Isonisationsrauchmelder

Abstract

 Mindestens zwei voneinander getrennte Kammern als Referenz- und Meßkammer (5,6) weisen jeweils mindestens eine Elektrode (8, 14) auf, die über eine elektrische Energiequelle mit einer ionisierend wirkenden Einrichtung (1,3) verbunden sind. Die von der ionisierend wirkende Einrichtung erzeugten Ionen gelangen anteilig in der Meßkammer (6) zur Bestimmung der Rauchdichte und in die Referenzkammer (5). Durch die Regelung der elektrischen Energiequelle (13) ist die zur Ionisation notwendige elektrische Energie (17) der Ionisierungselektrode (1) minimierbar und die Anzahl der Ionen mit der Zeit variierbar. Die ionisierend wirkende Einrichtung ist von einem eigenen Koronaraum (3) mit einer Ionenquelle in Form einer mit einer Hochspannung (17) versorgten Ionisierungselektrode (1) gebildet, wobei die Referenz- und die Meßkammer (5, 6) über dem Koronaraum (3) angeordnet sind und mit dem Koronaraum (3) durch Öffnungen (4) in Verbindung stehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Ionisationsrauchmelder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Brandmelder bzw. Rauchmelder sind zur automatischen Erkennung von Bränden seit langem im Einsatz. Neben optischen Rauchmeldern hat sich der Ionisationsrauchmelder am meisten bewährt. Bei den kommerziell eingesetzten Bauformen wird die Luft durch ein radioaktives Präparat in einer Kammer ionisiert und durch Anlegen einer Spannung ein Ionenstrom erzeugt. Dieser Ionenstrom ändert sich, wenn mit der Luft beispielsweise Rauchpartikel in die Kammer eintreten. Während der Betrieb einer solchen Kammer im allgemeinen sehr zuverlässig und frei von Gefahren ist, wird die Entsorgung des radioaktiven Präparates als zunehmend problematischer angesehen.

[0003] Um das Problem des radioaktiven Präparats, insbesondere dessen Entsorgung, zu vermeiden, wurde bereits ein Ionisationsrauchmelder ohne radioaktives Präparat vorgeschlagen. In der DE 44 02 518 A1 ist ein Ionisationsrauchmelder beschrieben, der wenigstens drei gegeneinander isolierte Elektroden aufweist, wobei eine äußere Elektrode - insbesondere kappenartig in Verbindung mit einer Trägerplatte - ein erstes Volumen (Meßkammer) umschließt und eine mittlere Elektrode - insbesondere ebenfalls kappenartig - ein zweites inneres Volumen (Referenzkammer) umschließt und die darunterliegende dritte Elektrode überdeckt. Um Ionisierungen in den Kammern hervorzurufen, sind Einrichtungen vorgesehen, die hohe Feldstärkenkonzentrationen in Teilen der Kammern erzeugen, die abweichend vom Stand der Technik mit einer regelbaren Hochspannung verbunden werden, wobei eine Regelwirkung bewirkt, daß in den Kammern Dunkelentladungen entstehen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ionisationsrauchmelder, der kein radioaktives Präparat zur Luftionisation enthält, weiterzubilden und so auszugestalten, daß eine zuverlässige Unterscheidung zwischen charakteristischen Brandgrößen, Störgroßen und einem technischen Defekt möglich ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Ionisationsrauchmelder ist es vorteilhaft, daß die üblicherweise anzutreffende Anordnung mit zwei räumlich getrennten Ionenquellen nicht mehr notwendig ist. Denn bei dieser bekannten Anordnung kann die vor Umwelteinflüssen geschützt eingebaute Ionenquelle in der Referenzkammer wohl noch einwandfrei Luft ionisieren, während die offen den Umwelteinflüssen ausgesetzte Ionenquelle in der Ionisationskammer den zuverlässigen Betrieb wegen Verschmutzung bereits eingestellt hat.

[0007] Der erfindungsgemäß ausgestaltete Ionisationsrauchmelder enthält eine mit elektrischer Energie gespeiste ionisierend wirkende Einrichtung, die insbesondere das Prinzip der Koronaentladung an einer Ionisierungselektrode, z.B. an einer metallischen Entladungsspitze, als Ionenquelle nutzt. Erfindungsgemäß erzeugt diese Einrichtung eine inhomogene, räumlich zusammenhängende Ionendichte. Anteilig erreicht der von dieser Ionisierungselektrode emittierte Ionenstrom zwei weitere Elektroden. Diese weiteren Elektroden liegen in zwei voneinandergetrennten Kammern dergestalt, daß die eine weitere Elektrode als Meßelektrode durch Konvektion, Diffusion und andere Prozesse von Rauchpartikel beladener Raumluft erreicht werden kann, während die andere weitere Elektrode als Referenzelektrode nur von nahezu partikelfreier Luft umgeben ist. Konstruktiv wird dieser Aufbau dadurch erreicht, daß die Kammer mit der Meßelektrode beispielsweise eine ringförmig-zylindrische Form hat und nach außen hin nur durch ein grobmaschiges Metallgitter von der Umgebungsluft getrennt ist. Nach innen wird diese Meßkammer von einem sehr engmaschigen Drahtgitter von einer weiteren Kammer getrennt, in dem sich die Referenzelektrode befindet. Diese Kammer, als Referenzkammer bezeichnet, weist keine direkte Verbindung zur Umgebungsluft auf. Beide Elektroden sind mit einem hochempfindlichen beispielsweise Transimpedanz-Verstärker verbunden, der die Ionenströme im pA-Bereich in Spannungen von etwa einem Volt umwandelt. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt mit preiswerten handelsüblichen analogen Schaltungen.

[0008] Die Aufteilung des Ionenstroms von einer einzigen Ionisierungselektrode anteilig auf die Referenz- und die Meßelektrode hat in vorteilhafter Weise zur Folge, daß eine Störung der Ionenerzeugung, z.B. durch einen technischen Defekt oder durch Verschmutzung der Ionisierungselektrode sich auch anteilig auf der Referenz- und der Meßelektrode bemerkbar macht. Durch diese Ionenstrom-Aufteilung ist der Strom auf die Referenzelektrode also ein Maß für die Funktionsfähigkeit der Ionenerzeugung, während der Strom auf die Meßelektrode durch den Einfluß der sie umgebenden Rauchpartikel ein Maß für die Rauchdichte der Umgebungsluft ist. Diese erfindungsgemäße konstruktive Lösung ermöglicht es also gleichzeitig die Funktion des Ionenerzeugers zu kontrollieren und die Rauchdichte zu messen. Dadurch werden in vorteilhafter Weise Einflüsse auf die Ionisationsrate erfaßt, wie sie z.B. durch Veränderung des Klimas, durch einen Defekt oder die Alterung der Ionenquelle verursacht werden. Die Einflüsse können dann durch eine Regelung einer elektrischen Energiequelle der Ionisierungselektrode ausgeglichen werden.

[0009] Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß gleichzeitig mit Hilfe des Stromes auf die Referenzelektrode auch die Ionisationsrate der Ionisierungselektrode so geregelt wird, daß sie mit minimiertem Energieaufwand die Luft noch ionisiert. Diese Regelung eröffnet zwei weitere Methoden, ohne Einschränkung der Zuverlässigkeit des Rauchmelders, seinen Energieverbrauch zu vermindern. Zum einen kann der Ionenstrom durch Modulation der Energieversorgung der Ionisierungselektrode periodisch in seiner Stärke variiert werden, im einfachsten Fall durch periodisches Ein-Ausschalten. Zum anderen kann die Geometrie des Koronaraumes derart gestaltet werden, daß die Ionisierungselektrode nur einen Halbraum ionisiert. Diese räumlich begrenzte Ionisation fokussiert förmlich die Ionenwolke auf die Meß- bzw. Referenzelektrode, so daß relativ zur Gesamtzahl erzeugter Luftionen mehr Ionen für die Messung zur Verfügung stehen. Die Ionenverluste in der Nähe der Ionisierungselektrode werden durch diese Maßnahme also geringer, so daß die Effektivität des Gesamtsystems steigt.

[0010] An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.

[0011] Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ionisationsrauchmelders. Um eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber der Richtung des anströmenden Rauches zu gewährleisten, ist die Kammer zylindersymmetrisch gestaltet. Die Ionenerzeugung geschieht durch die Koronaentladung einer auf Hochspannung 17 liegenden Ionisierungselektrode in Form einer vergoldeten Nadel 1 gegen das auf Massepotential liegende, wenigstens gering leitfähige Gehäuse 2. Dieser Raum heißt Koronaraum 3. Das Entladungssystem ist ein grundlegendes Element der Hochspannungstechnik und wird als Spitze-Platte-System bezeichnet. Der Koronaraum 3 ist durch Öffnungen 4 mit zwei weiteren Kammern, der Referenzkammer 5 und der Meßkammer 6 verbunden. Die Verbindung ist so gestaltet, daß Kleinionen aus dem Koronaraum 3 in die Referenzkammer 5 und in die Meßkammer 6 diffundieren können.

[0012] Die Referenzkammer 5 ist mit einem engmaschigen Drahtgitter 7 umgeben und von der Umgebungsluft somit nicht entkoppelt. Dadurch ist der Kleinionenstrom in der Referenzkammer 5 abhängig von diversen Störgrößen wie z.B. dem Luftdruck, der Temperatur, der Gaszusammensetzung und anderem mehr. In der Referenzkammer 5 ist eine Referenzelektrode 8 isoliert montiert. Der Ionenstrom auf diese Referenzelektrode 8 ist ein Maß für die Ionenerzeugungsrate der Ionierungselektrode 1 im Koronaraum 3. Vorteilhaft dient dieses Maß der Regelung der Ionisierungselektrode 1 und gewährleistet dadurch zuverlässig einen konstanten und von den genannten Störgrößen unabhängigen Ionenstrom der Ionisierungselektrode 1. Dazu wird dieser Referenzstrom 10 mit einem Sollwert 11 mittels eines Komparators 12 verglichen. Ein Regelvorgang stellt die Spannung 17 des nachgeschalteten Hochspannungsgenerators 13 so ein, daß der gewünschte Ionisationsstrom fließt.

[0013] Die Meßkammer 6 umschließt die Referenzkammer 6 ringförmig. Der Außenzylinder ist durch ein grobmaschiges Drahtgitter 9 derart luftdurchlässig gefertigt, daß ein Luftaustausch zwischen dem Kammerinneren und der den Rauchdetektor umgebenden Luft möglich ist. Die Rauchpartikel dringen mit der Luft in die Meßkammer 6 ein und werden in der Meßkammer 6 durch die bekannten Ionenanlagerungseffekte elektrisch geladen. In der Meßkammer 6 ist eine ringförmige Meßelektrode 14 isoliert montiert. Der dort in Abwesenheit von Partikeln meßbare Strom 16 (

Ruhestrom") reduziert sich durch den Eintritt von Rauch in die Meßkammer 6. Dieser vom Ruhestrom abweichende Stromfluß 16 auf die Meßelektrode 14 ist also ein Maß für die Partikelkonzentration des Rauchgases und wird durch die Signalverarbeitung 15 (z.B. Schwellwert-Vergleich) zu einem Brandmeldesignal weiter verarbeitet.

Ansprüche

1. Ionisationsrauchmelder mit mindestens zwei voneinander getrennten Kammern (5, 6), von denen mindestens eine als Meßkammer (6) zur Bestimmung der Rauchdichte und mindestens eine weitere als Referenzkammer (5) dient, wobei in jeder Kammer (5, 6) mindestens eine Elektrode (8, 14) ausgebildet ist, welche über eine Energiequelle (13) mit einer ionisierend wirkenden Einrichtung (1,3) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ionisierend wirkende Einrichtung (1,3) derart angeordnet ist, daß die von ihr erzeugten Ionen anteilig in die Meßkammer (6) und in die Referenzkammer (5) gelangen.

2. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine geregelte Energiequelle (13) zur Minimierung eines von der ionisierend wirkenden Einrichtung (1,3) abgegebenen Ionenstroms zu den Elektroden (5,6).

3. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
eine geregelte Energiequelle (13) zur zeitlichen Variation der Anzahl der erzeugten Ionen.

4. Ionisationsrauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ionisierend wirkende Einrichtung derart ausgebildet ist, daß nur ein im wesentlichen halbkugelförmiger Halbraum ionisiert wird.

5. Ionisationsrauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ionisierend wirkende Einrichtung einen Koronaraum (3) mit einer durch eine Hochspannung (13) versorgte Ionisierungselektrode (1) umfaßt, wobei die Referenz- und die Meßkammer (5, 6) mit dem Koronaraum (3) durch Öffnungen (4) in Verbindung stehen.

6. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ionisierungselektrode (1) als vergoldete Nadel ausgebildet ist.

7. Ionisationsrauchmelder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Energiequelle zur Aufrechterhaltung des Ionenstroms in der Referenzkammer (5) als abhängig von diesem Ionenstrom geregelter Hochspannungsgenerator (13) ausgebildet ist.

Zeichnung