EP2368236A1 - Method and device for the early detection of fires - Google Patents

Method and device for the early detection of fires

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Publication number
EP2368236A1
EP2368236A1 EP09740256A EP09740256A EP2368236A1 EP 2368236 A1 EP2368236 A1 EP 2368236A1 EP 09740256 A EP09740256 A EP 09740256A EP 09740256 A EP09740256 A EP 09740256A EP 2368236 A1 EP2368236 A1 EP 2368236A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
fire
detection
ions
fires
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09740256A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Lenkeit
Achim Schumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minimax GmbH and Co KG
Original Assignee
Minimax GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/EP2008/010916 external-priority patent/WO2010069353A1/en
Application filed by Minimax GmbH and Co KG filed Critical Minimax GmbH and Co KG
Priority to EP09740256A priority Critical patent/EP2368236A1/en
Publication of EP2368236A1 publication Critical patent/EP2368236A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/117—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means by using a detection device for specific gases, e.g. combustion products, produced by the fire

Definitions

  • the invention relates to a method for the early detection of fires according to the preamble of the first claim and an apparatus for carrying out the method.
  • the present invention relates to a method for the detection of volatile combustible gases whose release in the phase of thermal decomposition precedes a fire. With the help of the detection of these gases, a pre-alarm and alerting is possible to take appropriate preventive measures. Furthermore, the invention describes a novel fire detector, which uses the detection of positive and negative ions of volatile gases by their separation after passing through an electromagnetic field. This makes it possible to detect substance-specific thermolysis products in extremely low concentrations at a very early stage of the formation of the fire.
  • the invention is suitable for use for fire detection, where smoldering fires (very slow increase in temperature of the burned material) and thermal decomposition processes in different areas are to be expected.
  • smoldering fires very slow increase in temperature of the burned material
  • thermal decomposition processes in different areas are to be expected.
  • woodworking industry food industry, IT, telecommunications and warehousing.
  • Conventional fire detectors can be divided into smoke, heat, and flame detectors. They are based on the measurement of physical quantities such as temperature, electromagnetic radiation and light scattering on smoke aerosols. In addition to the detection of these classic fire parameters, gases can be detected at an early stage of thermal decomposition. Frequently, localized, narrow overheating is the source of a fire. Smoldering fires that are not or too late detected in their formation phase, often cause great damage. During the thermal decomposition process in a smoldering fire gaseous products are released in different concentrations. These include, for example, CO, H 2 , CH 4 and
  • Nitrogen oxides As the fire progresses and the temperature increases, the emission of complete combustion products such as CO 2 and H 2 O increases. These gases emitted in the formation phase of a fire can be detected early by the use of suitable gas sensors.
  • Fire gas detectors are known using the known types of sensors such as electrochemical cell, catalytic converter, catalytic gas sensor, semiconductor gas sensor / sensor arrays and infrared absorption gas sensors.
  • sensors such as electrochemical cell, catalytic converter, catalytic gas sensor, semiconductor gas sensor / sensor arrays and infrared absorption gas sensors.
  • NO x CO 2 and H 2 O which arise at a sufficiently high energy input, also form material-specific high molecular weight gases in the thermal decomposition process even at a slightly lower energy input and lower temperatures on the potential fire good, also called good short.
  • thermolysis products are referred to as substance-specific volatile thermolysis products characteristic of the material to be monitored.
  • substance-specific volatile thermolysis products characteristic of the material to be monitored.
  • wood carboxylic acids, furan derivatives, aldehydes, ketones and monoaromatics.
  • polyurethane foams eg toluene diisocyanate and polyols.
  • a disadvantage of the said conventional fire detectors and gas sensors is that they react only in the advanced stage of decomposition of the fire or after fire outbreak. Furthermore, the fire characteristics are not substance-specific. Furthermore, there may be alarms caused by environmental influences of identical physical quantities. All measuring bodies used for fire detection are referred to below as fire characteristics.
  • a method for fire detection is known, which should be suitable for detecting an increased risk for the breaking out of a fire of an electrical component.
  • This method is based on the known ion mobility spectrometry or ion mobility spectrometry.
  • the description will be made of the detection of gases resulting from the heating of electrical components, e.g. printed circuit boards and resistors are emitted. The identities of these gases are not described. It merely describes how an ion mobility spectrum changes when gases are released from heated paint-coated circuit boards and fed to the spectrometer.
  • ion mobility spectrometry is based on the fact that ions generated under normal pressure drift in an electric field against the flow direction of a gas. Ions of different mass and / or structure reach different drift velocities and are separated from each other until they hit one detector in succession. The ratio of the ion drift velocities to the strength of the electric field is called ion mobility and the separation of these ions over a certain distance based on the different drift velocities as ion mobility spectrometry Characterized by this method are the low field strengths and the resulting field independence of the ion mobility
  • An ion mobility spectrometer essentially consists of a drift tube, which in turn is made up of a reaction space and a drift space. Both spaces are separated from each other by an electric control grid
  • a disadvantage of this method is that electrical control grid are required for sample inlet and Ablegitter in front of the detector, so that the detector is often expensive and has larger dimensions Furthermore, it may be a disadvantage that either only negative or positive ions are measured, so that no Acquisition of positive and negative ions is possible as fire genesis characteristics
  • Fire alarm signal can be triggered
  • the proposed solution describes a method for the early detection of fires on the basis of the detection of volatile products which are characteristic of the material to be monitored.
  • the ambient air is extracted and ionized from the area to be monitored, whereby filtration and heating of the gas can be carried out during the aspiration
  • the extraction of the ambient air can be done eg via a pipe system with Ansaugo réelleen, via flexible hoses or a variety of flexible hoses or pipes with Ansaugo réelleen via a measuring point changeover ambient air from different areas can be sucked
  • the suction as a bypass from a forced air flow from a Room, a hall or an object such as a machine or an IT server cabinet are a solution
  • the ionized gas stream which contains material-specific gases in a dangerous situation during thermal decomposition, is conducted through an electromagnetic field. This is designed so that the resulting field strength in their temporal and spatial dependence, the trajectories of the ions changed so that at least with a constant, pre-selected parameter set for generating the field positive and / or negative ions of thermolysis gases on defined trajectories forced and detected become.
  • the electromagnetic field is understood to mean the superimposition of the magnetic and electric fields, whereby the variants that the magnetic field strength or the electric field strength is equal to zero are also possible.
  • Changing the field generation parameters can be done step by step. If negative and positive ions are detected, this is done simultaneously or with a time lag.
  • a measurement signal which can be stored, is produced by the detectively detected ions. This may be, for example, the current measured by the detected charges (ions).
  • the measuring signal can also be a further processed signal and also the combination of the measuring signals of positive and negative ions.
  • measuring signals Furthermore, the stored measured values and their possible further processing are referred to as measuring signals.
  • the escaping gas stream may also contain no ions.
  • the pre-selected parameter set depends on the type of field. With defined geometry and arrangement of the electrodes and / or the coils for generating the field and frequency of the field, these are voltage and / or current values.
  • the pre-selected parameter set can be predefined for substances and substance groups.
  • This parameter set can be entered manually, for example, or and as This is useful if the combustible consists of only one previously known substance or a group of substances or a group of substances
  • the stored measurement signals and / or signal patterns are examined by evaluation algorithms for the presence of significant changes, such as maxima and / or slope changes or by comparison with stored signal patterns / values. If significant changes are found, this leads to a fire alarm signal at a very early stage fire may
  • An advantageous embodiment of the Feswolf of significant changes in the measurement signals, which lead to a fire alarms, is also the Fetswolf increasing the measurement signals over a period exceeding a predefined value and / or a predefined slew rate (gradient) This can be advantageous in the detection positive and / or negative ions with only one or a few preselected parameter sets for field generation
  • the ionized gas stream is preferably passed through a high field electric field superimposed by a field generated by a DC voltage.
  • the electric field should advantageously be an asymmetric alternating field. It is advantageous if this has a voltage of 300 to 2,000 volts, preferably 500 to 1,500 volts
  • the field strength is between 5,000 and 50,000 V / cm, preferably 10,000 to 30,000 V / cm
  • the applied alternating field may have a frequency between 0.1 to 10 MHz, preferably 1 MHz
  • the DC voltage can be between -100 to +100 volts, preferably -43 to +15 volts
  • the time dependence of the measurement signal, z B of the ion current (current signal in the detection of ions), measured in this way usually ions of a substance-specific thermolysis gas measured or positive and negative ions of different gases, if at this DC value random positive ions of one gas and negative ions of another gas are forced to the trajectories for detection detection
  • the DC voltage stepwise in a to change predefined interval so that positive and / or negative ions are forced and detected detections on defined trajectories
  • the steps in which the DC voltage is increased may be the same or different degrees It is advantageous, for example In this way, a family of curves is measured and stored which represents the time dependency of the currents of positive and / or negative ions at each set DC voltage value
  • the stored measuring signals or signal patterns are preferably continuously in a signal processing unit with evaluation algorithms for the presence of Significant changes, such as maxima and / or slope changes are investigated Another advantageous signal evaluation is based on the comparison with stored signal patterns / values If significant changes are found, this leads to a signaling of fire detection at a very early stage
  • substance-specific maxima are found, this leads to a signaling of the fire detection, preferably as a function of the number and position of the maxima and / or the exceeding of predefined values of the measurement signals, eg the ion currents and / or their slew rates.
  • the identification of the substance-specific maxima of the ion currents at defined process parameters is preferably by the
  • the duration of detection and analysis of a complete family of curves is preferably 2 to 3 seconds. This is significantly less than the time, for example, that other methods are needed to identify substance-specific thermolysis gases
  • a further advantageous embodiment of the method is then that for generating the fire alarm signal, a signal of another sensor system for detecting low molecular weight gases and / or Rauchaerosolen is used.
  • the Meßsignaler normal, storage and data analysis (evaluation algorithms) is preferably software controlled by appropriate electronic circuits with microcontroller systems and Save realized The use of ASICs can be beneficial
  • the method makes it possible to trigger a multistage fire alarm. This can happen, for example, in the case of a first significant increase in the ion current at one of the DC voltage values, a first signal (eg pre-alarm 1) is displayed to a monitoring device (eg. A second alarm threshold is output at a second significant increase in a further DC voltage value. A third significant increase in the ion current at a further DC voltage value can trigger an alarm at z B of a fire alarm control panel For this there are different alarm scenarios depending on the type of fire and scope of the danger or condition of the concrete plant adjustable
  • the apparatus for early detection of fire based on the detection of characteristic volatile thermolysis products which are specific to the fire to be monitored, consists of a suction unit and an iontechnischsvornchtung in which the sucked gas stream is ionized
  • the suction unit may be exchangeable, eg after contamination to the suction unit a rigid or flexible piping system can be connected with Ansaugo réelleen to suck from different areas or Geraten the ambient air
  • the suction unit usually consists of a Filteremheit, a valve, a pump and a Meßgastechnisch through which the gas stream is sucked to the Meßgas effet can Flow sensor may be connected
  • the filter unit may consist of hydrophobic Teflon, another hydrophobic material or of a membrane, for example of dimethylsihcon for gas permeation
  • Membrane can be individually exchangeable. Furthermore, the membrane can be arranged directly in front of the ion generation chamber or else exchangeably in an inlet connection
  • the additional gas supply can be used for cleaning and / or Verdunnungs sectionen by means of purified dry air or nitrogen without interrupting the actual measurement process Furthermore, this gas supply is the parallelthesesüberprufung the detector with different gas standards
  • the valve should be advantageously designed as a needle valve But also conceivable is a mass flow controller or a simple Stromungsreduzi für means of pinhole pump can be used as a diaphragm pump But also conceivable is a rotary valve piston pump, a linear compressor or a fan at lower pressures
  • the sample gas line can be heated and exchanged and should be provided with a chemically inert, thermally stable and anti-adhesive or non-adhesive surface by means of the suction unit gases from the ambient air, which reflects the changes in the fire quickly and reliably detected and via an inlet port in guided the housing of the ion generator or the ion current measuring chamber
  • the aspirated gas stream can, for example, pass through an inlet nozzle into an ion generation and ion current measuring chamber.
  • This can be arranged in a heatable, temperature-controlled housing in or at which a temperature sensor is located.
  • an ionization device which consists of the ion generation and ion current measuring chamber, is arranged on the housing
  • the ionization device can be a radioactive emitter, for example of 63 Ni, or a UV source. After the ionization device, electrodes for generating an alternating field are arranged.
  • Gas discharge unit which can be interchangeable and can be equipped with chemically inert, thermally stable and anti-adhesive or non-adhesive surface
  • the microcontroller system can display malfunctions of the device, operating conditions and alarms via a display unit
  • the display can be made by LEDs
  • the displays by message texts on an alphanumeric, graphic display
  • a combination is possible in that the displays are made by LEDs and display
  • the microcontroller system can be equipped with a control unit, various interfaces, for example, the fire alarm and danger center, connected to the building technology, but also with the flow sensor and temperature sensor on the housing of the ion generation and lonenstrommeßhunt, the electrometer plates and the circuit for generating and controlling the alternating field and the DC voltage for the overlay field.
  • a defined operating status can be set, stored data can be displayed and parameters set for detection.
  • An interface can be used to parameterize, read out measured data and update the software.
  • An advantage of the method and apparatus for early detection of fires is that fires in the earliest possible phase before their full expression with little technical effort and small devices quickly and reliably recognizable and classifiable in different levels of alarm, so that particularly fast and early seize or triggering follow-up actions is possible. Furthermore, by detecting substance-specific thermolysis products it is advantageous that deceptive quantities can be detected and do not influence the fire alarm signaling.
  • Figure 1 Schematic representation of an apparatus for the early detection of fires on the basis of the detection of characteristic volatile Thermolyse.
  • Figure 2 Time course of the characteristic negative ion trace at a
  • Figure 3 Time course of the characteristic positive ion trace at a DC voltage of -6.02 V and the CO concentration during the
  • FIG. 6 Time course of the temperature during the thermolysis of beech wood to the curves in FIGS. 2, 3, 4 and 5
  • FIG. 8 Time course of the characteristic negative ion trace of FIG
  • FIG. 1 shows the schematic representation of the device for early detection of firing on the basis of the detection of characteristic volatile thermolysis products which are specific for firing products to be monitored.
  • the device consists of all parts which are located within the frame shown
  • the filter element has a pore size of 5 to 80 microns and allows moisture separation, further from the valve 3, which is a needle valve, the pump 4, which is designed as a diaphragm pump, the Meßgastechnisch.
  • the suction unit 1 is on the inlet nozzle
  • the gas stream 5 entering the ion generation and ion current measuring chamber 10 is ionized and passed through the electrodes 16, 17 to produce a change in charge and a superimposed DC field , w ei positive and negative ions in the electric field
  • You are forced between the electrometer plates 22, 23, at which positive and negative ions are detected to the electrometer plates 22, 23 amplifiers 24, 25 are connected in the present case, which amplify the measuring signals and with the microcontroller system 8 for measuring control, Data storage, data analysis and control are connected
  • the electrodes 16, 17 are provided with terminals 18, 19 for generating and controlling the alternating field 20 and for generating and regulating the DC voltage 21 both the generation and control of the DC voltage 21 and the generation and control
  • the device can be paramet ⁇ ert means PC or z B a Servicegerat, and the readout of measurement data and updates of the software done
  • the interface or a replaceable communication module 31 allows the
  • the display unit 27 allows a display of faults and different alarm levels and the display of a low alarm level, with the attention to the monitored fire source can be increased and when reaching the highest
  • Figure 2 shows the time course of the negative ion current at an applied DC voltage of - 3.81 V and an AC voltage of 1500 V compared with a commercial electrochemical carbon monoxide sensor
  • the curve increases after 780 seconds (corresponds to a sample temperature of 155 ° C. ) and reaches a maximum after 950 seconds. Only after reaching this maximum does the curve of the carbon monoxide sensor increase. This behavior makes it clear that evaluating the signal of the new fire detector offers a considerable time advantage compared to the commercially available CO detector
  • Figure 6 shows the temperature profile at the respective time in Figures 2 to 5. It can be seen that at about 170 0 C, the first alarm level is triggered at about 190 0 C, a second alarm level and at about 210 0 C a third alert level is triggered.
  • FIG. 7 shows the time course of the characteristic negative ion trace (current signal of the negative ions) for wood at a DC voltage of -9.47 V (alternating voltage 1500 V) during the thermolysis of beech wood and influencing cigarette smoke at approximately 420 s and 740 s .
  • the significance of the significant change in the measurement signal at approximately 420 s and 740 s can be seen from FIG.
  • the significant increase in the ion current from about 1300 s is caused by the release of wood-specific thermolysis products.
  • Figure 8 shows the time course of the characteristic negative ion trace for cigarettes smoke at a DC voltage of 0.21 V (AC voltage 1500V) during the thermolysis of beech wood and influencing cigarette smoke at about 420 and 740 s.
  • thermolysis products at different field strengths, i. different DC values allows the elimination of delusion sizes such as Cigarette smoke.

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Abstract

The invention relates to a method for the early detection of fires based on the detection of volatile thermolytic products which are characteristic of the object to be monitored for fires. According to said method, ambient air of an area to be monitored for fires is taken in and ionized, the ionized gas stream being guided through an electromagnetic field, the resulting field strength of which in terms of its temporal or spatial dependency changes the trajectories of the ions in a parameter set in such a manner that positive or/and negative ions of the ionized gas are forced into predefined trajectories and detected. The invention further relates to a device for the early detection of fires using the detection of characteristic volatile thermolytic products which are specific to the objects to be monitored for fires. Said device consists of an intake unit (1), an ion generation and ionic current measuring chamber (10) in which the gas stream (5) of the taken-in ambient air is ionized, electrodes (16, 17), having a connection (19) for generating and controlling a DC voltage (21), a ground connection and a connection (18) for generating and controlling an alternating field (20), two electrometer electrodes (22, 23) which detect characteristic ions, and a microcontroller system (8) which evaluates and stores the temporal dependency of the ionic currents and utilizes a significant change of the measured current at at least one DC voltage value to generate a fire alarm signal.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Früherkennung von Bränden Method and device for the early detection of fires
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Früherkennung von Bränden entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the early detection of fires according to the preamble of the first claim and an apparatus for carrying out the method.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion flüchtiger brandgutspezifischer Gase, deren Freisetzung in der Phase der thermischen Zersetzung einem Brand vorausgehen. Mit Hilfe des Aufspürens dieser Gase ist eine Voralarmierung und Alarmierung möglich um entsprechende Präventivmaßnahmen zu ergreifen. Weiterhin beschreibt die Erfindung einen neuartigen Branddetektor, welcher die Detektion positiver und negativer Ionen flüchtiger Gase durch deren Trennung nach Durchlauf eines elektromagnetischen Feldes nutzt. Dadurch ist es möglich, stoffspezifische Thermolyseprodukte in extrem geringen Konzentrationen in einem sehr frühen Stadium der Brandentstehung nachzuweisen.The present invention relates to a method for the detection of volatile combustible gases whose release in the phase of thermal decomposition precedes a fire. With the help of the detection of these gases, a pre-alarm and alerting is possible to take appropriate preventive measures. Furthermore, the invention describes a novel fire detector, which uses the detection of positive and negative ions of volatile gases by their separation after passing through an electromagnetic field. This makes it possible to detect substance-specific thermolysis products in extremely low concentrations at a very early stage of the formation of the fire.
Die Erfindung ist geeignet für den Einsatz zur Branderkennung, wo mit Schwelbränden (sehr langsamer Temperaturanstieg des Brandgutes) und mit thermischen Zersetzungsprozessen in unterschiedlichen Bereichen zu rechnen ist. Beispielsweise in der holzverarbeitenden Industrie, Lebensmittelindustrie, IT, Telekommunikationsbereich und Lagerwirtschaft.The invention is suitable for use for fire detection, where smoldering fires (very slow increase in temperature of the burned material) and thermal decomposition processes in different areas are to be expected. For example, in the woodworking industry, food industry, IT, telecommunications and warehousing.
Konventionelle Brandmelder lassen sich in Rauch-, Wärme-, und Flammenmelder einteilen. Sie beruhen auf der Messung physikalischer Meßgrößen wie Temperatur, elektromagnetische Strahlung sowie der Lichtstreuung an Rauchaerosolen. Neben der Detektion dieser klassischen Brandkenngrößen können in einem frühen Stadium der thermischen Zersetzung Gase detektiert werden. Häufig sind örtliche, engbegrenzte Überhitzungen die Quellen eines Brandes. Schwelbrände, die in ihrer Entstehungsphase nicht oder zu spät detektiert werden, verursachen dabei oft große Schäden. Während des thermischen Zersetzungsprozesses in einem Schwelbrand werden gasförmige Produkte in unterschiedlichen Konzentrationen freigesetzt. Hierzu zählen z.B. CO, H2, CH4 undConventional fire detectors can be divided into smoke, heat, and flame detectors. They are based on the measurement of physical quantities such as temperature, electromagnetic radiation and light scattering on smoke aerosols. In addition to the detection of these classic fire parameters, gases can be detected at an early stage of thermal decomposition. Frequently, localized, narrow overheating is the source of a fire. Smoldering fires that are not or too late detected in their formation phase, often cause great damage. During the thermal decomposition process in a smoldering fire gaseous products are released in different concentrations. These include, for example, CO, H 2 , CH 4 and
Stickstoffoxide. Bei der weiteren Brandentwicklung und zunehmender Temperatur nimmt die Emission von Produkten der vollständigen Verbrennung, wie CO2 und H2O zu. Diese in der Entstehungsphase eines Brandes emittierten Gase können durch den Einsatz geeigneter Gassensorik frühzeitig erkannt werden. Bekannt sind Brandgasdetektoren unter Verwendung der bekannten Sensortypen wie Elektrochemische Zelle, Wärmetönungs-Gassensor, Halbleiter-Gassensor/-sensorarrays und Infrarotabsorptions-Gassensoren. Neben den niedermolekularen Brandgasen wie z.B. CO, H2, CH4, NOx CO2 und H2O die bei ausreichend hoher Energiezufuhr entstehen, bilden sich auch stoffspezifische höhermolekulare Gase im thermischen Zersetzungsprozess bereits bei etwas geringerer Energiezufuhr und geringeren Temperaturen am potentiellen Brandgut, auch kurz Gut genannt. Im weiteren werden diese Thermolyseprodukte als stoffspezifische, für das zu überwachende Gut charakteristische flüchtige Thermolyseprodukte bezeichnet. Beispiele hierfür sind z.B. für Holz: Carbonsäuren, Furanderivate, Aldehyde, Ketone und Monoaromaten. Für Polyurethanschaumstoffe z.b. Toluendiisocyanat und Polyole.Nitrogen oxides. As the fire progresses and the temperature increases, the emission of complete combustion products such as CO 2 and H 2 O increases. These gases emitted in the formation phase of a fire can be detected early by the use of suitable gas sensors. Fire gas detectors are known using the known types of sensors such as electrochemical cell, catalytic converter, catalytic gas sensor, semiconductor gas sensor / sensor arrays and infrared absorption gas sensors. In addition to the low molecular weight combustion gases such as CO, H 2 , CH 4, NO x CO 2 and H 2 O. which arise at a sufficiently high energy input, also form material-specific high molecular weight gases in the thermal decomposition process even at a slightly lower energy input and lower temperatures on the potential fire good, also called good short. Furthermore, these thermolysis products are referred to as substance-specific volatile thermolysis products characteristic of the material to be monitored. Examples of these are, for example, wood: carboxylic acids, furan derivatives, aldehydes, ketones and monoaromatics. For polyurethane foams eg toluene diisocyanate and polyols.
Nachteilig an den genannten konventionellen Brandmeldern und Gassensoren ist, daß sie erst im fortgeschrittenen Zersetzungsstadium des Brandgutes oder nach Brandausbruch reagieren. Weiterhin sind die Brandkenngrößen nicht stoffspezifisch. Weiterhin kann es zu Alarmen kommen, die durch Umgebungsbeeinflussungen von identischen physikalischen Meßgrößen entstehen. Alle Messg rossen, die zur Branderkennung dienen, werden im weiteren als Brandkenngrößen bezeichnet.A disadvantage of the said conventional fire detectors and gas sensors is that they react only in the advanced stage of decomposition of the fire or after fire outbreak. Furthermore, the fire characteristics are not substance-specific. Furthermore, there may be alarms caused by environmental influences of identical physical quantities. All measuring bodies used for fire detection are referred to below as fire characteristics.
Um die Interventionszeit, die sich aus der Zeit zwischen der Brandentstehung und dem Ansprechen des Melders bis hin zur vollständigen Brandbekämpfung zusammensetzt, so kurz wie möglich zu halten, kommt es besonders auf eine möglichst frühe Detektion von Brandkenngrößen an.In order to keep the intervention time, which spans the period between the creation of the fire and the response of the detector to complete fire fighting, as short as possible, it is particularly important to detect fire characteristics as early as possible.
Aus DE 600 05 789 12 ist ein Verfahren zur Branderkennung bekannt, welches zur Erfassung eines erhöhten Risikos für das Ausbrechen eines Brandes eines elektrischen Bauteils geeignet sein soll. Dieses Verfahren beruht auf der bekannten lonenmobilitätsspektrometrie bzw. lonenbeweglichkeitsspektrometrie. Es wird das Aufspüren von Gasen beschrieben, die bei der Erwärmung von elektrischen Bauteilen, wie z.B. gedruckten Leiterplatten und Widerständen emittiert werden. Die Identitäten dieser Gase werden nicht beschrieben. Es wird lediglich beschrieben, wie sich ein lonenmobilitätsspektrum ändert, wenn Gase aus erhitzten lackbeschichteten Leiterplatten freigesetzt und dem Spektrometer zugeführt werden.From DE 600 05 789 12 a method for fire detection is known, which should be suitable for detecting an increased risk for the breaking out of a fire of an electrical component. This method is based on the known ion mobility spectrometry or ion mobility spectrometry. The description will be made of the detection of gases resulting from the heating of electrical components, e.g. printed circuit boards and resistors are emitted. The identities of these gases are not described. It merely describes how an ion mobility spectrum changes when gases are released from heated paint-coated circuit boards and fed to the spectrometer.
Das Prinzip der lonenmobilitätsspektrometrie beruht darauf, daß unter Normaldruck erzeugte Ionen in einem elektrischen Feld gegen die Strömungsrichtung eines Gases driften. Ionen unterschiedlicher Masse und/oder Struktur erreichen unterschiedliche Driftgeschwindigkeiten und werden voneinander getrennt bis sie zeitlich nacheinander auf einen Detektor auftreffen. Das Verhältnis der lonendriftgeschwindigkeiten zur Stärke des elektrischen Feldes wird als lonenmobilität und die Trennung dieser Ionen auf einer bestimmten Wegstrecke auf der Basis der unterschiedlichen Driftgeschwindigkeiten als lonenmobilitätsspektrometrie bezeichnet Kennzeichnend für dieses Verfahren sind die geringen Feldstarken und die daraus resultierende Feldunabhangigkeit der lonenmobilitatThe principle of ion mobility spectrometry is based on the fact that ions generated under normal pressure drift in an electric field against the flow direction of a gas. Ions of different mass and / or structure reach different drift velocities and are separated from each other until they hit one detector in succession. The ratio of the ion drift velocities to the strength of the electric field is called ion mobility and the separation of these ions over a certain distance based on the different drift velocities as ion mobility spectrometry Characterized by this method are the low field strengths and the resulting field independence of the ion mobility
Ein lonenmobilitatsspektrometer besteht im Wesentlichen aus einer Driftrohre, die wiederum aus einem Reaktionsraum und einem Driftraum aufgebaut ist Beide Räume sind durch ein elektrisches Schaltgitter voneinander getrenntAn ion mobility spectrometer essentially consists of a drift tube, which in turn is made up of a reaction space and a drift space. Both spaces are separated from each other by an electric control grid
Nachteilig an diesem Verfahren ist es, daß elektrische Schaltgitter zum Probeneinlaß und Abschirmgitter vor dem Detektor benotigt werden, so daß der Detektor häufig teuer ist und größere Abmaße aufweist Weiterhin kann von Nachteil sein, daß entweder nur negative oder positive Ionen gemessen werden, so daß keine Erfassung positiver und negativer Ionen als Brandentstehungskenngroßen möglich istA disadvantage of this method is that electrical control grid are required for sample inlet and Abschirmgitter in front of the detector, so that the detector is often expensive and has larger dimensions Furthermore, it may be a disadvantage that either only negative or positive ions are measured, so that no Acquisition of positive and negative ions is possible as fire genesis characteristics
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einBased on the aforementioned prior art, it is an object of the invention, a
Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Nachteile des Standes der Technik beseitigen, so daß Brande in einer sehr frühen Entstehungsphase mit geringem technischenTo develop a method and a device that eliminate the disadvantages of the prior art, so that Brande in a very early stage of development with low technical
Aufwand und kleinen Geraten schnell und zuverlässig erkennbar sind und einEffort and small devices are quickly and reliably recognizable and a
Brandalarmsignal ausgelost werden kannFire alarm signal can be triggered
Weiterhin sollen Tauschungsalarmierungen, die durch Nicht-Brandsignale entstehen können, nicht zu einer Brandsignalerzeugung fuhrenFurthermore, exchange alarms, which may be caused by non-fire signals, do not lead to fire signal generation
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches und einer Vorrichtung nach Anspruch 14 gelostThis object is achieved by a method according to the features of the first claim and an apparatus according to claim 14
Unteranspruche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung wiederSubclaims give advantageous embodiments of the method and the device again
Die vorgeschlagene Losung beschreibt ein Verfahren zur Fruherkennung von Branden auf der Basis der Detektion von für das zu überwachende Gut charakteristischen fluchtigen Themnolyseprodukten Dabei wird aus dem zu überwachenden Bereich die Umgebungsluft abgesaugt und ionisiert, wobei bei dem Absaugen ein Filtern und Erwarmen des Gases vorgenommen werden kann Die Absaugung der Umgebungsluft kann z B über ein Rohrsystem mit Ansaugoffnungen, über flexible Schlauche oder über eine Vielzahl von flexiblen Schlauchen oder Rohren mit Ansaugoffnungen erfolgen Über einen Messstellenumschalter kann somit Umgebungsluft aus verschiedenen Bereichen angesaugt werden Auch die Absaugung als Bypass aus einer zwangsgefuhrten Luftströmung aus einem Raum, einer Halle oder in einem Objekt wie einer Maschine oder einem IT- Serverschrank stellen eine Losung dar Diese Beispiele sind aber nicht als Einschränkung zu betrachten, vielmehr bezieht sich die gefundene Lösung auf alle analogen und für den Fachmann bekannten Beispiele.The proposed solution describes a method for the early detection of fires on the basis of the detection of volatile products which are characteristic of the material to be monitored. The ambient air is extracted and ionized from the area to be monitored, whereby filtration and heating of the gas can be carried out during the aspiration The extraction of the ambient air can be done eg via a pipe system with Ansaugoffnungen, via flexible hoses or a variety of flexible hoses or pipes with Ansaugoffnungen via a measuring point changeover ambient air from different areas can be sucked Also the suction as a bypass from a forced air flow from a Room, a hall or an object such as a machine or an IT server cabinet are a solution These examples are not intended to be limiting rather, the solution found relates to all analogous and well-known examples.
Der ionisierte Gasstrom, welcher in einer Gefahrensituation bei der thermischen Zersetzung stoffspezifische Gase enthält, wird durch ein elektromagnetisches Feld geleitet. Dieses ist so ausgelegt, dass die resultierende Feldstärke in Ihrer zeitlichen und räumlichen Abhängigkeit die Flugbahnen der Ionen so verändert, dass mindestens mit einem konstanten, vorab ausgewählten Parametersatz zur Erzeugung des Feldes positive und/oder negative Ionen von Thermolysegasen auf definierte Flugbahnen gezwungen und detektorisch erfaßt werden.The ionized gas stream, which contains material-specific gases in a dangerous situation during thermal decomposition, is conducted through an electromagnetic field. This is designed so that the resulting field strength in their temporal and spatial dependence, the trajectories of the ions changed so that at least with a constant, pre-selected parameter set for generating the field positive and / or negative ions of thermolysis gases on defined trajectories forced and detected become.
Als elektromagnetisches Feld wird hierbei die Überlagerung von magnetischem und elektrischem Feld verstanden, wobei auch die Varianten, dass die magnetische Feldstärke oder die elektrische Feldstärke gleich Null ist, möglich sind.In this case, the electromagnetic field is understood to mean the superimposition of the magnetic and electric fields, whereby the variants that the magnetic field strength or the electric field strength is equal to zero are also possible.
Das Verändern der Felderzeugungsparameter kann schrittweise erfolgen. Wenn negative und positive Ionen erfasst werden, erfolgt dies simultan oder mit zeitlichem Versatz.Changing the field generation parameters can be done step by step. If negative and positive ions are detected, this is done simultaneously or with a time lag.
Während die restlichen Ionen, die nicht detektiert wurden, mit dem Gasfluß entweichen, entsteht durch die detektorisch erfaßten Ionen ein Messsignal, welches gespeichert werden kann. Dies kann zum Beispiel der Strom sein, der durch die erfassten Ladungen (Ionen) gemessen wird.While the remaining ions, which were not detected, escape with the gas flow, a measurement signal, which can be stored, is produced by the detectively detected ions. This may be, for example, the current measured by the detected charges (ions).
Das Messsignal kann auch ein weiter verarbeitetes Signal und auch die Verknüpfung der Meßsignale von positiven und negativen Ionen sein.The measuring signal can also be a further processed signal and also the combination of the measuring signals of positive and negative ions.
Im Weiteren werden als Messsignale auch die gespeicherten Messwerte und deren eventuelle Weiterverarbeitung bezeichnet.Furthermore, the stored measured values and their possible further processing are referred to as measuring signals.
Durch Rekombinationsprozesse oder Vorrichtungen zur Neutralisierung der Ionen kann der entweichende Gasstrom auch keine Ionen enthalten.By Rekombinationsprozesse or devices for neutralizing the ions, the escaping gas stream may also contain no ions.
Der vorab ausgewählte Parametersatz richtet sich nach der Art des Feldes. Bei definierter Geometrie und Anordnung der Elektroden und/oder der Spulen zur Erzeugung des Feldes und Frequenz des Feldes sind dies Spannungs- und/oder Stromwerte.The pre-selected parameter set depends on the type of field. With defined geometry and arrangement of the electrodes and / or the coils for generating the field and frequency of the field, these are voltage and / or current values.
Der vorab ausgewählte Parametersatz kann für Stoffe und Stoffgruppen vorab bestimmt werden. Dieser Parametersatz kann zum Beispiel manuell eingegeben werden oder und als gespeicherter Datensatz zur Auswahl bei Parametπerung des Verfahrens zur Verfugung stehen Dies ist sinnvoll, wenn das Brandgut aus nur einem vorab bekannten Stoff oder einer Gruppe von Stoffen oder einer Stoffgruppe bestehtThe pre-selected parameter set can be predefined for substances and substance groups. This parameter set can be entered manually, for example, or and as This is useful if the combustible consists of only one previously known substance or a group of substances or a group of substances
Da in der Regel aber eine Mischung verschiedener Stoffe vorhanden ist, die bei derAs a rule, but a mixture of different substances is present in the
Brandenstehung thermisch zersetzt wird, werden in diesem Fall die zeitliche Abhängigkeit der Meßsignale bei verschiedenen Einstellungen des Feldes gemessen und gespeichertAs a result of thermal decomposition, the time dependency of the measuring signals is measured and stored at different settings of the field in this case
Die gespeicherten Meßsignale und/oder Signalmuster werden durch Auswertealgorithmen auf das Vorhandensein von signifikanten Änderungen untersucht, wie z B Maxima und/oder Anstiegsanderungen bzw durch Vergleich mit hinterlegten Signalmustern/Werten Werden signifikante Änderungen gefunden, fuhrt dies zu einem Brandalarmsignal in einem sehr frühen Stadium der BrandentstehungThe stored measurement signals and / or signal patterns are examined by evaluation algorithms for the presence of significant changes, such as maxima and / or slope changes or by comparison with stored signal patterns / values. If significant changes are found, this leads to a fire alarm signal at a very early stage fire may
Unter Brandalarmsignal wird jegliche Signahsierung einer Gefahrensituation, die aus der Temperaturerhöhung eines potentiellen Brandgutes oder Stoffgemisches entsteht, verstanden Die Signahsierung kann z B akustisch oder optisch erfolgen oder durch Übermittlung z B an eine Brandmelderzentrale, Gebaudeleitsystem, Gefahrenmeldezentrale oder Leitstelle mit weiterer Signalverarbeitung und vordefinierter FolgeaktionenUnder fire alert signal is any Signahsierung a dangerous situation resulting from the increase in temperature of a potential fire material or substance understood The Signahsierung z B acoustically or visually or by transmission z B to a fire alarm panel, building control system, danger control center or control center with further signal processing and predefined follow-up actions
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Fesstellung von signifikanten Änderungen der Meßsignale, die zu einem Brandalarmsignahl fuhren, ist auch die Fetsstellung der Erhöhung der Meßsignale über einen Zeitraum, das Überschreiten eines vordefinierten Wertes und/oder einer vordefinierten Anstiegsgeschwindigkeit (Gradienten) Dies kann vorteilhaft sein bei der Erfassung positiver und/oder negativer Ionen mit nur einem oder einigen wenigen vorgewählten Parametersatzen zur FelderzeugungAn advantageous embodiment of the Fesstellung of significant changes in the measurement signals, which lead to a fire alarms, is also the Fetsstellung increasing the measurement signals over a period exceeding a predefined value and / or a predefined slew rate (gradient) This can be advantageous in the detection positive and / or negative ions with only one or a few preselected parameter sets for field generation
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht dann, dass zur Erzeugung des Brandalarmsignals mindestens ein Signal eines anderen Sensorsystems zur Erfassung einer weiteren Brandkenngroße vorhanden ist und genutzt wirdA further advantageous embodiment of the method is then that for generating the fire alarm signal at least one signal of another sensor system for detecting a further characteristic fire size is present and is used
Zur Tauschungsalarmminimierung werden durch die Möglichkeit der stoffspezifischen Unterscheidung der Messignale, die Nicht-Brandsignale aussortiert Dies bedeutet, dass durch die Auswertealgorithmen Tauschungsgroßen, d h bestimmte stoffspezifische Signale, die keiner thermischen Zersetzung des zu überwachenden Brandgutes entsprechen, wie zum Beispiel Zigarettenrauch, erkannt werden und nicht zu einer Brandalarmsignalerzeugung fuhren Der ionisierte Gasstrom wird vorzugsweise durch ein elektrisches Feld mit hoher Feldstarke geleitet, welches durch ein durch eine Gleichspannung erzeugtes Feld überlagert wird Bei dem elektrischen Feld sollte es sich in vorteilhafter Weise um ein asymmetrisches Wechselfeld handeln Dabei ist es vorteilhaft, wenn dieses eine Spannung von 300 bis 2 000 Volt, vorzugsweise 500 bis 1 500 Volt, aufweistFor the Tauschungsalarmminimierung be sorted by the possibility of substance-specific differentiation of the measurement signals, the non-fire signals This means that by the evaluation algorithms Tauschungsgroßen, ie certain substance-specific signals that do not correspond to thermal decomposition of the monitored fire material, such as cigarette smoke, are recognized and not lead to a fire alarm signal generation The ionized gas stream is preferably passed through a high field electric field superimposed by a field generated by a DC voltage. The electric field should advantageously be an asymmetric alternating field. It is advantageous if this has a voltage of 300 to 2,000 volts, preferably 500 to 1,500 volts
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Feldstarke zwischen 5 000 und 50 000 V/cm, vorzugsweise 10 000 bis 30 000 V/cm betragtFurthermore, it is advantageous that the field strength is between 5,000 and 50,000 V / cm, preferably 10,000 to 30,000 V / cm
Das angelegte Wechselfeld kann eine Frequenz zwischen 0,1 bis 10 MHz, vorzugsweise 1 MHz, aufweisenThe applied alternating field may have a frequency between 0.1 to 10 MHz, preferably 1 MHz
Die Gleichspannung kann zwischen -100 bis +100 Volt, vorzugsweise -43 bis +15 Volt hegenThe DC voltage can be between -100 to +100 volts, preferably -43 to +15 volts
Durch mindestens einen Gleichspannungswert werden positive und/oder negative Ionen im elektrischen Feld auf eine vordefinierte Flugbahn gezwungen und detektorisch erfaßt In diesem Fall wird die zeitliche Abhängigkeit des Messsignals, z B des lonenstromes (Stromsignal bei der Detektion der Ionen), gemessen Auf diese Weise werden in der Regel Ionen eines stoffspezifischen Thermolysegases gemessen oder positive und negative Ionen unterschiedlicher Gase , wenn bei diesem Gleichspannungswert zufällig positive Ionen eines Gases und negative Ionen eines anderen Gases auf die Flugbahnen zur detektorischen Erfassung gezwungen werden Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Gleichspannung schrittweise in einem vordefinierten Intervall zu verandern, so daß positive und/oder negative Ionen auf definierte Flugbahnen gezwungen und detektorisch erfaßt werden Die Schritte, in denen die Gleichspannung erhöht wird, können gleich oder unterschiedlich weit sein Vorteilhaft ist es beispielsweise, die Erhöhung in Schritten um 0,3 Volt im gesamten Bereich vorzunehmen Auf diese Weise wird eine Kurvenschar gemessen und gespeichert, welche die zeitliche Abhängigkeit der Strome positiver und/oder negativer Ionen bei jedem eingestellten Gleichspannungswert darstellt Somit können stoffspezifische Ionen oder Summensignale aus der Überlagerung mehrerer lonensorten verschiedener Gase (stoffspezifischer Thermolyseprodukte) zur Brandfruherkennung erfasst werdenBy at least one DC voltage value positive and / or negative ions are forced in the electric field to a predefined trajectory and detected by detection In this case, the time dependence of the measurement signal, z B of the ion current (current signal in the detection of ions), measured in this way usually ions of a substance-specific thermolysis gas measured or positive and negative ions of different gases, if at this DC value random positive ions of one gas and negative ions of another gas are forced to the trajectories for detection detection Alternatively, there is the possibility of the DC voltage stepwise in a to change predefined interval, so that positive and / or negative ions are forced and detected detections on defined trajectories The steps in which the DC voltage is increased, may be the same or different degrees It is advantageous, for example In this way, a family of curves is measured and stored which represents the time dependency of the currents of positive and / or negative ions at each set DC voltage value Thus, substance-specific ions or sum signals from the Superposition of several types of ions of different gases (substance-specific thermolysis products) are detected for fire detection
Die gespeicherten Meßsignale oder Signalmuster werden vorzugsweise kontinuierlich in einer Signalverarbeitungseinheit mit Auswertealgorithmen auf das Vorhandensein von signifikanten Änderungen, wie z B Maxima und/oder Anstiegsänderungen untersucht Eine weitere vorteilhafte Signalauswertung basiert auf dem Vergleich mit hinterlegten Signalmustern/Werten Werden signifikante Änderungen gefunden fuhrt dies zu einer Signalisierung der Branderkennung in einem sehr frühen StadiumThe stored measuring signals or signal patterns are preferably continuously in a signal processing unit with evaluation algorithms for the presence of Significant changes, such as maxima and / or slope changes are investigated Another advantageous signal evaluation is based on the comparison with stored signal patterns / values If significant changes are found, this leads to a signaling of fire detection at a very early stage
Werden z B stoffspezifische Maxima gefunden fuhrt dies zu einer Signalisierung der Branderkennung, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Anzahl und Position der Maxima und/oder der Überschreitung vordefinierter Werte der Meßsignale, z B der lonenstrome und/oder deren Anstiegsgeschwindigkeiten Die Identifizierung der stoffspezifischen Maxima der lonenstrome bei definierten Verfahrensparametern wird vorzugsweise durch denIf, for example, substance-specific maxima are found, this leads to a signaling of the fire detection, preferably as a function of the number and position of the maxima and / or the exceeding of predefined values of the measurement signals, eg the ion currents and / or their slew rates. The identification of the substance-specific maxima of the ion currents at defined process parameters is preferably by the
Vergleich von gespeicherten Signalmustern vorgenommen Die Zeitdauer der Erfassung und Analyse einer kompletten Kurvenschar liegt vorzugsweise bei 2 bis 3 Sekunden Dieses liegt deutlich unter der Zeit, die beispielsweise andere Methoden benotigen, um stoffspezifische Thermolysegase zu identifizierenComparison of stored signal patterns The duration of detection and analysis of a complete family of curves is preferably 2 to 3 seconds. This is significantly less than the time, for example, that other methods are needed to identify substance-specific thermolysis gases
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht dann, dass zur Erzeugung des Brandalarmsignals ein Signal eines anderen Sensorsystems zur Erfassung von niedermolekularen Gasen und/oder Rauchaerosolen genutzt wird Die Meßsignalerfassung, Speicherung und die Datenanalyse (Auswertealgorithmen) wird vorzugsweise softwaregesteuert, durch entsprechende elektronische Schaltungen mit Mikrokontrollersystemen und Speichern realisiert Auch der Einsatz von ASICs kann vorteilhaft seinA further advantageous embodiment of the method is then that for generating the fire alarm signal, a signal of another sensor system for detecting low molecular weight gases and / or Rauchaerosolen is used The Meßsignalerfassung, storage and data analysis (evaluation algorithms) is preferably software controlled by appropriate electronic circuits with microcontroller systems and Save realized The use of ASICs can be beneficial
Das Verfahren erlaubt es, einen mehrstufigen Brandalarm auszulosen Das kann z B in der Weise geschehen, daß bei einer ersten signifikanten Erhöhung des lonenstromes bei einem der Gleichspannungswerte ein erstes Signal (z B Voralarm 1 ) angezeigt wird, an eine Uberwachungseinrichtung (z B Gefahrenmeldezentrale, Brandmelderzentrale, Leitstelle) oder Person gegeben wird Bei einer zweiten signifikanten Erhöhung bei einem weiteren Gleichspannungswert wird einen zweite Alarmschwelle ausgegeben Bei einer dritten signifikanten Erhöhung des lonenstromes bei einem weiteren Gleichspannungswerte kann ein Alarm an z B einer Brandmelderzentrale ausgelost werden Dazu sind unterschiedliche Alarmszenarien je nach Brandart und Umfang der Gefahr oder Beschaffenheit der konkreten Anlage einstellbarThe method makes it possible to trigger a multistage fire alarm. This can happen, for example, in the case of a first significant increase in the ion current at one of the DC voltage values, a first signal (eg pre-alarm 1) is displayed to a monitoring device (eg. A second alarm threshold is output at a second significant increase in a further DC voltage value. A third significant increase in the ion current at a further DC voltage value can trigger an alarm at z B of a fire alarm control panel For this there are different alarm scenarios depending on the type of fire and scope of the danger or condition of the concrete plant adjustable
Auch eine Nutzung einer der Alarmsignale oder des Brandalarmsignals zur Ansteuerung anderer Schutzeinreichtungen wie z B von Sauerstoffreduzierungsanlagen oder Abschaltungen von Geraten stellen eine vorteilhafte Nutzung der Brandalarmsignale dar Durch das vorgeschlagene Verfahren ist es möglich, stoffspezifische Thermolyseprodukte in extrem geringen Konzentrationen in einem sehr frühen Stadium der Brandentstehung nachzuweisen und Alarmierungen in verschiedenen Stufen auszulosen Für Holz ist z B eine Brandsignahsierung bei einem Schwelbrand und langsamer Temperaturerhöhung des Brandgutes unter 2200C möglichAlso, use of one of the alarm signals or the fire alarm signal to control other protective inputs, such as oxygen reduction systems or device shutdowns, is an advantageous use of the fire alarm signals By the proposed method it is possible to detect substance-specific thermolysis in extremely low concentrations in a very early stage of a fire and auszulosen alarms at different levels for wood for B is a Brandsignahsierung at a smoldering and slowly increasing the temperature of the combustible material below 220 0 C possible
Im Gegensatz zum lonenbeweglichkeitsspektrometπe werden keine elektrischen Schaltgitter benotigt, wodurch praktisch alle erzeugten Ionen zum Nachweis des Gases herangezogen werden können Die Nachweisgrenzen werden hierdurch um ein Vielfaches herabgesetztIn contrast to the ion mobility spectrometry, no electrical switching gratings are required, as a result of which virtually all generated ions can be used to detect the gas. The detection limits are thereby reduced by a multiple
Das Verfahren zur Fruherkennung von Branden und zur stufenweisen Alarmierung basiert auf der Feldabhangigkeit der lonenmobihtaten, die bei Anwendung hoher Feldstarken auftrittThe procedure for early detection of Branden and the gradual alerting is based on the field dependence of the ion mobilities that occurs when high field strengths are used
Die Vorrichtung zur Fruherkennung von Branden anhand der Detektion charakteristischer fluchtiger Thermolyseprodukte, welche für die zu überwachenden Brandguter spezifisch sind, besteht aus einer Ansaugeinheit und einer lonisierungsvornchtung, in der der angesaugte Gasstrom ionisiert wird Die Ansaugeinheit kann austauschbar sein, z B nach Verunreinigung An die Ansaugeinheit kann ein starres oder flexibles Rohrleitungssystem mit Ansaugoffnungen angeschlossen werden, um aus verschiedenen Bereichen oder Geraten die Umgebungsluft anzusaugen Die Ansaugeinheit besteht in der Regel aus einer Filteremheit, einem Ventil, einer Pumpe und einer Meßgasleitung, durch die der Gasstrom angesaugt wird An die Meßgasleitung kann ein Stromungssensor angeschlossen sein Die Filteremheit kann aus hydrophoben Teflon, einem anderen hydrophoben Material oder aus einer Membrane, beispielsweise aus Dimethylsihkon zur Gaspermeation bestehen DieThe apparatus for early detection of fire based on the detection of characteristic volatile thermolysis products, which are specific to the fire to be monitored, consists of a suction unit and an ionisierungsvornchtung in which the sucked gas stream is ionized The suction unit may be exchangeable, eg after contamination to the suction unit a rigid or flexible piping system can be connected with Ansaugoffnungen to suck from different areas or Geraten the ambient air The suction unit usually consists of a Filteremheit, a valve, a pump and a Meßgasleitung through which the gas stream is sucked to the Meßgasleitung can Flow sensor may be connected The filter unit may consist of hydrophobic Teflon, another hydrophobic material or of a membrane, for example of dimethylsihcon for gas permeation
Membrane kann einzeln austauschbar sein Weiterhin kann die Membrane unmittelbar vor der lonenerzeugungskammer oder auch austauschbar in einem Eingangsstutzen angeordnet seinMembrane can be individually exchangeable. Furthermore, the membrane can be arranged directly in front of the ion generation chamber or else exchangeably in an inlet connection
Der Eingangsstutzen ist dabei so gestaltet, dass parallel zum Meßgaseingang eine weitere Gaszufuhr möglich ist Diese weitere Gaszufuhr kann zu Reinigungs- und/oder Verdunnungszwecken mittels gereinigter trockener Luft oder Stickstoff verwendet werden ohne den eigentlichen Meßvorgang zu unterbrechen Weiterhin soll diese Gaszufuhr die parallele Funktionsuberprufung des Detektors mit unterschiedlichen Gasstandards ermöglichen Das Ventil sollte vorteilhafterweise als Nadelventil ausgeführt sein Denkbar ist aber auch ein Massendurchflußregler oder eine einfache Stromungsreduzierung mittels Lochblende Als Pumpe kann eine Membranpumpe eingesetzt werden Denkbar ist aber auch eine Drehschieberkolbenpumpe, ein Linearkompressor oder bei geringeren Drucken ein VentilatorThe additional gas supply can be used for cleaning and / or Verdunnungszwecken by means of purified dry air or nitrogen without interrupting the actual measurement process Furthermore, this gas supply is the parallel Funktionsüberprufung the detector with different gas standards The valve should be advantageously designed as a needle valve But also conceivable is a mass flow controller or a simple Stromungsreduzierung means of pinhole pump can be used as a diaphragm pump But also conceivable is a rotary valve piston pump, a linear compressor or a fan at lower pressures
Die Meßgasleitung kann beheizbar und austauschbar sein und sollte mit einer chemisch inerten, thermisch stabilen und anti- bzw nicht adhäsiver Oberflache versehen sein Mittels der Ansaugeinheit werden Gase aus der Umgebungsluft, welche die Veränderungen am Brandgut schnell und zuverlässig widerspiegelt, erfaßt und über einen Eingangsstutzen in das Gehäuse des lonenerzeugers bzw der lonenstrommeßkammer gefuhrtThe sample gas line can be heated and exchanged and should be provided with a chemically inert, thermally stable and anti-adhesive or non-adhesive surface by means of the suction unit gases from the ambient air, which reflects the changes in the fire quickly and reliably detected and via an inlet port in guided the housing of the ion generator or the ion current measuring chamber
Der angesaugte Gasstrom kann beispielsweise über einen Eingangsstutzen in eine lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer gelangen Diese kann in einem beheizbaren, temperaturgeregeltem Gehäuse angeordnet sein, in oder an dem sich ein Temperatursensor befindet Weiterhin ist am Gehäuse der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer eine lonisierungsvornchtung angeordnet, die aus dem angesaugten Gas Ionen erzeugt Bei der lonisierungsvorπchtung kann es sich um einen radioaktiven Strahler, beispielsweise aus 63Ni, oder um eine UV-Quelle handeln Nach der lonisierungsvorπchtung sind Elektroden zur Erzeugung eines Wechselfeldes angeordnet Diese können eine chemisch inerte, thermisch stabile und anti- bzw nicht adhäsive Oberflache aufweisen An die Elektroden sind Anschlüsse zur Erzeugung und Regelung eines Wechselfeldes und Anschlüsse zur Erzeugung und Regelung einer Gleichspannung angeschlossen, die mit der Erzeugung und Regelung der Gleichspannung oder der Erzeugung und Regelung des Wechselfeldes verbunden sind Nach den Elektroden zur Erzeugung eines Wechselfeldes sindThe aspirated gas stream can, for example, pass through an inlet nozzle into an ion generation and ion current measuring chamber. This can be arranged in a heatable, temperature-controlled housing in or at which a temperature sensor is located. Furthermore, an ionization device, which consists of the ion generation and ion current measuring chamber, is arranged on the housing The ionization device can be a radioactive emitter, for example of 63 Ni, or a UV source. After the ionization device, electrodes for generating an alternating field are arranged. These can be a chemically inert, thermally stable and anti- or not have adhesive surfaces connected to the electrodes are connections for the generation and control of an alternating field and connections for the generation and control of a DC voltage, which with the generation and control of the DC voltage or the generation and control of the W After the electrodes are to generate an alternating field
Elektrometerelektroden, ausgeführt als Elektrometerplatten für negative und positive Ionen angeordnet, die mit einem Mikrokontrollersystem und Speicher zur Meßsteuerung, Datenspeicherung, Datenanalyse und Regelung verbunden sind Vorteilhaft ist es, zwischen dem Mikrokontrollersystem und den Elektrometerplatten Signalverstarker anzuordnen Weiterhin weist das Gehäuse der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer eineElectrometer electrodes arranged as negative and positive ion electrometer plates connected to a microcontroller system and memory for measurement control, data storage, data analysis and control It is advantageous to arrange signal amplifiers between the microcontroller system and the electrometer plates. Furthermore, the housing of the ion generation and ion current measuring chamber has a
Gasaustrittseinheit auf, welche austauschbar sein kann und mit chemisch inerter, thermisch stabiler und anti- bzw nicht adhäsiver Oberflache ausgestattet sein kann Das Mikrokontrollersystem kann über eine Anzeigeeinheit Störungen der Vorrichtung, Betriebszustande und Alarme anzeigen Die Anzeige kann durch LEDs erfolgen Denkbar sind aber auch die Anzeigen durch Meldungstexte auf einem alfanumerischen, graphikfahigen Display Weiterhin ist eine Kombination möglich dadurch, daß die Anzeigen durch LEDs und Display erfolgen Das Mikrokontrollersystem kann mit einer Bedieneinheit, diversen Schnittstellen, beispielsweise zur Brandmelder- und Gefahrenzentrale, zur Gebäudetechnik verbunden sein, aber auch mit dem Strömungssensor und Temperatursensor am Gehäuse der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer, den Elektrometerplatten sowie mit der Schaltung zur Erzeugung und Regelung des Wechselfeldes und der Gleichspannung für das Überlagerungsfeld.Gas discharge unit, which can be interchangeable and can be equipped with chemically inert, thermally stable and anti-adhesive or non-adhesive surface The microcontroller system can display malfunctions of the device, operating conditions and alarms via a display unit The display can be made by LEDs Also conceivable are the displays by message texts on an alphanumeric, graphic display Furthermore, a combination is possible in that the displays are made by LEDs and display The microcontroller system can be equipped with a control unit, various interfaces, for example, the fire alarm and danger center, connected to the building technology, but also with the flow sensor and temperature sensor on the housing of the ion generation and lonenstrommeßkammer, the electrometer plates and the circuit for generating and controlling the alternating field and the DC voltage for the overlay field.
Über ein Bedienfeld kann ein definierter Betriebszustand eingestellt, gespeicherte Daten zur Anzeige gebracht werden und Parameter zur Detektion eingestellt werden. Über eine Schnittstelle kann eine Parametrierung, Auslesung von Meßdaten und Updates der Software erfolgen. Weiterhin kann über eine Schnittstelle oder ein austauschbares Kommunikationsmodul die Einbindung in eine Ringleitung von Brandmeldern zur Weitergabe von Zustands-, Störungs- und Alarmmeldungen über ein Protokoll an die Brandmelderzentrale erfolgen.Via a control panel, a defined operating status can be set, stored data can be displayed and parameters set for detection. An interface can be used to parameterize, read out measured data and update the software. Furthermore, via an interface or an exchangeable communication module, the integration into a loop of fire detectors for passing state, fault and alarm messages via a log to the fire alarm panel done.
Vorteilhaft an dem Verfahren und der Vorrichtung zur Früherkennung von Bränden ist, daß Brände in der frühst möglichen Phase vor ihrer vollen Ausprägung mit geringem technischen Aufwand und kleinen Geräten schnell und zuverlässig erkennbar und in verschiedenen Alarmstufen klassifizierbar sind, so daß besonders schnell und frühzeitig ein Ergreifen bzw. Auslösen von Folgeaktionen möglich ist. Weiterhin ist es durch die Erfassung stoffspezifischer Thermolyseprodukte vorteilhaft, dass Täuschungsgrößen erkannt werden können und nicht die Brandalarmsignalisierung beeinflussen.An advantage of the method and apparatus for early detection of fires is that fires in the earliest possible phase before their full expression with little technical effort and small devices quickly and reliably recognizable and classifiable in different levels of alarm, so that particularly fast and early seize or triggering follow-up actions is possible. Furthermore, by detecting substance-specific thermolysis products it is advantageous that deceptive quantities can be detected and do not influence the fire alarm signaling.
Im Folgenden werden die Vorrichtung und das Verfahren an einem Ausführungsbeispiel und 8 Figuren erläutert. Die Figuren zeigen:In the following, the device and the method will be explained on an embodiment and 8 figures. The figures show:
Figur 1 : Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Früherkennung von Bränden anhand der Detektion charakteristischer flüchtiger ThermolyseprodukteFigure 1: Schematic representation of an apparatus for the early detection of fires on the basis of the detection of characteristic volatile Thermolyseprodukte
Figur 2: Zeitlicher Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur bei einerFigure 2: Time course of the characteristic negative ion trace at a
Gleichspannung von -3,81 V und der CO-Konzentration während der Thermolyse von Buchenholz mit einer möglichen Alarmstufe.DC voltage of -3,81 V and the CO concentration during the thermolysis of beech wood with a possible alarm level.
Figur 3: Zeitlicher Verlauf der charakteristischen positiven lonenspur bei einer Gleichspannung von -6,02 V und der CO-Konzentration während derFigure 3: Time course of the characteristic positive ion trace at a DC voltage of -6.02 V and the CO concentration during the
Thermolyse von Buchenholz mit einer zweiten möglichen Alarmstufe. Figur 4 Zeitlicher Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur bei einerThermolysis of beech wood with a second possible alert level. Figure 4 Time course of the characteristic negative ion trace at a
Gleichspannung von -6,29 V und der CO-Konzentratιon wahrend der Thermolyse von Buchenholz mit einer dritten möglichen AlarmstufeDC voltage of -6.29 V and the CO concentration during the thermolysis of beech wood with a third possible alarm level
Figur 5 Zeitlicher Verlauf der charakteristischen positiven lonenspur bei einerFigure 5 Time course of the characteristic positive ion trace at a
Gleichspannung von +4,44 V und der CO-Konzentratιon wahrend der Thermolyse von BuchenholzDC voltage of +4.44 V and the CO concentration during thermolysis of beech wood
Figur 6 Zeitlicher Verlauf der Temperatur wahrend der Thermolyse von Buchenholz zu den Verlaufen in den Figuren 2, 3, 4 und 5FIG. 6 Time course of the temperature during the thermolysis of beech wood to the curves in FIGS. 2, 3, 4 and 5
Figur 7 Zeitlicher Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur bei einerFigure 7 Time course of the characteristic negative ion trace in a
Gleichspannung von -9,47 V wahrend der Thermolyse von Buchenholz und Beeinflussung von Zigarettenrauch bei ca 420 und 740 sDC voltage of -9.47 V during the thermolysis of beech wood and influence of cigarette smoke at about 420 and 740 s
Figur 8 Zeitlicher Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur vonFIG. 8 Time course of the characteristic negative ion trace of FIG
Zigarettenrauch bei einer Gleichspannung von 0,21 V wahrend der Thermolyse von Buchenholz und Beeinflussung von Zigarettenrauch bei ca 420 und 740 sCigarette smoke at a DC voltage of 0.21 V during the thermolysis of beech wood and influence of cigarette smoke at about 420 and 740 s
Die Figur 1 zeigt die schematische Darstellung der Vorrichtung zur Fruherkennung von Branden anhand der Detektion charakteristischer fluchtiger Thermolyseprodukte, welche für zu überwachende Brandguter spezifisch sind Die Vorrichtung besteht aus allen Teilen, die sich innerhalb des gezeigten Rahmens befinden Sie besteht im vorliegendenFIG. 1 shows the schematic representation of the device for early detection of firing on the basis of the detection of characteristic volatile thermolysis products which are specific for firing products to be monitored. The device consists of all parts which are located within the frame shown
Ausfuhrungsbeispiel aus der austauschbaren Ansaugeinheit 1 mit einer Filtereinheit 2, deren Filterelement eine Porengroße von 5 bis 80 μm aufweist und eine Feuchtigkeitsabscheidung erlaubt, weiterhin aus dem Ventil 3, welches ein Nadelventil darstellt, der Pumpe 4, die als Membranpumpe ausgebildet ist, der Meßgasleitung 6, die beheizbar ist und an der ein Stromungssensor 7 angeordnet ist, der mit dem Mikrokontrollsystem 8 verbunden ist In der Meßgasleitung 6 wird der Gasstrom 5 aus der Umgebungsluft der zu überwachenden Gefahrenstelle angesaugt, für die eine Brandfruherkennung relevant ist Die Ansaugeinheit 1 ist auf den Eingangsstutzen 9 geschraubt, der sich am Gehäuse 12 der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer befindet Durch die lonisierungsvornchtung 14 wird der Gasstrom 5, der in die lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer 10 gelangt, ionisiert und durch die Elektroden 16, 17 zur Erzeugung eines Wechselgeldes und eines überlagerten Gleichspannungsfeldes gefuhrt, wobei positive und negative Ionen im elektrischen Feld auf eine vordefinierte Flugbahn gezwungen werden Sie gelangen zwischen die Elektrometerplatten 22, 23, an denen positive und negative Ionen erfaßt werden An die Elektrometerplatten 22, 23 sind im vorliegenden Fall Verstarker 24, 25 angeschlossen, die die Meßsignale verstarken und mit dem Mikrokontrollersystem 8 zur Meßsteuerung, Datenspeicherung, Datenanalyse und Regelung verbunden sind Die Elektroden 16, 17 sind mit Anschlüssen 18, 19 zur Erzeugung und Regelung des Wechselfeldes 20 und zur Erzeugung und Regelung der Gleichspannung 21 versehen Sowohl die Erzeugung und Regelung der Gleichspannung 21 als auch die Erzeugung und Regelung der Wechselspannung 20 ist mit dem Mikrokontrollersystem 8 verbunden Vom Mikrokontrollersystem 8 werden im vorliegenden Fall Signale und Daten an dieExemplary embodiment of the exchangeable suction unit 1 with a filter unit 2, the filter element has a pore size of 5 to 80 microns and allows moisture separation, further from the valve 3, which is a needle valve, the pump 4, which is designed as a diaphragm pump, the Meßgasleitung. 6 , which is heatable and to which a flow sensor 7 is arranged, which is connected to the micro-control system 8 in the sample gas 6, the gas stream 5 is sucked from the ambient air of the danger spot to be monitored for a fire detection is relevant The suction unit 1 is on the inlet nozzle By the ionization device 14, the gas stream 5 entering the ion generation and ion current measuring chamber 10 is ionized and passed through the electrodes 16, 17 to produce a change in charge and a superimposed DC field , w ei positive and negative ions in the electric field You are forced between the electrometer plates 22, 23, at which positive and negative ions are detected to the electrometer plates 22, 23 amplifiers 24, 25 are connected in the present case, which amplify the measuring signals and with the microcontroller system 8 for measuring control, Data storage, data analysis and control are connected The electrodes 16, 17 are provided with terminals 18, 19 for generating and controlling the alternating field 20 and for generating and regulating the DC voltage 21 both the generation and control of the DC voltage 21 and the generation and control of the AC voltage 20 is connected to the microcontroller system 8 From the microcontroller system 8 in the present case, signals and data to the
Anzeigeeinheit 27, die Bedieneinheit 28, die Schnittstelle zur Brandmelder- und/oder Gefahrenmeldezentrale oder zur Gebaudeleittechmk 29 übermittelt Über die Schnittstelle 30 kann die Vorrichtung mittels PC oder z B einem Servicegerat parametπert werden, und das Auslesen von Messdaten und Updates der Software erfolgen Die Schnittstelle oder ein austauschbares Kommunikationsmodul 31 ermöglicht dieDisplay unit 27, the control unit 28, the interface to the fire alarm and / or alarm control center or Gebaudeleittechmk 29 transmitted via the interface 30, the device can be parametπert means PC or z B a Servicegerat, and the readout of measurement data and updates of the software done The interface or a replaceable communication module 31 allows the
Einbindung in eine Ringleitung von Brandmeldern zur Weitergabe von Zustands, Storungs- und Alarmmeldungen über ein Protokoll an z B eine Brandmelderzentrale Die Anzeigeeinheit 27 ermöglicht eine Anzeige von Störungen und unterschiedlichen Alarmstufen und die Anzeige einer geringen Alarmstufe, mit der die Aufmerksamkeit auf die zu überwachende Brandquelle erhöht werden kann und bei Erreichen der höchstenIntegration into a ring line of fire detectors for transmission of status, disturbance and alarm messages via a log to z B a fire alarm panel The display unit 27 allows a display of faults and different alarm levels and the display of a low alarm level, with the attention to the monitored fire source can be increased and when reaching the highest
Alarmstufe ein Alarm oder ein Loschvorgang auslosbar ist Der Gasstrom 5 verlaßt über die Gasaustrittseinheit 26, die austauschbar sein kann, das Gehäuse 12 der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammerAlarm stage an alarm or a Loschvorgang is auslosbar The gas stream 5 leaves via the gas outlet unit 26, which may be exchangeable, the housing 12 of the ion generation and ion current measuring chamber
Die Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des negativen lonenstromes bei einer angelegten Gleichspannung von - 3,81 V und einer Wechselspannung von 1500 V im Vergleich mit einem handelsüblichen elektrochemischen Kohlenmonoxid-Sensor Die Kurve steigt nach 780 Sekunden an (entspricht einer Probentemperatur von 155°C) und erreicht nach 950 Sekunden ein Maximum Erst nach dem Erreichen dieses Maximums steigt die Meßkurve des Kohlenmonoxid-Sensors an Dieses Verhalten verdeutlicht, dass mit der Auswertung des Signals des neuen Branddetektors ein erheblicher zeitlicher Vorteil gegenüber dem handelsüblichen CO-Melders vorliegtFigure 2 shows the time course of the negative ion current at an applied DC voltage of - 3.81 V and an AC voltage of 1500 V compared with a commercial electrochemical carbon monoxide sensor The curve increases after 780 seconds (corresponds to a sample temperature of 155 ° C. ) and reaches a maximum after 950 seconds. Only after reaching this maximum does the curve of the carbon monoxide sensor increase. This behavior makes it clear that evaluating the signal of the new fire detector offers a considerable time advantage compared to the commercially available CO detector
Zur Auslosung eines generellen Brandalarmes werden drei weitere lonenstrome {Figuren 3, 4 und 5) unterschiedlicher Polarität und unterschiedlicher Gegenspannung (-6,02, -6,29 und +4,4 V) herangezogen, die in der Gesamtheit das generelle Alarmkriterium absichern und die Möglichkeit eines falsch positiven Alarms minimieren. Für den jeweiligen Verlauf wurden drei Alarmstufen festgelegt.To draw a general fire alarm three further ion currents {Figures 3, 4 and 5) of different polarity and different counter-voltage (-6.02, -6.29 and +4.4 V) are used, which ensure the general alarm criterion as a whole and the Minimize the possibility of a false positive alarm. For each course three alarm levels have been set.
Alle vier Kurven zeigen, daß mit dem vorgeschlagenen Verfahren das Erkennen von Bränden sehr viel früher möglich ist, als mit herkömmlichen Verfahren und daß bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt unterschiedliche Alarmstufen auslösbar sind. Zu diesem Zeitpunkt sind weder messbare Rauchaerosole vorhanden noch Flammen detektierbar.All four curves show that with the proposed method the detection of fires is possible much earlier than with conventional methods and that different alarm levels can already be triggered at a very early point in time. At this time neither measurable smoke aerosols are present nor flames detectable.
Die Figur 6 zeigt den Temperaturverlauf zur jeweiligen Zeit in den Figuren 2 bis 5. Daraus geht hervor, daß bei ca. 170 0C die erste Alarmstufe ausgelöst wird, bei ca. 190 0C eine zweite Alarmstufe und bei ca. 210 0C eine dritte Alarmstufe ausgelöst wird.Figure 6 shows the temperature profile at the respective time in Figures 2 to 5. It can be seen that at about 170 0 C, the first alarm level is triggered at about 190 0 C, a second alarm level and at about 210 0 C a third alert level is triggered.
Die Figur 7 zeigt den zeitlicher Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur (Stromsignal der negativen Ionen) für Holz bei einer Gleichspannung von -9,47 V (Wechselspannung 1500 V) während der Thermolyse von Buchenholz und Beeinflussung von Zigarettenrauch bei ca. 420 s und 740 s. Die Bedeutung der signifikanten Messignaländerung bei ca. 420 s und 740s wird aus der Figur 8 ersichtlich. Die signifikante Erhöhung des lonenstromes ab ca. 1300 s wird durch die Freisetzung von holzspezifischen Thermolyseprodukten hervorgerufen.FIG. 7 shows the time course of the characteristic negative ion trace (current signal of the negative ions) for wood at a DC voltage of -9.47 V (alternating voltage 1500 V) during the thermolysis of beech wood and influencing cigarette smoke at approximately 420 s and 740 s , The significance of the significant change in the measurement signal at approximately 420 s and 740 s can be seen from FIG. The significant increase in the ion current from about 1300 s is caused by the release of wood-specific thermolysis products.
Die Figur 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der charakteristischen negativen lonenspur für Zigatrettenrauch bei einer Gleichspannung von 0,21 V (Wechselspannung 1500V) während der Thermolyse von Buchenholz und Beeinflussung von Zigarettenrauch bei ca. 420 und 740 s.Figure 8 shows the time course of the characteristic negative ion trace for cigarettes smoke at a DC voltage of 0.21 V (AC voltage 1500V) during the thermolysis of beech wood and influencing cigarette smoke at about 420 and 740 s.
Weitere zigarettenrauchspezifische Signalerhöhungen sind für positive Ionen bei zwei verschiedenen Gleichspannungswerten messbar.Other cigar smoke-specific signal increases are measurable for positive ions at two different DC values.
Die stoffspezifische Erfassung von Thermolyseprodukten bei unterschiedlichen Feldstärken, d.h. unterschiedlichen Gleichspannungswerten ermöglicht die Eliminierung von Täuschungsgrößen wie z.B. Zigarettenrauch. The substance-specific detection of thermolysis products at different field strengths, i. different DC values allows the elimination of delusion sizes such as Cigarette smoke.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Früherkennung von Bränden auf der Basis der Detektion von für das zu überwachende Gut charakteristischen flüchtigen Thermolyseprodukte, wobei - aus einem auf einen Brand zu überwachenden Bereich Umgebungsluft abgesaugt und ionisiert wird,1. A method for the early detection of fires on the basis of the detection of characteristic of the monitored Good volatile thermolysis products, wherein - extracted from an area to be monitored fire area ambient air and ionized,
- der ionisierte Gasstrom durch ein elektromagnetisches Feld geleitet wird, dessen resultierende Feldstärke in ihrer zeitlichen und räumlichen Abhängigkeit die Flugbahnen der Ionen bei einem Parametersatz so verändert wird, daß positive oder/und negative Ionen des ionisierten Gases auf vordefinierte Flugbahnen gezwungen und detektorisch erfaßt werden, durch die detektorisch erfaßten Ionen Meßsignale entstehen und gespeichert werden,- The ionized gas stream is passed through an electromagnetic field whose resulting field strength in their temporal and spatial dependence, the trajectories of the ions is changed at a parameter set so that positive and / or negative ions of the ionized gas are forced to predefined trajectories and detected by detection, measurement signals are generated and stored by the detectively detected ions,
- die gespeicherten Meßsignale/Signalmuster durch Auswertealgorithmen auf das Vorhandensein von signifikanten Änderungen untersucht werden, und - signifikante Änderungen zu einem Brandalarmsignal führen.- the stored measurement signals / signal patterns are examined by evaluation algorithms for the presence of significant changes, and - lead to significant changes to a fire alarm signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstufiger Brandalarm ausgelöst wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a multi-stage fire alarm is triggered.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des3. The method according to claim 1, characterized in that for generating the
Brandalarmsignals mindestens ein Signal eines anderen Sensorsystems zur Erfassung einer weiteren Brandkenngröße genutzt wird.Fire alarm signal is used at least one signal from another sensor system for detecting a further fire characteristic.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Täuschungsgrößen erkannt und als Nicht-Brandsignal aussortiert werden und nicht zu einer4. The method according to claim 1, characterized in that deception sizes are detected and sorted out as a non-fire signal and not to a
Brandalarmsignalerzeugung führen.Fire alarm signal generation lead.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Feld ein asymmetrisches elektrisches Wechselfeld darstellt, das - durch ein durch eine Gleichspannung erzeugtes Feld überlagert wird, mindestens mit einem Gleichspannungswert positive oder/und negative Ionen der ionisierten Gase auf eine vordefinierte Flugbahn gezwungen und detektorisch erfaßt werden, die Gleichspannung schrittweise in einem vordefinierten Intervall veränderbar ist. 5. The method according to claim 1, characterized in that the electromagnetic field is an asymmetric alternating electric field, which - is superimposed by a generated by a DC field, at least with a DC voltage positive or / and negative ions of the ionized gases forced to a predefined trajectory and detector are detected, the DC voltage is variable stepwise in a predefined interval.
6 Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Wechselfeld eine Frequenz zwischen 0,1 bis 10 MHz aufweist6 A method according to claim 5, characterized in that the alternating electric field has a frequency between 0.1 to 10 MHz
7 Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz 1 MHz betragt7 A method according to claim 6, characterized in that the frequency amounts to 1 MHz
8 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld als elektrisches Wechselfeld mit einer Spannung zwischen 100 bis 3 000 Volt erzeugt wird8. The method according to claim 5, characterized in that the electric field is generated as an alternating electric field with a voltage between 100 to 3,000 volts
9 Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld durch eine Spannung von 500 bis 1 500 Volt erzeugt wird9. The method according to claim 8, characterized in that the electric field is generated by a voltage of 500 to 1 500 volts
10 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstarke zwischen 5 000 bis 50 000 V/cm hegtA method according to claim 5, characterized in that the field strength is between 5,000 and 50,000 V / cm
11 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstarke 10 000 bis 30 000 V/cm betragt11. The method according to claim 10, characterized in that the field strength amounts to 10,000 to 30,000 V / cm
12 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung von - 100 bis +100 V betragt12. The method according to claim 5, characterized in that the DC voltage amounts to - 100 to +100 V.
13 Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung - 43,0 bis +15,0 V betragt13. The method according to claim 12, characterized in that the DC voltage - amounts to 43.0 to +15.0 V.
14 Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung in Schritten von 0,3 V im gesamten Bereich geändert wird14. The method according to claim 5, characterized in that the DC voltage in steps of 0.3 V in the entire range is changed
15 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Gas gefiltert wird15. The method according to claim 1, characterized in that the gas to be examined is filtered
16 Vorrichtung zur Fruherkennung von Branden anhand der Detektion charakterischer fluchtiger Thermolyseprodukte, welche für die zu überwachenden Brandguter spezifisch sind, bestehend aus16 Device for early detection of Branden based on the detection of characteristic volatile Thermolyseprodukte which are specific to the monitored Brandguter consisting of
a einer Ansaugeinheit (1 ), b einer lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer (10), in welcher der Gasstrom (5) der angesaugten Umgebungsluft ionisiert wird, c Elektroden (16, 17), mit einem Anschluß (19) zur Erzeugung unda an aspiration unit (1), b an ion generation and ion current measuring chamber (10) in which the gas flow (5) of the sucked ambient air is ionized, c electrodes (16, 17), with a connection (19) for the production and
Regelung einer Gleichspannung (21 ), einer Erdung und einem Anschluß (18) zur Erzeugung und Regelung eines Wechselfeldes (20) und d zwei Elektrometerelektroden (22, 23), die charakteristische Ionen detektieren, e einem Mikrokontrollersystem (8), das die zeitliche Abhängigkeit der lonenstrome auswertet und speichert und eine signifikante Änderung des gemessenen Stromes bei mindestens einem Gleichspannungswert zur Erzeugung eines Brandalarmsignales nutztControlling a DC voltage (21), a ground and a terminal (18) for generating and controlling an alternating field (20) and d two electrometer electrodes (22, 23) that detect characteristic ions, e a microcontroller system (8), the time dependence the lonenstrome evaluates and stores and uses a significant change in the measured current at least one DC voltage value to generate a fire alarm signal
17 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung eine Anzeigeeinheit (27) eine Bedieneinheit (28) und eine Schnittstelle (30) zur Parametnerung der Vorrichtung über PC oder Servicegerat vorhanden ist17. Device according to claim 16, characterized in that a display unit (27), an operating unit (28) and an interface (30) for parameterization of the apparatus via PC or service unit are present on the apparatus
18 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeinheit (1 ) aus einer Meßgasleitung (6) und einer Filtereinheit (2), einer Pumpe (4) und einem Ventil (3) besteht18 Apparatus according to claim 16, characterized in that the suction unit (1) consists of a Meßgasleitung (6) and a filter unit (2), a pump (4) and a valve (3)
19 Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (4), eine Membranpumpe darstellt19 Apparatus according to claim 18, characterized in that the pump (4), a diaphragm pump
20 Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgasleitung (6) beheizbar ist20 Apparatus according to claim 18, characterized in that the Meßgasleitung (6) is heatable
21 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 17) plattchenartig angeordnet sind21 Apparatus according to claim 16, characterized in that the electrodes (16, 17) are arranged like a plate
22 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 17) zylindrisch sind22 Apparatus according to claim 16, characterized in that the electrodes (16, 17) are cylindrical
23 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalverstarker (24,25) zwischen den Elektrometerelektroden (22, 23) und dem Mikrokontrollersystem (8) angeordnet ist23. Device according to claim 16, characterized in that a signal amplifier (24, 25) is arranged between the electrometer electrodes (22, 23) and the microcontroller system (8)
24 Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrokontrollersystem (8) mindestens aus einem Mikroprozessor, einem Speicher besteht 24 Apparatus according to claim 23, characterized in that the microcontroller system (8) consists of at least one microprocessor, a memory
25. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) der lonenerzeugungs- und lonenstrommeßkammer (10) einen Temperatursensor (13) aufweist und temperaturgeregelt ist.25. The apparatus according to claim 16, characterized in that the housing (12) of the ion generating and lonenstrommeßkammer (10) has a temperature sensor (13) and is temperature controlled.
26. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Schnittstellen (29) zur Weiterleitung von Zustands-, Störungs- und Alarmmeldungen an eine Brandmeldezentrale, ein Alarmierungssystem und/oder, eine Gebäudeleittechnik vorhanden sind. 26. The apparatus according to claim 16, characterized in that interfaces (29) for forwarding state, fault and alarm messages to a fire alarm panel, an alarm system and / or, a building management system are available.
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