Brevet FR2386873A1 — publié le 19781103

L'invention a trait à un dispositif détecteur d'incendie sensible a l'état d'ionisation induit par une source ionisante dans des gaz de combustion résultant de l'incendie et se répandant dans l'atmosphère. Les dispositifs détecteurs d'incendie, destinés à déceler sans intervention humaine l'apparition d'un foyer d'incendie et à déclencher une alarme et/ou mettre en action des appareillages extincteurs, ont d'abord été prévus pour etre sensibles à l'élévation de température ambiante, ou a une élévation anormalement rapide de cette température ; ces dispositifs avaient l'inconvénient de ne déclencher l'alarme que tardivement, surtout s'ils étaient installés dans des locaux de volume important, où un incendie ne provoque une élévation de température décelable que lorsqu'il est déjà bien établi. On a proposé des détecteurs d'incendie a capteurs optiques, décelant soit l'opacification de l'atmosphère par les fumées, soit l'apparition de rayonnements lumineux caractéristiques de flammes. Toutefois l'apparition de flammes dans le champ optique du capteur risque d'etre tardive, et la détection d'une opacification de l'atmosphère par des fumées n'est pas toujours efficace notamment dans des locaux de volume important et de plus des capteurs sensibles peuvent provoquer de fausses alarmes sur des fumées anodines. Les détecteurs d'incendie les plus sensibles et les plus surs actuellement mettent a profit les différences d'ionisation induite dans l'atmosphère normale et dans des gaz de combustion par une source ionisante. Ces dispositifs détecteurs comprennent généralement une source radio-active à rayonnement "alpha" ou "beta" et une chambre d'ionisation où sont collectés les ions formés par les collisions entre les particules rayonnées et les molécules de l'atmosphère. La chambre d'ionisation est munie d'évents par lesquels elle communique avec l'atmosphère où peuvent apparaître des gaz de combustion.Les processus d'ionisation, de recombinaison et de fixation de charges électriques sur des particules neutres sont nettement différents dans ces gaz de combustion et dans les gaz normalement présents dans l'atmosphère, en sorte que les transports de charges dans le champ électrique s'effectuent différemment suivant que l'atmosphère de la chambre d'ionisation contient ou non des gaz de combustion. Le courant d'ions collectés dans la chambre varie de façon significative en présence de gaz de combustion, et la variation de courant peut déclencher une alarme. Toutefois les détecteurs d'incendie a ionisation induite par une source radio-active nécessitent des amplificateurs de courant très sensibles, du type électrométrique, relativement complexes et onéreux. De plus les sources radio-actives utilisées doivent présenter une activité suffisamment élevée pour que le courant collec té dans la chambre soit appréciable ; dès lors elles doivent etre efficacement protégées, et ne peuvent etre manipulées que par du personnel dAment autorisé et averti des précautions réglementaires prendre. En cas de détérioration ou de vol des sources les risques de contamination sont sérieux. Ceci est particulièrement à craindre lors de l'installation de détecteur d'incendie dans des locaux en construction. L'invention a pour objet un dispositif détecteur d'incendie d ionisation, simple et sensible, ne comportant pas de source radioactive et propose à cet effet un dispositif détecteur d'incendie, sensible a l'état d'ionisation induit par une source ionisante dans des gaz de combustion résultant de l'incendie et se répandant dans l'atmosphère, et comportant dans une chambre en communication avec l'atmosphère par des évents au moins une source ionisante et un moyen de collection des ions formés, et en association avec la chambre un moyen de mesure du courant d'ions collectés avec un seuil d'alarme, dispositif caractérisé en ce que ladite source ionisante est une électrode à décharge "Corona" portée a un potentiel élevé par rapport a une seconde électrode constituant le moyen de collection. On appelle décharge "Corona" la décharge qui stétablit a partir d'un conducteur a la surface duquel règne un champ électrique suffisamment élevé pour que des électrons soient libérés soit par le métal du conducteur, soit par des molécules gazeuses au voisinage immédiat de celui-ci. Ces électrons libérés et accélérés dans le champ électrique viennent en collision avec les molécules de gaz de l'atmosphère, qui s'ionisent ; les ions produits provoquent une nouvelle ionisation. Finalement au voisinage du conducteur dans la région de champ élevé apparat une ionisation intense, manifestée par une faible lueur en couronne autour du conducteur. Un faible rayon de courbure du conducteur formant électrode décharge Corona opposée une seconde électrode à distance relativement grande favorise la création d'un champ intense et localisé au voisinage de l'électrode a décharge "Corona" sous l'effet d'une haute tension relativement modérée entre les deux électrodes, en sorte que la décharge "Corona" ne risque pas de dégénérer en décharge disruptive incontrolable. L'ionisation intense fournie par la décharge "Corona" donne naissance à des courants collectés aisément mesurables par des dispositifs classiques. ta suppression de la haute tension provoque l'arrêt immédiat de l'ionisation en sorte que, non branché, le dispositif peut etre manipulé par n'importe qui sans risque, et que l'installation ou l'entretien peut etre assuré par un simple électricien professionnel. De preférence l'électrode à décharge "Corona" est constituée par un fil fin tendu dans l'axe d'un tube formant seconde électrode de collection. Cette disposition offre l'avantage d'une bonne symétrie favorable au confinement de la décharge. L'invention a également pour objet un détecteur d'incendie comportant deux chambres équipées d'électrodes respectivement semblables, une première chambre avec des évents à faible conductance gazeuse et la seconde avec des évents a forte conductance gazeuse. Le moyen de mesure de courant d'ions collectés est alors sensible à la différence des courants collectés dans chaque chambre. L'atmosphère dans la chambre dont les évents ont une forte conductance gazeuse est pratiquement en équilibre permanent de composition avec l'atmosphère ambiante, tandis que l'atmosphère dans la chambre dont les évents ont une faible conductance gazeuse ne suivra les variations de composition de l'atmosphère ambiante qu'avec un grand retard. On élimine ainsi l'effet des fluctuations lentes de courant d'ionisation, qui peuvent résulter de modifications de température, d'hygrométrie, de pression, de taux d'ionisation naturelle, etc.. de l'atmosphère, tandis que des variations rapides de composition de l'atmosphère, indice de la présence de gaz de combustion, n'auront d'effet marqué immédiat que sur le courant dans la chambre à évents de forte conductance gazeuse. Le dispositif peut etre sensible sans provoquer d'alarme intempestive. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence auxldessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un dispositif détecteur d'incendie selon l'invention, avec les chambres vues en coupe axiale ; la figure 2 est une vue perspective des dispositions d'élec trodes. Selon la forme de réalisation choisie et représentée, un élément capteur 1 dans son ensemble comporte une enveloppe tubulaire 10 fermée par des parois terminales 25 et 35. Une cloison transversale 11 divise l'élément 1 en deux chambres 20 et 30, de volumes sensiblement égaux. Un fil conducteur 12 est tendu selon l'axe de l'élément 1, traverse la paroi 25 et la cloison 11 par des isolateurs pour venir s'ancrer dans la paroi 35. Des tubes conducteurs 21 et 31 sont disposés respectivement dans les chambres 20 et 30, coaxialement autour du fil 12, et sont maintenus en place par des pieds qui traversent l'enveloppe 10 par des prolongements respectivement 23 et 33. Au contact de la surface interne des tubes 21 et 31 sont roulées des feuilles d'isolant 22 et 32, respectivement, à recouvrement pour ne pas présenter de solution de continuité.La chambre 20 comporte des évents 24 cylindriques et de petit diamètre, pratiqués dans la paroi terminale 25. La chambre 30 comporte des évents 34, de grand diamètre, pratiqués aussi bien dans la paroi terminale 35 que dans l'enveloppe 10. Un transformateur 4, alimenté par son primaire 40 à partir d'une source de tension alternative 7, par exemple un convertisseur continu/alternatif, possède un premier enroulement secondaire 41, à haute tension, avec une borne 43 à la masse et une borne haute tension 44, qui est reliée au fil 12 par une résistance de forte valeur 43. Le transformateur 4 possède également un second enroulement secondaire 42, relié à la masse par la borne 43, bobi- né de telle façon que la tension apparaissant sur sa seconde borne 45 soit en opposition de phase avec la haute tension sur la borne 44 de l'enroulement 41. Les prolongements 23 et 33 sont reliés à la borne de masse 43 du transformateur 4 par un circuit différentiel 5 dans son ensemble, comprenant un anneau de 4 diodes redresseuses 51 a 54. Les diodes 51 et 52 sont disposées-en série dans le-sens passant de 33 à 23, et les diodes 53 et 54 en série dans le sens passant de 23 à 33. Le point milieu des diodes 51 et 52 et le point milieu des diodes 53 et 54 sont connectés respectivement aux deux bornes d'un condensateur 50, aux deux bornes de l'enroulement 60 de commande d'un relais 6, et à travers deux impédances respectives 55 et 56 à la borne de masse 43. En outre la borne 45 de l'enroulement 42 est reliée respectivement aux prolongements 23 et 33 par des résistances 46 et 47 en série avec des condensateurs 48 et 49. Les résistances 46 et 47 et les condensateurs 48 et 49 sont déterminés de façon telle que, si m est le rapport des tensions aux bornes 44 et 45 du transformateur 4 par rapport la borne de masse 43, la résistance 13 ait m fois la valeur des résistances 46 et 47 prises en parallèle, et les condensateurs 48 et 49 aient m fois la capacité existant entre le fil 12 et chacun des tubes 21 et 22. En fonctionnement l'enroulement primaire 40 est alimenté en tension alternative par la source 7. Celle-ci pourrait etre un réseau de distribution d'énergie électrique, mais il est préférable d'utiliser comme source 7 un convertisseur continu/alternatif alimenté à partir du réseau avec un redresseur et une batterie tampon, de façon que le dispositif détecteur d'incendie soit en service meme en cas de coupure du réseau de distribution. En outre un convertisseur continu/alternatif peut délivrer une tension à fréquence plus élevée que la fréquence du réseau, ce qui permet d'alléger le transformateur 4. Le fil 12 dans l'axe de l'élément 1 se trouve porté à une tension élevée développée aux bornes 43, 44 de ltenroulement secondaire 41 par rapport aux tubes conducteurs 21 et 31. Dans une version du détecteur d'incendie de l'invention, le fil 12 a un diamètre de 0,25 mm, les tubes 21 et 31 un diamètre intérieur de 25 mm avec une longueur de 46 mm, et l'enroulement 41 délivre une haute tension efficace d'environ 4500 volts. Dans ces conditions, le champ électrique à la surface du fil 12 a une valeur efficace d'environ 7,8 106 V/m, provoquant l'apparition d'une décharge "Corona" franche avec un courant de collection de l'ordre de 20 micro-ampères. La résistance 13 est déterminée pour limiter le débit de l'enroulement 41 à une valeur raisonnable de quelques milli-ampères en cas de décharge disruptive dans l'élément détecteur 1.Le risque de décharge disruptive est d'ailleurs fortement atténué par la présence des feuilles d'isolant 22 et 32 qui coupent le cheminement direct de ces décharges. Les ions créés par la décharge "Corona" autour du fil 12 diffusent dans les chambres 20 et 30 pour etre collectés par les électrodes tubulaires 21 et 31. En raison de la différence de conductance gazeuse des évents 24 et 34, la composition de l'atmosphère dans la chambre 30 est pratiquement en permanence en équilibre avec celle de l'atmosphère extérieure, tandis que l'atmosphère de la chambre 20 ne suit que très lentement les variations de composition de l'atmosphère extérieure. Ainsi, tant que la composi tion de l'atmosphère extérieure ne varie que très lentement sous l'influence de causes naturelles, les courants d'ions collectés par les électrodes tubulaires 21 et 31 resteront sensiblement égaux.Par contre si des gaz de combustion émanant d'un foyer naissant d'incendie se répandent dans l'atmosphère extérieure autour du capteur 1, ils pénétreront très rapidement dans la chambre 30 par les évents 34, tandis que l'atmosphère de la chambre 20 restera pratiquement exempte de gaz de combustion. Le courant d'ion collecté par l'électrode 21 ne subira pratiquement pas de variation, tandis que le courant d'ions collecté par l'électrode 31 accusera une variation importante. Pour éviter qu'aux courants d'ions collectés se superposent, au niveau du circuit différentiel 5, des courants de capacité qui masqueraient les courants ioniques, il a été prévu un montage de neutrodyne constitué par l'enroulement 42 du transformateur 4, et par les résistances 46, 47 et les condensateurs 48, 49. Comme il a été précisé plus haut, le rapport des tensions délivrées par les enroulements 41 et 42 étant m, la résistance 13 a une valeur m fois celle des résistances 46 et 47 prises en parallèle et les condensateurs 48 et 49 ont une valeur m fois supérieure aux capacites existant entre le fil 12 et les électrodes 21 et 31.On conçoit que les courants de capacité traversant les chambres 20 et 30 seront égaux et de phase opposée aux courants injectés à travers les impédances 46, 48 et 47, 49, et seront ainsi exactement compensés aux bornes du circuit différentiel 5 branchées aux prolongements 23 et 33. L'anneau de diodes 51 à 54 est disposé de telle sorte que la tension qui apparaît aux bornes du condensateur 50 est proportionnelle à la différence des courants traversant les chambres 20 et 30 pour retourner à la borne de masse 43 à travers les impédances 55 et 56. En conséquence le courant qui traverse l'enroulement de commande 60 du relais 6 est proportionnel à la différence des courants qui traversent les chambres 20 et 30, et le sens du courant dans cet enroulement 60 est déterminé par le sens de la différence des valeurs prises après redressement, des courants dans les chambres 20 et 30, indépendamment du sens instantané de ces courants. Lorsque la différence des courants d'ions collectés dans les chambres 20 et 30 atteint une valeur critique, l'enroulement 60 du relais 6 manoeuvre le bloc de contacts 61 pour déclencher l'alarme, et éventuellement la mise en action d'appareillages extincteurs, de façon classique. On comprendra que, bien que le schéma de la figure 1 suggère que le relais 6 est un relais électromagnétique avec un enroulement de commande, tout dispositif de relais sensible au courant, par exemple relais d commande électronique, et de sensibilité convenable, peut etre utilisé à la place du relais électromagnétique représenté. On appréciera que le dispositif détecteur d'incendie selon l'invention est de réalisation simple et peu onéreuse ; les courants d'ionisation mis en jeu sont d'un ordre de grandeur qui permet leur détection par des systèmes de relais classiques, robustes et fiables, sans exiger la mise en oeuvre d'amplificateurs à élec tromètre. Il n'existe pas de risques de contamination par des sources radio-actives. La haute tension utilisée pour provoquer la décharge "Corona" ne pose pas de problèmes particuliers d ' iso- lement, et de plus la présence de la résistance 13 limite les courants de court-circuit a des valeurs non dangereuses en cas de contact accidentel avec le corps humain. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif détecteur dtincendie, sensible à rétat d'ionisation induit par une source ionisante dans des gaz de combustion résultant de l'incendie et se répandant dans l'atmosphère, et comportant dans une chambre en communication avec l'atmosphère par des évents au mans une source ionisante et un moyen de collection des ions formés, et en association avec la chambre un moyen de mesure du courant d'ions collectés avec un seuil d'alarme, dispositif caractérisé en ce que ladite source ionisante est une électrode à décharge-"Corona" portée à un potentiel élevé par rapport à une seconde électrode constituant le moyen de collection. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode à décharge "Corona" est un fil fin tendu dans l'axe d'un tube constituant la seconde électrode. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une feuille d'isolant est disposée sans solution de continuité sur la surface interne dudit tube. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen générateur de haute tension alternative connecté entre 1 'électrode à décharge "Corona" et la seconde électrode. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux chambres.équipées dXélectro- des respectivement semblables, une première chambre avec des évents à faible conductance gazeuse et la seconde avec des évents à forte conductance, le moyen de mesure étant sensible à la différence des courants d'ions collectés dans les deux chambres. 6. Dispositif selon la revendication 5 et alimenté par un moyen générateur de haute tension alternative, caractérise en ce que le moyen de mesure de courant d'ions collectés comporte un moyen de relais associé à deux moyens redresseurs de courant connectés respectivement aux deux secondes électrodes, les courants redressés débités par les moyens redresseurs dans le moyen de relais étant de sens opposés. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque moyen redresseur comprend deux diodes en série dans le meme sens passant entre deux bornes du moyen de relais avec connexion de la seconde électrode correspondante entre les deux diodes, les sens passants des deux moyens redresseurs étant opposés. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 5 à 7 alimenté par un moyen générateur de haute tension alternative et comportant un moyen de neutrodyne pour compenser le courant de capacité entre premières et secondes électrodes, caractérisé en ce que ledit moyen générateur de haute tension alternative comporte une prise auxiliaire de tension en opposition de phase avec la haute tension appliquée aux premières électrodes, et reliée à chacune des secondes électrodes à travers des impédances de compensation roguées en sorte que le courant qui les traverse soit égal en amplitude et opposé en phase au courant de capacité entre première et seconde électrodes correspondantes.