Brevet FR2598239A1 — publié le 19871106

DISPOSITIF DE DETECTION DE CHALEUR ET/OU DE FUMEE La- présente invention concerne de façon générale des dispositifs de détection de chaleur et/ou de fumée et plus particulièrement l'utilisation de conducteurs thermosensibles qui répon5 dent de façon effective à la présence de fumée et/ou de chaleur. Des matériaux isolants ayant des caractéristiques électriques résistives ou capacitives qui dépendent de la température ont été depuis très longtemps utilisés pour des applications à la détection et à la commande de surchauffes. Ainsi, selon l'inven10 tion de Spooner et Greenhalgh décrite dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N 2 581 212, il est prévu une protection contre les surchauffes pour les couvertures électriques et produits similaires pour assurer un nécessaire facteur de sécurité. Selon les enseignements de ce brevet, un matériau isolant est opérative15 ment associé à un moyen de commutation qui s'étend avec l'élément chauffant, de sorte que, quand la température en un point quelconque de la couverture dépasse un maximum prédéterminé, l'alimentation de puissance chauffant la couverture est interrompue. Comme ce matériau isolant n'est pas dégradé physiquement ou modifié 20 d'une autre manière de façon irréversible dans son fonctionnement, il peut agir de façon répétée comme une sorte de commutateur électrique surveillant en permanence la limite de température de fonctionnement de la couverture. Divers matériaux isolants sont identifiés dans l'art 25 antérieur comme étant adaptés à une telle utilisation. Ceux-ci comprennent en plus de la résine de polyamide dite Nylon mentionnée dans le brevet ci-dessus, des matériaux polymères organiques tels que du chlorure de polyvinyle et des esters de cellulose contenant des additifs leur conférant les caractéristiques élec30 triques souhaitées. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 2 745 944 de Price, un autre type de matériau dans le même but est décrit à savoir un élastomère d'acrylonitrile butadiène recuit en présence de soufre. Toutefois, ce matériau et tous les autres à oi de l'art antérieur sont sous un aspect ou à un autre moins bons que ce qui a été souhaité et la prise de conscience de ce fait n'a pas permis jusqu'à présent de trouver un matériau isolant thermosensible se rapprochant de l'idéal qui combinerait les meilleures 5 propriétés et caractéristiques de chacun de ceux-ci mais serait exempt, au moins dans une large mesure, de leurs inconvénients principaux qui sont de relativement faibles niveaux et rapports de changements d'impédance avec la température et, dans le cas de la résistivité de volume en continu, de hauts niveaux de résistivité 10 de volume et de faibles rapports de changement de résistivité de volume avec la température. En outre, par exemple dans le cas de la résine de Nylon, l'humidité a pour effet de décaler les niveaux de résistivité dans une mesure o cela pose des problèmes pour les circuits de commande. L'importance pratique de ces inconvénients des matériaux thermosensibles de l'art antérieur apparaIt à partir des expériences faites avec des couvertures électriques commerciales. Ainsi, quand il est exposé à l'humidité, un isolement en Nylon perd temporairement ses propriétés électriques souhaitables dans 20 une grande mesure en seulement une heure ou deux, même si l'isolement de la couverture électrique est recouvert d'une couche de polyéthylène et d'une surcouche de chlorure de polyvinyle comme cela est décrit dans le brevet de Spooner et Greenhalgh susmentionné. L'effet catastrophique de la présence de soufre libre dans l'isolement thermosensible sur des fils du type utilisé dans les structures de couvertures électriques a été démontré dans des tests sous des conditions normales de fonctionnement conduisant au bout de seulement six heures à des ruptures de conducteurs. La demande de brevet américain N 709 245 (Greenhalgh) déposée le 7 mars 1985 et considérée ici comme connue décrit un nouveau type de compositions isolantes thermosensibles dont le demandeur a découvert qu'elles sont tout particulièrement appropriées pour être utilisées comme détecteurs de fumée et/ou de 35 chaleur. En gros, les compositions sont constituées d'un mélange de matériaux polymères, d'un produit de charge et d'un plastifiant, etc., dans une proportion propre à optimiser les caractéristiques électriques, physiques et de traitement pour fournir le produit. Le matériau polymère choisi ne doit pratiquement contenir aucun soufre libre. Dans le cas de formulations du type acrylonitrile butadiène, l'acrylonitrile peut être présent selon une proportion de moins de 1 %; et pour les matériaux carboxylés, les éléments monomère acide doivent être présents selon une 10 quantité au moins égale à 0,5 %. En plus du fait qu'il peut être traité par des combinaisons comprenant du soufre ou par un peroxyde, le polymère carboxylé peut être traité par l'oxyde de zinc. En outre, les deux polymères (acrylonitrile butadiène carboxylé et non carboxylé) 15 peuvent être utilisés comme plastifiants pour des résines telles que le chlorure de polyvinyle. En pratique, comme cela a été indiqué ci-dessus, des caoutchoucs d'acrylonitrile butadiène du type acrylonitrile relativement élevé, qui présentent des rapports S.I.C. (inductance/capa20 cité spécifique)(de 90 C à la température ambiante) de l'ordre de ou plus, sont utilisés. Ces matériaux contiennent de préférence environ 20 à 45 % en poids d'acrylonitrile. Egalement, de préférence, les caoutchoucs acrylonitrile butadiène contiennent des groupes carboxyl qui renforcent encore les propriétés électriques 25 souhaitées, celles-ci étant introduites par copolymérisation avec de l'acrylonitrile et du butadiène couramment obtenu à partir de l'acide acrylique, de l'acide méthylacrylique, de l'acide maléique, ou analogue. De préférence, la quantité de groupes carboxyle est supérieure au minimum de 0,5 % en poids. Des 30 polymères appropriés disponibles dans le commerce sont indiqués dans le tableau I. Tableau I % Butadine % Acrylo-Nitrile j Carboxle Goodyear NX775 68 26 6 Goodrich 1072 67 27 6 Polysar 11OC 64 32 2 Polysar 231C 59 34 7 Comme avec les élastomères d'acrylonitrile butadiène, le système de traitement implique du soufre à l'état libre, ou un support dans lequel le soufre est disponible sous forme combinée, et du peroxyde. En outre, des combinaisons carboxylées d'acrylo5 nitrile butadiène peuvent être traitées avec un oxyde métallique tel que l'oxyde de zinc qui constitue le système de cuisson préféré. La quantité d'oxyde de zinc dans ce but peut aller de 1 à pour 100 d'élastomère. En plus des meilleures propriétés électriques 10 souhaitées, les élastomères carboxylés à l'état cuit présentent les qualités supplémentaires de meilleures dureté, résistance à la rupture, résistance à l'ozone, et résistance à l'abrasion. Quand il n'est pas possible de cuire le matériau polymère sur un conducteur, des mélanges d'acrylonitrile butadiène 15 ou d'acrylonitrile butadiène carboxyl! peuvent être utilisés en combinaison avec une résine appropriée telle que du chlorure de polyvinyle. Lors de la cuisson, l'élastomère agit comme un plastifiant migratoire et le mélange est considéré être un thermoplastique pur. Les rapports préférés résine/élastomère sont dans la 20 gamne de 1 à 4 à 1 à 1, respectivement. Les combinaisons mentionnées ci-dessus, quand elles contiennent un élastomère carboxylé, présentent l'avantage supplémentaire de maintenir les propriétés inhérentes de l'élastomère carboxylé même à l'état non cuit. En outre, de l'argile, et en particulier un kaolin tel que le produit dit argile Catalpo (marque déposée de la société Freeport Kaolin Company) renforce le rapport S.I.C. et la résistance en volume. Une autre application est décrite dans la demande de 30 brevet N0 US-847 481 de Greenhalgh déposée le 3 avril 1986 et considérée ici comme connue dans laquelle les variations de température dans des câbles de puissance sont surveillées en utilisant le même matériau polymère que ce qui est décrit dans la demande de brevet US-709 245 déposée à la même date et considérée également 35 ici comme connue. La constitution et le fonctionnement de détecteurs de fumée et de détecteurs de chaleur (flamme) et de dispositifs comprenant ces deux caractéristiques sont bien connus. Par exemple, des chambres d'ionisation simple et double 5 sont décrites dans "Ionisation Type Smoke Detector Technology" de Michael Byrne, 13 mai 1981, considéré ici comme connues. Dans une réalisation à chambre unique, une source radioactive émet des particules alpha pour déloger des électrons des molécules d'air et produire ainsi des ions positifs. Les électrons se fixent presque 10 immédiatement à d'autres molécules, produisant ainsi des ions négatifs. Quand une tension est appliquée entre les électrodes, les ions se déplacent sous l'influence du champ électrique et constituent donc un courant. Si des particules de fumée entrent 15 dans la région comprise entre les plaques, certains des ions se fixeront à ces particules par diffusion. Ceci provoque une diminution du courant circulant car les particules de fumée ont une masse beaucoup trop grande pour que le champ électrique entre les plaques les défléchissent de façon notable. Cette réduction de 20 courant est détectée et utilisée pour déclencher l'alarme. La réalisation à chambre d'ionisation double contient une chambre de détection de fumée qui comprend un accès à l'air ambiant et une autre chambre dite de référence qui est presque complètement scellée. Les deux chambres sont reliées en série. Les 25 formes relatives des chambres sont prévues pour que la chambre de référence, du fait que la tension à ses bornes est suffisamment élevée, fonctionne dans la région de saturation de sa caractéristique. La chambre de fumée est actionnée dans sa région linéaire étant donnée que c'est là o elle est le plus sensible à une 30 fumée. Quand de la fumée entre dans la chambre, la concentration ionique (contribuant au courant d'ionisation) est réduite. Toutefois, comme la chambre de référence, du point de vue électrique est essentiellement une source de courant constant, la tension aux bornes de la chambre de fumée augmente, fournissant ainsi les 35 moyens pour produire un signal électrique en réponse à la présence de fumée et/ou de chaleur. Des améliorations aux détecteurs de fumée par ionisation ont été faites ces dernières années et sont décrites par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 4 185 196, 4 185 197 et 4 220 262 qui seront tous considérés ici comme connus. D'autres types de détecteurs de fumée et/ou de chaleur sont habituels pour l'homme de l'art. En dépit des perfectionnements récents aux détecteurs de fumée et de chaleur, il existe encore un besoin d'amélioration des capacités d'isolement élec10 triques des conducteurs utilisés dans de tels dispositifs de sorte que ces dispositifs présentent des niveaux et des taux de changements améliorés pour l'impédance en fonction de la température et, dans le cas de la résistivité continue en volume, des niveaux élevés de résistivité en volume et des taux faibles de changement 15 de résistivité en volume en fonction de la température. En outre, des perfectionnements à la résistance aux changements d'humidité pour réduire ainsi les décalages de niveaux de résistivité et d'impédance sont également souhaités. En conséquence, un objet de l'invention est de prévoir 20 un détecteur de fumée et/ou de chaleur amélioré qui soit sensible à de faibles niveaux de chaleur et de fumée et plus résistant à des changements de niveaux d'humidité. Un autre objet de l'invention est de prévoir un détecteur de chaleur et/ou de fumée avec des taux température/impédance 25 améliorés. La présente invention concerne un appareil de détection fumée et/ou de flamme qui comprend un moyen de détection de fumée et/ou de flamme tel qu'une chambre à ionisation du type utilisé dans les détecteurs de fumée à ionisation ou autres dispositifs 30 similaires connus de l'homme de l'art. Un premier conducteur de référence sous forme de fil et un deuxième conducteur de détection sous forme de fil sont tous deux connectés à une source d'alimentation électrique et opérativement connectés aux moyens de détection de fumée et/ou de flamme. Les premier et second fils sont uniformément espacés sur toute leur longueur et sont logés dans un corps de même étendue en un--matériau polymère thermosensible qui peut être un caoutchouc thermo-durcissable d'acrylonitrile butadiène ou un 5 mélange thermoplastique de chlorure de polyvinyle et d'un caoutchouc d'acrylonitrile butadiène contenant au moins 1 % d'acrylonitrile. Le caoutchouc thermoplastique, après recuit, et le mélange thermoplastique sont sensiblement exempts de soufre. L'appareil selon la présente invention inclut également 10 un moyen d'actionnement associé opérativement au moyen de signal et aux premier et second fils qui actionnent le moyen de signal quand la résistance continue entre les premier et second fils dépasse un maximum prédéterminé. L'homme de l'art comprendra mieux la présente invention 15 sous tous ses aspects à la lecture de la description détaillée ci-après faite en relation avec les figures jointes qui font partie intégrante de la présente description et parmi lesquelles. la figure 1 est une vue en perspective, avec des parties éclatées d'une paire de conducteurs parallèles destinés à 20 être utilisés dans la présente invention, ces conducteurs étant logés dans la composition thermo-sensible de sorte que des mesures de température entre les deux conducteurs par la composition du matériau isolant puissent être effectuées pour surveiller le système dans des buts de contrôle de fumée et/ou de chaleur; la figure 2 est un schéma d'un système d'alarme de détection de fumée et de chaleur sensible à la température selon la présente invention; et la figure 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'un système d'alarme de détection de fumée et de chaleur 30 sensible à la température. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, du caoutchouc d'acrylonitrile butadiène du type à acrylonitrile relativement élevé qui présente des rapports S.I.C. (de 90 C à la température ambiante) de l'ordre de 10 ou plus est utilisé comme 35 cela est décrit dans la demande de brevet américain N 709 245. La figure 1 représente une structure qui est utilisée dans un système de détection typique de fumée et/ou de chaleur. Une structure isolée 1 comprend des fils de cuivre 2 et 3 qui sont espacés d'environ 0,25 nm (10 mils) et isolés et unis en une seule 5 structure par une couche de matériau sensible à la température 4 qui s'étend comme les fils. Cette constitution apparaît clairement dans la vue en perspective de la figure 1. La figure 2 représente schématiquement un circuit en boucle qui peut être utilisé avec l'appareil selon la présente 10 invention. L'appareil utilisé est un dispositif de détection de fumée et/ou de chaleur sensible à la température qui est actionné pour fournir une alarme sonore ou tout autre signal en réponse à un état de fumée ou de surchauffe chaque fois que la différence de température entre le conducteur de contrôle ou conducteur ambiant 15 et le conducteur de détection dépasse un maximum prédéterminé. Plus particulièrement, dans le dispositif représenté, la différence de résistance continue entre les fils 2 et 3, dont l'un quelconque peut servir comme référence ambiante est surveillée en continu. Le fil 2 est connecté à une porte comparatrice 5, alors 20 que le fil 3 est connecté à une porte comparatrice 6, les deux fils étant reliés à une batterie (non représentée) et s'étendant dans la méme direction et étant espacés de 0,25 mm (10 mils) sur leur longueur dans une zone 7 tant qu'on veut surveiller la température. La zone 7 comprend la partie de la gaine isolante 4 25 disposée entre les fils 2 et 3. :: :. 0 : 0 30 :::: D: 0:: f -: f,: Pour une concentration de fumée ambiante et/ou une température initiale, les portes 5 et 6 sont réglées à la même tension par des commandes d'équilibrage 8 et 9, respectivement. Les deux portes sont à nouveau réglées à une tension de référence commune différente qui peut être déterminée de façon classique pour établir la sensibilité du dispositif. Alors, les portes 5 et 6 étant équilibrées, une porte différentielle 10 surveillera les différences de potentiel et une différence de tension suffisamment élevée déclenchera une alarme 11. Les fils 2 et 3 sont connectés au moyen de détection de fumée et/ou de chaleur 12 d'une chambre d'ionisation. Par suite, quand de la fumée et/ou de la chaleur est produite dans le moyen de détection de fumée, le signal est détecté par les fils 2 et 3, 5 interprété dans les portes 5, 6, et 10, et un signal détectable est enregistré par l'alarme 11. La figure 3 représente un circuit non bouclé dans lequel les fils 2 et 3 sont terminés par des embouts et ne sont en conséquence pas reliés directement aux comparateurs 5 et 6. Dans 10 ce mode de réalisation, les comparateurs 5 et 6 peuvent être éliminés, comme cela est représenté en figure 3 ou peuvent faire partie de l'amplificateur différentiel. L'homme de l'art notera que les moyens et composants particuliers utilisés pour les amplificateurs comparateurs, les 15 commandes d'équilibrage, les amplificateurs différentiels et le dispositif d'alarme sont dans une grande mesure au choix de l'opérateur. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection de fumée et/ou de chaleur comprenant: (a) un moyen de détection de fumée et/ou de flamme (12); (b) un premier conducteur de référence sous forme de fil (2) et un second conducteur de détection sous forme de fil (3) qui peuvent tous deux être connectés à une source d'alimentation électrique et opérativement connectés au moyen de détection de fumée et de chaleur; et (c) un moyen de signalisation; et caractérisé en ce qu'il comprend en outre (d) un moyen d'actionnement opérativement associé au moyen de signalisation et aux premier et second fils pour actionner le moyen de signalisation quand la résistance continue entre 15 les premier et second fils dépasse un maximum prédéterminé, les premier et second fils étant uniformément espacés sur toute leur longueur et logés dans un corps s'étendant de la même façon d'un matériau polymère thermosensible choisi dans le groupe comprenant essentiellement (1) un caoutchouc thermo-durcissable d'acrylo20 nitrile butadiène contenant au moins 1 % en poids d'acrylonitrile, et(2) un mélange thermoplastique de chlolure de polyvinyle et d'un caoutchouc d'acrylonitrile butadiène contenant au moins 1 % d'acrylonitrile dans lequel le caoutchouc thermoplastique (1) après cuisson ou le mélange thermo-plastique (2) ne contient pratiquement pas de soufre. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le rapport inductance capacité spécifique du caoutchouc acrylonitrile butadiène entre 90 C et la température ambiante est supérieur à environ 10. 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le caoutchouc d'acrylonitrile butadiène contient 20 à 45 % en poids d'éléments monomères d'acrylonitrile. 4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le caoutchouc d'acrylonitrile butadiène selon (1) ou (2) contient au moins 0, 5 pourcent en poids d'éléments monomères d'acide carboxylique. 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le caoutchouc d'acrylonitrile butadiène carboxylé thermo-durciçable selon (1) est recuit avec un oxyde métallique. 6. Appareil selon la revendication 5, dans lequel l'oxyde métallique est de l'oxyde de zinc. 7. Appareil selon la revendication 1., dans lequel le matériau polymère est un mélange thermo-plastique d'un caoutchouc d'acrylonitrile butadiène contenant au moins 5 % d'éléments monomère d'acide carboxylique et de 5 % à 95 % de chlorure de polyvinyle. 8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel le rapport inductance/capacité spécifique du matériau polymère entre C et la température ambiante est supérieur à environ 10. 9. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le matériau polymère est mélangé et composé, et de l'oxyde de zinc 20 constitue l'agent de cuisson, et le mélange contient au moins 7 % d'argile de kaolin, le matériau polymère composé ayant un rapport spécifique inductance/capacité entre 900C et la température ambiante supérieur à 30. 10. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le 25 moyen de détection de fumée et/ou de flamme est au moins une chambre d'ionisation. 11. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les premier et second fils sont uniformément espacés d'environ 0,25 mm (10 mils).