NO137666B - Brannmeldeanordning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en brannmeldeanordning med et lufttilgjengelig ionisasjonskammer med minst én radioaktiv kilde for frembringelse av ioner, og to spenningsførende elektroder mellom hvilke det flyter en ionestrøm med en strømstyrke som avtar ved nærvær av røk og brannaerosol i ionisasjonskammeret.

Sådanne anordninger, som betegnes som ionisasjonsbrannmeldere, benytter seg av det forhold at de i et ionisasjonskammer frembragte ioner ansamler seg på røkpartikler eller brannaerosol og at bevegeligheten av de ladeder partikler dermed avtar. Nedgangen av ionestrømmen mellom ionisasjonskammerets elektroder tjener her som tegn på tilstedeværelse av produkter som følge av en brann og til utløsning av et brannalarmsignal.

Tidligere kjente ionisasjonsbrannmeldere har imidlertid den ulempe at ionestrømmen ikke bare påvirkes av fremmede partikler, men også på grunn av en luftbevegelse i ionisasjonskammeret. Dette virker særlig forstyrrende når lufthastigheten er av samme størrel-sesorden eller høyere enn vandringshastigheten for luftionene. Bevegeligheten av luftioner ved normalt atmosfæretrykk i et elektrisk felt er i noen grad avhengig av ionetypen og ioneladningen. For forholdet mellom vandringshastigheten v og den elektriske feltstyrke E kan man tilnærmet anta: v/E - 2 cm 2/Vs.

Mens den elektriske feltstyrke ved eldre ionisasjonsbrannmeldere som arbeidet med høyspenning, var av størrelsesorden over 50 V/cm og ionehastigheten lå i området over 1 m/s, og brannmelderne derfor knapt oppviste forstyrrelser ved lufthastigheter under 1 m/s, ligger feltstyrken ved moderne, med lavspenning arbeidende ionisasjonsbrannmeldere med høyere følsomhet, i området fra noe mindre enn 5 V/cm. Hastigheten for luftionene beløper seg da bare til ca. 10 cm/s. Slik som skjematisk vist for forklaring på fig. 1, er det ved sådanne moderne ionisasjonsbrannmeldere allerede tilstrekkelig med en lufthastighet på 50 cm/s for å transportere en ion som er dannet mellom elektrodene 1 og 2 ved hjelp av den radioaktive kilde 3, det femdoble beløp av dens veistrekning til siden. Det er lett å innse at på denne måte blir størstedelen av de dannede ioner blåst ut- av ionisasjonskammeret allerede ved lave lufthastigheter, og når ikke elektroden. På samme måte som ved inntrengning av røk i ioni-sas jonskammeret , fører dette til en reduksjon av ionestrømmen og til utløsning av en feilaktig brannalarm.

Da det i praksis alltid er til stede visse luftstrømninger, f.eks. på grunn av ventilasjon- eller klimaanlegg eller på'grunn av trekk som følge av åpning av vinduer eller dører, kan sådanne tidligere kjente lavspennings-ionisasjonsbrannmeldere bare anvendes i begrenset utstrekning med åpne ionisasjonskammre, og anvendelse ved overvåkning av ventilasjonskanaler eller i forbindelse med av-sugningsinnretninger kommer overhodet ikke på tale.

Det er riktignok allerede kjent forskjellige konstruksjoner som ved inntreden av luft i ionisasjonskammeret i en ionisasjonsbrannmelder bremser opp luften til en slik hastighet at de beskrevne forstyrrelser og feilaktige alarmutløsninger unngås. Dette oppnås imidlertid på bekostning av at også inntrengning av røk i ionisasjonskammeret hindres og forsinkes. Ionisasjonsbrannmeldere med en slik såkalt vindskjerm reagerer derfor som regel først med en viss tidsforsinkelse på et brannutbrudd, hvilket i praksis er meget uønsket.

Formålet med oppfinnelsen er å eliminere de nevnte ulemper og å tilveiebringe en ionisasjonsbrannmelder med en ionestrøm som bare endrer seg lite også ved store vindhastigheter, og hvor røk- og brannaerosolholdig luft kan trenge inn i ionisasjonskammeret uten tidsforsinkelse. En sådan ionisasjonsbrannmelder skal oppvise en redusert tilbøyelighet til feilalarm og en forkortet reaksjonstid på et brannutbrudd.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den radioaktive kilde

er slik utformet og anordnet at dens ioniseringsområde bare omfatter en del av mellomrommet mellom elektrodene, og at elektrodene i retning av den mulige luftbevegelse strekker seg i det minste det femdoble av sin' innbyrdes avstand utenfor ioniseringsområdet, slik at en ione-strøm normalt flyter bare mellom en del av elektrodeoverflåtene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et antall utførelseseksempler under henvisning til teg-ningene, der fig. 2A - 2D viser en "lineær" ionisasjonsbrannmelder for anvendelse i et avsugningssystem, fig. 3A - 3D viser en "radialsymmetrisk" ionisasjonsbrannmelder med fri lufttilgang til ionisasjonskammeret ved konveksjon.

Ved den på fig. 2A - 2D viste brannmeldeanordning blir

den i en luftkanal eller ventilasjonssjakt 4 tilstedeværende luft som skal undersøkes, ved hjelp av en ventilasjons- eller avsugnings-anordning 5 sugd ut fra de rom skal overvåkes. På et passende sted

i luftkanalen 4 er anordnet ionisasjonskammeret 6 som gjør tjeneste som røk- og brannaerosoldetektor. Kammeret inneholder to langstrak-te, fortrinnsvis for luftioner ugjennomslippelige elektroder 7 og 8 som er tilkoplet til forskjellig spenning. Ved ionisasjonskammerets 6 inngang er det på hver elektrode anordnet et radioaktivt preparat 9, 10. Særlig egnet for det foreliggende formål er radioaktive 8- eller ct-stråler med kort rekkevidde 2 cm), av størrel-sesorden 1 cm, f.eks. tritiumholdig folie. Imidlertid kan det også benyttes andre radioaktive strålingskilder som er vanlige i ionisasjonskamre (f.eks. Ni63, Kr85, Am241), idet rekkevidden hensiktsmessig reduseres til ønsket lengde ved hjelp av et strålings-absorberende dekksjikt. Da elektrodeavstanden i det beskrevne eksem-pel er ca. 2 cm, oppnår man på denne måte at luften bare blir ioni-

sert i en inngangssone R av ionisasjonskammeret. En utvidelse av ionisasjonsområdet bakover i strømningsretningen hindres på den ene side ved' hjelp av den korte rekkevidde for den radioaktive stråling, og på den annen side kan området begrenses ved hjelp av ytterligere foranstaltninger, f.eks. ved hjelp av en vulst 11 på elektrodene.

Da den innsugde luft strømmer gjennom luftkanalen og dermed også gjennom ionisasjonskammeret 6 med en betraktelig hastighet som kan være av størrelsesorden opp til noen m/s, vil nå en betraktelig del av de luftioner som er dannet i ioniseringsområdet ved ionisasjonskammerets inngang, foruten den av det elektriske felt gitte hastighetskomponent få en hastighet i aksial retning som kan

være mange ganger større enn den naturlige vandringshastighet i det elektriske felt. ' Elektrodene 7 og 8 strekker seg imidlertid så

langt bakover i luftstrømmens retning at de dannede luftioner også

i dette tilfelle når elektrodene, og det ikke bare ved en forholds-

vis langsom laminær strømning, men også ved turbulente strømninger ved hvilke luftionene får ytterligere hurtig varierende hastighets-komponenter i radial og periferisk retning. Forutsetningen er at begge elektroder strekker seg tilstrekkelig langt i luftstrømmens retning. For å fange opp størstedelen av de bortblåste ioner, er det vanligvis tilstrekkelig at elektrodenes lengde er minst det femdoble, eller ca. det ti - tyvedoble av deres innbyrdes avstand.D=nred oppnås at ionestrømmen på tross av betydelige lufthastigheter i ionisasjonskammeret, bare avviker lite fra normalverdien. Den beskrevne virkning kan dessuten forsterkes ved at-elektrodenes ender bøyer innover med ..en skarp kant, hvorved det på disse steder

12 frembringes en øket feltstyrke, slik at ioner som har kommet dit

kan innfanges enda bedre.

I luftkanaler med sirkelformet tverrsnitt '•:an det for bedre utnyttelse av den innsugde luft være fordelaktig å utforme begge elektroder som sylinderformede delskall, slik som vist på fig.

2B. Godt egnet for anvendelse i sylindriske innsugningsrør er også

det på fig. 2C viste ionisasjonskammer med en sylindermantelformet ytterelektrode 13 og en sentralt anordnet tråd eller stift 14 som motelektrode. Denne anordning kan tilveiebringes med et eneste radioaktivt preparat 15 som anbringes hylseformet på midtelektroden 14 ved ionisasjonskammerets inngang, og hvis strålingsrekkevidde rekker ca. til ytterelektroden 13.

I stedet for å fange opp de resterende . luftioner ved ionisasjonskammerets utgang ved hjelp av øket feltstyrke, slik som beskrevet i forbindelse med fig. 2A, kan, slik som vist på fig. 2D

i forbindelse med et sylindrisk ionisasjonskammer med midtelektrode, også elektrostatiske oppfangningsanordninger i form av ladede, luft-gjennomslippelige gittere 16, 17 tjene til oppfangning av de resterende, av strømmen medtrukne luftioner.

Anordningen ifølge oppfinnelsen lar seg imidlertid ikke bare anvende i luftkanaler, hvor det naturlig hersker forholdsvis høye strømningshastigheter, men også med fordel i ionisasjonsbrannmeldere hvor luften har adgang til ionisasjonskammeret ved hjelp av konveksjon. Det ligger helt innenfor mulighetenes område at det i de rom som overvåkes med sådanne ionisasjonsbrannmeldere, iblant opptrer luftstrømmer med hastigheter opp til ca. 1 m/s, som ved lavspennings-ionisasjonsbrannmeldere med åpent ionisasjonskammer ville kunne utløse en feilalarm.

Da strømningsretningen imidlertid ikke er gitt på forhånd, slik som i innsugningssystemer, er det i dette tilfelle fordelaktig med en radialsymmetrisk oppbygning av ionisasjonsbrannmelderen med to utvidede, skiveformede elektroder som er anordnet på liten avstand fra hverandre, og en sentralt anordnet, radioaktiv kilde som bare ioniserer et snevert begrenset sentralt område mellom elektrodene, slik som vist i et utførelseseksempel i forbindelse med fig. 3A - 3B.

På en sokkel 2 0 med en alarmindikator-anordning 21, f.eks. en lysdiode, er en melderinnsats 22 som inneholder det egentlige ionisasjonskammer, løsbart festet ved hjelp av elektriske kontakter 23. Melderinnsatsen 22 er oppbygd på en plate 24 av isolermateriale som bærer et hus 25 med sideflater som er utformet som et gitter 26 for innstrømning av den omgivende luft til ionisasjonskammeret. I det indre av huset 25 er anbragt to elektroder 28 og 29 som er utformet som sirkelformede skiver. Elektrodene holdes i stilling av en sentral, på isolerplaten 24 anbragt støtte eller holder 27 av isolerende materiale, og dessuten av stifter eller steg 32. Den innbyrdes avstand mellom elektrodene er av størrelsesorden 1 cm eller derunder. Elektrodenes diameter er det mangedobbelte av deres innbyrdes avstand, fortrinnsvis mer enn 10 cm. På den sentrale holder 27 er en radioaktiv stråler 31 anordnet i et spor som en ringformet folie. Fortrinnsvis benyttes en stråler med en rekkevidde av størrelsesorden 1 cm, f.eks. en tritiumforbindelse. Dermed oppnås at bare en snevert begrenset, sentral sone R i ionisasjonskammeret 3Q med en diameter på ca. 2 cm blir ionisert, mens det i resten av ionisasjonskammeret 30 normalt, dvs. ved liten luftbevegelse, nesten ikke flyter noen ionestrøm. Spenningen mellom elektrodene er fortrinnsvis 5 y eller mindre, for å oppnå en mest mulig gunstig feltstyrke.

Under normale betingelser virker den beskrevne ionisasjonsbrannmelder på samme måte som kjente anordninger, dvs. ved langsom inntrengning av røkholdig luft blir ionestrømmen redusert, og et

alarmsignal blir utløst ved hjelp av en elektrisk kopling som for størstedelen er anordnet på isolerplaten 24. Mens ionestrømmen endret seg sterkt ved tidligere kjente ionisasjonsbrannmeldere så snart det bare opptrådte en svak luftbevegelse, er dette ikke tilfelle ved den foreliggende konstruksjon. De i det sentrale ioni-sas jonsområde R frembragte luftioner blir av luftstrømmen i høyden transportert en viss strekning radialt utover, og når ved tilstrekkelig utvidelse av elektrodene, f.eks. med minst det 5-doble av deres

innbyrdes avstand,likevel frem til disse, slik at ionestrømmen bare

er lite avhengig av luftens bevegelseshastighet. I motsetning til tidligere kjente konstruksjoner er det altså ikke nødvendig med noen vindavskjermende anordninger og ionisasjonskammeret 30 kan i stor utstrekning være åpent mot den ytre atmosfære.

For forsterkning av virkningen ved kanten av elektrodene 28 og 29 kan det også her være anordnet feltstyrkeøkende. midler,

f.eks. ombøyde kanter, oppsatte stifter eller ringformede steg 33, eller gitteret 26 kan være elektrostatisk ladet.

Ved den lille elektrodeavstand og den høye indre motstand i ionisasjonskammeret 30 er det særlig viktig med en best mulig isolasjon mellom elektrodene. Dette kan oppnås ved hjelp av krype-vei :ende ribber 34 på der- sentrale holder 27, slik som vist på fig. 3C og 3D. I stedet for å feste begge elektroder på den sentrale holder 27, kan ifølge fig. 3D også en av elektrodene være festet på et steg 32 på isolerplaten 24, hvilket ytterligere forbed-rer isolasjonen.

Det radioaktive preparat 31 kan i stedet for å være anbragt på den sentrale holder 27, også. være anbragt som en trådri.ng på en av de to elektroder, f.eks. nedsenket i et spor.

Den sen.rala holder 27 kan i :..idten være forsynt med en boring i hvilken det er anordnet en forbindelse mellom elektroden 29 og en på isolerplatens 24 bakside ved innstøpning anordnet felteffekttransistor 35. På den beskrevne måte kan det på tross av de små dimensjoner tilveiebringes en driftssikkert arbeidende, luft-strømuavhengig, men likevel meget følsom og raskt reagerende ioni-sas jonsbrannmelder .

Ved alle beskrevne utførelseseksempler er det forøvrig fordelaktig å velge elektrodeavstand og elektrodespenning slik at ionisasjonskammeret arbeider like ved begynnelsen av metningsområdet eller like under dette, dvs. slik at de dannede ioner normalt nesten alle når elektrodene, uten at en vesentlig del går tapt på grunn av rekombinasjon. Eventuelt kan arfeeidspunktet velges slik at en ione-strømreduksjon ved utblåsning av ioner fra kammeret blir direkte kompensert ved hjelp av den reduserte rekombinasjonshastighet under luftstrøminnflytélse i det ikke ioniserte område. Dessuten blir derved røkfølsomheten bibeholdt i full utstrekning, da ionestrømmet-ningen først vil inntreffe ved en høyere spenning for røkpartikler og aerosol på grunn av den mindre ^bevegelighet og den vesentlig større rekombinasjonssannsynlighet sammenliknet med luftioner. På denne måte kan det således tilveiebringes en ionisasjonsbrannmelder som i stor utstrekning er luftstrømuavhéngig, og for hvilken røkføl-somheten og dens hurtige reaksjonsforhold likevel blir bibeholdt.

Claims (14)

1. Brannmeldeanordning med et lufttilgjengelig ionisasjonskammer med minst én radioaktiv kilde for frembringelse av ioner.-og to <p>penningsførende elektroder mellom hvilke det flyter en ionestrøm med en strømstyrke som avtar ved nærvær av røk og brannaerosol i ionisasjonskammeret, karakterisert ved at den radioaktive kilde er slik utformet og anordnet at dens ioniseringsområde bare omfatter en del av mellomrommet mellom elektrodene, og at elektrodene i retning av den mulige luftbevegelse strekker seg i det minste det femdoble av sin innbyrdes avstand utenfor ioniseringsområdet, slik at en ionestrøm normalt flyter bare mellom en del av elektrodeoverflåtene.

2. Brannmeldeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at ionisasjonskammeret er anordnet i en luftsjakt med en anordning for luftbevegelse gjennom ionisasjonskammeret, at den

radioaktive kilde er anbragt på stedet for luftens inntreden i ionisasjonskammeret, og at elektrodene i retning av luftens be-vegelse strekker seg i det minste det tidoble av sin innbyrdes avstand utenfor ioniseringsområdet for den radioaktive kilde.

3. Brannmeldeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én elektrode i det minste delvis har form av en sylindermantel.

4. Brannmeldeanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det på stedet for luftens utløp fra ionisasjonskammeret er anordnet feltstyrkeøkende midler i form av kanter eller stifter.

5. Brannmeldeanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det på stedet for luftens utløp fra ionisasjonskammeret er anordnet minst ett elektrisk ladet, luftgjennomslippe-lig gitter.

6. Brannmeldeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at begge elektroder er plateliknende utformet, at det radioaktive preparat er anordnet i nærheten av sentrum for begge de plateformede elektroder, at ioniseringsområdet bare omfatter en liten sentral del mellom elektrodene, og at begge elektroder strekker seg i det minste det femdoble av sin innbyrdes avstand utenfor dette ioniseringsområde i hver retning.

7. Brannmeldeanordning ifølge krav 6, karakterisert ved at minst én av elektrodene bæres av en sentral, isolerende holder som for økning av isolasjonsstrekningen er forsynt med riller eller steg på sin overflate.

8. Brannmeldeanordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den isolerende holder er festet til en plate av isolermateriale, og at den andre elektrode er festet til den samme isolerplate ved hjelp av stifter eller steg, men likevel ikke be-rører holderen.

9. Brannmeldeanordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at holderen er forsynt med en sentral boring i hvilken den ene elektrode er forbundet med styreelektroden til en på isolerplaten festet felteffekttransistor.

10. Brannmeldeanordning ifølge krav 6, karakterisert ved at det i yttersonen for de plateformede elektroder er anordnet feltstyrkeøkende midler, f.eks. skarpe kanter eller stifter.

11. Brannmeldeanordning ifølge krav 6, karakterisert ved at ionisasjonskammeret er lukket mot det ytre ved hjelp av et elektrisk ladet gitter.

12. Brannmeldeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den radioaktive kilde inneholder tritium.

13. Brannmledeanordning ifølge krav 1, karakt é-t r i s e r t ved at elektrodeform, elektrodeavstand og elektrodespenning er slik valgt at ionisasjonskammeret for luftioner arbeider i det minste tilnærmet i strømmetning, mens det for ladede, tyngre partikler ikke er for hånden noen strømmetning.

14. Brannmeldeanordning ifølge krav 1, karakter r i s e r t ved strålingsabsorberende midler for begrens-ning av den radioaktive kildes ioniseringsområde.