JP2014115914A - 熱感知器及び該熱感知器を備えた火災報知設備 - Google Patents

Abstract

【課題】火源の方向を特定できる熱感知器を提供することを目的としている。
【解決手段】 カバー１と、カバー１から突出して設けられる熱検出素子５と、を備えた熱感知器１０に関する。このような熱感知器１０において、カバー１は、中心部から外周部に向かって放射状に配置される仕切壁３を有し、熱検出素子５は、カバー１の中心から離れた位置であり、かつ仕切壁３同士の間に設けられることを特徴としている。また、仕切壁３は、隣の仕切壁３と直角に接し、熱検出素子５は、４つ設けられ、それぞれ対向する熱検出素子５と点対称の位置に設けられることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、火災による熱を感知する熱感知器に関し、特に火源の方向を特定できるスポット型の熱感知器に関する。また、該熱感知器を備えた火災報知設備に関する。

従来から、熱感知器では、サーミスタ等の熱検出素子により、火災による熱の検出を行う。火災時の熱気流が熱検出素子に当たり、熱検出素子の抵抗値が変化することによって、熱感知器は、火災による熱を検知することができる。

特に、熱感知器は、低温状態下においても、火災による熱を速やかに検知しなければならないため、熱検出素子は、熱感知器のカバーの表面から突出するように設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１１３３７８号公報

しかしながら、従来の熱感知器は火災から発生する熱気流の熱により、火災の発生を特定することはできるが、火源の方向まで特定するには至らないという課題がある。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、熱を検出して火災を感知する従来の熱感知器としての機能に加え、火源の方向を精度良く特定することができる熱感知器を提供することを目的とする。

カバーと、該カバーに設けられる熱検出素子と、を備えた熱感知器において、 熱検出素子は複数設けられ、各熱検出素子の出力する信号により火源の方向を特定することを特徴としている。

また、本発明は、熱感知器には制御回路が設けられ、該制御回路が対向する熱検出素子同士の出力の差を求めてからベクトル値に変換し、該各ベクトル値を合成することで火源の方向を特定することを特徴としている。

本発明は、仕切壁に仕切られた区画に熱検出素子が設けられていることから、火源に近い熱検出素子ほど高い温度を検出できるため、火源の方向を特定することができる。

また、本発明は、熱検出素子の出力値をベクトル値に変換して合成するため、火源の方向を精度良く特定することができる。

本発明に係る熱感知器の構成図の例であり、カバー側から見た図である。 本発明に係る熱感知器及び火災受信機のブロック図の例である。 本発明に係る熱感知器の火源の方向を特定する演算の例１である。 本発明に係る熱感知器の火源の方向を特定する演算の例２である。 本発明に係る熱感知器の構成図の他の例である。 図５で用いる熱検出素子の構成図の例である。

以下、本発明の実施の形態に係る熱感知器１０を、図１及び図２に基づいて説明する。
［熱感知器１０の構成］
熱感知器１０は、図示しないベースと本体カバー（以下、カバー１とする。）とで構成され、天井面に固定したベースに、カバー１を取り付けている。

３は仕切壁で、カバー１に、中心部から外周部にかけて放射状に立設されている。図１に示すように、仕切壁３は、隣り合う仕切壁３と直角に接しており、４枚の仕切壁３を有している。すなわち、隣り合う仕切壁３同士はなす角が９０度となっており、対向する仕切壁３は同一直線上に位置し、カバー１を４つの区画に分けている。また、仕切壁３の高さは、後述する熱検出素子５の高さより高くなっている。

５は熱検出素子で、サーミスタからなり、周囲の温度を電気抵抗の変化によって測定して、後述する制御回路１２に出力する。熱検出素子５は、カバー１の中心から離れた位置であり、かつ仕切壁３に仕切られた区画に１つずつ設けられている。そして、カバー１に設けられる複数の熱検出素子５は、カバー１の中心部を中心とする同一円周上に設けられている。すなわち、熱検出素子５は、カバー１の中心から同一の距離だけ離れている。そして、熱検出素子５は、熱検出素子５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄの４つからなり、熱検出素子５ａは５ｂと、５ｃは５ｄと対向して、点対称の位置に設けられている。

熱感知器１０の制御回路１２は、熱検出素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄがそれぞれ接続しており、火災受信機２０の制御回路２１とも接続している。そして、制御回路１２は、各熱検出素子５から周囲温度に対応する出力値を受信する。その後、制御回路１２は、熱検出素子５の出力値に基づいて、周囲温度を判別し、コード化された信号等を火災受信機２０の制御回路２１へ出力している。

図２及び図３を参照して、本発明の熱感知器１が接続される火災受信機２０の構成を説明する。
［火災受信機２０の構成］
２１は、火災受信機２０の制御回路で、熱感知器の制御回路１２と接続されている。制御回路２１は、制御回路１２から出力される各熱検出素子５の周囲温度の情報を受信し、火災の判定と、火源３０の方向を特定する演算を行う。そして、制御回路２１は、演算処理して求めた火源３０の位置情報を表示装置２３に出力する。

２３は表示装置で、液晶画面等のモニタからなり、制御回路２１から出力された火源３０の位置情報を受信すると、火源３０の位置を表示するものである。

図１乃至図３を参照して、制御回路２１による火源３０の方向を特定する演算の例を説明する。
［火源３０の方向を特定する演算方法１］
熱検出素子５ａ〜５ｄは、カバー１の仕切壁３に仕切られた区画にそれぞれ位置しており、熱検出素子５ａ〜５ｄの高さより仕切壁３の高さの方が高くなっている。そのため、火源３０から発生する熱気流が天井を伝って、熱感知器１０に当たったときに、熱気流の方向（火源３０の方向）にある仕切壁３に囲まれた区画の熱検出素子５の周囲が最も温度が高くなる。より詳細には、仕切壁３で囲まれた区画の開口部（熱感知器１０の外縁の一部）の向きが、熱気流の方向である場合、その区画の熱検出素子５の周囲の温度が最も高くなる。以下、仕切壁３で囲まれた区画の開口部の方向を、その区画に設けられた熱検出素子５の方向とする。

一方、熱気流の方向以外を向いている区画は、仕切壁３で熱気流が各区画にある熱検出素子５に当たることを防いでいるので、それらの区画の熱検出素子５の周囲の温度は上昇しづらくなる。

つまり、火源３０から近い位置にある熱検出素子５ほど周囲は高い温度となり、大きな出力値を出力する。一方、火源３０から遠い位置にある熱検出素子５ほど、周囲は低い温度となり、小さな出力値を出力する。

制御回路２１は、熱検出素子５ａ〜５ｄの周囲温度の情報信号（出力値）を受信すると、対向する熱検出素子５同士の温度差を演算して求める。図１のように、熱検出素子５ａと５ｂ、並びに５ｃと５ｄが対向して設けられている場合、熱検出素子５ａと５ｂとの温度差、そして熱検出素子５ｃと５ｄとの温度差を求める。

そして、制御回路２１は、その温度差の履歴を、温度差の数値と、高い温度を検出した熱検出素子５の方向の両方の情報を併せ持つベクトル値に変換し、熱検出素子５ａと５ｂの方向を結んだ直線をＸ軸、熱検出素子５ｃと５ｄの方向を結んだ直線をＹ軸とする直交座標系において合成演算する。高い温度を検出した熱検出素子５の方向の情報とは、具体的には、熱検出素子５ａの値が５ｂの値より大きければＸ軸上の負の値とし、熱検出素子５ｂの値が５ａの値より大きければＸ軸上の正の値とし、熱検出素子５ｃの値が５ｄの値より大きければＹ軸上の負の値とし、熱検出素子５ｄの値が５ｃの値より大きければＹ軸上の正の値とする、ということである。

図１及び図３に基づいて、火災が起きたときの制御回路２１による火源３０の方向の特定方法を具体的な値を用いて、説明する。

図３（ａ）では、熱検出素子５ｂと５ｄの中間あたりの方向に火源３０が発生した場合である。この場合、各熱検出素子５ａ〜５ｄから出力値が制御回路２１に出力される。ここでは、熱検出素子５の出力値を簡略化して説明することとし、熱検出素子５ａの出力値を１、熱検出素子５ｂの出力値を９、熱検出素子５ｃの出力値を２、熱検出素子５ｄの出力値を６とする。

まず、制御回路２１は、対となる熱検出素子５ａ及び５ｂ、並びに熱検出素子５ｃと５ｄの出力値の差分を求めて、向き情報を併せ持つベクトル値に変換する。図３（ａ）の例では、出力値の差分を求めると、熱検出素子５ｂの値が５ａの値より大きいのでＸ軸方向に＋８、熱検出素子５ｄの値が５ｃの値より大きいのでＹ軸方向が＋４となる。Ｘ軸、Ｙ軸からなる直交座標系においては、熱検出素子５ｂと５ａの差が（Ｘ，Ｙ）＝（８，０）となり、矢印Ａで表され、熱検出素子５ｄと５ｃの差が（Ｘ，Ｙ）＝（０，４）となり、矢印Ｂで表される。このベクトル値（矢印Ａ及びＢ）を合成すると、（Ｘ，Ｙ）＝（８，４）となり、矢印Ｃで表される。矢印Ｃは、熱検出素子５ｂの方向（矢印Ｂの方向）とのなす角が約２６．６度となり、この矢印Ｃの方向が火源の方向を示している。

つまり、上記の例の場合、火源３０は熱検出素子５ｂと５ｄの中間の方向にあり、より詳細には、カバー１の中心と熱検出素子５ｂとを結んだ直線と、カバー１の中心と火源３０とを結んだ直線とのなす角が約２６．６度になる位置に、火源３０が位置する。すなわち、制御回路２１が演算した矢印ＣとＸ軸又はＹ軸とのなす角により、火源の方向がわかる。

上記では対になる熱検出素子５同士の差を求めてベクトル値に変換し、その値を合成演算することで火源３０の方向を特定する方法を示したが、下記のように、各熱検出素子５の出力値をベクトル値に変換し、全ての値を合成演算することで、火源３０の方向を特定することもできる。その火源３０の方向の特定方法を図１及び図６を用いて、以下に説明する。
［火源３０の方向を特定する演算方法２］
制御回路２１は、熱検出素子５ａ〜５ｄの周囲温度の情報（出力値）を受信すると、その出力値を各熱検出素子５ａ〜５ｄの方向によるベクトル値に変換して、それらのベクトル値を合成演算する。より詳細には、図１のように、熱検出素子５ａと５ｂ、並びに５ｃと５ｄが対向して設けられている場合、熱検出素子５ａと５ｂの方向を結んだ直線をＸ軸、熱検出素子５ｃと５ｄの方向を結んだ直線をＹ軸とする直交座標系において、各熱検出素子５の出力値はベクトル値として演算することができる。具体的には、熱検出素子５ａの値をＸ軸上の負の値とし、熱検出素子５ｂの値をＸ軸上の正の値とし、熱検出素子５ｃの値をＹ軸上の負の値とし、熱検出素子５ｄの値をＹ軸上の正の値とする。

火災が起きたときの制御回路２１による火源３０の方向の特定方法を具体的な値を用いて、説明する。

図４では、熱検出素子５ｂと５ｄの中間あたりの方向に火源３０が発生した場合である。この場合、各熱検出素子５ａ〜５ｄから出力値が制御回路２１に出力される。ここでは、熱検出素子５の出力値を簡略化して説明することとし、熱検出素子５ａの出力値を３、熱検出素子５ｂの出力値を７、熱検出素子５ｃの出力値を２、熱検出素子５ｄの出力値を９とする。

まず、制御回路２１は、各熱検出素子５の出力値を直交座標系におけるベクトル値として演算するために、熱検出素子５ａの出力値を（Ｘ，Ｙ）＝（−３，０）、熱検出素子５ｂの出力値を（Ｘ，Ｙ）＝（７，０）、熱検出素子５ｃの出力値を（Ｘ，Ｙ）＝（０，−２）、熱検出素子５ｄの出力値を（Ｘ，Ｙ）＝（０，９）と変換する。これらを直交座標軸上に表したものが図４であり、熱検出素子５ａのベクトル値が矢印Ｄ、熱検出素子５ｂのベクトル値が矢印Ｅ、熱検出素子５ｃのベクトル値が矢印Ｆ、熱検出素子５ｄのベクトル値が矢印Ｇとなる。

そして、制御回路２１は、各熱検出素子５の出力値を変換したベクトル値を合成する。図３において、矢印Ｄ〜Ｇの４つのベクトル値を合成したものが矢印Ｈとなり、矢印Ｈが火源３０の方向を示している。上記の例では、矢印Ｈは（Ｘ，Ｙ）＝（４，６）となり、Ｘ軸とのなす角は約６０．２度である。つまり、カバー１の中心と熱検出素子５ｂとを結んだ直線と、カバー１の中心と火源３０とを結んだ直線とのなす角が６０．２度になる位置に、火源３０が位置する。

図１及び図２を参照して、本発明の熱感知器１０の動作例を説明する。
［動作説明］
先ず、火災が発生すると、火源３０の周囲の空気が熱せられて、熱気流の対流が起こる。そして、熱気流により熱感知器１０周囲の空気が熱せられると、熱検出素子５の電気抵抗が変化し、その変化の出力値は、制御回路１２によって火災受信機２０の制御回路２１に出力される。

次に、火災受信機２０の制御回路２１は、熱検出素子５ａ〜５ｄのうち、１つでも火災確定とする閾値を超える温度を検出した場合には、火災と判定する。火災受信機２０は、火災と判別したときに、警報部に火災信号を出力し、ブザー鳴動や表示灯の点灯、火災の通報等の処理を行う。

それと同時に、上述したいずれかの方法で、制御回路２１は、熱検出素子５ａ〜５ｄの出力値による火源３０の位置の特定を行う。そして、火源３０の位置情報を表示装置２３に出力する。

最後に、制御回路２１は、火源３０の位置情報を表示装置２３に出力し、表示装置２３は火源３０の位置を表示する。表示の方法としては、例えば、熱感知器１０が備えられる火災報知設備全体の地図が表示されており、その地図上で火災を感知した熱感知器１０と火源３０の位置を表示すると良い。

本発明にかかる熱感知器１０は以上のように、仕切壁３に仕切られた区画に熱検出素子５がそれぞれ設けられていることから、火源３０に近い熱検出素子５ほど高い温度を検出できるため、火源の方向を特定することができる。

また、熱検出素子５は４つあり、カバー１の中心部を中心とする同一円周上に全て設けられており、熱検出素子５ａは５ｂと、５ｃは５ｄと対向して、点対称の位置に設けられているため、それぞれの熱検出素子５の出力値をベクトル値に変換することで、精度良く火源３０の位置を特定することができる。

なお、各熱検出素子５は、火源３０の方向を特定できるようにカバー１に配置されていれば良く、図１や図５に示した配置に限定されず、それ以外の配置であっても良い。例えば、熱検出素子５は４つ設けられていると説明したが、それ以外の個数でも良く、少なくとも２つ以上あれば良い。熱検出素子５と同じ数だけカバー１上に区画ができるように仕切壁があれば良い。熱検出素子５が２つの場合は、おおよそどちらの位置に火源３０があるかがわかる。

また、本発明の実施の形態では、火災受信機２０の制御回路２１が、各熱検出素子５の出力値を演算して火源３０の方向を特定したが、熱感知器１０の制御回路１２が、火災受信機２０の制御回路２１と同様に、各熱検出素子５の出力値を演算することで火源３０の方向を特定するようにしても良い。さらに、熱感知器１０の制御回路１２が、火源３０の方向の特定と共に、火災の判定を行っても良い。

また、本発明の実施の形態では、熱検出素子５を図１のようなサーミスタで説明したが、図６のように、フレキシブル基板９上に集熱パターン６を設け、チップサーミスタ部８を備える平板状の熱検出素子７でも良い。このような熱検出素子７の場合、図５に示すように、カバー１の側面に４枚貼付すれば良く、隣り合う熱検出素子７同士を９０度おきに貼付すれば良い。具体的には、熱検出素子７ａは７ｂと、熱検出素子７ｃは７ｄと対向しており、それぞれはカバー１の中心を対称の中心とする点対称の位置に設けられる。

１ カバー、３ 仕切壁、５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ） 熱検出素子、６ 集熱パターン、７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ） 熱検出素子、８ チップサーミスタ部、９ フレキシブル基板、１０ 熱感知器、１２ 制御回路、２０ 火災受信機、２１ 制御回路、２３ 表示手段、３０ 火源、Ａ〜Ｈ 矢印。

Claims (6)

1. カバーと、該カバーに設けられる熱検出素子と、を備えた熱感知器において、
   前記熱検出素子は複数設けられ、
   前記各熱検出素子の出力する信号により火源の方向を特定することを特徴とする熱感知器。
2. 前記カバーは、中心部から外周部に向かって放射状に配置される仕切壁を有し、
   前記熱検出素子は、前記カバーの中心から離れた位置であり、かつ前記仕切壁同士の間に１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱感知器。
3. 前記仕切壁は、隣の仕切壁と直角に接し、
   前記熱検出素子は、４つ設けられ、それぞれ対向する熱検出素子と点対称の位置に設けられることを特徴とする請求項２記載の熱感知器。
4. 前記熱検出素子は、平板状のチップからなり、前記カバーの側面に少なくとも２箇所貼付されることを特徴とする請求項１記載の熱感知器。
5. 前記熱感知器には制御回路が設けられ、
   該制御回路が対向する熱検出素子同士の出力の差を求めてからベクトル値に変換し、該各ベクトル値を合成することで火源の方向を特定することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の熱感知器。
6. カバーと、該カバーに設けられる熱検出素子とを備えた熱感知器と、
   該熱感知器に接続され、前記熱検出素子から出力される信号を受信する制御回路を有する火災受信機と、
   を備えた火災報知設備において、
   前記カバーは、中心部から外周部に向かって放射状に配置される仕切壁を有し、 前記熱検出素子は、前記カバーの中心から離れた位置であり、かつ前記仕切壁同士の間に１つずつ設けられており、
   前記火災受信機の前記制御回路は、対向する熱検出素子同士の出力の差を求めてからベクトル値に変換し、該各ベクトル値を合成して火源の方向を特定することを特徴とする火災報知設備。

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