Brevet FR2594953A1 — publié le 19870828

Détecteur de fumée à chambre d'ionisation. L invention est relative aux dispositifs desti- nés à détecter la présence, de fumées. poussières ou particules analogues dans l'atmosphère ambiante, dispo- sitifs comportant une chambre d'ionisation dont le vo- lume intérieur est mis en communication avec ladite atmosphère et des moyens pour mesurer le courant ionique créé dans cette chambre. Ladite chambre d'ionisation comprend elle-même une source de radiations ionisantes, généralement cons- tituée par une substance radioactive i ou *, propre à ioniser l'air contenu dans la chambre, deux électrodes encadrant une portion au moins du volume ainsi ionisé et des moyens pour appliquer une tension électrique conti- nue entre ces deux électrodes, ce qui crée le courant ionique à mesurer entre lesdites électrodes. La présence d'une fumée ou autre agent polluant dans la chambre considérée se traduit par fixation des particules constitutives de cet agent sur les ions pré- sents dans cette chambre, ce qui les alourdit, les ra- lentit et réduit l'intensité du courant ionique corres- pondant. La variation de cette intensité est exploitée pour détecter une telle présence et pour déclencher une alarme dès que la concentration de l'agent polluant dépasse un seuil prédéterminé. Un tel dispositif sert de préférence à détecter les incendies à partir des fumées qu'ils dégagent et, pour simplifier la description, mais à titre bien enten- du non limitatif, on désignera dans ce qui suit l'agent polluant par le mot 'fumée'. Les mouvements de l'air ambiant à proximité immédiate d'un dispositif détecteur du genre en question peuvent altérer les détections qu'il assure. - En effet un courant d'air balayant le volume intérieur de la chambre d'ionisation emporte avec lui certains des ions qui cheminent entre les deux électro- des de cette chambre, ce qui réduit le co#rant ionique même en l'absence de fumée: cet enlèvement d'ions peut a la limite déclencher de fausses alarmes. - Pour remédier à un tel inconvénient, un certain nombre de solutions ont déjà été proposées, d'ordre mé- canique (telles que l'addition de chicanes ou volets déflecteurs pour réduire la violence des vents admis dans la chambre) et/ou d'ordre électrique (telles que la réalisation d'électrodes de forme telle que les parti- cules et ions entrainés par les courants d'air soient envoyés dans des régions o règne un fort champ électri- que). Mais ces solutions présentent toutes des in- convénients tels que la réduction de la sensibilité du détecteur et/ou l'augmentation du prix et de la fragi- lité. L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces différents inconvénients. A cet effet les dispositifs détecteurs de fumée à chambre d'ionisation selon l'invention sont essen- tiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent au moins un réservoir d'ions indépendant de ladite chambre agencé et disposé de façon à être balayé par au moins une partie des courants d'air perturbateurs avant leur passage dans au moins une partie de la chambre d ionisa- tion. Au cours du balayage de ce réservoir, les cou- rants d'air considérés prélèvent certains des ions pré- sents dans ledit réservoir, puis ils introduisent ces ions dans la chambre, ce qui compense les ions entrainés hors de cette chambre par ces mêmes courants d'air. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: - le réservoir d'ions est disposé à l'intérieur de la chambre d'ionisation, de préférence en une position centrale de cette chambre, - la chambre d'ionisation se trouve en une position cen- trale par rapport au réservoir d'ions, lequel comporte au moins deux portions encadrant ou entourant cette chambre, - le réservoir d'ions est constitué par une cage conduc- trice contenant une source de radiations ionisantes et présentant une bonne transparence à la fois aux rayon- nements émis par cette source, aux ions engendrés par ces rayonnements, aux courants d'air perturbateurs et aux particules de fumée à détecter, - la cage est constituée par des arceaux semi- circulaires croisés, - la cage constitue l'une des deux électrodes de la chambre d'ionisation, - la source de radiations ionisantes qui engendre les ions de la chambre d'ionisation est la même que celle engendrant les ions du réservoir d'ions, - la source de radiations ionisantes est constituée par une substance radioactive, - des déflecteurs sont prévus pour diriger au moins une partie des courants d'air provenant de l'extérieur vers le réservoir d'ions avant leur introduction dans au moins une partie de la chambre d'ionisation. L invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire plusieurs mo- des de réalisation de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive,. Les figures 1 et 2, de ce dessin, mon-trent trés schématiquement un détecteur de fumée établi selon l'invention, la figure 1 correspondant à un fonctionne- ment sans vent et la figure 2, à un fonctionnement avec vent. Les figures 3 et 4 montrent encore schématique- ment deux variantes conformes à l'invention d'un tel détecteur de fumée, lors de son fonctionnement sans vent. Les figures 5 et 6 montrent respectivement en coupe axiale et en vue extérieure un mode de réalisation d'un tel détecteur conforme à l'invention. D'une façon connue en soi, la chambre d'ionisa- tion ou de mesure 1 comprend deux électrodes 2 et 3 (figure 1) délimitant entre elles un volume A dans le- quel se trouve une substance radioactive 4. Cette substance ionise l'air contenu dans le volume A en y créant des ions 5 positifs et négatifs représentés respectivement par les signes + et -. Une tension électrique continue V est appliquée entre les deux électrodes, ce qui crée un champ électri- que E. et par suite un courant ionique, entre ces élec- trodes, ainsi qu'indiqué par les petites flèches partant des ions. Des moyens sont en outre prévus pour mesurer le courant électrique résultant, lequel demeure constant en régime normal, c'est-à-dire en absence de fumée dans le volume A. Si une fumée, provenant par exemple d'un incen- die, est introduite dans ce volume A, les particules de cette fumée se fixent sur les ions 5, ce qui les alour- dit et les ralentit. Le courant électrique mesuré décroit alors et cette décroissance est exploitée pour déclencher un signal d'alarme quand elle franchit un seuil prédéter- miné. Si le volume A est balayé par un vent ou courant d'air violent C (figure 2), certains des ions 5 contenus entre les électrodes 2 et 3, ions désignés par la réfé- rence 51, sont entraînés par ce vent et extraits de la chambre 1. Si aucune précaution n'est prise pour remédier à cet enlèvement d'ions par balayage, il en résulte une réduction du courant ionique engendré dans la chambre 1 et cette réduction peut être la cause de fausses alar- mes. Pour remédier audit enlèvement, selon l'inven- tion, on exploite le phénoméne même qui est à l'origine de cet enlèvement, savoir l'entraînement ou balayage d'ions par le vent, pour introduire dans la chambre d'ionisation de nouveaux ions en compensation de ceux enlevés. A cet effet, on fait traverser par ledit vent, avant sa traversée de la chambre, un réservoir 6 d'ions 7 indépendant de cette chambre. Cette traversée se traduit par un entraînement ou balayage d'ions hors dudit réservoir, ions désignés par la référence 71 lesquels ions sont ensuite intro- duits dans la chambre 1. On choisit les caractéristiques du réservoir 6 (emplacement, concentration des ions...) de façon telle que la compensation ionique obtenue à l'intérieur de la chambre 1 soit totale lors de la manifestation des vents C, de vitesse prédéterminée, vis-à-vis desquels on dési- re essentiellement protéger le détecteur, En d'autres termes, le nombre des ions 71 préle- vés par unité de temps dans le réservoir 6 et introduits dans la chambre 1 par de tels vents C est égal à celui des ions 51 extraits de ladite chambre pendant la même durée et par les mêmes vents. Le réservoir 6 est de préférence délimité par une cage en matériau conducteur formant une cage de Faraday et contenant une source radioactive propre à ioniser le volume d'air intérieur à cette cage. Cette dernière doit être à la fois perméable aux vents C. chargés ou non de la fumée à détecter, aux rayonnements émis par la source et aux ions 7 entrainés par ces vents vers l'extérieur de ladite cage. Dans le schéma des figures 1 et 2, le réservoir d'ions 6 est situé à côté de la chambre 1 et la compen- sation ionique décrite ci-dessus implique alors que les vents C circulent dans un sens bien déterminé. Pour assurer une telle compensation pour tous les sens de circulation des vents C, on a recours de préférence à l'une ou l'autre des deux formules schéma- tisées sur les figures 3 et 4: - selon la première formule, le réservoir 6 d'ions se trouve à l'intérieur de la chambre 1. en une position centrale, de façon à être obligatoirement balayé par les vents dans tous les cas avant qu'ils décrivent la fin de leur parcours dans la chambre, - selon la seconde formule, c'est la chambre 1 qui se trouve à l'intérieur du réservoir 6 d'ions, ou tout au moins qui est encadrée par deux portions d'un tel ré- servoir situées respectivement à son entrée et à sa sortie de façon telle que, dans tous les cas, les vents à neutraliser commencent par traverser une por- tion de réservoir d'ions avant de balayer la chambre. Les figures 5 et 6 montrent plus en détail un mode de réalisation conforme à la première de ces deux formules. La chambre d'ionisation 1 est ici délimitée extérieurement par une plaque plane et circulaire 8 en matière isolante et par un dôme hémisphérique 9 en métal ou matière plastique métallisée, dôme dont le bord cir- culaire est rapporté sur la périphérie de la plaque 8. Ce dôme 9 est perforé par des séries annulaires de lumières 10 faisant communiquer son volume intérieur avec l'atmosphère ambiante. A l'intérieur du dôme 9 est placée une cage 11 en métal ou matière plastique métallisée qui présente comme le dôme une forme hémisphérique et est centrée au centre de ce dôme. Cette cage est avantageusement composée d'une pluralité d'arceaux semicirculaires croisés en leurs sommets. Au centre commun du dôme et de la cage se trouve la substance radioactive 4. La cage 11 est reliée au pôle positif d'une source de courant continu 12 par l'intermédiaire d'un ensemble de mesure et d'alarme connu en soi et symbolisé par le rectangle 13 et le dôme 9 est mis à la masse. Cette cage et ce dôme jouent alors respective- ment les rôles des deux électrodes 2 et 3 ci-dessus. On voit encore sur la figure 5 un déflecteur tronconique 14 disposé à l'intérieur du dôme juste en regard d'une série de lumières 10 de façon à dévier vers la cage les courants d'air introduits dans la chambre à travers ces lumières et à réduire leur vitesse d'entrée. Le fonctionnement du détecteur ainsi décrit est le suivant. Au repos, la mesure fait intervenir exclusive- ment la chambre d'ionisation qui est constituée par la zone incurvée A comprise entre la cage 11 et le dôme 9. Les ions formés dans cette zone par les radia- tions ionisantes provenant de la source 4 forment un courant ionique entre les deux électrodes constituées par les deux surfaces 9 et 11 et toute présence de fumée à proximité immédiate de l'appareil se traduit par une pénétration de cette fumée dans ladite zone et donc par une réduction du courant ionique de la manière ci-dessus décrite, réduction qui déclenche un signal d'alarme lorsqu'elle dépasse un seuil prédéterminé. Simultanément, les radiations émises par la substance 4 ionisent le volume B intérieur à la cage 11 et les ions ainsi formés dans cette cage y demeurent prisonniers, constituant une "réserve" de ces ions. Tant que l'atmosphère ambiante demeure calme, la pénétration de la fumée dans la zone A se fait calmement et ne se traduit par aucun entraînement d'ions de l'in- térieur de la cage 11 à l'extérieur de celle-ci. En revanche, lorsqu'un vent créé à proximité de l'appareil se présente devant celui-ci. il y est intro- duit à travers les lumières 10. traverse la zone incur- vée A. puis pénètre aussitot dans la cage 11. En traversant cette cage, il la balaye et prélè- ve un certain nombre des ions qui s'y trouvent en réser- ve. Il s'échappe ensuite de ladite cage en entrai- nant les ions ainsi prélevés et, lorsqu'il traverse à nouveau la zone A, il l'enrichit avec ces ions prélevés dans la cage. Finalement il s'échappe hors de la chambre en entrainant avec lui quelques-uns des ions circulant dans la zone A, mais le nombre des ions finalement extraits hors de cette zone par le vent considéré ne diffère pas sensiblement de celui des ions apportés par ce vent dans cette zone: il y a donc compensation ionique et la me- sure n'est pas perturbée par ledit vent. Les caractéristiques des cages (dimensions. po- sitions. formes, compositions) sont déterminées de façon telle que la compensation ionique obtenue soit optimale lors de la manifestation des vents vis-à-vis desquels on désire surtout protéger le détecteur. Dans des modes de réalisation ayant donné toute satisfaction et cités uniquement à titre illustratif, - les électrodes étaient constituées en acier inoxydable ou en matière plastique métallisée, -la tension V était de + 8 volts, -l'électrode extérieure se présentait sur la forme d'un capot perforé cylindrique de révolution dé 45 mm de diamètre, - le réservoir d'ions se présentait sous la forme d'une cage interne semisphérique de révolution de 30 mm de diamètre, - et la détection de fumée obtenue demeurait très peu sensible aux courants d'air en ce sens que la vitesse de ces courants d'air devait dépasser 11 m/sec pour que la perturbation du courant de mesure due auxdits courants d'air atteigne 10 Z de la valeur de ce cou- rant. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un détecteur de fumée dont la constitution et le fonctionnement ré- sultent suffisamment de ce qui précède. Ce détecteur présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus, en particulier en ce qui concerne l'efficacité de la compensation vis-à- vis des vents, la simplicité et la fiabilité. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notam- ment: - celles o la plaque 8 du mode de réalisation des figu- res 5 et 6 serait conductrice au lieu d'être isolante, étant alors isolée du dôme 9 par un anneau isolant et pouvant constituer elle-même l'une des deux électrodes de la chambre d'ionisation, la cage intérieure pouvant alors être portée au même potentiel que ladite plaque ou à un potentiel différent, de préférence inférieur si la cage est encore intérieure audôme, - et celles o le dôme perforé 9 ci-dessus présenterait une forme autre que celles hémisphérique et cylindri- que de révolution explicitées ci-dessus, par exemple une forme parallélépipédique, la forme de la cage 11 pouvant être bien entendu modifiée en conséquence. REVENDICATIONS 1. Detecteur de fumée à chambre d'ionisation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réservoir d'ions (6) indépendant de ladite chambre d'ionisation (1) agencé et disposé de façon a être balayé par au moins une partie des courants d'air (C) introduits dans cette chambre avant leur passage dans au moins une par- tie de ladite chambre. 2. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir d'ions (6) est dispo- sé à l'intérieur de la chambre d'ionisation (1). 3. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre d'ionisation (2,3,4) se trouve en une position centrale par rapport au réservoir d'ions (6), lequel comporte au moins deux portions enca- drant ou entourant cette chambre (figure 4). 4. Détecteur de fumée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le ré- servoir d'ions (6) est constitué par une cage conductri- ce (11) contenant une source de radiations ionisantes et présentant une bonne transparence à la fois aux rayonne- ments émis par cette source, aux ions engendrés par ces rayonnements, aux courants d'air perturbateurs et aux particules de fumée à détecter. 5. Détecteur de fumée selon la revendication 4. caractérisé en ce que la cage est constituée par des ar- ceaux semi-circulaires croisés. 6. Détecteur de fumée selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la cage (11) constitue l'une des deux électrodes de la chambre d'ionisation (1). 7. Détecteur de fumée selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la source de radiations ionisantes qui engendre les ions de la cham- bre d'ionisation (1) est la même que celle engendrant les ions du réservoir d'ions (6). 1 1 8. Détecteur de fumée selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la source de radiations ionisantes est constituée par une substance radioactive (4). 59 9. Détecteur de fumée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que des déflecteurs (14) sont prévus pour diriger au moins une partie des courants d'air (C) provenant de l'extérieur vers le réservoir d'ions (6, 11) avant leur introduction dans au moins une partie de la chambre d'ionisation