HOEFER, Ulrich (Hofstr. 14a, Zug, CH-6300, CH)
POHLE, Roland (Fichtenstr. 22, Ottenhofen, 85570, DE)
VON SICARD, Oliver (Klenzestraße 44, München, 80469, DE)
FLEISCHER, Maximilian (Schlossangerweg 12, Höhenkirchen, 85635, DE)
HOEFER, Ulrich (Hofstr. 14a, Zug, CH-6300, CH)
POHLE, Roland (Fichtenstr. 22, Ottenhofen, 85570, DE)
VON SICARD, Oliver (Klenzestraße 44, München, 80469, DE)
| Patentansprüche 1. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) mit - wenigstens einem GasFET-Gassensormodul (13) zur Detektion eines oder mehrerer Zielgase, - einem Gehäuse (11), in dem das Gassensormodul (13) eingebaut ist, wobei das Gehäuse (11) wenigstens einen Gaszutritt (21) vorsieht, - wenigstens einem Filterelement (12, 22), das ausgestaltet ist, zu einem Abbau von Ozon zu führen, das mit dem Filterelement (12, 22) in Berührung kommt. 2. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 1, bei dem das GasFET-Gassensormodul (13) eine gassensitive Schicht mit einem Phthalocyaninmaterial aufweist. 3. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das GasFET-Gassensormodul (13) als hybrider GasFET aufgebaut ist. 4. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass das Innere des Gehäuses (11) strömungsberuhigt ist. 5. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass in das Gehäuse (11) tretendes Gas am Filterelement (22) vorbeiströmen muss. 6. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 5, derart ausgestaltet, dass das Filterelement (22) an wenigstens einem Teil der Innenwandungen des Gehäuses (11) vorgesehen ist. 7. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass in das Gehäuse (11) tretendes Gas durch das Filterelement (12) hindurchtreten muss. 8. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 7, derart ausgestaltet, dass das Filterelement (12) den Gaszutritt des Gehäuses (11) bildet. 9. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Filterelement (41) wenigstens einen porösen Sinterkörper aufweist. 10. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprü- che 7 bis 9, wobei das Filterelement (12) einen Gitteraufbau aufweist . 11. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, derart ausgestaltet, dass das Filterelement (41) in der Nähe des Gassensormoduls vorgesehen ist. 12. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, der zur Strömungsberuhigung Blendenelemente (31) vorsieht, die den Weg für eintretendes Gas in das Gehäu- seinnere verlängert. 13. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 12, bei dem das Filterelement an wenigstens einem Teil der die Blendenelemente vorgesehen ist. 14. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (12, 41) ein Metall aufweist . 15. Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filterelement ein Trägermaterial und ein Filtermaterial aufweist, wobei das Filtermaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: - Oxide der Übergangsmetalle, - Platin, - Palladium. 16. Brandmelder mit einem Gassensoraufbau (10, 20, 30, 40' gemäß einem der vorangehenden Ansprüche. |
ABBAU VON OZON
Beschreibung
Zur automatisierten Branddetektion werden Größen wie die
Lichtstreuung, Temperaturanstiege, oder in neuerer Zeit auch Gassensoren eingesetzt. Die Sensoren dienen dabei der Detek- tion brandbegleitender Gase. Um die Detektionssicherheit zu erhöhen, werden auch so genannte Mehrkriterienmelder einge- setzt, die mehrere Brandkenngrößen gleichzeitig auswerten.
Derartige Aufbauten müssen dabei so einfach und kostengünstig wie möglich sein, um bestehen zu können.
Die Gassensoren, die bei der Branddetektion eingesetzt wer- den, sind sehr sensitiv auf eine Reihe von brandbegleitenden Gasen. Dadurch erlauben sie eine möglichst frühzeitige und störungssichere Branddetektion. Mit den Gassensoren kann gegebenenfalls schon vor dem Entstehen eines echten Brandes, beispielsweise wenn ein Kabel schwelt, eine Warnung erzeugt werden und unter Umständen sogar die Brandursache und der Brandtyp klassifiziert werden.
Nachteilig an den hochsensitiven Gassensoren ist jedoch, dass sie auch auf Gase reagieren, die ihren Ursprung nicht in ei- nem Brand haben. Ein solches Gas ist Ozon (O3) . Ozon entsteht beispielsweise durch Laserdrucker und UV-haltige Lichtquellen. Eine wesentlich stärkere Ozonquelle ist jedoch eine sommerliche Schönwettersituation. Dabei wird außerhalb von Gebäuden das Ozon durch photokatalytische Prozesse generiert, während es in Innenräumen üblicherweise vollständig abgebaut ist. Wird nun in einem Raum, in dem ein Brandmelder mit einem entsprechenden Gassensor vorgesehen ist, ein Fenster geöffnet, findet ein starker Luftaustausch statt. Der Luftaustausch führt zu einem starken und schnellen Anstieg der Ozon- konzentration . Dieser Anstieg ist in der Lage, beim Gassensor ein einem Brandsignal ähnliches Signal zu erzeugen, also einen Brand vorzutäuschen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensoraufbau anzugeben, der das oben genannte Problem löst. Der Gassensoraufbau soll insbesondere unempfindlicher gegen Ozon sein .
Diese Aufgabe wird durch einen Gassensoraufbau mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Gassensoraufbau weist wenigstens ein Gassensormodul zur Detektion eines oder mehrerer Zielgase auf. Das Gassensormodul ist dabei in einem Gehäuse untergebracht, wobei das Gehäuse wenigstens einen Gaszutritt auf- weist. Der Gaszutritt erlaubt den Zutritt von Gas aus dem Außenraum in das Innere des Gehäuses, das anderweitig zweckmäßig gasdicht ist. Weiterhin weist der Gassensoraufbau wenigstens ein Filterelement auf. Das Filterelement ist ausgestaltet, einen Abbau von Ozon zu bewirken, das mit dem Filterele- ment in Berührung kommt.
Das Filterelement kann dabei als vom Gehäuse separater Körper ausgestaltet sein, beispielsweise in Form eines Metallgitters. Außerdem ist es möglich, dass das Filterelement eng mit dem Gehäuse verbunden ist, beispielsweise als eine Beschich- tung des Gehäuses.
Es ist auch möglich, dass das Gehäuse und das Filterelement ein und dasselbe sind. Mit anderen Worten erfüllt das Gehäuse gleichzeitig die Funktion des Filterelements und umgekehrt.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird vorteilhaft bewirkt, dass störendes Ozon einen Gassensor im Gassensormodul möglichst nur in geringen Mengen oder gar nicht mehr erreicht. Dadurch wird eine störende Beeinflussung des Gassensormoduls durch das Ozon von vornherein deutlich verringert oder ganz vermieden. Das ist besonders vorteilhaft, da die Wirkung von Ozon auf typische Gassensoren, beispielsweise Halbleiter- Gassensoren oder GasFETs, derart ähnlich zu anderen brandbegleitenden Gasen ist, dass eine Störungsbeseitigung durch eine geeignete Signalverarbeitung sehr schwierig erscheint. Hierbei wird ausgenutzt, dass Ozon im Gegensatz zu den meis- ten anderen brandbegleitenden Gasen sehr instabil ist und an den meisten Oberflächen sehr schnell zerfällt. Weiterhin wird genutzt, dass beim Zerfall lediglich Sauerstoff entsteht. Da Sauerstoff circa 20 % der Luft ausmacht und Ozon lediglich in Konzentrationen von höchstens wenigen 100 ppb auftritt, ist der zusätzlich entstehende Sauerstoff vollkommen unerheblich. Schließlich ist es aufgrund der geringen Menge von Ozon auch unerheblich, ob beim Zerfall von Ozon auch analoge Mengen von brandbegleitenden Gasen verbraucht werden. Diese treten nämlich in wesentlich höheren Konzentrationen von mehreren 10 ppm oder mehr auf.
Vorteilhaft ist es, wenn der Gassensoraufbau derartig ausgestaltet ist, dass das Innere des Gehäuses strömungsberuhigt ist. Das bedeutet, dass außerhalb des Gehäuses vorliegende Luftströmungen sich nicht oder nur in sehr geringfügigem Maß innerhalb des Gehäuses fortsetzen. Vielmehr herrscht innerhalb des Gehäuses praktisch stehende Luft. Diese Eigenschaft hat den Vorteil, dass das Ozon nicht durch einen etwa vorhandenen Luftstrom schnell zum Gassensormodul transportiert wer- den kann, ohne dabei vorher am Filterelement zu zerfallen.
Ein strömungsberuhigtes Gehäuse sichert also die Branddetek- tion und die Funktionalität des Filterelements.
Für den Einbau des Filterelements in das Gehäuse gibt es meh- rere Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Filterelement derartig in das Gehäuse zu integrieren, das von außen zum Gassensormodul hinzutretendes Gas grundsätzlich das Filterelement passieren muss. Mit anderen Worten muss in diesem Fall das Gas durch das Filterelement hindurch strömen. Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass der Gaszutritt des Gehäuses, das heißt die Öffnung im Gehäuse, durch das Filterelement ausgefüllt wird. Das Filterelement kann dabei beispielsweise als poröser Sinterkörper, als Metallschaum (Sintermetall) oder als Gitterstruktur ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Filterelement direkt vor das Gassensormodul platziert wird und somit nicht den Zutritt ins Gehäuse, sondern lediglich den Gaszutritt zum Gassensormodul oder den individuellen Gassensoren abschließt. Beide Möglichkeiten können kombiniert werden.
Die zweite Alternative besteht darin, das Filterelement so im Gehäuse zu platzieren, das in das Gehäuse tretendes Gas am Filterelement entlang strömen muss. Hierzu kann beispielsweise das Innere des Gehäuses des Gassensoraufbaus wenigstens teilweise mit dem Filterelement ausgekleidet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfin- düng besteht darin, die Zutrittslänge für in das Gehäuse tretendes Gas zu verlängern. Hierdurch wird erreicht, dass in das Gehäuse tretendes Gas, insbesondere Ozon, über eine weitere Strecke hinweg die Möglichkeit hat, zu zerfallen. Hierzu können beispielsweise im Bereich des Gaszutritts in das Ge- häuse Blenden vorgesehen seien, die den Gaszutrittsweg verlängern .
Das Filterelement selbst besteht vorteilhaft aus einem Metall wie Aluminium, Edelstahl, Silber oder Messing. Andere Materi- alien sind beispielsweise Oxide der Übergangsmetalle, beispielsweise Manganoxid, Eisenoxid oder Nickeloxid. Es ist auch möglich, die Oxide im Sinne eines Katalysators auf ein nicht reaktives Trägermaterial, beispielsweise ein nicht reaktives Oxid wie Aluminiumoxid aufzubringen. Ein solches nicht reaktives Trägermaterial kann auch andere Formen von Katalysatoren für den Abbau von Ozon tragen, beispielsweise Platin oder Palladium-Dispersionen. Weitere Trägermaterialien sind Galliumoxid und Polymere. Die genannten Materialien wirken vorteilhaft abbauend auf Ozon, das mit ihnen in Berührung kommt. Hierbei ist bemerkenswert, dass Ozon nicht oder nur wenig an den üblicherweise für Gehäuse von Brandmelder verwendeten stabilen Polymeren, beispielsweise Polycarbonat oder ABS - Acrylonitrile-butadiene-styrene, zerfällt. Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert darge- stellt und sich entsprechende Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen markiert. Die Figuren zeigen dabei im Einzelnen
Figur 1 einen ersten Gassensoraufbau mit gitterförmigem
Filterelement, Figur 2 einen zweiten Gassensoraufbau mit im Gehäuse vorgesehenem Filterelement,
Figur 3 einen dritten Gassensoraufbau mit Blenden zur Verlängerung des Gaszutrittsweges,
Figur 4 einen vierten Gassensoraufbau mit einem Filterele- ment im Bereich des Gassensormoduls.
Figur 1 zeigt einen ersten Gassensoraufbau 10. Dieser besteht aus einem Gassensormodul 13, das mehrere GasFETs enthält. Die GasFETs sind ausgestaltet zur Detektion einer Reihe von brandbegleitenden Gasen. Das Gassensormodul 13 ist umgeben von einem Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 weist zwei Gaszutrittsöffnungen auf. Beide Gaszutrittsöffnungen sind verschlossen mit einem engmaschigen Metallgitter 12 aus Aluminium.
Ein solcher Feldeffekttransistor-Gassensoraufbau 10 kann beispielsweise einen Brandmelder darstellen. Um brandbegleitende Gase wie beispielsweise NO2 zu detektieren, erhält der GasFET eine sensitive Schicht. Diese ist im genannten Beispiel auf NO2 sensitiv. Eine sehr gut geeignete Materialgrup- pe für die sensitive Schicht zur Detektion von NO2 sind Phthalocyanine .
Besonders vorteilhaft ist es, den GasFET als sog. suspended- Gate GasFET aufzubauen. Dabei ist ein Luftspalt zwischen der sensitiven Schicht und dem Leitkanal des FET vorgesehen. Dieser kann Hybrid aufgebaut sein (HSGFET) . Dabei wird der Aufbau mit der sensitiven Schicht separat vom restlichen FET gefertigt und beide Teile nachträglich zusammengefügt. Auch ei- ne Fertigung in einem Stück ist denkbar. Ggfs. kann die sensitive Schicht auch ohne Luftspalt auf den Leitkanal aufgesetzt werden, um den Aufbau des GasFET zu vereinfachen.
Die Metallgitter 12 sorgen zum einen für eine Unterbrechung von außen vorhandenen Luftströmungen. Zum anderen erlauben sie aber den Gaszutritt von außen in das Gehäuse 11. Dabei wird aber durch die Engmaschigkeit des Metallgitters 12 bewirkt, dass in der Außenluft vorhandenes Ozon weitgehend ab- gebaut wird.
Der zweite Gassensoraufbau 20 gemäß Figur 2 ist ähnlich aufgebaut wie der erste Gassensoraufbau 10. Im Unterschied zum ersten Gassensoraufbau 10 sind jedoch hier die Gaszutritts- Öffnungen 21 nicht mit einem Metallgitter 12 versehen. Stattdessen sind ein Teil der Innenwände des Gehäuses 11 mit einer ozonspaltenden Beschichtung 22 beschichtet. Hierbei ist als ozonspaltende Beschichtung Nickeloxid vorgesehen.
Der dritte Gassensoraufbau 30 gemäß Figur 3 ist weitgehend dem zweiten Gassensoraufbau 20 gemäß Figur 2 ähnlich. Im dritten Gassensoraufbau 30 sind jedoch zusätzliche Blenden 31 vorgesehen, die so im Bereich der Gaszutrittsöffnungen 21 eingebaut sind, dass der Gaszutrittsweg von außerhalb des Ge- häuses 11 nach innerhalb des Gehäuses 11 deutlich verlängert wird. So muss von außen zutretendes Gas einen sich schlängelnden Weg zurücklegen, um ins Innere des Gehäuses 11 und in den Bereich des Gassensormoduls 13 zu gelangen. Eventuell vorhandenes Ozon hat dabei ausreichend Zeit, an den Blenden oder an der ozonspaltenden Beschichtung 22 zu zerfallen.
Eine weitere Möglichkeit für den Aufbau besteht darin, auch die Blenden 31 mit der ozonspaltenden Beschichtung 22 zu belegen. Hierdurch wird die Effizienz des Ozonabbaus gestei- gert.
Figur 4 zeigt eine weitere Variante, einen vierten Gassensoraufbau 40. Im vierten Gassensoraufbau 40 befindet sich ein poröses Sinterelement 41 über den Gaszutrittsöffnungen des Gassensormoduls 13. Es wird in diesem Fall also nicht wie beim ersten bis dritten Gassensoraufbau 10, 20, 30 der Gaszutritt in das Gehäuse 11 modifiziert, sondern der Gaszutritt zum eigentlichen Gassensor im Gassensormodul 13.