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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rauchmeldesystem zum Nachweis
von Schmutzstoffen in der Luft. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Rauchmeldesystem zum Nachweis von Rauch und anderen
in der Luft befindlichen Schmutzstoffen, wie sie im Falle eines
Brandes oder unter Umständen,
die zu einem Brand führen
können,
erzeugt werden können.
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Brandschutz-
und Brandlöschsysteme,
die durch Nachweis der Gegenwart von Rauch und anderen in der Luft
befindlichen Schmutzstoffen arbeiten, sind wohlbekannt. Wenn Rauch
oberhalb eines Schwellenwerts nachgewiesen wird, kann ein Alarm aktiviert
werden, und der Betrieb eines Brandlöschsystems kann eingeleitet
werden. Während
das Feuer selbst Schäden
verursacht, können
beträchtliche Schäden auch
durch den Betrieb des Brandlöschsystems
verursacht werden, und das anschließende Entfernen des Löschmittels
kann sehr gefährlich sein.
Viele herkömmliche
Löschmittel,
wie Halon, gefährden
außerdem
die Ozonschicht, so daß ihre
Verwendung im Hinblick auf die Umwelt unerwünscht ist. Ein Meldesystem,
das ausreichend empfindlich ist, um einen anormalen Zustand nachzuweisen,
bevor ein Brand ausbricht, ist sehr vorteilhaft, da es das Ergreifen
von Maßnahmen
in einem sehr frühen
Stadium ermöglicht,
bevor der Brand tatsächlich
ausbricht. Zum Beispiel entstehen bei den meisten Substanzen, wenn
sie erhitzt werden, Emissionen, schon bevor sie so heiß geworden
sind, daß sie
zu brennen beginnen, und wenn diese Emissionen mit einem sehr empfindlichen
System nachgewiesen werden können,
kann es eine Warnung in diesem sehr frühen Stadium erlauben, das Problem
zu erkennen und zu beheben, oder die Geräte können abgeschaltet werden, bevor
der Brand tatsächlich
ausbricht.
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Es
ist außerdem
wünschenswert,
daß das Meldesystem
einen breiten Dynamikbereich des Betriebs hat, so daß es nicht
nur bei geringen Mengen von Rauch und anderen in der Luft befindlichen Schmutzstoffen,
wie sie vor dem tatsächlichen
Ausbruch eines Brandes erzeugt werden können, wirksam ist, sondern
auch einen Bereich von größeren Schwellenwerten
von Rauch und anderen Schmutzstoffen nachzuweisen vermag. Große Rauchmengen weisen
auf eine größere Wahrscheinlichkeit
eines Brandes hin, und die höheren
Schwellenwerte können
einen Alarm auslösen,
um die Klimaanlage herunterzufahren, die Brandschutztüren zu schließen, einen
Brandlöschdienst
zu alarmieren und schließlich
ein Löschsystem
auszulösen,
wenn die Rauchmengen ausreichend hoch werden.
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Es
sind Meldesysteme bekannt, die ein Sammelrohr-Netzwerk beinhalten,
das aus einem oder mehreren Sammelrohren besteht, in denen an Positionen,
wo Rauch oder einem Brand vorausgehende Emissionen aufgenommen werden
können,
Sammellöcher
installiert sind. Mit Hilfe eines Sauggebläses oder Ventilators wird Luft
durch die Sammellöcher und
durch das Rohr eingesaugt und an einer entfernten Stelle durch einen
Detektor geleitet. Herkömmlicherweise
ist der Detektor mit dem Sauggebläse in Serie geschaltet, und
der mit dem Detektor verbundene Druckabfall reduziert den Druckabfall über das Rohrnetzwerk
und reduziert somit den Gesamtstrom durch die Rohre. Außerdem neigt
der Strom durch den Detektor dazu, mit den Umgebungsbedingungen und
von Anlage zu Anlage zu variieren, und Schmutzstoffe, die durch
den Detektor strömen,
können
die Nachweischarakteristik im Laufe der Zeit verändern. Entsprechend ist es
bei früheren
Sammelsystemen schwierig, eine konstante hohe Empfindlichkeit zu
erreichen, die von Anlage zu Anlage wiederholbar ist und die über einen
wesentlichen Zeitraum hinweg aufrechterhalten wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rauchmeldesystem bereitgestellt, umfassend
einen Einlaß zur
Verbindung mit einem oder mehreren Sammelrohren, eine Saugeinrichtung zum
Einsaugen von zu messender Luft durch den Einlaß, einen Rauchmelder mit einer
Detektorkammer zur Aufnahme von zu messender Luft, die über eine
Durchflußregeleinrichtung
aus einem Auslaß der
Saugeinrichtung ausgeblasen wird, einen Auslaß aus der Detektorkammer, der
mit dem Einlaß verbunden
ist, wobei die Durchflußregeleinrichtung
es erlaubt, einen kleinen Anteil des Auslaßstroms aus der Saugeinrichtung
für Nachweiszwecke
durch die Detektorkammer zu saugen, wobei im wesentlichen der gesamte
Strom der zu messenden Luft, die durch den Einlaß aus dem oder den Sammelrohren
eingesaugt wird, als Abluft aus dem Auslaß der Saugeinrichtung ausgeblasen
wird, sowie gegebenenfalls Filtereinrichtungen zum Filtern desjenigen
Teils des Stroms der zu messenden Luft, der in die Detektorkammer
gesaugt wird.
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Daher
führt die
oben definierte Anordnung der Komponenten gemäß der Erfindung, wie noch ausführlicher
erläutert
wird, zu einem wesentlichen Druckabfall über das Sammelrohr-Netzwerk,
der zu einem wesentlichen Strom von zu messender Luft über das
oder die Sammelrohre führt
und der durch die Gegenwart des Filters, falls vorhanden, und der Detektorkammer
im wesentlichen nicht beeinflußt wird.
Dem steht ein entsprechend großer
Druckabfall über
das Filter und die Detektorkammer gegenüber, der Vorteile mit sich
bringt, die weiter unten diskutiert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liefert das Filter eine Grobfilterstufe, um Staubteilchen
aus dem Strom der zu messenden Luft zu entfernen, und eine Feinfilterstufe,
um einen Strom von im wesentlichen sauberer Luft zu erhalten, der
in die Detektorkammer geleitet wird, um eine Verschmutzung kritischer
Komponenten innerhalb der Kammer, die mit großer Wahrscheinlichkeit die
Empfindlichkeit des Detektors reduzieren würde, zu verhindern.
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Die
Durchflußregeleinrichtung
kann eine Öffnung
am Einlaß zum
Filter und/oder am Auslaß aus dem
Filter und/oder am Einlaß zur
Detektorkammer umfassen.
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Vorzugsweise
ist das Filter mit einer austauschbaren Filterpatrone versehen.
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Wenn
das System auch die Gegenwart bestimmter Gase nachweisen muß, können hinter
dem Filter mit Vorteil ein oder mehrere Gassensoren eingebaut werden,
um die Gegenwart solcher Gase innerhalb des Stroms der sauberen
Luft zu registrieren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann von einem zweiten Sauggebläse unabhängig von dem Strom der zu messenden
Luft ein Strom von feingefilterter sauberer Luft erzeugt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Detektor ein optischer Detektor und vorteilhafterweise
ein Detektor des Typs, der durch Nachweis von optischer Streuung
in Gegenwart von Rauchteilchen arbeitet. In diesem Fall wird die
feingefilterte saubere Luft an solchen Stellen in die Detektorkammer
eingeleitet, daß eine
Verschmutzung der Lichtquelle und/oder eines Streulichtdetektors und/oder
eines Lichtabsorbers verhindert wird, wobei die feingefilterte saubere
Luft mit einer ausreichenden Geschwindigkeit in die Kammer eingeleitet wird, um
zu verhindern, daß sich
Teilchen von Rauch oder anderer Schmutzstoffe auf den Komponenten
absetzen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine austauschbare Filterpatrone
für das oben
definierte Filter bereitgestellt, wobei die Patrone eine Grobfilterstufe,
in der gröbere
Teilchen von Staub und anderer Schmutzstoffe entfernt werden, einen
Auslaß,
der aus der Grobfilterstufe herausführt, für grobgefilterte Luft für Meßzwecke,
eine Feinfilterstufe zur Aufnahme eines Teils des in der Grobfilterstufe
gefilterten Luftstroms zum Feinfiltern dieses Teils, so daß ein Strom
von im wesentlichen sauberer Luft entsteht, sowie einen Auslaß für den Strom
von sauberer Luft umfaßt.
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Vorzugsweise
ist die Grobfilterstufe so gestaltet, daß sie Staub und andere Teilchen
mit einer Größe von über ungefähr 20 μm entfernt,
und vorzugsweise arbeitet die Feinfilterstufe so, daß im wesentlichen
alle Teilchen oberhalb ungefähr
0,3 μm entfernt
werden. Die Grobfilterstufe kann ein Filtermedium beinhalten, das
durch einen offenzelligen Schaumstoff gebildet wird, und die Feinfilterstufe kann
ein Filtermedium umfassen, das durch ein ultrafeines Filtertuch
oder Filterpapier gebildet wird.
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Ein
Rauchmelder, bei dem die Einleitung sauberer Luft in die Nachweiskammer
vorgesehen ist, um die Verschmutzung kritischer Teile des Detektors
zu verhindern, ist zwar ein besonders bevorzugtes Merkmal des Meldesystems
gemäß der oben
definierten Erfindung, doch kann ein solcher Rauchmelder auch mit
Vorteil in herkömmliche
Meldesysteme eingebaut werden.
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Entsprechend
wird gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ein Rauchmelder bereitgestellt, umfassend
eine Detektorkammer, einen Einlaß zur Einleitung eines zu messenden
Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer,
Einrichtungen innerhalb der Kammer zum Nachweis der Gegenwart von Rauchteilchen
innerhalb des Luftstroms sowie Einrichtungen zur Einleitung von
sauberer Luft, die im wesentlichen frei von Rauch und anderen Teilchen
ist, in die Kammer, um eine Verschmutzung von Komponenten der Detektoreinrichtung
durch Absetzen von Rauchteilchen und anderen Teilchen zu verhindern.
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Vorzugsweise
ist der Rauchmelder ein optischer Detektor, mit Vorteil des Typs,
der durch Nachweis von optischer Streuung in Gegenwart von Rauchteilchen
in dem zu messenden Luftstrom arbeitet. In diesem Fall wird die
saubere Luft an solchen Stellen in die Detektorkammer eingeleitet,
daß eine
Verschmutzung der Lichtquelle und/oder eines Streulichtdetektors
und/oder eines Lichtabsorbers verhindert wird.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das schematisch den pneumatischen Kreislauf eines
Meldesystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch eine Filterpatrone des Systems;
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3 ist
eine detailliertere Querschnittsansicht der Filterpatrone; und
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4 ist
ein schematischer Querschnitt durch die Detektorkammer einer bevorzugten
Form des in das System eingebauten Rauchmelders.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfaßt
ein Meldesystem ein oder mehrere Sammelrohre 2, die mit
einem gemeinsamen Einlaßsammeltopf 4 verbunden
sind. Das oder die Sammelrohre 2 befinden sich innerhalb
einer durch das Meldesy stem zu überwachenden
Zone und sind im Einklang mit bekannter Praxis an ausgewählten Stellen
entlang der Länge
des Rohrs mit Sammellöchern
versehen. Wenn mehr als ein Sammelrohr in den Einlaßsammeltopf 4 mündet, wie
es normalerweise der Fall ist, sind die Rohre 2 mit einer
Umsteuerschieberanordnung verbunden, wie weiter unten diskutiert
wird. Der Einlaßsammeltopf 4 ist
mit der Einsaugöffnung
eines Ventilators oder anderen Sauggebläses 6 verbunden, welches
bewirkt, daß Luft
durch die Rohre 2 und in den Einlaßsammeltopf 4 gesaugt
wird. Mit Ausnahme eines sehr kleinen Anteils des Gesamtluftstroms
durch das Sauggebläse 6,
der für
Meßzwecke
verwendet wird, wie weiter unten beschrieben wird, wird der Auslaß aus dem
Sauggebläse über eine
Abluftleitung 8 entweder direkt in die Atmosphäre oder
in ein Abluftrohr ausgeblasen. Nur als Beispiel können weniger
als ungefähr
2% des vom Sauggebläse
durch die Sammelrohre 2 und den Einlaßsammeltopf 4 gesaugten
Luftstroms für
Meßzwecke
verwendet werden, wobei wenigstens 98% über die Abluftleitung 8 direkt
in die Atmosphäre
ausgeblasen werden, und infolgedessen steht der sehr erhebliche
Druckabfall, der zwischen der Einsaugöffnung und dem Auslaß des Sauggebläses 6 auftritt, zur
Verfügung,
um Luft durch das Sammelrohr-Netzwerk zu saugen.
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Der
für Meßzwecke
verwendete Anteil des Stroms fließt über ein Filter 10 in
den Einlaß 12a einer
Detektorkammer eines Rauchmelders 12, wobei der Stromauslaß 12b aus
der Detektorkammer mit dem Einlaßsammeltopf 4 verbunden
ist, so daß der Unterdruck
innerhalb des Einlaßsammeltopfs 4 bewirkt,
daß der
zu messende Strom durch das Filter 10 und den Detektor 12 eingesaugt
wird. Der Anteil am Gesamtluftstrom (der durch das Sauggebläse 6 erzeugt
wird), der durch das Filter und den Detektor 12 eingesaugt
wird, wird durch eine Durchflußregelöffnung 14 zwischen
dem Auslaß des
Sauggebläses 6 hinter
der Verbindung mit der Abluftleitung und dem Einlaß des Filters 10 bestimmt;
alternativ dazu können
Durchflußregelöffnungen
auch an den Auslaß aus
dem Filter (10) oder Einlaß in die Kammer des Detektors 12 gesetzt
werden.
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Man
wird sich darüber
im klaren sein, daß der
hohe Druckabfall über
das Sauggebläse 6 bei
der soeben beschriebenen Anordnung auch zu einem großen verfügbaren Druckabfall über das
Filter 10 und den Rauchmelder 12 führt, da
der Auslaß eine Verbindung
zurück
in den Einlaßsammeltopf 4 aufweist.
Dieser große
Druckabfall ist insofern bedeutsam, als er zu mehreren Systemvorteilen
führt,
die nun diskutiert werden. Erstens erlaubt er, daß das Filter
in dem zu messenden Strom in Serie mit dem Detektor geschaltet wird,
ohne den Gesamtluftstrom zu reduzieren, der durch das System gesaugt
werden kann. Er erlaubt außerdem,
daß die
Filterung in zwei (oder mehr) Stufen erfolgt, was aus Gründen, die weiter
unten diskutiert werden, wünschenswert
ist. Der große
Druckabfall über
das Sauggebläse
selbst führt
zu einer Verbesserung des Gesamtluftstroms durch die Sammelrohre,
da das Filter und der Detektor nicht in Serie mit dem Sammelrohr-Netzwerk geschaltet
sind und der Druckabfall daher zur Verfügung steht, um Luft durch die
Rohre zu saugen. Der verbesserte Luftstrom transportiert die Luft
auch schneller zum Detektor, was die Ansprechzeit auf Rauch in der
zu messenden Luft vom weit entfernten Ende der Rohre reduziert.
Er führt
außerdem
zu einer geringeren Variation des Stroms, die aus einer Variation
der Umgebungsbedingungen und aus unterschiedlichen Konfigurationen
des Rohrsystems resultiert.
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Obwohl
der Gesamtluftstrom durch das System innerhalb eines gegebenen Systems
von Faktoren wie der Zahl der Sammelrohre, der Länge des Sammelrohr-Netzwerks
und der Zahl der Sammelpunkte im gesamten Netzwerk abhängt, verändern Variationen
des Gesamtluftstroms, die auf diese Faktoren zurückgehen, bei der oben beschriebenen
Konfiguration die Menge der zu messenden Luft, die über die
Durchflußregelöffnung 14 durch
das Filter 10 und den Rauchmelder 12 gesaugt wird,
nicht wesentlich. Entsprechend ist die Menge der zu messenden Luft, die
durch den Rauchmelder 12 strömt, unabhängig von der tatsächlichen
Art und Weise, in der das Sammelrohrsystem aufgebaut ist, relativ
konstant, und dies ist ein weiterer Faktor, der die Konsistenz der zu erhaltenden
Empfindlichkeit zwischen verschiedenen Anlagen ermöglicht.
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Wie
bereits diskutiert, sind die Rohre, wenn mehr als ein Sammelrohr 2 in
den Einlaßsammeltopf 4 mündet, wie
es gewöhnlich
der Fall ist, mit einer Umsteuerschieberanordnung verbunden. Eine
Form der Umsteuerschieberanordnung umfaßt einen entsprechenden Schieber
zwischen jedem Sammelrohr 2 und dem Einlaßsammeltopf 4.
Unter normalen Bedingungen sind alle Schieber offen, so daß zu messende
Luft gleichzeitig durch alle Sammelrohre in den Einlaßsammeltopf 4 gesogen
wird. Wenn der Detektor 12 Rauch nachweist, werden die
Schieber einzeln oder in Gruppen nacheinander geschlossen und geöffnet, um
zu identifizieren, welche der Sammelrohre den Luftstrom geliefert
haben, der den nachgewiesenen Rauch enthielt. Eine derartige Steuerung
der Schieber kann durch das Steuerprogramm des Systems leicht durchgeführt werden.
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Obwohl
innerhalb des weiten Umfangs der Erfindung jede geeignete Form von
Rauchmelder mit geeigneter Empfindlichkeit verwendet werden kann, wird
vorzugsweise ein Detektor des optischen Typs verwendet, insbesondere
ein Detektor mit optischer Streuung, der bei vertretbaren Kosten
eine gute Empfindlichkeit zu liefern vermag. Detektoren mit optischer
Streuung, die an sich bekannt sind, arbeiten nach dem Prinzip, daß Rauchteilchen
oder andere in der Luft befindliche Schmutzstoffe geringer Größe beim
Einleiten in eine Detektorkammer, die einen Lichtstrahl hoher Intensität aufweist,
eine Lichtstreuung verursachen. Das gestreute Licht wird von einem Streulichtdetektor
registriert. Je größer die
Menge der Rauchteilchen innerhalb der in die Detektorkammer eingeleiteten
Probe, desto größer wird
das Ausmaß der
Lichtstreuung sein. Der Streuungsdetektor weist die Menge des gestreuten
Lichts nach und ist daher in der Lage, ein Ausgabesignal zu erzeugen, das
die Menge der Rauchteilchen oder der anderen Teilchen innerhalb
des Meßstroms
anzeigt. Es ist anzumerken, daß in
dem hier beschriebenen System zwar der Meß strom durch die Detektorkammer
nur einen kleinen Prozentsatz des Gesamtluftstroms durch die Sammelrohre
ausmacht, daß jedoch
statistisch gesehen der Anteil der Rauchteilchen innerhalb des zu
messenden Luftstroms derselbe sein wird wie innerhalb des Gesamtluftstroms,
und damit wird die Genauigkeit nicht beeinträchtigt.
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Der
Filter 10 wird vor dem Einlaß 12a zum Rauchmelder 12 in
den Strom der zu messenden Luft eingebaut, um die meisten Staubteilchen
und anderen Schmutzstoffe, aber keine Rauchteilchen aus dem Strom
der zu messenden Luft zu entfernen, und für diese Funktion entfernt das
Filter 10 aus dem Strom der zu messenden Luft Teilchen
mit einer Größe von mehr
als ungefähr
20 μm. Das
Filter 10 entfernt entsprechend die meisten Schmutzstoffe
aus dem Strom der zu messenden Luft und ermöglicht damit eine erhöhte Empfindlichkeit
gegenüber
der Gegenwart der kleineren Rauchteilchen, und, wie oben erwähnt, führt die
Gegenwart des Filters 10 zu keiner Reduktion des Gesamtluftstroms
durch das System. Außerdem
ist zu bemerken, daß ein
Filter mit relativ geringer Kapazität verwendet werden kann, da
nur das kleine Volumen des Stroms der zu messenden Luft gefiltert
zu werden braucht.
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Wie
bereits erläutert,
tritt ein erheblicher Druckabfall zwischen dem Einlaß zum Filter 10 und dem
Stromauslaß 12b aus
dem Rauchmelder 12 auf, der in den Einlaßsammeltopf 4 führt. Wegen
dieses erheblichen Druckabfalls kann das Filter 10 mehrstufig
sein, so daß man
eine erste Filterstufe erhält,
in der der Staub und andere Teilchen von über ungefähr 20 μm aus dem
Strom der zu messenden Luft entfernt werden, wie es soeben diskutiert
wurde, sowie wenigstens eine zweite Stufe erhält, bei der es sich um eine
Feinfilterstufe handelt, in der ein kleiner Anteil des Stroms durch
das Filter 10, zum Beispiel 10 bis 20% des Stroms, weiter
gefiltert wird, so daß ein "sauberer" Luftstrom entsteht,
der im wesentlichen frei von Rauchteilchen und ande ren Schmutzstoffen ist
und der verwendet wird, um die optische Empfindlichkeit des Rauchmelders
aufrechtzuerhalten.
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Bei
einem Rauchmelder, der nach dem Prinzip der optischen Streuung arbeitet,
können
sich in der zu messenden Luft vorhandene Rauchteilchen und kleine
Staubteilchen mit der Zeit auf kritischen Teilen des optischen Systems,
wie der Oberfläche des
Streulichtdetektors und anderen optischen Komponenten des Systems,
absetzen und diese verschmutzen, so daß die Empfindlichkeit des Systems reduziert
wird. Eine Verschmutzung dieser Art tritt auch bei anderen Rauchmeldertypen
auf. In dem System der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
jedoch die in der Feinfilterstufe erzeugte saubere Luft an ausgewählten Stellen
in die Detektorkammer eingeleitet, um die Ansammlung von Rauchteilchen
oder anderen kleinen Teilchen an kritischen Teilen des Detektors
zu verhindern. Dies wird weiter unten noch ausführlicher beschrieben. Ein geeignetes
Filter zur Erzeugung des gefilterten Stroms der zu messenden Luft
und des sauberen Luftstroms werden nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, umfaßt das Filter 10 eine
Filterpatrone 20, die entnehmbar in einem externen Träger (in 1 schematisch
gezeigt) montiert ist, der einen Einlaß für den Strom der zu messenden
Luft und getrennte Auslässe 22a bzw. 22b für den staubgefilterten
Strom der zu messenden Luft und für einen Strom ultragefilterter
sauberer Luft aufweist. Die Filterpatrone 20 weist einen
Filter 24 für die
erste Stufe auf, um die gröberen
Teilchen von Staub und anderen Schmutzstoffen zu entfernen. Die erste
Stufe 24 kann aus einem offenzelligen Schaumstoff 25 bestehen,
zum Beispiel einem offenzelligen Polyurethanschaum, obwohl auch
jedes andere geeignete Filtermaterial verwendet werden könnte. Der Strom
der zu messenden Luft wird durch den Einlaß 26, der mit dem
Einlaß in
das externe Gehäuse 22 in Verbindung
steht, in die erste Stufe 24 der Filterpatrone eingesaugt.
Der größte Teil
des Stroms wird über einen
Auslaß der
ersten Stufe, 28, der mit dem Auslaß 22a im externen
Träger 22 in
Verbindung steht, aus der Filterpatrone 20 abgezogen, und
es ist dieser Strom, der den Strom der zu messenden Luft bildet, der
durch die Detektorkammer des Detektors 12 tritt. Ein Filter 30 der
zweiten oder feinen Stufe ist innerhalb der Filterpatrone in Serie
mit der Grobfilterstufe 24 definiert. Die Feinfilterstufe 30 umfaßt ein geeignetes
Feinfilter mit einem Auslaß 34 für saubere
gefilterte Luft, das mit dem Auslaß 22b im externen
Träger 22 in
Verbindung steht. Eine Leitung für
saubere gefilterte Luft führt
an ausgewählten
Stellen vom Auslaß 22b in
die Detektorkammer 12, um eine Verschmutzung zu verhindern,
wie es oben diskutiert wurde. Entsprechend wird ein Teil der eintretenden zu
messenden Luft, die über
den Einlaß 26 in
die Filterpatrone 20 gesogen wird, in das Feinfilter 30 gesogen,
nachdem sie durch das Grobfilter 25 getreten ist, und dann
wird sie durch den Auslaß 34 für saubere
Luft ausgeblasen. Man wird sich daher darüber im klaren sein, daß die eintretende
zu messende Luft im Filter in zwei Ströme aufgeteilt wird, wobei der
Hauptstrom der grobgefilterte Strom ist, der im Detektor als Strom
der zu messenden Luft verwendet wird, und der kleinere Strom der
feingefilterte saubere Strom ist, der im Detektor verwendet wird,
um eine Verschmutzung zu verhindern. Offensichtlich gibt es, da der
Druckabfall oder der Strömungswiderstand über die
Feinfilterstufe 30 größer sein
wird als der über
die Grobfilterstufe 24, eine inhärente Neigung, daß der größte Teil
des Stroms aus dem Auslaß 28 der
ersten Stufe gesogen wird. Die relativen Ströme können jedoch über die
Größe der Öffnung der
Ausgänge 28, 34 oder 22a, 22b gesteuert
werden, und zu diesem Zweck können Öffnungsplatten
mit Öffnungen
unterschiedlicher Größe in die
Auslässe
eingesetzt werden, um das System "abzustimmen".
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In
der besonderen gezeigten Form besteht die Feinfilterstufe 30 aus
einem perforierten Spulenkern 40, der mit ultrafeinem Filtertuch
oder -papier 42 umwickelt ist. Der Auslaß 34 der
Feinfilterstufe führt aus
dem Inneren des Spulenkerns 40 heraus, so daß die in
der Feinfilterstufe 30 zu filternde Luft aus der Grobfilterstufe 24,
die außerhalb
des Spulenkerns 40 liegt, durch das Filtertuch oder Filterpapier 42 um
den Spulenkern 40 herum und in das Innere des Spulenkerns 40 gesogen
wird, um sie anschließend
auszublasen. Man sollte sich jedoch darüber im klaren sein, daß alternativ
dazu auch andere geeignete Formen eines Feinfilters verwendet werden
können.
In einer bevorzugten Form der Erfindung dient die Feinfilterstufe 30 dazu,
im wesentlichen 99,9% der Teilchen von über 0,3 μm zu entfernen.
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2 zeigt
die Patrone 20 etwas schematisch, und 3 zeigt
die Patrone detaillierter; in 3 wurde
das Filtertuch oder -papier 40 wegen der Übersichtlichkeit
der Darstellung weggelassen.
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Die
Filterpatrone 20 ist austauschbar, und das System enthält vorzugsweise
Einrichtungen, um anzuzeigen, wann die Patrone 20 ausgewechselt werden
muß. Vorzugsweise
ist die Patrone 20 mit einer oder mehreren Schrauben auf
dem externen Träger 22 festgeklammert,
und der Einlaß 26 und
die Auslässe 28, 34 der
Patrone 20 umfassen komprimierbare Dichtungen, zum Beispiel
in Form von Schaumstoffringen, die innerhalb des Einlasses und der
Auslässe
des externen Trägers 22 abdichten.
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Wie
bereits erläutert,
arbeitet der Rauchmelder
12 vorzugsweise nach dem Prinzip
der optischen Streuung innerhalb der Detektorkammer. Die Lichtquelle
innerhalb der Kammer kann entweder eine Breitbandquelle oder eine
Schmalbandquelle sein. Beispiele für Breitbandquellen sind Glühlampen,
Bogenlampen und Xenonblitzlampen. Ein Detektor mit einer Xenonblitzlampe
ist zum Beispiel in der
Australischen
Patentschrift 577538 (
AU-B-31843/84 ) offenbart. Beispiele für Schmalband-Lichtquellen
sind filtriertes Breitbandlicht, LEDs und Laser. Eine besonders
bevorzugte Detektorform, die eine Laserlichtquelle verwendet, wird
unter Bezugnahme auf
4 beschrieben.
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Wie
in 4 gezeigt, umfaßt der Detektor 12 eine
Detektorkammer 60 in Röhrenform,
der an einem Ende eine Lichtquelle in Form einer Laserdiode 62 und
eine Linse 64 aufweist, um in der Kammer 60 axial
einen fokussierten Lichtstrahl 66 zu erzeugen. Der Strahl 66 wird
in einen Lichtabsorber 68 am anderen Ende der Kammer gerichtet.
Der Lichtstrahl, der in den Absorber 68 eintritt, wird
innerhalb des Absorbers 68 mehrfach reflektiert, so daß er absorbiert wird
und nicht wieder in die Kammer 60 eintritt. Der Einlaß und der
Auslaß 12a, 12b für den zu
messenden Luftstrom leiten den zu messenden Luftstrom schräg durch
die Kammer 60 und an einer Stelle direkt neben dem Absorber 68 durch
den Weg des Strahls 66. Ein Photodetektor 70 zur
Aufnahme von Streulicht ist innerhalb eines Gehäuses 72 neben dem
Absorber 68 montiert, wobei das Gehäuse eine Eingangsöffnung 73 hat.
Eine Gruppe von Kollimatorscheiben 74 wird verwendet, um
aus der Hauptachse heraustretendes Störlicht zu reduzieren. Einlässe, durch
die saubere Luft aus der Feinfilterstufe 30 in die Kammer 60 geleitet
wird, sind bei 80, 82, 84 gezeigt. Saubere
Luft, die durch den Einlaß 80 in
die Zone der Kammer 60 zwischen der zweiten und dritten
Kollimatorscheibe 74 eintritt, dient dazu, die zu messende
Luft vom Laser-Linsen-System 62, 64 wegzulenken.
Saubere Luft aus dem Einlaß 82 tritt
in das Detektorgehäuse 72 ein
und strömt
durch die Austrittsöffnung 73 aus
dem Gehäuse 72 heraus
und verhindert dadurch, daß die
zu messende Luft in das Gehäuse 72 eintritt
und damit den Streulicht detektor 70 verschmutzt. Schließlich leitet
der Einlaß 84 saubere
Luft in den Lichtabsorber 68, um zu verhindern, daß zu messende
Luft in den Absorber eintritt und die optischen Flächen des
Absorbers verschmutzt. Die saubere Luft wird aus der Zone zwischen
den Kollimatorscheiben 74, dem Detektorgehäuse 70 und dem
Lichtabsorber 68 durch das Innere der Kammer 60 in
den Auslaß 12b gesaugt.
Entsprechend wird dadurch eine Verschmutzung der Oberflächen dieser optischen
Geräte
mit Rauch und anderen kleinen Teilchen mit einer entsprechenden
Reduktion der Empfindlichkeit des Systems verhindert. Die relativen Luftströme in die
Einlässe 80, 82, 84 können über eine Öffnung an
jedem Einlaß gesteuert
werden, so daß die
Ströme
der sauberen Luft abgestimmt werden können.
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Obwohl
der Detektor mit nur einem einzigen Photodetektor 70 gezeigt
ist, kann auch mehr als ein Photodetektor eingebaut sein, um Streulicht
aufzunehmen. Die jeweiligen Detektoren können sich an verschiedenen
Stellen innerhalb der Kammer 60 befinden und/oder von verschiedenem
Typ sein.
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Es
ist anzumerken, daß der
Detektor von 4 mit Vorteil auch in herkömmlichen
Meldesystemen verwendet werden kann, um eine verbesserte Empfindlichkeit
des Nachweises zu erhalten, die über
lange Zeit aufrechterhalten wird.
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Obwohl
der Strom der sauberen Luft vorzugsweise durch geeignetes Filtern
des zu messenden Luftstroms erzeugt wird, wäre es auch möglich, einen
unabhängigen
Strom sauberer Luft zu erzeugen, indem man ein getrenntes Sauggebläse oder
einen anderen Ventilator in Verbindung mit geeigneten Filtern verwendete.
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Bei
Meldesystemen, die für
einen sogenannten "Reinraum" oder eine im wesentlichen
staubfreie Umgebung verwendet werden, wäre es möglich, das Filter wegzulassen.
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In
machen Systemen ist nicht nur ein Nachweis von Rauch erforderlich,
um einen Brand oder einen dem Brand vorausgehenden Zustand zu registrieren,
sondern auch der Nachweis der Gegenwart bestimmter Gase, zum Beispiel
Flüssiggas
oder Benzindämpfe,
die ein Leck in einer Kraftstoffquelle anzeigen können, Kohlenmonoxid,
das einen Fehler in einem Brenner oder Ofen anzeigen kann, oder
Zigarettenrauch. Detektoren für
eine Vielzahl von Gasen sind an sich bekannt, und mehrere geeignete
Gasdetektoren werden von Motorola Inc. unter dem Warenzeichen SENSEON
hergestellt. Wenn die Fähigkeit zur
Gasregistrierung für
das System erforderlich ist, können
geeignete Gassensoren in die Leitung für die saubere Luft zwischen
die Feinfilterstufe 30 und den Detektor 12 eingebaut
werden, wie es bei 90 in 1 schematisch
gezeigt ist. Jedes solche Gas, das in dem Luftstrom vorhanden ist,
würde durch
die Grob- und die Feinfilterstufe nicht entfernt, aber da die Gassensoren 90 nur
dem Strom der sauberen Luft ausgesetzt sind, der im wesentlichen
frei von anderen Verunreinigungen ist, kann die effektive Lebensdauer der
Gassensoren erheblich verlängert
werden.
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Es
ist zu betonen, daß die
bevorzugte Ausführungsform
des Systems zwar einen Rauchmelder verwendet, der durch den Nachweis
von Lichtstreuung in Gegenwart von Rauchteilchen arbeitet, daß aber die
Grundprinzipien der Erfindung auch bei anderen Formen von optischen
Rauchmeldern und auch bei Detektoren, die nicht optisch arbeiten,
noch mit Vorteil verwendet werden können. In dieser Hinsicht erlaubt
die Anordnung des Detektors in dem Luftstromkreislauf in der beschriebenen
Weise einen Strom der zu messenden Luft durch die Detektorkammer,
der durch den Aufbau der Sammelrohre und andere Variablen, die das
System beeinflussen, nicht wesentlich verändert wird. Wenn eine Filterung
vorgesehen ist (wie es meistens der Fall sein wird), kann die Filterung
außerdem
verwendet werden, um einen feingefilterten Strom sauberer Luft zu
erhalten, der in die Detektorkammer eingeführt werden kann, um eine Verschmutzung
empfindlicher Teile des Detektors zu verhindern. Dies wird sehr
einfach erreicht, indem man saubere Luft in die Detektorkammer einströmen läßt, und
zwar an den entscheidenden Stellen, die gewährleisten, daß der Strom
der sauberen Luft die Ansammlung von Ablagerungen aus der zu messenden
Luft auf den kritischen Zonen verhindert.
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Die
Ausführungsformen
wurden nur beispielhaft beschrieben, und Modifikationen davon sowie Hinzufügungen innerhalb
des Umfangs der Erfindung sind möglich.