专利名称：管路内烟雾衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于微粒检测的改进的方法及设备。以优选的形式，本发明涉及一种用于在将空气样品应用到微粒检测器之前过滤空气样品的方法及设备。可以适宜地将本发明描述为适用于烟雾检测，然而不应当认为本发明仅限于这种示例性的应用领域。
背景技术：
微粒检测器常常用来警告出现由潜在火灾或初期火灾发散出的烟雾。散射光式微粒探测器通过使从监控区域抽取的空气样品曝光来工作，并检测空气中任何微粒散射的光。来自例如工厂或办公室的空气通常包含一定水平的微粒，并且检测器能够设定成在高于基本微粒水平的某种水平时报警，并认为是有烟雾的象征。散射光式烟雾检测器工作环境的变化范围广泛，包括例如办公环境、工厂和制造厂、电站以及净室。每种环境具有不同水平的背景微粒物质。如果这种烟雾检测设备持续暴露于空气背景污染水平相对较高的某些环境中则它们可能遇到问题。近年内的大规模实例是在对褐煤高度依赖的亚洲的广泛分布区域中经常出现的高度烟雾污染。背景烟雾污染能够造成检测器部件污损，例如由于空气通道阻塞或检测室自身的最佳特性改变，从而导致过早失效。解决这种问题的尝试包括在气流中放置灰尘过滤器。利用灰尘过滤器过滤掉与待检测烟雾没有关联的微粒。取决于使用的燃料和燃烧条件，烟雾微粒可以有多种尺寸，并根据预期灰尘微粒的类型以及待检测烟雾微粒的类型选择过滤器的类型。然而，当常规灰尘过滤器阻塞时，它们开始从空气中去除更多微粒且最终开始过滤烟雾微粒(或其它相关的小颗粒)，这可能是由于当较多微粒阻塞过滤器时过滤器的有效孔隙尺寸减小的缘故。因为在流速适当改变之前这种过滤器开始不合要求地去除烟雾微粒，所以这样可能成问题。结果，过滤器可能在去除未获知的烟雾部分，而利用流量计不能检测到这些。在有些情况下，已经尝试在将空气引导到烟雾检测器之前例如通过用清洁空气稀释样品流先调节空气样品。这种稀释的目的是获得粒度分布不变但粒子浓度小于原始样品流的样品流。能够利用稀释来有效降低到达检测器的颗粒物质的浓度，但是对于利用管网从监控空间抽取空气的空气采样烟雾检测器而言，现在的问题在于，将稀释气流引导到进入检测器的气流中减少了从监控区域抽取的样品空气的量。这样增加样品空气从监控区域行进到烟雾检测器耗费的时间，并因此增加检测时间。
在授予Wells的美国专利No. 5，332，512中描述的一种建议性的稀释过滤器将样品流分成两个支流，并过滤其中一个支流以从中去除全部微粒。然后已过滤样品流和未过滤样品流重新混合。本发明人已经确认这种设备可以在无需大幅增加吸气器功率的情况下解决上述传输时间增加的问题，然而，这种设备的稀释比可能随时间而改变使得难于进行可靠的微粒检测。更重要的是，发明人已经确认当未过滤空气所穿过的小管阻塞时稀释比将增大。最终这样可能导致没有微粒穿过过滤构造，而这并非所愿。

发明内容
第一方面，提供一种在位于微粒检测器之前的气流通道中的装置，其中，所述装置随着时间过去以基本恒定的比例从气流中去除所有尺寸的气载微粒。所述设备还可以包括分流构造和过滤构造，分流构造用于将气流分成至少第一支流和第二支流，过滤构造用于过滤第一支流。在有些实施方式中，过滤构造优选基本从第一支流中去除所有颗粒物质。过滤构造可以包括高效微粒空气过滤器(HEPA过滤器)和/或静电过滤构造。分流构造优选包括多个孔口，气流穿过所述孔口分成各个支流。在分流构造中形成的多个孔口优选彼此基本相同。在某些实施方式中，分到每个支流中的气流的相对比例对应于构造成将气流引导到每个支流的所述分流构造中形成的所述孔口的比例。优选分流构造对于支流通过的阻抗充分大于由过滤构造引起的流动阻抗，如果过滤构造被阻塞成对将由微粒检测器检测的微粒的去除到了无法接受的程度，那么分流构造流的流动阻抗充分大于由过滤构造弓I起的流动阻抗。在某些实施方式中，所述设备还包括至少一个流量计，流量计用于确定以下任意一个中的流速装置的进口 ；装置的出口；一个或多个支流穿过的流动通道。装置还可以包括多个流量计。第二方面，本发明提供了在将空气样品引导到微粒检测装置之前先过滤空气样品的方法，所述方法包括将空气样品分成至少两个样品流；过滤一个或多个样品流；以大于由过滤一个或多个样品流所引起的限流的量来限制样品流的流量；以及在将有些样品流引导到微粒检测装置之前重新进行混合。优选至少一个样品流在与另一样品流重新混合之前不过滤。可以在过滤样品流之前或之后进行对一个或多个过滤样品流的限流步骤。所述方法还可以包括对于以下内容的任意一个或多个的测量过滤空气的流量；非过滤空气的流量；样品流量；在分成样品流之前的空气流量；以及
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在混合样品流之后与总流量相比的空气流量。第三方面，提供了用于烟雾检测器的装置，该装置包括具有过滤器和吸气器第一流动通道；具有吸气器的第二流动通道；以及控制器，使得吸气器调节在第一和第二流动通道中的流量以实现过滤空气和非过滤空气的预定比率。另一方面，提供了用于调节流体流的构造，该构造包括第一流动通道；第二流动通道；过滤构造，其过滤第一流动通道中的流体流；以及分流构造，其用于将流体流分配到第一流动通道或第二流动通道中，其中，由分流构造引起的对于流体流的阻抗大于由过滤器引起的对于流体流的阻抗。另外又一方面，本发明提供了用于调节流体流的构造，包括包括流体进口和流体出口的腔室；在流体进口和流体出口之间延伸的非过滤流体流通道；在流体进口和流体出口之间延伸的过滤流体流通道；用于过滤流经过滤流体流通道的流体的过滤构造；用于将流体流分配到过滤流体流通道和非过滤流体流通道中的分流构造，其中，由分流构造引起的对于流体流的阻抗大于由过滤装置引起的阻抗。分流构造可以包括通向过滤流体流通道的至少一个第一孔口和通向非过滤流体流通道的至少一个第二孔口，并且其中，由每个第一孔口和第二孔口引起的流动阻抗基本相同。优选地，分别分配到过滤流体流通道和非过滤流体流通道中的流体流的比例由第一孔口和第二孔口的相对数量来决定。在另一方面，本发明提供了构造成将流体流分成多个支流的分流构造，分流构造包括用于限定尺寸基本相同的多个流动孔口的装置，流动孔口构造成将流体的一部分引导到各个支流中的，其中分开到每个支流中的流体流的相对比例由构造成将空气的一部分引导到各个支流中的尺寸相同的流动孔口的相对比例来决定。优选地，用于限定尺寸基本相同的多个流动孔口的流量装置为其上形成有基本相同的多个孔口的本体。所述本体可以是具有多个等直径孔的板状构件，孔贯穿本体从而限定所述流动孔□。在另一方面，本发明提供了检测空气样品中的微粒的方法，所述方法包括(a)获取空气样品；(b)降低空气样品中的微粒浓度；(c)检测微粒浓度降低后的空气样品中的微粒水平；(d)对应于在步骤(b)中进行的空气样品中的微粒浓度降低来校正检测的微粒水平。步骤(b)还可以包括，将空气样品分配到支流中；过滤不足全部的支流；并将至少一个过滤的支流和一个非过滤的支流重新混合以产生微粒浓度降低的空气样品。
另一方面，本发明提供了用于烟雾检测器的装置，该装置包括具有过滤器和吸气器的第一流动通道；具有吸气器的第二流动通道；以及控制器，从而吸气器调节在第一流动通道和第二流动通道中的流量以使过滤空气和非过滤空气具有预定比率。本发明这一方面的实施方式具有过滤空气与非过滤空气的比率能够调节或者当过滤流动通道的阻抗改变时能够保持恒定的优点。


参考附图描述了这种设备的仅作为非限制性示例的说明性示例构造，其中图1是烟雾衰减器示例的示意性剖视图；图2是图1的烟雾衰减器的带孔板的示意性俯视图；图3是图1的烟雾衰减器的过滤器的示意性剖视图；图4是图3的过滤器的立体图；图5是包括图1的烟雾衰减器的烟雾检测器系统的第一示例的示意图；图6是包括图1的烟雾衰减器的烟雾检测器系统的第二示例的示意具体实施例方式在图1中示出了以下称为“烟雾衰减器”的过滤装置10，其具有进口 12、出口 14 以及壳体16。在壳体16内是分流器18 (在图2中示出)和过滤器20 (在图1、图2以及图 3中示出)。在该示例中，分流器18为其中形成有许多孔口 22和23的板21。在图2中更详细地示出这些孔口。在该示例中，分流器将进入进口的单个空气流分成过滤支流(穿过孔口 22的空气)和非过滤支流(穿过孔口 23的空气)。过滤支流和非过滤支流在过滤之后且在排出过滤器出口 14之前的区域中重新混合。可以在进口 12附近设置流量分配器15 以协助在壳体内均勻分配流量。还可以在壳体内设置例如由筛网形成的防虫网以防止昆虫和非常大的颗粒物质损害过滤器20或穿过非过滤流动通道到例如微粒检测器的下游部件中。在替代实施方式中，支流可以尽量长地保持分离，只要在进入到微粒检测装置中之前重新混合即可。在该示例中，烟雾衰减器设计成以因子10来降低烟雾浓度。为了实现这样的结果，十分之一的气流经由孔口引导分离到支流中，所述孔口将所述支流引导到绕过过滤器的流动通道。而十分之九的气流经由要求气流在排出壳体之前穿过过滤器的孔口被引导。 在图1至图4所示的特定示例中，过滤器为高效能且低阻抗的过滤器，例如高效微粒空气过滤器。在替代实施方式中，过滤器可以为静电过滤器。为了说明的目的在图1中示出理论气流。在该示例中，穿过在板21外圈上的9个孔口 22的支流穿过过滤器20，过滤器20基本去除所有颗粒物质，无论是烟雾还是灰尘。穿过在板中心上的单个孔口 23的支流不穿过过滤器，并因此基本保留了气流中携带的来自样品的所有微粒。在这种情况下，与由孔口 22和23引起的流动阻力相比，过滤器的阻抗较小。当过滤器阻塞时，最终将增大对空气的流动阻力，减小通过过滤器的空气流量，并因此增大未经过滤而穿过衰减器10的空气的比例。
如果通过由孔口导致的限流来控制衰减器的阻抗，则过滤空气与未过滤空气之比能够更缓慢地变化，从而有效提高过滤器的寿命。如果由孔口导致的限流大于过滤器的限流，则稀释比能够在过滤器的有效使用期内基本保持恒定。在特别优选的实施方式中，分流器18上的多个孔口 22和23全都为相同尺寸。因此所有孔口倾向于以几乎同样的速度发生阻塞，这就意味着，随时间流逝当孔口由于杂质堵塞而变狭窄时，非过滤支流和过滤支流之间的流量平衡仍将基本保持恒定。一旦过滤器20阻塞到相当大的程度，可以测量总体的或特定的过滤空气的流量变化，以确定是否有必要更换过滤器。本设计的另一方面在于，因为当过滤器阻塞到导致流经过滤器的空气量与绕过过滤器的空气量的比例改变的程度时，到达检测器的有效烟雾水平增大，所以这就意味着，如果在本发明的系统中过滤器维持的时间过长将导致检测到的烟雾增大。这种增大将随系统的阻塞而循序渐进，并因此能够通过软件来判断，软件经过一段延长的时间检查烟雾水平以确定过滤器的寿命。确定过滤器寿命的另一种方法是测量过滤空气的气流量并将其与绕开过滤器的气流量进行比较。这一比率给出的是烟雾稀释因子，烟雾稀释因子使烟雾监测系统能够应用校正因子来确定样品中的真实的烟雾水平。如果随时间流逝过滤器阻塞，经过过滤器的流速受到影响，则空气流量计将确定适用于检测室输出的新校正因子。在一些实施方式中， 还能够通过确定经过过滤器的气流量下降到预定水平的时间来衡量过滤器的寿命。如上所述，本发明的优选实施方式在于，分流器18上的所有孔口尺寸相同。这种配置的好处之一是气流经过孔口能够导致物质在孔口外周沉淀。随着时间流逝这样最终将使气流明显减少。吸气的烟雾检测器要求分流器18将样品空气以充分的速度传送到检测器以便能够快速确定烟雾水平，例如，以便其烟雾水平在预定水平以上的样品空气将在一分钟内引发对于采样空气的警报。当孔口变小时，给定吸气器的吸气量下降，而且最终滞后的时间将超标。由于功率约束以及在烟雾检测器系统内的封装约束，所以吸气器的尺寸和功率略微受到限制。为此，吸气器一般装配有流量传感器以便判断流量是否在预定水平以上。在该示例中，孔口直径为3. 5毫米，这样提供了足够的通过烟雾衰减器的气流量， 并且还提供了在由过滤器引起的阻抗以上的足够的阻抗。尽管本例示出具有用于非过滤空气的一个孔口 23和用于过滤空气的9个孔口 22 的分流器18，但是假如用于过滤支流和非过滤支流的孔口比率已知，那么用于过滤气流和非过滤气流的孔口可以是任意数量。应该向检测器提供这一比率使其能够确定稀释因子以便应用于进入检测器的空气样品。例如，如果稀释因子为10(如在图1的示例中的)，而且如果当烟雾水平超过每米1 %的昏暗度时检测器就会报警，那么当从烟雾衰减器排出的空气的烟雾水平超过每米0. 时检测器就需要报警了。如由Vision fire & kcurity有限公司制造和出售的Vesda LaserPLUS这种吸气烟雾检测器能够容易地检测出0. 及更低的昏暗度。如上所述，由于失效模式，例如检测器流动通道阻塞、取样室污染致使光的背景水平逐渐增大等，因此，用于采样能导致每米的恒定昏暗度的空气的吸气烟雾检测器的寿命可以显著低于用于采样能导致每米0. 的昏暗度的空气的吸气烟雾检测器的寿命。
图3和图4示出能够用于本发明的实施方式中的过滤器元件。这种过滤器元件单位体积的表面积较大且允许空气在阻抗较低的情况下流动。过滤器的孔隙尺寸可以是阻止大于孔隙的微粒穿过过滤器的开口尺寸，孔隙尺寸选择成能够去除在给定尺寸以上的所有微粒，或者构造成能够有效拦阻所有颗粒物质。在有些过滤器中，例如泡沫过滤器，因为微粒可能必须经过很长的路径才能穿过过滤材料，所以有效孔隙尺寸可能小于可测知的孔隙尺寸。在该示例中，过滤材料基本上将能够由检测器测出的微粒全部去除。实际上不存在完全过滤器这样的装置，并且假如过滤器有物理约束，可能有必要使用仅仅从空气中去除某些微粒的过滤器或选择性地使小于一定尺寸的微粒通过的过滤器。应该注意到在替代实施方式中，分流构造能够位于过滤器之后。在这种情况下，不是分流先于过滤，分流构造能够通过以限制流出过滤器和非过滤流动通道的空气量的方式限制流经它们的流量来工作。在此描述的分流构造的实施方式还能够在其它应用中用来将流体流分成多个支流。有些实施方式可以在期望维持多个支流之间的平衡的其它应用中使用。在图5和图6 中示出结合了根据本发明实施方式的烟雾衰减器10的两个示例性烟雾检测系统。图5和图6的每个烟雾检测系统都包括烟雾检测器38，构造烟雾检测器38以检测在从监控区域 31获得的空气样品中的烟雾。在图5中，吸气器32将空气从区域31经管网30抽取到检测器38。从区域31抽取的全部空气穿过根据本发明实施方式制成的烟雾衰减器10。衰减器10将样品流中的烟雾水平减小到例如其原始值的十分之一。在离开烟雾衰减器10之后，调节后的一部分样品流穿过主管线33到达吸气器32然后排放到大气。第二吸气器35沿样品管线34并经例如 LaserPLUA腔室的检测室38抽取第二部分空气样品。仅除了进入检测室38的样品流部分穿过衰减器10且在未经分析的情况下排放到大气的那部分空气保持未过滤之外，图6类似于图5。烟雾衰减器10还可以与所知的烟雾检测器一起使用，例如由Vision fire & Security有限公司生产的通过横过检测室的单个吸气器工作的VESDA空气取样烟雾检测器。是在经主管线的全流量空气中设置烟雾衰减器还是烟雾衰减器仅过滤在样品管线中的空气，从检测的角度看并不重要，烟雾衰减器也能够在经主管线抽取的全部空气都穿过检测室的全流量系统中使用。在另一示例中(未示出)，每个流动通道中都可以有吸气器以协助或促使流过流动通道。可以在过滤流动通道中设置一个吸气器，并在非过滤流动通道中设置另一个吸气器。在每个流动通道中也可以有流量传感器，使得控制器能够确定每个流动通道中的流量比率，并因此确定过滤空气与非过滤空气之比。这种配置可以使经过流动通道的流速能够受到监控和调节以产生预期结果。一种预期结果可以是将过滤空气与非过滤空气之比保持在恒定水平。在流动通道中取样的空气量可以是经过样品管线的全流量或者是经过样品管线的支流样品空气量。通常在主吸气器经样品管线抽取空气时使用支流样品，能够调节支流样品以便获得适当的空气输送时间。要求吸气烟雾检测器在将烟雾抽取到取样点中的一定离逝时间之内报警。因此有必要保持充分的流经样品管线的速度以便获得在时限内检测出烟雾所必需的传输时间。如果在烟雾衰减器的流动通道中采用可变速吸气器，则可能有必要采用支流样品构造。在上面的示例中，能够利用控制器来改变每个流动通道中的流速以便在检测器处获得特定的烟雾水平。例如，如果背景微粒水平为每米1 %的昏暗度且检测器能够准确测量低于0. 的烟雾水平，那么通过检测空气中的烟雾水平，能够改变经过每个流动通道的流速以便将检测器中的烟雾水平降低到预定水平。其优点在于，由于降低了检测器流动通道中的烟雾水平，降低了检测室、孔口等的污染，因此能够延长检测器的寿命。为了确定是否已经突破烟雾水平的阈值，检测器监控检测室中的烟雾水平以及每个流动通道中的流速， 并因此能够确定样品管线中的实际烟雾水平。作为在此描述的类型的烟雾衰减器的好处的示例，如果入口流量的80%穿过 "Total过滤器”(也称为HEPA过滤器)而20 %保持非过滤，那么烟雾浓度将下降到原始浓度的五分之一。因此，如果检测室中的阻塞或背景噪音水平为失效模式，则检测室或检测器自身的平均寿命相对于没有任何过滤器的检测器可能增加五倍。当然，适用的火警阈值也必须调整到它们“正常”设定值的五分之——但是，因为阈值通常在检测器灵敏度的上限，所以在污染的环境中这不成问题。如此，尽管在此描述的烟雾衰减器在许多环境中都实用，但是在具有较高的背景烟雾或灰尘水平的环境中尤其实用，特别是与敏感检测器一起使用。从上面能够看出，优选实施方式的过滤构造通过将气流分成多个支流来工作。在本文所述的示例性实施方式中气流分成两个支流，但是可以更多。一个或多个样品流进行过滤且样品流重新混合以产生调节流。控制每个支流的流速(优选相对流速)以控制进入每个支流的气流的相对比例，这通常通过在过滤之前或过滤之后限制每个支流的通量来实现。因此能够在下游利用产生的调节流，例如向微粒检测器提供以用于分析。尽管在此将用于实施这种方法的示例性装置描述为在壳体中的分立的过滤构造， 但是不应该认为本发明仅限于这种形式。替代地，一种实施方式可以利用网路或管线或管道以分离流体流来实现，其中一些而非全部管线的容量在重新混合之前先过滤。在这种情况下，能够通过控制每个管线或管道中位于流量分配点和流量再混合点之间且包括端点的任意点处的流量，进行管线之间的流量平衡。本说明书中对任何现有技术的引用都不是也不应当认为是承认或以任何形式表明该现有技术在澳大利亚构成公知常识的一部分。除非上下文另有要求，本说明书自始至终，“包括”这个词或这个词的变形可以理解成表明包括所述步骤或整体或者成组的步骤或整体，而不是排除其它任何步骤或整体或者成组的步骤或整体。
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权利要求
1.一种检测空气样品中的微粒的方法，其包括(a)获取空气样品；(b)降低空气样品中的微粒浓度；(c)检测微粒浓度降低后的空气样品中的微粒水平；(d)对应于在步骤(b)中产生的空气样品中的微粒浓度降低来校正检测的微粒水平。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)还包括 将空气样品分配到支流中；过滤不足全部的支流；以及将至少一个过滤的支流和一个非过滤的支流重新混合以产生微粒浓度降低的空气样品O
3.—种构造成将流体流分成多个支流的分流构造，所述分流构造包括用于限定尺寸基本相同的多个流动孔口的装置，所述流动孔口构造成将流体的一部分引导到各个支流中， 其中，分配到每个支流中的流体流的相对比例由构造成将空气的一部分引导到各个支流中的尺寸相同的流动孔口的相对比例来决定。
4.如权利要求3所述的分流构造，其中，用于限定尺寸基本相同的多个流动孔口的所述装置为其上形成有基本相同的多个孔口的本体。
5.如权利要求4所述的分流构造，其中，所述主体为具有多个等直径孔的板状构件，所述孔贯穿所述本体从而限定所述流动孔口。
全文摘要
本发明以一种形式提供了在位于微粒检测器(38)之前的气流通道中的装置(10)。其中装置(10)随着时间过去以基本恒定的比例从气流中去除所有尺寸的气载微粒。在优选形式中，所述装置包括构造成将流体流分成多个支流的分流构造(18)，分流构造10包括用于限定尺寸基本相同的多个流动孔口的装置(22，23)，所述流动孔口构造成将流体的一部分引导到各个支流中。
文档编号G01N33/00GK102338709SQ201110159838
公开日2012年2月1日 申请日期2007年2月20日 优先权日2006年2月20日
发明者斯克特·安东尼·威尔逊, 斯克特·詹姆斯·马丁, 罗恩·诺克斯 申请人:爱克斯崔里斯科技有限公司