DE2412557A1 - Feuermelde-einrichtung - Google Patents
Feuermelde-einrichtungInfo
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Description
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.
409843/0264
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.
Α09843/026Λ
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
^dftfc S-fO'C-Ue-, oiler etw^y
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.
409843/0284
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
oae< Halte rv
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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ORIGINAL
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)
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.
409843/026A
Leerseite
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Legal Events
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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