JP2007310795A - 火災警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源からの電力の供給に依らず、信頼性の高い火災警報器を提供する。
【解決手段】ペルチェ素子４と、そのペルチェ素子４の表面および裏面から接続される警報出力手段８とを備える火災警報器１とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、火災警報器に関する。

近年、核家族化および少子化が進むに伴い、高齢者の世帯が都市近郊を中心に増加しており、高齢者の就寝中に火災が発生したときに、高齢者が逃げ遅れて焼死するという痛ましい事例があとを絶たない。このような状況に対応して、各地方自治体は、条例を制定し、一般家庭への火災警報器の取り付けを義務化するようになってきている。一例をあげると、東京都は、２００４年１０月１日から施行されている火災予防条例により、新築住宅に対し、各部屋への火災警報器の設置を義務づけている。

現在市販されている一般的な火災警報器は、１００Ｖの商用電源に接続されるもの、若しくは乾電池で駆動するもののいずれかである（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００６−０５９２７８号公報（請求項７など）

しかし、１００Ｖの商用電源に接続されるタイプの火災警報器の場合には、停電時には機能しなくなる。一方、乾電池により駆動するタイプの火災警報器の場合には、乾電池が消耗してしまった時には機能しなくなる。このため、停電時若しくは乾電池が消耗した時に偶然、火災が起きると、火災警報器は駆動しないという危険性がある。

本発明は、上記問題を解決すること、すなわち、外部電源からの電力の供給に依らず、信頼性の高い火災警報器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子から電力供給される警報出力手段とを備える火災警報器としている。

ペルチェ素子は、素子に電圧を印加するとその表裏に温度差を生じる素子であり、電圧の調整によって温度制御を行うのに多用されている。例えば、電子回路基板の高密度化に伴い、電子回路基板を搭載する各種電子制御ボックス内の温度は、電子部品の動作に伴う発熱でかなり高い温度にまで上昇する。これを放置すると、電子部品の故障につながるため、冷却用に上記ペルチェ素子が用いられている。ペルチェ素子とは逆の作用、すなわち、温度差を付与することで起電力を生じる作用は、ゼーベック効果として知られている。ペルチェ素子の表面と裏面に温度差を付与すると、ペルチェ素子は、その本来の作用とは逆の作用で起電力を生じる。この原理を利用し、ペルチェ素子を備えた火災警報器を構築すると、火災で発生した熱にさらされる面と、その熱の輻射を避ける他面との温度差によって起電力が生じ、その起電力で駆動される警報出力手段から、警報を出力することができる。警報は、音、光、あるいはそれら両方のいずれでも良い。

また、他の発明は、先の発明において、ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面より広面積の金属基板を接触させた火災警報器としている。このため、火災によって冷却面側に熱が伝わった場合でも、速やかに放熱できる。この結果、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。

また、他の発明は、先の発明において、ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面の面積以下の接触面積を有し、かつその冷却面と同じ面積の正方形から構成される立方体の体積の７０％以上１５０％以下の体積を有する金属基板を接触させた火災警報器としている。この結果、ペルチェ素子の冷却面以下の接触面積を有する金属基板であっても、熱容量を大きくすることができる。したがって、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。

また、他の発明は、先の発明において、金属基板を、アルミニウム、銅またはそのいずれかを主に含む合金からなる基板とする火災警報器としている。このため、火災によって冷却面側に熱が伝わった場合でも、より速やかに放熱できる。この結果、冷却面と加熱面との間の温度差をより大きく、かつより長時間、保持できる。

また、他の発明は、先の各発明において、ペルチェ素子の周囲に露出する金属基板を、金属基板の熱伝導率より低い熱伝導率を有する材料からなる熱遮蔽部材にて覆う火災警報器としている。このため、火災による熱から冷却面を効果的に断熱することができる。この結果、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。

また、他の発明は、先の各発明において、ペルチェ素子の加熱面に黒色の塗装を施した火災警報器としている。このため、火災によって加熱面が加熱される過程にて、加熱面の吸熱効果を高めることができ、もって、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。

本発明によれば、外部電源からの電力の供給に依らず、信頼性の高い火災警報器を提供することができる。

以下、本発明に係る火災警報器の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以後の説明では、各図面の上方向および下方向は、それぞれ「上」および「下」と称する。なお、本発明は、以下に説明する好適な実施の形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る火災警報器１の斜視図である。図２は、図１に示す火災警報器１のＡ−Ａ線断面図およびその一部（Ｘ）を拡大する図である。

火災警報器１は、底面の各辺に比して厚さの小さい正四角柱の形態を有している。火災警報器１の図１に示す上面における略中央には、正方形の凹部２が設けられている。火災警報器１の下方には、凹部２より大きな正方形の金属基板３が備えられている。金属基板３は、アルミニウム製の板である。金属基板３の上方には、凹部２の位置にペルチェ素子４が、そのペルチェ素子４の周囲に熱遮蔽部材５が、それぞれ備えられている。ペルチェ素子４の図２に示す上面には、黒色塗装が施されている。また、熱遮蔽部材５は、ステンレス製の板材で構成されている。

ペルチェ素子４は、図２に示すその下面を金属基板３の上面に接触するように、金属基板３に固定されている。熱遮蔽部材５は、金属基板３の側に開口しており、その開口端を金属基板３と接触するように金属基板３上に固定されている。熱遮蔽部材５と金属基板３との間に形成される空間６内には、ペルチェ素子４から引き出されるリード線７と、そのリード線７に電気的に接続される警報出力手段の一例であるブザー８が配置されている。リード線７は、高温になっても電気抵抗が上昇しにくい材料からなる導線である。熱遮蔽部材５の外側面には、穴９が形成されている。穴９を熱遮蔽部材５の外側面に形成すると、その穴９から内部の空間６に熱が伝わりにくく、リード線７およびブザー８を熱から保護することができる。

ペルチェ素子４の一部（Ｘ）の拡大図に示すように、ペルチェ素子４は、２枚の基板（加熱面）１０および基板（冷却面）１１のそれぞれの内側に、複数の電極１２および複数の電極１３を備えている。複数の電極１２は、所定の間隔をあけて、基板１０の内側の面に固定されている。複数の電極１３も、また、所定の間隔をあけて、基板１１の内側の面に固定されている。電極１２同士の間隔と、電極１３同士の間隔は、互いに他方と鉛直方向に並ばないように、設けられている。電極１２と電極１３とは、Ｐ型半導体１４およびＮ型半導体１５を交互に挟んでいる。

基板１０側に熱が加わることによって、基板１０と基板１１との間に温度勾配が生じると、電極１２からＰ型半導体１４に電子が流れ、Ｐ型半導体１４から電極１３に電子が流れる。また、電極１３からＮ型半導体１５、Ｎ型半導体１５から電極１２に電子が流れる。このように、電極１２、Ｐ型半導体１４、電極１３、Ｎ型半導体１５の順番に電子が流れていくと、ペルチェ素子４に電気的に接続されるブザー８に電圧を印加することができる。ペルチェ素子４が発電する効率は、当該素子４を通過する熱流速が多いほど大きい。ペルチェ素子４の電力は、加熱面と冷却面の温度差の二乗に比例する。このため、加熱面と冷却面の温度勾配をできるだけ大きくする工夫をすることが重要になる。

金属基板３は、金属の中でも熱伝導率の比較的高いアルミニウムで形成されているため、図２の上方からペルチェ素子４に熱が与えられても放熱しやすく、もってペルチェ素子４の基板１１は低温を保持しやすい。また、熱遮蔽部材５は、金属基板３に比べて熱伝導率の低いステンレス製の金属で形成されている。このため、金属基板３への熱伝達を効果的に防止することができる。さらに、ペルチェ素子４の上面側の基板１０には黒色の塗装が施されているので、ペルチェ素子４の基板１０側で火災が起きると、ペルチェ素子４の基板１０側の吸熱性が高まり、基板１０と基板１１との温度勾配を大きくすることができる。

図３は、図１に示す火災警報器１の変形例１を、図１に示すＡ−Ａ線と同様の線で切断したときの断面図である。

図３に示すように、火災警報器１の下方に金属基板３を備え、その金属基板３の下方に多数の凹凸２０を形成するようにしても良い。金属基板３の下方に凹凸２０を形成すると、金属基板３の表面積を大きくすることができ、放熱性をより高めることができる。また、熱遮蔽部材５の上面に、ブザー８の音を外部に出力するための穴２１が備えられている。ただし、穴２１は、外部の熱を空間６に伝わりにくくするため、小さくするのが好ましい。

図４は、図１に示す火災警報器１の変形例２を示す斜視図である。

図４に示すように、リード線７を火災警報器１の本体から外部に引き出して、ブザー８を本体とは別体としても良い。これにより、熱を検知する場所と警報を出力する場所に、本体とブザー８とを分けて設置することができる。これにより、ブザー８が熱破損する危険性を低減でき、かつ就寝中の居住者に対して、即座に火災を警報することができる。

図５は、図１に示す火災警報器１の変形例３を示す斜視図である。図６は、図５に示す火災警報器１のＡ−Ａ線断面図である。

図５および図６に示すように、熱遮蔽部材５の上面を、ペルチェ素子４の上面より下方にして、ペルチェ素子４が突出する凸部３０を有する火災警報器１としても良い。また、変形例３のように、ブザー８の音を外部に出力するための穴を設けない火災警報器１を採用しても良い。

上述の実施の形態において、ペルチェ素子４は、火災発生時に、火炎の熱により発電し、ブザー８を鳴らすのに十分な電力供給手段となる。このため、火災警報器１は、火災の検知と警報とを行うことができる。火災警報器１のかかる機能は、商用電源、乾電池等の外部電源なしに発現される。ペルチェ素子４の構成材料は、化学的に極めて安定的な化合物若しくは合金であるため、火災警報器１の機能の経時劣化はほとんどない。

ペルチェ素子４は、ブザー８を鳴らすのに十分な電力を１００℃以下の温度環境下で発電できると共に、２００℃を超える温度においても発電を持続することができるため、火災警報器１の電源として適している。火災警報器１の設置場所が、火災の主な原因となるストーブに近い位置であればあるほど、火災警報器１は、迅速に異常な熱を検知して警報を出力することができる。

図７は、図１に示す火災警報器１の変形例４を示す正面図である。図８は、図７に示す火災警報器１のペルチェ素子４と金属基板３のみを取り出して、金属基板３の底面側から見た図である。

図７および図８に示す火災警報器１は、その内部にブザー８を備え、ペルチェ素子４の冷却面に、その面積よりも小さい金属基板３を固定した構成を有している。金属基板３、リード線７およびブザー８は、熱遮蔽部材５にて囲われている。熱遮蔽部材５の側面には、ブザー８の音を出力するための穴９が設けられている。また、ペルチェ素子４は、加熱面側が熱遮蔽部材５で囲われずに、火災警報器１の表面に露出している。

ペルチェ素子４の冷却面の面積は、Ａ×Ｂである。金属基板３におけるペルチェ素子４との接触面の面積は、Ｘ×Ｙであり、上記Ａ×Ｂよりも小さい。さらに、金属基板３の体積は、Ｘ×Ｙ×Ｚである。当該体積は、ペルチェ素子４の冷却面の面積Ａ×Ｂと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積（Ａ×Ｂ）^３／２の７０％以上１５０％以下の範囲内にある。このような範囲の体積を有する金属基板３を採用すると、ペルチェ素子４の冷却面の面積以下の接触面積の金属基板３を採用しても、その熱容量を大きくすることができる。この結果、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。

金属基板３の体積をペルチェ素子４の冷却面の面積Ａ×Ｂと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積（Ａ×Ｂ）^３／２の７０％以上とすると、金属基板３の熱容量が所望の値より大きくなる。一方、金属基板３の体積をペルチェ素子４の冷却面の面積Ａ×Ｂと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積（Ａ×Ｂ）^３／２の１５０％以下とすると、火災警報器１の大きさを小型化できる。金属基板３の熱容量増大と火災警報器１の小型化との両立を図るには、上記７０％以上１５０％以下の範囲が好ましい。より好ましくは、８０％以上１３０％以下、さらには９０％以上１１０％以下が好ましい。なお、金属基板３におけるペルチェ素子４との接触面積を、当該冷却面と同じ面積としても良い。

以上、本発明に係る火災警報器の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明に係る火災警報器は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形を施した形態にて実施可能である。

例えば、火災警報器１の形態は、正四角柱ではなく、円柱、三角柱、直方体、五角以上の多角柱であっても良い。また、ペルチェ素子４を、火災警報器１の形態と異なる形態としても良い。熱遮蔽部材５は、金属基板３の側面をも覆う形態であっても良い。金属基板３への熱輻射をより効果的に防止するために、空間６の中に断熱材を入れても良い。また、熱遮蔽部材５を備えず、金属基板３におけるペルチェ素子４側の面が露出した火災警報器を採用することもできる。その場合には、金属基板の放熱性を高めるべく、その厚さを上述の火災警報器１の金属基板３よりも厚くするのが好ましい。金属基板は、アルミニウム以外の材料であって、熱伝導率がアルミニウムと同等あるいはそれ以上である材料で構成されていても良い。例えば、金属基板を、銅、アルミニウム合金または銅合金から成る基板とすると良い。熱遮蔽部材５は、金属基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であれば、上述のステンレス以外の材料であって、熱伝導率がステンレスと同等あるいはそれ以下である材料で構成されていても良い。

また、上述の実施の形態では、ペルチェ素子４の周囲に熱遮蔽部材５を配置しているが、金属基板３の幅をペルチェ素子４の幅と等しくし、ペルチェ素子４の両側に露出する金属基板３の上方を熱遮蔽部材にて覆うようにしても良い。ペルチェ素子４の上面と熱遮蔽部材の上面とを同一面にするようにしても良い。警報出力手段は、ブザー８以外に、光を出力する発光装置であっても良い。発光装置を火災警報器１の内部に配置する場合には、熱遮蔽部材５の一部に光を透過する窓を設けたり、あるいは透明なガラスからなる熱遮蔽部材を採用するのが好ましい。また、音と光を共に出力する警報出力手段を採用しても良い。

次に、本発明に係る火災警報器の各実施例について説明する。

（実施例１）
フジタカ製ペルチェ素子（ＦＰＨ１−１２７０７、１５．４Ｖ−６．０Ａ、４０ｍｍ×４０ｍｍ）を熱電素子として、幅１００ｍｍ×長さ１２０ｍｍ×厚さ２ｍｍのアルミニウム製の金属基板の中央にビス止めした。電子ブザーおよびその配線は、ペルチェ素子周辺を覆うステンレス製の熱遮蔽部材の内方に入れた。電子ブザーは、約１．１Ｖにて動作するブザーである。電子ブザーとペルチェ素子とは、電気的に接続した。このように構成した火災警報器を、ペルチェ素子が露出している面を壁面と反対側に向け、廃油ストーブ「ハイユネン」ＮＴ５０型から５０ｍｍ離れた壁面であって、床から５００ｍｍの高さに取り付けた。廃油ストーブを運転し、ペルチェ素子の表面近傍が約８０℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。

（実施例２）
実施例１の火災警報器から配線を５ｍ伸ばして電子ブザーを外部に取り出し、火災警報器の本体と電子ブザーをそれぞれ別の部屋に設置した。実施例１と同様のストーブを運転した結果、約９０℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。

（実施例３）
図７に示す火災警報器１と同じ形態の火災警報器を、実施例１と同じ条件で設置し、実施例１と同様のストーブを運転した。この火災警報器は、幅３５ｍｍ×長さ３５ｍｍ×厚さ４０ｍｍのアルミニウム製のブロックを金属基板として、ペルチェ素子（４０ｍｍ×４０ｍｍ）に固定したものである。なお、他の条件は、実施例１と同じ条件とした。この結果、ストーブの運転後、約９０℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。

本発明は、一般家庭、高温の発熱源を扱う事業所などにおいて、設置が容易で、保守労力の極めて少ない、待機電力不要の火災警報器として利用することができる。

本発明の実施の形態に係る火災警報器の斜視図である。 図１に示す火災警報器のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す火災警報器の変形例１を、図１に示すＡ−Ａ線と同様の線で切断したときの断面図である。 図４は、図１に示す火災警報器の変形例２を示す斜視図である。 図１に示す火災警報器の変形例３を示す斜視図である。 図５に示す火災警報器のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す火災警報器の変形例４を示す正面図である。 図８は、図７に示す火災警報器のペルチェ素子と金属基板のみを取り出して、金属基板の底面側から見た図である。

符号の説明

１ 火災警報器
２ 凹部
３ 金属基板
４ ペルチェ素子
５ 熱遮蔽部材
６ 空間
７ リード線
８ ブザー（警報出力手段）
９ 穴
１０ 基板（加熱面）
１１ 基板（冷却面）
１２ 電極
１３ 電極
１４ Ｐ型半導体
１５ Ｎ型半導体
２０ 凹凸
２１ 穴
３０ 凸部

Claims (6)

1. ペルチェ素子と、
   そのペルチェ素子から電力供給される警報出力手段と、
   を備えることを特徴とする火災警報器。
2. 前記ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面より広面積の金属基板を接触させていることを特徴とする請求項１に記載の火災警報器。
3. 前記ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面の面積以下の接触面積を有し、かつその冷却面と同じ面積の正方形から構成される立方体の体積の７０％以上１５０％以下の体積を有する金属基板を接触させていることを特徴とする請求項１に記載の火災警報器。
4. 前記金属基板は、アルミニウム、銅またはそのいずれかを主に含む合金からなることを特徴とする請求項２または３に記載の火災警報器。
5. 前記ペルチェ素子の周囲に露出する前記金属基板を、前記金属基板の熱伝導率より低い熱伝導率を有する材料からなる熱遮蔽部材にて覆っていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の火災警報器。
6. 前記ペルチェ素子の加熱面に黒色の塗装を施していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の火災警報器。

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