Luftdruckkompensierte Branderkennungsvorrichtung und Verfahren

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Erkennen von Bränden oder Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten angegeben, bei dem ein repräsentativer Volumenteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird. Mit dem Ziel, die Empfindlichkeit des Luftstromsensors, und damit die Verläßlichkeit der gesamten Branderkennungsvorrichtung erheblich zu steigern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks kompensiert werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Brand- oder Gaserkennungsvorrichtung angegeben, mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, mit einem Luftstromsensor, mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird, mit einem Drucksensor, dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und mit einer ersten Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfasung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor, mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird.

[0002] Brand- oder Gaserkennungsvorrichtungen sind beispielsweise auch unter dem Fachbegriff 'Einrichtungsschutzanlagen' bekannt. Typische Anwendungsbereiche für Brand- oder Gaserkennungsvorrichtungen sind EDV-Anlagen und insbesondere einzelne Komponenten davon, sowie ähnliche elektronische Einrichtungen, wie beispielsweise Meß-, Steuer- und Regelanlagen, Vermittlungseinrichtungen und Nebenstellenanlagen und dergleichen. Unter dem Begriff "Brandkenngröße" werden physikalische Größen verstanden, die in der Umgebung eines Entstehungsbrandes meßbaren Veränderungen unterliegen, z.B. die Umgebungstemperatur, der Feststoff- oder Flüssigkeits- oder Gasanteil in der Umgebungsluft (Bildung von Rauch in Form von Partikeln oder Aerosolen, oder Dampf) oder die Umgebungsstrahlung.

[0003] Eine Brand- oder Gaserkennungsvorrichtung, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, zweigt über ein Rohrleitungs- oder Kanalsystem eine repräsentative Teilmenge der Gerätekühlluft ab oder saugt an bestimmten Stellen Raum- oder Geräteluft aktiv an, und führt dann diese repräsentative Teilmenge der Meßkammer mit dem Detektor zur Erfasung einer Brandkenngröße zu. Zum Ansaugen der Raum- oder Geräteluft sind die Ansaugrohre bzw. -kanäle mit Ansaugöffnungen versehen. Eine wichtige Voraussetzung für die Erkennung eines Entstehungsbrandes im frühesten Stadium besteht darin, daß die Branderkennungsvorrichtung ununterbrochen eine ausreichende repräsentative Luftmenge ansaugen und dem Detektor in der Meßkammer zuführen kann. Es ist also wichtig, daß bei gleichbleibender Saugleistung eines Lüfters und bei einem gleichbleibendem Ansaugsystem die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom der angesaugten Raum- oder Geräteluft gleich bleibt.

[0004] Zur Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, einen Luftstromsensor zur Messung des Massenstroms ṁ der zugeführten Luftteilmenge zu überwachen. Hierzu werden üblicherweise thermische Luftstromsensoren verwendet, bei denen die Abkühlung eines beheizten Sensorelements das Maß für den Luftstrom ist. Diese Abkühlung hängt davon ab, wieviele Luftmoleküle pro Zeiteinheit an dem beheizten Sensorelement vorbeiströmen. Damit ist das Ausgangssignal des thermischen Luftstromsensors ein Maß für den Massenstrom ṁ.

[0005] Mittels des Luftstromsensors wird der Massenstrom innerhalb einer Bandbreite zwischen einem oberen Schwellwert und einem unteren Schwellwert überwacht. Hierbei haben allerdings Erfahrungen gezeigt, daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors bei Luftdruckschwankungen oder Temperaturschwankungen ebenfalls Schwankungen ausgesetzt war, so daß das Ausgangssignal des Luftstromsensors die vorgegebenen Schwellwerte ohne Vorliegen eines wirklichen Störfalles über- bzw. unterschritten hat und zur Vermeidung dieses Effekts die Bandbreite zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert vergrößert werden mußte. Das bringt allerdings den Nachteil mit sich, daß die Empfindlichkeit der Branderkennungsvorrichtung bei der Erkennung von Änderungen der Menge der angesaugten Raum- oder Geräteluft nicht sensibel genug reagieren konnten.

[0006] An diesem Problem setzt die vorliegende Erfindung an, als deren Aufgabe es angesehen wurde, die Empfindlichkeit des Luftstromsensors, und damit die Verläßlichkeit der gesamten Branderkennungsvorrichtung, sowie den mit ihr abdeckbaren Überwachungsbereich weiter zu steigern.

[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten bekannten Verfahrensschritten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, kompensiert werden.

[0008] Die Aufgabe wird ferner durch eine Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, die zusätzlich zu den eingangs genannten bekannten Merkmalen einen Drucksensor aufweist, dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors.

[0009] Für die Luftstromüberwachung ist nämlich der Volumenstrom V̇ der abgegriffenen repräsentativen Luftteilmenge bzw. deren Strömungsgeschwindigkeit von Interesse. Massenstrom ṁ und Volumenstrom V sind abhängig von der Dichte

der Luft-Teilmenge, woraus folgt:

[0010] Über die thermische Zustandsgleichung

folgt


worin p den Luftdruck, T_L die Temperatur sowie R_L die Gaskonstante für die Luft repräsentieren.

[0011] Durch Einsetzen der Gleichung (III.) in die Gleichung (I.) ergibt sich eine Abhängigkeit des von dem Luftstromsensor gemessenen Massenstroms ṁ von der Temperatur T_L und von dem Druck p, der auf die Luft wirkt.

[0012] Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Lösungen liegen insbesondere darin, daß wetterbedingte Luftdruckänderungen, welche die Dichte der repräsentativen Luft-Teilmenge verändern, kompensiert werden können. Besonders deutlich wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen bei Branderkennungsvorrichtungen im mobilen Einsatz, beispielsweise in einer gebirgegängigen Lokomotive oder dergleichen. Dort betragen die Druckunterschiede bei großen Höhenunterschieden bis zu 300 hPa. Darüber hinaus läßt sich durch die sensiblere Überwachung eines möglichen Infarktes der Ausgangöffnungen der Überwachungsbereich eines Gerätes vergrößern, wodurch ein größerer wirtschaftlicher Nutzen erzielt wird.

[0013] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben, und zur Branderkennungsvorrichtung in dem Unteranspruch 5.

[0014] Die Kompensation erfolgt vorzugsweise dadurch, daß das Ausgangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssingal eines Drucksensors korrigiert wird.

[0015] Da auch die Temperatur der abgegriffenen und zugeführten Luft Auswirkungen auf das Ausgangssignal des Luftstromsensors hat, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß auch diese Temperaturschwankungen kompensiert werden.

[0016] In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Branderkennungsvorrichtung ist demgemäß ein Temperatursensor vorgesehen, dessen Ausgangssignal die Temperatur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Temperatursensors.

[0017] Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

[0018] Es zeigen:

Figur 1

ein Diagramm des Ausgangssignals eines Luftstromsensors über der Zeit; und

Figur 2

ein Blockschaltbild eines druck- und temperaturkompensierten Luftstromsensors

Figur 1 zeigt ein Diagramm des Ausgangssignals 9 eines aus dem Stand der Technik bekannten Luftstromsensors über der Zeit t. Zur Überwachung von Störungen ist ein oberer Schwellwert 1 und ein unterer Schwellwert 3 vorgegeben. In einem Bereich 5 unterschreitet das Luftstromsensorsignal 9 den unteren Schwellwert 3, wodurch angezeigt wird, daß der Luftstrom zu gering ist. Das läßt auf eine Verstopfung der Ansaugöffnungen des Ansaugsystems oder auf eine Fehlfunktion des den Unterdruck erzeugenden Lüfters schließen. Im Bereich 7 überschreitet das Luftstromsensorsignal 9 den oberen Schwellwert 1, das heißt der Luftstrom ist zu groß, was auf einen Bruch im Ansaugsystem schließen läßt. Solange sich das Luftstromsensorsignal 9 innerhalb der durch den oberen Schwellwert 1 und den unteren Schwellwert 3 gebildeten Bandbreite bewegt, herrscht Normalbetrieb. Für eine Steigerung der Ansprechgenauigkeit des Luftstromsensors und damit der Verläßlichkeit der gesamten Branderkennungsvorrichtung ist es wünschenswert, diese Bandbreite so eng wie möglich zu halten. Das bedingt allerdings, daß durch andere Ursachen als Rohrbruch oder Verstopfung bedingte Schwankungen des Luftstromsensorsignals 9 vermieden werden. Es wurde eingangs dargelegt, daß der durch den Luftstromsensor gemessene Massenstrom ṁ von der Lufttemperatur T_L und dem Luftdruck p abhängen. Zwar gibt es neben thermischen Luftstromsensoren auch andere, die beispielsweise nach einem optischen oder akustischen Prinzip arbeiten, jedoch bleibt dadurch der Einfluß der Luftdichte auf die Ansaugleistung des Lüfters bestehen.

[0019] Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines druckkompensierten Luftstromsensors in einer Branderkennungsvorrichtung. Ein Lüfter 11 saugt kontinuierlich einen repräsentativen Volumenanteil einer Raumluft bzw. eines Kühlluftstroms eines Grätes an und führt diesen einer (nicht dargestellten) Meßkammer mit einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zu. Der Luftstrom wird durch einen thermischen Luftstromsensor 2 gemäß den Erläuterungen zu Figur 1 überwacht. Um das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 unabhängig von dem auf die Luft einwirkenden Druck und unabhängig von der Lufttemperatur möglichst konstant zu halten, ist ein Drucksensor 4 vorgesehen, der ein zum absoluten Luftdruck proportionales Signal liefert, das einer ersten Kompensationseinrichtung 6 zugeführt wird. Diese erste Kompensationseinrichtung 6 erhält auch das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors. In der ersten Kompensationseinrichtung 6 wird das Ausgangssignal 9 des Luftstromsensors 2 korrigert. Damit wird der Einfluß der Luftdichte-Änderungen durch den Luftdruck sowohl auf die Ansaugleistung des Lüfters als auch auf den Massenstrom ṁ, der den Luftstromsensor 2 durchströmt, kompensiert.

[0020] Zusätzlich wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Temperatursensor 10 zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Luftdichte eingesetzt. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 10 wird einer zweiten Kompensationseinrichtung 8 zugeführt, die als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal der ersten Kompensationseinrichtung 6 erhält. Damit kann der Temperatureinfluß auf die Ansaugleistung des Lüfters 11 und auf die Luftstrom- und Drucksensoren korrigiert werden. Das doppelt kompensierte Ausgangssignal der zweiten Kompensationseinrichtung 8 wird zunächst einem Verstärker 12 und danach einer Abgleicheinrichtung 13 und schließlich einem Komparator 14 zugeführt. Der Komparator 14 erhält an zwei weiteren Eingängen den oberen Schwellwert 1 und den unteren Schwellwert 3 als Vergleichswerte. Ist das Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung 13 größer als der obere Schwellwert 1, liegt vermutlich ein Bruch des Ansaugsystems vor; ist das Ausgangssignal der Abgleicheinrichtung 13 kleiner als der untere Schwellwert 3, liegt vermutlich eine Verstopfung des Ansaugsystems oder ein Lüfterausfall vor.

[0021] Der Bereich 21 des Blockschaltbilds gemäß Figur 2 stellt eine mögliche Weiterverarbeitung des doppelt kompensierten Luftstromsensorsignals 9 dar. Mit der Bezugsziffer 15 ist das Signal für einen Bruch im Ansaugsystem bezeichnet, und mit der Bezugsziffer 16 das Signal für eine mögliche Verstopfung oder einen Lüfterausfall. Diese Signale werden über ein ODER-Glied 17 und über ein Zeitverzögerungsglied 18 einer Störungsanzeige 19 und einem Schaltrelais 20 für weitere Maßnahmen zugeführt. Eine Luftstromstörung wird durch Blinken der Störungs-Leuchtdiode der Störungsanzeige 19 angezeigt. Nach Ablauf einer über das Zeitverzögerungsglied 18 einstellbaren Verzögerungszeit geht die Anzeige in ein Dauerlicht über, und die Meldung wird über das Störungsrelais 20 an eine Brandmeldezentrale weitergeleitet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Erkennen von Bränden und Gasen in Räumen oder in elektrischen oder elektronischen Geräten, bei dem ein repräsentativer Volumenanteil der Raumluft bzw. des Kühlluftstroms des Gerätes abgegriffen und einer Meßkammer mit wenigstens einem Detektor zur Erfassung einer Brandkenngröße zugeführt wird, und bei dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Druckschwankungen, insbesondere des atmosphärischen Luftdrucks, kompensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (Ist-Wert) eines Luftstromsensors (2) zur Messung des Massenstroms der zugeführten Luft durch das Ausgangssignal eines Drucksensor (4) korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die abgegriffene und zugeführte Luft einwirkende Temperaturschwankungen kompensiert werden.

4. Branderkennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit einem Detektor zum Erkennen einer Brandkenngröße, dem ein repräsentativer Volumenanteil einer Raum- oder Geräteluft zugeführt wird, und mit einem Luftstromsensor (2), mit dem der Massenstrom der zugeführten Luft auf Änderungen überwacht wird,
gekennzeichnet durch
einen Drucksensor (4), dessen Ausgangssignal den auf die zugeführte Luft einwirkenden Druck repräsentiert, und eine erste Kompensationseinrichtung (6) zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Drucksensors (4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch
einen Temperatursensor (10), dessen Ausgangssignal die Temperatur der zugeführten Luft repräsentiert, und eine zweite Kompensationseinrichtung (8) zum Kompensieren des Ausgangssignals des Luftstromsensors (2) in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Temperatursensors (10).

Zeichnung