CN102054324A - 火灾传感器和检测火灾的方法 - Google Patents

Abstract

火灾传感器和检测火灾的方法。火灾传感器用于检测被监视区域中的火灾，包括：检测室，经由入口通道与被监视区域流体连通；传感器组件，适合于检测检测室内的火灾产物，并输出相应的检测信号；旋风室，设置在检测室与被监视区域之间的入口通道中检测室的上游，旋风室包括风扇叶轮和外周壁，风扇叶轮被布置为被电动机旋转地驱动从而将空气从被监视区域吸入所述检测室，外周壁围绕所述风扇叶轮的周界使得当所述风扇叶轮被驱动时在旋风室内建立漩涡。优选地相对于小液滴而言由漩涡去除通过旋风室的气流中的大液滴，使得被吸入检测室中的空气中的液滴的平均尺寸比进入火灾传感器的空气的小。

Description

火灾传感器和检测火灾的方法

技术领域

本发明涉及火灾传感器，特别地涉及具有降低的水汽(steam)灵敏度的火灾传感器、以及用于检测火灾的方法。

背景技术

传统上，点式火灾传感器通常分成两大类，光学和电离。电离式传感器利用放射源来检测烟雾。在大多数示例中，通过提供跨越充满空气的区域的两个电极来形成电离室。空气被由放射源发射的阿尔法粒子电离，从而在电极之间建立可以测量的电流。烟雾到电极之间的区域的引入将此电流中断，因为重的烟雾颗粒结合于电离空气分子并减慢电荷转移。感测到电流的减小并用来触发警报。

由于用于存储和输送放射源的指令，现在电离传感器不那么受欢迎，光学传感器(或基于光学的多传感器)现在已变成在工业或商业应用中使用的最流行的通用烟雾传感器。通常，光学烟雾感测技术涉及向检测室中发射辐射并提供被布置为在特定环境中至少接收一些辐射并输出相应信号的相应光学检测器。例如，光学散射传感器利用发射到室中的辐射射束和至少一个检测器，所述检测器远离射束布置使得在正常条件下几乎检测不到或完全检测不到辐射。当烟雾或其它颗粒进入室时，辐射被散射，并且至少一部分将照亮检测器，增加可以用来触发警报的输出信号。

用于烟雾检测的另一种光学传感器是光学遮蔽传感器(opticalobscuration sensor)。遮蔽传感器通常包括辐射发射器，其与辐射检测器对准使得在不存在火灾产物的情况下检测器接收辐射。当在发射器与检测器之间堆积烟雾或其它浮质时，接收到的光的量下降。遮蔽传感器对黑烟相当敏感(因为其吸收光)。然而，当发射器与检测器之间的通道短时(如点式传感器中可能的情形)，则接收到的光的下降也是小的-信号电平的下降可能小于0.1％。

由于其操作的原理，这些种类的光学传感器常常对由除火灾产生的进入检测室并触发光学传感器的物质以外的物质引起的假警报敏感。由于假警报的风险，在不适合光学传感器的区域中常常使用诸如热敏电阻等仅热量传感器。然而，存在诸如旅馆卧室等许多应用，在那里假警报威胁由于使用茶壶和淋浴而非常高，火灾的早期预警也是关键的，同样地，虽然有假警报的可能性，通常情况下仍使用光学传感器。

光学传感器的最大假警报问题之一是其对水汽的固有高灵敏度。我们通常称为水汽的实际上是具有可见冷凝水滴的水蒸气，所述可见冷凝水滴在一团热水或沸水上方产生，并被形成为热蒸气与较冷空气的混合。可见冷凝水滴是多分散的(即具有大范围的尺寸、形状和/或质量特性)并通常在许多相变之后以被完全蒸发结束，每个液滴的持续时间取决于温度、压力和相对湿度(RH)等周围环境条件，以及液滴尺寸本身。完全蒸发的水在水颗粒尺寸缩小到单独水分子的尺寸时变得不可见，单独水分子的尺寸约为1/5000μm。然而，较大的液滴仍看得见并妨碍光学传感器的性能。

电离传感器也具有此问题，因为大的水滴将趋向于以类似于烟雾的方式中断电离室中的电流。其它传感器类型也可能由于水汽固有的高相对湿度(RH)而对水汽敏感。例如，可以用于诸如二氧化碳、一氧化碳、氢气或NOx等燃烧气体的检测的电化学和光学吸收气体传感器的性能可能受到RH的影响。在电化学传感器的情况下，长时间的高RH趋向于导致灵敏度损失。

通常不会紧挨着点式火灾传感器且直接在其下面产生高水平的水蒸汽。然而，在能浮起的水蒸汽朝着天花板上升时，虽然其通常未冷至足以触发传感器中的热量元件，但其常常能够将光学传感器触发成报警条件。

光学火灾传感器几乎完全使用光学散射原理，并且对约1μm的颗粒尺寸以上的较大浮质更加敏感，虽然大部分火灾类型产生亚微米的烟雾颗粒。因此，典型的光学传感器具有对冷凝水滴的可见云雾(一些液滴尺寸超过10μm)具有高灵敏度，同时其烟雾灵敏度范围在从对于灰色烟雾良好至对于黑色烟雾相对差的范围内。灰色烟雾相对黑色烟雾由较大的颗粒组成。光学传感器对非常小的不可见颗粒(包括完全蒸发的水)完全不敏感。虽然大多数光学传感器在散射室中使用红外波长，但如果使用其它波长和/或不同的散射角，则上述相对灵敏度仍然适用，并且最多只能使此效应最小化。

使用两个不同散射角或两个不同波长的双光学传感器现在正在变得更加常见，以图减少假警报并主要降低水蒸气对光学传感器的影响。在US-A-6218950中公开了双角光学散射传感器的示例。操作的基本原理在两种类型的传感器中是类似的，因为灵敏度的变化发生于不同的烟雾类型。通过对两种明显不同的波长(例如红外光和蓝光)或两个明显不同的角进行测量，并产生获取的测量结果的比，该比将指示烟雾类型，因此传感器或火警系统能够对不同的烟雾类型应用不同的报警灵敏度。

虽然这种技术可能能够可靠地将灰色烟雾与黑色烟雾区别开，但其很难可靠地将水蒸气与灰色烟雾区别开。这部分地由于两种物质都包括相对大的颗粒，而且来自双传感器的输出比几乎相同。

由于为安全起见，将等于此比或大约此比的信号视为火灾条件而不是作为假警报拒绝，所以这可能导致高假警报率。现有火灾传感器通过使用于灰色烟雾的报警点相当高(即表示火灾的灰色烟雾传感器信号阈值高)、同时设置用于黑色烟雾的较低的阈值、以便火灾传感器足够敏感来在一定程度上解决此问题。虽然这种技术将使水蒸气的影响降低至有限程度，但是以常见的火灾类型所产生的灰色烟雾的烟雾检测时间为代价。此外，虽然黑色烟雾测试对于设置光学散射传感器的灵敏度而言是关键的，但为此，还必须经过从暗火灰色烟雾到明火黑色烟雾的一定范围的火灾类型测试。

在严酷的环境中常常使用的另一种传感器是吸气式烟雾检测器(ASD)。ASD系统是众所周知的，并且涉及通过通常具有许多采样孔的管道系统将空气吸入包括真空风扇或吸气泵的中央单元。在典型系统中，经采样的空气被传递通过高级纸或泡沫过滤器以去除大的灰尘颗粒，然后通过烟雾传感器。在通过烟雾传感器之后，空气进入抽吸风扇(suction fan)，然后出口被反馈到排气管以便被返回受保护区域或排出到外面。如果要在灰尘非常大或潮湿的区域中使用此系统，则通常向采样管道添加附加的更细的前置过滤元件，以及冷凝阱(condensation trap)，以便水蒸气不会在过滤器中冷凝并将其堵塞或者通过过滤器并进入烟雾传感器中。该冷凝阱通常由进入上行下给管道(pipe drop)的采样管道的有角度的去流段(run)制成，所述上行下给管道具有连接到端盖并充满水的蛇形微孔管。虽然冷凝阱和高过滤过滤器对于ASD系统而言是实用的，但更紧凑的方法将是期望的，尤其是供在点式传感器中使用。

发明内容

依照本发明，提供了一种用于检测被监视区域中的火灾的火灾传感器，该火灾传感器包括：检测室，其经由入口通道与被监视区域流体连通；传感器组件，其适合于检测所述检测室内的火灾产物，并输出相应的检测信号；旋风室，其在所述检测室与所述被监视区域之间的入口通道中并设置在所述检测室的上游，所述旋风室包括风扇叶轮和外周壁，风扇叶轮被布置为由电动机旋转地驱动从而将空气从被监视区域吸入所述检测室中，外周壁围绕所述风扇叶轮的外周(periphery)，使得当所述风扇叶轮被驱动时在所述旋风室内建立漩涡；由此，相对于小液滴而言，优选地通过漩涡来去除通过旋风室的气流中的大液滴，使得被吸入检测室的空气中的液滴的平均尺寸比进入火灾传感器的空气的小。

本发明还提供一种检测被监视区域中的火灾的方法，包括：将空气从被监视区域吸入旋风室中；驱动设置在所述旋风室内的风扇叶轮以在其中建立漩涡，由此，相对于小液滴而言，优选地通过漩涡来去除通过旋风室的气流中的大液滴；将空气从旋风室排出进入检测室；使用传感器组件来感测所述检测室内的火灾产物的存在并输出相应的检测信号；其中，被吸入所述检测室的空气中的液滴的平均尺寸小于进入所述旋风室的空气的。

通过以这种方式在所述检测室的上游提供旋风室，通过漩涡的离心作用分离出在进入火灾传感器的水汽中带有的大的缓慢蒸发的可见液体水滴，并将其沉积到外周壁内侧。因此，在大水滴进入所述检测室之前将其从气流中去除，以便主要被蒸发的水将进入所述检测室。另外，甚至较小的水滴将趋向于被所述风扇叶轮的叶片拦截，在每个叶片上形成撞击水膜，其中多个较小液滴通过亲水吸引力结合。收集的水膜在离心力的作用下沿着每个叶片径向地向外移动，并连同被漩涡本身去除的液滴一起沉积在外周壁上。

总体而言，进入所述检测室的任何水蒸气总体上具有比进入传感器的水蒸气小的液滴尺寸分布(即平均尺寸较小)。由于浮质传感器(诸如光学传感器和电离传感器)对小液滴尺寸较不敏感，所以水汽触发传感器的可能性因此大大降低。同样地，火灾传感器在保持对烟雾或其它浮质的高灵敏度的同时提供甚至对被监视区域中的非常高的水平的水蒸气的低灵敏度。另外，大水滴的去除减少进入检测室中的空气流中的总水量，并因此降低相对湿度，由此改善RH敏感检测器的性能。

由于旋风室将优选地去除超过一定切截尺寸的颗粒，该切截尺寸取决于风扇叶轮的大小及其角速度，所以进入旋风室的液滴的平均尺寸越大，通过漩涡的效应将去除的水蒸气的比例越大。因此，优选地，所述火灾传感器还包括设置在所述旋风室上游的用于增大被吸入所述旋风室中的空气中的液滴的平均尺寸的聚结器，其中，所述聚结器优选地包括网格。

旋风室和聚结器组合的总切截尺寸优选地在约1μm与10μm之间，仍优选地在约1μm与5μm之间。所述切截尺寸通常被定义为将以50％的效率被从气流去除的液滴的尺寸。大于切截尺寸的颗粒将被以较大的效率去除，并且较小的颗粒将被以较低的效率去除。

所述聚结器可以包括例如金属或塑料格栅、或金属和塑料线的针织物。如果需要，可以使用相互间隔开的多于一层的此类材料。通过该材料的孔优选地在0.25至0.75mm左右，更优选地约为0.5mm，间隔开约0.1至0.2mm，优选地约0.125mm(例如，形成网格或针织物的线可以具有约0.125mm的直径)。进入的液滴在被从聚结材料吸入到旋风室之前撞击聚结材料并彼此结合而形成较大体积的液滴，由此实现聚结效应。通过以网格的形式提供聚结器，这可以兼作用于防止诸如昆虫等外来物体进入火灾传感器的防护装置。还可以出于相同的原因在检测室的任何出口上提供网格。

所述聚结器可以位于所述旋风室上游的任何位置处。可是，为了获得最大效果，优选的是所述聚结器在所述旋风室的入口附近，因为气流在所述聚结器与所述旋风室之间行进的距离越大，颗粒尺寸将发生的变化越大，潜在地导致聚结效应的反转。更有利地，聚结器被直接设置在所述旋风室的上游。

为了进一步增强聚结，优选地将所述入口通道配置为使得在所述聚结器的位置处，气流的方向不垂直于所述聚结器的平面。也就是说，气流以与其法线的非零角度穿过聚结材料。这样，由于液滴以一定的角度移动至聚结材料而增强聚结效果，使得更有可能撞击。在特别优选实现中，入射在聚结器上的气流基本上平行于聚结器的平面，以便使此效果最大化。

这可以通过将聚结器配置为位于与入口通道成非正交角度的位置来实现。然而，在优选实现中，这可以通过将入口通道配置为使得气流在进入旋风室时经历方向的变化并且在该方向变化的过程中设置所述聚结器而实现，该方向变化优选地约为90度。通过在液滴穿过聚结器时改变气流的方向，使得气流不再平行于此区域内的入口通道，可以在增强聚结效应的同时方便地将聚结器设置为与入口通道正交。任何方向变化将在一定程度上促进聚结，但是优选地，气流方向的变化至少为10度。

根据入口通道和旋风室的几何结构，由漩涡建立的离心力作用的方向可以使得被去除的液滴不被朝着所述检测室排出。然而，在其它情况下，可以使出口点位于外周壁上，因此，优选地，邻近于旋风室的出口设置挡板，使得被漩涡从气流朝着出口去除的液滴被该挡板收集。该挡板形成惯性分离器，促使气流改变方向且重的水滴离开气流并撞击到挡板上。该挡板可以采取任何期望形式，诸如格栅或曲径式密封(即至少一个弯曲的通路)，但是优选地，所述挡板包括被布置为在离开旋风室时引起气流的方向变化的至少一个有角度叶片。

所述旋风室可以被设置在所述检测室上游的任何位置处，但是其优选地位于尽可能接近于所述检测室的位置，以便减小所述传感器的总尺寸。因此，优选地，所述旋风室被直接设置在所述检测室的上游。

如上所述，公开的配置在与许多不同传感器类型-事实上是对水汽或RH敏感或受其影响的任何传感器-结合使用时提供益处。然而，例如，所述益处在传感器通过检测浮质的实际存在(即气流中的固体颗粒或液滴的悬浮)而不是其化学组分进行操作时特别显著，因为其是最大的，因此是被本公开的安排去除的那些之中最具有分裂性的。因此，优选地，所述传感器组件适合于检测所述检测室内的浮质，优选地为烟雾。

本公开技术在与基于光学的感测技术相结合地使用时特别有利。因此，在优选实施例中，所述传感器组件包括光学传感器、优选地为光学散射传感器、双光学散射传感器、或光学遮蔽传感器。诸如双角或双波长传感器等双光学散射传感器的使用如前所述进一步降低假警报的可能。

在此配置中，优选地将挡板设置在所述检测室内并且所述挡板提供用于光学传感器组件的光阱。所述光阱优选地被布置为通过阻止LED与光电二极管之间的径直(direct)光传输来提供光源的准直度，并减少室内的背景散射。

可以在诸如轴向风扇等旋风室的构造中使用任何期望的风扇类型。然而，优选地，以离心风扇的形式来提供风扇叶轮和外周壁，所述入口通道优选地被布置为使得所述气流基本上平行于风扇的旋转轴进入离心风扇，并相切地、与旋转轴基本上垂直地离开所述风扇。离心风扇是特别优选的，因为可以在进入所述检测室的气流中实现高静压，辅助推动空气通过室并且通过室出口(如果提供的话)排出。相反，将需要提供以更大旋转速度操作的大得多的轴向风扇以实现相同的效果。另外，离心风扇将借助于在其叶片上的撞击比其它风扇类型更高效地收集水滴。

优选地，所述风扇叶轮包括前弯式叶片，因为其被发现提供最高效的效果，虽然如果优选的话可以使用直的或后弯式叶片。该叶片优选地由固体和相对刚性的材料形成以经受住在操作期间经历的离心力。

有利地，围绕风扇叶轮并限定旋风室的外周壁基本上是圆形的。期望的是所述外周壁紧密地接近风扇叶轮的极限，以便旋风室内的基本上所有容积在进行操作时都被漩涡填充。然而，可以在对漩涡没有显著影响的情况下允许与圆的小的偏离。

在特别优选实施例中，所述旋风室具有约50mm的近似直径，并且以约4,000rpm来驱动风扇叶轮。

可以例如通过在跨越适当的数据连接与火灾传感器通信的控制面板上提供的处理组件来控制所述火灾传感器。然而，在优选实施例中，在火灾传感器的板上执行此类处理，因此，所述火灾传感器还包括被布置为激活电动机以驱动风扇叶轮的处理器，在电动机活动的同时监视从传感器组件输出的检测信号，并将所述检测信号与预定报警标准相比较以确定是否满足报警条件。

可以连续地驱动风扇，但是，优选地，所述处理器适合于以预定间隔断续地激活所述电动机，或者在接收到触发信号时激活电动机。通过以预定间隔驱动风扇，优选地以小于50％的低占空因数，大大地减少了火灾传感器的功率消耗。在替换中，在某些情况下，可以使用触发信号(可以由遥控面板或经由在火灾传感器上提供的其它系统来提供)来激活风扇，从而进一步降低功率消耗。特别地，优选地如在题为“Fire Sensor and Method for Detecting Fire”(火灾传感器和检测火灾的方法)(代理人参考号No.RSJ10366EP)的共同待决欧洲专利申请中描述的那样操作风扇，其全部内容通过引用结合到本文中。

附图说明

现在将参照附图来描述依照本发明的火灾传感器的示例，在附图中：

图1示意性地描绘火灾传感器的第一实施例；

图2出于明了的目的在分解图中示出火灾传感器的第二实施例；

图3在倒转位置上示出图2的组装的火灾传感器；

图4示出外部顶板被去除的图3的火灾传感器；

图5示出图3的火灾传感器的内部组件；以及

图6示出图5的内部组件的平面图。

具体实施方式

以下说明将集中于优选地被用作模拟可寻址火灾报警系统的一部分的吸顶(ceiling mounted)光学点式烟雾传感器的示例。然而，应认识到本发明可以应用于需要降低对水蒸气的灵敏度的任何类型的火灾传感器。特别地，作为光学传感器组件的替代，可以使用电离传感器或能够检测火灾产物(诸如烟雾、其它浮质(例如化学制品、油)、热量、红外辐射或诸如二氧化碳、一氧化碳、氢气、或氮氧化物(NOx)等气体)的任何其它类型的检测器。通常，本公开配置在传感器是浮质传感器(即被配置为检测检测室中的浮质(aerosol)的存在)的情况下是最有益的。光学传感器和电离传感器是浮质传感器的示例。另外，虽然下面给出的示例是小轮廓(low profile)点式火灾传感器，应注意的是本发明同样可适用于大轮廓火灾传感器(其从安装它们的天花板或其它表面突出)。

图1示出设置在受保护建筑物内的通常对应于房间或房间的一部分的被监视区域M中的火灾传感器1。所述传感器包括在内部限定的检测室2，检测室2经由入口通道2a和优选地出口2b与被监视区域M连通。在室2的上游设置在入口通道2a中的是装有风扇4的旋风室(cyclonechamber)3。风扇4包括可旋转地设置在室3的外周壁3a内的轴向的、离心的或其他形式的风扇叶轮。在使用中，对风扇4供电，从而将空气的样本从区域M吸入检测室2，在那里，光学检测器组件5被布置为感测存在于样本中的任何火灾产物。光学传感器组件5优选地至少包括光学散射传感器或光学遮蔽传感器，最优选地包括双角光学散射传感器或双波长光学散射传感器。可以另外或替换地提供用于检测室2内的燃烧气体(例如一氧化碳、二氧化碳、氢气或氮氧化物NOx)或热量等火灾现象的其它类型的传感器。光学传感器组件5和任何附加传感器向在火灾传感器1板上或远程地提供的处理器6输出检测信号。该检测信号被与预定标准相比较以确定火灾条件是否存在。如果存在，则生成报警信号，其可以用来经由通信链路7触发诸如音响器和/或闪光灯等报警设备，并与诸如控制中心、业主和/或消防队等外部系统通信。如果优选的是不连续地操作风扇，处理器6还可以控制风扇4的操作。下面将对此进行进一步描述。

如果在采样的空气中存在可见水蒸气(即水汽)，则其将被风扇4通过入口通道2a吸入传感器单元中。旋风室3内的风扇叶轮4的旋转导致至少围绕大部分叶轮周边在风扇叶轮4与装有叶轮的旋风室3的壁3a之间生成快速旋转的空气漩涡。因此，促使进入传感器单元的空气样本在旋风室3内高速旋转，从而在空气样本中所带有的任何水滴上生成显著的离心力。由于离心力的幅值与颗粒的质量成比例，所以促使较大、较重的水滴被分离出并沉积到外周壁3a的内侧。

除此机制之外，室3内的气流中的水滴将频繁地与风扇叶轮4的叶片碰撞，形成被撞击到每个叶片上的连续亲水性水膜。这还具有聚结(coalescent)效果，因为小的液滴将被收集并结合而形成较大的液滴。所收集的水在离心力的影响下径向地向外移动并被沉积到室的壁上。

实际上，存在液滴切截尺寸(cut size)(或等效质量)，超过它，液滴将趋向于通过漩涡和聚结器的作用被去除，小于它，室3中的离心力将不足以从气流中去除相当部分的液滴。旋涡的液滴切截尺寸取决于包括风扇叶轮的半径及其角速度的因素。增大这些参数中的任一个都将减小液滴切截尺寸并因此增加将被从气流去除的液滴的比例。改善聚结器8的效率和风扇叶轮的聚结效果(叶片撞击)也将有效地减小切截尺寸，因为较小的颗粒将被结合成大到足以被漩涡去除的液滴。总液滴切截尺寸优选地被布置为在1μm至10μm的范围内，以便在亚微颗粒(诸如烟雾)不受影响的同时去除大液滴。

这样，进入检测室2的空气样本将包括尺寸平均起来比在最初被吸入火灾传感器中的样本中带有的水汽的水滴小的水滴，从而降低光学传感器被水滴触发的可能性。如果风扇速度和半径足够高，则只有蒸发(或接近蒸发)的水将留在进入检测室2的气流中，其对于光学传感器而言是不可见的。

可选地，可以通过在旋风室3的上游提供聚结器8来增强旋风室3的效果。聚结器8通常包括诸如金属或塑料格栅或网格等聚结材料的一层或多层。聚结器8用于增大进入旋风室3的水滴的平均尺寸。在通过入口通道2a进入传感器单元的气流中带有的水滴将撞击聚结材料8并借助于液滴之间的亲水吸引力相互结合而形成更少、更大的水滴，其随后被从聚结材料8吸出到旋风室3的漩涡中。这样，对于任何给定切截尺寸而言，旋风室3将能够去除较大比例的进入的水滴，因为大多数将具有等于或大于切截尺寸阈值的尺寸。聚结器8覆盖检测室2的入口并因此将固有地提供一定程度的进入保护，防止包括昆虫和蜘蛛等外来物体进入检测室。然而，可以在入口2a上提供网格或过滤器9a形式的附加进入保护。同样地，应在任何出口点上提供网格或过滤器9b。

聚结器8(和进入保护9，如果单独地提供)的网格尺寸或孔隙率应大到足以即使在过度的水蒸气水平下也避免可能的堵塞，但细到足以促进水滴生长。另外，在聚结器8兼作进入保护的情况下，其必须细到足以防止几乎最小的昆虫或蜘蛛的进入。在优选实现中，使用由限定0.5毫米(正方形)孔的0.125毫米直径线形成的金属或塑料格栅。所提供的任何附加进入保护防护装置(诸如9a/9b)具备相同的条件。

图2示出出于明了的目的分解的火灾传感器20的第二实施例的组件。传感器单元20由三个主要组件组成。顶板21提供传感器单元的外表面，并且在使用中将被布置为与顶板面板或传感单元20被安装到其中的其它表面齐平。如图3更详细地所示，顶板21包括由四个桥接器22连接的中央盘状区域21a和外部环形区域21b。四个孔23被限定在中心盘21a与外部环带21b之间，并一起提供基本上为环形的入口，空气通过该入口被风扇吸入传感器单元。顶板21还呈现中央孔12b，中央孔12b提供检测室的出口。实线箭头表示到传感器单元中和从传感器单元出来的气流，虚线的箭头表示内部气流。此配置已被发现促进被监视区域M内的空气的混合，由此改善如在题为“Fire Sensor andMethod of Detecting Fire”(火灾传感器和检测火灾的方法)的我们的共同待决欧洲专利申请(代理人参考号：RSJ10366EP)中进一步描述的采样。

顶板21安装于容纳内部感测组件的外壳25并提供用于建立必要的气流通道的孔。通过顶板21吸入的空气穿过在外壳25中提供的孔26a。从检测室排出的空气通过位于凹坑26c内的孔26b离开传感器单元，凹坑26c提供空气通路以离开顶板21中的孔12b。这在图4中更详细地示出，从图4同样显而易见的是入口孔26a和输出孔26b分别被网格28和29覆盖。覆盖入口孔26a的网格28执行两个功能，即充当在旋风室上游的聚结器和进入保护。覆盖出口孔26b的网格29是为了进入保护而提供的。在本示例中，网格28和29由相同的材料形成，虽然情况不需要如此。为了有最佳聚结作用，网格28优选地是金属网格。

在通过网格28时，气流进入在图5和6中更清楚地示出的旋风室13。在本示例中，以具有基本上为圆柱形的壳体3a的离心风扇的形式提供旋风室13，所述基本上为圆柱形的壳体3a围绕包括中心轮毂14b的风扇叶轮14，在中心轮毂14b上面安装有多个径向风扇叶片14a。离心风扇是优选的，因为与类似尺寸和功率的其它风扇类型(诸如轴向风扇)相比，产生更高的静压。这有助于驱动气流通过所述检测室，并且还排出已设法进入的任何灰尘或外来物体。在本示例中，风扇叶片14a是向前(即沿旋转的方向)弯曲的，因为这已被发现是最高效的，在风扇的下游产生最高静压。然而，作为替代，可以使用直的或后弯式风扇叶片。轮毂14b隐藏在风扇叶轮下面提供的风扇电动机，其被布置为在使用中驱动风扇叶轮14。离心风扇13被横靠检测室12安装在充当支撑板27的PCB上。当风扇被激活时，空气沿着近似平行于风扇叶轮14的旋转轴的方向被吸入由外壳13限定的室中。在进入室13时，促使空气改变方向，因为其开始在由旋转的风扇叶片14a建立的漩涡内旋转。此方向变化增强聚结器网格28的有效性，聚结器网格28在传感器被完全组装时位于直接邻近旋风室13的入口处。空气方向的变化促使进入旋风室的空气以与其法线的一定角度穿过聚结器28，从而增加气流所载送的水滴被聚结材料28拦截的可能性。被吸引的外部气流基本上平行于网格到达，使撞击网格的水滴的量最大化。然后，空气被吸入垂直于网格的风扇。

如图6的平面图最好地所示，室13的壁13a基本上是圆形的并与风扇叶片14a的极限间隔的并不远，使得当风扇叶轮活动时，整个室13基本上被旋转的空气漩涡充满。由于风扇叶片14a将描述基本上为圆形的通道，所以壁13a优选地也基本上为圆形。然而，如图6所示，壁13a不必完全是圆形的(或与风扇叶轮共轴)，因为可以容纳偏差而不会实质地破坏漩涡。如已描述的，快速旋转的空气漩涡促使较大的颗粒在离心力的作用下从气流分离出来。另外，水滴将撞击到风扇叶片上，形成水膜，该水膜如图6中的箭头‘W’举例说明的那样将由于离心力而径向地向外移动并与从旋转的气流分离的大液滴一起沉积在风扇壳体(外周壁13a)的内侧上。通常，叶轮水膜如此薄，以致于如果不再对水蒸气进行采样，则膜将快速蒸发。

气流(如图6中的箭头‘A’所示)相切地离开旋风室13并进入检测室12。在本示例中，在周边壁13a上提供旋风室13的出口点，同样地，可以通过离心力的作用使水滴朝着该出口点加速。为了防止分离的液滴进入检测室2，挡板30优选地位于旋风室的出口处。应认识到，对此类挡板的需要将取决于传感器几何结构，因此其不是始终要求的。

然而，如现在将描述的，挡板的提供允许在无损于水蒸气灵敏度降低的情况下实现旋风室和检测室的特别紧凑的布置。

如图6最好地所示，在本示例中，挡板30采取三个有角度叶片30a、30b和30c的形式，这些叶片被布置为在旋风室的出口点处改变气流的方向并拦截水滴。在其它示例中，邻近于出口位置提供曲径式密封(labyrinth)，或者提供材料的栅格结构。然而，为了紧凑，优选的是使用一个或多个有角度的叶片。这样改变空气流的方向起惯性分离器的作用，促使重的水滴离开空气流并随着其改变方向而在挡板上收集。

由于重力与气流的气动阻力的组合，沉积在挡板30和外周壁13a的内侧上的冷凝水滴被安全地以通道引导远离传感器内的电子组件。冷凝水沿着挡板30和外周壁13a的侧面漏到在外壳25的内部限定的水坑中，并随后被允许从中央出口点12b滴出传感器。然而，可以有许多其它排水配置。

图6还示出检测室12和光学感测组件的布置。可以看到检测室12直接位于邻近旋风室13的输出端的位置，这对于紧凑性而言是优选的。通过提供挡板30来实现检测室和旋风室的此接近，挡板30还被布置为形成检测室的一部分，并且在这种情况下，还在室内限定光阱(light trap)。如图5和6所示，面朝检测室12内部的有角度的叶片30b和30c的表面是锯齿状的，包括一系列的脊，其具有减少或接近消除叶片表面的光反射的效果，以帮助防止光学传感器15被内部反射触发。在本示例中，光学传感器组件15包括双角光学散射传感器(诸如在US-A-6,218,950中公开的)，其包括诸如LED的发射器15a和15c及诸如光电二极管的检测器15b。两个LED被布置为发射辐射射束，与检测器形成两个不同的角。光学感测组件15优选地被配置为在红外波长下操作。另外，检测室提供有气体传感器16，其被布置为检测诸如一氧化碳、二氧化碳、氢气或NOx等可指示火灾的气体。可从英国朴次茅斯的City技术有限公司获得适当的气体检测器。另外，可以提供诸如热敏电阻等热传感器(未示出)。光学传感器15、气体传感器16和/或热传感器所生成的信号可以被传感器单元的板上或远程地提供的处理器用来确定在被监视环境中是否存在火灾条件。

现在将描述在现场的传感器单元的操作。如果在被采样的空气中存在水汽，则其最初被稀释成从环形入口23周围的其它点吸入的不太潮湿的空气流(较低RH)，这增加蒸发。然而，如果已生成过量水蒸气，则其最终将环绕传感器且未稀释的水汽样本将被风扇14吸入光学传感器。由风扇14在室13内产生的漩涡的作用减小将在进入室12的气流中出现的水滴的尺寸。同样地，降低了由于光学传感器的触发而引起的假警报的可能性。或者，如果在被监视区域中存在烟雾或其它火灾产物且被传感器采样，则虽然该样本可能包含一些水蒸气(如在某些暗火的情况下)，实际烟雾颗粒将不会被漩涡的作用分离出来，因为与亚微米烟雾颗粒尺寸相比，切截尺寸是高的。另外，在真实火灾情况下，聚结器28和风扇叶片14a两者的聚结作用由于存在的相对低比率的水蒸气而变得非常低效，因此，烟雾将相对不变地传递至检测室12以进行迅速检测。现在可以将光学传感器15的烟雾灵敏度设置为非常高(即，被取为指示火灾的信号阈值被设置为非常低)，因为其在很大程度上与水蒸气无关，因此允许传感器设计中的更大自由度。这与将空气吸入检测室12的风扇的使用相结合导致非常快速且非常可靠的烟雾检测。

如所指示的，风扇的尺寸及其工作速度在确定旋风室将多好地去除水滴方面是重要的。由于漩涡中的水滴的运动是圆形的，所以可以将其加速度计算为叶轮半径与角速度的平方的乘积。风扇叶轮聚结水的效率还将取决于风扇速度及其尺寸，更具体而言取决于风扇叶轮上的所有叶片14a的总撞击区域。虽然风扇的效率将随着其尺寸和角速度而改善，但需要进行很好的折衷，因为这些参数最终将限制传感器单元可以被制成多小，并且还确定其最大电流消耗。已经发现直径近似为50mm且叶轮叶片高度为15mm的风扇尺寸在以4,000rpm工作时去除光学传感器敏感的几乎所有水滴。例如，已经发现可从Sunon集团获得的GB1205PHV2-8AY离心风扇是适当的。然而，许多其它布置还将提供相同的效果。在内部检测室中进行测试之前使用风扇主动地对来自被监视区域的空气进行采样还提供固有的优点，即，瞬态灰尘颗粒和诸如已设法进入传感器单元的小昆虫或蜘蛛等任何外来物体(虽然提供了进入保护)趋向于被快速地从出口点12b吹出并安全地远离传感器的空气入口23而不触发警报。这进一步降低其它已知假警报源对传感器的影响。

如果需要，可以连续地对风扇14供电。然而，为了省电，优选的是风扇以小于50％的低占空因数以脉冲方式工作。例如，可以在不超过1分钟的时间段内关掉风扇，然后在一个时间段内切换回来以对环境空气进行采样。如果传感器组件15在约5至10秒之间的时间段之后未检测到火灾产物，则风扇被再次关掉并重复此循环。或者，进一步降低功率消耗、降低维护要求并加速检测时间的更优选方法是只有当由为了监视传感器外面的条件而提供的外部检测器组件在被监视区域内检测到火灾产物时，才开启风扇。这在题为“Fire Sensor andMethod for Detecting Fire”(火灾传感器和检测火灾的方法)(代理人参考号RSJ10366EP)的我们的共同待决欧洲专利申请中详细地进行了描述，其与本申请同一日期并通过引用结合在本文中。在任一种情况下，可以在传感器的板上或远程地在控制面板处实现风扇的控制。

用任一种类型的断续性风扇操作，在风扇到达其工作速度之前将存在非常短的延迟，同时经采样的空气仍将流过内部腔室。结果，可能不是存在的任何水蒸气都被立即从气流去除，促使光学传感器15最初对其存在敏感。为了对此进行补偿，可以向由光学传感器产生的信号中插入小的延迟，或者可以对报警例行程序进行编程，以有效地忽视直接在启动之后的短时间段内的光学传感器的触发。这样，传感器可以容易地识别大量水蒸气的存在，并随后在风扇一旦达到其工作速度时，就使其对该水蒸气的存在不敏感，同时保持对烟雾的高灵敏度。另外，如果在延长的时间段内存在高水蒸气条件，则还可以生成警告。例如，这可以在多个测试事件内在风扇达到速度之前登记水蒸气的存在(即，来自内部传感器的明显高信号)来实现。或者，在传感器还包括外部检测组件的情况下(诸如在代理人参考号：RSJ10366EP、于同一日期提交的我们的共同待决欧洲专利申请中所公开的)，可以采取后面没有内部检测组件跳闸(tripping)的外部传感器跳闸来指示水汽。在实践中，可以使用两种方法的组合。

Claims (18)

1.一种用于检测被监视区域中的火灾的火灾传感器，该火灾传感器包括：

检测室，其经由入口通道与被监视区域流体连通；

传感器组件，其适合于检测所述检测室内的火灾产物，并输出相应的检测信号；

旋风室，其被设置在所述检测室与所述被监视区域之间的入口通道中所述检测室的上游，所述旋风室包括风扇叶轮和外周壁，所述风扇叶轮被布置为被电动机旋转地驱动从而将空气从所述被监视区域吸入所述检测室，所述外周壁围绕所述风扇叶轮的外周使得当所述风扇叶轮被驱动时在所述旋风室内建立漩涡；

由此，优选地相对于小液滴而言由所述漩涡去除通过所述旋风室的气流中的大液滴，使得被吸入所述检测室中的空气中的液滴的平均尺寸比进入所述火灾传感器的空气的小。

2.如权利要求1所述的火灾传感器，还包括设置在所述旋风室的上游的用于增大被吸入所述旋风室的空气中的液滴的平均尺寸的聚结器，其中，所述聚结器优选地包括网格。

3.如权利要求2所述的火灾传感器，其中，所述入口通道优选地被布置为使得在所述聚结器的位置处，气流的方向不垂直于所述聚结器的平面。

4.如权利要求2或3所述的火灾传感器，其中，所述聚结器被设置为直接在所述旋风室的上游。

5.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，挡板被设置为邻近于所述旋风室的出口，使得由所述漩涡从所述气流朝着所述出口去除的液滴被所述挡板收集。

6.如权利要求5所述的火灾传感器，其中，所述挡板包括被布置为引起气流在离开所述旋风室时发生方向变化的至少一个有角度的叶片。

7.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，所述旋风室被设置为直接在所述检测室的上游。

8.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，所述传感器组件适合于检测所述检测室内的浮质，优选地为烟雾。

9.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，所述传感器组件包括光学传感器、优选地为光学散射传感器、双光学散射传感器、或光学遮蔽传感器。

10.如至少权利要求5和9所述的火灾传感器，其中，所述挡板被设置在所述检测室内，并提供用于所述光学传感器的光阱。

11.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，以离心风扇的形式提供所述风扇叶轮和所述外周壁，所述入口通道优选地被布置为使得所述气流基本上平行于风扇的旋转轴进入离心风扇，与旋转轴基本上垂直并相切地离开所述风扇。

12.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，所述外周壁基本上是圆形的。

13.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，其中，所述旋风室具有约50mm的近似直径，并且以约4000rpm驱动所述风扇叶轮。

14.如前述权利要求中的任何一项所述的火灾传感器，还包括处理器，该处理器被布置为激活所述电动机以驱动所述风扇叶轮，在所述电动机活动的同时监视从所述传感器组件输出的检测信号，并将该检测信号与预定报警标准相比较以确定是否满足所警条件。

15.如权利要求14所述的火灾传感器，其中，所述处理器适合于以预定间隔断续地激活所述电动机，或在接收到触发信号时激活所述电动机。

16.一种检测被监视区域中的火灾的方法，包括：

将空气从所述被监视区域吸入旋风室中；

驱动设置在所述旋风室内的风扇叶轮以在其中建立漩涡，由此，优选地相对于小液滴而言通过所述漩涡去除通过所述旋风室的气流中的大液滴；

将空气从所述旋风室排出进入检测室；

使用传感器组件来感测所述检测室内的火灾产物的存在并输出相应的检测信号；

其中，被吸入所述检测室的空气中的液滴的平均尺寸比进入所述旋风室的空气的小。

17.如权利要求16所述的检测火灾的方法，还包括：

在所述旋风室的上游聚结液滴，从而增大进入所述旋风室的气流中的液滴的平均尺寸。

18.如权利要求15或权利要求16所述的检测火灾的方法，还包括：

使用与所述旋风室的出口相邻地设置的挡板收集被所述漩涡从所述气流去除的液滴。

Images