EP0475884A1 - Brandmelder mit einem Streulicht- und einem Ionisationssystem - Google Patents

Brandmelder mit einem Streulicht- und einem Ionisationssystem Download PDF

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EP0475884A1
EP0475884A1 EP91710029A EP91710029A EP0475884A1 EP 0475884 A1 EP0475884 A1 EP 0475884A1 EP 91710029 A EP91710029 A EP 91710029A EP 91710029 A EP91710029 A EP 91710029A EP 0475884 A1 EP0475884 A1 EP 0475884A1
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chamber
fire detector
detector
central axis
air inlet
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Horst Dipl.-Ing. Berger
Tido Dipl.-Phys.-Ing. Krippendorf
Heiner Dipl.-Ing. Politze
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Esser Sicherheitstechnik GmbH
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    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
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    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to a fire detector with a scattered light system and an ionization system and a common evaluation electronics.
  • Such a fire detector is known from brochure C 3001 6/84 from BRK Electronics and is intended to enable fires to be detected early without increasing the frequency of false alarms. This is based on the knowledge that ionization detectors respond preferentially to the presence of small aerosol particles, while scattered light detectors react early to the presence of large aerosol particles due to the high scatterability. In the known fire detector, however, the scattered light system and the ionization system are only accommodated in a common housing, but are otherwise completely separate from one another and therefore also have different air access openings. The detector therefore also has a comparatively large diameter and only one of its two systems has air access openings evenly distributed over its circumference and, accordingly, a response sensitivity that is largely independent of the direction of flow.
  • the invention has for its object to provide a fire detector of the type specified, which is compact and whose detection systems both have a largely independent of the direction of flow sensitivity.
  • the flow through the measuring volume of the scattered light system is not hindered by any of these measures.
  • Direct flow through the reference chamber of the ionization system can be kept low by suitable shaping of the specimen holder in connection with short distances between the respective electrodes, possibly also by additional flow orifices.
  • the influence of extraneous light can be achieved by the choice of the cone angle of the wall of the common chamber.
  • the selected design principle allows the temperature to be used as a further detector criterion.
  • This development is the subject of claim 5.
  • the heat sensor mentioned there can be positioned exactly in the central axis of the detector, preferably above its chamber, and therefore has a sensitivity that is completely independent of the direction of flow.
  • the contacting of the heat sensor with the evaluation electronics then common to all three systems, which is arranged below the common circular base plate, takes place in the simplest way through a hole in the plastic body.
  • the fire detector shown in FIGS. 1 and 2 has a circular base plate 1, below which the evaluation electronics not of interest are arranged.
  • This arrangement is enclosed by a housing 5, which also essentially has the shape of a truncated cone, the smaller base of which is closed by a cover plate 5a.
  • the cover plate 5a is connected to the casing of the housing 5 via narrow webs 5b.
  • the gaps between the webs 5b form air access openings 6 distributed over the circumference.
  • a scattered light system, an ionization system and a heat sensor are arranged on the base plate 1.
  • the scattered light system comprises a transmitter diode 7, which is arranged on a base 7a in a tube 7b. Approximately Opposite the transmitter diode 7 is a receiver diode 8, which is arranged in a corresponding manner on a base 8a in a tube 8b.
  • the main axis 7c of the transmitting diode 7 and the main axis 8c of the receiving diode 8 are oriented to one another such that the intersection 9 lies outside the symmetry or center axis of the chamber or the base plate 1.
  • a plastic body 10 is arranged between the transmitting diode 7 and the receiving diode 8, the surfaces of which facing the transmitting diode 7 and the receiving diode 8 are profiled in such a way that they act in a known manner as a light trap. Furthermore, the base plate 1, the chamber wall 2, the parts 7a, 7b, 8a, 8b and the plastic body 10 are kept black and matt. The angle of inclination of the chamber wall 2 with respect to the base plate 1 is chosen so that the smallest possible proportion of both the light emanating from the transmitter diode 7 and the extraneous light is reflected on the chamber wall 2 in the direction of the axis 8c of the receiver diode 8.
  • the ionization system is located on the side of the plastic body 10 facing away from the axis intersection 9.
  • the ionization system comprises a specimen holder 11 fastened to the plastic body 10 with a recess 11a in which a plate-shaped electrode 12 is arranged, which is opposite a wire-shaped electrode 13 at a short distance .
  • the two chambers are not physically separate spaces but are formed by the (partially common) volumes in the area of the electrodes in question.
  • the electrode 13 is the reference electrode of the reference chamber.
  • the reference electrode of the measuring chamber is an extensive area from the parts or areas of the base plate 1 and the chamber wall 2 and the wire mesh 3 adjacent to the common electrode 12.
  • the base plate 1 and the chamber wall 2 are made of a conductive plastic. The contacting of the electrodes mentioned with the evaluation electronics is not shown.
  • a heat sensor 14 is arranged above the wire mesh 3 in the central axis of the chamber. It is connected to the evaluation electronics through a bore 10a in the plastic body 10.
  • the flow guide ring 4 divides the air access cross section according to FIG. 1 into a lower and an upper half.
  • the flow guide ring 4 has approximately the shape of a spherical cap ring (or that of the jacket of a cone with a very large cone angle).
  • the flow guide ring has two recesses 4b on its outer peripheral edge 4a. These are used to hold light guide profile pieces (not shown) which can be arranged along the chamber wall 2 and which convey light signals which characterize the operating state of the detector from light-emitting diodes arranged on the base plate 1 and corresponding openings provided in the cover plate 5 of the housing (likewise not shown).
  • the inner opening of the flow guide ring 4 is not circular in shape, but is approximately cushion-shaped, the projecting edges 4c delimiting narrow circle segments 4d. In the installed state of the flow guide ring 4, these circular segments 4d are located above the transmitter diode 7 and the receive diode 8. It has been shown that with this shape of the flow guide ring the sensitivity of both the scattered light system and the ionization system (the axially symmetrical heat sensor is anyway) not sensitive to direction) remains practically constant regardless of the direction of flow. It is assumed that this is due to the effect of the division of the air flow (entering through the openings 6) indicated by the flow threads 15 in FIG. 4.
  • the respective measurement volumes are apparently evenly filled, even though they are spaced apart and covered by the plastic body 10 and the installation of the transmitter diode 7 and the receiver diode 8 for certain directions of flow.

Abstract

Das Streulichtsystem (7-9) und das Ionisationssystem (12,13) sind in derselben Ebene auf einer gemeinsamen Grundplatte (1) angeordnet. Die Meßvolumina des Streulichtsystems und des Ionisationssystems liegen beidseits der Mittelachse der Kammer. In der Mittelachse kann dann zusätzlich ein Wärmefühler angeordnet werden. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen läßt sich erreichen, daß die Ansprechempfindlichkeit des Brandmelders trotz der exzentrischen Lage der Meßvolumina des Streulichtsystems und des Ionisationssystems weitgehend unabhängig von der Anströmrichtung der Luft konstant bleibt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brandmelder mit einem Streulichtsystem und einem Ionisationssystem sowie einer gemeinsamen Auswerteelektronik.
  • Ein derartiger Brandmelder ist aus dem Prospekt C 3001 6/84 der Firma BRK Electronics bekannt und soll die frühzeitige Erkennbarkeit von Bränden ermöglichen ohne die Häufigkeit von Fehlalarmen zu erhöhen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Ionisationsmelder bevorzugt auf das Vorhandensein von kleinen Aerosolpartikeln ansprechen, während Streulichtmelder wegen der hohen Streufähigkeit frühzeitig auf das Vorhandensein großer Aerosolpartikel reagieren. Bei dem bekannten Brandmelder sind jedoch das Streulichtsystem und das Ionisationssystm lediglich in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, im übrigen aber völlig voneinander getrennt und haben daher auch unterschiedliche Luftzutrittsöffnungen. Der Melder weist deshalb auch einen vergleichsweise großen Durchmesser auf und nur eines seiner beiden Systeme hat gleich mäßig über seinen Umfang verteilte Luftzutrittsöffnungen und dementsprechend eine von der Anströmungsrichtung weitgehend unabhängige Ansprechempfindlichkeit.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brandmelder der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, der kompakt baut und dessen Detektionssysteme beide eine von der Anströmungsrichtung weitgehend unabhängige Empfindlichkeit haben.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Der Kern dieses Vorschlages ist darin zu sehen, daß das Streulichtsystem und das Ionisationssystem in der gleichen Ebene und in ein und derselben Kammer angeordnet sind sowie eine gemeinsame, umfangssymmetrische Lufteintrittsöffnung haben. Dieses Konstruktionsprinzip bedeutet zwar, daß keines der beiden Systeme umfangssymmetrisch bzw. auf der Mittel- oder Hochachse des Melders angeordnet ist, wie dies bei Einzelsystemen und bei dem Brandmelder der einleitend angegebenen Gattung für zumindest eines von dessen beiden Systemen noch der Fall war. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich durch eine geschickte Gestaltung des Kammerinnenraumes sowohl erreichen läßt, daß die Richtungsabhängigkeit der Ansprechempfindlichkeit trotz der zwangsläufig exzentrischen Lage der betreffenden Kammervolumina, innerhalb derer die Aerosolkonzentration bestimmt wird, innerhalb einer für viele Anwendungsfälle akzeptablen Toleranz bleibt als auch der Forderung genügt werden kann, daß das Meßvolumen des Streulichtsystems bei bestmöglicher Abschirmung gegenüber Fremdlicht möglichst gut (also mit geringem Strömungswiderstand) durchströmt sein soll. Der Fremdlichteinfluß auf das Streulichtsystem läßt sich durch entsprechende Ausbildung des jeweiligen Tubus für die Sende- und die Empfangsdiode sowie des zwischen der Sende- und der Empfangsdiode angeordneten Kunststoffkörpers niedrig halten. Weitere Maßnahmen zur Unterdrückung des Fremdlichtanteils können bei der elektronischen Signalverarbeitung, insbesondere durch Differenzsignalbildung, getroffen werden.
  • Durch keine dieser Maßnahmen wird die Durchströmung des Meßvolumens des Streulichtsystems behindert. Eine direkte Durchströmung der Referenzkammer des Ionisationssystems kann hingegen durch geeignete Formgebung des Präparatehalters in Verbindung mit kurzen Strecken zwischen den jeweiligen Elektroden, ggf. auch durch zusätzliche Strömungsblenden, gering gehalten werden.
  • Der Fremdlichteinfluß läßt sich durch die im Anspruch 2 angegebene Wahl des Kegelwinkels der Wand der gemeinsamen Kammer erreichen.
  • Eine im Sinne der vorstehend genannten Bedingungen besonders vorteilhafte Ausführungsform des Ionisationssystems ist im Anspruch 3 angegeben.
  • Besonders hohe Forderungen an die Richtungsunabhängigkeit der Empfindlichkeit der beiden Systeme können mit einem zusätzlichen Strömungsleitring erfüllt werden, dessen Merkmale im Anspruch 4 genannt sind.
  • Das gewählte Konstruktionsprinzip erlaubt es, als weiteres Melderkriterium die Temperatur heranzuziehen. Diese Weiterbildung ist Gegenstand des Anspruches 5. Der dort genannte Wärmefühler kann genau in der Mittelachse des Melders, vorzugsweise oberhalb dessen Kammer, positioniert werden und hat daher eine von der Anströmrichtung völlig unabhängige Empfindlichkeit. Die Kontaktierung des Wärmefühlers mit der dann allen drei Systemen gemeinsamen Auswerteelektronik, die unterhalb der gemeinsamen, kreisförmigen Grundplatte angeordnet ist, erfolgt auf einfachste Weise durch eine Bohrung in dem Kunststoffkörper hindurch.
  • In der Zeichnung ist ein Brandmelder nach der Erfindung in einer beispielhaft gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht
    • Fig. 2 eine Aufsicht auf die Meldergrundplatte,
    • Fig. 3 eine Aufsicht auf den Strömungsleitring und
    • Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3
  • Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Brandmelder hat eine kreisförmige Grundplatte 1, unterhalb derer die hier nicht interessierende Auswerteelektronik angeordnet ist. Die Grundplatte 1 begrenzt zusammen mit einer umlaufenden Wand 2, die die Form eines Hohlkegelstumpfes hat, eine Kammer, deren obere, dem Lufteintritt dienende Öffnung durch ein engmaschiges Drahtgitter 3 abgedeckt ist. Oberhalb des Drahtgitters 3 befindet sich ein auf seitlichen Stützen 4a ruhender Strömungsleitring 4, dessen Form im einzelnen aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Diese Anordnung wird von einem Gehäuse 5 umschlossen, das im wesentlichen ebenfalls die Form eines Hohlkegelstumpfes hat, dessen kleinere Basis durch eine Deckplatte 5a verschlossen ist. Die Deckplatte 5a ist über schmale Stege 5b mit dem Mantel des Gehäuses 5 verbunden. Die Zwischenräume zwischen den Stegen 5b bilden über den Umfang verteilte Luftzutrittsöffnungen 6.
  • Auf der Grundplatte 1 sind ein Streulichtsystem, ein Ionisationssystem sowie ein Wärmefühler angeordnet.
  • Das Streulichtsystem umfaßt eine Sendediode 7, die auf einem Sockel 7a in einem Tubus 7b angeordnet ist. Etwa gegenüber der Sendediode 7 befindet sich eine Empfangsdiode 8, die in entsprechender Weise auf einem Sockel 8a in einem Tubus 8b angeordnet ist. Die Hauptachse 7c der Sendediode 7 und die Hauptachse 8c der Empfangsdiode 8 sind so zueinander orientiert, daß der Schnittpunkt 9 außerhalb der Symmetrie- oder Mittelachse der Kammer bzw. der Grundplatte 1 liegt. Zwischen der Sendediode 7 und der Empfangsdiode 8 ist ein Kunststoffkörper 10 angeordnet, dessen der Sendediode 7 und der Empfangsdiode 8 zugewandte Flächen so profiliert sind, daß sie in bekannter Weise als Lichtfalle wirken. Des weiteren sind die Grundplatte 1, die Kammerwand 2, die Teile 7a, 7b, 8a, 8b und der Kunststoffkörper 10 schwarz und matt gehalten. Auch ist der Neigungswinkel der Kammerwand 2 gegenüber der Grundplatte 1 so gewählt, daß ein möglichst geringer Anteil sowohl des von der Sendediode 7 ausgehenden Lichtes als auch des Fremdlichtes an der Kammerwand 2 in Richtung der Achse 8c der Empfangsdiode 8 reflektiert wird.
  • Das Ionisationssystem befindet sich auf der von dem Achsenschnittpunkt 9 abgewandten Seite des Kunststoffkörpers 10. Das Ionisationssystem umfaßt einen an dem Kunststoffkörper 10 befestigten Präparatehalter 11 mit einer Ausnehmung 11a, in der eine plattenförmige Elektrode 12 angeordnet ist, der in geringem Abstand eine drahtförmige Elektrode 13 gegenübersteht. Die plattenförmige Elektrode 12, die auch das nichtdargestellte, ionisierende Präparat trägt, bildet die gemeinsame Elektrode der Meßkammer und der Referenzkammer des Ionisationssystems. Die beiden Kammern sind bei dieser Ausführungsform keine physikalisch getrennten Räume sondern werden durch die (teilweise gemeinsamen) Volumina im Bereich der betreffenden Elektroden gebildet. Hierbei ist die Elektrode 13 die Bezugselektrode der Referenzkammer. Die Bezugselektrode der Meßkammer ist hingegen eine ausgedehnte Fläche, bestehend aus den der gemeinsamen Elektrode 12 benachbarten Teilen oder Bereichen der Grundplatte 1 und der Kammerwand 2 sowie des Drahtgitters 3. Unter anderem aus diesem Grund sind die Grundplatte 1 und die Kammerwand 2 aus einem leitfähigen Kunststoff hergestellt. Die Kontaktierung der genannten Elektroden mit der Auswerteelektronik ist nicht dargestellt.
  • In der Mittelachse der Kammer ist ein Wärmefühler 14 oberhalb des Drahtgitters 3 angeordnet. Er ist mit der Auswerteelektronik durch eine Bohrung 10a in dem Kunststoffkörper 10 hindurch verbunden.
  • Der Strömungsleitring 4 teilt den Luftzutrittsquerschnitt gemäß Fig. 1 in eine untere und eine obere Hälfte. Gemäß den Figuren 3 und 4 hat der Strömungsleitring 4 näherungsweise die Form eines Kugelkalottenringes (oder auch diejenige des Mantels eines Kegels mit sehr großem Kegelwinkel). An seinem äußeren Umfangsrand 4a hat der Strömungsleitring zwei Ausnehmungen 4b. Diese dienen zur Aufnahme von Lichtleitprofilstücken (nicht dargestellt), die längs der Kammerwand 2 angeordnet werden können und den Betriebszustand des Melders kennzeichnende Lichtsignale von auf der Grundplatte 1 angebrachten Leuchtdioden entsprechenden, in der Deckplatte 5 des Gehäuses vorgesehenen Öffnungen zuleiten (ebenfalls nicht dargestellt). Die innere Öffnung des Strömungsleitringes 4 ist nicht kreissondern etwa kissenförmig gestaltet, wobei die einspringenden Ränder 4c schmale Kreissegmente 4d begrenzen. Im eingebauten Zustand des Strömungsleitringes 4 befinden sich diese Kreissegmente 4d über der Sendediode 7 bzw. der Empfangsdiode 8. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Form des Strömungsleitrings die Empfindlichkeit sowohl des Streulichtsystems als auch des Ionisationssystems (der achssymmetrisch angebrachte Wärmefühler ist ohnehin nicht richtungsempfindlich) unabhängig von der Anströmungsrichtung praktisch konstant bleibt. Es wird angenommen, daß dies auf den in Fig. 4 durch die Strömungsfäden 15 angedeuteten Effekt der Teilung der (über die Öffnungen 6 eintretenden) Luftströmung zurückzuführen ist. Infolge dieser Teilung und der Profilwirkung des Strömungsleitringes werden offenbar die jeweiligen Meßvolumina, obwohl sie voneinander beabstandet und für bestimmte Anströmrichtungen durch den Kunststoffkörper 10 sowie den Einbau der Sendediode 7 und der Empfangsdiode 8 verdeckt sind, gleichmäßig gefüllt.

Claims (5)

  1. Brandmelder mit einem Streulichtsystem und einem Ionisationssystem sowie einer gemeinsamen Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Systeme in einer gemeinsamen Kammer angeordnet sind, die von einer kreisförmigen Grundplatte (1), einer Wand (2) in der Form eines Hohlkegelstumpfes und einer Lufteintrittsöffnung begrenzt wird, daß die Lufteintrittsöffnung von einem Drahtgitter (3) abgedeckt ist, daß, von dem Drahtgitter beabstandet, eine Deckplatte (5a) angeordnet ist und zwischen dieser und der die Lufteintrittsöffnung enthaltenden Durchmesserebene über den Umfang verteilte Luftzutrittsöffnungen (6) vorgesehen sind, daß die Sendediode (7) und die Empfangsdiode (8) des Streulichtsystems, sich etwa auf einer Durchmesserlinie gegenüberliegend, in je einem Tubus (7b, 8b) so angeordnet sind, daß sich die Achsen(7c, 8c) ihrer maximalen Intensität bzw. Empfindlichkeit auberhalb der geometrischen Mittelachse der Kammer kreuzen, daß im Bereich der Mittelachse der Kammer zwischen der Sende- und der Empfangsdiode ein als Lichtfalle wirkender Kunststoffkörper (10) angeordnet ist, und daß auf der dem Kreuzungspunkt (9) der Achsen der Sende- und der Empfangsdiode abgewandten Seite des Kunststoffkörpers (10) der Präparathalter (11) für das ionisierende Präparat des Ionisationssystems angebracht ist.
  2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der Kammerwand (2) so gewählt ist, daß ein möglichst geringer Teil des an der Wand (2) reflektierten Lichts in Richtung der Empfangsdiode (8) reflektiert wird.
  3. Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Präparathalter (11) die gemeinsame Elektrode (12) des Ionisationssystems,eine von dieser in geringem Abstand angeordnete Elektrode (13) die Bezugselektrode der Referenzkammer, und die dem Präparathalter benachbarten Bereiche der jeweils aus leitendem Kunststoff bestehenden Grundplatte (1) und der Kammerwand (2) sowie des Drahtgitters (3) die Bezugselektrode der Meßkammer bilden.
  4. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drahtgitter (3) und der Deckplatte (5a) ein Strömungsleitring (4), der näherungsweise die Form eines Kugelkalottenringes hat, angeordnet ist, dessen innere Öffnung einen etwa kissenförmigen querschnitt hat, wobei die beiden gegenüberliegenden, einspringenden Ränder (4c) oberhalb der Sende- bzw. der Empfangsdiode (7; 8) liegen.
  5. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelachse der Kammer oberhalb des die Lichtfalle bildenden Kunststoffkörpers (10) ein Wärmefühler (14) angeordnet ist.
EP91710029A 1990-09-05 1991-09-03 Brandmelder mit einem Streulicht- und einem Ionisationssystem Expired - Lifetime EP0475884B1 (de)

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EP0475884A1 true EP0475884A1 (de) 1992-03-18
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