DE2225708A1 - AUTOMATIC FIRE DETECTOR - Google Patents
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Description
.26. Mai 1972.26. May 1972
DIETRICH Lr' m-!8KY PATi? iTAiiV/ALT Mönchen 21-GotthardstF. 81 Telefon 56 17 62DIETRICH Lr 'm - 8KY Pati? iTAiiV / ALT Mönchen 21-GotthardstF. 81 Telephone 56 17 62
CERBERUS AG MännedorfCERBERUS AG Männedorf
Automatischer FeuermelderAutomatic fire alarm
Die Erfindung betrifft einen automatischen Feuermelder mit einer Einrichtung zum Nachweis von Verbrennungsgasen.The invention relates to an automatic fire alarm with a device for detecting combustion gases.
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Automatische Feuermelder benutzen entweder physikalische Veränderungen bei einem Brand, z.B. die Temperatur-Erhöhung oder die von den Flammen ausgesandte Strahlung zur Alarmgabe, oder versuchen, die bei einem Brand entstehenden Verbrennungsprodukte nachzuweisen. So ist es bekannt, den entstehenden Rauch durch optische Absorptions- oder Streulicht-Feuermelder oder die Brandaerosole mittels lonisations-Feuermeldern nachzuweisen. Weitere bekannte Feuermelder benützen die veränderte Leitfähigkeit des Brandgases (Ionenbildung) und den erhöhten Wasserdampfgehalt zur Feuermeldung.Automatic fire alarms use either physical changes in the event of a fire, e.g. the increase in temperature or the radiation emitted by the flames to raise an alarm, or try to detect the products of combustion that arise in the event of a fire. So it is known, the resulting smoke to be detected by optical absorption or scattered light fire alarms or the fire aerosols by means of ionization fire alarms. Other known fire alarms use the changed conductivity of the fire gas (formation of ions) and the increased water vapor content for fire alarm.
Die genannten Einrichtungen sind jedoch mehr öder weniger stör-, anfällig oder lassen sich durch Vorgänge, welche nichts mit einem Brand zu tun haben, auslösen, z.B. optische Feuermelder durch Störlicht, Ionisations-Feuermelder durch Staub, Leitfähigkeitsdetektoren durch eine Ionisierung der Luft aus anderen Gründen. DieHowever, the facilities mentioned are more or less disruptive, vulnerable or can be triggered by processes that have nothing to do with a fire, e.g. optical fire alarms Stray light, ionization fire alarms due to dust, conductivity detectors due to ionization of the air for other reasons. the
Folge dieser Täuschungsmöglichkeiten sind Fehlalarme dieser bekannten Geräte.The consequence of this possibility of deception are false alarms from these known ones Devices.
Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, das bei jedem ungewollten oder beabsichtigten Verbrennungsvorgang entstehende Kohlenmonoxid (CO) zur Feuermeldung heranzuziehen. Eine solche Einrichtung würde besonders täuschungsfrei arbeiten, da CO praktisch ausschliesslich in der Folge eines Verbrennungsvorganges auftritt und daher ein untrügliches Zeichen für einen Brand darstellt. Darüber hinaus ist eine Warnung vor CO wegen, dessen Giftigkeit ohnehin wünschenswert.It has now been suggested that this be the case with any unwanted or the intended combustion process to use carbon monoxide (CO) for fire alarms. Such The device would work particularly without any errors, since CO is practically exclusively the result of a combustion process occurs and is therefore an unmistakable sign of a fire. In addition, a warning against CO is due to whose toxicity is desirable anyway.
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Bisher bekannte CO-Detektoren arbeiten meist auf spektral-photometrischem Wege oder mittels einer chemischen Reaktion und dem Nachweis der Folgeprodukte. Diese Verfahren sind jedoch relativ umständlich und die darnach betriebenen Geräte, nicht über längere Zeiten brauchbar, wie es von einem automatischen Feuermelder verlangt werden muss. Darüber hinaus sind derartige Geräte relativ aufwendig, teuer und erfordern eine laufende Wartung.So far known CO detectors mostly work in a spectrophotometric way or by means of a chemical one Reaction and the detection of the secondary products. However, these methods are relatively cumbersome and the ones operated according to them Devices that cannot be used for long periods of time, as must be required by an automatic fire alarm. Furthermore such devices are relatively complex, expensive and require ongoing maintenance.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines über längere Zeiten täuschungsfrei arbeitenden Feuermelders mit erhöhter Empfindlichkeit. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned and the creation of a fire alarm that works without deception over long periods of time with increased sensitivity.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Nachweis von Verbrennungsgasen eine elektrolytische Zelle mit einer Kathode, einer den Verbrennungsgasen zugänglichen Anode und einem zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyten aufweist, wobei die Anode das in den Verbrennungsgasen enthaltene Kohlenmonoxid unter Abgabe von Elektronen katalytisch zu oxidieren vermag, sowie durch eine mit der Anode und der Kathode verbundenen elektrischen Schaltung zur Stromdetektion und Alarmgabe.The invention is characterized in that the device for detecting combustion gases is an electrolytic cell with a cathode, an anode accessible to the combustion gases and an electrolyte arranged between anode and cathode having, wherein the anode catalytically releases the carbon monoxide contained in the combustion gases with the release of electrons able to oxidize, as well as by an electrical circuit connected to the anode and the cathode for current detection and alarm.
Die Erfindung macht sich die an sich bekannte Erfahrung zunutze, mittels sog. Brennstoffzellen brennbare Flüssigkeiten oder Gase direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung von Wärmekraftmaschinen, in elektrische Energie umzusetzen. In derartigen Brennstoffzellen werden im allgemeinen organische Substanzen wie Formalin,The invention makes use of the experience known per se, using so-called fuel cells, flammable liquids or gases directly, i.e. without the interposition of heat engines, to convert it into electrical energy. In such fuel cells are generally organic substances such as formalin,
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Ameisensäure oder Hydrazin katalytisch, beispielsweise an
einer Platin-Anode, oxidiert. Zwischen dieser Anode und einer
Kathode entsteht dabei eine Potentialdifferenz, welche zur
Energieerzeugung benutzt werden kann. Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, umgekehrt die Energielieferung einer solchen
Brennstoffzelle zur Analyse des Gehaltes von Flüssigkeiten und Gasen an brennbaren Stoffen zu verwenden. Jedoch waren die bekannten
Brennstoffzellen wegen zu aufwendiger Bauweise und geringer selektiver Empfindlichkeit für Kohlenmonoxid als Feuermelder
völlig ungeeignet. Für die weitere Ausbildung der Erfindung war es daher nötig, neue Materialien für die einzelnen
Elemente der Zelle zu finden und die Anordnung und den Aufbau
so zu wählen, dass die Einrichtung eine optimale Empfindlichkeit für Kohlenmonoxid bei möglichst geringem Aufwand und möglichst
langer Lebensdauer aufweist.Formic acid or hydrazine catalytically, for example at
a platinum anode, oxidized. Between this anode and one
Cathode creates a potential difference which leads to the
Energy generation can be used. It has already been proposed, conversely, to use the energy supply of such a fuel cell for analyzing the content of flammable substances in liquids and gases. However, the known fuel cells were completely unsuitable as fire alarms because of their complex construction and low selective sensitivity to carbon monoxide. For the further development of the invention it was therefore necessary to find new materials for the individual elements of the cell and the arrangement and structure
to be chosen so that the device has an optimal sensitivity to carbon monoxide with the least possible effort and the longest possible service life.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The invention is explained with the aid of exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 das Funktionsschema eines Feuermelders mit basischem
Elektrolyten,Fig. 1 shows the functional diagram of a fire alarm with basic
Electrolytes,
Fig. 2 das Funktionsschema eines Feuermelders mit saurem Elektrolyten, 2 shows the functional diagram of a fire alarm with acidic electrolyte,
Fig. 3 den Aufbau der Nachweis-Einrichtung eines Feuermelders.3 shows the structure of the detection device of a fire alarm.
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In der Einrichtung nach Fig. 1 hat die umgebende Luft zu einer Anode 1 Zutritt. An der Kathode 2 bilden sich aus den Sauerstoffmolekülen der Luft bei Lieferung von Elektronen aus dem elektrischen Stromkreis 3 reaktive Sauerstoff-Ionen, welche sich mit dem Wasser des basischen Elektrolyten 4 zu Hydroxyl-Ionen umsetzen. Die Kathode 2 dient also als Hydroxyl-Ionen-Lieferant. Diese Hydroxyl-Ionen wandern zur Anode 1 und reagieren dort bei Anwesenheit eines Katalysators (z.B. Palladium) mit dem in der Luft enthaltenen Kohlenmonoxid zu Kohlensäure und Wasser, wobei Elektronen frei werden» die wiederum an den elektrischen Stromkreis 3 abgegeben werden. Solange Kohlenmonoxid in der Luft enthalten ist, wird in diesem Stromkreis ein Strom aufrecht erhalten, welcher mit dem Detektor 5 nachgewiesen und zur Auslösung eines Alarmsignales in bekannter Weise benützt werden kann.In the device according to FIG. 1, the surrounding air has access to an anode 1. Oxygen molecules are formed at the cathode 2 the air upon delivery of electrons from the electrical circuit 3 reactive oxygen ions, which reacts with the water of the basic electrolyte 4 to form hydroxyl ions realize. The cathode 2 thus serves as a hydroxyl ion supplier. These hydroxyl ions migrate to the anode 1 and react there in the presence of a catalyst (e.g. palladium) with the carbon monoxide contained in the air to form carbonic acid and water, whereby electrons are released »which in turn are transferred to the electrical circuit 3 are output. As long as there is carbon monoxide in the air, it is in this circuit a current is maintained, which is detected with the detector 5 and can be used in a known manner to trigger an alarm signal.
In der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung mit saurem, also Wasserstoff-Ionen enthaltenden Elektrolyten reagiert an der Anode das in der Luft enthaltene CO katalytisch mit dem im Elektrolyten enthaltenen Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff-Ionen unter Abgabe von Elektronen, welche im elektrischen Stromkreis 3 zur Kathode fHessen. Die Wassersto-ff-Ionen werden vom sauren Elektrolyten 4 aufgenommen und reagieren an der Kathode 2 mit dem eindiffudierten Sauerstoff unter Aufnahme von Elektronen aus dem Stromkreis zu Wasser.In the device shown in Fig. 2 with acidic, ie containing hydrogen ions, the electrolyte reacts at the Anode the CO contained in the air catalytically with the water contained in the electrolyte to form carbon dioxide and hydrogen ions giving off electrons, which fHessen in the electrical circuit 3 to the cathode. The hydrogen ions are from Acid electrolyte 4 and react at the cathode 2 with the diffused oxygen, absorbing electrons from the circuit to water.
Fig. 3 zeigt im Schnitt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem aus zwei Teilen 6 und 7 bestehendenFig. 3 shows in section a practical embodiment of the invention. In one consisting of two parts 6 and 7
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Kunststoffgehäuse ist an der offenen Seite eine gasdurchlässige Membran 8, z.B. ein Filter aus gepresster Glaswolle oder eine Glasfritte oder Aehnliches angebracht. Auf deren Aussenseite befindet sich eine Schicht 9 aus Nickelpulver, welches mit einem Edelmetall überzogen ist. Als besonders geeignet haben sich die Metalle der Platingruppe erwiesen. Spez.iell Palladium zeigt eine besondere Fähigkeit zur katalytischen Oxidation des an die Membran 8 gelangenden Kohlenmonoxids. Das Metallpulver ist mit einem Ionenaustauscher und falls nötig mit einem zusätzlichen Bindemittel, z.B. Polystyrol, gemischt. An sich haben Ionenaustauscher verschiedenster Zusammensetzung günstige Resultate ergeben. Als besonders geeignet hat sich der bekannte, unter der Bezeichnung Anionenaustauscher III gehandelte erwiesen, welcher ein copolymeres Styroldivinylbenzol mit quaternären Ammoniumgruppen enthält. Jedoch ist die Erfindung in keiner Weise darauf beschränkt, - da sich andersartige Ionenaustauscher ebenfalls bewährt haben.The plastic housing is gas-permeable on the open side Membrane 8, e.g. a filter made of pressed glass wool or a glass frit or similar attached. On its outside there is a layer 9 made of nickel powder which is coated with a noble metal. As special The metals of the platinum group have proven suitable. Especially palladium shows a special ability to catalytic oxidation of the carbon monoxide reaching the membrane 8. The metal powder is with an ion exchanger and mixed with an additional binder, e.g. polystyrene, if necessary. Ion exchangers have a wide variety of compositions give favorable results. The known anion exchanger has proven to be particularly suitable III, which contains a copolymeric styrene divinylbenzene with quaternary ammonium groups. However that is The invention is in no way restricted to this, since other types of ion exchangers have also proven themselves.
Am Boden des Gehäuses 6 befindet sich eine Elektrode 12, welche auf der Innenseite mit einer Kohlenstoffschicht, z.B. Russ, überzogen ist, auf welche wiederum eine Hydroxyl-Ionen abgebende Substanz 11 aufgetragen ist. Als besonders günstig hat sich ein polymeres Phtalocyanin der Uebergangsmetalle, z.B. der Eisengruppe (Fe, Ni, Co), jedoch auch von Cu, Ag, Au und Hg erwiesen.At the bottom of the housing 6 there is an electrode 12, which is coated on the inside with a carbon layer, for example soot is, to which in turn a hydroxyl ion-releasing substance 11 is applied. One has proven to be particularly cheap polymeric phthalocyanine of the transition metals, e.g. of the iron group (Fe, Ni, Co), but also of Cu, Ag, Au and Hg.
Zwischen den plattenförmig ausgebildeten Elektroden befindet sich ein mit einem Elektrolyt getränkte dünne Filzschicht 10, welche mit einer Kalium-Bicarbonat- oder Caesiumcarbonat-Lösung getränkt ist. Statt Filz kann auch ein anderes, den ElektrolytenA thin layer of felt 10 impregnated with an electrolyte is located between the plate-shaped electrodes. which is soaked with a potassium bicarbonate or cesium carbonate solution. Instead of felt, another one, the electrolyte, can be used
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aufsaugendes, jedoch die Diffusion nur wenig behinderndes Trägermaterial, wie es von elektrolytischen Trockenelementen bekannt ist, verwendet werden. Die Schichtdicke beträgt nur wenige Millimeter, in der Regel weniger als 5 nun. Bei einer solchen plattenförmigen Elektroden-Anordnung und einem derart geringen Elektrodenabstand wird der Innenwiderstand der elektrolytischen Zelle relativ klein und die Diffusion innerhalb des Elektrolyten hinreichend schnell, sodass die Stromausbeute genügend gross wird, um bereits geringste Mengen Verbrennungsgas nachweisen zu können. Die Spannung des Elementes liegt in diesem Fall in der Regel unter 0,1 V.absorbent, but only slightly hindering diffusion Carrier material, as it is known from electrolytic dry elements, can be used. The layer thickness is only a few millimeters, usually less than 5 now. In such a plate-shaped electrode arrangement and such If the electrode spacing is small, the internal resistance of the electrolytic cell is relatively small and the diffusion within the Electrolytes fast enough so that the current yield is large enough to remove even the smallest amounts of combustion gas to be able to prove. In this case, the voltage of the element is usually below 0.1 V.
Zur Herabsetzung der Verdunstungsgeschwindigkeit des Elektrolyten kann diesem ein bestimmter Anteil Glyzerin oder ein ähnlicher Stoff beigemischt werden. Dadurch kann die Lebensdauer und Benützungszeit des Feuermelders erheblich verbessert werden.To reduce the rate of evaporation of the electrolyte, a certain amount of glycerine or something similar can be added Substance can be added. This can significantly improve the service life and usage time of the fire alarm.
Eine weitere Möglichkeit, die Verdunstung herabzusetzen, besteht darin, die Anode so auszuführen, dass die äussere Seite einAnother way to reduce evaporation is to design the anode so that the outer side is one
hydrophobes Bindemittel enthält, das den Austritt des Elektrolyten verhindert, während die Innenseite ein.hydrophiles Bindemittel aufweist, welches die notwendige Benetzung gewährleistet.Contains hydrophobic binder that prevents the electrolyte from escaping prevents, while the inside has a hydrophilic binder, which ensures the necessary wetting.
Die Empfindlichkeit kann noch dadurch gesteigert werden, dassThe sensitivity can be increased by the fact that
die Rückwand 6 des an der Kathode 12 anliegenden Gehäuses lufttn the rear wall 6 of the housing resting on the cathode 12 is aired
^ durchlässig ausgeführt wird. Dadurch kanri der Luftsauerstoff to direkt an die Kathode gelangen, ohne durch den Elektrolyten hindurch diffundieren zu müssen, z.B. kann die Kathode aus sehr fein vorteiltem Silber, sogenanntem Raney-Silber bestehen, welc he si auf einer sauerstoffdurchlässigen Membran aufgebracht ist.^ is made permeable. As a result, the oxygen in the air is released to get directly to the cathode without passing through the electrolyte having to diffuse, e.g. the cathode can be very finely divided silver, so-called Raney silver, welc he si is applied to an oxygen-permeable membrane.
An die Anode ist eine Stromzuführung 13 und an die Kathode eine Stromzuführung 14 zum Anschluss an die elektrische Schaltung zur Stromdetektion und Alarmgabe angeschlossen.A power supply 13 is connected to the anode and a power supply 14 is connected to the cathode for connection to the electrical circuit connected for current detection and alarm signaling.
Es zeigte sich, dass durch Beachtung der beschriebenen Massnahmen ein Feuermelder hergestellt werden kann, welcher bereits einen Kohlenmonoxidgehalt unter 100 ppm sicher nachzuweisen gestattet und welcher durch andere, normalerweise in der Luft auftretende Verunreinigungen nicht zu Fehlalarmen angeregt wurde.It was shown that by observing the measures described a fire alarm can be produced, which can already reliably detect a carbon monoxide content below 100 ppm and which do not cause false alarms due to other contaminants normally found in the air was stimulated.
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Claims (1)
enthält.I- ?. Λιι I oma L i scher fire alarm according to claim 2, characterized in that the electrolyte is potassium bicarbonate
contains.
enthält.13. Automatic fire alarm according to claim 2, characterized in that the electrolyte is cesium carbonate
contains.
ist.15. Automatic fire alarm according to claim 1, characterized in that a porous layer soaked with the electrolyte is attached between the anode and cathode
is.
voneinander angeordnet sind.17. Automatic fire alarm according to claim 1, characterized in that the anode and cathode are plate-shaped and at a distance of less than 5 mm
are arranged from each other.
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