CH641584A5 - Brandmelder. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder mit einer im- zu späten Zeitpunkt auslösen, sodass meist anderen, schneller pulsweise betriebenen Strahlungsquelle, die elektromagneti- ansprechenden Brandmeldertypen, wie z.B. Ionisationsfeuer-

3 641584

meidern, der Vorzug gegeben wird, wobei dann allerdings der mit vom akustischen Aufnehmer 7 als Luftschwingung oder

Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass radioaktive als Durckimpuls wahrgenommen werden.

Präparate verwendet werden müssen, die wiederum andere Das Auftreten solcher Luftschwingungen während eines unerwünschte Auswirkungen haben. Strahlungsimpulses ist also ein untrügliches Zeichen, dass im

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obener- s bestrahlten Messraum 1 strahlungsabsorbierende Partikel wähnten Nachteile vorbekannter optischer Brandmelder zu vorhanden sind. Dabei zeigt sich im übrigen, dass auch Parti-vermeiden und einen solchen Brandmelder zu schaffen, wel- kel, welche kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung, be-cher auf die verschiedenen in der Praxis auftretenden Brand- reits einen Beitrag liefern, d.h. dass auch die im Frühstadium typen sicher und mit schnellerem Ansprechverhalten und hö- eines Brandes auftretenden Ärosolpartikel nachgewiesen wer-herer Empfindlichkeit reagiert, insbesondere sowohl auf "> den können. Zur Auswertung der Luftschwingungen ist der schwarzen als auch auf weissen Rauch, als auch auf nicht akustische Aufnehmer 7 an eine Auswerteschaltung 8 S angesichtbare Ärosolpartikel, und welcher zudem einfach aufge- schlössen. Zunächst wird das Ausgangssignal des akustischen baut ist und kleine Abmessungen aufweist. Aufnehmers 7 einem Phasenkomparator 8 zugeführt, welcher Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, in Koinzidenz mit der Strahlungsquelle 5 vom Oszillator 6 an-dass ein akustischer Aufnehmer vorgesehen ist, welcher die 15 gesteuert wird. Damit wird erreicht, dass nur während der Im-durch die Absorption der Strahlungsimpulse von den Parti- pulsdauer der Strahlungsimpulse das vom akustischen Auf-keln erzeugten Luftschwingungen aufnimmt und an eine Aus- nehmer 7 abgegebene Signal ausgewertet und an den nachge-werteschaltung angeschlossen ist, welche ein Signal auslöst, schalteten Schwellenwertdetektor 9 weitergegeben wird. So-sobald die Intensität dieser Luftschwingungen eine vorge- bald die Intensität der Ausgangsimpulse des akustischen Auf-schriebene Schwelle überschreitet. 20 nehmers 7 eine bestimmte Schwelle überschreitet, liefert dieser

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tatsache ausge- Schwellenwertdetektor 9 an den von ihm angesteuerten Si-nützt, dass durch die Absorption der von der Strahlungs- gnalgeber 10 ein Alarmsignal. Dabei können in bekannter quelle erzeugten Strahlungsimpulse an Partikeln im Strah- Weise wie bei anderen optischen Brandmeldern Integrations-lungsbereich durch die momentane Erhitzung ein Luftdruck- oder Verzögerungsglieder zwischengeschaltet sein, um fehler-impuls entsteht. Die während jedes Strahlungsimpulses er- 25 hafte Alarmauslösungen durch einzelne Impulse zu vermei-zeugten Luftdruckschwankungen werden von einem akusti- den. Weiterhin können zur Vermeidung von störenden Einschen Aufnehmer gesammelt und summiert, an dessen Aus- schwingimpulsen bekannte Massnahmen zur Unterdrückung gang vorteilhaft in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen der Einschwingvorgänge, beispielsweise im Phasenkompara-ein Ausgangsimpuls auftritt, welcher von einer Auswerte- tor 8, vorgesehen sein.

Schaltung weiter zur Alarmsignalgabe ausgewertet wird. 30 Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, wenn die

Die Erfindung, sowie weitere Ausgestaltungen des Erfin- Impulsfrequenz der Strahlungsimpulse, also die Frequenz des dungsgedankens werden anhand eines in den Figuren darge- Oszillator 6 und die Abmessungen der Messkammer 1 derart stellten Ausführungsbeispieles eines Brandmelders erläutert. • aufeinander abgestimmt sind, dass in der Messkammer ste-

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Messkammer hende akustische Wellen entstehen. Bei einer zylindrischen eines Brandmelders sowie eine geeignete Auswerteschaltung 3S Messkammer mit einem Durchmesser von 5 cm liegt bei-

in Blockform. spielsweise die tiefste zylindersymmetrische Resonanzschwin-

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Messkammer gung bei 8,2 kHz. Weitere Resonanzschwingungen mit ande-

dieses Brandmelders. ren Frequenzen lassen sich ebenfalls anregen und benützen,

Der in den Figuren dargestellte Brandmelder weist eine sind aber in der Regel etwas stärker gedämpft und liefern ein

Messkammer 1 auf, welche in einem Gehäuse eingeschlossen 40 entsprechend schwächeres Signal. Infolge der auftretenden wird, welches beispielsweise aus einer zylindrischen oder Resonanzen lässt sich jedenfalls eine wesentliche Verstärkung leicht konischen Wand 2, einem oberen Deckel 3 und einem des Signals am akustischen Aufnehmer 7 erreichen.

unteren Deckel 4 bestehen kann. Zu dieser Messkammer 1 hat Besonders günstige Abmessungen, wie sie in der Praxis die auf die Anwesenheit von Rauch oder Brandärosol zu un- von einem Brandmelder gefordert werden, lassen sich also wie tersuchende Luft Zutritt. Dies kann beispielsweise durch Zu- 45 vorstehend erläutert beispielsweise erreichen, wenn eine führung der zu untersuchenden Luft über eine Eintrittsöff- Strahlungsimpulsfrequenz in der Grössenordnung von 8 kHz nung E und eine Austrittsöffnung A erfolgen oder durch gewählt wird. Überraschenderweise zeigte sich, dass trotz die-

Konvektion, wobei in der Kammerwand 2 oder im unteren ser sehr kleinen Abmessungen der Messkammer der akusti-

Deckel 4 geeignete Öffnungen vorgesehen sein können, durch sehe Aufnehmer 7 ein so grosses Ausgangssignal liefert, das welche die umgebende Luft in die Messkammer 1 eintreten 50 sich auf einfache Weise störsicher auswerten lässt. Somit war kann. Diese Öffnungen können in bekannter Weise lichtdicht es möglich, die Messkammerabmessungen um mindestens ausgebildet sein, um das Umgebungslicht von der Messkam- eine Grössenordnung kleiner zu wählen, als dies bei Extink-

mer 1 fernzuhalten. tionsbrandmeldem üblich war, ohne dass wie bei Extink-

In der Messkammer am oberen Deckel 3 befindet sich eine tionsbrandmeldem üblich, eine Vielzahl von empfindlichen Strahlungsquelle 5, beispielsweise ein LASER oder eine Licht55 genau zu justierenden und verstaubungsanfälligen Umlenkoder Infrarotstrahlung emittierende Diode. Diese Strahlungs- spiegeln erforderlich war. Trotzdem lässt sich mit der be-quelle wird von einem Oszillator 6 impulsweise betrieben und schriebenen Anordnung insbesondere stark absorbierender, sendet in das Messkammerinnere Strahlungsimpulse mit einer d.h. schwarzer Rauch mit überraschend hoher Empfindlichbestimmten Impulsfrequenz, beispielsweise im Bereich zwi- keit nachweisen.

sehen 1 und 20 kHz aus. Um zusätzlich auch weniger stark absorbierende Rauch-

An einer anderen Stelle der Messkammer 1 ist ein akusti- partikel, welche lediglich eine Strahlungsstreuung verursa-

scher Aufnehmer 7 vorgesehen, z.B. ein kapazitives Elektret- chen, z.B. wasserdampfhaltigen oder weissen Rauch nachzu-

Mikrophon mit elektrisch polarisierter Folie. Befindet sich weisen, hat es sich in einer Weiterbildung der Erfindung als nun Rauch oder Brandärosol in der Messkammer 1 so wer- 63 zweckmässig erwiesen, zusätzlich einen Streustrahlungsemp-

den die Strahlungsimpulse von den Partikeln im Strahlungs- fanger 11 in der Messkammer 1 vorzusehen. Die Anordnung bereich absorbiert. Dabei erwärmen sich diese Partikel kurz- kann dabei beispielsweise entsprechend den im Schweizerpa-

zeitig und es entsteht eine Luftdruckwelle von jedem Partikel. tent Nr. 592 932 beschriebenen Rauchdetektoren gewählt

Die einzelnen Druckimpulse summieren sich und können so- werden, wobei die Strahlungsquelle 5 eine kegelringförmige

641584 4

Strahlungscharakteristik besitzt und der Strahlungsempfän- von Rauch, d.h. welcher Brandtyp gemeldet wird. In dieser ger 11 in der Kegelachse, jedoch ausserhalb des direkten Weise, d.h. durch Einführung eines akustischen Auswerteka-

Strahlungsbereich.es, angeordnet ist. Ausserdem wird der nales in den genannten Streustrahlungsrauchdetektor lässt

Strahlungsempfänger 11 von der direkten Strahlung durch sich also ein universell einsetzbarer Brandmelder schaffen, ein Blendensystem B abgeschirmt, beispielsweise zur Fernhai- 5 welcher alle in der Praxis auftretenden Brandtypen mit erhöh-tung der Strahlungsstreuung an den Kanten als Doppel- ter Emfpindlichkeit und sicherer und schneller nachzuweisen blende ausgeführt. vermag, wobei die Melderabmessungen ausserordentlich

Dieser Streustrahlungsempfänger 11 ist an einen weiteren, klein gehalten werden können und keine Gefährdimg durch ebenfalls vom Oszillator 6 angesteuerten Phasenkomparator die Verwendung radioaktiver Substanzen eintreten kann. 12 angeschlossen, welcher ebenso wie der erste Phasenkompa- io rator 8 das eintreffende Signal in Koinzidenz mit den Strah- Die Erfindung lässt sich noch dadurch weiterbilden, dass lungsimpulsen verstärkt und an einen zweiten Schwellenwert- die Wellenlänge der verwendeten Strahlung im Bereich der detektor 13 weitergibt. Sobald die Intensität des Ausgangssi- Resonanzstrahlung eines Kohlenoxids gewählt wird, bei-gnals des Streustrahlungsempfängers 11 während der Dauer spielsweise von Kohlendioxid oder auch Kohlenmonoxid. der Strahlungsimpulse nun eine weitere Schwelle überschrei- 15 Dazu eignet sich als Strahlungsquelle z.B. ein Halbleiter-LA-tet, steuert der Schwellenwertdetektor 13 nun ebenfalls einen SER, welcher bevorzugt im Wellenlängenbereich einer sol-Signalgeber an. Dabei kann es sich um den gleichen Signalge- chen Resonanzstrahlung hegt, beispielsweise bei 4,7 um, ber 10 handeln, wie derjenige, der durch die Ausgangssignale 4,3 (im oder 2,7 Jim. Als besonders geeignet haben sich dazu des akustischen Aufnehmers 7 angesteuert wird, wobei die Dreielement-LASER-Dioden (three metals LASER diodes) Schwellenwertdetektoren beider Kanäle 9 und 13 jeweils mit 20erwiesen, z.B. mit der Zusammensetzung (Pb, _x Snx) Te oder den Eingängen eines ODER-Tores 14 oder einer entsprechen- (Pb10_xSNx)Se. Weitere zweckmässige LASER-Dioden sind den Schaltung verbunden sind, an dessen Ausgang der ge- solche der Zusammensetzung Ga (ASXP10_X) und (CdxHg, _x) meinsame Brandalarm-Signalgeber 10 angeschlossen ist. In Te, auch Pb S Se hat sich als geeignete Diode für die Erzeu-jedem der beiden Kanäle können jedoch auch separat gewisse gung von Strahlung im Gebiet von 4 - 8,5 um erwiesen. Der Signalgeber oder Hilfsgeräte angesteuert werden, deren Aus- 25 Vorteil der Verwendung einer Strahlung dieser spektralen Zu-lösung je nach Auftreten einer bestimmten Rauchart zweck- sammensetzung besteht darin, dass sie auch von Kohlenoxid-mässig ist. Beispielsweise kann durch den akustischen Aus- Molekülen in der Messkammer absorbiert wird. Es zeigte wertekanal, welcher bevorzugt bei schnell sich ausbreitenden sich, dass bei Auftreten von Kohlenoxid ebenfalls synchron Bränden ansprechen wird, eine Brandlöschanlage 15 ange- mit den Strahlungsimpulsen Druckwellen in der Messkam-steuert werden, während durch den Streustrahlungskanal, 30 mer erzeugt werden, welche ebenfalls vom akustischen Auf-weicher bevorzugt bei Auftreten von weissem Rauch anspre- nehmer 7 registriert werden. Auch die Anwesenheit von Koh-chen wird, wegen der damit verbundenen Sichtbehinderung lenoxid in der Luft führt also zur Auslösung eines Signales. Fluchtweg- oder Evakuationsanzeigevorrichtungen 16 betä- Da bei einem Brand in der Regel neben anderen Brandfol-tigt werden. Die beiden zusätzlichen Hilfsgeräte 15 oder 16 geprodukten auch Kohlen-oxid entsteht, ist dieser Nachweis können jedoch auch als separate Signalgeber ausgebildet sein,3S von Kohlen-oxid in einem Brandmelder ohnehin sehr er-um in einer Signalzentrale erkennen zu können, welche Art wünscht.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. 641584 2

   PATENTANSPRÜCHE sehe Strahlung in einen Messraum aussendet, zu welcher die

   1. Brandmelder mit einer impulsweise betriebenen Strah- auf das Auftreten von Rauch- und Ärosolpartikeln zu unter-lungsquelle, die elektromagnetische Strahlung in eine Mess- suchende Luft Zutritt hat.

   kammer aussendet, zu welcher die auf das Auftreten von Solche auch als optische Rauchmelder bekannten Brand-

   Rauch-und Ärosolpartikeln zu überwachende Luft Zutritt s meider werten die Tatsache aus, dass die in einen Messraum hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustischer Aufnehmer von einer Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung, z.B. UV,

   (7) vorgesehen ist, welcher die durch die Absorption der sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung bei Anwesenheit von

   Strahlungsimpulse von den Partikeln erzeugten Luftschwin- Rauchpartikeln oder Brandärosol in der Messkammer in be-

   gungen aufnimmt und an eine Auswerteschaltung (S) ange- stimmter Weise beeinflusst wird.

   schlössen ist, welche ein Signal auslöst, sobald die Intensität io Vorzugsweise arbeiten diese Brandmelder nach dem dieser Luftschwingungen eine vorgegebene Schwelle über- Streustrahlungsprinzip, wobei ein nicht von direkter Strah-

   schreitet. lung getroffener Streustrahlungsempfanger vorgesehen ist,
2. 2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- welcher die an Rauchpartikeln gestreute Strahlung empfängt net, dass ein elektrischer Oszillator (6) vorgesehen ist, welcher und ein Brandalarmsignal auslöst, sobald die Streustrah-die Strahlungsquelle (5) impulsweise mit einer bestimmten 15 lungsintensität eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Impulsfrequenz steuert und gleichzeitig die Auswerteschal- Nachteilig ist bei solchen Brandmeldern jedoch, dass sie nur tung (S) in Koinzidenz mit den Strahlungsimpulsen betreibt. auf stark streuenden Rauch reagieren, sogenannten weissen
3. 3. Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- Rauch, wie er beispielsweise bei einem Brand feuchten Matenet, dass die Auswerteschaltung (S) einen vom Oszillator (6) rials entsteht. Sie reagieren jedoch nicht auf stark strahlungs-angesteuerten Phasenkomparator (8) aufweist, welcher im 20 absorbierenden und daher nur wenig Streustrahlung erzeu-wesentlichen nur während der Dauer der Strahlungsimpulse genden Rauch, sogenannten schwarzen Rauch, wie er bei sich das Ausgangssignal des akustischen Aufnehmers (7) auswer- schnell entwickelnden Bränden bei unvollständiger Verbren-tet, sowie einen Schwellenwertdetektor (9) welcher ein Signal nung häufig auftritt. Vorbekannte Streustrahlungsbrandmel-an einen Signalgeber (10) abgibt, sobald die Intensität des der waren daher nicht in der Lage, Brandtypen, die mit dem Ausgangssignals des akustischen Aufnehmers (7) eine vorge- 25 Auftreten von stark strahlungsabsorbierendem, also schwar-gebene Schwelle überschreitet. zem Rauch verbunden sind, zu melden. Besonders nachteilig
4. 4. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ist dies bei sich schnell entwickelnden Bränden, bei denen gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Messkammer (1) Streustrahlungsbrandmelder häufig erst zu spät ein Alarmsiso gewählt sind, dass bei der für den Betrieb der Strahlungs- gnal auslösen.

   quelle (5) gewählten Impulsfrequenz in der Messkammer (1) 30 Andere vorbekannte optische Rauchmelder arbeiten nach stehende akustische Wellen vorhanden sind. dem Extinktionsprinzip. Dabei wird ein Strahlungsempfän-
5. 5. Brandmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- ger von der Strahlungsquelle direkt bestrahlt. Bei Anwesennet, dass die Impulsfrequenz der Strahlungsquelle zwischen 1 • heit von Rauch vermindert sich dessen Bestrahlung infolge und 20 kHz, vorzugsweise in der Umgebung von 8 kHz liegt. der Strahlungsabsorption an Rauchpartikeln und der Strah-
6. 6. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch 35 lungsstreuung. Bei einer bestimmten Bestrahlungsverminde-gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Streustrahlungsempfan- rung wird ein Brandalarmsignal ausgelöst. Solche Brandmel-ger (11) vorgesehen ist, welcher die an Rauchpartikeln in der der sind zwar in der Lage, auch stark absorbierenden, also Messkammer (1) im Strahlungsbereich der Strahlungsquelle schwarzen Rauch nachzuweisen, sie erfordern jedoch relativ (5) gestreute Strahlung aufnimmt, jedoch keine direkte Strah- grosse Absorptionsweglängen in der Grössenordnung eines lung von der Strahlungsquelle (5) erhält und welcher ein Si- 10 Meters, wenn bereits, wie in der Praxis erforderlich, schon gnal abgibt, sobald die Intensität der aufgenommenen eine geringe Rauchdichte mit hinreichender Empfindlichkeit Streustrahlung eine vorgegebene Schwelle überschreitet. nachgewiesen werden soll. Solche Brandmelder lassen sich
7. 7. Brandmelder nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekenn- daher nur sehr schwer in den in der Praxis erforderlichen Abzeichnet, dass der Streustrahlungsempfänger (11) mit einer messungen von höchstens 10 cm herstellen, wenn nicht kom-Auswerteschaltung verbunden ist, welche einen vom Oszilla- 45 plizierte, empfindliche, teure und verstaubungsanfällige Um-tor (6) in Koinzidenz gesteuerten weiteren Phasenkomparator lenkspiegelsysteme verwendet werden.

   (12) aufweist, sowie einen weiteren Schwellenwertdetektor Extinktionsbrandmelder sind zwar in der Lage, verschie-

   (13) welcher einen Signalgeber (10) ansteuert, sobald das Aus- dene Rauchtypen mit relativ gleichmässiger Empfindlichkeit gangssignal des Streulichtempfangers (11) eine vorgegebene nachzuweisen. Ihnen haftet jedoch der Nachteil an, dass eine Schwelle überschreitet. 50 relativ geringe Änderung eines relativ grossen Bestrahlungs-
8. 8. Brandmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- wertes sicher nachgewiesen werden muss, was in der Praxis net, dass die Auswerteschaltung (S) eine ODER-Schaltung eine extrem gute und entsprechend komplizierte und teure

   (14) aufweist, deren Eingänge von den beiden Schwellenwert- Langzeitstabilisierung der Strahlungsquelle erforderlich detektoren (9,13) angesteuert werden, und deren Ausgang macht. Daher haben sich in der Praxis Streulichtbrandmelder den Signalgeber (10) ansteuert. 55 weitgehend durchgesetzt, bei welchen die viel leichter und
9. 9. Brandmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- ohne grossen Stabilisierungsaufwand feststellbare Abweinet, dass von den Ausgangssignalen der Schwellenwertdetek- chung eine Grösse von Null bestimmt wird, wobei jedoch der toren (9,13) wahlweise Hilfsgeräte (15,16) direkt ansteuerbar Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass solche Streusind. lichtbrandmelder nicht auf alle Brandtypen reagieren.
10. 10. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1- 9, dadurch60 Ein weiterer, allen vorbekannten optischen Brandmeldern gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (5) Strahlung im anhaftender Nachteil ist, dass sie nur auf Rauchpartikel an-Wellenlängenbereich der Resonanzstrahlung eines Kohlen- sprechen, deren Abmessungen grösser als etwa die Strah-oxids aussendet. lungswellenlänge, d.h. grösser als etwa 1 [i sind. Kleinere Par-

    65 tikel, welche bevorzugt im Anfangsstadium eines Brandes auftreten, können nicht nachgewiesen werden, sodass solche optischen Brandmelder ein Alarmsignal häufig erst zu einem