DE2829229A1

DE2829229A1 - Ionisationsrauchdetektor

Info

Publication number: DE2829229A1
Application number: DE19782829229
Authority: DE
Inventors: John J Dobrzanski
Original assignee: Emhart Industries Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1979-03-08
Also published as: IT1113148B; AU3804778A; IT7826360A0; US4171486A; FR2402208A1; SE7807563L; BR7804414A

Description

Ionisationsrauchdetektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisationsrauchdetektor und betrifft insbesondere einen Detektor mit einem Gehäuse und einer Abfühlkammer, die gemeinsam den Strom von festgestelltem Rauch oder Aerosolen, der Teilchenmaterial mit sich führt, kontrollieren.

Ionisationsrauchdetektoren werden benutzt, um das Vorhandensein von Feuer oder unsicheren Rauchzuständen festzustellen, wofür sie einen kleinen Anteil Luft aus der überwachten Umgebung in eine Abfühlkammer einlassen. Konvektionsströme und Luftzug werden im allgemeinen benutzt, um rauchhaltige Luft durch die Abfühlkammer hindurchzubewegen. Die Geschwindigkeit und die Art und Weise, in welcher Luft durch die Kammer strömt, können eine beträchtliche Auswirkung auf die Empfindlichkeit gegenüber Rauch bei unsicheren oder gefährlichen Gehalten haben. Aus diesem Grund sind viele Detektoren, wie sie in den US-PS'en 3 731

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3 908 957 und 3 935 465 beschrieben sind, mit Einrichtungen versehen, die die Art und Weise kontrollieren, in welcher Umgebungsluft in und durch eine Abfühlkammer driftet. Im allgemeinen sind spezielle Ablenkanordnungen vorgesehen, die die Luft kontrollieren und Störungen dämpfen, welche durch Wind und starken Luftzug verursacht werden.

In Ionisationsrauchdetektoren hat Wind oder Luftzug mehrere nachteilige Auswirkungen auf die Empfindlichkeit. Der Detektor arbeitet mit einer radioaktiven Ionisierquelle, die die Luft zwischen zwei elektrisch geladenen Elektroden in der Abfühlkammer ionisiert, so daß ein sehr schwacher Ionisationsstrom selbst unter normalen, rauchfreien Bedingungen fließt. Wenn unsichere Rauchzustände vorherrschen, verringert Teilchenmaterial, das durch den Rauch in die Abfühlkammer gebracht wird, den Ionenfluß und den Strom und die Detektorschaltung, die auf den verringerten Strom anspricht, wird zum Auslösen eines Alarmsignals benutzt. Leider kann ein starker Luftzug oder ein starker Wind, der durch die Kammer hindurchgeht, Ionen schneller aus der Kammer entfernen als sie erzeugt werden, wodurch ebenfalls der Ionisationsstrom verringert wird. Da die Detektorschaltung nicht in der Lage ist, zwischen einem verringerten Strom, der durch Rauch verursacht wird,und einem verringerten Strom, der durch Wind verursacht wird, zu unterscheiden, kann ein Fehlalarmsignal durch den Wind hervorgerufen werden, auch wenn kein unsicherer Zustand herrscht.

Es ist demgemäß Ziel der Erfindung, einen Ionisationsrauchdetektor zu schaffen, der den Luftstrom durch die Abfühlkammer kontrolliert und die Empfindlichkeit gegenüber Rauchzuständen in Gegenwart von Wind oder Luftzug, der in rauchhaltiger Luft vorhanden ist, aufrechterhält und bei allen Arten von Wind- und Luftzugbedingungen die Geschwindigkeit steuert, mit der Luft durch die Abfühlkammer hindurchgeht.

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Die Erfindung schafft einen Ionisationsrauchdetektor mit einem Gehäuse und einer Ionisations- oder Abfühlkammer, die in dem Gehäuse befestigt ist. Eine Wand des Gehäuses hat mehrere Öffnungen, durch die Rauch und anderes Teilchenmaterial zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses hindurchgehen können.

Die Abfühlkammer ist eine belüftete Ionisationskammer, die in dem Gehäuseinnern befestigt und neben den in der Gehäusewand gebildeten Öffnungen angeordnet ist. Die Kammer besteht aus einer inneren Elektrode, einer äußeren Elektrode und einer ionisierenden Quelle, bei welcher es sich im typischen Fall um ein radioaktives Material handelt. Wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, fließt ein Ionisationsstrom, der mit Hilfe von durch die Quelle ionisierter Luft erzeugt wird, durch die Kammer.

Die äußere Elektrode ist neben denoffnungen des Gehäuses angeordnet und hat mehrere Löcher, die sich mit den Öffnungen in dem Gehäuse decken und im wesentlichen sämtliches Teilchenmaterial aufnehmen, das einwärts durch die Öffnungen hindurchgeht.

Ein sich nach außen erweiternder Ablenker oder Deflektor, der mittig zu den Öffnungen angeordnet ist, verhindert, daß rauchhaltige Luft an den Öffnungen vorbeiströmt, und leitet die Luft in die Abfühlkammer. Die Kammer sorgt für eine Ablenkung, durch die die Auswirkungen von Luftzug im Inneren verringert werden, ohne den Strom von rauchhaltiger Luft durch die Kammer bei unsicheren Rauchzuständen zu behindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung ei

nes Ionisationsrauchdetektors nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittansicht des Ionisations-

- . " rauchdetektor von Fig. 1,. die die La

ge der Abfühlkammer innerhalb des Detektorgehäuses zeigt,

Fig. 3 in etwas größerem Maßstab eine Drauf

sicht auf die Abfühlkammer von Fig. 2, und

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht des

Ionisationsrauchdetekors von Fig. 2, die die Abfühlkammer an den öffnungen des Gehäuses zeigt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Ionisationsrauchdetektor nach der Erfindung. Der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Detektor weist ein Gehäuse 12 auf, in welchem die Abfühl- und elektrischen Elemente des Detektors eingeschlossen sind und welches zum Befestigen des Detektors an einer Wand, einer Decke oder dgl. in der Umgebung befestigbar ist, wo Rauch und andere Aerosole festgestellt werden sollen. Das zweiteilig ausgebildete Gehäuse hat ein Befestigungsunterteil 14 und einen lösbar an demselben befestigten Deckel 16. Das Unterteil und der Deckel können beispielsweise zusammenpassende Lappen und Nuten haben, die einen DrehverSchluß bilden, der das Unterteil und den Deckel zusammenhalt, wenn der Deckel auf das Unterteil aufgesetzt und etwas gedreht wird.

Die untere Seitenwand 20 des Unterteils 14 ist gemäß Fig. 2 vom Boden des insgesamt zylindrischen Gehäuses aus konisch nach außen zulaufend ausgebildet und hat mehrere umfangsmäßig

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angeordnete Belüftungsöffnungen 18, die Rauch und Teilchenmaterial, welche von der Luft mitgeführt werden, gestatten, in das Innere des Gehäuses und aus dem Gehäuse hinauszudriften. Die konisch zulaufende Seitenwand gewährleistet, daß Rauch,« der über eine Fläche hinweggeht, an welcher der Detektor montiert ist, in der Nähe des Gehäuses aufgefangen und durch die öffnungen 18 nach innen geleitet wird. Der Hauptteil des Deckels 16 hat gemäß Fig. 2 eine insgesamt konkave Fläche 24 an seiner Außenseite, die Rauch zu mehreren gekrümmten öffnungen 26 leitet, welche in einem Kreis in der Mitte angeordnet sind. Rauch, der sich dem Detektor von irgendeiner Seite nähert, wird deshalb zu öffnungen geleitet, die ihn in das Innere des Gehäuses 12 leiten.

Eine belüftete Abfühlkammer 30 ist innerhalb des Gehäuses und im wesentlichen so angeordnet, daß sie die zentralen öffnungen 26 abdeckt. Die Kammer ist auf einer Platte oder Druckschaltungsplatte 32 befestigt, die die Detektor- und Alarmschaltung enthält, welche einen Rauchalarmmelder, beispielsweise eine Hupe 34, mit Strom versorgt. Ein Schutzgitter 40 ist in dem Deckel 16 angeordnet oder in dem Deckel ist ein integrales Gitter direkt oberhalb der Hupe 34 gebildet, um eine Dämpfung des durch die Hupe ausgesandten Schalls zu verhindern. Der dargestellte Detektor 10 enthält seine eigene Stromquelle in Form einer Batterie 38, die in einem Batteriehalter 36 gehaltert ist, welcher an dem Unterteil 14 angeformt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Gehäuse aus gepreßtem oder gespritztem Kunststoff, der den darin gehalterten Teilen Schutz bietet und dem Detektor eine gefällige äußere Erscheinung gibt. Eine ausführlichere Darstellung und Beschreibung eines Ionisationsrauchdetektors dieser Art und seines Betriebes findet sich in der US-PS 3 934 145.

Gemäß der Erfindung ist der Detektor 10 so ausgelegt, daß

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er die Geschwindigkeit steuert, mit welcher Rauch und anderes Teilchenmaterial von außerhalb des Gehäuses in das Innere und durch die belüftete Abfühlkammer 30 gehen. Die Steuerung wird hauptsächlich durch das Zusammenwirken'zwischen dem Gehäuse 12 und der Abfühlkammer 30 erzielt.

Gemäß Fig. 4 sind die zentralen öffnungen 26 des Deckels 16 um einen Stopfen 46 herum verteilt, der mittig in dem Deckel angeordnet ist, und sie bilden mehrere Durchlässe, welche jeweils eine insgesamt bogenförmige Gestalt haben, wie es Fig. 1 deutlich zeigt. In der Mitte des Deckels 16 und der Anordnung aus gekrümmten Durchlässen ist außerhalb des Gehäuses ein sich nach außen erweiternder Ablenker 50 angebracht,der Rauch, welcher die konkave Fläche 24 des Deckels entlangtreibt, auffängt und durch eine oder mehrere Durchlässe leitet, die um den Umfang des Ablenkers und Stopfens herum angeordnet sind. Wenn der Rauch durch einen starken Luftzug oder Wind über den Deckel 16 getrieben wird, ragt somit der sich nach außen erweiternde Ablenker 50 in den Weg des Rauches und leitet in Zusammenwirkung mit der konkaven Fläche 24 den Rauch in das Innere des Gehäuses. Da der Ablenker und das Gehäuse symmetrisch um eine zentrale Achse, die durch den Detektor von dem Unterteil zu dem Deckel geht, ausgebildet sind, ist die Empfindlichkeit des Detektors in jeder Richtung gleich.

Die Abfühlkammer 30 ist so ausgelegt, daß sie mit den Umfangsdurchlässen zusammenwirkt, und sie enthält eine zylindrische äußere Elektrode 56, die auf der Schaltungsplatte 32 befestigt ist, eine innere Elektrode 58, die ebenfalls auf der Schaltungsplatte befestigt ist, und eine ionisierende Quelle 60, die aus einem radioaktiven Material besteht und auf der Schaltungsplatte mit Hilfe eines Sockels 62 befestigt ist. Bei Bedarf kann ein isoliertes Distanzstück 64 zwischen dem Sockel und der inneren Elektrode 58 angeordnet sein, so daß die Quelle 60 mittig innerhalb der Elektrode und ungefähr in derselben Ebene wie die emittierende Fläche der Elektrode und gegenüber dieser elektrisch

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isoliert gehaltert ist.

Im Betrieb wird eine Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 56 und 58 gebildet. Die Quelle 60 ionisiert Luft und Teilchen in dem elektrostatischen Feld zwischen den Elektroden, so daß ein Ionisationsstrom durch das Feld fließt. Wenn Rauchteilchen in den offenen Innenraum der Kammer zwischen den beiden Elektroden eindringen, behindern sie den Strom von Ionen und verringern den Ionisationsstrom. Solche Verringerungen werden benutzt, um die Detektorschaltung auszulösen und den akustischen Alarmgeber 34 ertönen zu lassen. Es ist demgemäß erwünscht, den Strom von Rauch außerhalb des Detektors nach innen durch die ümfangsdurchlässe der öffnungen 26 oder durch die öffnungen 18 und in das elektrostatische Feld zu leiten, das zwischen den Elektroden 56 und 58 aufgebaut ist. Da die Elektroden, die die Abfühlkammer bilden, eine Kreis- und Zylinderform haben und koaxial zueinander angeordnet sind, ist es vorzuziehen, den Rauch zum Zentrum der Kammer, hin abzulenken, wo die Quelle 60 die Ionisation und den Hauptionenfluß erzeugt.

Zu diesem Zweck hat die zylindrische äußere Elektrode 56 eine Mantelkonfiguration mit einer zylindrischen Seitenwand 68 und einem kreisförmigen Ende oder Dach 70, das durch die Seitenwand abgestützt und in der Nähe der bogenförmigen öffnungen des Gehäuses parallel zu der inneren Elektrode 58 angeordnet ist. Gemäß den Fig. 3 und 4 sind die Seitenwand und das Dach der äußeren Elektrode 56 so durchlöchert oder abgeschnitten, daß vier bogenförmige Belüftungslöcher oder Schlitze 72 gebildet sind. Vorzugsweise besteht die äußere Elektrode 56 aus Metallblech und die Belüftungslöcher sind mit Einfassungsteilen 80 versehen, die an den Innenrändern der Löcher von dem Dach 70 aus axial nach innen in die Kammer ragen. Weiter ist die Kammer 30 so auf der Schaltungsplatte 32 befestigt, daß sich die vier bogenförmigen Löcher mit den vier Umfangsdurchlässen decken, die durch die öffnungen 26 in dem Deckel 20 gebildet sind.

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Infolgedessen gehen der gesamte Rauch und das gesamte Teilchenmaterial, die durch die Durchlässe in dem Deckel hindurchgehen, in Richtung zu oder aus dem Inneren der Abfühlkammer auch durch die äußere Elektrode 56 hindurch und beeinflussen den Ionisationsstrom in der Kammer. Die Einfassungsteile und die innere Elektrode 58 dienen als Leitbleche, die einen zu starken Luftzug daran hindern, im Innern der Abfühlkammer eine zu große Luftgeschwindigkeit zu erzeugen, und gewährleisten, daß der Rauch wegen des gewundenen Weges, den er zurücklegen muß, kurz innerhalb der Kammer bleibt. Darüber hinaus kann ein Luftzug, der keinen Rauch oder kein Teilchenmaterial enthält, nicht Ionen schnell aus der Kammer abführen und einen falschen Rauchalarm durch Verringern des Ionisationsstroms erzeugen.

Die äußere Elektrode 56 ist mit Abstand oberhalb der Schaltungsplatte 32 so abgestützt, daß der untere Rand der zylindrischen Wand 68 eine ringförmige Belüftungsöffnung begrenzt, über die Rauch in die Kammer eindringen oder die Kammer verlassen kann. Somit kann gemäß Fig. 4 rauchhaltige Luft das Innere des Gehäuses über die öffnungen 26 in dem Deckel 20 erreichen, abwärts durch die bogenförmigen Löcher der äußeren Elektrode 56 hindurch in den Innenraum der Abfühlkammer zwischen den Elektroden 56 und 58 gehen und dann die Kammer entweder über die bogenförmigen Löcher oberhalb der ringförmigen öffnungen, die zwischen dem unteren Rand der zylindrischen Wand 68 und der Schaltungsplatte 32 begrenzt sind, verlassen.

Der sich nach außen erweiternde Ablenker 50 an der Außenseite des Deckels 20 gewährleistet also, daß rauchhaltige Luft nicht den Detektor umgeht, sondern durch die Deckelöffnungen '26 hindurch in das Gehäuse geleitet wird. Die abfühlkammer ist so angeordnet, daß die bogenförmigen Löcher in der äusseren Elektrode sich mit den Durchlässen der Deckelöffnungen 26 decken, um den nach innen geleiteten Rauch aufzunehmen. Die abfühlkammer 30 ist gut belüftet, um sicherzustellen, daß der Eauch in die und durch die Kammer geht, and die Sinfas-

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sungsteile bilden zusammen mit der inneren Elektrode ein System von Leitblechen, das verhindert, daß der Detektor gegenüber Wind und Luftzug überempfindlich ist. Vorstehend ist somit ein Ionisationsrauchdetektor beschrieben worden, in welchem die Abfühlkammer und das Gehäuse in besonderer Weise so ausgebildet sind, daß sie gemeinsam Rauch in das elektrostatische Feld innerhalb der Kammer leiten und die Rauchströmung ohne zu große Empfindlichkeit gegenüber Wind und Luftzug kontrollieren.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich über das oben beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise ist zwar die Erfindung anhand eines batteriebetriebenen Detektors beschrieben worden, die Art der Stromversorgung ist jedoch kein Teil der Erfindung. Verschiedene Materialien können für das Gehäuse und die Kammer benutzt werden, letztere muß aber elektrisch leitende Elektroden enthalten. Deshalb wird ein dünnes Metallmaterial für den Kammermantel bevorzugt. Die Kammer ist vorzugsweise auf der Schaltungsplatte befestigt, die die Detektorschaltung und elektrische Bauteile trägt, es können aber auch andere Befestigungen benutzt werden. Der Ablenker 50 kann als ein integrales Teil des Deckels 16 und des Stopfens 46 oder getrennt zum späteren Anbau ausgebildet sein.

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Claims

Patentansprüche :

1J Ionisationsrauchdetektor mit einem Gehäuse, das eine Wand hat, die das Gehäuseinnere umschließt und Öffnungen begrenzt, durch die hindurch Rauch und anderes Teilchenmaterial sich zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses bewegen können, und mit einer belüfteten Ionisationskammer, die in dem Gehäuseinneren befestigt ist und eine innere Elektrode, eine äußere Elektrode, die einen belüfteten Kammerraum begrenzt, und eine ionisierende Quelle hat, die Luft innerhalb der Kammer ionisiert und einem Ionisationsstrom zwischen den Elektroden zu fließen gestattet, wenn eine Spannungsdifferenz an den Elektroden anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (56) neben ausgewählten öffnungen (26), die in der Wand des Gehäuses (12) gebildet sind, angeordnet ist und mehrere Löcher (72) hat, die sich mit den ausgewählten Öffnungen in dem Gehäuse decken und im wesentlichen sämtlichen Rauch und sämtliches Teilchenmaterial aufnehmen, die durch die öffnungen nach innen gelangen.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mehrere bogenförmige öffnungen (26) hat,

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die in einem Kreis angeordnet sind, und daß die belüftete Ionisationskammer (30) eine entsprechende Anzahl von Löchern (72) hat, die sich mit den Öffnungen (12) decken.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Ablenker (50) , der auf der Außenseite des Gehäuses innerhalb des Kreises von bogenförmigen öffnungen (26) angeordnet ist und Rauch und Teilchenmaterial in die Ionisationskammer leitet.
4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten öffnungen (26) des Gehäuses in einem Kreis angeordnet sind und daß die äußere Elektrode (56) der Kammer ein zylindrischer Mantel ist, der innerhalb des Gehäuses koaxial zu dem Kreis befestigt ist und eine zylindrische Seitenwand (68) sowie ein kreisförmiges Ende (70) hat, das durch die Seitenwand an den ausgewählten öffnungen des Gehäuses abgestützt ist.
5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten öffnungen des Gehäuses (12), die in einem Kreis angeordnet sind, bogenförmig sind, und daß das kreisförmige Ende (70) der äußeren Elektrode (56) und die zylindrische Seitenwand (68) gemeinsam bogenförmige Schlitze (72) begrenzen, die sich mit den bogenförmigen öffnungen (26) des Gehäuses decken.
6 ο Detektor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach außen erweiternde Ablenker (50) auf der Außenseite des Gehäuses in der Mitte des durch die ausgewählten bogenförmigen Öffnungen (26) gebildeten Kreises angeordnet ist und die Rauch- und Teilchenmaterialströmung in die Ionisationskammer (30) leitet.
7. Detektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (32) im Inneren des Gehäuses vorgesehen ist, daß die innere Elektrode (58) der Kammer auf der Plat-

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te innerhalb des zylindrischen Mantels parallel zu dem kreisförmigen Ende (70) befestigt ist und daß der zylindrische Mantel (56) ebenfalls auf der Platte so befestigt ist, daß die zylindrischen Seitenwände (68) mit Abstand über der Platte angeordnet sind, wodurch eine ringförmige Lüftungsöffnung zwischen der Platte und der Seitenwand gebildet ist.
8. Detektor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Ende (70) des zylindrischen Mantels Einfassungsteile (80) aufweist, die sich von dem Ende aus längs der Innenränder der bogenförmigen Schlitze in den Kammerraum erstrecken.

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