DE10357371A1

DE10357371A1 - Equipment and method detecting smoke and gases from fires in air supplied to measurement chamber, measures ion current between electrodes in chamber

Info

Publication number: DE10357371A1
Application number: DE2003157371
Authority: DE
Inventors: Hanns Rump; Carsten Supply; Reinhard Patzer; Uwe Koziol; Reiner Preuss; Kim Heckemüller; Nico Frühinsfeld; Jessica Gerhart; Nadine Kaczmarek
Original assignee: E T R ELEKTRONIK TECHNOLOGIE R; ETR Elektronik Technologie Rump GmbH
Current assignee: ETR-PRODUKTION UND SERVICE GMBH, 44319 DORTMUN, DE
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-07-07

Abstract

A high DC voltage is connected across the cathode and anode in the measurement chamber. Discharge at the cathode produces ions migrate in the electrical field set up, towards the anode. The current arising, is measured using a suitable method. Variations in this current caused by smoke and gases from fires, is used for fire detection.

Description

Die nachstehend beschriebene Erfindung beschreibt Detektoren zur Brandmeldung bzw. zur Detektion von Brandgasen oder Brandrauch.The The invention described below describes detectors for fire detection or for the detection of fire gases or smoke.

Während in anderen Ländern Rauchmelder in Gebäuden selbstverständlich oder sogar gesetzlich vorgeschrieben sind, sind nur 7 % der Haushafte in Deutschland mit Rauchmeldern ausgestattet.While in other countries Smoke detector in buildings Of course or even required by law, only 7% are householder in Germany equipped with smoke detectors.

Jährlich kommen ca. 800 Personen in Deutschland bei Bränden ums Leben, die Mehrheit davon in Privathaushalten.Come yearly about 800 people in Germany killed in fires, the majority of them in private households.

Ursache für die etwa 200.000 Brände im Jahr ist nicht nur Fahrlässigkeit. Oft lösen technische Defekte Brände aus, die ohne vorsorgende Maßnahmen wie Brand- oder Rauchmeider zur Katastrophe führen können. Die meisten Brände brechen zwischen 19.00 Uhr und 07.00 Uhr aus, die meisten Brandtoten sind zwischen 23.00 Uhr und 07.00 Uhr zu verzeichnen.reason for the about 200,000 fires The year is not just negligence. Often solve technical defects fires out, without any precautionary measures how fire or smoke can lead to disaster. Most fires are breaking between 7:00 pm and 7:00 pm, most are fire victims between 23.00 and 07.00.

Fast alle Brandtoten fallen nicht den Flammen, sondern den giftigen Rauchgasen zum Opfer, die schon während der Schwelbrandphase entstehen. 95% der Brandtoten sterben an den Folgen einer Rauchvergiftung durch die geruchlosen Gase Kohlenmonoxid und Kohlendioxid – schon wenige Lungenfüllungen Kohlenmonoxid sind tödlich.Nearly all fire deaths do not fall to the flames but to the poisonous flue gases victim already during the smoldering fire phase arise. 95% of those killed die Consequences of smoke poisoning by the odorless gases carbon monoxide and carbon dioxide - yes few lung fillings Carbon monoxide is deadly.

Da während es Schlafes auch der Geruchsinn des Menschen schläft, wird der Brandgeruch meist nicht wahrgenommen.There while sleep it also sleeps the sense of smell of humans becomes the smell of burning usually not noticed.

Feuerwehren und Versicherungen empfehlen die Installation von Rauchmeldern in jedem Privathaushalt. Brandgefahren bestehen in jedem Haushalt, ausgehend von elektrischen Geräten, Zigaretten, zündelnden Kindern, usw.Fire Departments and insurance companies recommend the installation of smoke detectors in every private household. Fire hazards exist in every household starting from electrical appliances, Cigarettes, igniting Children, etc.

Brandmelder arbeiten verbreitet nach folgenden Prinzipien:

• Streulichtprinzip
• Ionisationsprinzip
• Durchlichtprinzip
• Gas-Sensoren nach dem Prinzip halbleitender beheizter Metalloxide.

Fire detectors work widely according to the following principles:

• Scattered light principle
• Ionization principle
• transmitted light principle
• Gas sensors based on the principle of semiconducting heated metal oxides.

StreulichtrauchmelderScattered light smoke

Bei dem Streulichtrauchmelder handelt es sich um den meist verbreitesten Rauchmelder. Eine Leuchtdiode produziert in bestimmten Intervallen in der Rauchmeldermesskammer einen Lichtstrahl, der auf eine nicht lichtreflektierende Oberfläche trifft. Dringen nun Rauchpartikel in die Rauchmeldermesskammer ein, so wird der Lichtstrahl von diesen auf eine Fotolinse gelenkt – der Rauchmelder meldet durch einen akustischen Ton Alarm. Dies veranschaulichen die folgenden Grafiken.at The scattered light smoke detector is the most common Smoke detector. A light-emitting diode produces at certain intervals in the smoke detector measuring chamber, a light beam on a not light reflecting surface meets. Now smoke particles penetrate into the smoke detector measuring chamber, so the light beam is directed by these on a photo lens - the smoke detector signals an alarm with an acoustic tone. Illustrate this the following graphics.

Nachteil: Voraussetzung für die Alarmgebung ist Rauch. In frühem Stadium eines Brandes spricht dieser Melder noch nicht an.Disadvantage: requirement for the alarm is smoke. In early Stage of a fire, this detector does not yet respond.

IonisationsrauchmelderIonisation

Der Ionisations-Rauchmelder reagiert auf in der Luft gelöste rauchteilchen (Aerosole). Die Meßkammer des Melders befindet sich zwischen zwei elektrisch leitenden Metallplatten, an denen eine Gleichspannung anliegt. Zwischen den Platten befindet sich ein radioaktives Präparat (Ameritium 241), das ständig Alfa-Teilchen aussendet. Diese ionisieren die Luft in der Messkammer, die dadurch elektrisch leitend wird. Es fließt ein Ionen-Strom. Dringen nun in die Meßkammer Rauchpartikel ein, so lagern sich diese nach dem Bricard'schen Anlagerungs-Prinzip an die Ionen an. Aufgrund der größeren Masse der Ionen verlangsamen sich die Ionen und der Stromfluß sinkt. Sinkt der Stromfluß unter einen bestimmten Wert, so löst der Rauchmelder Alarm aus. Bei diesem Melder ist zu erwähnen, dass er Brände kurz vor dem Entflammen und offene Brände erkennt, jedoch nur langsam oder gar nicht auf Schwelbrände reagiert. Außerdem ist aufgrund des radioaktiven Materials im Inneren des Melders Vorsicht geboten. Ebenfalls von Nachteil ist die Entsorgung dieser Melder, da der Melder wegen des radioaktiven Materials als Sondermüll entsorgt werden muß und dies mit hohen Kosten verbunden ist.Of the Ionization smoke detector reacts to smoke particles dissolved in the air (Aerosols). The measuring chamber the detector is located between two electrically conductive metal plates, where a DC voltage is applied. Located between the plates a radioactive preparation (Ameritium 241), that constantly Alfa particle emits. These ionize the air in the measuring chamber, which is thereby electrically conductive. It flows an ion current. Penetrate now into the measuring chamber Smoke particles, so they store according to the Bricard addition principle to the ions. Because of the larger mass the ions slow down the ions and the current flow decreases. The current flow sinks below a certain value, so dissolves the smoke alarm is off. With this detector is to be mentioned that he fires just before the onslaught and detects open fires, but only slowly or not at smoldering fires responding. Furthermore Caution is due to the radioactive material inside the detector offered. Another disadvantage is the disposal of these detectors, because the detector because of the radioactive material disposed of as hazardous waste must and must this is associated with high costs.

Nachteil: Auch dieser Rauchmelder detektiert letztlich Rauchpartikel, auch wenn er etwas früher Alarm gibt als die Streulicht-Alarmgeber. Auf die Nachteile aufgrund des Einsatzes radioaktiver Elemente ist hingewiesen worden.Disadvantage: This smoke detector also detects smoke particles, too if he's a little earlier Alarm gives as the stray light alarm. Due to the disadvantages the use of radioactive elements has been pointed out.

DurchlichtrauchmelderBy light smoke detector

Bei dieser Art Rauchmelder wird der Lichtstrahl einer LED geteilt und durch zwei Meßkammern geschickt. Während im Rauchmeßkanal die Außenluft kontinuierlich auf Rauchpartikel überprüft wird, ist der Referenzmeßkanal hermetisch von der Außenluft abgeschlossen. Beide Lichtstrahlen werden von Empfängern gemessen, verstärkt und digital verarbeitet. Die Werte des Referenz-Meßkanals dienen dabei der Kompensation von Störgrößen (Temperatur, Alterung, Verschmutzung) und der Eigenüberwachung. Im Normalzustand werden beide Lichtstrahlen von der Empfangsoptik in voller Stärke registriert. Treten Rauchpartikel in den Rauchmeßkanal ein, so wird das Licht in diesem Meßkanal getrübt, während das Licht im Referenzkanal gleich bleibt. Die beiden Lichtempfänger registrieren diese Differenz und lösen bei überschreiten eines bestimmten Wertes Alarm aus. Der Rauchmelder reagiert gleichmäßig schnell auf alle Rauchpartikel und sorgt zusammen mit der Fuzzy-Entscheidungslogik für eine wirksame Unterdrückung von Fehlalarmen.In this type of smoke detector, the light beam of an LED is divided and sent through two measuring chambers. While the outside air in the smoke measuring channel is continuously checked for smoke particles, the reference measuring channel is hermetically sealed from the outside air. Both light beams are measured by receivers, amplified and processed digitally. The values of the reference measuring channel are used to compensate for disturbance variables (temperature, aging, contamination) and self-monitoring. In the normal state, both light beams are registered by the receiving optics in full strength. If smoke particles enter the smoke measuring channel, the light in this measuring channel is clouded while the light in the reference channel remains the same. The two light receivers register this difference and delete alarm when exceeding a certain value. The smoke detector responds equally quickly to all smoke particles and, together with the fuzzy decision logic, effectively suppresses false alarms.

Nachteil: Die Trübung erfolgt durch Rauch, nicht etwa durch Gase. Es ist wünschenswert, wenn die Brandwarnung in einem früheren Stadium erfolgen würde.Disadvantage: The cloudiness is done by smoke, not by gases. It is desirable if the fire warning would be at an earlier stage.

Gas-Sensoren als BrandmelderGas sensors as a fire detector

Halbleiter-Gassensoren auf der Basis beheizter Metalloxide detektieren oxidierbare Gase, teilweise schon in sehr niedrigen Konzentrationen. Brände setzen unterschiedliche Brandgase frei. In sehr frühem Stadium von Schwelbränden wird oft Wasserstoff und Kohlenmonoxid freigesetzt. Später kommen Gase wie Stickoxide hinzu. Wenn Kunststoff verbrennt, kommen eine Vielzahl weiterer Gase hinzu, welche teilweise hochtoxisch sind. (Salzsäure bei PVC-Bränden).Semiconductor gas sensors On the basis of heated metal oxides detect oxidizable gases, partially even in very low concentrations. Fires are different Fire gases free. In a very early age Stage of smoldering fires Hydrogen and carbon monoxide are often released. Come later Added gases such as nitrogen oxides. If plastic burns, come on Added to a variety of other gases, which are partially highly toxic. (Hydrochloric acid in PVC fires).

Nachteile:Disadvantage:

Da metalloxidische Sensoren prinzipiell alle oxidierbaren Gase detektieren, besteht das Problem der Fehlalarmsicherheit bei Anwesenheit etwa von Lösungsmitteldämpfen, Alkohol oder sonstigen im Haus anzutreffenden Gasen oder Dämpfen. Dies wird mit aufwendigen und kostenintensiven Methoden verringert, wie z.B. das Zusammenschalten unterschiedlicher Sensoren zu Gruppen und komplexen Auswerteverfahren. Nachteilig ist der relativ hohe Stromverbrauch und der relativ hohe Preis, der im Haushaltsbereich die Verbreitung oxidischer Sensoren für den Brandschutz bislang verhinderte.There detect metal oxide sensors in principle all oxidizable gases, there is the problem of false alarm safety in presence about of solvent vapors, alcohol or other gases or vapors found in the house. this will reduced with costly and expensive methods, e.g. the interconnection of different sensors into groups and complex evaluation procedures. The disadvantage is the relatively high power consumption and the relatively high Price, which in the household area the dissemination of oxidic sensors for the Fire protection prevented so far.

Weiterhin unterscheidet man zwischen Rauchmeldern mit Batterie und Rauchmeldern mit Netzanschluss.Farther a distinction is made between smoke detectors with battery and smoke detectors with mains connection.

Rauchmelder mit Batterie eigenen sich durch die einfache Montage gut für den nachträglichen Einbau in Gebäude und verfügen über eine Batteriewarnung. Das bedeutet, dass wenn die Stärke der Batterie nachlässt, der Rauchmelder 30 Tage lang alle 60 Sekunden ein Warnsignal in Form eines kurzen Tons abgibt. So hat man genug Zeit hat die Batterie zu ersetzen. Im allgemeinen hält die Batterie zwischen 1 und 3 Jahren, je nach Batterietyp und Häufigkeit der durchgeführten Probealarme mit dem Testknopf. Verwenden Sie nur die vom Hersteller in der Bedienungsanleitung empfohlenen Batterietypen.smoke detector with battery are easy to install for easy installation Installation in buildings and have one Battery warning. This means that if the strength of the battery wears off, the Smoke alarm every 60 seconds for 30 days a warning signal in the form a short sound. So you have enough time has the battery to replace. In general holds the battery is between 1 and 3 years, depending on the battery type and frequency the carried out Trial alarms with the test button. Only use those from the manufacturer in the operating instructions recommended battery types.

Rauchmelder mit Netzanschluss melden eine schwache Notstrombatterie rechtzeitig. Sie sind für die nachträgliche Montage in Gebäuden weniger geeignet, da eine Stromversorgung benötigt wird. Bei Neubauten und Renovierungen sollte jedoch bereits in der Planung auch an Rauchmelder gedacht werden, hier bieten sich die Rauchmelder mit Netzanschluß an.smoke detector with mains connection report a weak backup battery in time. They are for the subsequent Assembly in buildings less suitable because a power supply is needed. For new buildings and Renovations should, however, already in the planning of smoke detectors be thought, here are the smoke detectors with power supply.

Verschiedene Rauchmelder ermöglichen ein vernetzen, was bedeutet, dass beim Auslösen eines Feuermelders, dieser dafür sorgt, dass sämtliche angeschlossenen Melder Alarm schlagen. Dies hat den Vorteil, dass z.B. beim Brand im Keller auch die Rauchmelder in der Wohnung auf einen Brand hinweisen, vorausgesetzt natürlich, dass die Melder miteinander verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt über Draht oder per Funk an eine kleine Alarmzentrale.Various Enable smoke detectors a network, which means that when triggering a fire alarm, this ensures that all connected detectors sound the alarm. This has the advantage that e.g. in case of fire in the basement also the smoke detectors in the apartment indicate a fire, provided, of course, that the detectors with each other are connected. This connection is made by wire or by radio a small alarm center.

Für den massenhaften Einsatz sind Brandmelder/Rauchmelder gewünscht, welche mit einer Batterie betrieben werden können und welche netzunabhängig sind.For the masses Fire detectors / smoke detectors are required, which are equipped with a battery can be operated and which off-grid are.

Diese Erfindung beschreibt einen Brandmelder/Rauchmelder, welcher die Nachteile o.g. Melder vermeidet, kostengünstig ist und Brände in relativ frühem Stadium detektiert.These Invention describes a fire detector / smoke detector, which the Disadvantages o.g. Detector avoids, is inexpensive and fires in relative early Stage detected.

In der Patentanmeldung Amtliches Aktenzeichen P 101 33 755.1 ist ein Sensor zur Erfassung von Klimadaten in Räumen beschrieben, dessen Gehäuse künstlich belüftet ist. Zur Belüftung wird ein Ionen-Gebläse eingesetzt, dessen Prinzip in der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 198 420 68 näher beschrieben worden ist.In of the patent application Official file reference P 101 33 755.1 is a Sensor for recording climate data in rooms described, whose housing is artificial ventilated is. For ventilation becomes an ion blower used, whose principle in the patent application with the file number P 198 420 68 closer has been described.

Das technische Prinzip gibt 1 wieder:The technical principle gives 1 again:

Dabei ist:there is:

11: Kanal zur Luftführungchannel to the air duct
22: Sehr spitze Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und zur ErzeugungVery tip electrode for generating an electric field and the generation
: elektrischer Entladungen nach dem Koronarprinzip. (Kathode)electrical Discharges according to the corona principle. (Cathode)
33: Elektrische Verbindung der Entladungselektrode (Kathode) mit einemelectrical Connection of the discharge electrode (cathode) with a
: Hochspannungsgenerator.High voltage generator.
44: Elektrische Verbindung; einer gitterförmigen Gegenelektrode (Anode) mit einemelectrical Connection; a grid-shaped counter electrode (Anode) with a
: Hochspannungsgenerator.High voltage generator.
55: Hochspannungsgenerator, welcher eine Gleichspannung in der Größenordnung zwischenHigh voltage generator, which is a DC voltage in the order between
: 3-10 KV erzeugt, wobei die negative Spannung an der Koronar-Entladungselektrode3-10 KV generated, with the negative voltage at the coronary discharge electrode
: (Kathode) angelegt wird und die positive Spannung an der Gegenelektrode (Anode)(Cathode) is applied and the positive voltage at the counter electrode (anode)
: angelegt wird.created becomes.
66: Gitterförmige Gegenelektrode (Anode)Grid-shaped counterelectrode (Anode)

Das Funktionsprinzip vorgenannter Erfindungen ist, daß genannte elektrische Entladungen (Koronar-Effekt) Luftmoleküle und auch in der Luft vorhandene Partikel ionisieren. Diese Ionen sind negativ geladen und befinden sich in dem elektrischen Feld, welches durch Kathode und Anode gebildet ist. Es kommt zu einer Beschleunigung der Ionen in Richtung Anode. Dabei werden auch nichtionisierte Luftpartikel mitgerissen und es bildet sich ein Luftstrom mit einer Geschwindigkeit zwischen 1-4m/sec aus.The Functioning principle of the aforementioned inventions is that said electrical discharges (coronary effect) air molecules and also ionize particles present in the air. These ions are negatively charged and are in the electric field passing through cathode and anode is formed. It comes to an acceleration of the ions in the direction of the anode. This also includes non-ionized air particles entrained and it forms an air flow at a speed between 1-4m / sec.

Die Ionen werden teilweise von der Anode absorbiert, was zu einem geringem Stromfluß zwischen Kathode und Anode führt.The Ions are partially absorbed by the anode, resulting in a low Current flow between Cathode and anode leads.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die technischen Prinzipen der genannten Erfindungen P 101 33 755.1 und P 198 420 68 zu nutzen, um einen vorteilhaften Brandmelder entwickeln zu können.According to the invention, it is proposed the technical principles of said inventions P 101 33 755.1 and P 198 420 68 to use to develop a beneficial fire detector to be able to.

Brände erzeugen:

• Freisetzung von Brandgasen und von Rauchpartikeln, welche durch die Brandhitze aufsteigen.
• Im Brandfall Erzeugung von Luftionen und von ionisierten Rauchpartikeln nach dem Prinzip der Flammionisation.

Create fires:

• Release of combustion gases and smoke particles, which rise due to the heat of the fire.
• In case of fire generation of air ions and of ionized smoke particles according to the principle of flame ionization.

Wenn dem Ionisations-Luftbeschleuniger nach P 101 33 755.1 und P 198 420 68 etwa durch einen Brand ionisierte Gase oder Rauchpartikel zugeführt werden, erhöht dies praktisch die Effektivität der Koronar-Ionisation und die Leitfähigkeit der Luft zwischen Kathode und Anode mit der Folge, daß der Strom in der Anordnung ansteigt.If the ionization air accelerator according to P 101 33 755.1 and P 198 420 68 ionized gases or smoke particles, for example, by fire supplied be increased this practically the effectiveness of Coronary ionization and conductivity the air between the cathode and anode with the result that the current in the arrangement increases.

Weiter wird die Ionisationsbereitschaft der Brandgase tragenden Luft und damit die Effektivität der Koronarentladung deutlich erhöht, was ebenfalls den elektrischen Strom in der Anordnung ansteigen läßt.Further becomes the ionization readiness of the fire gases carrying air and thus the effectiveness of Coronary discharge increased significantly, which also causes the electrical current in the arrangement to increase.

Erfindungsgemäß wird daher irgendwo im Stromkreis zwischen Hochspannungsgenerator-Anode-Kathode der Strom gemessen, welcher bis auf zu vernachlässigende Isolationsverluste dem Ionenstrom zwischen Kathode und Anode entspricht.Therefore, according to the invention somewhere in the circuit between high voltage generator anode cathode the current measured, which up to negligible insulation losses corresponds to the ion current between the cathode and anode.

Befinden sich in der Meßkammer größere Rauchpartikel, so lagern sich diese nach dem Bricard'schen Anlagerungs-Prinzip an die Ionen an. Aufgrund der größeren Masse der Ionen verlangsamen sich die Ionen und der Stromfluß sinkt. Sinkt der Stromfluß unter einen bestimmten Wert, so löst der Rauchmelder Alarm aus.Are located in the measuring chamber larger smoke particles, so they store themselves to the ions according to the Bricard addition principle at. Because of the larger mass the ions slow down the ions and the current flow decreases. The current flow sinks below a certain value, so dissolves the smoke alarm is off.

2 zeigt eine der Möglichkeiten, den Ionenstrom in der Anordnung zu messen. 2 shows one of the ways to measure the ion current in the array.

Legende zur 2:Legend to 2 :

11: Stromversorgung, z.B. eine BatteriePower supply, e.g. a battery
22: Elektrische Verbindung zur Kathode.electrical Connection to the cathode.
33: Kathode, dargestellt als feine Spitze zur lokalen Überhöhung des elektrischen Feldes mitCathode, represented as a fine tip for local elevation of the electric field With
: dem Ziel, über Koronar-Entladungen die Luft zu ionisieren. Die Kathode ist gegenüber derthe Goal, over Coronary discharges ionize the air. The cathode is opposite to the
: Anode (5) mit negativer Spannung versorgt.Anode ( 5 ) supplied with negative voltage.
44: Luftführung, bevorzugt in Form einer Röhre mit einem Durchmesser zwischen 10-40mm.Air duct, preferred in the form of a tube with a diameter between 10-40mm.
55: Anode, bevorzugt in Form eines Drahtgitters oder eines Metallringes. Der Abstand zurAnode, preferably in the form of a wire mesh or a metal ring. Of the Distance to
: Kathode ist wo gewählt, daß es niemals zu elektrischen Entladungen (Überschlägen)cathode is where elected, that it never to electrical discharges (rollovers)
: kommt und daß ein deutlich meßbarer Ionenstrom mit entsprechender Luftbewegungcoming and that one much more measurable Ion current with corresponding air movement
: erzielt wird. Die Anode ist gegenüber der Kathode mit positiver Spannung versorgt.achieved becomes. The anode is opposite the cathode supplied with positive voltage.
66: Widerstand im Stromkreis, bevorzugt sehr hochohmig im Bereich zwischen 1 M-Ohm undresistance in the circuit, preferably very high impedance in the range between 1 M-ohms and
: 20MOhm. Der durch den Widerstand fließende Ionenstrom erzeugt am Widerstand einen20MOhm. The ion current flowing through the resistor creates one at the resistor
: Spannungsabfall, welcher proportional zum Ionenstrom ist.Voltage drop, which is proportional to the ionic current.
77: Spannungsmeßgerät, welches den durch den Ionenstrom induzierten Spannungsabfall amVoltage measuring device, which the induced by the ion current voltage drop at
: Reihenwiderstand (6) mißt. In der Praxis wird es sich nicht um ein SpannungsmeßgerätSeries resistance ( 6 ) measures. In practice it will not be a voltmeter
: handeln, sondern um eine mehr oder weniger komplexe elektronische Auswerteschaltungact, but a more or less complex electronic evaluation circuit
: mit Alarmgebung.With Alarming.
88th: Hochspannungsgenerator, welcher eine Gleichspannung herstellt, welche zwischenHigh voltage generator, which produces a DC voltage, which between
: 3000V bis 10.000V hat. Die Gleichspannung kann durch Gleichrichtung eines durch einen3000V has up to 10,000V. The DC voltage can be rectified by rectifying a through a
: Transformator hochgespannte Wechselspannung erzeugt werden oder durch Kaskadierentransformer high-voltage voltage can be generated or by cascading
: (Vervielfachung) einer geringer hochgespannten Wechselspannung durch geeignete und(Multiplication) a low high voltage AC by suitable and
: technisch bekannte elektronische Schaltungen.technically known electronic circuits.

Dabei wird die Spannung über einem in Reihe geschalteten hochohmigen Widerstand gemessen. Die Spannung ist direkt proportional zum Ionenstrom.there the voltage is over a series-connected high-impedance resistor measured. The Voltage is directly proportional to the ion current.

3 zeigt die Zusammenhänge:
Auf der Achse (1) ist der Ionenstrom bei einer bestimmten Spannung aufgetragen.
Auf der Achse (2) ist die Anzahl ionisierter Brandgase bzw. ionisierbarer Partikel aufgetragen.
Es ist zu erkennen, daß bei zunehmender Ionisation bzw. bei zunehmender Anzahl ionisierbarer Partikel der Ionenstrom (3) stark zunimmt. 3 shows the connections:
On the axis ( 1 ) the ion current is plotted at a certain voltage.
On the axis ( 2 ) the number of ionized combustion gases or ionizable particles is plotted.
It can be seen that with increasing ionization or with increasing number of ionizable particles, the ion current ( 3 ) increases sharply.

Während bei Betrieb der Anordnung in Normalluft oder in schwach belasteter Luft ein bestimmter, geringer Strom fließt, steigt dieser Strom deutlich an, wenn Brandgase (ionisierte Brandgase oder Brandpartikel) in den Luftstrom der Anordnung gelangen.While at Operation of the arrangement in normal air or in low-load air a certain, low current flows, this current increases significantly, if combustion gases (ionized combustion gases or fire particles) in the Air flow of the arrangement arrive.

Überschreitet der Ionenstrom ein vorbestimmtes Maß (4), ist ein Alarmkriterium gegeben.If the ion current exceeds a predetermined level ( 4 ), an alarm criterion is given.

Prinzipiell kann der Reihenwiderstand an beliebiger Stelle im Stromkreis „Hochspannungsgenerator-Kathode-Anode-Hochspannungsgenerator" angebracht sein.in principle the series resistor can be mounted anywhere in the circuit "high voltage generator-cathode-anode-high voltage generator".

Es ist wichtig zu erwähnen, daß Gase oder Dämpfe allein keine nennenswerte Veränderung des Ionenstromes zur Folge haben. Aus diesem Grunde reagiert der erfindungsgemäße Brandmelder nicht auf Dämpfe oder Gase, wie sie typisch im Haushalt oder in Innenräumen anzutreffen sind, wie z.B. Alkohol, Lösungsmittel, Reinigungsmittel, Konservierungsmittel.It is important to mention that gases or vapors alone no significant change of the ionic current result. For this reason, the responds fire detector according to the invention not on fumes or gases, as typically found in the home or indoors are such as Alcohol, solvents, Detergent, preservative.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Anordnung nicht permanent zu betreiben, sondern in Intervallen zwischen 0,5-5 Minuten für jeweils kurze Zeit von z.B. 1-20 Sekunden einzuschalten. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß durch das transportierte Luftvolumen zwangsläufig verbundene Verschmutzung der Anordnung vermindert wird.According to the invention, it is proposed not to operate the arrangement permanently, but at intervals between 0.5-5 minutes for each short time of e.g. 1-20 seconds to turn on. This will be achieved advantageous that by the transported air volume inevitably connected pollution the arrangement is reduced.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, die Hochspannung mit einem piezokeramischen Schwinger zu erzeugen. Solche sogenannten „Rosen-Transformatoren/Piezo-Transformator" werden elektrisch mit niedriger Spannung (Batterie-Spannung) im Resonanzpunkt zu mechanischen Schwingungen angeregt. An geeigneter Stelle des Piezo-Transformators wird eine sehr viel höhere Wechselspannung abgegriffen, welche gleichgerichtet wird und im Bedarfsfall kaskadiert wird. Vorteilhaft ist, daß Piezo-Transformatoren nach dem „Sandwich-Prinzip" sehr geringe Abmessungen haben und daß aus den elektrischen Entladungen bedingte elektrische Phänomene nicht rückwärtsgekoppelt werden können, was zu sicherem Betrieb in Bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit führt.According to the invention will continue proposed the high voltage with a piezoceramic oscillator to create. Such so-called "rose transformers / piezoelectric transformer" become electric with low voltage (battery voltage) at resonance point to mechanical Vibrations excited. At a suitable location of the piezo transformer will be a lot higher AC voltage tapped, which is rectified and in If necessary cascaded. It is advantageous that piezo-transformers after the "sandwich principle" very small dimensions have and that from the electrical discharges caused electrical phenomena not backward coupled can be what about safe operation in terms of electromagnetic compatibility leads.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, den hier vorgestellten Ionisationsbrandmelder mit einem Gassensorelement nach dem Prinzip der beheizten Metalloxide zu kombinieren. Im Falle von Brandgasen wird auch der breitbandig auf alle oxidierbaren Gase empfindliche Sensor ein Signal abgeben. Allerdings könnte das Signal auch von Lösungsmitteln, Alkohol und anderen in Innenräumen häufig vorkommenden Gasen oder Dämpfen stammen. Das Signal eines derartigen Sensors allein kann auf Grund der nichtakzeptablen Unsicherheit gegenüber Fehlalarmen kein Alarmkriterium sein, In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Ionisations-Brandmelder kann mit hervorragender Sicherheit ein Brand zu einem relativ frühen Zeitpunkt gemeldet werden.According to the invention will continue proposed, the here presented Ionisationsbrandmelder with a gas sensor element according to the principle of the heated metal oxides to combine. In the case of fire gases and the broadband Sensor sensitive to all oxidizable gases emits a signal. However, it could the signal also from solvents, Alcohol and other common indoors Gases or vapors come. The signal of such a sensor alone may be due to the unacceptable uncertainty against false alarms no alarm criterion be, in combination with the ionization fire detector according to the invention Can with excellent safety a fire at a relatively early date be reported.

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, den hier vorgestellten Ionisationsbrandmelder mit dem in der Patentanmeldung mit dem amtliches Aktenzeichen P 101 33 755.1 beschriebenen Sensorsystem zu kombinieren. Gegenstand der P 101 33 755.1 ist eine Sensoranordnung zur Detektion von Luftfeuchte, Lufttemperatur und Luftqualität, wobei die Luftqualität breitbandig mit oxidischen Halbleitersensoren gemessen wird. (VOC-Messung. VOC = volatile organic compounds, also organische Luftbestandteile).According to the invention is further proposed, the here presented Ionisationsbrandmelder with in the patent application with the official file reference P 101 33 755.1 to combine sensor system. Subject of the P 101 33 755.1 is a sensor arrangement for detecting air humidity, Air temperature and air quality, being the air quality broadband is measured with oxidic semiconductor sensors. (VOC measurement. VOC = volatile organic compounds, ie organic air constituents).

Die Belüftung des Gehäuses für diesen Sensor wird vorteilhaft durch ein geräuschloses Ionengebläse erreicht.The ventilation of the housing For this Sensor is advantageously achieved by a silent ion blower.

Da das Ionengebläse über einige der in dieser Erfindung zum Zwecke der Branddetektion beschriebenen technischen Komponenten bereits verfügt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Raumklima-Detektor nach der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 101 33 755.1 mit der Funktion „Brandmeldung" nach dem Prinzip der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Messung des Ionenstromes vorteilhaft zu erweitern.There the ion blower over some the one described in this invention for the purpose of fire detection already has technical components, is proposed according to the invention, the room climate detector according to the patent application with the file number P 101 33 755.1 with the function "Fire alarm" according to the principle the here presented measurement of the ion current advantageous to expand.

Wichtig für die Erzeugung eines sicheren Alarms ist die gewählte Strategie zum Auswerten der Signale.Important for the Creating a safe alarm is the chosen strategy for evaluation the signals.

Der Ionenstrom bei Normalluft bzw. hat einen bestimmten, relativ geringen Wert. Wird die Luft in Innenräumen durch Nutzer belastet (Zigarettenrauch, Aerosole von Speisezubereitungen). Außerdem kann es im Laufe der Zeit zu Veränderungen der elektrischen Werte führen, welche z.B. durch Ablagerungen verursacht werden können.Of the Ion current at normal air or has a certain, relatively low Value. Will the air be indoors burdened by users (cigarette smoke, food preparation aerosols). Furthermore It can change over time lead the electrical values, which e.g. can be caused by deposits.

Es wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, daß die Schaltschwellen nicht fest eingestellt ist, sondern sich vom Mittelwert des Ionenstroms her bestimmen, welcher über einen bestimmten, meist längeren Zeitraum des Betriebes in Normalluft ermittelt wird. Oberhalb und unterhalb des Mittelwertes Minimum/Maximum) werden zwei Schaltschwellen auf einen vom Mittelwert ausgehenden bestimmten Betrag eingestellt. sondern sich unterhalb einer fest gesetzten Schwelle (Maximal-Wert) jeweils auf einen bestimmten Betrag einstellt, bei dessen Über- bzw. Unterschreitung ein Alarm ausgelöst wird.It is therefore according to the invention suggested that the Switching thresholds is not fixed, but from the mean value determine the ionic current ago, which over a certain, usually longer Period of operation in normal air is determined. Above and below the mean minimum / maximum) will be two switching thresholds adjusted to a certain amount starting from the mean value. but below a fixed threshold (maximum value) each time to a certain amount, in whose over- or Falling below an alarm triggered becomes.

Die maximale Änderungsbeträge über die Zeit der so erreichten flexiblen Alarmschwelle wird erfindungsgemäß begrenzt, um bei plötzlich und einmalig auftretenden Effekten (provozierendes Anblasen des Brandmelders mit Zigarettenrauch) die Änderungsbeträge der Alarmschwellen auf zu begrenzen.The maximum amounts of change over the time of the thus achieved flexible alarm threshold is limited according to the invention, in case of sudden and a Occurring effects (provocative blowing of the fire detector with cigarette smoke) to limit the change amounts of the alarm thresholds on.

Wird eine der Alarmschwellen überschritten, wird noch kein Alarm ausgelöst, sondern intern ein „stiller Alarm" ausgelöst, welcher einen anderen Ablauf der Auswertemethode zur Folge hat. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Alarm erst dann auszulösen, wenn über eine bestimmte Anzahl von Messungen bzw. über eine bestimmte Zeit die Alarmkriterien gegeben sind. Erfindungsgemäß wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, daß Meßintervall zu verkürzen, wenn ein interner Alarm ausgelöst wurde. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß die Zeit bis zur Auslösung eines nach außen gerichteten Alarms nicht ungebührlich und unzweckmäßig lange dauert.Becomes one of the alarm thresholds is exceeded no alarm yet triggered, but internally a "quieter Alarm "triggered, which another sequence of the evaluation method has the consequence. According to the invention, it is proposed only trigger an alarm if over a certain number of measurements or over a certain time the Alarm criteria are given. According to the invention is in this context suggested that measuring interval To shorten, if an internal alarm has been triggered. This is advantageously achieved that the time to trigger a outward directed alarms are not improper and unusually long lasts.

Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, in die Bewertung der Alarmkriterien alle verfügbaren Raumluftparameter einzubeziehen, etwa

• Luftfeuchte
• Lufttemperatur
• Luftqualität (Anwesenheit organischer/oxidierbarer Luftbestandteile)
• Gasionen, Rauch-Ionen, Anteil ionisierbarer Partikel in der Luft

According to the invention it is further proposed to include in the evaluation of the alarm criteria all available room air parameters, such as

• Humidity
• air temperature
• Air quality (presence of organic / oxidizable air constituents)
• Gas ions, smoke ions, content of ionizable particles in the air

Auch hier ist nicht der absolute Wert des jeweiligen Sensors entscheidend, sondern dessen Veränderung in einer relativ kurzen Zeit.Also not the absolute value of the respective sensor is decisive but its change in a relatively short time.

Es leuchtet ein, daß im Brandfall die Belastung der Luft mit Brandgasen praktisch schlagartig zunimmt, was bei üblicher Benutzung eines Gebäudes, eines Raumes typisch anders ist. Dies kann mit einem Gassensor ermittelt werden.It it is evident that in Fire, the pollution of the air with combustion gases increases practically abruptly, what usual Use of a building, a room is typically different. This can be determined with a gas sensor become.

Auch die Temperatur wird sich sehr schnell erhöhen, was ein Temperatursensor feststellt. Die relative Feuchte im Raum wird sich ebenfalls signifikant und schnell ändern, wobei die Änderungsbeträge in Abhängigkeit von der Brandart sowohl nach oben als auch nach unten sich ändern können, was ein Luftfeuchte-Sensor feststellt.Also the temperature will increase very quickly, causing a temperature sensor finds. The relative humidity in the room will also be significant and change quickly, the amounts of change depending on of the type of fire both up and down can change what detects a humidity sensor.

Die Änderung des Ionenstromes wurde bereits vorgetragen.The change the ion current has already been reported.

Erfindungsgemäß werden die Signale bzw. die ausgewerteten Änderungsbeträge (als Funktion der Zeit) der genannten Sensoren miteinander verknüpft. Bei Vorliegen von auf einen Brand hinweisenden Merkmalen aus mindestens zwei Sensoren und nach Bestätigen des Alarmfalles durch mehrere Messungen über einen bestimmten Zeitraum wird Alarm ausgelöst. Eine prinzipielle Zusammenstellung zeigt 4. wobei (1) eine zentrale Auswerte- und Steuerelektronik ist, (2) ist der erfindungsgemäße Ionenstrom-Rauchmelder, (3) ist ein breitbandig auf oxidierbare Gase ansprechender Gassensor, (4) ist ein Temperatur-Sensor, (5) ist ein Luftfeuchte-Sensor.According to the invention, the signals or the evaluated change amounts (as a function of time) of the said sensors are linked together. If there are fire-related characteristics from at least two sensors and after confirmation of the alarm by several measurements over a certain period of time, an alarm is triggered. A basic compilation shows 4 , in which ( 1 ) is a central evaluation and control electronics, ( 2 ) is the ion current smoke detector according to the invention, ( 3 ) is a broadband responsive to oxidizable gases gas sensor, ( 4 ) is a temperature sensor, ( 5 ) is a humidity sensor.

Der Ionisations-Rauch-/Brandmelder kann als Einzelgerät ausgeführt sein, wobei die Logik der Signalverarbeitung sinngemäß dem hier vorgetragenen erfindungsgemäßen Gedanken folgt. Es sind zahlreiche Ausgestaltungen der Erfindung möglich, wobei jedoch stets der Ionenstrom ausgewertet wird, welcher sich zwischen einer Entladungselektrode (Kathode) und einer Absorberelektrode (Anode) als Funktion einer angelegten hohen Gleichspannung ausbildet.Of the Ionization Smoke / Fire Detector can be designed as a single unit, the logic of signal processing is analogous to the inventive idea presented here follows. Numerous embodiments of the invention are possible, wherein However, always the ion current is evaluated, which is between a discharge electrode (cathode) and an absorber electrode (Anode) as a function of an applied high DC voltage is formed.

Claims

Apparatus and method for the detection of fire gases and smoke, wherein the fire gases or smoke contained air is fed into a measuring chamber or measuring tube, characterized in that in the measuring chamber, a discharge electrode (cathode) is arranged and that arranged in the measuring chamber, an absorber electrode (anode) which are both connected to a high DC voltage generated by a high voltage generator, thereby creating an electric field between the cathode and the anode. The ions generated as a result of the discharge processes at the cathode migrate in the electric field to the anode, with the result of an electric current, which is measured by suitable methods. The ion current changes as a result of fumes or smoke, which is exploited for fire detection.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claim 1, characterized in that the cathode is formed as a tip, which by field elevation and Coronary discharges of air and air constituents are ionized.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to Claims 1 and 2, characterized in that the anode in a direct electrical discharges preventing distance to Cathode is located and formed as a ring or as a polygon is.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to Claims 1 to 3, characterized in that the anode in an electrical discharge preventing distance to the cathode is located and is designed as a grid structure.

Apparatus and method for the detection of fire gases and smoke according to claim 1 to 4, characterized in that the current is measured in the circuit, which is shown off High voltage generator - anode - cathode - high voltage generator.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to Claims 1 to 5, characterized in that when rising the current in the circuit according to claim 5, an alarm is generated.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claims 1-6, characterized in that the alarm threshold self-acting oriented at the mean value of the ionic current, which via a period determined as an average value.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claims 1-7, characterized in that as a high voltage source a piezoelectric, resonantly operated oscillator used becomes.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claims 1-8, characterized in that the arrangement is not operated continuously, but in fixed time intervals each for a fixed short measuring time is activated.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claims 1-9, characterized in that characterized in that detected signals are combined with signals from other sensors.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claim 10, characterized in that the of inventive system detected signals are linked to at least one other sensor.

Apparatus and method for the detection of combustion gases Fire and smoke according to claim 11, characterized in that at least one of the signals from • gas sensors, • temperature sensors, • Humidity sensors With the signal of the measuring arrangement linked according to claim 1 are.