DK141948B - Brandalarmapparat med radioaktiv kilde til frembringelse af ioner. - Google Patents

Description

\Ra/ (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 141948 DANMARK (81) Int 0, 3 δ 08 8 17/10 «(21) Ansøgning nr. Ί 827/7^ (22) Indleveret den 2. apr. 1974 (23) Lebedag 2. apr. 1974 (44) Ansegn i ngen fremlagt og fremlæggelses»krlftot offentliggjort den 21 · Jul. 1 £80

Dl REKTORATET FOR _ __ PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

5. apr. 1973,. 4741/73# CH

(71) CERBERUS AG, 8708 Maennedorf, CH.

(72) Opfinder: Hans Joachim Paschedag, Bauernhalde 5 $ Maennedorf, CH: Tho= mas Lampart, GlaerniscEstrasse 298, Maennedorf, CH.

(74) Fuldmægtig under segene behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(64) Brandalarmapparat med radioaktiv kilde til frembringelse af ioner.

Den foreliggende opfindelse angår et brandalarmapparat med et for luft tilgængeligt ioniseringskammer, således som nærmere angivet i krav l's indledning.

Sådanne kendte apparater, der benævnes ioniseringsbrandalarmapparater, udnytter den kendsgerning, at de i et ioniseringskammer frembragte ioner slår sig ned på røgpartikler eller brandaerosoler, hvorved bevægeligheden af de ladede partikler aftager. Formindskelsen af ionstrømmen mellem elektroderne i ioniseringskammeret tjener i dette tilfælde til indikerindf af tilstedeværelsen af følgeprodukter for en brand og til udløsning af et brandalarmsignal.

2 161948

Kendte ioniseringsbrandalarmapparater har imidlertid den ulempe, at ionstrømmen ikke blot påvirkes af fremmede partikler, men også af en luftbevægelse i ioniseringskammeret. Dette virker navnlig forstyrrende, når lufthastigheden har samme størrelsesorden som eller er større end luftionernes vandringshastighed. Bevægeligheden af luftioner ved normalt atmosfæretryk i det elektriske felt afhænger i nogen grad af ionarten og af ionladningen. Tilnærmelsesvis kan det antages, at dette forhold mellem vandringshastigheden v og den elektriske feltstyrke E er ca. v/E omtrent = 2cm /Vs.

Mens den elektriske feltstyrke ved ældre med højspænding arbejdende ioniseringsbrandalarmapparater er af størrelsesordenen 50 V/cm, og ionhastigheden derfor var beliggende i området over ca. 1 m/s, så at brandalarmapparaterne derfor ved lufthastigheder på under 1 m/s næppe udviste forstyrrelser, ligger feltstyrkerne ved moderne, med lavspænding arbejdende ioniseringsbrandalarmapparater med stor følsomhed i området fra noget mindre end 5 V/cm. Luftionernes hastighed andrager da kun ca. 10 cm/s. Som det med henblik på forklaring er vist skematisk i fig. 1, er allerede en lufthastighed på 50 cm/s derfor ved sådanne moderne ioniseringsbrandalarmapparater tilstrækkelig til at transportere en i mellemrummet mellem elektroder 1 og 2 af en radioaktiv kilde 3 dannet ion fem gange dens banelængde til siden. Det ses let, at størstedelen af de dannede ioner på denne måde allerede ved lave luft-hastigheder blæses ud af ioniseringskammeret og ikke når frem til elektroden. Dette fører på samme måde som ved indtrængningen af røg i ioniseringskammeret til en formindskelse af ionstrømmen og til udløsning af en falsk brandalarm.

Da der i praksis til stadighed optræder visse luftstrømninger, f.eks. som følge af ventilations- eller klimaanlæg eller på grund af træk ved åbning af vinduer og døre, kan sådanne kendte lavspændingsioniseringsbrandalarmapparater derfor kun anvendes i begrænset grad med åbent ioniseringskammer, idet en anvendelse til overvågning af ventilationskanaler eller en anvendelse i forbindelse med udsugningsarrangementer slet ikke kan komme på tale.

Der kendes ganske vist allerede forskellige konstruktioner, som bremser luften ved indføringen i ioniseringskammeret for et ioniseringsbrandalarmapparat til en sådan hastighed, at de omtalte forstyrrelser og falske alarmudløsninger undgås. Til gengæld herfor bliver også indtrængningen af røg i ioniseringskammeret hæmmet og forsinket. Ioniseringsbrandalarmapparater med en såkaldt vind- U1948 3 skærm reagerer derfor i reglen først efter en vis forsinkelsestid på et brandudbrud, hvilket i praksis er yderst uønsket.

Formålet med opfindelsen er at afhjælpe de nævnte ulemper og at tilvejebringe et ioniseringsbrandalarmapparat, hvis ionstrøm, selv ved store vindhastigheder, kun ændres lidt, og i hvis ioniserings-kammer luft indeholdende røg og brandaerosoler kan trænge ind uden forsinkelse. Et sådant ioniseringsbrandalarraapparat skal have formindsket tilbøjelighed til afgivelse af falsk alarm og skal have en formindsket reaktionstid over for udbrud af brand.

Det angivne formål opnås ved et apparat, som ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

Herved opnås, at ionstrømmen, som når der kun er en ringe eller slet ingen luftstrøm på tværs af ionstrømmen kun forløber gennem den nærmest den radioaktive kilde beliggende del af elektrodemellemrummet, ved tilstedeværelsen af en betydelig luftstrøm ikke bliver "blæst ud" fra mellemrummet, idet ionerne på grund af elektrodernes forholdsvis store udstrækning kan nå at blive fanget af elektroderne, inden ionerne forlader mellemrummet mellem elektroderne. En sådan luftstrøm vil således ikke medføre noget tab af ioner/ hvorfor den heller ikke vil kunne udløse en falsk brandalarm. Da luftstrømmen således ikke forstyrrer brandalarmapparatets normale funktion, kan apparatet opbygges uden vindskærme og lignende, så at det kan reagere hurtigt på en brand, og det kan også anvendes i forbindelse med f.eks. udsugningsanlæg.

I visse tilfælde, f.eks. i udsugningsanlæg, ved man på forhånd, hvilken vej en eventuel luftstrømning vil optræde, og til sådanne formål er den i krav 2 angivne udførelsesform hensigtsmæssig, idet denne udformning indebærer, at der ikke anvendes mere elektrodemateriale og kræves mere plads, end hvad der er tvingende nødvendigt til opnåelse af den ønskede virkning, således som forklaret ovenfor.

I andre tilfælde, f.eks. ved anbringelse af ioniseringskammeret med tilhørende husdele under loftet i et lokale, hvor der kan optræde tilfældige luftstrømme i enhver retning, er det hensigtsmæssigt at anvende den i krav 3 angivne udførelsesform, hvis virkning er uafhængig af luftstrømningernes retning.

4 141948

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere i forbindelse med nogle udførelsesformer og under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser elektroderne i et kendt ioniseringsbrandalarmapparat, fig. 2A-2D et "lineært" ioniseringsbrandalarmapparat ifølge opfindelsen til anvendelse i udsugningsarrangementer, og fig. 3A-3D et "radialsymmetrisk" ioniseringsbrandalarmapparat ifølge opfindelsen med fri luftindføring til ioniseringskammeret ved konvektion.

Ved det i fig. 2A-2D viste brandalarmapparat suges den luft, der skal undersøges, ved hjælp af et ventilations- eller udsugningsarrangement 5 ud fra de rum, som skal overvåges, i en luftkanal eller ventilationsskakt. På et passende sted i luftkanalen 4 er det til detektering af røg og brandaerosoler bestemte ioniseringskammer 6 anbragt. Det indeholder to langstrakte, fortrinsvis for luftioner uigennemtrængelige elektroder 7 og 8, der er tilkoblet forskellige spændinger. Ved indgangen til ioniseringskammeret 6 er der på hver elektrode anbragt et radioaktivt præparat 9, 10. I det foreliggende tilfælde er det særlig hensigtsmæssigt at anvende radioaktive β-eller α-stråler med kort rækkevidde, dvs. med en rækkevidde på mindre end eller lig med 2 cm, som regel af størrelsesordenen i centimeter, idet der f.eks. kan anvendes folie indeholdende tritium, men der kan også anvendes andre i ioniseringskamre sædvanlige radioaktive strålingskilder, f.eks. Ni 63, Kr 85 eller Am 241, i hvilket tilfælde rækkevidden hensigtsmæssigt kan nedsættes til den ønskede værdi ved hjælp af en strålingsabsorberende tildækningsskærm. Da elektrodeafstanden ved det omtalte eksempel andrager ca. 2 cm, opnås det på denne måde·, at luften kun ioniseres i en indgangszone R af ioniseringskammeret. En udbredelse af ioniseringsområdet bagud i strømningsretningen bliver dels hindret på grund af den korte rækkevidde af den radioaktive stråling, og dels kan området begrænses ved hjælp af ekstra foranstaltninger, f.eks. ved anbringelse af en vulst 11 på elektroderne.

Da den udsugede luft gennemstrømmer luftkanalen og dermed også ioniseringskammeret 6 med en ret stor hastighed, der kan være af størrelsesordenen op til nogle meter pr. sek., vil en væsentlig del af de i ioniseringsområdet ved ioniseringskammerets indgang frembragte luftioner, foruden den af det elektriske felt tilvejebragte hastighedskomposant, blive tildelt en hastighed i aksial ret- 5 1A1948 ning, hvilken aksiale hastighed kan være flere gange større end den naturlige vandringshastighed i det elektriske felt. Elektroderne 7 og 8 strækker sig imidlertid så langt bagud i luftstrømningens retning, at luftionerne selv i dette tilfælde vil nå frem til elektroderne, og dette er ikke blot tilfældet ved en forholdsvis langsom laminær strømning, men også ved turbulente strømninger, hvor luftionerne yderligere tildeles store, vekslende hastighedskompo-santer i radial og perifer retning. En forudsætning herfor er, at de to elektroder strækker sig tilstrækkeligt langt i luftstrømningens retning. I almindelighed er det tilstrækkeligt, at elektrodernes længde andrager mindst fem gange og fortrinsvis 10-20 gange deres indbyrdes afstand, for at de skal opfange størstedelen af de bortblæste ioner. Herved opnås, at ionstrømmen til trods for væsent-lufthastigheder i ioniseringskammeret kun i ringe grad afviger fra normalværdien. Den beskrevne virkning kan yderligere forstærkes ved, at enderne af elektroderne er bukket indad med en skarp kant, hvorved der på dette sted 12 frembringes en forøget feltstyrke således, at ioner, som er nået frem hertil, i endnu højere grad kan indfanges.

I luftkanaler med cirkulært tværsnit kan det med henblik på bedre udnyttelse af den udsugede luft være hensigtsmæssigt at tildanne de to elektroder som cylinderformede skåldele, som det er vist i fig. 2B.

Til anvendelse i cylindriske udsugningsrør er ligeledes det i fig. 2C viste ioniseringskammer velegnet. Dette ioniseringskammer har en cylinderformet, ydre elektrode 13 og en centralt anbragt tråd eller stift 14, der tjener som modelektrode. Ved dette arrangement er et enkelt radioaktivt præparat 15 tilstrækkeligt, hvilket præparat som en bøsning er anbragt på midterelektroden 14 ved ioniseringskammerets indgang, hvorhos dets strålingsrækkevidde omtrent når ud til den ydre elektrode 13.

I stedet for at opfange tiloversblevne luftioner ved afgangen fra ioniseringskammeret ved anvendelse af en forøget feltstyrke, som det er vist i fig. 2A, kan også elektrostatiske opfang-ningsarrangementer i form af ladede, for luftgennemtrængelige gitre 16, 17 tjene til at opfange de resterende af strømningen medbragte luftioner ved et cylindrisk ioniseringskairaner med midterelektrode, som det er vist i fig. 2D.

Opfindelsen kan ikke blot udnyttes i luftkanaler, hvor der naturnødvendigt optræder forholdsvis store strømningshastigheder, men kan også med fordel benyttes i ioniseringsbrandalarmapparater, 141948 6 til hvis ioniseringskamre luften har adgang ved konvektion. Det er således mulig med sådanne ioniseringsbrandalarmapparater at overvåge rum, hvori der lejlighedsvis optræder luftstrømninger med hastigheder op til ca. 1 meter pr. sek., hvilket ved lavspændingsioniseringsbrandalarmapparater med åbent ioniseringskammer ville udløse en falsk alarm. Da strømningsretningen imidlertid ikke, som ved udsugningsapparatet, er forud givet, er det i dette tilfælde hensigtsmæssigt at anvende en radialsymmetrisk opbygning af ioniserings-brandalarmapparatet med to udstrakte, skiveformede elektroder, som er anbragt i ringe indbyrdes afstand, og en centralt anbragt radioaktiv kilde, der kun ioniserer et snævert begrænset, centralt område mellem elektroderne, som det er vist ved udførelsesformen i fig. 3A-3B.

På en sokkel 20 med et alarmindikeringsarrangement 21, f.eks. en lysdiode, er den alarmapparatindsats 22, som indeholder det egentlige ioniseringskammer, udløseligt fastgjort ved hjælp af elektriske kontakter 23. Alarmapparatindsatsen 22 er opbygget på en isolerende plade 24, der bæres af et hus 25, hvis sideflader er udformet som et gitter 26 for at muliggøre indtrængning af den omgivende luft i ioniseringskammeret. I det indre af huset 25 er der anbragt to som cirkulære skiver udformede elektroder 28 og 29. De fastholdes på plads af et centralt, på den isolerende plade 24 anbragt stempel 27 eller en holder af isolerende materiale samt af stifter eller lister 32. Afstanden mellem de to elektroder er af størrelsesordenen 1 cm eller derunder. Deres diameter andrager flere gange.denne afstand, fortrinsvis mere end 10 cm. På det centrale stempel 27 er der anbragt et radioaktivt strålingsorgan 31 i en not i form af en ringformet folie. Der anvendes fortrinsvis et strålingsorgan med en rækkevidde af størrelsesordenen 1 cm, f.eks. en tritiumforbindelse. Herved opnås, at kun en snævret begrænset, central zone R af ioniseringskamret 30 med en diameter på ca. 2 cm ioniseres, mens der i den resterende del af ioniseringskammeret 30 normalt, dvs. ved ringe luftbevægelse, næsten ikke forløber nogen ionstrøm. Spændingen mellem elektroderne andrager fortrinsvis 5 V eller mindre for at opnå en optimal feltstyrke.

Under normale betingelser virker det omtalte ioniseringsbrandalarmapparat lige som de kendte apparater, dvs. at der ved langsom indtrængning af luft indeholdende røg sker en formindskelse af ionstrømmen, hvorved en for størstedelens vedkommende på den isolerende plade 24 anbragt elektrisk kobling udløser et alarmsignal.

141948 7

Mens ionstrømmen ved de kendte ioniseringsbrandalarmapparater imidlertid ændres kraftigt, så snart der optræder blot en ringe luftbevægelse, er dette ikke tilfældet ved den omtalte konstruktion. De i det centrale ioniseringsområde R frembragte luftioner bliver af luftstrømningen højst transporteret en vis strækning radialt ud ad, men når ved en passende udstrækning af elektroderne, f.eks, mindst 5 gange deres indbyrdes afstand, til trods herfor frem til elektroderne, så at ionstrømmen kun i ringe grad er afhængig af luftens bevægelseshastighed. I modsætning til de kendte konstruktioner er der intet behov for vindafskærmende midler, og ioniseringskammeret 30 kan i vid udstrækning være åbent ud mod den ydre atmosfære.

Også i dette tilfælde kan der med henblik på forstærkning af virkningen ved rammen af elektroderne 28 og 29 være tilvejebragt feltstyrkeforøgende midler, f.eks. ombøjede kanter, påmonterede stifter eller ringformede lister 33, eller gitteret 26 kan være elektrostatisk opladet.

Ved den lille elektrodeafstand og den store indre modstand af ioniseringskammeret 30 er det særlig vigtigt at tilvejebringe en så god som mulig isolering mellem elektroderne. Dette kan opnås ved hjælp af på det centrale stempel 27 udformede ribber 34 til forøgelse af krybestrømvejen, hvilke ribber er vist i fig. 3C og 3D.

I stedet for at fastgøre begge elektroderne på det centrale stempel 27, kan den ene af elektroderne som vist i fig. 3D være fastgjort til en liste 32 på den isolerende plade 24, hvorved isoleringen yderligere forbedres.

Det radioaktive praqparat 31 kan også, i stedet for at være anbragt på det centrale stempel 27, være anbragt i form af en trådring på den ene af de to elektroder, idet det f.eks. er anbragt forsænket i en not.

Det centrale stempel 27 kan i midten være forsynet med en boring, hvori der er tilvejebragt en forbindelse mellem elektroden 29 og en på bagsiden af den isolerende plade 24 ved indstøbnlng anbragt felteffekttransistor 35. På den omtalte måde kan der til trods for de små dimensioner tilvejebringes en drifsikkert arbejdende, vinduafhængigt og til trods herfor meget følsomt og hurtigt reagerende ioniseringsbrandalarmapparat.

Ved alle de omtalte udførelsesformer er det i øvrigt hensigtsmæssigt at udvælge elektrodeafstanden og elektrodespændingen således, at ioniseringskammeret arbejder netop ved begyndelsen af mætningsområdet eller lidt herunder, dvs. således, at de dannede 8 U1968 ioner i det normale tilfælde næsten alle når frem til elektroderne, uden åt en væsentlig del heraf går tabt ved rekombination. Eventuelt kan arbejdspunktet udvælges således, at der i det ikke-ioniserede område ved hjælp af den formindskede rekombinationsgrad under vindindvirkning netop kompenseres for en ionstrømformindskelse som følge af udblæsning af ioner fra kammeret. Herved bibeholdes desuden den fulde røgfølsamhed, da ionstrøm-mætningen for røgpartikler og aerosoler på grund af den ringere bevægelighed og den væsentligt større rekombinationssandsynlighed, sammenlignet med luftioner, først optræder ved en højere spænding. På denne måde kan der også tilvejebringes et ioniseringsbrandalarmapparat, som i vid udstrækning er vinduafhængigt, og hvis røgfølsomhed og hurtige reaktion til trods herfor er bibeholdt.