DE2934383A1

DE2934383A1 - Feuerueberwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE2934383A1
Application number: DE19792934383
Authority: DE
Inventors: Masaki Maruyama; Kohei Nakamura
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1978-08-26
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-03-06
Also published as: FR2434438B1; GB2034092A; GB2034092B; FR2434438A1; AU5026479A; US4319231A

Description

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- 5 BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Feuer- oder Rauchdetektor sowie ein Brandüberwachungssystem, bei dem ein erster bzw. ein zweiter Halbleiterschalter mit mindestens zwei Stromversorgungsschaltungen für Feuersensoren oder Feuerdetektorelemente verbunden und durch das Prüfausgangssignal mindestens eines solchen Sensorelements leitend schaltbar sind. Bei einem solchen System wird die induzierte oder eingestreute Rauschsignalenergie durch das erste Haltoleiterschalterelement absorbiert, und zwar dadurch, dai3 eine nennenswerte Zeitdifferenz bei der Einschaltung des ersten bzw. zweiten Halbleiterschalterelements vorgegeben wird, so daß das zweite Halbleiterscnalterelement bzw. die diesem zugeordnete Stromversorgungseinheit in einem entsprechenden Zustand gehalten wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Feuer- oder Branddetektor nach dem Oberbegriff der Patentansprüche.

In dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 24284/1978 ist ein Feuersensor vorgeschlagen, der eine Mehrzahl von Abtastausgangssignalen abgibt. Dieser in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Feuersensor enthält ein Schalterelement, das synchron zu einer Oszillatorschaltung 1 ein- und ausschaltbar ist. Eine Mehrzahl von Schalterelementen 5a, 5b und 5c bewirken eine aufeinanderfolgende Änderung eines mit aem Schalterelemenr 4 verbundenen Serienwiaerstands, der aus Einzelwiderstanden R_ , R-/ R₃, R^ una R^ besteht. Diese so auf gebaute Widerstandskette läßt sich von hohen zu niedrigen Widerstandswerten über die Schalterelemente 5a, 5b und 5c verändern . Ein Feuerdetektor-Schalterelement 9 innerhalb einer Prüfeinheit 6 liefert Feuerprüfsignale proportional zur

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durch einen Brand oder Schwelherd entstehenden Rauchkonzentration. Eine Abfrage- oder Abtastschaltung 10 wird durch das Ausgangssignal des Schalterelements 9 wirksam geschaltete und schaltet seinerseits die Schalterelemente 5a bis b 5c aufeinanderfolgend in den leitenden Zustand, so daß die Empfindlichkeit geändert wird. Durch den Ausgang des Feuerdetektor-Schalterelements 9 wird ein Alarm-Schalterelement betätigt, um Leitungen 2a, 2b kurzzuschließen, so daß die Impedanz zwischen beiden Leitungen abfällt. Eine Rückstellschaltung 12 setzt die Abtast- oder Prüfschaltung 10 in den Ausgangszustand zurück, wenn der Ausgang der Oszillatorschaltung 1 nicht mehr mit dem Ausgang des Feuerdetektor-Schalterelements 9 übereinstimmt.

Treten jedoch Rauschsignale irgendwelcher Ursache oder dergleichen auf, so wird bei dem Feuerdetektor nach Fig. 1 die mit einem Schieberegister ausgerüstete Prüfschaltung auch dann betätigt, wenn das Alarm-Schalterelement 11 nichtleitend ist, so daß die Schalterelemente 5a bis 5c

2ü betätigt werden können und die Abtastempfindlichkeit ändern. Der Feuerdetektor nach Fig. 1 arbeitet daher in der Praxis nur dann zuverlässig, wenn die Abtastschaltung 10 mit einer separaten Stromversorgung ausgerüstet ist oder von den übrigen Schaltungsgruppen getrennt ist, beispielsweise durch Ver-Wendung eines Fotokopplers in der Signaleingangs/Ausgangs-Stufe. Durch diese zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen wird die Schaltungsanordnung des bekannten Feuerdetektors relativ aufwendig und kompliziert.

Feuerdetektoren der hier beschriebenen Art mit einer Mehrzahl von Empfindlichkeitsstufen lassen sich gewöhnlich in einer bestimmten Stellung verriegeln, um außer der Aus-

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lösung eines Feueralarms gegebenenfalls auch noch Einrichtungen zur Unterdrückung bzw. zum Absaugen von Rauch einzuschalten. Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Schaltung ist eine Empfängereinheit auch mit anderen Feuer verhindernden Einrichtungen verbunden, die im Anschluß an die Auslösung eines Feueralarms betätigt werden, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Signalen, die durch den gleichen Feuerdetektor erzeugt werden. Wenn jedoch,wie hier häufig vorgesehen, eine Mehrzahl von Feuerdetektoren an die

TO gleiche Alarmauslöseschaltung angeschlossen wird, so ist die Empfängereinheit nicht in der Lage zu unterscheiden, mit welcher Empfindlichkeitsstufe der Alarm ausgelöst wurde bzw. welche nachgeschalteten Einheiten betätigt werden sollen.

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Es wurde auch bereits ein Feuerdetektorsystem vorgeschlagen, welches zwei oder mehrere Prüfausgangssignale erzeugt. Dieses in der Prinzipdarstellung der Fig. 2 veranschaulichte System verwendet zusätzlich zu einem Feuerdetektor zur Auslösung eines Feueralarms einen weiteren Feuerdetektor, der eine Verbrennungsrückstandsmenge oder Rauchdichte erfaßt und ein Ausgangesignal zur Erregung von Sicherheitseinrichtungen liefert, beispielsweise zur Auslösung von Maßnahmen zur Rauchunterdrückung oder zur Einschaltung von Rauchabsaugvorrichtungen. Bei diesem System speist ein bestimmter Sensor, oeispielsweise der Sensor S aus einer Gruppe von Sensoren S., S₂, S^, ... eine Schaltung L₃ von mehreren Sensorschaltkreisen L^. L^/ ... eines Empfängers R und erregt ein Verriegelungsrelais B₁ des Empfängers R. Ein Kontakt b dieses Relais, das in den Scnaltungen L₄, Lg liegt, wird geschlossen, um eine Quelle Z zu erregen, die eine Einrichtung zur Rauchverhinderung speist,

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sobald das Relais B. vom Sensor S₂ aus erregt wird. Ein Relais B- wird über einen Kontakt bg erregt, welcher schließt, wenn der Vorgang beendet ist, wobei der Verriegelungszustand durch das Einschalten einer Anzeigelampe überwacht werden kann. Glaichzeitig wird ein Kontakt a.. eines Feueralarmrelais A₁ der Empfängereinheit R durch Betätigung des Sensors S₂ geschlossen, wodurch die Sensorschaltkreise L₁, L₂ kurzgeschlossen werden, um einen Feueralarm auszulösen. Dabei treten keine Schwierigkeiten auf, wenn der mit anderen Schutzeinrichtungen verbundene Sensor S₂ zuerst erregt wird. Wird jedoch ein anderer Sensor, beispielsweise der Sensor S₁,der keine Beziehung zu nachgeschalteten Einrichtungen hat, zunächst erregt, so bewirkt das Schließen des Kontakts a^ des Feueralarmrelais A₁, daß die Sensorschaltkreise L₁, L₂ kurzgeschlossen werden, so daß die Impedanz zwischen diesen Kreisen abfällt. Damit erhält der nachgeschalteten Einheiten zugeordnete Sensor S₂ keine ausreichende Spannungsversorgung mehr, so daß das System in dieser Hinsicht nicht mehr wirksam ist, wenn beispielsweise Rauchentwicklung auftritt.

Bei einem weiteren aus der US-PS 3 909 814 bekannten Feuerdetektorsystem liegt eine Mehrzahl von mit einer Stromversorgungseinheit verbundenen Halbleiterschalterelementen parallel zueinander und wiederum diesen parallel geschaltete Feuersensoren betätigen die Schalterelemente aufeinanderfolgend je nach der entstehenden Rauchmenge. Auch bei diesem Rauchdetektorsystem ist eine Mehrzahl von Halbleiterschalterelementen zur Steuerung und Auslösung unterschiedlicher Alarmsignale parallel geschaltet und mit der gleichen Stromversorgungseinheit verbunden, so daß prinzipiell auch hier das oben erwähnte Problem der Absorption von Rauschsignalenergie nicht angesprochen ist.

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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Feuerdetektor bzw. ein Feuer- und Rauchüberwachtungssystem zu schaffen, das die Möglichkeit bietet, eine fein gestufte Unterscheidung zwischen Feuer und unterschiedlichen Mengen von Verbrennungsprodukten wie Rauch und dergleichen zu treffen, das aber gleichwohl auch bei unterschiedlichen Empfindlichkeitsstufen nicht oder weniger empfindlich gegen extern eingestreute Rauschsignale ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 in kurzer Zusammenfassung angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit dem erfindungsgemäßen Feuerdetektorsystem lassen sich unterschiedliche Arten und Mengen von Verbrennungsrückständen oder Folgen eines Feuerausbruchs erfassen, wie verstärkte Wärmeentwicklung, Licht, Rauch und dergleichen.

Der Detektor liefert zwei oder mehrere unterschiedliche Arten von Signalen. Dabei werden mehrere Stromversorgungsschaltungen verwendet, deren Anzahl der Anzahl von unähnlichen Signalen entspricht, die durch unterschiedliche, jedoch vorgebbare Mengen von Verbrennungsprodukten bzw. Folgen eines Brandes bestimmt ist. Halbleiterschalterelemente, die durch die gleichen Signaltyp³¹ leitfähig schaltbar sind, sind mit den einzelnen Stromversorgungsschaltungen verbunden. Ein zeitlich verzögertes Betriebsintervall wird zwischen jedem der Halbleiterschalterelemente vorgegeben, die durch die Prüfsignale entsprechend kleineren und größeren Verbrennungsrückstandsmengen erzeugt werden. Eine Stromversorgungsschaltung mit einem Halbleiterschalterelement, das durch die Prüfsignale bei kleineren Verbrennungsrückstandsmengen

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leitend schaltbar ist, kann duch externe Rauschsignale einschaltbar sein, wodurch sich eine Absorption der Rauschsignalanteile erreichen und verhindern läßt, daß andere Halbleiterschalterelemente unnötigerweise leitend geschaltet werden.

Das erfindunsgemäße Feuerdetektorsystem zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit und eine ideale Verbindung einer Stromversorgungseinheit mit Halbleiterschalterelementen aus, die durch Prüfsignale entsprechend unterschiedlichen Mengen von Verbrennungsrückständen leitend schaltbar sind, um einen Feueralarm auszulösen. Eine andere Stromversorgungsschaltung mit Halbleiterschalterelementen wird nur durch größere Verbrennungsrückstandsmengen wirksam, die erforderlich sind, um Feuerschutzmaßnahmen, Feuerlöschmaßnahmen, Sicherheitsmaßnahmen usw. auszulösen. Auf diese Weise läßt sich sicherstellen, daß besondere Sicherheitseinrichtungen oder beispielsweise Feuerlöscheinrichtungen durch von außen eingestreute Rauschsignale nicht betätigt werden.

Die Verwendung von mindestens zwei in unterschiedlichen Stromversorgungsschaltungen liegende Halbleiterschalterelementen , von denen das erste einer sehr niedrigen Empfindlichkeitsschwelle zugeordnet ist, und das zweite erst auf größer sicher feststellbare Rauchmengen, Wärmeentwicklung und dergleichen anspricht, läßt sich dadurch gegen externe Stör- oder Rauschsignaleeinflüsse absichern, daß ein erstes und ein nachfolgend auftretendes Hauptsignal durch die unabhängigen Stromversorgungsschaltungen erzeugt werden, so daß die Ausgangsbedingungen eines Ausgangsteils des Feuersensors beim Auftreten des ersten Signals geändert werden, welches das zweite Halbleiterschaltelement wirksam schaltet, wenn von einer zu überwachenden Größe als

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Folge eines Brandes ausreichend sicher feststellbare Mengen vorliegen. Durch die Verwendung von getrennten Stromversorgungseinheiten läßt sich eine hohe Zuverlässigkeit bei vergleichsweise einfachem Schaltungsaufbau erreichen.

Die in den einzelnen Signalschaltkreisen auftretenden Signale lassen sich wie folgt einteilen und bezeichnen:

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(1) Kleine Überwachungsgrößen wie etwa Wärme, die beim Heizen von Räumen auftritt, also nicht Ursache eines Brandes sein kann, wird durch den Feuerdetektor erfaßt und das so entstehende Signal wird nachfolgend als "Frühsignal" bezeichnet. In Räumen, bei denen normalerweise offenes Feuer nicht benutzt oder die nicht oder nur geringfügig geheizt werden, kann das Frühsignal auf einen relativ sehr kleinen Ansprechwert eingestellt werden.

(2) Der Feuerdetektor erfaßt eine höhere Ansprechschwelle, die über dem üblichen Gebrauch von Feuer in einem Raum liegt. Dieses so erzeugte Signal wird nachfolgend "Feuersignal" oder "Hauptsignal" bezeichnet.

(3) Um ausreichend Fluchtzeit zur Verfügung zu haben, bevor weitergehende Maßnahmen ausgelöst werden, wird noch eine einer weiteren Ansprechschwelle zugeordnete Gruppe von Signalen vorgesehen. Diese Signalart wird als "Schutzmaßnahmen-Signal" bezeichnet.

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Falls erwünscht, kann auch eine größere Anzahl von Signalarten vorgesehen werden, um gegebenenfalls feiner abgestufte Warn- oder Schutzmaßnahmen auslösen zu können.

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In der Praxis treten keine Schwierigkeiten auf, wenn Störsignalquellen zur Auslösung des Signals (1)/ also des Frühsignals auftreten. Erhebliche Schwierigkeiten würden jedoch entstehen, wenn das Signal (3), das heißt das Schutzmaßηahmensignal auftritt, weil dieses beispielsweise das Versprühen von Feuerlöschflüssigkeit beispielsweise von Chemikalien zur Folge hätte, obwohl in Wirklichkeit gar kein Feuerausbruch vorliegt. Eine Auslösung des Signals (2), also des Hauptsignals wäre dann tolerierbar, wenn mit ausreichender Sicherheit ausgeschlossen werden kann, daß auch das Signal (3) erzeugt wird. Dies läßt sich im allgemeinen sicherstellen.

Für ein zufriedenstellendes Feuerüberwachungssystem sollten also die drei erwähnten Arten von Signalen zur Verfügung stehen. Gemäß der Erfindung lassen sich diese drei Signalarten in einer vergleichsweise einfach aufgebauten Schaltung mit hoher Zuverlässigkeit unterscheiden, ohne daß wie bei herkömmlichen Anordnungen Diskriminatorschaltungen benötigt werden. Um jedoch die Zuverlässigkeit des Systems nicht zu beeinträchtigen, selbst wenn im allgemeinen unempfindliche Signalkreise durch das externe Rauschsignal erregt werden, sollten die Schaltkreise nicht von jenem Typ für das oben erläuterte Signal (3) sein.

Wird die Schaltung erregt, so wird die Rauschenergie absorbiert und die Signalschaltung (3) ist dadurch gegen Fehlalarmaus lösung geschützt. Um die anderen nicht dem Signal (3) zugeordneten Schaltkreise zu betätigen, sind Mittel erforderlich, die sicherstellen, daß keine Änderung der den Feuersensoren zugeführten Spannung auftritt. Dies wird dadurch erreicht, daß für jeden Signalkreis eine separate Stromversorgungseinheit vorgesehen ist. In der Praxis sind die Stromversorgungseinheiten für jeden der

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mit den Feuersensoren in Parallelschaltung verbundenen Signalschaltkreisen über Dioden angeschlossen, so daß in bezug auf die anderen Signalschaltkreise jeweils umgekehrte Polaritäten vorliegen, so daß die Versorgungsspannungen bei der Erregung der Feuersensoren in bezug aufeinander abgeglichen sind.

Werden zwei Signalschaltkreise verwendet, so sollte jener für das Signal (1) oder für das Signal (2) so ausgelegt werden, daß im oben erläuterten Sinn eine Absorption der Rauschenergie gewährleistet ist. In diesem Fall liefert dann die obige Schaltung (2) oder (3) das Hauptsignal.

Die Dauer, für die das System durch Rauschsignale beeinflußt wird, liegt im allgemeinen in der Größenordnung von Mikrosekunden. Wird daher zwischen dem Signal (1) und dem Signal (2) oder zwischen dem Signal (2) und dem Signal (3) eine Zeitverzögerung in der Größenordnung von Millisekunden oder von Sekunden vorgesehen, so kann der Kreis für das Hauptsignal geschützt werden, selbst wenn die früher ansprechende Schaltung erregt wird. Wird das durch Rauschsignale ausgelöste Signal (1) auf den elektrischen Ausgang der Feuersensoren rückgekoppelt, so daß das Signal (1) auf einen Pegel angehoben wird, der größer ist als es der Prüfausgangsbedingung des Feuersensors entspricht, so wird die Zeit, die normalerweise für ein Ansteigen eines Feuer- oder Brandparameters erwartet werden kann, größer als die zuvor erwähnte Zeitspanne. Für diesen Fall wird also keine besondere Zeitverzögerung benötigt.

Das Frühsignal wird im Gegensatz zum Hauptsignal durch ein externes Rauschsignal ausgelöst oder auch durch gewöhn-

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liehen Gebrauch von Feuer in einem Raum, ohne daß ein Brand vorliegt. Dabei läßt sich die Zuverlässigkeit dadurch vergrößern, daß für die das Frühsignal liefernde Schaltung eine automatische Rücksetzung vorgesehen wird. In diesem Fall nehmen die Feuersensoren in einem sehr empfindlichen Zustand die Rauschsignale auf und liefern das Frühsignal aufgrund von üblichem Gebrauch von Feuer, das jedoch keine Bedeutung hat, also keine Brandgefahr darstellt, jedoch ohne daß es zu einer Auslösung des Hauptsignals kommt. 10

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines bereits erläuterten

bekannten Feuerüberwachungssystems mit einer Abtast- oder Prüfschaltung, die zur Änderung der Empfindlichkeit Schieberegister enthält; Fig. 2 ein ebenfalls bereits erwähntes Schaltbild eines Feueralarmsystems, das in herkömmlicher

Weise mit Einrichtunten zur Rauchverhütung bzw. zum Absaugen von Rauch verbunden ist; Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Feuerdetektorsystems in Verbindung mit Feueralarmeinrichtungen;

Fig. 4 das Schaltbild einer anderen Ausführungsform

der Erfindung und
Fig. 5 das Schaltbild eines Feuerüberwachungssystems,

bei dem sich die Prüf-Ausgangsbedingungen so ändern lassen, daß ein Prüfsignal nur erzeugt

wird, wenn größere Mengen von überwachten Parametern vom Feuersensor erfaßt werden.

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Beim Schaltbild der Fig. 3 enthält eine Empfängereinheit R ein Relais A- mit einem Kontakt a.. zur Auslösung eines Feueralarms wie bei einem der erwähnten bekannten Systeme sowie einen Sensor S₁, der mit Sensorschaltkreisen L₁, L- verbunden ist, denen eine Gleichstromversorgungsquelle DC₁ zugeordnet ist. Rauchsensoren S₁-, S₁₁ weisen unterschiedliche Empfindlichkeit auf und liefern Feuersignale bzw. Signale zur Auslösung von Einheiten zur Verhinderung bzw. zum Absaugen von Rauch; sie liefern Prüfsignale, wenn die Konzentration des in diese Sensoren eindringenden Rauchs eine bestimmte Empfindlichkeitsschwelle erreicht hat. Die Rauchsensoren S₁₀, S₁₁ sind jeweils mit zwei Thyristoren T-, T₂ bestückt, die als Schalterelemente wirken und durch die Prüfsignale von den Rauchdetektoren Sin' ^S11 ^leitend geschaltet werden. Der eine Thyristor T₁ liegt zwischen den Sensorleitungen L-, L₂ und wird von der Gleichspannungsquelle DC₁ mit Spannung versorgt. Der andere Thyristor T₂ liegt zwischen Schaltkreisen bzw. Leitungen L₁₀ und L₂ oder L₁₁ und L₂; dieser Thyristor ist mit der anderen Gleichstromquelle DC„ verbunden.

Die Stromversorgung der Rauchsensoren S_1Q, S₁₁ erfolgt über die Kreise L₁ und L₁₀ oder L--. Zwischen diesen Kreisen sind Dioden D₁,D- angeschlossen, um einen Stromfluß in Gegenrichtung zu verhindern. Die Kreise L_1Q, L₁₁ enthalten Verriegelungsrelais B_1Q, B-I₁/ die erregt werden, wenn die Thyristoren T-, T₂ leitend werden. Relaiskontakte b..-, b₁₁ der Relais B₁₀, B₁₁ liegen in den Kreisen L₁₂, L₁- und stellen die Verbindung zu einer weiteren Gleichspannungsquelle DC₃ her. Relais B₁₂, B₁₃, die zur Einschaltung einer Rauchabzugsvorrichtung dienen, liegen in den Kreisen L₁- und L

13 und werden beim Schließen der Kontakte b_1Q, b₁₁ erregt.

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Mit den Anschlüssen der Kreise S₁₂, S₁₃ sind Ansteuerquellen Z₁, Z₂ als auch Kontakte b.. . bzw. b₁₅ verbunden, die geschlossen werden, wenn Quellen Z.., Z₃ außer Funktion sind.

Diese Schaltung arbeitet wie folgt:

Die Prüf- oder Abtastempfindlichkeit der miteinander verbundenen Rauchsensoren S₁₀, S₁₁ kann entsprechend den Bedürfnissen und Gegebenheiten eingestellt werden. Um die Beschreibung zu vereinfachen, sei hier angenommen, daß die Empfindlichkeit des Rauchsensors S₁₀ auf einen Wert eingestellt ist, der niedriger liegt als die Empfindlichkeitsschwelle zur Einleitung von Maßnahmen zur Verhinderung bzw. zum Absaugen von Rauch, also beispielsweise auf eine Empfindlichkeitsschwelle, bei der sich bereits sehr kleine über- wachungsgrößen (Feuer, Rauch, Wärme etc.) erfassen lassen. Dringt jetzt Rauch in den Rauchsensor S₁₀ ein und wird die Empfindlichkeitsschwelle erreicht, so wird zunächst der Thyristor C₁ leitend. Damit wird das Feueralarmrelais A₁ erregt und der Kontakt a. wird geschlossen. Dadurch entsteht zwischen den Kreisen L₁, L₂ ein Kurzschluß bzw. eine niedrige Impedanz, so daß das Feueralarmsignal ausgelöst wird. Dementsprechend fällt auch die Spannung zwischen den Kreisen L₁ und L₂ ab, während der Rauchsensor S₁₀ über den Kreis L₁₀ von der Gleichspannungsquelle DC₂ mit Strom versorgt wird.

Ein Stromfluß vom Kreis L₁₀ zum Kreis L- wird durch die Diode D₁ verhindert. Eine Änderung der Versorgungsspannung tritt also nicht ein, selbst wenn der Thyristor T.. leitend geschaltet wird.

Erreicht jetzt die Konzentration des in die Sensoren eindringenden Rauchs die Empfindlichkeitsschwelle zur Auslösung beispielsweise einer Rauchabsauganlage, so liefert der Sensor ein Prüfsignal, welches den Thyristor T₂ leitend

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schaltet, so daß das Relais B₁₀ des Kreises L₁₀ erregt wird. Damit schließt der Kontakt h>₁₀ und der Kontakt b₁₄ wird geschlossen, wenn die Betätigung des Relais B₁₀ beendet ist. Sodann wird das Relais B₁₂ erregt, wodurch die Einrichtungen zur Verhinderung bzw. zum Absaugen von Rauch eingeschaltet werden.

Selbst wenn der unabhängige Rauchsensor S₁ zunächst das Alarmsignal erzeugt hat, um die Kreise L₁ , L~ kurzzuschließen, blieb die Stromversorgung der Rauchdetektoren S₁₀, S₁₁ von der Gleichstromversorgungsquelle DC₂ über die Kreise L₁₀, L₁₁ aufrechterhalten, d.h. es liegt keine Beeinflussung vom Rauchsensor S₁ aus vor, der speziell zur Auslösung des Feueralarms bestimmt ist. Selbst wenn die Rauchsensoren S₁„, S₁₁ empfindlicher eingestellt werden, als es für eine Erfassung von Feuer erforderlich ist, so kann immer noch ein Feueralarm zuverlässig ausgelöst werden, auch nachdem die Sensoren bereits angesprochen haben, die zur Einschaltung eines Rauchabzugs und dergleichen bestimmt sind. Die Einrichtungen zur Verhinderung bzw. zum Absaugen von Rauch können bei der oben beschriebenen Ausführungsform mit Einrichtungen zum Personenschutz kombiniert werden oder für diese Einrichtung bestimmt sein.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispxel mit drei unabhängigen Signalkreisen L_Q1, L_Q2 und L₀₃/ durch die sich statistische Zeitgrößen berücksichtigen lassen, um drei unterschiedliche Arten von PrüfSignalen zu erzeugen. Dabei werden bei zwei oder drei Verzögerungszeiten die statistisehen Zeiten berücksichtigt, die zu erwarten sind, wenn bei einem sich vergrößernden Brandherd bestimmte Uberwachungsgrößen ansteigen. Externe Rauschsignale, die bei-

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spielsweise aufgrund eines Blitzes auf einen fotoelektrischen Feuersensor gelangen, dauern etwa ein Tausendstel einer Sekunde, und das Entladungsrauschen eines auf 10KV aufgeladenen Kondensators von 25 0 pF dauert etwa mehrere Mikrosekunden. Wird die Schaltung also auf Rauschsignaldauern von 10 Millisekunden bis 100 Millisekunden ausgelegt, so läßt sich der größte Teil externer Rauschsignalenergie im Signalkreis L₀-. absorbieren. Verzögerungskreise ^C01 ' ^R01 ' ^{die rait dem Tri}99^ere;i-ⁿ9^an9 eines Halbleiter-Schalterelements T₁ verbunden sind, das zwischen den Kreisen L₀₁ und L₀₀ liegt, sind unter Berücksichtigung der erwähnten Rauschsignalperioden festgelegt. Die Trigger-Verzögerungszeit C₀₂/ Rf»2 ^ei^nes Schalterelements D₂ wird im Hinblick auf die Zeit festgelegt, die benötigt wird, bis die in den Sensor S eintretende und zu erfassende Größe ein Signal zur Triggerung des Schalterelements T₁ ausgelöst hat, d.h. unter Berücksichtigung der statistischen Zeit in Abhängigkeit vom Ort, an dem der Sensor sich befindet usw., und zwar vom Anfangszustand eines Feuers bis zu jenem Zeitpunkt, zu dem die zu erfassende Größe einen ausreichenden Wert erreicht hat, um eine sichere Entscheidung zu treffen, daß das Feuer ausgebrochen ist. Schließlich wird die Triggerverzögerungszeit C_Q3, R_Q3 für das Schalterelement T- unter Berücksichtigung der statistisch berechenbaren Zeit bestimmt, die vom Zeitpunkt der Auslösung des Feueralarms bis zu dem Zeitpunkt verstreicht, zu dem eine Feuerlöschsubstanz versprüht wird und unter Berücksichtigung einer ausreichenden Fluchtzeit. Die Triggerverzögerungszeiten der Schalter T₂ und T₃ werden im allgemeinen mit mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten gewählt und unterscheiden sich dadurch deutlich von der sehr kurzen Dauer der erwähnten Rauschsignale. Für diese Schaltkreise ist also eine Erregung durch

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Rauschsignale praktisch auszuschließen.

Drei Signalkreise L_Q1, L_Q2 und L₀₃ sind mit unabhängigen Gleichstromversorgungen DC₁, DC₂ und DC, bestückt und ein Strom fließt in Durchlaßrichtung durch Dioden D₁, D₂ und D-, zum Feuersensor F. Die Kreise enthalten weiterhin Relais B_Q.. , B₀₂ und B₀₃ zur Überprüfung der in den Signalschaltkreisen auftretenden Signale. Diese Relais liefern einen "Frühalarm", "Feueralarm" und lösen außerdem Einrichtungen zur Feuerlöschung bzw. zum Absaugen von Rauch und dergleichen aus. Der Signalkreis L₀₁, der, wie erwähnt,; die Rauschsignalenergie absorbiert, enthält einen beweglichen Kontakt b_fil, der über das Relais B_Q1 als Selbsthaltekontakt wirkt sowie einen beweglichen Kontakt b_Q2 für einen Zeitgeber M. Ein offener Kontakt m des Zeitgebers M liegt zwischen der Stromversorgung DC₁ und dem Relais B₀₁ . Bei Auftreten eines ausreichend starken Rauschsignals wird der Kreis L_Q1 erregt und der Zeitgeber M beginnt zu laufen. Nach einer vorgebbaren Zeitperiode (vorzugsweise mehrere Sekunden bis zu mehreren zehn Minuten) wird der Kreis geöffnet und das System wird zurückgesetzt. Der Kreis L_Q1 ermöglichst also stets eine Beurteilung, ob das System normal arbeitet.

Die Schaltung der Fig. 5 enthält Feuersensoren, die auf eine Mehrzahl von Empfindlichkeiten einstellbar sind und die in Abhängigkeit von der jeweiligen Empfindlichkeit Feuer- bzw. Alarmsignale an eine Mehrzahl von Leitungen der Empfangereinheit abgeben. Von der Empfängereinheit R gehen insbesondere die Leitungen L₀₁, L_Q2 und eine gemeinsame Leitung L_Q0 ab, die zur Übertragung von Signalen und elektrischer Leistung dienen. Insbesondere sind die Leitungen L_Q1 und L₀₂ auf unabhängige Gleichstromversorgungen

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DC₁ und DC₂ geschaltet. Die Leitungen L_Q1, L_Q2 zur Signal- und Stromversorgung sind über Dioden D₁, D₂ auf eine gemeinsame Speiseleitung L₁₂ im Sensor geschaltet, wobei die Dioden einen Stromfluß in Gegenrichtung verhindern. Die gemeinsame Zuführleitung L₁₂ ist mit einer Konstantspannungsschaltung 64 verbunden. Wird die Leitung L_Q1 zur Signal- und Stromführung aufgrund eines durch den auf bestimmte Empfindlichkeit eingestellten Sensors kurzgeschlossen, so daß eine niedrige Impedanz auftritt, so wirken die Dioden D₁, D₂ so, daß die Stromversorgung für die gemeinsame Zuführleitung L₁₂ jetzt über die Leitung L₀₂ erfolgt. In diesem Fall verhindert die Diode D₂ einen Stromfluß von der Leitung L₀₂ zur Leitung L_Q1.

Zwischen dem gemeinsamen Zuführleiter L₁₂ und der gemeinsamen Leitung L„_Q liegt eine Rauchdetektoreinheit 65, deren Elektrodenimpedanz sich bei Eindringen von Rauch ändert. Die zugehörige Feuerdetektoreinheit 67 enthält einen Feldeffekttransistor 66, dessen Impedanz sich proportional zur Rauchkonzentration ändert. Eine Komparatoreinheit 69 mit einem Spannungskomparator 68 weist einen positiven Eingang auf, an dem eine erste Bezugsspannung zugeführt wird, die durch Widerstände R₁.., ^Rc-a' Rr* bestimmt ist und außerdem eine negative Eingangsklemme, die mit dem Source-Anschluß des Feldeffekttransistors 66 verbunden ist. Die durch die genannten Widerstände festgelegte erste Bezugsspannung dient zur Einstellung der Anfangsempfindlichkeit des Sensors. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß bei normalem Betriebszustand das Signalpotential vom ersten Feuerdetektor 67 größer ist als das Bezugspotential. Der Ausgang des Spannungskomparators 68 verbleibt damit auf Niedrigpegel. Der Ausgang des Spannungskomparators 68 speist die

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Anode eines programmierbaren Unijunction-Transistors 70 (nachfolgend als PUT bezeichnet) über ein integriertes Schaltkreiselement, bestehend aus einem Kondensator Cr₁ und einem Widerstand Rr₈- Eine durch Widerstände Rg₀* Rg-i bestimmte Bezugsspannung beaufschlagt das Gate des PUT 70. Andererseits speist der Ausgang des Spannungskomparators 68 die Anode eines PUT 72 über ein integriertes Schaltkreiselement, bestehend aus einem Kondensator C₅₃ und einem

Widerstand R.,. Eine durch Widerstände E,_c, R^ bestimmte 63 65 66

Bezugsspannung wird dem Gate-Anschluß des PUT 72 zugeführt. Die Zeitkonstante des integrierten Schaltkreiselements auf der Seite des PUT 70 ist kleiner gewählt als jene des integrierten Schaltkreiselements auf der Seite des PUT Dadurch wird der PUT 70 durch das Ausgangssignal des Spannungskomparators 68 zunächst leitend.

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Die Kathode des PUT 70 ist mit dem Gate eines Thyristors T₁ über eine Gateeingangsschaltung verbunden, die aus einem Widerstand R_ni und einem Kondensator C₀₁ besteht. Der Thyristor T- ist zwischen der Leitung L₀₁ zur Signal- und Stromzufuhr und der gemeinsamen Leitung L₀-angeschlossen und bildet ein erstes Schalterelement. Die Kathode des PUT 72 ist mit dem Gate eines Thyristors T-, über eine Gateschaltung verbunden, die aus einem Widerstand R_Q2 und einem Kondensator C₀₂ besteht. Der Thyristor T- liegt zwischen der Leitung L-₂ zur Signal- und Stromzuführung und der gemeinsamen Leitung L₀-; er bildet ein zweites Schalterelement. Die Leitung L₀₁, die durch den Thyristor T₁ kurzschließbar ist, ist über eine Diode D₁. und einen Widerstand R~c mit einer positiven Eingangsklemme des Spannungskomparators 68 verbunden. Das Bezugspotential des Spannungskomparators 68 läßt sich damit durch Einschalten des Thyristors T. ändern. Die Leitung L_Q1 enthält eine Alarmanzeige 74 mit einer Alarmanzeigelampe L_f.

Unter normaler Oberwachungsbedingung ist die auf den positiven Eingang des Spannungskomparators 68 gelangende Bezugsspannung kleiner als eine am negativen Eingang zugeführte relativ hohe Spannung. Der Ausgang des Spannungskomparators 68 steht also auf Niedrigpegel.

Gelangt in diesem Zustand Rauch in eine Außenkammer der Rauchdetektoreinheit 65, so sinkt das Gatepotential des Feldeffekttransistors 66 ab und das Potential am negativen Eingang des Spannungskomparators 68 sinkt ab.

Wird das Potential am negativen Eingang niedriger als das Bezugspotential am positiven Eingang, so schaltet der Ausgang des Spannungskompanators 68 auf Hochpegel um. Damit werden Kondensatoren C^₁, Cj.^ über Widerstände Rc₇/ ^Rco vo^m Spannungskomparator 68 aus aufge-

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laden. Da die Zeitkonstanten der integrierten Schaltkreiselemente auf der Seite des PUT 70 und auf der
Seite des PUT 72 so gewählt sind, daß die Bedingung
^R58*^C51^ ^R63'^C53 befriedigt ist, wird die Klemmenspannung des Kondensators C₅., d.h. das Anodenpotential des PUT 70 größer als sein Gatepotential, so daß zunächst der PUT 70 leitend wird. Ist dies der Fall, so gelangt ein Signal auf die Gateeingangsschaltung bestehend aus dem Widerstand R_n.. und dem Kondensator C₀₁, so daß der Thyristor T. eingeschaltet wird und die
Leitung L_n1 mit der Leitung L_n kurzschließt, so daß

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bei hoher Empfindlichkeit der Empfängereinheit R ein
Alarmsignal ausgelöst wird. Das durch Einschalten des Thyristors T₁ ausgelöste Alarmsignal dient beispielsweise als Feueralarm und die Empfängereinheit R betätigt also die Feueralarmanzeigeeinheit durch Einschalten der Alarmanzeigelampe L_f. Da das Potential auf der Leitung L_Q1 mit dem Einschalten des Thyristors T.. absinkt, wird es augenblicklich schwierig bzw. unmöglich, den Sensor mit Strom zu versorgen. Die Stromversorgung erfolgt jedoch jetzt über die Leitung L_n-. Dabei verhindert die Diode D- einen Stromfluß von der Leitung L zur Leitung L_ni. Die Stromversorgung des Sensors erfolgt jetzt über die gemeinsame Zuführleitung L₁₂*

Nach dem Leitendschalten des Thyristors T. wird andererseits das Potential an der Anode nahezu Null. Der positive Eingang des Spannungskomparators 68 ist über den Widerstand R₁-C und den Thyristor T^ mit der gemeinsamen
Leitung L_nn verbunden. Die Abtastempfindlichkeit wird damit durch Absenken des Bezugspotentials des Spannungskomparators 68 erniedrigt. Das Potential am negativen Eingang des Spannungskomparators 68 wird jetzt wieder höher als das Bezugspotential, so daß der Ausgang des

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Spannungskomparators 68 wieder Niedrigpegel einnimmt. Ist dies der Fall, so werden die zuvor aufgeladenen Kondensatoren C_n, und C_c-. über die Dioden D_co/ D₁..

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augenblicklich entladen. Der zuvor leitende PUT 70 wird jetzt nichtleitend und der Gatestrom zum Thyristor T₁ wird unterbrochen. Jedoch verbleibt der einmal leitfähig geschaltete Thyristor T. im leitfähigen Zustand.

Gelangt unter dieser Bedingung höher konzentrierter Rauch in die Außenkammer der Rauchdetektoreinheit 65, so sinkt das Source-Potential des Feldeffekttransistors 66 ab, d.h. das Potential am negativen Eingang des Spannungskomparators 68 erniedrigt sich. Fällt dieses Potential unter den Pegel des geänderten Bezugspotentials, so wechselt der Ausgang des Spannungskomparators 66 wiederum, d.h. er schaltet auf Hochpegel. Damit wird der PUT 70 über den jetzt aufgeladenen Kondensator C₁... leitend. Der Alarmzustand wird jedoch nicht geändert, da der Thyristor T₁ bereits leitend ist. Überschreitet jetzt das Anodenpotential des PUT 72 das Gatepotential und erreicht aufgrund der im Kondensator C₅₃ gespeicherten elektrischen Ladung den vorgegebenen Wert, so wird der PUT 72 leitend und gibt ein Signal auf den aus dem Widerstand R_Q2 und dem Kondensator C₂ gebildeten Gatekreis, so daß der Thyristor T_? durchschaltet und die Leitung L_Q2 und die Leitung L__o kurzschließt. Nach Änderung der Empfindlichkeit gelangt das Alarmsignal also über die Leitung L₀₂ auf die Empfängereinheit R,die jetzt Einrichtungen zur Feuerverhinderung,beispielsweise Feuerlöschelemente und/oder Rauchabzugsvorrichtungen betätigt.

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Obgleich vorstehend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, bei der sich die Abtastempfindlichkeit in zwei Stufen ändern läßt, ist es selbstverständlich auch möglich, eine Empfindlichkeitsänderung über eine im Prinzip beliebige Anzahl von Stufen zu ändern,wenn die Anzahl der Leitungen zur Signal- und Stromzuführung entsprechend erhöht wird. Es ist außerdem möglich, unter Verwendung der für jede Empfindlichkeitsstufe ausgelösten Alarmsignale verschiedene Warn-, Lösch- und Rauchabzugseinrichtungen und dergleichen getrennt zu steuern. Auch kann eine Mehrzahl von Feuersensoren für den gleichen Kreis von der Empfängereinheit aus vorgesehen werden, und zwar auch zusammen mit Feuersensoren (Doppelschaitkreis), die ausschließlich zur Auslösung eines Feueralarms bestimmt sind. Dazu alternativ ist es auch möglich, verschiedene Einrichtungen von jedem der Sensoren aus getrennt zu steuern.

Bereits vorhandene Drei-Draht-Empfängereinheiten eignen sich zur Anwendung der Erfindung. Das heißt, es kann

ein erfindungsgemäßer Feuerdetektor auf einfache Weise anstelle bekannter Einrichtungen eingesetzt werden, um ein Überwachungssystem mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsstufen zu ermöglichen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 läßt sich weiterhin eine Schaltungsintegration verwirklichen, die den Widerstand R_CQ und den Kondensator C_C1 mit dem ersten 58 Dl

Thyristor T₁ umfaßt, der durch den PUT 70 getriggert wird. Dabei dienen die Elemente R₅₈/ C₅₁ als Rauschfilter, die eine irrtümliche Betätigung des PUT verhindern, selbst wenn Rauschsignale auftreten. Dringt beispielsweise Tabakrauch zeitweilig in die Rauchdetektoreinheit 65 ein oder wird der Spannungskomparator

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sogar zeitweilig durch Stör- oder Welligkeitssignale in der Stromversorgung betätigt, so wird dadurch der PUT 70 nichtleitend geschaltet. Es entsteht also kein Fehlalarm, während andererseits das Auftreten von Feuer zuverlässig überwacht wird.

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ZUSAMMENFASSUNG

Das Feuerüberwachungssystem enthält mindestens einen Feuersensor, der parallel liegt zu einem ersten Halbleiterschalterelement und einem zweiten Halbleiterschalterelement, die in zwei getrennten Stromversorgungskreisen liegen. Das im ersten Stromversorgungskreis liegende Halbleiterschalterelement ermittelt eine aufgrund von Feuer auftretende und zu überwachende Größe, deren Menge kleiner ist als bestimmte Standardmengen; es wird bei Auftreten eines durch den Feuersensor gelieferten "Frühsignals" leitend. Das im zweiten Stromversorgungskreis liegende zweite Halbleiterschalterelement überwacht die erwähnte Standardmenge und wird leitend, sobald ein Alarmausgangssignal vom Feuersensor vorliegt. Zwischen dem Wirksamschalten des ersten HaIbleiterschalters und des zweiten Halbleiterschalters wird eine Zeitverzögerung vorgesehen, die eine statistische Zeitdifferenz berücksichtigt, die zwischen dem Frühsignal entsprechend einem Anfangszustand eines möglichen Feuers und der Erzeugung eines Alarmsignals erwartet werden kann, das einer Feuerentscheidungsschwelle entspricht. Irgendwelche in das System gelangende Rauschsignale werden dabei durch das erste Halbleiterschalterelement absorbiert, das nach Ablauf der Zeitverzögerung leitend wird, so daß der zweite Stromversorgungskreis mit dem zweiten Halbleiterschalter zur Auslösung eines Feueralarms voll funktionsfähig bleibt. Mit dem Feuerdetektorsystem werden mit hoher Zuverlässigkeit bereits auch Feuerkriterien erfaßt, deren Größe oder Menge kleiner ist als eine vorgebbare Größe oder Menge für ein Feuerüberwachungssystem, welches vorgegebene Standardwerte erfaßt, wie Wärmeentwicklung, Rauch oder Licht, die gewöhnlich beim Ausbruch von Feuer oder auch bei einem Schwelbrand entstehen.

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Claims

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Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vetlioter Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatairas agreo3 prfes !'Office europien des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H, Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller _o. . ..,

Triftstrasse 4, Siekerwall 7,

D-8000 MÖNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1

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Mii/hm/vL 24. August 1979

HOCHIKI CORPORATION

No.2-10-43, Kamiosaki,

Shinagawa-ku, Tokyo/Japan

Feuerüberwachungseinrichtung

Prioritäten: 26. August 1978 - Japan - No. 116219/53 27. November 1978 - Japan - No. 161798/53

PATENTANSPRÜCHE

Feuerdetektoreinrichtung mit

- einem Feuersensor, der ein Paar von Versorgungsklemmen und eine Ausgangsklemme aufweist und bei Anlegen einer Spannung an die Versorgungsklemmen auf eine bestimmte Menge an Rauch, Licht, Wärme (überwachungsgröße) oder dergleichen anspricht und an seiner Ausgangsklemme bei Überschreiten eines Schwellenwerts ein Signal abgibt;

gekennzeichnet durch

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- eine erste und eine zweite über elektrische Schaltkreise in Parallelschaltung an das Versorgungskleiranenpaar angeschlossene Gleichstromversorgungseinheiten (DC-, DC₂);

- eine erste Signalschaltung, die ein erstes Halbleiter -Schalter element (T₁) enthält, das zwischen einer Anoden- und einer Kathodenklemme der ersten Gleichstromversorgungseinheit liegt und einen Triggereingang aufweist, der mit der Ausgangsklemme des ersten Feuersensors verbunden ist;

- eine zweite Signalschaltung, die ein zweites Halbleiterschalterelement (T₂) enthält, das zwischen einer Anoden- und einer Kathodenklemme der zweiten Gleichstromversorgungseinheit angeschlossen ist und einen Triggereingang aufweist, der mit der Ausgangsklemme des Feuersensors verbunden ist;

- eine erste Verzögerungsschaltung zur Verzögerung der von der ersten Signalschaltung gelieferten Signale;

- eine zweite Verzögerungsschaltung, die die von der zweiten Signalschaltung gelieferten Signale um eine Zeitspanne verzögert, die länger ist als die durch die erste Verzögerungsschaltung bewirkte Verzögerungszeit;

- der ersten bzw. der zweiten Signalschaltung zugeordnete Dioden zwischen den Versorgungsklemmen des Feuer sensors und den Gleichstromversorgungseinheiten, die so gepolt sind, daß die von der ersten bzw. zweiten Gleichstromversorgungseinheit gelieferte elektrische Leistung über die Versorgungsklemmen

des Feuersensors fließt, und weiter

- dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalschaltung durch externe Rauschsignalenergie wirksam schaltbar ist, während die zweite Signalschaltung stabil und durch externe Rauschsignale unbeeinflußt bleibt.

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2. Feuerdetektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- zwischen den Stromversc-rgungseinheiten der ersten und zweiten Signalschaltung und dem ersten bzw. zweiten Halbleiterschalterelement angeschlossene Relais (B_Q.., B -, ...), die auf ansteigende Stromsignale ansprechen, welche bei Einschaltung der Halbleiterschalterelemente fließen und

- durch die Relais schaltbare Mittel wie Feueralarmeinrichtungen, Feuerlöscheinrichtungen und dergleichen.
3. Feuerdetektor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

- eine Verstärkereinrichtung, deren Steueranschluß mit der Ausgangsklemme des Feuerdetektors (67) verbunden ISt₁

- eine zwischen der Ausgangsklemme und der Signalschaltung angeschlossene Signalsteuerschaltung, die an die Steuerklemme ein Ausgangssignal abgibt, wenn ein Auslösesignal an der Ausgangsklemme während einer vorgebbaren Zeitperiode kontinuierlich auftritt, wobei nach Empfang eines Ausgangssignals an der Steuerklemme eine Überwachungsgröße durch den Feuerdetektor anschließend erfaßbar ist, die größer ist als der vorgebbare Anfangswert derart, daß an der Ausgangsklemme ein zweites Signal auftritt.
4. Feuerdetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

- eine Mehrzahl von durch vorgebbare Überwachungsgrößen definierte Signalarten, wobei Feuersensoren, die Signale gleichen Typs abgeben, mit den gleichen Signalschaltungen und parallel geschaltet sind, und

♦verbunden

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- eine Signalschaltung, die durch einen relativ hohen Wert der öberwachungsgröße definierte Signale erzeugt und zur Einschaltung von Einrichtungen zur Verhinderung einer Rauchbildung, von Absaugeinrichtungen, Feuerlöscheinrichtungen oder anderen Sicherheitseinrichtungen dient.