TWI603064B - 用於與微粒檢測器使用之空氣取樣系統 - Google Patents

Description

用於與微粒檢測器使用之空氣取樣系統 發明領域

本發明係有關一種供用於一形成一抽氣微粒檢測系統的一部份之取樣管網路中的取樣點，並有關一種具有此一取樣點的抽氣微粒檢測系統，及其部件等。

發明背景

在該等抽氣微粒檢測系統中，譬如由Xtralis Pty Ltd.所製造的Vesda^®範圍之測煙器等，一取樣管的網路係廻設於一要被該微粒檢測系統監測的區域上。圖1示出此一微粒檢測系統10。該系統10包含該微粒檢測器12耦接於一由二取樣管16組成的取樣管網路14。然而，該網路可包含更多的取樣管，或相反地，只有單一取樣管。每一取樣管包含多數個空氣取樣點18。該等空氣取樣點18可為該取樣管16中之一簡單的孔，或一耦接於該管16的配件，並具有一中空概呈圓筒狀的截頭錐體具有一孔在末端，而空氣會被抽入其中。此一配件可被直接連接於該等空氣取樣管，例如被直接插入該管中或附接於一T接頭，或被以一段軟管來連接。在使用時，空氣會被一抽氣機20抽入該等空氣樣品 入口18並進入該微粒檢測器12。該抽氣機20典型會形成該微粒檢測器12的一部份。被抽經該系統10的空氣會在檢測器入口21進入該檢測器，並穿過具有一流量感測器24的入口風管26而至該抽氣機20。嗣該抽氣機會將該空氣輸出至一出口風管28，大部份的空氣會由該處經一排氣口22被排回到大氣。該出口風管28中的空氣壓力相較於該入口風管26處的空氣係為高壓，故該空氣的一部份會(選擇地)經由濾塵器30和微粒檢測器32，其中任何有關的微粒皆會被檢測，再被送回該入口風管。

該抽風機20會將由被監測的空間(例如房間或小室等)之環境空氣抽取的樣品空氣以一預定流率輸送至該檢測器12。應請瞭解該流率將會取決於系統參數而改變，但典型係在10至150l/m的範圍內。圖1A為一圖表，示出輸送至該微粒檢測器12的流率13與時間。當該微粒檢測系統10操作時，在各取樣管16及/或該檢測器12中的流率13係藉將該抽氣機20構設成能標定地以該預定流率運作來設定。但是，該流率13可能由於外部環境的影響或在一或多個取樣點阻塞，而不同於該標定流率15a。因此，該流率會被流量感測器24監測以確保該流率是在一特定的可容許範圍內。該可容許範圍典型係藉上15b和下15c流率臨界值來設定，它們典型為與該標定流率15a的偏差百分比。在該特定範圍之外的流量短暫變化(小於一預定延遲週期的持續時間)並不一定表示該取樣網路中有問題，因此可被忽略。但是，若該流率係在該特定範圍外更長於一錯誤延遲週期 17，則將會被判定該預定的流率並未被符合。該微粒檢測器的功能或可靠性可能減損，而且一錯誤訊號會被發出。

發明人等曾考量，有些抽氣微粒檢測系統的使用者可能希望監測一外部區域，而非該等系統通常會被使用的一內部區域。但是，外部環境存在一挑戰，即在該等取樣點附近的環境空氣流，例如由於風吹，可能會使環境空氣被推入或抽出該等取樣點，及相關聯的取樣網路，而使流量增加或減少超過可接受的限度。由於不同取樣點之間的環境相對氣流之流速和亂流的局部化特質亦可能變成不平衡的。如圖1A中所示，若該流率13增加超過該可接受範圍達一小於該錯誤延遲週期17的週期19a，該預定的流率係被認為可符合，故無錯誤訊號被發出。但是，稍後，該流率13會減少超過該可接受範圍達一週期19b，其係比該錯誤延遲週期17更長，該預定流率會被視為不符合，故一錯誤訊號會被發出。

本發明會解決上述在一室外環境使用一抽氣微粒檢測系統時的挑戰。

參考本說明書中的任何習知技術並非，且不應被視為，該習知技術係在澳洲或任何其它轄區形成一般普通常識的一部份之一種承認或任何暗示的形式，或該習知技術可合理地預期會被一精習於該技術者所確知、瞭解並認為相關的。

發明概要

在本發明之一第一態樣中係為一種用於一形成一抽氣微粒檢測系統的一部份之取樣管的取樣點，該取樣點包含：一本體；多數個孔隙在該本體中用以由一周遭環境抽取一空氣樣品；一出口用以由該本體以一預定的樣品流率輸送取樣的空氣進入取樣管網路之一取樣管中；及一裝置用以維持該預定的樣品流率，不論該本體附近的環境空氣流存在或缺乏。

較好是，該本體包括一通道在該等孔隙和該出口之間。

較好是，該用以維持該預定的樣品流率之裝置係為該本體中的孔隙之一特定的空間配置。

較好是，該多數個孔隙係繞該本體等距地相隔。在一較佳實施例中，有三個所述的孔隙，雖更多個亦可被使用。較好該本體是圓筒形。較好是，該等孔隙係繞該圓筒形本體之一中心軸以120度間隔分開。較好是，該本體的中心軸係垂直該出口的開口方向。

在一實施例中，該本體包含一安裝機構用以將該本體安裝於一微粒檢測系統之一取樣管或支撐結構。該本體可被直接地連接於該取樣管或藉一專用管來耦接於它。

在本發明之一實施例中，該取樣點包含一氣象屏罩構製成能提供保護以免因雨或雪而使水侵入或孔阻塞。

在本發明之一第二態樣中係提供一種導管用以將空氣送向一抽氣微粒檢測系統中之一微粒檢測器，該導 管包含一取樣點係由該導管上的一組孔隙所組成，該組孔隙係排列成使一通過該導管的預定樣品流率會被維持，不論該取樣點附近的環境空氣流存在或缺乏。

在本發明之一第三態樣中係提供一種取樣管用以輸送空氣至一抽氣微粒檢測系統中之一微粒檢測器，該取樣管包含至少一依據本發明之第一態樣的取樣點。

在本發明之一第四態樣中係提供一種取樣管用以輸送空氣至一抽氣微粒檢測系統中之一微粒檢測器，該取樣管包含一依據本發明之第二態樣的導管。

在本發明之一第五態樣中，係提供一種抽氣微粒檢測系統，包含至少一依據本發明之第三第四態樣的取樣管，並更包含一微粒檢測器會與至少一依據本發明的取樣管呈流體導通，其中該檢測系統包含一抽氣裝置用以將空氣以一預定的抽氣流率送入該檢測器中，該預定的抽氣流率會決定該預定的樣品流率。較好是該抽氣裝置為該檢測器中之一風扇。

在本發明之一第六態樣中，係提供一種用於一微粒檢測器之空氣取樣系統，該取樣系統具有：多數個取樣點用以抽吸空氣進入該取樣系統中；該取樣系統係構製成會在至少某些該等取樣點下游之一位置處具有一預定流率的空氣流。

其中在該位置上游的至少一個該取樣點具有一安排用以維持經由該取樣點進入該取樣系統中的流率，而使該位置處的流率會維持在該預定流率，不論該取樣點附 近的環境空氣流存在或缺乏。

在本發明之一第七態樣中提供一種用於微粒檢測器的空氣取樣系統，該空氣取樣系統具有：至少一取樣點用以抽吸空氣進入該取樣系統；該取樣系統係構製成在至少一該等取樣點下游之一位置處會有一預定流率的空氣流；其中在該位置上游的至少一個該等取樣點具有一安排用以維持被抽入該取樣點的空氣在一流率，此可在該取樣點附近有變化的環境氣流存在時，改善該檢測系統中流量錯誤的問題。該安排可包含多數入口孔隙。該取樣點可為上述的類型者。

於本發明的第六和第七態樣中，在該位置處的流率較好係獨立於該環境氣流。

較好是，在本發明的第六和第七態樣中，該安排包含一孔隙的空間排列構製成可供取樣環境空氣的入口。

較好是，該取樣點亦包含一出口會與該取樣網路之一取樣管呈流體導通。

較好是，在一取樣點的孔隙係排列成能平衡流入其之一或多個孔隙中的空氣，由於環境氣流通過該取樣點。

於此該等孔隙可被排列成由於環境氣流通過該取樣點而能平衡流入一或多個該等孔隙中的空氣，因此進入一個該等孔隙之流率因環境氣流所造成之變化的影響，會至少部份地與至少一個其它孔隙中的流率變化匹配，而可減少進入該一孔隙之流率變化對進入該取樣點之總流率的影響。

應請瞭解此影響一般會發生在當環境氣流的方向係為一環境氣流的前端於通過另一個該等孔隙之前會先通過一個該等孔隙的情況下。此乃對比於具有該環境氣流的方向會使該前端同時到達所有孔隙的情況。在使用時，該取樣點通常會由一壁突出，而該等孔隙相隔開於一平面中其係平行於該壁。因此將可瞭解，該環境氣流進入至少一個該等孔隙中並由該等孔隙的另一個流出，會發生在該氣流的方向是在此相同平面時，或該氣流的一部份在此一方向具有一分量時，而不是垂直於該平面時。

在一實施例中，本發明之第六或第七態樣的取樣點係為一依據本發明之第一態樣的取樣點。

在另一實施例中，該取樣點係包含於該取樣系統之一導管上，其中該導管係依據本發明的第二態樣。

該空氣取樣系統較好包含一抽氣裝置可供以一抽氣流率輸送空氣進入一微粒檢測器中，該抽氣流率會決定由該取樣點進入該空氣取樣系統之一取樣管的流率。較好是，該空氣取樣系統更包含一感測器用以判定(例如藉由測量)在供測量流量的位置處之氣流(例如空氣流率)。較好是，該空氣取樣系統係構製成能在所測之氣流不是在該預定流率的情況下發出一錯誤訊號。在一較佳形式中，該系統係構製成若所測量的流率係在一可接受的流率範圍之外，或在一可接受的流率範圍之外達到比一可接受的時間更長時，則會判定該所測量的流率不是在該預定流率。

在本發明的另一態樣中係提供一種用於一形成 一抽氣微粒檢測系統的一部份之取樣管的取樣點，該取樣點包含：一本體；多數個孔隙在該本體中用以使一空氣樣品能由一周遭環境被抽入該取樣點中；該等孔隙係被以一空間排列方式繞該本體排列；一出口用以將該取樣空氣由該本體送入取樣管網路之一取樣管中。較好是該本體包含一通道在該等孔隙與該出口之間。最好是該等孔隙係繞該本體等距地相隔開。較好是，有三個，或更多個孔隙。在一形式中，該本體是圓筒形，且該等孔隙係以120度間隔繞該圓筒形本體之一中心軸相隔分開。該取樣點包含一屏罩構製成能為該取樣點的孔隙提供隔離外物的保護。

在另一態樣中係提供抽氣微拉檢測系統，包含於此所述之任何一種的空氣取樣系統，及一微粒檢測器。

在本發明之一特別有利的實施例中，該微粒檢測器係為一煙檢測器，且該抽氣微粒檢測系統是一抽氣煙檢測系統。

10，100‧‧‧微粒檢測系統

12‧‧‧微粒檢測器

13‧‧‧流率

14‧‧‧取樣管網路

15a‧‧‧標定流率

15b‧‧‧上流率臨界值

15c‧‧‧下流率臨界值

16，108‧‧‧取樣管

17‧‧‧錯誤延遲週期

18‧‧‧空氣取樣點

19a‧‧‧可接受週期

19b‧‧‧不可接受週期

20‧‧‧抽氣機

21‧‧‧檢測器入口

22‧‧‧排氣口

24‧‧‧流量感測器

26‧‧‧入口風管

28‧‧‧出口風管

30‧‧‧濾塵器

32‧‧‧微粒檢測室

39‧‧‧T接頭

40，104，106‧‧‧取樣點

41‧‧‧本體

42‧‧‧入口孔隙

43‧‧‧底端

44‧‧‧出口

45‧‧‧端蓋

46‧‧‧抽吸方向

48‧‧‧樣品流率

50‧‧‧中心軸

52‧‧‧周遭環境

54‧‧‧環境氣流

56‧‧‧屏罩

60‧‧‧限制器

62‧‧‧阻抗界定孔隙

70‧‧‧導管

102‧‧‧空氣取樣系統

104，106‧‧‧取樣點

104A，106A‧‧‧入口

110‧‧‧房間

112‧‧‧外部空間

114‧‧‧天花板

本發明的更多態樣及前段中所述態樣的更多實施例等將可由被提供作為舉例的以下說明並參照所附圖式而清楚易知。

圖1示出一舉例的抽氣式微粒檢測系統之一方塊圖；圖1A為一示出流率相對於時間的圖表，乃表示可接受及不可接受之流量的限制；圖2示出一依據本發明的第一態樣之在圖1的微粒檢測系統之一取樣管上的取樣點； 圖2A示出圖2的取樣點之一截面圖；圖3示出依據本發明的取樣點之另一實施例；及圖1的微粒檢測系統之一取樣管；圖4示出依據本發明的第二態樣之一導管；該導管係為圖1的微粒檢測系統之一取樣管的一部份；及圖5示出一舉例的欲粒檢測系統包含一依據本發明之一實施例的取樣點。

較佳實施例之詳細說明

本發明之一實施例為一如圖1中的抽氣微粒檢測系統，但取代圖1的取樣點18，具有本發明的取樣點40，如圖2中所例示者。

取樣點40包含一本體41，其係概呈圓筒形，且在其底端43被一端蓋45封閉。其有三個入口孔隙42及一出口44藉由T接頭39來與一段的管16呈流體導通。該本體41係為一圓筒體，具有一中心軸50，係該圓筒的縱軸。該等入口孔隙42係繞該中心軸50相等地隔開，而被以120°間隔分開，如在該本體41之一切穿各該入口孔隙42的截面圖中所示。該取樣點40在一室外環境中的作為現將被描述。該抽氣機20會經由該取樣網路14和取樣管16以一預定的氣流率抽吸空氣進入該檢測器12中。此會使該取樣點由該周遭環境52抽吸空氣，而使該取樣點40的出口44會以一預定的樣品流率輸送取樣的空氣至該取樣管。

該周遭空氣在該取樣管40附近具有一環境氣流 54。該三個入口孔隙係為相同尺寸且均勻地繞該中心軸50相隔開，會使由該本體附近之大量氣流造成之周遭空氣的淨流量成為0。換言之，例如於風所造成的大量氣流54，相較於一靜態的周遭環境，並不會使由該取樣點40進入管16中的樣品流率48產生一變化。在周遭空氣通過該取樣點之過度移動的情況下(例如有風的室外狀況)，該等入口孔隙的相等間隔係意圖用來提供此等入口孔隙間的淨流量之一平衡，該等孔隙會因向內導引的空氣移動而會有空氣被迫入其中，且入口孔隙會因通過的空氣在入口孔隙外部造成一局部低壓區，而使空氣被由它們抽出。顯然地所有孔隙的淨流量可為進入該取樣點，但在各取樣點的流率會因環境氣流的影響而增加或減低(相較於沒有環境氣流的狀況)。應可瞭解，該平衡不必是完全的，而只需足以讓空氣以一速率被抽入該取樣點中，其可藉符合在該檢測器之預定流率的要求而使在該檢測器的流率不是在一可接受的範圍之外，或在一可接受的範圍之外更長於一錯誤延遲週期的時間，如前所述，來改善該檢測系統中流量錯誤的問題。雖在該檢測器之一預定流率可另擇或附加地藉一控制廻路依據一感測的流量來控制該抽氣機而被達成，但本發明具有完全被動的優點。該預定流率係僅藉該取樣點的機械構形和尺寸來達成。

該取樣點40包含一可擇的屏罩56環周地圍繞該本體40。該屏罩係概呈圓凸頂狀，如一傘，由該本體41延伸至大約該等孔隙42頂上，而可避免過多的雨或雪進入。

當該取樣管16連接於該檢測器12時，空氣會被該抽氣機經由該管16抽吸。該空氣係被以方向46抽吸，如圖2中所示。此會使一預定的樣品流率48由該取樣點40經出口44進入該管16中。若有一特定的抽氣流率，則該樣品流率將會是該抽氣流率之一固定部份，如該管16和取樣管之組合網路14的形狀和尺寸所決定者。在某些實施例中，該樣品流率係為樣品通過取樣管46的流率，例如在只有單一取樣點40的情況下。

在單一取樣管16有多數個取樣點40的情況時，來自任一取樣點的流量貢獻相較於該取樣管的全部流量，或該檢測器(尤其是若有多個取樣管者)可能很小。故，可能更重要的是需確定通過該取樣管46，或至該檢測器12的淨流量係在一可接受的標度，俾容許該取樣點40所輸送的流率有一較大的容差。於此情況下，該會減阻任何環境氣流變化之孔隙42等的平衡作用不必如此強烈。

針對該取樣管16中之一指定的流率，在各取樣點40的樣品流率係藉入口孔隙的數目及各孔隙的大小和形狀來控制。但，一般而言，每一該等孔隙的組合截面會減低通過各取樣點的流動阻抗。假使該抽氣機20能夠以該抽氣流率抽取一特定體積的空氣，則通過各取樣點須有一最小的流動限制，因此需要一最大的組合孔隙尺寸。相反地，會有一最大的限制，以及對應的最小組合孔隙尺寸，來容許足夠的空氣流經每一取樣點40。就Vesda^®範圍的抽氣式煙檢測系統而言，例如，具有單一入口孔隙的取樣點係被 設定為使該孔隙直徑介於4.5至6mm之間。故，使用三個孔隙時，該各孔隙的組合截面係等於單一個4.5~6mm孔隙的截面，於此情況下，該三個孔隙各具有一介於2.6至3.6mm之間的直徑。

在本發明的其它實施例中，該取樣點可包含三個以上的孔隙。例如，在圖3中，該取樣點40A有六個孔隙42A，由兩群的三個孔隙所組成，各組群係繞該中心軸50A等距地相隔開。為保持如同三孔隙之實施例的組合截面(例如使該取樣點能被使用於一具有其它傳統設計的取樣點之取樣管網路，並在該等取樣點之間維持正確的流量平衡)，則該六個孔隙各皆必須小於該三個孔隙相對部份的孔隙，雖為了說明的目的，孔隙42A和本體41A相較於該段的取樣管16A係被以一誇大的尺寸示出。

該等取樣孔的尺寸之此相對縮減會呈現一問題，即較小的孔會較容易經久之後因灰塵和其它之物而變成阻塞。一種用以解決此潛在問題的機制係將每一該等孔隙設定為如同該三孔實施例的孔隙尺寸，但使用一流量限制器來控制該整個取樣點的流動阻抗。在此例中，一限制器60，具有一阻抗界定孔隙62，會被包含來決定進入該取樣管16A的該取樣點40A之一最小流動阻抗。該限制器60可被直接接合於該取樣點40A，被設在該取樣點40A與該取樣管16A之間，或成為該取樣管16A的一部份(例如，其可為該取樣管16A中之一孔隙或孔隙的集合)。但請瞭解，該等孔隙42A的阻抗必須仍是足夠地高，俾使該限制器60不會變成 全部曝露於該取樣點附近的環境空氣之移動，因此會有效的變成該取樣點中的唯一入口孔隙，而可免除該多數個孔隙42A的平衡作用。

本發明的另一實施例係示於圖4中，其示出一段導管70用以朝向一微粒檢測器傳送空氣。在本實施例中該導管70是管16的一部份，其中各取樣點係由該導管70上的一組孔隙42B所組成。該組孔隙42B係排列成使通過該導管70之一預定的樣品流率會在取樣點附近的環境氣流存在時被維持。如在前例中，該等孔隙係以等間隔繞該導管排列成一環。故，如在本發明的其它實施例中，不論該處理境氣流如何，其流量是相同的。因為環境氣流的變化不會改變該取樣網路中的流量差異於該預定流率，故該檢測系統能在有風存在時操作而不會造成錯誤或可靠性的劣化。

該取樣點40已被描述及示出係被一體整合或直接連接於一取樣管。但是一依據本發明之一實施例的取樣點可被造成如一獨立的配件(可擇地具有一安裝機構)，其係以一段管軟或類似物連接於該管網路。

圖5示出一舉例的微粒檢測系統100。該系統100係被設來檢測一房間110和鄰近的外部空間112中之微粒，例如煙微粒。該微粒檢測器12係如同有關圖1中所述的檢測器12，故不再說明。該例示的空氣取樣系統102包含三個取樣點104、106和40等導至單一的空氣取樣管108。部份的該取樣管108會由該房間110內的視野消失，因被掩藏在一天花板上方。該取樣管108會導至該微粒檢測器12。空氣係藉 由該微粒檢測器12之一抽風機(未示出)抽入該空氣取樣網路102中。取樣點104和106係為該種在它們各自的取樣點本體之遠端具有單一入口104A和106A的傳統取樣點。取樣點104和106係安裝於該天花板114，並被設成會使它們的孔隙104A、106A與該房間110呈流體導通。因該房間110係為一較受控制的環境而具有較低標度的環境氣流，故傳統的取樣點104和106能被使用。另一方面，該外部空間112可能會遭遇環境氣流的較大變化，例如可能由風所造成者。因此，為了最小化此室外取樣點40附近的變化環境氣流對達到該檢測器之樣品空氣流率的影響，該取樣點40係如同圖2中所述者。應可瞭解更多(或較少)的取樣點亦可被包含於一此種系統中。其無需包含任何傳統的取樣點。

應可瞭解在本說明書中所揭露和界定的發明係延伸至由文中或圖式所提到或可見到之二或更多的個別特徵之所有變化組合。所有的此種不同組合會構成本發明的不同變化態樣。

16‧‧‧取樣管

39‧‧‧T接頭

40‧‧‧取樣點

41‧‧‧本體

42‧‧‧入口孔隙

43‧‧‧底端

44‧‧‧出口

45‧‧‧端蓋

46‧‧‧抽吸方向

48‧‧‧樣品流率

50‧‧‧中心軸

52‧‧‧周遭環境

54‧‧‧環境氣流

56‧‧‧屏罩

Claims (12)

1. 一種用於與一微粒檢測器使用的空氣取樣系統，該取樣系統具有：至少一取樣管，用以輸送空氣至一微粒檢測器；各取樣管具有多數個取樣點，用以將空氣抽入一取樣管中；該取樣系統係構製成會在至少一些該等取樣點下游之一位置處具有一預定流率的空氣流；其中該等取樣點中之至少一者係在該下游位置的上游且具有一本體，該本體具有多數個關於該本體等距間隔的孔隙，用以由一周遭環境抽取一空氣樣品，且具有一出口用以將該樣品空氣以一預定的樣品流率由該本體送入一取樣管中，該等孔隙的空間配置將該預定的樣品流率送入該取樣管，使得在該下游位置處的流率維持在該預定流率，不論該上游的至少一取樣點附近的環境空氣流存在或缺乏。
2. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中在該下游位置處的流率係獨立於該環境氣流。
3. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中該等孔隙係配置成能平衡因環境氣流通過該上游的至少一取樣點而流入該等孔隙中之一或多者的空氣，以使環境氣流造成之進入該等孔隙中之一者的流率之任何變化至少部份地匹配其它孔隙中之至少一者的流率變化，俾可減少進入 該上游的至少一取樣點之總流率上的影響。
4. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中該空氣取樣系統包含一抽氣裝置用以將空氣以一抽氣流率送入一微檢測器中，該抽氣流率會決定由該上游的至少一取樣點進入該空氣取樣系統之一取樣管中的樣品流率。
5. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中該空氣取樣系統更包含一感測器用以判定在該下游位置處的空氣流量。
6. 一種如請求項5之空氣取樣系統，其中該空氣取樣系統係構製成在一測出的空氣流量不是在該預定流率時會發出一錯誤訊號。
7. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中該本體包含一通道在該等孔隙和該出口之間。
8. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中有三個所述的孔隙。
9. 一種如請求項8之空氣取樣系統，其中該本體是圓筒形，且該等孔隙係繞該圓筒形本體之一中心軸以120度間隔相隔開。
10. 一種如請求項1之空氣取樣系統，其中該上游的至少一取樣點包含一氣象屏罩構製成能提供保護以免由於雨或雪而導致水侵入或孔阻塞。
11. 一種微粒檢測系統，具有一如請求項1之空氣取樣系統及一與該空氣取樣系統成流體流通的微粒檢測器。
12. 一種如請求項11之微粒檢測系統，其中該微粒檢測器是一煙檢測器，且該微粒檢測系統是一煙檢測系統。