JP2007249285A - 火災警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】火災警報用の感熱素子の経年劣化等を確実に検知する。
【解決手段】火災警報器１０の筐体１２内に、一対の感熱素子２２ａ、２２ｂが近接して配置される。これらの感熱素子で同じ周囲温度が検知される。一対の感熱素子の検知温度と、検知温度差が検知され、検知温度差が所定の閾値（判定閾値Ｔth）以上開いたときは、何れかの感熱素子が異常状態となったと判断して、警報手段を駆動する。このときの警報手段の警報は、火災警報の警報とは異なる。これで、火災警報であるのか、感熱素子の異常であるかを区別できる。感熱素子が断線したり、あるいはショートした場合でも、その検知温度が断熱温度の範囲内であるときは、断線と判断し、ショート温度Ｔｓの範囲内であるときはショートと判断し故障報知を行う。これによって速やかに感熱素子の交換等の保守を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は火災警報器に関する。詳しくは、火災警報器本体に一対の感熱素子を近接配置することで、火災検知用の感熱素子が断線し、あるいはショート（短絡）したような異常状態のときはもちろんのこと、感熱素子の経年劣化などの異常状態が発生した場合でも、迅速かつ確実にその異常状態を検知して報知できるようにしたものである。

住宅等の建物の火災を検知し、速やかに関係機関などに通報できる火災警報システムにおいては、住宅等の室内などに火災警報器（火災報知器）が設置される。火災警報器には、その筐体の一部に室内の温度を検知するための感熱素子が取り付けられている。感熱素子としては一般的には、周囲温度によってその抵抗値が変化するサーミスタなどの半導体素子が使用される。

火災警報器は、感熱素子（感温素子）によって火災警報器の周囲温度を検知し、周囲温度が所定温度以上（例えば、５０〜６０℃以上）となったときには、速やかに火災警報を発すると共に、関係機関などに通報する機能を有する。

火災警報器は、一旦設置すると１０年程度の期間に亘って使用されるものであるから、使用環境下、例えば高温多湿の地域で使用されているような場合には、感熱素子の内部に水分が入り込んだりすることで、感熱素子の抵抗値が不安定になる経年劣化や、あるいは断線あるいはショートなどの故障が発生する場合がある。

感熱素子が断線したり、ショートしたりすると、周囲温度を正確に検知できなくなる。感熱素子が経年劣化を起こしている場合でも周囲温度を正確に検知できない。感熱素子のこのような異常状態のうち、特に感熱素子の経年劣化による故障を検知する手段は既に開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第３２３１８８７号公報

ところで、特許文献１では、火災警報器の内部温度と外部温度（周囲温度）を検知するため、火災警報器の内部と外部にそれぞれ温度検出センサを取り付け、これら温度検出センサの検出出力差（つまり温度差）が所定の閾値を、所定時間超えた場合には、劣化による故障と判断している。

しかしこの構成では、周囲温度の温度変化に対して筐体内部の温度変化の追従が遅いために、温度の変化を素早く検知できない。そのため、温度変化を判定するための時間的な遅れが発生する。キッチンなどの天井に火災警報器自体が設置されているときには、室内でガスや電気が使用される機会が多いために、火災時には外気温度（周囲温度）が急激に変動することになるが、このような場合にも同様なことが言える。

また、所定の閾値を所定時間超えたとき、外部の温度検出センサの劣化による故障と判定しているが、内部の温度検出センサが劣化した場合でも所定の閾値が所定時間に亘って超えるので、この場合には内部の温度検出センサが故障した場合でも外部の温度検出センサが故障したものと判定されてしまう。

そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、特に周囲温度を検知する感熱素子の異常状態を確実に検知できるようにした火災警報器を提案するものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係る火災警報器では、警報器本体の一部に、近接配置された一対の火災検知用感熱素子と、
これら感熱素子の出力に基づいてこれら感熱素子の異常状態を検知する異常検知手段と、
上記異常状態検知手段の出力に基づいて制御される警報手段とを有し、
上記一対の感熱素子の何れかが異常になったときは、上記警報手段が駆動されることを特徴とする。

この発明では、警報器本体の一部、つまりその筐体の一部に、一対の感熱素子が近接して配置される。これら一対の感熱素子によって周囲温度（同じ周囲温度）が検知される。一対の感熱素子は、異常検知手段に接続される。異常検知手段はＣＰＵなどの制御手段で構成され、異常検知手段には警報手段が接続される。

一対の感熱素子の何れかが、周囲温度の異常上昇を検知したときは、異常検知手段によって警報手段が作動して火災警報が発せられる。同時に、関係機関に対して火災警報情報が生成されて出力される。

一対の感熱素子の温度差（若しくは温度差の変化状態）が常時検知され、所定の閾値（判定閾値Ｔth）以上開いたときは、何れかの感熱素子が経年劣化を起こしているものと判断できるから、この場合でも異常状態と判断して、警報手段を駆動する。このときの警報手段の警報は、火災警報の警報とは異なる。これで、火災警報であるのか、感熱素子の異常であるかを区別できる。

感熱素子の異常状態としては、感熱素子の経年変化による劣化の他に、感熱素子の断線かショートが考えられる。感熱素子が断線したり、ショートすると、両者の検知温度は判定閾値Ｔthから、かけ離れた温度となるので、この場合においても感熱素子の何れかが異常状態となっていることをユーザに報知できる。これによって速やかに感熱素子の交換等の保守や、火災警報そのものの交換を促すことができる。

一対の感熱素子は、何れも筐体の外部に設置されるものであるから、周囲温度の変化に対する追従性がよく、異常検知手段での判定処理を迅速に行える。周囲温度の急激な変動にも速やかに追従できる。感熱素子が経年劣化を起こし、検知感度が低下すれば、一対の感熱素子の検知温度差が判定閾値Ｔthを超えるので異常を報知できる。

この発明では、周囲温度を検知するための感熱素子を一対使用すると共に、これらを火災警報器本体に近接配置し、それらから得られる温度を検知するようにしたものである。

これによれば、一対の感熱素子は同じ周囲温度を検知するため検知温度差が検知閾値を超えたときは、一対の感熱素子の何れかが異常状態とであると判定でき、感熱素子の異常状態を確実に検知できる。感熱素子が断線したり、ショートした場合でもその異常状態を検知できる。

もちろん、感熱素子の何れかの検知温度が設定された火災温度Ｔｆの範囲内にあるときは、火災が発生したと判断して通常の警報処理が行われることは言うまでもない。

続いて、この発明に係る火災警報器の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１はこの発明に係る火災警報器１０の一例を示す一部を断面した側面図である。火災警報器１０を構成する本体は扁平をなす円形若しくは矩形状の筐体１２を有し、その中央が膨出部１２ａとなされ、膨出部１２ａの頂面には所定の空孔１８が形成される。

この空孔１８を臨むように、外気と連通した筐体内部に感熱素子２２が配置される。感熱素子２２は、この感熱素子２２が設置された場所の周囲温度（外部温度）を検知する。

図１の例では、内部基板１４に台座１９が取り付け固定され、この台座１９の上に空孔１８が臨むように、一対の感熱素子２２（２２ａ、２２ｂ）が近接配置される。近接配置とは、１ｍｍから３ｃｍ程度の離隔距離であって、この例では１ｃｍ離して台座１９上に固定されている。

感熱素子２２としては、周囲の温度によってその抵抗値が変化する半導体素子が使用されるもので、この例ではサーミスタが使用されている。サーミスタは、周知のように温度上昇に伴ってその抵抗値が減少するか、増加するような、温度・抵抗値特性を有する半導体素子である。

筐体１２の内部には図示はしないが、ＣＰＵなどからなる制御部を有する。この制御部は、後述するように感熱素子の異常状態を検知する異常検知手段として機能する他、火災警報器本来の機能である火災報知機能を有する。

図２は、この筐体１２内に設けられた火災警報部２０の一例を示す構成図である。一対の感熱素子２２（２２ａ、２２ｂ）は制御部２４に接続され、感熱素子２２ａ、２２ｂが置かれた周囲温度が同時に検知される。つまり、周囲温度に対応したそれぞれの抵抗値がこの制御部２４によって計測される。抵抗値は電圧又は電流に変換される。

そのため、制御部２４には火災警報に必要な処理プログラムなどが内蔵されたメモリ手段、この例ではＲＯＭ２６を始めとして、作業エリアとして機能するメモリ手段としてのこの例ではＲＡＭ２８が接続される。その他に、火災警報を視聴覚的にユーザに告知するための警報手段が設けられている。この例では、火災警報用のブザー３０と表示灯３２とが設けられる。表示灯３２としては、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）などが使用される。これら制御部２４に関連した部品が筐体１２内に内蔵される。

制御部２４では、上述したように周囲温度が火災報知に必要な温度まで上昇したときの値が、検知用閾値（抵抗値または、その抵抗値に関連した電圧値又は電流値）としてメモリ手段２８にメモリされる。火災報知すべき下限の検知温度は、例えば５０℃〜８０℃の範囲のうち任意の温度（例えば、５０℃）に設定される。

感熱素子２２ａ又は２２ｂの何れかが、この検知用閾値を超えたとき火災警報が作動する。感熱素子２２ａと２２ｂの温度・抵抗値特性には多少のばらつきが見られるので、実際には同じ周囲温度であったとしても、何れか一方の感熱素子２２ａ又は２２ｂの出力に基づいて火災警報が作動することになる。

また、この例では火災警報が作動したとき、外部の関係機関に通報するための送信部３４が設けられ、火災警報システムのコントロールセンターや管轄消防署に、自動的に火災報知できるように構成される。

さて、この発明では上述したように一対の感熱素子２２ａ、２２ｂが近接配置されているので、一対の感熱素子２２ａと２２ｂの双方が同時に、火災警報器１０が設置された場所の周囲温度を検知している。何れかの感熱素子２２ａ又は２２ｂが経年変化や、断線あるいはショートのような故障ではない限り、ほぼ同時に変動する。

ここで、この例では２つの感熱素子２２ａ、２２ｂの検知温度Ｔａ、Ｔｂを設定する。図３の例では、検知温度ＴａまたはＴｂが火災検知温度以上になったときには火災の警報を行う。検知温度ＴａまたはＴｂが断線温度Ｔｂの範囲内にあるときまたは、ショート温度Ｔｓの範囲内にあるときは、感熱素子２２ａまたは２２ｂが断線していると判断しているか、ショートしていると判断する。

ここに、火災検知温度とは、予め設定された火災温度Ｔｆの下限値を指す。例えば、室内の温度が５０〜６０℃程度まで上昇したときは、通常の室温を遙かに超えた室温となるため、この場合には火災が発生しているものと判断する。

また、感熱素子２２ａ，２２ｂが断線したときは、検知回路の構成によっては感熱素子２２ａ，２２ｂが接続されている電源電圧まで検知電圧が上昇することになるので、この場合には感熱素子２２ａ，２２ｂが最も高温を検知した状態と同じになる。したがって、断線を検知するときの温度（断線温度Ｔｂ）は火災温度Ｔｆ範囲の上限値よりも高く設定されている。

同じく、感熱素子２２ａ，２２ｂがショートしたときは検知電圧は、接地電位近くになるので、ショート温度Ｔｓは火災温度Ｔｆ範囲の下限値よりもさらに低い温度となる。そのため、ショート温度Ｔｓは最も低い検知温度に設定されている。

そして、検知温度の温度差が劣化温度の範囲内にあるときは、感熱素子２２ａまたは２２ｂが経年劣化を起こしていると判断する。そのため検知温度の温度差ΔＴ（＝｜Ｔａ−Ｔｂ｜）が所定の閾値温度（判定閾値温度Ｔth）を超えた場合には、感熱素子２２ａまたは２２ｂが劣化していると判断する。図３の例ではショート温度Ｔｓの上限値よりも高く、火災温度Ｔｆの下限値よりも低い温度範囲が劣化温度に設定されている。

詳しく説明すると、判定閾値温度Ｔthは、少なくとも感熱素子２２ａ、２２ｂの測定精度以上とする。例えば、測定精度（交差）が±１℃、つまり２℃であるときは、判定閾値温度Ｔthとしては２℃（理論値）に設定すればよい。

この温度測定精度から求められる温度差を判定閾値温度Ｔthに設定したときには、感熱素子の保証精度以外の感熱素子が使用されたようなとき、感熱素子が異常状態でないにも拘わらず、異常状態と判定してしまうことが起こり得る。したがって、判定閾値温度Ｔthとしては、多少の余裕を見込んだ方が好ましい。さらに、実際には使用中のノイズなどの影響を考慮すると、この温度測定精度にマージンを加えた温度差を判定閾値温度Ｔthとして設定することが好ましい。

このようなマージンを考慮した温度差を判定閾値温度Ｔthとして設定する場合の目安としては、そのマージンとして４℃以下であるのが好ましい。マージンを４℃以上に設定すると、実際に異常状態が起きているときでも、異常状態であることを検知できなくなるおそれがあるからである。

そのため、実際にセットされる判定閾値温度Ｔthとしては、このマージン分（４℃）を考慮した値、つまり６℃となる。検知温度差が６℃を超えたとき、判定閾値温度Ｔthを超えたものと判断する。

そのため、制御部２４では、本来の火災警報処理の他に、この感熱素子２２に対する異常状態の検知処理が同時に行われる。一対の感熱素子２２ａ、２２ｂの検知温度の温度差ΔＴ（絶対値）が、この判定閾値温度Ｔthを超えたとき、一対の感熱素子２２ａ、２２ｂの何れか一方が異常状態であると判定して、異常報知を行う。そのための検知処理について火災警報処理と共に図４以下を参照して説明する。

この異常検知処理は、火災警報処理と共に割り込み処理であって、この例では所定サイクルごとに割り込みが行われる。所定サイクルとしては、この例では制御部２４の動作周波数との関係から、３２．４秒に設定されているが、この値はあくまで一例に過ぎない。

そのため、図４に示すようにこの割り込み処理がコールされると（ステップ４１）、まずこの例では一方の感熱素子（第１の感熱素子）２２ａが断線か、ショートしているかが判定される（ステップ４２）。図３に示すように断線の場合には火災温度Ｔｆよりも高くなり、ショートの場合には火災温度Ｔｆよりもかなり低い温度（ショート温度Ｔｓ）となるから、検知温度が予め設定された断線温度Ｔｂか、ショート温度Ｔｓかが判定される。

検知温度が断線温度Ｔｂでも、ショート温度Ｔｓでもないときは、次のステップ４３において他方の感熱素子（第２の感熱素子）２２ｂに対する同様な判定処理が行われる。つまり、第２の感熱素子２２ｂにおける検知温度が予め設定された断線温度Ｔｂか、ショート温度Ｔｓかが判定される。

第２の感熱素子２２ｂにおける検知温度が断線温度Ｔｂでも、ショート温度Ｔｓでもないときは、検知温度が火災温度Ｔｆの下限検知温度以上であるか否かが第１の感熱素子２２ａ、第２の感熱素子２２ｂの順で判定される（ステップ４４，４５）。

第１の感熱素子２２ａにおける検知温度が断線温度Ｔｂ以下であって、火災温度Ｔｆの下限検知温度以上であるときは、火災が発生しているものと判断して火災警報処理が行われる（ステップ４４，４６）。火災警報処理は、ブザーによる火災報知であり、また場合によっては関係機関への通報処理である。火災警報器１０は、寝室、子供部屋、階段、キッチンなどの天井などに取り付けられているので、それぞれの室温が個別に検知される。

第１の感熱素子２２ａではなく第２の感熱素子２２ｂにおける検知温度が断線温度Ｔｂ以下であって、第２の感熱素子２２ｂにおける下限検知温度以上であるときには、火災が発生しているものと判断して上述したと同様な火災警報処理が行われる（ステップ４５，４６）。

第１および第２の感熱素子２２ａ、２２ｂの検知温度が、これらの温度範囲外であるときには、次のステップ４７において、第１および第２の感熱素子２２ａ、２２ｂの検知温度差ΔＴ＝｜Ｔａ−Ｔｂ｜が検知される。この検知温度差ΔＴが判定閾値温度Ｔth以下であるときは、一対の感熱素子２２ａ、２２ｂとも正常であると判断して、メインルーチンにリターンする。

しかし、検知温度差ΔＴが判定閾値温度Ｔth以上であるときは、一対の感熱素子２２ａ、２２ｂの何れかが劣化しているものと判断し、故障状態処理ルーチン５０に遷移する（図５参照）。

判定処理ステップ４２あるいは４３において、第１または第２の感熱素子２２ａ，２２ｂの何れかが断線していたり、ショートしていると判断されたときも、同じく故障状態処理ルーチン５０に遷移する。

この故障状態処理ルーチン５０においても、ステップ５１および５２で第１および第２の感熱素子２２ａ、２２ｂの検知温度が火災温度Ｔｆ検知範囲内にあるかどうかが検知される。そして、検知温度が断熱温度以下であって火災温度Ｔｆの下限検知温度以上であるときは火災が発生しているものと判断して火災報知を行う（ステップ５４）。

検知温度が断熱温度の範囲内でも、火災温度Ｔｆ範囲でも、そしてショート温度Ｔｓ範囲内でもないときには、上述したように検知温度差ΔＴが判定閾値温度Ｔth以上になっているときであるから、この場合には何れかの感熱素子２２ａまたは２２ｂが劣化しているものと判断して故障報知を行う（ステップ５３）。

このように故障状態処理ルーチン５０においても故障報知処理の他に、火災検知処理も行っているのは、故障報知の段階で火災が発生したときでも、火災検知を確実に行えるようにするためである。

一対の感熱素子２２ａ，２２ｂに対する検知温度が火災温度Ｔｆであるときは、検知している室内に火災が発生していると判断されるので、警報手段が直ちに作動するが、この火災警報は警報用のブザー３０の起動である。一方、感熱素子２２ａ、２２ｂの経年劣化による報知処理は異常表示灯３２の点滅制御である。

図６は火災警報時におけるブザー３０の起動例と表示例を示す。この例では、図６Ａのように、０．５秒間隔で、０．５秒の間だけ、３回ブザー３０が起動されて警報が発せられる。その後１．５秒の間隔を開けて再び０．５秒間隔で、０．５秒の間だけ、３回ブザー３０が起動される。

このような警報サイクルが繰り返されることで、初期消火活動を促したり、避難を促す。同時に、近隣に対する報知も兼ねる。火災警報器１０に備えられた表示灯３２も同じ周期で点滅が繰り返される（図６Ｂ参照）。

経年劣化による報知の場合は、上述したブザー３０と表示灯３２を使用して故障処理を報知する。火災時の警報と間違われないようにするため、この例では図７Ａ，Ｂに示すようにブザー音は割り込みタイミングごとに、一定期間だけ鳴らす。例えば上述した例よりも極端に短く、例えば８ミリ秒程度だけ鳴らす。またこのブザー音に同期して表示灯３２が同じ時間だけ点滅表示される。これで、感熱素子２２ａまたは２２ｂの異常状態をユーザに知らせることができる。

このように感熱素子２２ａ、２２ｂの経年劣化、断線あるいはショートなどの異常状態を確実に検知できると共に、この異常状態を速やかにユーザに報知できる。これによって感熱素子の交換等の保守作業や、火災報知器１０の取り替え作業などをタイミングよくユーザに促すことができる。

一対の感熱素子２２ａ、２２ｂは近接配置された状態で周囲温度を検知するものであるから、判定時間がかかったりすることがない。感熱素子２２ａ、２２ｂの異常状態検知は、筐体１２の内部空間（外気とは断絶された空間）に別の感熱素子を設置する必要もないので、判定処理の追従性が迅速化する。

なお、一対の感熱素子２２ａと２２ｂの双方が同時に断線したり、ショートすることも考えられるが、全く同時に起こる確率は極めて低いし、またそのような場合でも判定の割り込みタイミングを短くすることで、異常状態を確実に検知できる。判定の割り込みタイミング間隔は、実施例よりも長く、実際には１０分程度まで延ばすことも可能である。また、図２の制御部２４での設定によっては、図３とは逆の温度設定となる場合がある。

上述した実施例では、一対の感熱素子２２ａと２２ｂの検知温度と、その温度差によって感熱素子の異常状態を検知するようにしたが、例えば経年劣化を検知する場合には、検知温度差の変化を検知してもよければ、第１の感熱素子２２ａの温度変化率と、第２の感熱素子２２ｂの温度変化率との差分を検知することでもよい。温度変化率の差分が大きくなることは、何れかの感熱素子が劣化（経年変化による劣化）していると判断できるからである。

この発明では、各種建物内に設置される火災警報器に適用できる。

この発明に係る火災警報器の一例を示す要部断面図である。 この発明に係る火災警報器の一例を示す火災警報部のブロック図である。 検知温度と火災温度Ｔｆ、断熱温度、ショート温度Ｔｓの関係を示す図である。 火災警報処理例と、異常状態検知例を示すフローチャートである。 異常状態検知例の具体例を示すフローチャートである。 火災警報時のブザー音と点滅表示例を示すタイミングチャートである。 故障状態でのブザー音と点滅表示例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０・・・火災警報器
１２・・・筐体
２４・・・制御部
２２（２２ａ、２２ｂ）・・・感熱素子
３０・・・ブザー
３２・・・表示灯

Claims (5)

1. 警報器本体の一部に、近接配置された一対の火災検知用感熱素子と、
   これら感熱素子の出力に基づいてこれら感熱素子の異常状態を検知する異常検知手段と、
   上記異常状態検知手段の出力に基づいて制御される警報手段とを有し、
   上記一対の感熱素子の何れかが異常になったときは、上記警報手段が駆動される
   ことを特徴とする火災警報器。
2. 上記感熱素子は、外気温によって抵抗値が変化する半導体素子である
   ことを特徴とする請求項１記載の火災警報器。
3. 上記感熱素子の異常状態の検知は、上記感熱素子の経年劣化、断線またはショートである
   ことを特徴とする請求項１記載の火災警報器。
4. 上記感熱素子の異常状態が検知されたときの警報は、火災警報とは異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の火災警報器。
5. 上記異常検知手段では、上記感熱素子が断線し、またはショートしたときも、火災の検知処理が行われる
   ことを特徴とする請求項１記載の火災警報器。
   

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