DE2412557B2 - Feuermeldeeinrichtung - Google Patents
FeuermeldeeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Feuermeldeeinrichtung
mit einer luftzugänglichen Ionisationskammer mit mindestens einer radioaktiven Quelle zur Erzeugung
von Ionen und zwei spannungsführenden Elektroden, zwischen denen ein Ionenstrom fließt, dessen Stärke bei
Anwesenheit von Rauch und Brandaerosol in der Ionisationskammer abnimmt, wodurch ein Feueralarmsignal
ausgelöst wird, wobei die radioaktive Quelle so ausgebildet und angeordnet ist, daß ihr lonisierungsbereich
in Richtung einer möglichen Luftbewegung nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elektroden
umfaßt, so daß bei unbewegter Luft nur zwischen einem Teil der Elektrodenoberflächen ein lonenstrom
fließt. Eine derartige Feuermeldeeinrichtung ist z. B. aus der DE-AS 21 65 619 bekannt.
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-Signals.
Vorbekannte Ionisationsfeuermelder haben jedoch den Nachteil, daß der Ionenstrom nicht nur durch
Fremdpartikel beeinflußt wird, sondern ebenfalls durch eine Luftbewegung in der Ionisationskammer. Besonders
störend wirkt dies, wenn die Luftgeschwindigkeit in der gleichen Größenordnung liegt oder größer 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 fetwa annehmen:
v/E a 2 cmWs.
Während bei älteren, mit Hochspannung arbeitenden lonisationsfeuermeldern die elektrische Feldstärke in
der Größenordnung von über 50 V/cm und die lonengeschwindigkeit dahor im Bereich um über I m/s
lag und die Feuermelder daher bei Luftgeschwindigkeiten unter 1 m/s kaum Störungen zeigten, liegen beim
modernen, mit Niederspannung betriebenen lonisationsfeuermeldern
mit erhöhter Empfindlichkeit die Feldstärken im Bereich von etwas weniger als 5 V/cm.
Die Geschwindigkeit der Luftionen beträgt dann nur noch etwa 10cm/s. Wie in Fig. 1 zur Erläuterung
schematisch dargestellt, genügt daher Dei solchen modernen Isonisationsfeuermeldern bereits eine Luftgeschwindigkeit
von 50 cm/s, um ein im Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 2 durch die radioaktive
Quelle 3 gebildeten lon um den fünffachen Betrag seines Weges nach der Seite zu transportieren. Es ist leicht zu
erkennen, daß auf diese Weise der größte Teil der gebildeten Ionen aus der Ionisationskammer schon bei
niedrigen Luftgeschwindigkeiten hinausgeblasen wird und die Elektrode nicht mehr erreicht. Dies führt 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 Ventilations- odT Klimaanlagen
oder durch Luftzug infolge öffnens von Fenstern oder Türen, können solche vorbekannten Niederspannungs-Ionisationsfeuermelder
daher mit offener Ionisationskammer nur begrenzt verwendet werden, an einen Einsatz zur Überwachung von Ventilationskanälen oder
im Zusammenhang mit Absaugeinrichtungen ist überhaupt nicht zu denken.
Es sind zwar schon verschiedene Konstruktionen bekannt geworden, welche die Luft beim Eintrit; in die
Ionisationskammer eines Ionisationsfeuermelders 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 Ionisationsfeuermelders,
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.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß die Elektroden so ausgebildet
und angeordnet sind, daß bei einer Luftbewegung die Luftgeschwindigkeit in der Ionisationskammer nur
wenig herabgesetzt wird und daß sich die Elektroden in Richtung der möglichen Luftbewegung um ein Vielfaches
ihres Abstandes über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken, so daß die durch Luftbewegung ?.us
dem lonisierungsbereich hinausgetragenen Ionen von den außerhalb des normalen lonenstrombereiches
liegenden Elektrodenbereichen aufgefangen werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Die
F i g. 2A —2D zeigen einer' »linearen« Ionisationsfeuermelder
zur Verwendung in Absaugsystemen.
Fig. 3A —3D zeigen ein<:n »radialsymmetrischen«
Ionisationsfeuermelder mit freiem Luftzutritt zur Ionisationskammer durch Konvektion.
Bei der in den Fig. IK-2D wiedergegebenen
Feuermeldeeinrichtung 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 langgestreckte, vorzugsweise für Luftionen undurchlässige Elektroden 7 und 8,
weiche 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 öl- oder ^-Strahler mit kurzer Reichweite
(52 cm) in der Größenordnung von 1 cm, z. B. Tritiumhaltige Folie; jedoch können auch andere in Ionisationskammern
übliche radioaktive Strahlenquellen benutzt werden, (z. B. Ni 63, Kr 35, Am 241), wobei zweckmäßigerweise
die Reichweite durch eine strahlungsabsorbierende Abdeckschicht auf das gewünschte Maß
herabgesetzt wird. Da der Elektrodenabstand 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 Ionisationsbereiches in Strömungsrichtung nach
hinten, wird einerseits durch die kurze Reichweite der radioaktiven Strahlung verhindert, andererseits kann
der Bereich durch zusätzliche Maßnahmen, z. B. eine Wulst 1!, 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 größer 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 FaIi die gebildeten Luftionen die Elektroden noch erreichen,
und zwar nicht nur bei einer relativ langsamen laminaren Strömung, sondern auch bei turbulenten
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 mindestens das 5fache,
oder etwa 10—20fache ihres Abstandes beträgt, um den größten 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 wird, so daß dorthin gelangende Ionen noch
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. 2B dargestellt, als zylinderförmige Teilschalen auszubilden.
Ebenfalls zur Verwendung in zylindrischen Absaugrohren
geeignet ist die in F i g. 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 linsenförmig auf die Mittelclektrodc 14 am Eingang der Ionisationskammer
aufgesetzt ist, und dessen Strahlungs' eichweite 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 F i g. 2D anhand einer zylindrischen Ionisationskammer
mit Miltelelektrode 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 Luftkanäien, 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 dem mit solchen lonisationsfeuermeldern überwachten
Räumen gelegentlich Luftströmungen mit Geschwindigkeiten bis etwa 1 m/s auftreten, welche bei
Niederspannungs-Ionisationsfeuermeldern mit offener Ionisationskammer einen Fehlalarm auslösen würden.
Da die Strömungsrichtung jedoch nicht, wie in Absaugsystemen, vorgegeben ist. empfiehlt sich in
diesem Fall ein radialsymmetrischer 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 Ausführungsbeispiei
anhand der F i g. 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 ais 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 von einem zentralen, an der Isolierstoffplatte 24 angebrachten Stempel 27 oder Haiter 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 ist ein radioaktiver Strahler 31 in einer Nut als
ringförmige 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 Ader 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 rauchhalti-
40
45
b0
65 ger Luft wird der lonenstrom vermindert und über eine
größtenteils an der Isolierstoffplattc 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 lonisationsbercich R erzeugten Luflionen werden durch Luftströmung höchstens eine gewisse
Strecke radial nach Außen transportiert, erreichen bei genügender Ausdehnung der Elektroden z. B. bei
mindestens dem 5fachen ihres Abstandes diese 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 3t 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 Isolierstoff platte 24 vergossen angeordneten Feldeffekttransistors 35 hergestellt ist. Auf die beschriebene
Weise läßt sich trotz der geringen Abmessungen ein betriebsicher arbeitender windunabhängiger, jedoch
trotzdem hochempfindlicher und schnell ansprechender Ionisationsfeuermelder schaffen.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich im Übrigen, Elektrodenabstand 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 Ionenstrom-Sä«igung erst bei
einer höheren Spannung eintreten würde. Auf diese Weise läßt sich also ein Ionisationsfeuermelder schaffen,
der weitgehend windunabhängig ist, dessen Raucherrpfindlichkeit und schnelles Ansprechverhalten trotzdem
erhalten bleibt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Feuermeldeeinrichtung mit einer luftzugänglichen Ionisationskammer mit mindestens einer
radioaktiven Quelle zur Erzeugung von tonen und zwei spannungsführenden Elektroden, zwischen
denen ein Ionenstrom fließt, dessen Stärke bei Anwesenheit von Rauch und Brandaerosol in der
Ionisationskammer abnimmt, wodurch ein Feueralarmsignal ausgelöst wird, wobei die radioaktive
Quelle so ausgebildet und angeordnet ist, daß ihr lonisierungsbereich in Richtung einer möglichen
Luftbewegung nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elektroden umfaßt, so daß bei
unbewegter Luft nur zwischen einem Teil der '5
Elektrodenoberfläche ein lonensirom fließt, gekennzeichnet
durch die Kombination der Merkmale, daß die Elektroden so ausgebildet und
angeordnet sind, daß bei einer Luftbewegung die Luftgeschwindigkeit in der Ionisationskammer nur
wenig herabgesetzt wird und daß sich die Elektroden in Richtung der möglichen Luftbewegung um
ein Vielfaches ihres Abstandes über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken, so daß die durch die
Luftbewegung aus dem lonisierungsbereich hinausgetragenen Ionen von den außerhalb des normalen
Ionenstrombereiches liegenden Elektrodenbereichen aufgefangen werden.
2. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer JO
(6) in einem Luftschacht (4) mit einer Einrichtung (6)
in einem Luftschacht (4) mit einer Einrichtung(5) zur
Bewegung der Luft durch die Ionisationskammer hindurch angeordnet ist, daß die radioaktive Quelle
(9, 10, 15) am Ort des Lufteintritts in die Ionisationskammer (6) angebracht ist und daß sich
die Elektroden (7, 8, 13, 14) in Richtung der Luftbewegung um mindestens das Zehnfache ihres
Abstandes über den Ionisationsbereich (R) der radioaktiven Quelle hinaus erstrecken.
3. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine
Elektrode (7, 8) zumindest teilweise die Form eines Zylindermantels hat.
4. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (28,
29) plattenförmig ausgebildet sind, daß das radioaktive Präparat (31) in der Nähe des Zentrums der
beiden plattenförmigen Elektroden angeordnet ist, daß der lonisierungsbereich (R) nur einen kleinen
Teil zwischen den Elektroden (28, 29) umfaßt und daß sich beide Elektroden um mindestens das
Fünffache ihres Abstandes über diesen lonisationsbereich (R) hinaus nach jeder Richtung erstrecken.
5. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine
Elektrode (28, 29) von einem zentralen isolierenden Stempel (27) getragen wird, welcher zur Erhöhung
der Isolationsstrecke an seiner Oberfläche Rillen bzw. Stege (34) aufweist.
6. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Stempel
(27) an einer Isolierstoffplatte (24) befestigt ist und daß die andere Elektrode (28) mittels Stiften
oder Stegen (32) an der gleichen Isolierstoffplatte befestigt ist, den Stempel jedoch nicht berührt.
7. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (27) eine
zentrale Bohrung aufweist, in welcher die eine Elektrode (29) mit der Steuerelektrode eines an der
Isolierplatte (24) befestigten Feldeffekttransistors (35) verbunden ist.
8. Feuermeldeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort des
Luftaustritts aus der Ionisationskammer feldstärkeerhöhend Mittel vorgesehen sind, z. B. scharfe
Kanten oder Stifte (12,33).
9. Feuermeldeeinrichiung nach einem der Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort des
Luftaustritts aus der Ionisationskammer ein elektrisch geladenes Gitter (16,17,26) angeordnet ist.
10. Feuermeldeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß die
radioaktive Quelle (9,10,31) Tritium enthält.
11. Feuermeldeeinrichtung nach einem der Ansprüche
1 —9, gekennzeichnet durch strahlungsabsorbierende Mittel zur Beschränkung des lonisiervngsbereiches
der radioaktiven Quelle (31).
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