bei Überschreiten einer
Konzentrationsanstiegsgeschwindigkeit zur Auslösung eines Alarms.
Grenzwerte und Konzentrationsanstiegsgeschwindigkeiten werden
entsprechend den örtlichen Gegebenheiten des Überwachungsbereichs und
der Art der Brandgefährdung bestimmt und im Datenspeicher 7 des
Mikrocontrollers 6 abgelegt.
Der Alarm wird an die Brandmelderzentrale 9 weitergeleitet, ausgewertet und
angezeigt. Je nach Implementierung und Auslegung des oder der
Alarmprogramme in der Rechnereinheit der Brandmelderzentrale 9 wird die
nicht dargestellte Löschanlage sofort oder nach Auswertung weiterer
Brandmelderdaten aktiviert.
Vor Aktivierung der Löschanlage können auch akustische und/oder optische
Warnmeldungen abgegeben werden. Gefährdete Personen im
Überwachungsbereich erhalten dadurch die Möglichkeit, sich rechtzeitig aus
der Gefahrenzone zu entfernen.
Mit der erfindungsgemäßen Kombination von elektrochemischen
Gassensoren verschiedener Bauart 1, 2 und/oder mit einem nach einem
anderen (3) Meßprinzip arbeitenden Gassensor 3 können weitere
Informationen über den Brand und dessen Umgebungsbedingungen ermittelt
werden, wie beispielsweise der Temperaturverlauf, die Rauchentwicklung
und der Konzentrationsanstieg giftiger Gase.
So wird der bei der Verbrennung von Kunststoffen freigesetzte
Cyanwasserstoff durch den elektrochemischen Gassensor 2 detektiert und
dessen Konzentrationsverlauf mit Hilfe des Mikrocontrollers 6 oder in der
Brandmelderzentrale 9 ausgewertet.
Bei der weiteren Brandentwicklung und zunehmender Temperatur erhöht
sich die Emission von Produkten der vollständigen Verbrennung, wie CO2
und H2O.
Derartige Verbrennungsprodukte und/oder der Konzentrationsanstieg
brennbarer Gase, insbesondere Kohlenwasserstoffe, werden zuverlässig
durch den oder die in den Brandmelder integrierten Halbleiter-Gassensoren
3 detektiert.
Die Detektion weiterer Gasarten und deren zeitlicher Konzentrationsverlauf
liefern wertvolle Informationen über die Brandart und die Brandentwicklung,
so daß eine intelligente Auswertung der Gassensorsignale für die Auswahl
eines für die Brandbekämpfung geeigneten Löschmittels oder anderer
selektiver Brandbekämpfungsmaßnahmen verwendet werden kann.
Das Signal des Temperatursensors 4 übermittelt den aktuellen
Temperaturverlauf im Erfassungsbereich des Brandmelders 8 und wird zur
Kompensation des Temperatureinflusses auf die Gassensoren 1 bis 3
herangezogen.
Eine Integration von Rauchgassensoren 5 (Ionisationsrauchsensoren)
und/oder Strahlungssensoren 5 (optische Strahlungssensoren, IR, UV) in
den Brandmelder 8 liefert weitere Informationen zur Brandentwicklung,
insbesondere in einer fortgeschritteneren Phase der Brandentwicklung.
Der Mikrocontroller 6 verarbeitet im wesentlichen alle von den Sensoren 1
bis 5 kommenden Signale, insbesondere auch die Sensorsignale zu den
herkömmlichen Brandkenngrößen, wie Wärme (4), Rauch (5) sowie Infrarot-
und Ultraviolettstrahlung (5) und verknüpft diese zu einer komplexen
Zustandsfunktion der Brandentwicklung.
Die intelligente Auswertung der aus mehreren Quellen stammenden
Sensordaten ermöglichen eine zuverlässigere Erkennung und Kompensation
von Störgrößen, die eine Brandentstehung vortäuschen können, so daß
Fehlalarme weitestgehend ausgeschlossen werden.
Dadurch wird eine frühzeitige und sichere Ansteuerung der Löschanlage
möglich.
Eine weitere Aufgabe des Mikrocontrollers 6 besteht in der Überwachung,
Einstellung und Kalibrierung der Sensoren 1 bis 5 und deren Beschaltung.
Die entsprechenden Werte werden ebenfalls im Datenspeicher 7 abgelegt.
Die Ansteuerung des LC-Displays des Brandmelders 8 und/oder einer
dezentralen oder zentralen Anzeigeeinrichtung 10 sowie Warnmeldungen an
die Brandmelderzentrale 9 zur Verbesserung des Personenschutzes,
erfolgen ebenfalls durch den Mikrocontroller 6. Der Mikrocontroller 6 kann
dabei auch als eine programmierbare logische Anordnung oder als
Mikroprozessor ausgebildet sein.
Es fällt auch in den Bereich der Erfindung, die verschiedenen Sensoren 1 bis
5 nicht in einen Brandmelder 8 zu integrieren, sondern getrennt voneinander
anzuordnen.
Die Signalspeicherung und Auswertung erfolgt dann in einer
Brandmelderzentrale oder in dezentralen Einrichtungen.
Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen in der Möglichkeit einer
frühzeitigen Branderkennung, was in der Regel zu einer Verminderung der
Brand- und Löschmittelschäden von Sachwerten führt und Gefahren von
Personen abwendet.
Die verwendeten Brandmelder auf der Basis elektrochemischer Sensoren
und die zusätzliche Anordnung weiterer, nach verschiedenen Meßprinzipien
arbeitender Sensoren sowie deren gemeinsame Signalauswertung und
intelligente Verarbeitung erlauben nicht nur die Auswahl geeigneter
Löschmittel, sondern liefern auch Informationen zu den Eigenschaften der
brennenden Stoffe, wie die Gaskonzentrationen verschiedener Gase usw. In
Kombination mit einer Fuzzilogik und entprechenden Datenbanken stehen
weitere Informationen, wie beispielsweise der empfohlene Schutzmaskentyp
oder die zu erwartende Wärmeentwicklung für den Einsatz der Feuerwehr
zur Verfügung.
Die Erfindung erlaubt eine genauere Beurteilung des aktuellen
Brandgeschehens.
1
Elektrochemischer Gassensor für CO-Detektion
2
Elektrochemischer Gassensor für HCN-Detektion
3
Halbleiter-Gassensor für Cx Hy-Detektion (Detektion brennbarer
Gase)
4
Temperatursensor
5
Rauchgassensor/Strahlungssensor (Ionisations-, Streulichtsensor/
optischer Strahlungssensor)
6
Mikrocontroller/Mikroprozessor
7
Datenspeicher
8
Brandmelder
9
Brandmelderzentrale (Löschanlage)
10
Display, Anzeigeeinrichtung von Brandkenngrößen, Informationen
zum Brand und Warnmeldungen
Claims (15)
1. Verfahren zum Erkennen von offenen oder verdeckten Bränden oder
Brandnestern in Industrieanlagen, öffentlichen Einrichtungen sowie im
häuslichen Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß
die von einem entstehenden Brand ausgehenden und den Brandverlauf
kennzeichnenden Gase von einem oder mehreren Brandmeldern (8)
mit einem oder mehreren elektrochemischen Gassensoren (1, 2)
detektiert werden, wobei mehrere elektrochemische Gassensoren (1, 2)
gleicher oder unterschiedlicher Bauart zur Detektion gleicher oder
unterschiedlicher Gasarten verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
die Brandentstehung und den Brandverlauf kennzeichnende
unterschiedliche Gasarten mit Hilfe von auf unterschiedlichen
Meßprinzipien beruhenden Gassensoren, insbesondere
elektrochemischen- und Halbleiter-Gassensoren (3) detektiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperatureinflüsse auf den oder die Gassensoren (1, 2, 3) durch
Temperaturmessungen eines in unmittelbarer Nähe der Gassensoren
angebrachten Temperatursensors (4) auskompensiert werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zur Messung brandstoffspezifischer Gaskonzentrationen
auch weitere, die Brandentstehung und den Brandverlauf
charakterisierende Brandkenngrößen gemessen und ausgewertet
werden, insbesondere die Rauchentwicklung, der Temperaturverlauf
und die Strahlungswerte, insbesondere aus dem Infrarot- und dem
Ultraviolettbereich.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine oder mehrere die Entstehungsphase und/oder den Verlauf eines
Brandes kennzeichnende Gaskomponenten über eine Zeitspanne (t)
detektiert, digitalisiert und gespeichert werden, wobei die Speicherung
und Verarbeitung der Signale in einem oder mehreren Brandmeldern
(8), welche über mindesten einen Mikrocontroller (6) mit
Speichereinheit (7) verfügen und/oder mit einer dezentralen oder
zentralen Rechnereinheit verbunden sind, erfolgt und die
Gefahrensituation in Abhängigkeit von der Gaskonzentration und von
dem zeitlichen Anstieg der Gaskonzentration ermittelt und ausgewertet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hintergrundkonzentration der für die Brandentstehung und den
Brandverlauf typischen Gase in voreinstellbaren zeitlichen Abständen
erfaßt und die Empfindlichkeit der Gassensoren (1, 2, 3) entsprechend
nachgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswertung aller Sensorsignale durch eine elektronische
Rechnereinheit erfolgt, welche insbesondere auch in einem oder
mehreren Brandmeldern (8) oder zentral oder dezentral angeordnet ist
und für die Ermittlung des Gefahrengrades eine brandtypische
Verknüpfung der Sensorsignale mit einem Expertensystem (9)
und/oder einer Fuzzilogikauswertung und/oder durch Vergleich mit
Mustertabellen oder gespeicherten Algorithmen erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die über den Brand ermittelten und ausgewerteten Informationen
und/oder Brandkenngrößen, wie Brandart, den Brand kennzeichnende
Gasarten, Art der in Brand geratenen Stoffe und zusätzliche Hinweise
zur Löschmittelauswahl und/oder zu bestehenden
Personengefährdungen usw. an eine ständig besetzte Stelle, wie die
Leitstelle einer Feuerwehr, übermittelt und mittels Display (10)
angezeigt und/oder gespeichert wird.
9. Einrichtung zum frühzeitigen Erkennen von offenen oder verdeckten
Bränden oder Brandnestern in Industrieanlagen, öffentlichen
Einrichtungen sowie im häuslichen Bereich, bestehend aus einem oder
mehreren Brandmeldern (8), wobei mindestens ein Brandmelder (8) ein
oder mehrere Gassensoren (1, 2, 3) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der oder die Gassensoren als elektrochemische Gassensoren (1, 2)
gleicher oder unterschiedlicher Bauart ausgebildet sind, mit denen
unterschiedliche, die Brandentstehung und den Brandverlauf
charakterisierende Gasarten detektierbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
Gassensoren, welche nach unterschiedlichen Meßprinzipien arbeiten,
verwendet werden, insbesondere elektrochemische Gassensoren (1, 2)
und Halbleitergassensoren (3).
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß,
ein oder mehrere Gassensoren gleicher oder unterschiedlicher Bauart
in einem Brandmelder (8) integriert sind, um verschiedene, den Brand
kennzeichnende Gasarten zu detektieren.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zu den Gassensoren weitere Sensoren (4, 5) verschiedener
Bauart, wie Ionisations- und/oder Streulicht- und/oder
Durchlichtrauchsensoren und/oder Temperatursensoren (4) und/oder
Strahlungssensoren (5) in den Brandmelder (8) integriert sind, wodurch
eine komplexe Bewertung des Brandgeschehens ermöglicht wird.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der oder die Brandmelder (8) über eine Rechnereinheit (6)
(Mikrocontroller oder Mikroprozessor) zum Empfang, zur Verarbeitung
und/oder zur Übertragung der von den Sensoren (1 bis 5) kommenden
Signale an eine dezentrale- oder zentrale Rechnereinheit
(Brandmelderzentrale) (9) sowie über mindestens einen Datenspeicher
(7) verfügen.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der oder die Brandmelder (8) mit einer Anzeigeeinrichtung (10),
insbesondere mit einem LC-Display zur Anzeige der gemessenen
Gaskonzentration ausgestattet sind.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
sie zur Aktivierung einer Löschanlage und/oder einer Alarmanlage
verwendet wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MINIMAX GMBH & CO. KG, 23843 BAD OLDESLOE, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R082 | Change of representative | ||
R071 | Expiry of right |