DE2412557A1 - Feuermelde-einrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DItTvICH LtWiNSKY H NZ-JOACHIM HUBER REiNtR PRIETSCH MÜNCHEN 21 GOTTHARDSTR.81

CERBERUS AG

Mannedorf (Schweiz)

FEUERMELDE-EINRICHTUNG

ljuf tzugäng lichen* Die Erfindung betrifft eine Feuermelde-Einrichtung mit einerYlorusaHonskammer mit

mindestens einer radioaktiven Quelle zur Erzeugung von Ionen und zwei spannungsführenden EeWcrroden,zwischen denen ein lonenstrom fliesst, dessen Stärke bei Anwesenheit von Rauch und Brandaerosol in der Ionisationskammer abnimmt.

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Derartige als Ionisationsfeuermelder bekannte Einrichtungen benützen die Tatsache, dass die in einer Ionisationskammer erzeugten Ionen sich an Rauchpartikel oder Brandaerosol anlagern und dadurch die Beweglichkeit der geladenen Teilchen abnimmt. Der Rückgang des lonenstromes zwischen den Elektroden der Ionisationskammer dient hierbei als Anzeichen für das Vorhandensein von Folgeprodukten eines Brandes und zur Auslösung eines Feueralarm-Signales.

Vorbekannfe Ionisationsfeuermelder haben jedoch den Nachteil, dass der lonenstrom nicht nur durch Fremdpartikel beeinflusst wird, sondern ebenfalls durch eine Luftbewegung in der Ionisationskammer. Besonders störend wirkt dies, wenn die Luftgeschwindigkeif in der gleichen Grössenordnung liegt oder grosser ist als die Wanderungsgeschwindigkeit der Luftionen. Die Beweglichkeit von Luftionen bei normalem Atmosphärendruck im elektrischen Feld hängt etwas von der lonenart und - ladung ab. Angenähert kann man für das Verhältnis der Wanderungsgeschwindigkeit ν zur elektrischen Feldstärke E etwa annehmen: v/E & 2 cm²/Vs.

Während bei älteren, mit Hochspannung arbeitenden Ionisationsfeuermelder die elektrische Feldstärke in der Grössenordnung von über 50 V/cm und die lonengeschwindigkeit daher im Bereich um über 1 m/s lag und die Feuermelder daher bei Luftgeschwindigkeiten unter 1 m/s kaum Störungen zeigten, liegen beim modernen, mit Niederspannung betriebenen lonisationsfeuermeldern mit erhöter Empfindlichkeit die Feldstärken im Bereich von etwas weniger als 5 V/cm. Die Geschwindigkeit der Luftionen beträgt dann nur noch etwa 10 cm/s. Wie in Fig. 1 zur Erläuterung schematisch dargestellt, genügt daher bei solchen modernen lonisationsfeuermeldern bereits eine Luftgeschwindigkeit von 50 cm/s, um ein im Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 2 durch die radioaktive Quelle 3 gebildeten Ion um den fünffachen Betrag seines Weges nach der Seife zu transportieren. Es ist leicht zu erkennen, dass auf diese V/eise der grösste

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Teil der gebildeten Ionen aus dar Ionisationskammer schon bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten hinausgeblasen werden und die Elektrode nicht mehr erreichen. Dies fuhrt in gleicher Weise, wie beim Eindringen von Rauch in die Ionisationskammer, zu einer Abnahme des lonenstromes und zur Auslösung eines fehlerhaften Feueralarms.

Da in-der Praxis stets gewisse Luftströmungen vorhanden sind, z.B. durch Ventilationsoder Klimaanlagen oder durch Luftzug infolge Oeffnens von Fenstern oder Türen,können solche vorbekannten Niederspannungs-Ionisarionsfeuermelder daher mit offener Ionisationskammer nur begrenzt verwendet werden, an einen Einsatz zur Ueberwachung von Ventilationskanälen oder im Zusammenhang mit Absaugeinrichtungen ist Überhaupt nicht zu denken.

Es sind zwar schon verschiedene Konstruktionen bekannt geworden, welche die Luft beim Eintritt in die Ionisationskammer eines lonisationsfeuermelders auf eine solche Geschwindigkeit abbremsen, dass die beschriebenen Störungen und Fehlalarmauslösung vermieden werden. Dies muss jedoch damit erkauft werden, dass auch das Eindringen von Rauch in die Ionisationskammer behindert und verzögert wird. Ionisationsfeuermelder mit einem solchen sogenannten Windschirm sprechen daher in der Regel erst mit einer gewissen Zeitverzögerung auf einen Brandausbruch an, was in der Praxis ausserordentlich unerwünscht ist.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines lonisationsfeuermelders, dessen lonenstrom sich auch bei grösseren Windgeschwindigkeiten nur wenig ändert, und in dessen Ionisationskammer rauch- und brandaerosolhaltige Luft ohne Zeitverzögerung eindringen kann. Ein solcher Ionisationsfeuermelder soll eine verminderte Fehlalarm-Anfälligkeit und eine verkürzte Ansprechzeit auf einen Brandausbruch aufweisen.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Quelle so ausgebilder und angeordnet ist, dass ihr lonisierungsbereich nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elektroden umfasst, und dass sich beide Elektroden in Luftbeweg ungs-Richtung um wenigstens das 5-fache ihres Abstandes Über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken, so dass normalerweise nur zwischen einem Teil der Elektroden-Oberflächen ein lonenstrom f Messt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren 2 A - 2 D zeigen einen "linearen" Ionisationsfeuermelder zur Verwendung in Absaugsystemen, Fig. 3 A - 3 D einen "radialsymetnschen " Ionisationsfeuermelder mit freiem Luftzutritt zur Ionisationskammer durch Konvektion.

Bei der in den Figuren 2 A - 2 D wiedergegebenen Feuermelde-Einrichtung wird die zu untersuchende Luft in einem Luftkanal oder Ventilationsschacht 4 mittels einer Ventilations- oder Absaugvorrichtung 5 aus den zu überwachenden Räumen abgesaugt. An einer geeigneten Stelle des Luftkanals 4 ist die der Rauch- und Brandaerosoldetektion dienende Ionisationskammer 6 angeordnet. Sie enthält zwei langgestreckteXElektroden 7 und 8, welche an eine verschiedene Spannung angeschlossen sind. Am Eingang der Ionisationskammer 6 ist an jeder Elektrode ein radioaktives Präparat 9, 10 angeordnet. Besonders geeignet sind für den vorliegenden Zweck radioaktive Strahler mit kurzer Reichweire^Tn äer Grössenordnung von 1 cm, z.B.

Tritium, jedoch können auch andere in Ionisationskammern übliche radioaktive Strahlenquellen benutzt werder^v/obei zweckmässigerweise die Reichweite durch eine Abdeckschicht auf das gewünschte Mass herabgesetzt wird. Da der Elektronenabstand im beschriebenen Beispiel etwa 2 cm beträgt, wird auf diese Weise erreicht, dass die Luft nur in einer Eingangszone R der Ionisationskammer ionisiert wird. Eine Ausdehnung des lonisationsbereiches in Strömungsrichtung nach hinten, wird einerseits durch die kurze Reichweite der radioaktiven Strahlung verhindert, andererseits kann der Bereich

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durch zusätzliche Massnahmen, z.B. eine Wulst 11, auf den Elektroden begrenzt werden.

Da die angesaugte Luft den Luftkanal und damit auch die Ionisationskammer 6 mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit durchströmt, welche in der Größenordnung bis zu einigen m/s liegen kann, wird nun ein beträchtlicher Teil der im lonisierungsbereich am Eingang der Ionisationskammer erzeugten Luftionen ausser der durch das elektrische Feld gegebenen Geschwindigkeitskomponente eine Geschwindigkeit in axialer Richtung erhalten, die um ein Vielfaches grosser sein kann, als die natürliche Wanderungsgeschwindigkeit im elektrischen Feld. Die Elektroden 7 und 8 erstrecken sich jedoch soweit nach hinten in Richtung der Luftströmung, dass auch in diesem Fall die gebildeten Luftionen die Elektroden noch erreichen, und zwar nicht nur bei einer relativ langsamen laminaren Strömung, sondern auch bei trubulenten Strömungen, bei denen die Luftionen weitere, schnell wechselnde Geschwindigkeitskomponenten in radialer und peripherer Richtung erhalten. Voraussetzung ist, dass die beiden Elektroden sich weit genug in Richtung der Luftströmung erstrecken. Im allgemeinen genügt es, wenn die Länge der Elektroden

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mindestens>jciös 10 - 20fache ihres Abstandes beträgt, um den grösssten Teil der weggeblasenen Ionen aufzufangen. Damit wird erreicht, dass der lonenstrom trotz erheblicher Luftgeschwindigkeiten in der Ionisationskammer nur wenig vom Normalwert abweicht. Die beschriebene Wirkung kann zusätzlich dadurch verstärkt werden, dass die Enden der Elektroden mit einer scharfen Kante nach Innen umgebogen werden, wodurch an diesen Stellen 12 eine erhöhte Feldstärke erzeugt werden, so dass dorthin gelangende Ionen hoch besser eingefangen werden können.

In Luftkanälen mit kreisförmigem Querschnitt kann es sich zur besseren Ausnützung der angesaugten Luft empfehlen, die beiden Elektroden, wie in Fig. 2Bdagestellt, als zylinderförmige Teilschalen auszubilden.

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Ebenfalls zur Verwendung in zylindrischen Absaugrohren geeignet- ist die in Fig. 2C dargestellte Ionisationskammer mit einer zylindermantelförmigen Aussenelektrode 13 und einem zentrisch angeordneten Draht oder Stift 14 als Gegenelektrode. Diese Anordnung kommt mit einem einzigen radioaktiven Präparat 15 aus, welches hülsenförmig auf die Mittelelektrode 14 am Eingang der Ionisationskammer aufgesetzt ist, und dessen Strahlungsreichweite bis etwa zur Aussenelektrode 13 reicht.

Anstatt übrigbleibende Luftionen am Ausgang der Ionisationskammer mittels erhöhter Feldstärke, wie in Fig. 2A beschrieben, aufzufangen, können wie in Fig 2D anhand einer zylinderischen Ionisationskammer mit MitteIelektrode dargestellt auch elektrostatische Auffangvorrichtungen in Form von geladenen, luftdurchlässigen Gittern 16, 17 zum Auffangen der restlichen von der Strömung mitgetragenen Luftionen dienen.

Die Neuerung lässt sich jedoch nicht nur in Luftkanälen, wo naturgemäss relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, anwenden, sondern mit Vorteil auch in lonisationsfeuermeldern, zu deren Ionisationskammer die Luft mittels.Konvektion Zutritt hat. Es liegt durchaus im Bereich der Möglichkeit, dass in den mit solchen lonisationsfeuermeldern überwachten Räumen gelegentlich Luftströmungen mit Geschwindigkeiten bis etwa 1m/s auftreten, welche bei Niederspannungs-Ionisationsfeuerrneldern mit offener Ionisationskammer einen Fehlalarm auslösen würden. Da die Strömungsrichtung jedoch nicht, wie in Absaugsystemen/ vorgegeben ist, empfiehlt sich in diesem Fall ein radialsymetrischer Aufbau des lonisationsfeuermelders mit zwei ausgedehnten scheibenförmigen Elektroden, die in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und einer zentrisch angeordneten radioaktiven Quelle, welche nur einen eng begrenzten zentralen Bereich zwischen den Elektroden ionisiert, wie an einem Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 3A - 3B dargestellt.

An einem Sockel 20 mit einer Alarmanzeige-Einrichtung 21, z.B. einer Leuchtdiode, ist der die eigentliche Ionisationskammer enthaltende Meldereinsatz 22 mittels elektrischer Kontakte 23 lösbar befestigt.

Der Meldereinsatz 22 ist auf einer Isolierstoffplatte 24 aufgebaut, welches ein Gehäuse 25 trägt, dessen Seitenflächen als Gitter 26 zum Eintritt der umgebenden Luft in die Ionisationskammer ausgebildet ist. Im Innern des Gehäuses 25 sind zwei als kreisförmige Scheiben ausgebildete Elektroden 28 und 29 angebracht. Sie werden

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von einem zentralen, an der Isolierstoffplatte 24 angebrachten Stempel 27'aus isolierendem Material sowie durch Stifte oder Stege 32 in ihrer Lage gehalten. Der Abstand beider Elektroden voneinander liegt in der Grössenordnung von 1 cm.oder darunter. Ihr Durchmesser beträgt ein Vielfaches dieses Abstandes, vorzugsweise mehr als 10 cm. Am zentralen Stempel 27 ist ein radioaktiver Strahler 31 in einer Nut als ring förmige Folie angeordnet. Zweckmässigerweise wird ein Strahler mit einer Reichweite in der Grössenordnung von 1 cm verwendet, z.B. eine Tritium-Verbindung. Dadurch wird erreicht, dass nur eine engbegrenzte zentrale Zone R der Ionisationskammer 30 mit einem Durchmesser von etwa 2 cm ionisiert wird. Während im restlichen Teil der Ionisationskammer 30 normalerweise, d.h. bei geringer Luftbewegung, nahezu kein lonenstrom fliesst. Die Spannung zwischen den Elektroden beträgt vorzugsweise 5 V oder weniger, um eine möglichst günstige Feldstärke zu erhalten.

Unter normalen Bedingungen wirkt der beschriebene Ionisationsfeuermelder ebenso wie vorbekannte Einrichtungen, d.h. bei langsamem Eindringen rauchhaltiger Luft wird der lonenstrom vermindert und über eine grösstenteils an der Isolierstoffplatte 24 angebrachte elektrische Schaltung ein Alarmsignal ausgelöst. Während bei vorbekannten lonisationsfeuermeldern sich der lonenstrom jedoch stark änderte, sobald auch nur eine geringe Luftbewegung auftrat, so ist dies bei der beschriebenen Konstruktion nicht der Fall. Die im zentralen lonisationsbereich R erzeugten Luftionen

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werden durch Luftströmung höchsten eine yewii.se St>ecke radial nach Aussen transportiert, erreichen bei genügender Ausdehnung der Elektrodenjaiese jedoch trotzdem noch, so dass der lonenstrom nur wenig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Luft abhängig ist. Im Gegensatz zu vorbekannten Konstruktionen sind also keine windabschirmenden Mittel nötig und die Ionisationskammer 30 kann weitgehend gegen die Aussenatmosphäre offen sein.

Auch hier können zur Verstärkung der Wirkung am Rande der Elektroden 28 und 29 feldstärkeerhöhende Mittel, z.B. umgebogene Kanten, aufgesetzte Stifte oder ringförmige Stege 33, vorgesehen sein oder das Gitter 26 elektrostatisch geladen sein.

Besonders wichtig ist bei dem geringen Elektrodenabstand und dem hohen Innenwiderstand der Ionisationskammer 30 eine möglichst gute Isolation zwischen den Elektroden. Dies kann durch Kriechweg-erhöhende Rippen 34 auf dem zentralen Stempel 27 erreicht werden, wie in Fig. 3C und 3D dargestellt. Anstatt beide Elektroden am zentralen Stempel 27 zu befestigen, kann gemäss Fig. 3D auch eine der Elektroden an einem Steg 32 der Isolierstoffplatten 24 befestigt sein, was die Isolation noch weiter verbessert.

Das radioaktive Präparat 31 kann anstatt am zentralen Stempel 27 auch als Drahtring auf einer der beiden Elektroden,z.B. in einer Nut versenkt,angebracht werden.

Der zentrale Stempel 27 kann in der Mitte eine Bohrung aufweisen, in welcher eine Verbindung zwischen der Elektrode 29 und einem an der Rückseite der Isolierstoffplatte vergossen angeordneten Feldeffekttransistor 35 hergestellt ist. Auf die beschriebene Weise lässt sich trotz der geringen Abmessungen ein betriebsicher arbeitender windunab-, hängiger jedoch trotzdem hochempfindlicher und schnell ansprechender Ionisationsfeuermelder schaffen.

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Bei allen beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen empfiehlt es sich im Uebrigen, Elektroden-Abstand und -Spannung so zu wählen, dass die Ionisationskammer gerade am Anfang des Sättigungsbereiches oder knapp darunter arbeitet/ d.h. so dass im Normalfall die gebildeten Ionen fast alle die Elektroden erreichen, ohne dass ein erheblicher Teil durch Rekombination verloren geht. Gegebenenfalls kann der Arbeitspunkt so gewählt werden, dass eine lonenstromverminderung durch Hinausblasen von Ionen aus der Kammer gerade durch die verminderte Rekombinationsrate unter Windeinfluss im nicht ionisierten Bereich kompensiert wird. Ausserdem bleibt dabei die Rauchempfindlichkeit voll erhalten, da für. Rauchpartikel und Aerosol wegen der geringeren Beweglichkeit und der wesentlich grösseren Rekombinationswahrscheinlichkeit im Vergleich zu Luft-Ionen die lonenstrom-Sättigung erst bei einer höheren Spannung eintreten würde. Auf diese Weise lässt sich also ein Ionisationsfeuermelder schaffen, welcher weitgehend wind-unabhängig ist, dessen Rauchempfindlichkeit und schnelles Ansprechverhalten trotzdem erhalten bleibt.

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Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE

1.1 Feuermelde-Einrichtung mit einerVTonisationskammer mit mindestens einer radioaktiven Quelle zur Erzeugung von Ionen und zwei spannungsführenden Elektroden,zwischen denen ein lonenstrom fMesst, dessen Stärke bei Anwesenheit von Rauch und Brandaerosol in der Ionisationskammer abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Quelle so ausgebildet und angeordnet ist, dass ihr lonisierungsbereich nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elektroden umfasst, so dass normalerweise nur zwischen einem Teil der Elektroden-Oberflächen ein Ionen- Strom fliesst, und dass sich die Elektroden in Richtung der möglichen Luftbewegung um mindestens das Fünffache ihres Abstandes über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken.

2. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisationskammer in einem Luftschacht mit einer Einrichtung zur Luftbewegung durch die Ionisationskammer angeordnet ist, dass die radioaktive Quelle am Ort des Lufteintritt in die Ionisationskammer angebracht ist, und dass sich die Elektroden in Richtung der Luftbewegung um mindestens das 1Ofα ehe ihres Abstandes über den lonisationsbereich der radioaktiven Quelle hinaus erstrecken.

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3. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode zumindest teilweise die Form eines Zylindermantels hat.

4. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Luftaustritts aus der Ionisationskammer feldstärkeerhöhende Mittel in der Form von Kanten oder Stiften vorgesehen sind.

5. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Luftaustritts aus der Ionisationskammer wenigstens ein elektrisch geladenes luftdurchlässiges Gitter angeordnet ist.

6. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden plattenförmig ausgebildet sind, dass das radioaktive Präparat in der Nähe des Zentrums der beiden plattenförmigen Elektroden angeordnet ist, dass der Ionisierungsbereich nur einen kleinen zentralen Teil zwischen den Elektroden umfasst, und dass sich beide Elektroden um mindestens das fünffache ihres Abstandes Über diesen Ionisierungsbereich hinaus nach jeder Richtung erstrecken.

7. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode von einem zentralen isolierenden Stempel getragen wird, welcher zur Erhöhung der Isolationsstrecke an seiner Oberfläche Rillen bzw. Stege aufweist.

8. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Stempel an einer Isolierstoffplatte befestigt ist, und dass die andere Elektrode mittels Stiften oder Stegen an der gleichen Isolierstoffplatte befestigt ist, den Stempel jedoch nicht berührt. 409843/026A

9. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine zentrale Beohrung aufweist, in welcher die eine Elektrode mit der Steuerelektrode eines an der Isolierplatle befestigten Feldeffekttransistors verbunden ist.

10. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Aussenzone der plattenförmigen Elektroden feldstärkeerhöhende Mittel vorgesehen sind, z.B. scharfe Kanten oder Stifte.

11. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisationskammer durch ein elektrisch geladenes Gitter gegen aussen abgeschlossen ist.

12. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Quelle Tritium enthält.

13. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Elektrodenform, -abstand und -spannung so gewählt sind, dass die Ionisationskammer für Luftionen wenigstens nahezu in Stromsättigung arbeitet, während für geladene schwerere Partikel keine Stromsättigung vorhanden ist.

14. Feuermelde-Einrichtung nach Anspruch 1 , . gekennzeichnet durch strahlungsabsorbierende Mittel zur Beschränkung des lonisierungsbereiches der radioaktiven Quelle.

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