FI57496B - Brandalarmanordning - Google Patents

Description

UVg^r;i rBl KUULUTUSJULKAISU cnAQc

j&SjTA LBJ (11) UTLÄGGN INGSSKRIFT * · * ' O

♦ Ώ® C (45) ΓνΛ·.·:ιΙτΛ 11 UC ’Λ20 ^ 'r~~' (51) Kv.ik?/Int.a.3 G 08 B 17/10 SUOMI —FINLAND (21) Ptt*nttlh»k«mu« — P*t«nt»nt8knlng 1013/7^ (22) H«k*ml*piWt — An*6knlnf*dag 02. (A. 7^+

(23) Alkupllvi—Giltlgh«t*dag 02.0U.7U

(41) Tullut julkiseksi — Bllvlt offentllg 0U. 10.7U

Patentti· ja rekisterihallitus (44) NihttvUuip™* j> kuuLjuiksUun pvm.-

Patent* och registerstyrelsen AntBktn utlagd oeh utl.ikrlften publlcisrad 30.0U. 80 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus —Begird prloritet 0 3. 0U . 7 3

Sveitsi-Schweiz(CH) U7U1/73 (71) Cerberus AG, 8708 Mannedorf, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Hansjoachim Paschedag, Männedorf, Thomas Lampart, Mannedorf,

Sveitsi-Schwei z(CH) (7U) Berggren Oy Ab (5U) Palohälytyslaite - Brandalarmanordning

Esillä oleva keksintö kohdistuu palohälytyslaitteeseen ilman kanssa yhteydessä olevine ionisaatiokammioineen, jossa on ainakin yksi radioaktiivinen lähde ionien synnyttämiseksi sekä kaksi jännitteistä elektrodia, joiden välillä virtaa ionivirta, jonka voimakkuus vähenee kun ionisaatiokammiossa ilmenee savua ja paloaerosolia.

Tällaiset, ionisaatiopalohälyttiminä tunnetut laitteet käyttävät hyväksi sitä tosiasiaa, että ionisaatiokammiossa synnytetyt ionit kerrostuvat savupartikkeleille tai paloaerosolille, jolloin varattujen partikkeleiden liikkuvuus pienenee. Ionisaatiokammion elektrodien välisen ionivirran lasku toimii siten palon seuraamisilmiöiden esiintymisen osoittamiseksi sekä palohälytyssignaalin laukaisemiseksi .

Tunnetuissa ionisaatiopalohälyttimissä on kuitenkin se haittapuoli, että ionivirtaan eivät vaikuta vain vieraat partikkelit, vaan myöskin ilman liikkuminen ionisaatiokammion läpi. Tämä on erityisen häiritsevää silloin, kun ilman nopeus on samaa suuruusluokkaa tai suurempi kuin ilmaionien vaellusnopeus. Ilmaionien liikkuvuus normaalissa ilmanpaineessa sähköisessä kentässä riippuu jonkin verran ionien laadusta ja varauksesta. Vaellusnopeuden v ja sähköisen kentän- 2 57496 voimakkuuden E väliseksi suhteeksi voidaan suunnilleen olettaa seu-raava: v/E ^ 2 cm /Vs.

Vanhoissa, suurjännitteellä toimivissa ionisaatiopalohä-lyttimissä oli sähkökentän voimakkuus suuruusluokkaa yli 50 V/cm ja ionien nopeus siten alueessa yli 1 m/s, eikä palohälyttimissä esiintynyt mitään häiriöitä ilman nopeuksilla alle 1 m/s, kun taas nykyaikaisissa, matalalla jännitteellä toimivissa ionisaatiopalohälyttimissä, joilla on suurempi herkkyys, kentän voimakkuudet ovat alueessa vähän alle 5 V/cm. Ilmaionien nopeus on tällöin vain noin 10 cm/s. Kuten on kuviossa 1 tämän valaisemiseksi kaaviomaisesti esitetty, on sen vuoksi tällaisissa nykyaikaisissa ionisaatiopalohälyttimissä jo 50 cm/s ilmannopeus riittävä, jotta se kuljettaisi radioaktiivisen lähteen 3 elektrodien 1 ja 2 välissä synnyttämän ionin sen kulku-matkan viisinkertaisena sivulle. On siten helppo havaita, että tällä tavalla suurin osa muodostetuista ioneista joutuu ulos ionisaatiokam-miosta jo alhaisilla ilmanopeuksilla eikä enää saavu elektrodiin.

Tämä johtaa samalla tavalla kuin savun tunkeutuminen ionisaatiokam-mion sisään ionivirran vähenemiseen sekä väärän palohälytyksen laukaisemiseen.

Koska käytännössä aina esiintyy tiettyjä ilmavirtauksia, esim. ilmanvaihto tai ilastointilaitteiden vuoksi tai avattujen ikkunoiden tai ovien aikaansaaman vedon vuoksi., voidaan sellaisia tunnettuja matalajännite-ionisaatiopalohälyttim:ä, joissa on avoin ionisaa-tiokammio, vain rajoitetusti käyttää, pyrkimystä ilmanvaihtokanavien valvontaan tai käyttämiseen imulaitteistojen yhteydessä ei voida ajatellakaan.

Tunnetaan tosin jo useita erilaisia rakenteita, jotka rajoittavat ionisaatiopalohälyttimien ionisaatiokammioon tulevan ilmavirran nopeutta sellaiseksi, että selostettuja häiriöitä ja väärä-hälytystä voidaan vähentää. Tämän täytyy kuitenkin tapahtua sen kustannuksella, että savun tunkeutumista ionisaatiokammion sisään vaikeutetaan ja hidastetaan. Ionisaatiopalohälyttimet, jotka on varustettu tällaisella ns. tuulisuojalla, reagoivat sen vuoksi tavallisesti vasta tietyllä aikaviiveellä palon syntyyn, mikä on käytännössä erittäin ei-toivottua.

Keksinnön tarkoituksena on välttää mainitut haittapuolet ja aikaansaada ionisaatiopalohälytin, jonka ionivirta suurillakin ilmanopeuksilla muuttuu vain vähän, ja jonka ionisaatiokammioon savua tai paloaerosolia sisältävä ilma voi tunkeutua ilman aikaviivettä. Sellainen ionisaatiopalohälytin on vähemmän taipuvainen väärähäly-tyksiin ja sillä on lyhyempi reagointiaika palon syntymisen jälkeen.

j 57496

Keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista, että radioaktiivinen lähde on muodostettu ja sovitettu siten, että sen ionisaa-tioalue käsittää vain osan elektrodien välisestä välitilasta, niin että normaalisti virtaa ionivirta vain elektrodipintojen osien välillä, ja että elektrodit ulottuvat mahdollisen ilmavirtauksen suunnassa ionisaatioalueen yli matkan, joka on ainakin viisi kertaa niiden välimatka.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien muodossa viitaten oheisiin piirustuksiin. Kuviot 2 A - 2 D esittävät "lineaarista” ionisaatiopalohälytintä, joka on tarkoitettu käytettäväksi imu-järjestelmissä, kuviot 3 A - 3 D esittävät "säteettäissymmetristä" ionisaatiopalohälytintä, johon ilma pääsee vapaasti ionisaatiokammioon konvektion avulla.

Kuvioiden 2 A - 2 D esittämässä palohälytyslaitteessa imetään tutkittavaa ilmaa valvottavista tiloista ilmakanavaan tai ilman-vaihtokuiluun 4 ilmanvaihto- tai imulaitteen 5 avulla. Sopivaan kohtaan ilmakanavaan 4 on sovitettu savun ja paloaerosolin ilmaisemiseksi toimiva ionisaatiokammio 6. Tämä käsittää kaksi pitkänomaista, sopivasti ilmaioneille läpäisemätöntä elektrodia 7 ja 8, jotka on kytketty eri jännitteisiin. Ionisaatiokammion 6 sisääntulokohdalle on jokaiseen elektrodiin sovitettu radioaktiivinen preparaatti 9> 10. Tähän tarkoitukseen ovat erityisen sopivia radioaktiiviset 8- tai a-säteilijät, joilla on lyhyt vaikutusulottuvuus (pienempi tai yhtä suuri kuin 2 cm), suuruusluokkaa noin 1 cm, esim. tritiumpitoiset kalvot, kuitenkin voidaan myös käyttää muita ionisaatiokammioissa tavallisia radioaktiivisia säteilylähteitä (esim. N163, Kr85, Am24l), jolloin ulottuvuutta sopivasti pienennetään haluttuun suuruuteen säteilyä absorboivilla suojakerroksilla. Koska elektrodien välimatka selostetussa esimerkissä on noin 2 cm, saavutetaan tällä tavalla se, että ilma ionisoidaan vain ionisaatiokammion sisäänmenovyöhykkeessä R. Ionisaatioalueen levittäminen virtaussuunnassa estetään toisaalta radioaktiivisen säteilyn pienellä ulottuvuudella ja toisaalta voidaan aluetta rajoittaa muilla keinoilla, esim. elektrodeihin muodostetulla kohoumalla 11.

Koska imetty ilma virtaa ilmakanavan ja siten myös ionisaatiokammion 6 läpi huomattavalla nopeudella, jonka suuruusluokka voi olla muutama m/s, saa huomattava osa ionisaatiokammion sisääntulon kohdalla olevassa ionisaatioalueessa synnytetyistä ilmaioneis-ta sähköisen kentän antaman nopeuskomponentin ohella myös aksiaalisesta suunnatun nopeuden, joka voi olla monta kertaa suurempi kuin n 57496 luonnollinen vaellusnopeus sähköisessä kentässä. Elektrodit 7 ja 8 kuitenkin ulottuvat niin pitkään taaksepäin ilmavirtauksen suuntaan, että myös tässä tapauksessa muodostetut ilmaionit vielä saapuvat elektrodeihin, eikä vain suhteellisen hitaalla laminaarisella virtauksella, vaan myös pyörteisillä virtauksilla, joissa ilmaionit saavat erilaisia vaihtelevia nopeuskomponentteja säteettäisessä ja kehäsuunnassa. Edellytyksenä on, että molemmat elektrodit ulottuvat tarpeeksi pitkään ilmavirtauksen suuntaan. Yleensä on riittävää, jos elektrodien pituus on vähintään 5 kertaa, tai noin 10-20 kertaa niiden välimatka, jotta ne sieppaisivat suurimman osan sivulle joutuneista ioneista. Tämän kautta saavutetaan se, että ionisaatiokammiosta esiintyvistä huomattavista ilmanopeuksista huolimatta ionivirta vain vähän poikkeaa normaaliarvostaan.

Selostettua vaikutusta voidaan vielä vahvistaa sillä, että elektrodien päät on terävin reunoin taivutettu sisäänpäin, jolloin näihin kohtiin 12 syntyy suurempi kentänvoimakkuus, niin että siihen saapuvia ioneja voidaan vielä paremmin siepata.

Ilmakanavissa, joilla on ympyrämäinen poikkileikkaus, saattaa imetyn ilman käyttämiseksi paremmin hyväksi olla edullista tehdä molemmat elektrodit sylinterin muotoisiksi osavaipoiksi, kuten on esitetty kuviossa 2 B.

Samoin sylinterimäisissä imuputkistoissa käytettäväksi soveltuu kuviossa 2 C esitetty ionisaatiokammio, jossa on sylinterivaipan muotoinen ulompi elektrodi 13 ja keskeisesti sovitettu johdin tai nasta 14 vastaelektrodina. Tässä järjestelyssä tullaan toimeen yhdellä ainoalla radioaktiivisella preparaatilla 15, joka on sovitettu hoikin muotoisena keskielektrodille 14 ionisaatiokammion sisääntulon kohdalle, ja jonka säteilyvaikutus ulottuu suunnilleen ulompaan elektrodiin 13·

Sen sijaan, että jäljelle jääneitä ilmaioneja siepataan ionisaatiokammion ulostulon kohdalla suurennetulla kentänvoimakkuudella, kuten on selostettu kuvion 2 A yhteydessä, voidaan kuten on kuviossa 2 D keskielektrodilla varustetun sylinterimäisen ionisaatiokammion yhteydessä selostettu käyttää myös sähköstaattisia sieppaus laitteita, jotka ovat varattujen ilmaa läpäisevien hilojen 16, 17 muodossa, loppuosan sieppaamiseksi virtauksen mukaankuljettamista iImaioneista.

Uusi laite soveltuu käytettäväksi ei ainoastaan ilmakanavissa, joissa luonnollisesti esiintyy suhteellisen korkeita ilmanvir-tausnopeuksia, vaan edullisesti myös ionisaatiopalohälytiimissä, 5 57496 joiden icnisaatiokammioihin ilma saapuu konvektion avulla. On aina olemassa mahdollisuus, että sellaisten ionisaatiopalohälyttimien valvomissa tiloissa satunnaisesti esiintyy ilmavirtauksia, joiden nopeudet ovat jopa 1 m/s, mikä matalajännitteisissä ionisaatiopalohä-lyttimissä avoimella ionisaatiokammiolla johtaisi väärähälytykseen.

Silloin kun virtaussuunta ei ole etukäteen annettu, niin kuin on asianlaita imujärjestelmissä, on sopivaa käyttää ionisaatio-palohälyttimessä säteettäissymetristä rakennetta, jossa on kaksi levymäistä elektrodia, jotka on sovitettu pienelle etäisyydelle toisistaan, sekä keskeisesti sovitettu radioaktiivinen lähde, joka ionisoi vain pientä rajoitettua keskeistä aluetta elektrodien välissä, kuten on esitetty kuvioiden 3 A - 3 B mukaisessa suoritusmuodossa.

Alustaan 20, jossa on hälytyksen osoituslaite 21, esim. valodiodi, on varsinaisen ionisaatiokammion sisältävä hälytyslaite 22 kiinnitetty irrotettavasti sähköisillä koskettimilla 23.

Hälytyslaite 22 on rakennettu eristyslevylie 24, jonka kannattaa kotelo 25, jonka sivupinnat on muodostettu hiloiksi 26 ympäröivän ilman päästämiseksi ionisaatiokammion sisään. Kotelon 25 sisään on sovitettu kaksi ympyrämuotoisiksi levyiksi muodostettua elektrodia 28 ja 29. Niitä pitävät paikoillaan keskeinen, eristysle-vyyn 24 sovitettu mäntä 27 tai pidin, joka on eristävää ainetta, sekä nastat tai askeleet 32. Elektrodien välinen etäisyys on suuruusluokkaa noin 1 cm tai sen alle. Niiden halkaisija on monta kertaa tämä välimatka, sopivasti enemmän kuin 10 cm. Keskeiseen mäntään 27 on sovitettu radioaktiivinen säteilijä 31 rengasmaisena kalvona uran sisään. On tarkoituksenmukaista käyttää säteilijää, jonka vaikutus-ulottuuvuus on suuruusluokkaa 1 cm, esim. tritiumyhdistettä. Tällöin saavutetaan se, että ionisoidaan vain pieni rajoitettu keskeinen ionisaatiokammion 30 vyöhyke R, jonka läpimitta on noin 2 cm. Toisaalta loppuosassa ionisaatiokammiota 30 ei tavallisesesti, ts. pienellä ilman liikkeellä, tapahtu mitään ionivirtausta. Eleketrodien välinen jännite on sopivasti 5 V tai pienempi, jotta aikaansaataisiin mah-dullisimman edullinen kentänvoimakkuus.

Tavallisissa olosuhteissa toimii selostettu ionisaatiopalo-hälytin kuten tunnetut laitteetkin, toisin sanoen kun savupitoista ilmaa tunkeutuu hitaasti sisään, pienenee ionivirta ja aikaansaa pääasiallisesti eristysainelevyyn 24 järjestetyn sähköisen kytkennän avulla hälytyssignaalin. Tunnetuissa ionisaatiopalohälyttimissä muuttuu ionivirta kuitenkin voimakkaasti, jopa heti kun esiintyy pienikin ilmavirtaus, kun taas näin ei ole asianlaita selostetulla ra- 6 57496 kenteella. Keskeisessä ionisaatioalueessa R synnytetyt ilmaionit tulevat ilmavirtauksen vaikutuksesta kuljetetuksi korkeintaan tietyn matkan säteettäisessä suunnassa, mutta saapuvat kuitenkin elektrodeihin kun nämä ovat ulottuvuudeltaan riittävät, esim. ainakin 5 kertaa niiden välinen etäisyys, niin että ionivirta on vain vähän riippuvainen ilman virtausnopeudesta. Päinvastoin kuin tunnetuissa rakenteissa ei siis tarvita mitään tuulisuojia ja ionisaatiokammio 30 voi olla pääasiallisesti ulkoilmalle vapaa.

Myöskin tässä voidaan vaikutuksen vahvistamiseksi elektrodien 28 ja 29 reunoissa käyttää kentän voimakkuutta nostavia elimiä, esim. taivutettuja reunoja, lisättyjä nastoja tai rengasmuotoisia askelmia 33, tai hila 26 voi olla sähköstaattisesti varattu.

Erityisen tärkeä on pienen elektrodien välimatkan sekä ionisaatiokammion 30 suuren sisäisen vastuksen takia mahdollisimman hyvä eristys elektrodien välillä. Tämä voidaan aikaansaada varustamalla keskeinen mäntä 27 pintavuotovirtaa vähentävillä rivoilla 34, kuten on esitetty kuvioissa 3 C ja 3 D. Sen sijaan, että molemmat elektrodit kiinnitetään keskeiseen mäntään 27, voidaan kuvion 3 D mukaan myös toinen elektrodeista kiinnittää eristyslevyn 24 askeleen 32 päälle, mikä vielä parantaa eristystä.

Radioaktiivinen preparaatti 31 voidaan paitsi keskeiseen mäntään 27 myös sovittaa johdinrenkaana mdlempiin elektrodeihin, esim. uraan upotettuna.

Keskeisessä männässä 27 voi keskellä olla poraus, jossa on järjestetty yhteys elektrodien 29 ja eristyslevyn 24 takasivuun kiinnitetyn kenttävaikutustransistorin 35 välille. Selostetulla tavalla voidaan pienistä rakennemitoista huolimatta aikaansaada käyttövarma, virtauksesta riippumaton ja kuitenkin herkkyydeltään hyvä ja nopeasti reagoiva ionisaatiopalohälytin.

Kakissa selostetuissa suoritusmuodoissa on yleensä sopivaa valita elektrodien välimatka ja jännite niin, että ionisaatiokammio toimii juuri kyllästysalueen alussa tai vähän sen alapuolella, ts. niin että normaalitapauksessa syntyneistä ioneista lähes kaikki saapuvat elektrodeihin, ilman että huomattava osa menetettäisiin rekombi-naation vuoksi. Eräissä tapauksissa voidaan työpiste valita niin, että ionivirtauksen pieneneminen, joka johtuu ionien kulkeutumisesta ulos kammiosta, juuri kompensoidaan sillä, että rekombinaationopeus pienenee ilmavirtauksen kautta. Tämän lisäksi voidaan tällöin herkkyys savulle täysin ylläpitää, koska savupartikkeleille ja aerosolille ionivirtauksen kyllästys tapahtuisi vasta suuremmalla jännitteellä johtuen partikkeleiden pienemmästä liikkuvuudesta ja oleelli-

Claims (14)

1. Palohälytyslaite ilman kanssa yhteydessä olevine ionisaa-tiokammioineen, jossa on ainakin yksi radioaktiivinen lähde ionien synnyttämiseksi sekä kaksi jännitteistä elektrodia, joiden välillä virtaa ionivirta, jonka voimakkuus vähenee kun ionisaatiokammiossa ilmenee savua ja paloaersosolia, tunnettu siitä, että radioaktiivinen lähde on muodostettu ja sovitettu siten, että sen ionisaa-tioalue käsittää vain osan elektrodien välisestä välitilasta, niin että normaalisti virtaa ionivirta vain elektrodipintojen osien välillä, ja että elektrodit ulottuvat mahdollisen ilmavirtauksen suunnassa ionisaatioalueen yli matkan, joka on ainakin viisi kertaa niiden välimatka.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohäly tyslaite, tunnet-t u siitä, että ionisaatiokammio on sovitettu ilmakuiluun, jossa on laite ilman saattamiseksi liikkumaan ionisaatiokammion läpi, että radioaktiivinen lähde on sovitettu ionisaatiokammion ilman sisääntulon kohdalle, ja että elektrodit ulottuvat ilmavirtauksen suunnassa radioaktiivisen lähteen ionisaatioalueen yli matkan, joka on ainakin 10 kertaa niiden välimatka.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytys laite, tunnettu siitä, että ainakin yksi elektrodi on ainakin osittain sylinterivaipan muotoinen.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että ionisaatiokammion ilman ulostulon alueelle on järjestetty kentänvoimakkuutta nostavat elimet reunojen tai kärkien muodossa.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että ionisaatiokammion ilman ulostulon alueelle on järjestetty ainakin yksi sähköisesti varattu, ilmaa läpäisevä hila.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että molemmat elektrodit on tehty levynmuotoisiksi, että radioaktiivinen aine on sovitettu lähelle levymäisten elektrodien keskiötä, että ionisaatioalue käsittää vain pienen keskeisen osan elektrodien välissä, ja että molemmat elektrodit ulottuvat tämän ionisaatioalueen yli jokaisessa suunnassa matkan, joka on ainakin 8 57496 viisi kertaa niiden välinen etäisyys.

7- Patenttivaatimuksen 6 mukainen palohälytyslaite, tun nettu siitä, että ainakin toista elektrodia kannattaa keskeinen eristetty tanko, jonka pinnassa on urat tai askeleet eristysmatkan suurentamiseks i.

7 57496 sesti suuremmasta rekombinaatiotodennäköisuudestä ilmaioneihin verrattuna. Tällä tavalla voidaan siis aikaansaada ionisaatiopalohäly-tin, joka on olellisesti ilmavirtauksesta riippumaton, ja jonka savu-herkkyys ja nopea reagointikyky kuitenkin säilyy.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että eristetty tanko on kiinnitetty eristyslevyyn, ja että toinen elektrodi on kiinnitetty samaan eristyslevyyn nastojen tai olakkeiden avulla kuitenkin tankoon koskettamatta.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että männässä on keskeinen poraus, jossa toinen elektrodi on yhdistetty eristyslevyyn kiinnitetyn kenttävaikutus-transistorin ohjauselektrodiin.

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen-.palohälytyslaite, tunnettu siitä, että levymäisten elektrodien reuna-alueilla on kentänvoimakkuutta nostavia elimiä, kuten terävät reunat tai nastat.

11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että ionisaatiokammio on suljettu ulospäin sähköisesti varatulla hilalla.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytyslaite, tunnettu siitä, että radioaktiivinen lähde sisältää tritiumia.

13· Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytyslaite, tun nettu siitä, että elektrodien muoto, välimatka ja jännite on valittu siten, että ionisaatiokammio toimii ilmaionien suhteen lähes kyllästysvirralla, kun taas varattujen raskaampien partikkelien suhteen ei esiinny virtauskyllästystä.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytyslaite, tun nettu säteilyä absorboivista elimistä radioaktiivisen lähteen ionisaatioalueen rajoittamiseksi. 9 57496