Beschreibung
SPRINKLERVORRICHTUNG MIT EINEM VENTIL FÜR LÖSCHFLÜSSIGKEIT
Hintergrund der Erfindung
Zum Löschen von Bränden werden Feuerlöschmittel eingesetzt, bei denen es sich um flüssige oder dampfförmige Stoffe sowie mehrphasige Systeme, z. B. Schäume, Pulverwolken und dergleichen handeln kann. Die Löschwirkung kommt hierbei durch einen Stickeffekt oder einen Kühleffekt oder durch einen katalytischen Effekt zustande. Das wichtigste Feuerlöschmittel ist Wasser, das in Form von Vollstrahlen, Sprühstrahlen oder Wassernebel eingesetzt wird.
Bei ortsfesten Feuerlöschanlagen, die größere Flächen, z. B. ganze Etagen von Kaufhäusern schützen sollen, werden häufig Sprinkler eingesetzt, die bei einer vorgegebenen Temperatur von der Decke her Wasser versprühen. Hierbei ist innerhalb oder unterhalb der Decke ein Rohrnetz geführc, das in regelmäßigen Abständen mit Sprühdüsen, sogenannten Sprinklern, versehen ist, die bei bestimmten Temperaturen ausgelöst werden. Diese Sprühdüsen werden in Glasfass-, Schmelzlot- und Schmelzkristallsprinkler in stehender oder hängender Ausführung unterschieden .
Ein besonderes Problem bei der Löschung von Bränden durch Sprinkleranlagen stellt die Ansprechzeit dar, d. h. diejenige Zeit, die vom ersten Ausbruch eines Feuers bis zum Beginn des Löschens vergeht. Diese Ansprechzeit sollte so kurz wie
möglich sein, dabei aber Fehlauslösungen ausschließen. Um eine Feuerlöschanlage zu aktivieren, muss das Vorliegen eines Feuers erkannt werden. Hierzu sind Sensoren erforderlich, die auf Kriterien ansprechen, die mit dem Ausbruch eines Feuers verbunden sind: Hitze- oder Rauchentwicklung sowie das Entstehen bestimmter chemischer Produkte.
Stand der Technik
Die am meisten installierten Sprinkleranlagen weisen Sprinklerköpfe auf, die mit einem Wasser-Rohrnetz in Verbindung stehen, dessen Wasser unter Druck steht. In diesen Sprinklerköpfen ist beispielsweise jeweils ein Glasröhrchen vorgesehen, das eine Flüssigkeit enthält, die sich bei zunehmender Wärme ausdehnt und bei einer vorgegebenen
Temperatur, z. B. bei 70 °C das Glasröhrchen sprengt, worauf Wasser freigegeben wird (GB 1 527 358) . Das Wasser wird nach dem Sprengen des Glasröhrchens freigegeben, weil das Glasröhrchen auch eine Ventilfunktion hat. Um das aus dem Rohrnetz strömende Wasser gleichmäßig zu verteilen, ist am unteren Ende eines Glasröhrchens ein Verteiler vorgesehen, der aus einer kreisförmigen Scheibe besteht, die an ihrem Rand Einschnitte aufweist (US 5 366 022, US 5 579 846, US 5 890 657) .
Nachteilig ist bei diesen bekannten Sprinklern, dass sie erst relativ spät ansprechen, denn es dauert oft sehr lang-, bis sich bei einem Brand am Glasröhrchen eines Sprinklerkopfes eine Temperatur von ca. 70 °C entwickelt hat. Während dieser Zeit können schon beachtliche Teile eines Warenlagers oder dergleichen vernichtet sein. Außerdem vergeht zuviel Zeit, um die Feuerwehr zu alarmieren, denn in der Regel wird erst dann ein Alarmsignal an die Feuerwehr gesandt, wenn die Sprinkleranläge aktiviert wurde .
Um einen Brand frühzeitig erkennen zu können, sind bereits verschiedene schnellreagierende Sensoren vorgeschlagen worden,
beispielsweise Rauchmelder (DE 197 41 853 AI) und Gasdetektoren (DE 197 41 335 AI) . Mit Hilfe dieser Sensoren ist es möglich, die Feuerwehr noch vor der Aktivierung einer Sprinkleranlage zu alarmieren. Obgleich die Zuverlässigkeit moderner Brandmelder sehr hoch ist, reagieren sie in kritischen Fällen bisweilen auf Täuschungsgrößen. Durch die in großer Zahl eingesetzten Brandmelder ist die Zahl der Falschmeldungen und der damit verbundenen Fehleinsätze der Feuerwehr nicht vernachlässigbar . Um diese Falschmeldungen zu minimieren, wurden bereits mehrere verschiedenartige Sensoren miteinander kombiniert. Eine Brandmeldung an die Feuerwehr erfolgt beispielsweise nur dann, wenn sowohl ein chemischer Sensor als auch ein Rauchmelder Feuer erkannt haben. Die entsprechende Auswertung der Sensorsignale erfolgt in einer Brandmeldezentrale, die auch eine Löschanlage steuert, wobei die Steuerung für die konkret zu schützende Anlage ausgelegt ist. Bei einer automatischen Erkennung eines Brandes und Auslösung der Löschanlage wird über eine vorbestimmte Zeit Löschmittel mit konstanter Intensität auf eine vorbestimmte Fläche aufgebracht.
Um nach einer Brandmeldung ein optimales Löschen durchzuführen, ist es indessen auch bekannt, die Sprühintensitat zu regeln. Hierfür sind sogenannte Löschanlagensteuerungen bekannt (Oberhagemann/Blätte:
Entwicklung und Herstellung einer SPS-Löschanlagensteuerung und -anläge, VFDB 3/98, 1998) , die mit Brandmeldezentralen realisiert wird. Die Steuerverknüpfungen werden in den Zentralen entweder ausschließlich hardwaremäßig verdrahtet oder erfordern bei softwaremäßiger Verknüpfung in mikroprozessorgesteuerten Zentralen und Steuerungen mehr als eines Löschbereichs eine hardwaremäßige Redundanz der wesentlichen Zentralbaugruppen. Sämtliche Steuerungen der Löschanlage erfolgen in der Steuerzentrale. Dazu werden alle erforderlichen Melder, Geber- und Steuerorgane an die Zentrale angeschlossen, was bei größeren Löschanlagen mit zum Teil hohem Material- und Verdrahtungsaufwand für die
Löschanlagensteuerung verbunden ist. Eine Anpassung der Löschmittelabgabe entsprechend dem Löschfortschritt, durch die Wechselwirkung des Löschmittels mit dem Brand, z. B. durch wiederholte Abfrage automatischer Brandmelder, ist nur bei den neuesten Anlagen vorgesehen.
Nachteilig ist bei diesen Löschanlagesteuerungen, dass sie zwar frühzeitig einen Brand erkennen und dementsprechend schnell Löschmaßnahmen treffen können, dass jedoch der Beginn des Versprühens von Wasser durch Sprinkleranlagen nicht beschleunigt wird, weil hierzu nach wie vor erst eine Temperatur von ca. 70 °C am Sprinklerkopf herrschen muss.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Auftreten eines Brands eine vorhandene Sprinkleranlage bereits vor dem Vorliegen einer Auslösetemperatur von ca. 70 °C am Sprinklerkopf zum Versprühen einer Löschflüssigkeit zu veranlassen.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit eine Sprinklervorrichtung mit einem Ventil für Löschflüssigkeit, das bei einem vorgegebenen, bei Brand auftretenden Kriterium öffnet. Um dieses Ventil frühzeitig öffnen zu können, ist wenigstens ein schneller
Sensor vorgesehen, der das Ventil entweder direkt oder über eine Brandmeldezentrale ansteuert. Der schnelle Sensor und das Ventil sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht .
Vorteile der Erfindung
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass der durch einen Brand entstehende Schaden minimiert wird. Aufgrund des sehr frühzeitigen Versprühens von Wasser wird das Feuer gewissermaßen schon im Keim, d. h. im Stadium des Schwelbrands, erstickt. Hierdurch wird weniger Löschwasser verbraucht, die Personen- und Sachwerte werden besser geschützt, die Umwelt wird weniger belastet und es besteht ein geringeres Risiko für die Einsatzkräfte der Feuerwehr .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses für die Aufnahme von Sensoren;
Fig. 3 einen Sprinklerkopf;
Fig. 4a, 4b eine LED-Fotodioden-Kombination in verschiedenen
Zuständen; Fig. 5 ein Sprinklerkopf-Röhrchen mit einer externen Heizung;
Fig. 6 ein Sprinklerkopf-Röhrchen mit einer internen
Heizung; Fig. 7 ein Sprinklerkopf-Röhrchen mit einem Sprengsatz; Fig. 8 ein Sprinklerkopf-Röhrchen mit einem Piezoband; Fig. 9 ein kontinuierlich regelbares Sprinkler-Ventil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung anhand einer Schnittdarstellung. An einer Wasserleitung 1, die beispielsweise an einer Lagerraum-Decke angeordnet ist, ist ein Gehäuse 2 angeschlossen, das auch bei herkömmlichen
Brandmeldern verwendet wird. Dieses Gehäuse 2 weist einen zylindrischen Teil 3 auf, der unmittelbar an die Wasserleitung 1 anschließt, sowie einen kegelförmigen Bereich 4, der mit seiner Spitze 5 von der Wasserleitung 1 wegweist. Der zylindrische Teil 3 ist zum kegelförmigen Bereich 4 hin mit einem Boden 6 abgeschlossen, der mehrere Löcher, z. B. die Löcher 7, 8 aufweist, die einen Gasaustausch zwischen dem vom kegelförmigen Bereich 4 umschlossenen Raum 9 und dem vom zylindrischen Teil 3 umschlossenen Raum 10 ermöglicht. Der kegelförmige Bereich 4 des Gehäuses 2 weist ebenfalls Öffnungen auf, durch die ein Gasaustausch zwischen dem Lagerraum, in dem sich das Gehäuse 2 befindet, und dem Raum 9 gestattet.
In dem vom zylindrischen Teil 3 umschlossenen Raum 10 befinden sich mehrere Sensoren 11, 12, 13, die auf verschiedene Parameter eines Feuers ansprechen können. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor 11 um einen raucherkennenden Fühler, beim Sensor 12 um einen auf Wärme ansprechenden Fühler und bei dem Sensor 13 um einen auf bestimmte chemische Produkte ansprechenden Fühler handeln.
In dem Wasserrohr 1 ist ein Ventil 14 dargestellt, das dann, wenn Wasser durch die Wasserleitung 1 fließt, ein Signal an eine Brandzentrale 15 gibt. Von dieser Brandzentrale 15 aus kann die Feuerwehr alarmiert und das Ventil 14 gesteuert werden .
Es ist auch möglich, von der Brandzentrale 15 aus die verschiedenen Sensoren 11, 12, 13 z. B. zyklisch abzufragen und das Ventil 14 nach einem bestimmten Algorithmus zu steuern. Bei diesem Algorithmus kann es sich um einen signalorientierten Algorithmus handeln, der die Grenzwertevon wesentlichen Einzelmessgrößen bzw. deren zeitlichen Gradienten mit festem oder adaptive Schwellwert auswertet. Es kann aber auch ein zustandsorientierter Algorithmus zum Einsatz kommen, der kontinuierlich die Umgebung durch den Einsatz von
Mustererkennungsmethoden überwacht. Es können auch die Signale eines Gassensorarrays , eines Streulicht- und eines Temperatursensors mit den unterschiedlichen Auswerteverfahren kombiniert werden. Als Ventil kann ein modifiziertes Ventil gemäß Fig. 9 zum Einsatz kommen. Beim Einsatz eines solchen Ventils in der Wasserleitung 1 entfallen die Bauelemente 88 bis 91 und 92 bis 96. Somit wird die Wasserzufuhr pro Leitungsstr ng in Abhängigkeit der Sensoren 11 bis 13 der Sprinklervorrichtung dieses LeitungsStrangs geregelt. Der Kegel 74 muss die Öffnung 75 immer freigeben, damit an der Sprinklervorrichtung Wasserdruck anliegt.
Die Stromversorgung der in dem Gehäuse 2 befindlichen Teile kann entweder über eine Batterie oder über eine nicht dargestellte elektrische Leitung erfolgen.
In die Wasserleitung 1 ist ein Ventil 16 eingeschraubt, das bei Vorliegen bestimmter Kriterien öffnet und Wasser durch die Öffnungen des kegelförmigen Bereichs 4 nach unten versprüht. Der Befehl zum Öffnen des Ventils 16 kann entweder dezentral oder zentral erfolgen. Bei der dezentralen Öffnung bewirken die in dem Gehäuse 2 befindlichen Sensoren - gegebenenfalls über Verstärker - die Öffnung des Ventils, während bei der zentralen Öffnung der Öffnungsbefehl von der Brandzentrale 15 kommt.
Die Fig. 1 zeigt zwar nur ein einziges Gehäuse 2, doch versteht es sich, dass entsprechende Gehäuse in vorgegebenem Abstand an einer Decke angeordnet sein können, wobei alle Sensoren der verschiedenen Gehäuse mit derselben Brandzentrale 15 verbunden sind.
Zwischen dem zylindrischen Teil 3 und dem kegelförmigen Bereich 4 können auch in der Fig. 1 nicht dargestellte Vorrichtungen vorgesehen sein, die ein Absprengen des kegelförmigen Bereichs 4 vom zylindrischen Teil 3 bewirken, wenn das Ventil 16 öffnet. Hierdurch kann das Wasser bzw. eine
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umgeben, der über einen Schalter 51 mit einer elektrischen Energiequelle 52 verbunden ist. Der Schalter 51 wird über eine Signalleitung 53 von der Diode 41 aktiviert, sobald diese Feuer erkannt hat. Der Heizdraht 50 heizt hierdurch die in dem Glasröhrchen 31 befindliche Flüssigkeit auf, wodurch sich diese Flüssigkeit stark ausdehnt und das Röhrchen 31 zum Platzen bringt. Damit sperrt das Röhrchen 31 nicht mehr das Wasser in der Wasserleitung 1 ab, sodass dieses über die Verteilervorrichtung 32 in den brennenden Raum gelangt.
Durch den Heizdraht 50 wird die Flüssigkeit in dem Röhrchen 31 viel früher aufgeheizt als dies der Fall wäre, wenn erst die durch das Feuer entstehende warme Luft durch Konvektion 70 °C in der unmittelbaren Umgebung des Röhrchens 31 erzeugt hätte. Dennoch weist auch die Ausführungsform nach Fig. 5 noch eine gewisse Trägheit auf, weil es einige Zeit dauert, bis die durch den Heizdraht 50 entstehende Wärme durch das Glas bis zur Flüssigkeit vordringt.
In der Fig. 6 ist deshalb eine Variante der Erfindung dargestellt, die eine noch schnellere Reaktion ermöglicht. Hierbei ist ein Heizdraht 54 nicht auf der Außenseite des Glasröhrchens 31 angeordnet, sondern in dem Glasröhrchen 31 selbst, d. h. er ist von der Flüssigkeit umgeben, die sich in zunehmender Wärme ausdehnt. Auf diese Weise erfolgt eine sehr schnelle Wärmeübertragung von dem Heizdraht 54 in die ihn umgebende Flüssigkeit.
Eine weitere Variante zur Zerstörung des Glasröhrchens 31 ist in der Fig. 7 dargestellt. Hierbei erfolgt die Zerstörung nicht über die sich ausdehnende Flüssigkeit, sondern mittels eines Drucks, der auf die Wand des Glasröhrchens 31 ausgeübt wird. Auf der Außenseite des Glasröhrchens 31 ist ein Sprengsatz 55 angeordnet, der einen Feststofftreibsatz 56 aufweist, der über eine Leitung 57 gezündet werden kann. Durch die Explosion dieses Treibsatzes, der wie bei einem Airbag aus Natriumacid (NaN3) bestehen kann, wird das Röhrchen 31
zerstört, und das Wasser kann aus der Leitung 1 fließen. Die Zerstörung des Glasröhrchens 31 ist besonders einfach, wenn das Glasröhrchen 31 segmentiert ist, also aus verschiedenen Teilen, z. B. 58, 59 besteht, die keine allzu fes e Bindung zueinander haben.
Eine weitere nicht dargestellte Variante besteht darin, dass ein chemischer Stoff im Glasbehälter 31 vorgesehen ist, der durch den Sensor aktiviert wird, worauf eine chemische Reaktion einsetzt, die eine Erwärmung des in dem Glasbehälter 31 befindlichen Mediums bewirkt.
In der Fig. 8 ist eine weitere Anordnung gezeigt, mit welcher das Glasröhrchen gesprengt werden kann. Hierbei ist um das Glasröhrchen 31 ein piezoelektrisches Band 62 geschlungen, das über einen Schalter 60 an eine Spannungsquelle 61 gelegt werden kann. Wird der Schalter 60 aufgrund eines von der Leitung 63 kommenden Befehls geschlossen, wird die Spannung an das Band 62 gelegt, worauf dieses sich zusammenzieht und das Glasröhrchen sprengt. Es wird hierbei der sogenannte umgekehrte Piezoeffekt ausgenutzt, die sogenannte Elektrostriktion. Wird statt einer Gleichspannung eine hochfrequente WechselSpannung an das Band gelegt, so kann Schall erzeugt werden. Dieser Schall kann ebenfalls das Glasröhrchen zerstören, und zwar insbesondere dann, wenn seine Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Röhrchens abgestimmt ist. Das Band kann aus keramischen Materialien, z. B. Titanaten und Niobaten, bestehen. Es gibt allerdings auch Kunststoffe, die ein piezoelektrisches Verhalten zeigen, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVF2) . Die Flexibilität und Plastizität dieses Materials, das einen drei- bis fünfmal so großen Piezoeffekt zeigt wie kristalline Quarze, ermöglicht es, ein Band 62 um das Glasröhrchen 31 zu legen.
Die in den Fig. 5, 6, 8 gezeigten Spannungsquellen 52, 61 können sich in der Zentrale 15 oder im Gehäuse 2 befinden bzw. dem Gehäuse 2 über Leitungen zugeführt werden. Befinden sich
1 μ
LΠ o LΠ σ Lπ
83 aus der Zentrale angesteuert.
Damit die Sensoren 92 bis 94 von der Außenluft umspült werden, befinden sie sich in einem Teil des Gehäuses 73, der mit Durchbrechungen 95,96 usw. versehen ist.