DE7314688U - Feuermeldeeinrichtung - Google Patents

Description

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WpV-In₀. Dipl. ο«, publ. _fMS DIETRICH LEWINSKY ^{c 133 D}"^G

PATENTANWALT 8 München2i-Gotthardstr.

Telefon 56 17 62

CERBERUS AG Männedorf (Schweiz) FEUERMELDEEINRICHTUNG

Die Neuerung betrifft eine Feuermeldeeinrichtung mit mindestens einer Ionisationskammer, in welcher zwei Elektroden und wenigstens eine radioaktives Material enthaltende Strahlenquelle angeordnet sind.

Derartige als Ionisationsfeuermelder bekannte Einrichtungen benutzen die Tatsache, dass die in einer Ionisationskammer erzeugten Ionen sich an Rauchpartik«! oder Brandaerosol anlagern unH dadurch die Beweglichkeit der geladenen Teilchen abnimmt. Der Rückgang des lonenstromes zwischen den Elektroden der Ionisationskammer dient hierbei als Anzeichen für das Vorhandensein von Folgeprodukten eines Brandes und zur Auslösung eines Feueralarm-Signales.

Vorbekannte Ionisationsfeuermelder haben jedoch den Nachteil, dass der lonenstrom nicht nur durch Fremdpartikel beeinflusst wird, sondern ebenfalls durch eine Luftbewegung in der Ionisationskammer. Besonders störend wirkt dies, wenn die Luftgeschwindigkeit in der gleichen Grössenordnung liegt oder grosser ist als die Wanderungsgeschwindigkeit der Luftionen. Die Beweglichkeit von Luftionen bei normalem Atmosphärendruck im elektrischen Feld hängt etwas von der lonenart und -ladung ab. Angenähert kann man fUr das Verhäjtnisjder V&nderungsgeschwindigkeit ν zur elektrischen Feldstürke E etwa annehmen: v/E & 2 cm^/Vs.

Während bei älteren, mit Hochspannung arbeitenden Ionisationsfeuermelder die elektrische Feldstärke in der Grössenordnung von Über 50 V/cm und die lonengeschwindigkeit daher im Bereich um Ober 1 m/s lag unü die Feuermelder daher bei Luftgeschwindigkeiten unter 1 m/s kaum Störungen zeigten, liegen beim modernen, mit Niederspannung betriebenen Ionisationsfeuermelder!! mit erhöter Empfindlichkeit die Feldstärken im Bereich von etwas weniger als 5 V/cm. Die Geschwindigkeit der Luftionen beträgt dann nur noch etwa 10 cm/s. Wie in Fig. 1 zur Erläuterung schematisch dargestellt, genllgt daher bei solchen modernen lonlsatbmfeuermeldern bereits eine Luftgeschwindigkeit von 50 cm/s, um ein im Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 2 durch die radioaktive Quelle 3 gebildeten lon um den fünffachen Betrag seines Weges nach der Sette zu transportieren. Ej ASt₄IyIcJiL₁ $y erkennen, dass auf diese Weise der grösste

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Teil der gebildeten Ionen aus der Ionisationskammer schon bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten hinausgeblasen werden und die Elektrode nicht mehr erreichen. Dies fuhrt in gleicher Weise, wie beim Eindringen von Rauch in die Ionisationskammer, zu einer Abnahme des lonenstromes und zur Auslösung eines fehlerhaften Feueralarms.

Da in der Praxis stets gewisse Luftströmungen vorhanden sind, z.B. durch Ventilationsoder Klimaanlagen oder durch Luftzug infolge Oeffnens von Fenstern oder Türen können solche vorbekannten Niederspannungs-Ionisationsfeuermelder daher mit offener Ionisationskammer nur begrenzt verwendet wuruen, an einen Einsatz zur Ueberwachung von Ventilationskanälen oder im Zusammenhang mit Absaugeinrichtungen ist Überhaupt nicht zu denken.

Es sind zwar schon verschiedene Konstruktionen bekannt geworden, welche die Luft beim Eintritt in die Ionisationskammer eines lonisationsfeuermelders auf eine solche Geschwindigkeit abbremsen, dass die beschriebenen Störungen und Fehlalarmauslösung vermieden werden. Dies muss jedoch damit erkauft werden, dass auch das Eindringen von Rauch in die Ionisationskammer behindert und verzögert wird. Ionisationsfeuermelder mit einem solchen sogenannten Windschirm sprechen daher in der Regel erst mit einer gewissen Zeitverzögerung auf einen Brandausbruch an, was in der Praxis ausserordentlich unerwünscht ist.

Ziel der Neuerung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Ionisationsfeuermelder*, dessen lonenstrom sich auch bei grösseren Windgeschwindigkeiten nur wenig ändert, und in dessen Ionisationskammer rauch- und brandaerosolhaltige Luft ohne Zeitverzögerung eindringen kann. Ein solcher Ionisationsfeuermelder soll eine verminderte Fehlalarm-Anft*i;iyi<eit und eine verkürzte Ansprechzeit auf einen Brandausbruch aufweisen.

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Die Neuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Quelle so ausgebildet und angeordnet ist, dass ihr lonisierungsbereich nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elektroden umfasst, und dass sich beide Elektroden seitlich in wenigstens einer Richtung um ein Vielfaches ihres Abstandes über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken.

Die Neuerung wird anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert. Die Figuren 2 A - 2 D zeigen einen "linearen" Ionisationsfeuermelder zur Verwendung in Absaug system en, Fig. 3 A - 3 D einen "radialsymelrischen " Ionisationsfeuermelder mit freiem Luftzutritt zur Ionisationskammer durch Konvektion.

Bei der in den Figuren 2 A - 2 D wiedergegebenen Feuermelde-Einrichtung wird die zu untersuchende Luft in einem Luftkanal oder Ventilationsschacht 4 mittels einer Ventilations- oder Absaugvorrichtung 5 aus den zu Überwachenden Räumen abgesaugt. An einer geeigneten Stelle des Luftkanals 4 ist die der Rauch- und Brandaeroso!detektion dienende Ionisationskammer 6 angeordnet. Sie enthält zwei langgestreckte Elektroden 7 und 8, welche an eine verschiedene Spannung angeschlossen sind. Am Eingang der Ionisationskammer 6 ist an jeder Elektrode ein radioaktives Präparat 9, 10 angeordnet. Besonders geeignet sind für den vorliegenden Zweck radioaktive Strahler mit kurzer ReichweirerTrvder Größenordnung von 1 cm, z.B.

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Tritium, jedoch können auch andere in Ionisationskammern Übliche radioaktive Strah-

lenquellen benutzt werdenVwobei zweclänässigerweise die Reichweite durch eine strahlung«-

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Abdeckschicht auf das gewünschte Mass herabgesetzt wird. Da der Elektronenabstand im beschriebenen Beispiel etwa 2 cm beträgt, wird auf diese Weise erreicht, dass die Luft nur in einer Eingangszone R der Ionisationskammer ionisiert wird. Eine Ausdehnung des lonisationsbereiches in Strömungsrichrung nach hinten, wird einerseits durch die kurze Reichweite der radΙσαΙ«*ί>ΐοη <$tratJyria verhindert, andererseits kann der Bereich

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durch zusätzliche Massnahmen, z.B. eine Wulst 11, auf den Elektroden begrenzt werden.

Da die angesaugte Luft den Luftkanal und damit auch die Ionisationskammer 6 mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit durchströmt, welche in der Grössenordnung bis zu einigen m/s liegen kann, wird nun ein beträchtlicher Teil der im lonisierungsbereich am Eingang der Ionisationskammer erzeugten Luftionen ausser der durch das elektrische Feld gegebenen Geschwindigkeitskomponente eine Geschwindigkeit in axialer Richtung erhalten, die um ein Vielfaches grös&er sein kann, als die natürliche Wanderungsgeschwindigkeit im elektrischen Feld. Die Elektroden 7 und 8 erstrecken sich jedoch soweit nach hinten in Richtung der Luftströmung, dass auch in diesem Fall die gebildeten Luftionen die Elektroden noch erreichen, unci zwar nicht nur bei einer relativ langsamen laminaren Strömung, sondern auch bei trubulenten Strömungen, bei denen die Luftionen weitere, schnell wechselnde Geschwindigkeitskomponenten in radialer und peripherer Richtung erhalten. Voraussetzung isr, dass die beiden Elektroden sich weit genug in Richtung der Luftströmung erstrecken. Im allgemeinen genügt es, wenn die Länge der Elektroden mindestenY/cicis 10 - 20fache ihres Abstandes beträgt, um den grösssten Teil der weggeblasenen Ionen aufzufangen. Damit wird erreicht, dass der lonenstrom trotz erheblicher Luftgeschwindigkeiten in der Ionisationskammer nur wenig vom Normalwert abweicht.

Die beschriebene Wirkung kann zusätzlich dadurch verstärkt werden, dass die Enden der Elektroden mit einer scharfen Kante nach Innen umgebogen werden, wodurch an diesen Steilen 12 eine erhöhte Feldstärke erzeugt werden, so dass dorthin gelangende Ionen noch besser eingefangen werden können.

In Luftkanälen mit kreisförmigem Querschnitt kann es sich zur besseren Ausnutzung der angesaugten Luft empfehlen, die beiden Elektroden, wie in Fig. SBdagestellt, als z/linderförmige Teilschalen auszubilden.

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Ebenfalls zur Verwendung in zylindrischen Abiaugrohren geeignet Ist die in Fig. 2C dargestellte Ionisationskammer mit einer zylindermantelförmigen Außenelektrode 13 und einem zentrisch angeordneten Draht oder Stift 14 als Gegenelektrode. Dieso Anordnung kommt mit einem einzigen radioaktiven Präparat 15 aus, welches hulsenfärmig auf die Mittelelektrode 14 am Eingang der Ionisationskammer aufgesetzt ist, und dessen Strahlungsreichweite bis etwa zur Aussenelektrode 13 reicht.

Anstatt übrigbleibende Luftionen am Ausgang der Ionisationskammer mittels erhöhter Feldstärke, wie in Fig. 2A beschrieben, aufzufangen, können wie in Fig 2D anhand einer zylinderischen Ionisationskammer mit Mittelelektrode dargestellt auch elektrostatische Auffangvorrichtungen in Form von geladenen, luftdurchlässigen Gittern 16, 17 zum Auffangen der restlichen von der S* ömung mitgetragenen Luftionen dienen.

Die Neuerung lässt sich jedoch nicht nur in Luftkanälen, wo naturgemäss relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, anwenden, sondern mit Vorteil auch in lonisationsfeuermeldern, zu deren ionisationskammer die Luft mittels Konvektion Zutritt hat. Es liegt durchaus im Bereich der Möglichkeit, dass in den mit solchen lonisationsfeuermeldern überwachten Räumen gelegentlich Luftströmungen mit Geschwindigkeiten bis etwa 1m/s auftreten, welche bei Niederspannungs-Ionisationsfeuermeldern mit offener ionisationskammer einen Fehlalarm auslösen würden.

Da die Strfmungsrichtung jedoch nicht, wie in Absaugsystemen, vorgegeben ist, empfiehlt sich in diesem Fall ein radialsymetrischer Aufbau des lonisationsfeuermelders mit zwei ausgedehnten scheibenförmigen Elektroden, die in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und einer zenl'isch angeordneten radioaktiven Quelle, welche nur einen eng begrenzten zentralen Bereich zwischen den Elektroden ionisiert, wie an einem Ausfuhrungsbeispiel anhand der Fig. 3A - 3B dargestellt.

An einem Sockel 20 mit einer Alarmanzeige-Einrichtung 21, z.B. einer Leuchtdiode, ist der die eigentliche Ionisationskammer enthaltende Meldereinsatz 22 mittels elektrischer Kontakte 23 lösbar befestigt.

Der Meldereinsatz 22 ist auf einer Isolierstoffplatte 24 aufgebaut, welches ein Gehäuse 25 trägt, dessen Seitenflächen als Gitter 26 zum Eintritt der umgebenden Luft in die Ionisationskammer ausgebildet ist. Im Innern des Gehäuses 25 sind zwei als kreisförmige Scheiben ausgebildete Elektroden 28 und 29 angebracht. Sie werden von einem zentralen, an der Isolierstoffplatte 2M angebrachten Stempel 27 oder Halter aus isolierendem Material sowie durch Stifte oder Stege 32 in ihrer Lage gehalten. Der Abstand beider Elektroden voneinander liegt in der Größenordnung von 1 cm oder darunter. Ihr Durchmesser beträgt ein Vielfaches dieses Abstandes, vorzugsweise mehr als 5x oder als 10 cm. Am zentralen Stempel 27 ist ein radioaktiver Strahler 31 in einer Nut als ringförmige Folie angeordnet. Zweckmäßigerweise wird ein Strahler mit einer Reichweite in der Größenordnung von 1 cm verwendet, s.B. eine Tritium-Verbindung. Dadurch wird erreicht, daß nur eine engbegrenzte zentrale Zone R der Ionisationskammer 30 mit einem Durchmesser von etwa 2 cm ionisiert wird. Während im restlichen Teil der Ionisationskammer 30 normalerweise, d.h. bei geringer Luftbewegung, nahezu kein Ionenstrom fließt. Die Spannung zwischen den Elektroden beträgt vorzugsweise 5 V oder weniger, um eine möglichst günstige Pelostärke zu erhalten.

Unter normalen Bedingungen wirkt der beschriebene Ionisationsfeuermelder ebenso wie vorbekannte Einrichtungen, d.h. bei langsamem Eindringen rauchhaltiger Luft wird der Ionenstrom vermindert und über eine größtenteils an der Isolierstoffplatte 2k angebrachte elektrische Schaltung ein Alarmsignal ausgelöst. Während bei vorbekannten Ionisationsfeuermeldern sich der Ionenstrom jedoch stark änderte, sobald auch nur eine geringe Luftbe- ι wegung auftrat, so ist dies bei der beschriebenen Konstruktion nicht der Fall. Die im zentralen Ionisationsbereich R erzeugten

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werden durch Luftströmung höchsten eine gewisse Strecke radial nach Aussen transportiert, erreichen bei genügender Ausdehnung der Elektroden diese jedoch trotzdem noch, so dass der lonenstrom nur wenig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Luft abhängig ist. Im Gegensatz zu vorbekannten Konstruktionen sind also keine windabschirmenden Mittel nötig und die Ionisationskammer 30 kann weitgehend gegen die Aussenatmosphäre offen sein.

Auch hier können zur Verstärkung der Wirkung am Rande der Elektroden 28 und 29 feldstärkeerhöhende Mittel, z.B. umgebogene Kanten, aufgesetzte Stifte oder ringförmige Stege 33, vorgesehen sein oder das Gitter 26 elektrostatisch geladen sein.

Besonders wichtig ist bei dem geringen Elektrodenabstand und dem hohen Innenwiderstand der Ionisationskammer 30 eine möglichst gute Isolation zwischen den Elektroden. Dies kann durch Kriechweg-erhöhende Rippen 34 auf dem zentralen Stempel 27 erreicht werden, wie in Fig. 3C und 3D dargestellt. Anstatt beide Elektroden am zentralen Stempel 27 zu befestigen, kann gemäss Fig. 3D auch eine der Elektroden an einem Steg 32 der Isolierstoffplatten 24 befestigt sein, was die Isolation noch weiter verbessert.

Das radioaktive Präparat 31 kann anstatt am zentralen Stempel 27 auch als Drahtring auf einer der beiden Elektroden,z.B. in einer Nut versenkt,angebracht werden.

Der zentrale Stempel 27 kann in der Mitte eine Bohrung aufweisen, in welcher eine Verbindung zwischen der Elektrode 29 und einem an der RUckseite der Isolierstoffplatte vergossen angeordneten Feldeffekttransistor 35 hergestellt ist. Auf die beschriebene Weise lässt sich trotz der geringen Abmessungen ein betriebsicher arbeitender windunabhängiger jedoch trotzdem hochempfindlicher und schnell ansprechender Ionisationsfeuermelder schaffen.

Bei allen beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen empfiehlt es sich im Uebrigen, Elektrodenabstand und -Spannung so zu wählen, dass die lonisc^ionskammer gerade am Anfang des Sättigungsbereiches oder knapp darunter arbeitet, d.h. so dass im Normalfall die gebildeten Ionen fast alle die Elektroden erreichen, ohne dass ein erheblicher Teil durch Rekombination verloren geht. Gegebenenfalls kann der Arbeitspunkt so gewählt werden, dass eine lonenstromverminderung durch Hinausblasen von Ionen aus der Kammer gerade durch die verminderte Rekombinationsrate unter Windeinfluss im nicht ionisierten Bereich kompensiert wird. Ausserdem bleibt dabei die Rauchempfindlichkeit voll erhalten, da für Rauchpartikel und Aerosol wegen der geringeren Beweglichkeit und der wesentlich grösseren Rekombinationswahrscheinlichkeit im Vergleich zu Luft-Ionen die lonenstrcm-Sättigung erst bei einer höheren Spannung eintreten würde. Auf diese Weise lässt sich also ein Ionisationsfeuermelder schaffen, welcher weitgehend wind-unabhängig ist, dessen Rauchempfindlichkeit und schnelles Ansprechverhalten trotzdem erhalten bleibt.

Claims (13)

SCHUTZANSPRUECHE

1. Feuermeldeeinrichtung mit mindestens einer Ionisationskammer, in welcher zwei Elektroden und wenigstens eine radioaktives Material enthaltende Strahlenquelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive Quelle so angeordnet ist, I dass ihr lonisierungsbereich nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den Elekhoden umfasst, und dass sich beide Elektroden seitlich in wenigstens einer Richtung um ein Vielfaches ihres Abstandes Über den lonisierungsbereich hinaus erstrecken.

2. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionisationskammer in oinem Luftschacht mit einer Einrichtung zur Luftbewegung durch die Ionisationskammer angeordnet ist, dass die radioaktive Quelle am Ort des Lufteintrittes in die Ionisationskammer angebracht ist, und dass sich die Elektroden in Richtung der Luftbewegung um mindestens das Fünf- bis Zehnfache ihres Abstandes Über den lon'usationsbereich der radioaktiven Quelle hinaus erstrecken.

3. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode zumindest teilweise die Form eines Zylindermantels hat.

4. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Luftaustrittes aus der Ionisationskammer Bauteile mit scharfen Kanten oder Stiften vorgesehen sind.

5. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ort des Luftaustrittes aus der Ionisationskammer wenigstens ein luftdurchlässiges Gitter angeordnet ist.

6. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden plattenförmig ausgebildet sind, dass das radioaktive Präparat in der Nähe des Zentrums der beiden plattenförmigen Elektroden angeordnet ist, dass der lonisierungs=·

bereich nur einen kleinen zentralen Teil zwischen den Elektroden umfasst, und dass sich beide Elektroden um mindestens das FUnfache ihres Abstandes Über diesen lonisierungsbereich hinaus nach jeder Richtung erstrecken.

7. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode von einem zentralen aus Isoliermaterial bestehenden Stempel getragen wird, welcher an seiner Oberfläche Rillen bzw. Stege aufweist.

8. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Stempel an einer ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden Platte befestigt ist, und dass die andere Elektrode mittels Stifte oder Stege an der gleichen Isolierstoffplatte befestigt ist, den Stempel jedoch nicht berührt.

9. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine zentrale Bohrung aufweist, und dass in dieser Bohrung eine leitende Verbindung einer Elektrode mit der Steuerelektrode eines auf der isolierplatte befestigten Feldeffekttransistors angeordnet ist.

10. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aussen- i zone der plattenförmigen Elektroden Bauteile mit scharfen Kanten oder Stiften angeordnet \ sind. J

11. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lonisationskammer durch ein luftdurchlässiges Gitter abgeschlossen ist.

12. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radioaktive
Substanz Tritium enthält. i

13. Feuermeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder in der i Nähe der radioaktiven Quelle strahlungsabsorbierende Mittel angeordnet sind.