CS90191A3 - Fire detector - Google Patents

Description

Detektor požáru

Oblast techniky

Vynález se týká detektoru požáru, citlivého na zvýšenývýskyt oxidu uhličitého v okolním vzduchu a obsahujícího de-tekční jednotku generující signál odpovídající páření dopada-jícímu na detekční jednotku. Detektor má podobu kompaktníhopřístroje, který neobsahuje žádné pohyblivé součásťi a kterýreaguje na zvýšenou koncentraci oxidu uhličitého nebo nazvýšenou rychlost změny koncentrace oxidu uhličitého v okolídetektoru. v Řešení podle vynálezu souvisí s dalšími obdobnými nebodoplňkovými vynálezy, které byly přihlášeny současně jakopřihlášky vynálezů. První z našich dalších vynálezů má název"Rychlý detektor požáru" a využívá snímací techniky prosnímání dvou vlnových délek záření, zatímco řešení podle to-hoto vynálezu využívá snímání paprsků s jedinou vlnovou dél-kou.

Další náš současně přihlášený vynález má název "Vzorko-vací komora pro plynné vzorky" a týká se konstrukčního řešenívzorkovací komory, která je využita u detektoru požáru podletohoto vynálezu. Proto patentové nároky neobsahují znakyvzorkovací komory, obsažené v tomto dalším vynálezu.

Dosavadní stav techniky

Detektory požáru, které jsou v současnmé době dostupnéna trhu, je možno rozdělit do tří základních skupin, z nichžv první skupině jsou detektory zaměřené na zjišťování výskytuplamenů, ve druhé skupině jsou detektory snímající teplotuokolí a třetí typ detektorů zjišťuje výskyt kouře. Tato kla-sifikace vychází ze tří základních typů energií a látek, kte-ré se nutně vyskytují v okolí požáru, totiž z výskytu plame- 2 nů, zvýšení teploty a zamoření kouřem. ultrafialového* záření,mimo oblast viditelného

Detektory zaznamenávající výskyt plamenů v kontrolovanémprostoru zjišťují optickou vyzařovací energii vznikající přidifuzním spalování, při kterém dochází k hoření plamenem,přičemž detekce je zejména založena na měření intenzityosvětlení a na frekvenci změn intenzity osvětlen.!, ke kterýmdochází u plamenů ohně. Obecně jsou používány dva základnítypy detektorů plamenů: detektory které pracují s vlnovými délkami světla, zejména menšími než 4000 A, a detektory infračervené-ho záření, které pracují se zářením s vlnovými délkami nad7000 A. Aby se nezachycovaly falešné signály z mnoha jinýchzdrojů infračerveného nebo ultrafialového záření, které sevyskytují v mnoha nebezpečných oblastech, jsou detektory na-programovány tak, že reagují jen na záření, jehož frekvenčnímodulace se pohybuje v rozsahu kmitočtů blikání plamenů, toznamená od 5 do 30 Hz.

Detektory plamenů pracují zpravidla spolehlivě a zřídkavyvolávají planý poplach, avšak jsou poměrně složité a protonákladné, takže je nelze používat v masovém měřítku a vpřípadech, kdy je nutno udržet nízkou úroveň investičníchnákladů. Tyto detektory jsou proto používány jen ve speciali-zovaných ochranných soustavách pro ochranu drahých nebo uni-kátních objektů, například leteckých nebo astronautickýchcvičných kabin, hangárů pro letadla nebo velínů a kontroníchstanovišť jaderných reaktorů a podobně.

Tepelné detektory pracují s výstupní tepelnou energii, steplem vyzařovaným ohněm. Toto teplo je rozptylováno do pros-toru ve formě laminárního nebo turbulentního konvekčního te-pelného proudu. Turbulentní konvekční proud horkých plynů jevyvoláván a regulován hořením, při kterém vzniká nad hořícímpředmětem sloupec stoupajícího horkého vzduchu a dalších ply- ηΰ. V praxi se vyskytuji dva základní typy tepelných detekto-rů: detektory s pevně nastavenou teplotou a detektory s omezenou rychlostí nárůstu teploty. Detektory s pevně * nastavenou mezní teplotou se dále dělí na bodové detektory ana liniové detektory. Bodové detektory jsou opatřeny poměr- • ně malou jednotkou, obsahující prvek reagující na teplo,který je uložen uvnitř detektoru nebo na jeho povrchu. U li-niových detektorů je prvek reagující na teplo vytvořen veformě podlouhlého útvaru, například drátu nebo trubky, citli-vé na teplo. Liniové detektory jsou schopny pokrýt větší plo-chu ohrožené oblasti než bodové detektory.

Detektory požáru nastavené na mezní hodnotu nárůstu κte-ploty okolí detektoru mají značnou spolehlivost, stabilitu asnadno se udržují, mají však malou citlivost. V moderníchbudovách se značným prouděním vzduchu ve větracích a klimati-začních soustavách je umístění těchto detektorů, reagujícíchna rychlost změny teploty, velmi problematické. V důsledkutoho nejsou tyto typy detektorů v širším měřítku využívány ajejich aplikace se omezují jen na velmi specializované přípa-dy, kdy je použití jiných typů detektorů nevýhodné.

Tepelné detektory požáru, sledující rychlost růstu teplo-ty, se instalují zpravidla tam, kde se předpokládá poměrněrychlé rozšíření požáru z jeho ložiska. Detektor požáru seuvádí do činnosti, jakmile sloupec spalin z ohniska požáruzpůsobí zvýšení teploty uvnitř komory detektoru nad nastave-nou prahovou hodnotu například rychlostí vyšší než o 8°C zaminutu. Rozšiřuje-li se však oheň velmi pomalu a nárůstrychlosti zvyšování teploty nepřekročí nastavenou prahovouhodnotu detektoru, není detektor schopen reagovat na vznikpožáru.

Nejnovějši typy detektorů požáru jsou označovány za ry-chlostně kompenzované detektory, které jsou schopny reagovat 4 jak na rychlost růstu teploty, tak i na nastavenou teplotníúroveň, která představuje tepelnou zatížitelnost detektoru. Utěchto detektorů, sledujících dvě hodnoty, je však největšímproblémem správné umístění detektorů v rizikové oblasti a vjejím bezprostředním okolí. Proto ani tyto detektory požáruzatím nenašly širší uplatnění zejména v domácnostech.

Zdaleka nejpouživanějšími typy protipožárních detektorůjsou v běžné praxi kouřové detektory, které reagují * na vidi-telné nebo i neviditelné zplodiny hoření. Viditelné zplodinyhoření obsahují především nespálené uhlíkové částice a takéčástice s vysokým obsahem uhlíku, neviditelné zplodiny hořenísestávají z pevných částic s velikostí menší než asi 5 mikro-nů a z různých plynů a iontů. Všechny typy kouřových detekto-rů je možno rozdělit na dva základní typy: fotoelektrickétypy, které reagují na přítomnost viditelných zplodin hoření,a ionizační typy, které reagují jak na viditelné, tak i naneviditelné zplodiny hoření.

Fotoelektrické typy detektorů je dále možno rozdělit nadetektory pracující s vysílaným paprskem a na detektory pra-cující s odraženým paprskem. Kouřové detektory s vysílanýmpaprskem v podstatě sestávají ze skupiny vzorkovacích trubeks vnitřními prostory pro sledované vzorky vzduchu, které mo-hou být rozmístěny v nákladových nebo jiných prostorechnapříklad lodi tak, že jejich osy se protínají ve společnémfotoelektrickém detektoru. Vzorky vzduchu jsou nasávány dovzorkovacích trubek z chráněného prostoru pomocí ventilátoru.Fotoelektrický detektor je zpravidla uzavřen v kovové trubce,obsahující na jednom konci zdroj světla nebo jiného záření ana druhém konci fotoelektrický článek. Citlivost a účinnosttěchto detektorů je závislá mimo jiné na délce světelnéhopaprsku. Nasaje-li se do trubice detektoru viditelný kouř,sníží se intenzita světelného paprsku, dopadajícího na foto-elektrický článek, protože část světla byla pohlcena kouřový- 5 mi částicemi. Snížená intenzita světla indukuje v elektrickéobvodu, napojeném na fotoelektrický článek, nevyvážený stav,který vyvolá poplach. Kouřové detektory s vysílaným paprskem,procházejícím kouřovou komorou, jsou nejrozšířenejšími typydetektorů požáru. Při použití na plavidlech jsou nejčastějipoužívány na ochranu skladovacích prostorů a všech důležitěj-ších částí lodi, přičemž jsou schopny zjistit výskyt kouře vcelém prostoru plavidla i v jeho vzduchotechnických potru-bích.

Kouřové detektory, pracující s odraženým světelným pa-prskem, mají výhodu ve velmi krátké dráze světelného paprsku,což je činí použitelnými i pro bodové nebo kompaktní typykouřových detektorů. Kouřové detektory s promítaným světelnýmpaprskem, které byly popisovány v předchozích odstavcích, sestávají citlivějšími, jestliže se délka světelného paprskuprodlužuje, přičemž v mnoha případech je třeba, aby světelnýpaprsek měl délku 1,5 m až 3,0 m. Kouřový detektor pracujícís odraženým paprskem a fotoelektrickým snímáním tohoto odra-ženého paprsku je schopen pracovat při délce světelnéhopaprsku pouze 5 nebo 7,5 cm. Kouřový detektor, pracující sodraženým paprskem světla, sestává ze zdroje světelnéhopaprsku, z fotoelektrického článku, uloženého v pravém úhluke zdroji světla, a ze zachycovacího ústrojí pro zachycovánísvětelných paprsků, umístěného proti zdroji světla.

Ionizační typy kouřových detektorů zaznamenávají výskytjak viditelných, tak i neviditelných částic, vznikajících přidifuzním spalování plemenem. Jak již bylo řečeno, viditelnéčástice zplodin hoření mají velikost od 4 do 5 mikronů, ikdyž viditelnými mohou být i menší částice, vyskytují-li seve větším množství na jednotku objemu vzduchu, kdy se proje-vuji jako mlžný opar. V praxi se vyskytují rovněž dva základ-ní typy ionizačních detektorů kouře. První typ obsahuje bipo-lární ionizované vzorky v komoře, která je tvořena oblastí 6 mezi dvěma elektrodami. Zdroj radioaktivních částic alfa jeumístěn v této oblasti, přičemž kyslíkové a dusíkové molekulyvzduchu jsou ionizovány částicemi alfa a radioaktivního zdro-je . Ionizované dvojice se při zapojení elektrického napětí po-hybují směrem k elektrodám s opačným znaménkem a zjišťuje seminutový elektrický proudový tok napříč komorou. Vstupují-lido komory pro přívod vzorků vzduchu zplodiny spalování,slučují se s ionty. Protože částice zplodin hoření mají většíhmotu, sníží se pohyblivost iontů, což vede k omezen-í elekt-rického proudového toku napříč vzorkovací komorou. Toto sní-žení elektrického proudového toku vyvolá reakci detektoru apříslušný poplachový signál.

K

Druhým typem ionizačních kouřových detektorů jsou uni-polární detektory s ionizační komorou pro vzorky vzduchu,které mohou v některých případech nahrazovat bipolární detek-tory. Jediný rozdíl mezi oběma těmito základními typy ioni-začních kouřových detektorů spočívá v umístění oblasti uvnitřvzorkovací komory, vystavené působení částic alfa. U bipolár-ních detektorů je celý vnitřní prostor vzorkovací komory mís-tem, ve kterém se vyskytují jak pozitivní, tak i negativníionty, proto se také nazývají bipolárními detektory. U detek-torů unipolárního typu se částice alfa ze zdroje vyskytujíjen v bezprostředním okolí kladné elektrody, anody. To vedek výskytu pouze jednoho převažujícího typu iontů, zápornýchiontů, v elektrickém proudovém toku mezi elektrodami, protose tomuto typu říká unipolární. Ačkoliv unipolární a bipolární komory se vzorky vzduchuvyužívají jiných principů konstrukce a funkce detektoru, obatyto typy detektorů jsou založeny na redukci elektrickéhoproudového toku zplodinami hoření, které uvádějí detektor dočinnosti. Obecně se dává přednost unipolární konstrukcidetektorů, protože tyto detektory kouře mají větší citlivosta stabilitu, menší kolísáni proudového toku, které bývá pří- 7 činou planých poplachů, vyvolávaných změnami vlhkosti, teplo-ty a tlaku vzduchu. Nejčastěji prodávanými kouřovými detekto-ry jsou v současné době unipolární typy detektorů. V posledních dvou desetiletích na trhu detektorů výrazněpřevažovaly ionizační kouřové detektory. Jedním z důvodů to-hoto jevu je skutečnost, že další dvě třídy detektorů požáru,totiž detektory zjistující výskyt plamenů a teplotní detekto-ry, jsou podstatně složitější a nákladnější než ionřzační de-tektory kouře. Tyto ionizační detektory zjišťování výskytukouře se proto používají v masovém měřítku, zatímco uvedenédva typy detektorů se používají pro ochranu pouze specializo-vaných a velmi hodnotných nebo unikátních prostorů, předmětůa objektů. V posledních letech se pro svou poměrně vysokoucenu téměř ztratily z trhu fotoelektrické kouřové detektory apřenechaly své místo ionizačním detektorům. Ionizační typydetektorů jsou'obecně méně nákladné a mohou pracovat po celýrok s pouze jednou devítivoltovou baterií. V současné době je90 procent domácností a budov, zajištěných detektory požáru,vybaveno ionizačními typy kouřových detektorů. I přes svoji nízkou cenu, v podstatě bezporuchový provoza široké kladné přijetí u veřejnosti však ani tyto ionizačnídetektory nejsou ještě zcela ideální a nejsou u nich vyřešenyvšechny problémy. Dosud známá provedení ionizačních kouřovýchdetektorů mají ještě řadu nevýhod, projevujících se při je-jich použiti ve funkci detektorů požáru. Otevřeně řečeno,většina uživatelů si na ně nestěžuje prostě z toho důvodu, želepší alternativa se dosud nenašla.

Jedním z největších problémů ionizačních kouřových dete-ktorů je velmi časté vyvolávání planých poplachů. Z povahyjejich činnosti vyplývá, že také jiný částicový materiál svelikostí částic pohybující se v mikronovém řádu je schopenvyvolat poplach, protože detektor reaguje nejen na kouř pro- 8 dukovaný skutečným ohněm. Typickým příkladem takových jinýchčástic jsou tukové částice, spálené na horkém kuchyňském spo-ráku nebo v pečicí troubě. Dalším příkladem je rozvířeníprachu při jeho nešetrném stírání s předmětů nebo s nábytku vbezprostřední blízkosti detektoru. Časté falešné poplachy ne-mají zanedbatelné důsledky, protože mnozí lidé totiž po sériitakových planých poplachů vyřazují detektory z činnosti na-příklad vyjmutím baterie, aby se vyhnuli těmto nepříjemným azbytečným vyrušením. Za této situace však může Vzniknoutohrožení požárem, protože velmi často není baterie včas vrá-cena na své místo, aby byl detektor opět uveden do pohoto-vostního stavu.

Další výraznou nevýhodou dosud známých ionizačních kouřo-vých detektorů je jejich poměrně malá reakční rychlost, cožje nepříznivé pro včasné upozornění okolí na výskyt požáru.Tato nevýhoda je způsobena několika okolnostmi. První z nichje spouštěcí prahová hodnota kouřového detektoru, která přímoovlivňuje délku časového intervalu mezi vznikem ohně a spuš-těním poplachového signálu. Není pochyb o tom, že nižší spou-štěcí prahová hodnota by znamenala zkrácení redakční doby avytvoření rychlejšího detektoru, avšak na druhé straně by topřineslo častější spouštění falešných poplachových signálů.Druhým faktorem je konkrétní umístění detektoru s ohledem namísto vzniku požáru. Na rozdíl od běžných plynů je kouř tvo-řen množstvím sazových molekulových shluků, které sestávajípřevážně z uhlíku. Tyto shluky jsou těžší než vzduch a protose rozptylují mnohem pomaleji než plyny, se kterými se běžněsetkáváme. Nachází-li se detektor v určité vzdálenosti odohniska požáru, bude trvat určitou dobu, než se dostatečnémnožství kouře dostane do komory pro vzorky vzduchu v detek-toru, aby bylo schopno spustit poplachový signál. Třetím fak-torem je povaha nebo druh ohně při vznikajícím požáru. I kdyžje hoření prakticky vždy doprovázeno vývinem kouře, množstvíprodukovaného kouře může být výrazně odlišné v závislosti na 9 složení materiálu, který byl zachvácen ohněm. Například okys-ličená paliva jako je etylalkohol nebo aceton produkují pod-tatně méně kouře než uhlovodíkové polymery, například poly-etylén nebo polystyrén. Kromě toho malý počet čistých paliva hořlavých látek, například oxid uhelnatý, formaldehyd,metaldehyd, kyselina mravenčí a metylalkohol, hoří nesvítivýmplamenem, který prakticky neprodukuje žádný kouř.

Jiná nevýhoda dosud známých ionizačních detektorů kouřesouvisí se zamořováním okolního prostředí. Ionizační typykouřových detektorů totiž používají radioaktivních látek, na-příklad Co60, jako zdroje částic alfa. I když je možno argu-mentovat tím, že množství radioaktivního materiálu, vyskytu-jící se v každém kouřovém detektoru, je velmi malé a činídokonce jen několik setin miligramu, počet detektorových jed-notek, uváděných každým rokem do provozu, by však snadno mohldosáhnout desítek milionů. Z toho důvodu by mohlo véstpokračující používání ionizačních detektorů a také uváděnídalších detektorů do provozu po uplynutí jejich životnosti nebo životnosti budovy k vytvoření značného množství nežádou-A 0 čího jaderného odpadu. Protože poločas rozpadu kobaltu C0°je delší než 1000 let, není možno toto potenciální nebezpečípominout.

Konečně se také vyskytuje řada menších problémů, spoje-ných s používáním těchto levných ionizačních kouřových detek-torů, z nichž je možno uvést obtíže a náklady spojené s nut-ností každoroční výměny baterie, popřípadě vyplývající zeztráty funkčnosti po vybiti baterie, jestliže není detektorvybaven signalizací vybití napájecího zdroje. Dosud prodávanéionizační kouřové detektory jsou jen zřídka vybaveny vizuál-ním poplachovým zařízením, které je nezbytné pro sluchově po-stižené osoby. Z tohoto rozboru vyplývá, že sortiment dosud prodávaných 10 a známých detektorů požáru by bylo velmi žádoucí rozšířit orychlý, velmi spolehlivý a levný detektor, který by neobsaho-val radioaktivní zdroje záření a nevyžadoval žádnou údržbu. V US-PS 4 738 266 je popsán přístroj pro zaznamenávánízměny koncentrace oxidu uhelnatého v okolním vzduchu. Zaříze-ní podle tohoto patentového spisu používá nemodulovaného ši-rokopásmového zdroje infračerveného záření, pracujícího zastálé teploty, a jednopásmového filtru pro jedno propouštěnépásmo. Zařízení podle tohoto spisu není na rozdíl od detekto-ru podle vynálezu opatřeno Thatcherovým ústrojím pro omezová-ní vzniku falešných poplachů, vyvolávaných postupným usazová-ním částic prachu na povrchu optického systému nebo postupnýmstárnutím některých částí zařízení. Jednoznačně je třeba ří-ci, že tyto faktory jsou u detektorů požáru významné a úkolemvynálezu je kromě jiného odstranit nepříznivé vlivy těchtofaktorů, přičemž dosud získané výsledky ukazují na významrozdílu mezi řešením podle tohoto vynálezu a podle dosud zná-mého řešení. US-PS 4 648 396 popisuje přístroj pro sledování rozdílůobsahu oxidu uhličitého ve vdechovaném a vydechovaném vzdu-chu. Přístroj má podobné konstrukční řešení jako předchozíznámé zařízeni s tím rozdílem, že využívá zpětnovazební smyč-ky pro udržování konstantní úrovně množství paprsků dopadají-cích na detektor bez ohledu na zaclonění okénka a pro vyrov-návání odchylek způsobených změnami teploty. Součet snímanýchsingálů se zpracovává a kontroluje, aby se vyloučil šum jakozdroj chybných informací o naměřených hodnotách oxidu uhliči-tého .

Je známa ještě řada jiných detektorů požáru, které majís detektorem podle vynálezu společný nejméně jeden konstrukč-ní znak, avšak všechna tato známá řešení obsahují pohyblivésoučásti nebo jiné prvky, které se považují za nevhodné pro 11 využití u detektorů požáru. Tyto další známé detektory jsoupopsány například v US-PS 4 785 184, US-PS 4 874 572, US-PS4 587 427 a některých dalších spisech. Z těchto důvodů je úkolem vynálezu vyřešit konstrukcilevného a spolehlivého detektoru požáru, který by nepoužívalradioaktivních materiálů jako zdroje částic a.lfa, který sevyskytuje v současných ionizačních detektorech výskytu kouře,a který by neobsahoval pohyblivé součásti.

Dalším úkolem vynálezu je také zavést nový principvčasného zjišťování vzniku požáru, který by pracoval rychlejinež dosud známé detektory a který by měl co nejnižší početplaných poplachů při zachování spolehlivosti včasného zazna-menání vzniku požáru za všech podmínek.

Již delší dobu je známo, že proces hoření může probíhatv mnoha různých formách, přičemž při všech formách dochází kreakci mezi hořlavými složkami materiálů a kyslíkem ze vzdu-chu. Jinými slovy, na začátku hoření je nezbytný vznik oxi-dačního procesu, protože hoření nemůže probíhat bez spotřebykyslíku. Nejefektivnější cestou ke zjištěni začátku hoření jeproto vyhledávání a zjišťování zplodin oxidačního procesu. Svýjimkou několika zcela speciálních chemických spalovacíchprocesů, při kterých dochází ke spalování jiných chemickýchlátek než běžně používaných uhlovodíků, jsou pro hoření ne-zbytné tři základní látky, totiž uhlík, kyslík a vodík, při-čemž hořením vznikají tři základní složky zplodin hoření, to-tiž oxid uhelnatý, oxid uhličitý a vodní pára, které nutněprovázejí spalovací chemickou reakci při hoření hořlavých lá-tek. Z těchto tří plynů, vznikajících v průběhu hoření a uni-kajících do okolí ohně, se nejsnáze zjišťuje oxid uhličitý,takže tento plyn je tedy nejlepším kanditátem na využití pro 12 sledování jeho výskytu u detektorů požáru. Vodní pára se jakoplyn velmi obtížně měří, protože má snahu kondenzovat navšech dostupných plochách, takže její koncentrace se můževelmi výrazně měnit v závislosti na podmínkách v okolí detek-toru, zejména na teplotách jednotlivých předmětů. Oxid uhel-natý je produkován v ohni s dokonalým spalováním v podstatněmenším množství než oxid uhličitý, zejména na počátku hoření.Ovšem i při teplotách hořícího materiálu nad 600°C se vyvíjívíce oxidu uhličitého a uhlíku než oxidu uhelnatého, jakukazují četné studie o složení spalin, publikované zejména vposlední době. Oxid uhličitý má kromě toho, že je produkovánjiž od počátku hoření ve značném množství, další výhodu vesvé značné stabilitě. Koncentrace tohoto plynu může být velmisnadno měřena tak zvanou nedisperzní infračervenou technikou(NDIR), která je v současné době vyvinuta do značné dokona-losti. Průměrná koncentrace oxidu uhličitého C02 v ovzduší,pohybující se kolem 0,02%, není na závadu zjišťování zvýšené-ho množství oxidu uhličitého, produkovaného hořením, jestližeje čislo pro zjišťování výskytu oxidu uhličitého nastaveno natakovou prahovou hodnotu nebo citlivost nebo je-li konstruo-váno tak, aby bylo schopno zaregistrovat i malé změny vmnožství tohoto plynu ve vzduchu.

Jinou významnou výhodou detektorů výskytu oxidu uhličité-ho oproti kouřovým detektorům požáru v chráněném prostoru jesnadná přemístitelnost těchto přístrojů podle potřeby. Vývinkouře je přímým důsledkem nedokonalého spalování, vedoucíhoke vzniku hořlavých dehtových složek, ze kterých se hořenímvyvíjejí sazové molekulové shluky, které obsahují převážněuhlík. Vyvíjený kouř je v důsledku toho těžší než oxid uhli-čitý a jeho difúze ve vzduchu je proto pomalejší. Z toho dů-vodu je-li kouřový detektor požáru umístěn ve stejné vzdále-nosti jako detektor výskytu oxidu uhličitého, vyšle detektoroxidu uhličitého podstatně dříve poplašný signál než kouřovýdetektor, protože plyn ve formě oxidu uhličitého je mnohem 13 pohyblivější . Z toho vyplývá, že detektor požáru, založený na zjišťo-vání zvýšeného výskytu oxidu uhličitého ve vzduchu, by mělmít podstatné provozní výhody oproti kouřovým detektorům po-žáru; dosud se však mělo za to, že není možné vytvořit kon-strukci detektoru výskytu oxidu uhličitého, k;terá by bylasrovnatelná s kouřovými detektory požáru z hlediska nákladů,citlivosti a spolehlivosti. Z dalšího popisu však bůde zřej-mé, že detektor požáru, zjišťující výskyt oxidu uhličitého vevzduchu a vytvořený podle tohoto vynálezu, je srovnatelný stěmito nejdokonalejšími dosud známými detektory požáru jak codo ceny, citlivosti i spolehlivosti, přičemž má oproti .nimznačnou výhodu ve včasnější signalizaci nebezpečí a ve většíodolnosti proti vzniku falešných poplachů.

Podstata vynálezu

Nedostatky dosud známých detektorů jsou odstraněny u de-tektoru požáru podle vynálezu, obsahujícího detekční jednotkupro zjišťování zvýšeného výskytu oxidu uhličitého, jehož pod-stata spočívá v tom, že detekční jednotka je umístěna na jed-nom konci kanálu ve vzorkovací komoře, obsahující vzorekvzduchu a propojené s okolním ovzduším a na druhém koncikanálu ve vzorkovací komoře je umístěn zdroj záření o vlnovédélce zejména 4,26 mikronů, přičemž vzorkovací komora obsahu-je membránu propustnou pro oxid uhličitý a nepropustnou prokouř, prach, olej a vodu, která je umístěna mezi kanálema okolním vzduchem, a detekční jednotka je spojena s elektro-nickým úsekem obsahujícím elektronický obvod se zdrojemnejméně jednoho signálu vybraného ze skupiny zahrnujícísignál koncentrace oxidu uhličitého a signál rychlosti změnykoncentrace oxidu uhličitého.

Ve výhodném provedení vynálezu obsahuje elektronický ob-vod zdroj časových impulzů, spojený se zdrojem záření a de- 14 tekční jednotka obsahuje zdroj elektrických signálů odpovída-jících intenzitě dopadajícího záření, který je spojen s prv-ním dílčím vyhodnocovacím obvodem změn amplitudy v elektro-nickém obvodu, obsahujícím druhý dílčí vyhodnocovací obvodjako zdroj signálu vybraného ze skupiny signálů zahrnujícíchsignál koncentrace oxidu uhličitého, signál rychlosti změnykoncentrace oxidu uhličitého a signál koncentrace oxidu uhli-čitého i rychlosti změny koncentrace oxidu uhličitého.

Kanál ve vzorkovací komoře má v dalším výhodném provedenívynálezu tvar U a jeho vnitřní prostor je spojen s okolnímprostředím otvory ve stěnách vzorkovací komory, přičemž vzor-kovací komora a elektronický úsek jsou uloženy v pouzdru,opatřeném nejméně jedním otvorem, který je popřípadě překrytmembránou. V dalším výhodném provedení vynálezu jsou propustnou mem-bránou překryty průchozí otvory vzorkovací komory a propustnámembrána je umístěna na povrchu nejméně jedné stěny vzor-kovací komory.

Membránou je podle výhodného provedení vynálezu pryžovámembrána ze silikonové pryže, kterou je pokryta základnínosná vrstva zejména z propustné textilie. Vzorkovací komorasestává výhodně ze dvou polovin obsahujících žlábky, kterétvoří poloviny kanálu pro vedení paprsků světla nebo jinéhozáření.

Detektor požáru podle vynálezp generuje elektrický sig-nál, který je úměrný intenzitě záření, které dopadá na sníma-cí jednotku detektoru. Tento signál je menší, jestliže kon-centrace oxidu uhličitého ve vzorkovací komoře se v důsledkuvzniku ohně uvnitř vzorkovací komory zvýšila. Elektronickýobvod zachycuje tento signál a zpracovává jej na výstupnísignál, který podává informaci o okamžité koncentraci oxidu 15 uhličitého ve vzorkovací komoře, popřípadě o rychlosti změnytéto koncentrace. Získané signály se porovnávají s předemnastavenými prahovými hodnotami a v případě potřeby je podlenaprogramovaných pravidel generován detektorem nebo připoje-ným přístrojem poplašný signál. U tak zvaného rychlého detektoru požáru, který je předmě-tem současně přihlašovaného řešení, je vzorkovací komora pro-pojena přímo s okolním ovzduším. U tohoto řešení se ‘považova-lo za nezbytné umožnit rychlou difúzi oxidu uhličitého dovzorkovací komory. To ovšem na druhé straně umožňuje takévnikání částic kouře, prachu, vody, oleje nebo tuku do vnitř-ního prostoru komory, kde se tyto částice mohou usazoval nana optických členech a tím mohou zkreslovat intenzitu signá-lu, generovaného detekční jednotkou. Pokud nejsou učiněnaopatření, která by zamezovala vnikání těchto jiných částic dovzorkovací komory, mohl by detekční systém ohlašovat poklesintenzity záření, způsobovaný absorpcí záření na jiných čás-ticích, který by mohl iniciovat vyvolání planého poplachu.

Rychlý detektor požáru používá pro odstranění této mož-nosti dvojí vlnové délky, kdy se kromě základního absorpčníhopásma 4,26 mikronu používá také záření s jinou vlnovoudélkou, například 2,20 mikronu, které není pohlcováno žádnýmz plynů, přítomných v komoře pro rozbor vzduchu. Každý poklessignálu v tomto druhém referenčním kanálu nemusí být přisou-zen poklesu absorpce v plynu, ale pokládá se za faktor spo-společný oběma kanálům a vyplývající například z usazeníprachu na optických členech přístroje. Tato úvaha se praktic-ky zužitkuje výpočtem poměru signálu v kanálu se zářenímo vlnové délce 4,26 mikronů k signálu v kanálu vedoucím papr-sek o vlnové délce 2,20 mikronů. Tato úvaha je jistě správná,ale příliš konzervativní a její základní nevýhoda spočívá vezvýšení nákladů o cenu dvoupásmového filtru a mikroprocesoru,používaného pro zpracování signálů. 16 Řešení podle vynálezu umožňuje nahrazení tohoto dvoupás-mového filtru a popřípadě také použití jednoduššího zapojenípro zpracováni signálů. Řešení podle vynálezu předpokládávložení částicového filtru do dráhy plynu mezi okolní atmo-sférou a vnitřním prostorem komory, na kterém jsou zachycová-vány všechny pevné částice, ab nemohly vnikat do vzorkovacíkomory, ve které jsou uloženy optické členy. U řešení podlevynálezu se tedy klade důraz na zachycení částic kouře, pra-chu, vody, oleje nebo tuku, což se pokládá za výhodnější neželektronická kompenzace přítomnosti těchto částic ve vzorko-vací komoře.

Nežádoucí velikost částic se pohybuje v rozsahu od 5,0 do0,01 mikronu. Jednoduché sítko by proto nebylo dostatečnějemné pro zachycení těchto nejmenších částic z tohoto rozsahua vysoce kvalitní filtr by zase byl příliš drahý. Toto dilemabylo vyřešeno podle vynálezu využitím skutečnosti, že fólienebo vrstvička silikonové pryže je dostatečně prostupná proplyn jako je oxid uhličitý. Tento jev je s úspěchem využívánnapříklad v lékařství při náhradách srdečních chlopní; tatoaplikace byla poprvé publikována v článku K.Kammermeyera"Silikonová pryž jako selektivní přepážka; převod plynů apar" v Ind.Engr.Chem., sv. 49, str.1685 až 1686 (1957).

Využitím tohoto poznatku pro návrh detektoru požáru seotevřela cesta k vyřešení konstrukce velmi levného detektorupožáru, který je schopen vysílat varovný signál dříve neždosud známé kouřové detektory, používané ve velmi širokémrozsahu v budovách.

Membrána ze silikonové pryže zachycuje na své vnějšístraně závadné částice kouře, prachu, oleje a vody, avšaksnadno propouští molekuly oxidu uhličitého. Potřeba referenč-ního kanálu tak zcela odpadá a nákladný dvoupásmový filtr mů-že být nahrazen méně nákladným jednoduchým filtrem, propou- - 17 - štějícím pouze jedno vlnové pásmo. Elektronická část detekto-ru se tak podstatně zjednodušuje a tím se dále snižujícelkové pořizovací náklady detektoru. Výsledkem toho je detektor požáru podle vynálezu, kterýje po cenové stránce plně srovnatelný s konvenčními kouřovýmidetektory, avšak nepoužívá žádný radioaktivní ijiateriál. Po-plašné signály přicházejí od detektoru podle vynálezu pod-statně dříve a snižuje se počet falešných poplachů, takžedetektor poskytuje všechny předpoklady pro záchranu mnohalidských životů a značných materiálních hodnot. na původru. flEk-L44 ^ΐΤ-έί .// Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí dvou příkladů provedenídetektoru požáru, zobrazených na výkresech, na kterých znázorňují obr. 1 rozložený axonometrický pohled na první příkladné prove-dení detektoru požáru, částečně zobrazeného v řezu, obr. 2 podélný řez detektorem z obr. 1, vedený rovinou 2-2,obr. 3 rozložený axonometrický pohled na druhé příkladné prove- dení detektoru požáru, částečně zobrazeného v řezu,obr. 4 podélný řez detektorem z obr. 3, vedený rovinou 4-4, aobr. 5 blokové schéma elektronického obvodu, které je společné pro obě příkladná provedení detektoru požáru. Příklady provedení vynálezu

Detektor požáru podle vynálezu sestává z mechanického hle-diska ze tří základních částí, z elektronického úseku 42, z ko-mory 44 pro vzorky vzduchu, která je spojena s elektronickýmúsekem 42, a z pouzdra 46, která, jak je patrno zejména z obr.2a 4, obklopuje komoru 44 pro vzorky vzduchu a která je připoje-na k elektronickému úseku 42.

Elektronický úsek 42 obsahuje elektronické obvody, podrob-něji zobrazené na obr. 5, které zahrnují vlastní elektronickýobvod a poplachový obvod, obsahující prostředky pro vysílání aku-stického poplachového signálu, viditelného poplachového signálua v jedné alternativě také baterie pro zásobování tohoto zaříze-ní energií.

Jak je podrobněji popsáno v navazujících vynálezech původce,podaných současně jako přihláška vynálezu o názvu ” Komora provzorky plynu", komora 44 sestává ze dvou shodných polovin 50, 52.Obě tyto poloviny 50» 52 obsahují takové tvarové úpravy, kteréomezují podélné kanály 20, kterými je vedeno záření emitovanézdrojem 12 záření a vedené k filtru 24 a nakonec také k detekčníjednotce 26. Po délce podélného kanálu 20 je vytvořena řada pro-stupů například ve formě otvorů 30, které propojují prostor vpodélném kanálu 20 s prostorem bezprostředně obklopujícím komo-ru 44 pro vzorky vzduchu. Otvory 30 umožňují difúzi oxidu uhlí- čitého do podélného kanálu. 20, ve kterém oxid uhličitý pohlcuječást záření a tím snižuje množství záření, které dorazí až na de-tekční jednotku 26. Stupeň absorpce má vztah ke koncentraci oxi-du uhličitého v podélném kanálu 20.

Ve výhodném příkladném provedení je zdrojem 12 záření minia-turní vodič, který je zahříván elektrickým proudem a který emi-tuje spektrum záření blízké spektru absolutně černého tělesa, kte-ré je v tomto případě černým zářičem. V tomto výhodném provede-ní se zdroj 12 záření vypíná a zapíná v půlsekundových intervalech,to znamená je modulováno s frekvencí 1,0 Hz. V obměněném příkladném provedení může být zdrojem 12 záře-ní laserová dioda.

Podle tohoto příkladného provedení vynálezu vyzařuje zdroj12 záření v absorpčním pásmu oxidu uhličitého, které má vlnovoudélku 4»26 mikronu. Filtr 24 slouží k omezování záření dopadají-cího na detekční jednotku 26 na stejné vlnové pásmo. Je-li zdro-jem 12 záření polovodičový laser, není třeba použít filtr 24«

Pouzdro 46 je dutým krabicovitým dílem, který může být vy-formován z plastu nebo může být sestaven například z plechu.

Pouzdro 46 je opatřeno otvory, zejména podlouhlými otvory 48. V prvním příkladném provedení detektoru podle vynálezu,zobrazeném na obr. 1 a 2, jsou podélné otvory 48 překryty zá-kladní nosnou vrstvou 62, která je nosnou vrstvou pro membránu60. Membrána 60 je vytvořena ze silikonové pryže a základní nos-ná vrstva 62 je tvořena tenkou vrstvou velmi propustné textilienapříklad ze skleněných vláken nebo z materiálu pro dámské pun-čochové zboží. Ačkoliv propustnost membrány 60 ze silikonovépryže pro oxid uhličitý je v zásadě prokázána, řeěení podle vy-nálezu využívá takovou membránu 60, která je propustná pro oxiduhličitý, ale zůstává nepropustná pro částice kouře, prachu, vo-dy a oleje. Například vzduchové filtry, jejichž použití rovněžpřicházelo v úvahu, zachycuje částice větší než 0,01 mikronu adovolují volný průchod vzduchu.

Obr. 5 a 4 znázorňují druhé příkladné provedení detektoru - >6 - požáru podle vynálezu, které se liší od prvního příkladnéhoprovedení detektoru pouze v umístění propustné membrány 60. Vtomto druhém příkladném provedení je propustná membrána 60 při-pojena ke komoře 44 místo k pouzdru 46 a je napnuta přes otvo-ry 50 komory 44, obsahující vzorek vzduchu. Protože tyto otvo-ry 50 tvoří jediné spojení vnitřního prostoru podélného kanálu20 s okolním ovzduším, je zřejmé, že nežádoucí částice prachu,kouře, vody a oleje zůstávají zachyceny mimo podélné kanály 20,zatímco oxid uhličitý může pronikat do podélného kanálu 20 difú-zí přes propustnou membránu 60 a otvory 50. V tomto druhém pří-kladném provedení je pouzdro 46 rovněž opatřeno podlouhlými ot-vory 48, které umožňují vstup okolního vzduchu do prostoru me-zi pouzdrem 46 a komorou 44 pro vzorky vzduchu.

Obr. 5 zobrazuje prvky, které jsou umístěny v elektronic-kém úseku 42 detektoru požáru.

Elektronický obvod 66 vysílá časové impulzy proudu prvnímvedením 68 pro buzení zdroje 12 záření. Zdroj 12 emituje záření,které je vyzařováno podélným kanálem 20 a filtrem 24 a dopadána detekční jednotku 26. Detekční jednotka 26 produkuje elek-trický signál, který je veden druhým vedením 70 a který vyjadřu-je intenzitu záření, dopadající na detekční jednotku 26; tentoelektrický signál se druhým vedením 70 přivádí do elektronické-ho obvodu 66.

Ve výhodném příkladném provedení vynálezu je použit AC elek-tronický obvod 66 s analogovým počítačem a zdroj 12 záření jeovládán impulzy s frekvencí řádově 1 Hz. V jiném příkladném provedení vynálezu je možno použít DCelektronického obvodu s digitálním počítačem a zdroj 12 zářenív tomto případě pracuje plynule.

Jestliže se ve střežené oblasti nevyskytuje požár, proje-vují se konstantní velikost proudových impulzů, vysílané do zdro-je 12 záření, řadou impulzů v druhém vedení 70, které mají takéstejnou velikost. Zpětné záření dopadající ma detekční jednotku26 je stálé a produkuje LC složku v druhém vedení 70, která se Μ - yt - eliminuje v AC elektronickém obvodu 66. Jestliže vznikne požár,zvýší se koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu a tím také vpodélném kanálu 20 a protože oxid uhličitý absorbuje část záře-ní emitovaného zdrojem 12 záření, amplituda signálu v druhémvedení 70 se zmenší. Stupeň zmenšení amplitudy signálu, vyplýva-jící z určité úrovně koncentrace oxidu uhličitého,může být sta-noven kalibrováním přístroje při kontrolovaných podmínkách. Kon-centrace oxidu uhličitého má tak vztah ke snížení amplitudy sig-nálu v druhém vedení 70. Elektronický obvod 66 vysílá do třetíhovedení 72 signály, které odpovídají koncentraci oxidu uhličitého.Tento elektronický obvod 66 vysílá také signály do čtvrtého ve-dení 74» přičemž tyto signály sdělují informace o rychlostizměn koncentrace oxidu uhličitého. Signály v třetím vedení 72a ve čtvrtém vedení 74 jsou přiváděny do poplachového signální-ho obvodu 76. Tento poplachový signální obvod 76 přijímá takédata prahové úrovně koncentrace oxidu uhličitého z prvního kom-penzátoru 78 a data prahové úrovně změn koncentrace z druhéhokompenzátoru 80. Poplachový signální obvod 76 porovnává naměře-nou koncentraci oxidu uhličitého s prahovou úrovní koncentrace,nastavenou na prvním kompenzátoru 78, a porovnává také zjiště-nou rychlost změny koncentrace oxidu uhličitého s prahovou úrov-ní rychlosti změny koncentrace, předem nastavenou na druhém kom-penzátoru 80, přičemž signály pro toto druhé porovnávání se zí-skávají ze čtvrtého vedení 74» V tomto místě vyhodnocování se naskýtá několik možností,ve výhodném provedení vynálezu je počet falešných poplachů ome-zen na minimum požadavkem, aby podmínkou pro vyhlášení poplachubylo překročení jak koncentrace oxidu uhličitého, tak také ry-chlosti růstu koncentrace oxidu uhličitého nad nastavené pra-hové úrovně. V jiném příkladném provedení může být poplach vy-hlášen již tehdy, jestliže alespoň jedna z obou sledovaných hod-not, to znamená koncentrace oxidu uhličitého nebo rychlostirůstu koncentrace, překročí nastavené prahové úrovně. Tento dru-hý způsob je nutně rychlejší, ale vyvolává také větší počet fa-lešných poplachů, v ještě jiném příkladném provedení je volenkompromis mezi délkou reakČní doby a počtem falešných poplachůvytvořením lineární kombinace koncentrace a rychlosti její změ-

VL - 18' - ny, přičemž k vyslání poplašného signálu dochází, jestliže ta-to lineární kombinace překročí některou prahovou hodnotu.

Ve výhodném příkladném provedení detektoru podle vynálezuse při aktivování poplašného signálu přivede elektrický proudjak na první generátor 82 akustického signálu, tak na druhý ge-nerátor 84 světelného signálu.

Kalibrování detektoru požáru může být prováděno umístěnímtohoto detektoru do speciálně připravené atmosféry, která obsa-huje koncentraci oxidu uhličitého, která je považována za za-znamenatelně zvýšenou koncentraci, to znamená takovou koncentra-ci, která se předpokládá na začátku požáru, a nastavováním prv-ního kompenzátoru 78 na postupně se snižující prahovou hodnotu,dokud se ozývá poplachový signál.

Podobně je možno provést kalibrování rychlosti změny kon-centrace, které může být teoreticky uskutečněno elektronickousimulací nárůstu koncentrace oxidu uhličitého, umožněním elek-tronickému obvodu 66 generovat rychlostní signál do čtvrtého ve-dení 74 a nastavením druhého kompenzátoru 80 postupně na nižšírychlost směrem k prahové hodnotě, dokud se ozývá poplachový sig-nál.

Tyto metody kalibrace detektoru požáru mají výhodu ve sku-tečnosti, že detektor nepotřebuje pro svoji činnost absolutníměření koncentrace oxidu uhličitého nebo rychlosti růstu tétokoncentrace, ale pouze signály, které mají vztah k těmto hod-notám v naznačeném smyslu.

Popis příkladného provedení obsahuje velmi jednoduchý a lev-ný detektor požáru, který vysílá podstatně dříve poplachové sig-nály než dosud používané kouřové detektory, protože reaguje ni-koliv na kouř, ale na vívin oxidu uhličitého při hoření. předchozí popis obsahuje jen některá z možných provedenídetektoru podle vynálezu, přičemž odborníkům je zřejmé, že vrozsahu patentových nároků je možno uskutečnit další konstrukčníobměny.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ *σ XJ // -1 *» í o Ο . ' ř·m £O-< H -< 03 tD ro σ>

   1. Detektor požáru citlivý na výskyt oxidu uhličitého,vyvíjeného při požáru, v okolním vzduchu, obsahující detekč-ní jednotku generující signál odpovídající zářeni dopadají-címu na detekční jednotku, vyznačující se tím,že detekční jednotka (26) je umístěna na jednom konci kanálu(20) ve vzorkovací komoře (44) obsahující vzorek vzíduchu apropojené s okolním ovzduším a na druhém konci kanálu (20) vevzorkovací komoře (44) je umístěn zdroj (12) záření o vlnové,délce zejména 4,26 mikronů, přičemž vzorkovací komora (44)obsahuje membránu (60) propustnou pro oxid uhličitý a nepro-pustnou pro kouř, prach, olej a vodu, která je umístěna mezikanálem (20) a okolním vzduchem, a detekční jednotka (26) jespojena s elektronickým úsekem (42) obsahujícím elektronickýobvod (66) se zdrojem nejméně jednoho signálu vybraného zeskupiny zahrnující signál koncentrace oxidu uhličitého asignál rychlosti změny koncentrace oxidu uhličitého.
2. 2. Detektor požáru podle nároku 1, vyznačujícíse t í m , že elektronický obvod (66) obsahuje zdroj časo-vých impulzů spojený se zdrojem (12) záření a detekční jed-notka (26) obsahuje zdroj elektrických signálů odpovídajícíchintenzitě dopadajícího záření, který je spojen s prvním díl-čím vyhodnocovacím obvodem změn amplitudy v elektronickém ob-vodu (66), obsahujícím druhý dílčí vyhodnocovací obvod, kterýje zdrojem signálu vybraného ze skupiny signálů zahrnujícíchsignál koncentrace oxidu uhličitého, signál rychlosti změnykoncentrace oxidu uhličitého a signál koncentrace oxidu uhli-čitého i rychlosti změny koncentrace oxidu uhličitého, při-čemž elektronický obvod (66) je spojen s poplachovým signál- ním obvodem (76).
3. 3. Detektor požáru podle nároku 1 nebo 2, vyznaču-jící se tím, že kanál (20) ve vzorkovací komoře (44)má tvar U a jeho vnitřní prostor je spojen s okolním prostře-dím otvory (30) ve stěnách vzorkovací komory (44).
4. 4. Detektor požáru podle nejméně jednoho .z nároků 1 až3,vyznačující se tím, že vzorkovací komora(44) a elektronický úsek (42) jsou uloženy v pouzdru (46),opatřeném nejméně jedním otvorem (48).
5. 5. Detektor požáru podle nároku la3, vyznaču-jící se tím, že propustnou membránou (60) jsou pře-kryty průchozí otvory (30) vzorkovací komory (44) a propustnámembrána (60) je umístěna na povrchu nejméně jedné stěnyvzorkovací komory (44).
6. 6. Detektor požáru podle nároku la4, vyznaču-jící se tím, že otvory (48) pouzdra (46) jsou pře-kryty membránou (60).
7. 7. Detektor požáru podle nároku 5a6, vyznaču-jící se tím , že membránou (60) je pryžová membránaze sililikonové pryže, kterou je pokryta základní nosná vrst-va (62) zejména z propustné textilie.
8. 8. Detektor požáru podle nejméně jednoho z nároků 1 až7, vyznačující se tím, že vzorkovací komora(44) sestává ze dvou polovin obsahujících žlábky, které jsoupolovinami kanálu (20).