JP2019003439A - Heat detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電素子を用いることで電源を必要とすることなく火災を検出する熱感知器に関する。 The present invention relates to a heat detector that detects a fire without using a power source by using a thermoelectric element.
従来、電源を必要とすることなく火災を検出する熱感知器としては、バイメタルを用いた定温式熱感知器が知られている(特許文献1)。 Conventionally, a constant temperature heat sensor using a bimetal is known as a heat sensor that detects a fire without requiring a power source (Patent Document 1).
定温式熱感知器は、内部の感熱部が、火災の熱により一定の温度以上になると作動する。感熱部は、バイメタルという2種類の熱膨張率の異なる金属板を貼り合わせたもので、熱を受けるとよく膨張する金属が外側に、あまり膨張しない金属が内側になって曲がり、一定温度での曲がり具合によって、電気的な接点が閉じる。定温式熱感知器が作動する公称作動温度が75℃や65℃に設定されたものが多い。 The constant temperature type heat sensor is activated when the temperature of the internal heat sensitive part rises above a certain level due to the heat of the fire. The heat sensitive part is a combination of two types of metal plates called bimetal, which have different coefficients of thermal expansion. The metal that expands well when receiving heat is bent to the outside, and the metal that does not expand much is bent to the inside. The electrical contact closes depending on the bending condition. In many cases, the nominal operating temperature at which the constant temperature type heat sensor operates is set to 75 ° C. or 65 ° C.
しかしながら、定温式熱感知器は、感熱部としてバイメタルを設けることから筐体内に大きな配置スペースが必要となって大型化し、熱感知器を薄型化してデザイン性を向上させることが困難であった。また、感熱部にサーミスタを使用した定温式熱感知器もあり、薄型化が可能であるが、電源を必要とする。 However, the constant temperature type heat detector is provided with a bimetal as a heat sensitive portion, so that a large arrangement space is required in the housing and the size is increased, and it is difficult to reduce the thickness of the heat detector and improve the design. There is also a constant temperature type heat detector using a thermistor in the heat sensitive part, which can be reduced in thickness, but requires a power source.
一方、電源を必要とすることなく火災を検出して警報する火災警報器としてペルチェ素子として知られた熱電素子を用いた火災警報器が知られている(特許文献2〜4)。 On the other hand, fire alarms using thermoelectric elements known as Peltier elements are known as fire alarms that detect and alert fire without requiring a power source (Patent Documents 2 to 4).
この火災警報器は、例えば,熱電素子の受熱面を外部に露出させると共に熱電素子の反対側の冷却面に金属基板を接触させ、火災による熱気流を受けたときの熱電素子の受熱面と冷却面との温度差により起電力が生じることから、この起電力によりブザーやLEDを作動して火災警報を出力させるようにしている。 This fire alarm, for example, exposes the heat receiving surface of the thermoelectric element to the outside and makes the metal substrate contact the cooling surface on the opposite side of the thermoelectric element so that the heat receiving surface of the thermoelectric element and the cooling when receiving a hot air current from a fire. Since an electromotive force is generated due to a temperature difference from the surface, the buzzer and the LED are operated by this electromotive force to output a fire alarm.
ところで、従来の定温式熱感知器にあっては、火災を精度よく検出する感知感度とするため、法的に定められた作動試験を満たす必要がある。 By the way, in the conventional constant temperature type heat sensor, it is necessary to satisfy a legally defined operation test in order to obtain a sensitivity for detecting a fire with high accuracy.
定温式熱感知器の作動試験は、作動試験公称作動試験温度の125パーセントの温度の風速1メートル毎秒の垂直気流に投入したとき、例えば1種では120秒以内、2種では300秒以内で火災信号を発信すること、を満たす必要がある。 The operation test of the constant temperature type heat sensor is a fire within a period of 120 seconds for one type and within 300 seconds for a second type when it is put into a vertical air flow of 1 meter per second at a temperature of 125% of the nominal operation test temperature. Sending a signal needs to be met.
しかしながら、熱電素子を用いた従来の火災警報器にあっては、火災による熱を受けた場合に熱電素子の冷却側をより低温に保つ構造は示されているが、時間の経過に伴って緩やかではあるが冷却側の温度も上昇し、冷却側を一定温度に保った場合に比べ、冷却側の温度が上昇した分、公称作動温度に達してから火災信号が発信されるまでの遅れ時間が大きくなり、定温式熱感知器に要求される作動試験を満たさなくなる場合があり、この点が解決課題として残されている。 However, a conventional fire alarm using a thermoelectric element shows a structure that keeps the cooling side of the thermoelectric element at a lower temperature when it receives heat from a fire, but it gradually relaxes over time. However, the temperature on the cooling side also rises, and compared with the case where the cooling side is kept at a constant temperature, the delay time from when the nominal operating temperature is reached to when the fire signal is emitted is the amount by which the temperature on the cooling side has increased. In some cases, the operation test required for the constant temperature type heat sensor may not be satisfied, and this point remains as a problem to be solved.
本発明は、熱電素子を用いることにより電源を必要とせず、定温式熱感知器として公称作動温度で確実に火災を検出する精度の高い熱感知器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a highly accurate heat sensor that reliably detects a fire at a nominal operating temperature as a constant temperature type heat sensor without using a power source by using a thermoelectric element.
(定温式熱感知器)
本発明は、熱感知器に於いて、
感知器筐体に受熱面を露出して配置され、受熱面と冷却面との温度差に応じた発電電圧を出力する発電用熱電素子と、
発電用熱電素子の冷却面に吸熱面を直接又は熱媒体を介して間接的に接触して配置された冷却用熱電素子と、
発電用熱電素子から発電電圧が得られた場合に冷却用熱電素子に通電して発電用熱電素子の冷却面の温度を所定温度を保つように制御する定温制御部と、
発電用熱電素子からの発電電圧に基づいて火災を検出する火災検出部と、
が設けられたことを特徴とする。
(Constant temperature sensor)
The present invention relates to a heat sensor,
A thermoelectric element for power generation that is disposed with the heat receiving surface exposed to the sensor housing and outputs a power generation voltage according to a temperature difference between the heat receiving surface and the cooling surface;
A cooling thermoelectric element disposed in direct contact with the cooling surface of the power generation thermoelectric element directly or indirectly through a heat medium; and
A constant temperature control unit for controlling the temperature of the cooling surface of the thermoelectric element for power generation to maintain a predetermined temperature by energizing the thermoelectric element for cooling when the generated voltage is obtained from the thermoelectric element for power generation;
A fire detection unit for detecting a fire based on a power generation voltage from a thermoelectric element for power generation;
Is provided.
(定温フィードバック制御)
定温制御部は、
発電用熱電素子の冷却面側の温度を検出する温度センサと、
発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を出力する電源部と、
電源部からの電源電圧の供給を受けて動作し、温度センサにより検出した発電用熱電素子の冷却面の温度を所定の冷却目標温度に保つように冷却用熱電素子を制御するフィードバック制御部と、
が設けられる。
(Constant temperature feedback control)
The constant temperature controller
A temperature sensor for detecting the temperature on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation;
A power supply unit that outputs a predetermined power supply voltage when the generated voltage from the thermoelectric element for power generation reaches a predetermined voltage;
A feedback control unit that operates in response to the supply of the power supply voltage from the power supply unit and controls the cooling thermoelectric element so as to maintain the temperature of the cooling surface of the power generation thermoelectric element detected by the temperature sensor at a predetermined cooling target temperature;
Is provided.
(温度抵抗素子による定温制御)
定温制御部は、
発電用熱電素子の冷却面側に配置された温度により抵抗値が変化する温度抵抗素子と、
発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を温度抵抗素子を経由して冷却用熱電素子に供給して発電用熱電素子の冷却面を冷却させる電源部と、
が設けられる。
(Constant temperature control by temperature resistance element)
The constant temperature controller
A temperature resistance element whose resistance value changes depending on the temperature disposed on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation; and
A power supply unit configured to supply a predetermined power supply voltage to the cooling thermoelectric element via the temperature resistance element to cool the cooling surface of the power generation thermoelectric element when the generated voltage from the power generation thermoelectric element reaches a predetermined voltage;
Is provided.
(火災発報信号の出力)
火災検出部は火災を検出した場合に火災発報信号を外部に出力する。
(Fire alarm signal output)
The fire detection unit outputs a fire alarm signal to the outside when a fire is detected.
(熱感知器自身の火災警報)
火災検出部は火災を検出した場合に火災警報を出力する。
(Thermal detector's own fire alarm)
The fire detector outputs a fire alarm when a fire is detected.
(基本的な効果)
本発明は、熱感知器に於いて、感知器筐体の受熱面を露出して配置され、受熱面と冷却面との温度差に応じた発電電圧を出力する発電用熱電素子と、発電用熱電素子の冷却面に吸熱面を直接又は熱媒体を介して間接的に接触して配置された冷却用熱電素子と、発電用熱電素子から発電電圧が得られた場合に冷却用熱電素子に通電して冷却面の温度を所定温度を保つように制御する定温制御部と、発電用熱電素子からの発電電圧に基づいて火災を検出する火災検出部とが設けられたため、火災又は試験による熱気流を受けた場合、発電用熱電素子の冷却面側は、定温制御部による冷却用熱電素子の通電による冷却を受けて、所定の一定温度に保たれて変化せず、冷却面の一定温度と受熱面の公称作動温度との温度差に対応した発電電圧が得られたときに火災を検出することができ、公称作動温度による火災検出を高精度で行うことができる。
(Basic effect)
The present invention relates to a heat detector, wherein a heat receiving surface of a sensor housing is exposed to be disposed, and a thermoelectric element for power generation that outputs a power generation voltage according to a temperature difference between the heat receiving surface and a cooling surface, A thermoelectric element for cooling arranged with the endothermic surface in direct contact with the cooling surface of the thermoelectric element directly or indirectly through a heat medium, and when the generated voltage is obtained from the thermoelectric element for power generation, the cooling thermoelectric element is energized Therefore, a constant temperature control unit that controls the temperature of the cooling surface to maintain a predetermined temperature and a fire detection unit that detects a fire based on the generated voltage from the thermoelectric element for power generation are provided. The cooling surface side of the thermoelectric element for power generation is cooled by energization of the cooling thermoelectric element by the constant temperature control unit, and is kept at a predetermined constant temperature and does not change. The generated voltage corresponding to the temperature difference from the nominal operating temperature of the surface is obtained. Fire can be detected, it is possible to perform fire detection by nominal operating temperature with high accuracy when.
(定温フィードバック制御)
また、定温制御部は、発電用熱電素子の冷却面側の温度を検出する温度検出器と、発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を出力する電源部と、電源部からの電源電圧の供給を受けて動作し、温度検出器により検出した発電用熱電素子の冷却面の温度を所定の冷却目標温度に保つように冷却用熱電素子を制御するフィードバック制御部とが設けられたため、発電用熱電素子の冷却面側を冷却用熱電素子の作動により一定温度に保つ制御が正確に行われて安定し、公称作動温度による火災検出を高精度で行うことができる。
(Constant temperature feedback control)
The constant temperature control unit includes a temperature detector that detects the temperature on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation, and a power supply unit that outputs a predetermined power supply voltage when the generated voltage from the thermoelectric element for power generation reaches a predetermined voltage And feedback control for controlling the cooling thermoelectric element so that the temperature of the cooling surface of the thermoelectric element for power generation detected by the temperature detector is maintained at a predetermined cooling target temperature. Therefore, the control to keep the cooling surface of the thermoelectric element for power generation at a constant temperature by the operation of the thermoelectric element for cooling is accurately performed and stabilized, and the fire detection at the nominal operating temperature can be performed with high accuracy. it can.
(温度抵抗素子による定温制御)
また、定温制御部は、発電用熱電素子の冷却面側に配置された温度により抵抗値が変化する温度抵抗素子と、発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を温度抵抗素子を経由して冷却用熱電素子に供給して発電用熱電素子の冷却面を冷却させる電源部とが設けられたため、温度抵抗素子として例えばサーミスタを用いた場合、サーミスタは温度上昇に応じて抵抗値が低下することから、熱気流を受けて発電用熱電素子の冷却面側の温度が上昇するとサーミスタの値が低下し、抵抗値が低下した分、冷却用熱電素子に流れる駆動電流が増加して吸熱面の温度が低下して発電用熱電素子の冷却面側の温度が下がり、温度が下がるとサーミスタの抵抗値が増加して冷却用熱電素子の駆動電流が低下して吸熱面の温度が増加し、この繰り返しにより発電用熱電素子の冷却面側の温度を簡単な構成により安定化させることができる。
(Constant temperature control by temperature resistance element)
Further, the constant temperature control unit includes a temperature resistance element whose resistance value changes depending on the temperature disposed on the cooling surface side of the power generation thermoelectric element, and a predetermined power source when the power generation voltage from the power generation thermoelectric element reaches a predetermined voltage. For example, when a thermistor is used as the temperature resistance element, the thermistor rises in temperature because a voltage is supplied to the cooling thermoelectric element via the temperature resistance element to cool the cooling surface of the power generation thermoelectric element. Therefore, if the temperature on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation rises due to the hot air flow, the value of the thermistor decreases, and the resistance value decreases, and the drive that flows to the cooling thermoelectric element As the current increases, the temperature on the heat absorption surface decreases, the temperature on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation decreases, and when the temperature decreases, the resistance value of the thermistor increases and the drive current of the cooling thermoelectric element decreases to absorb heat. Surface temperature is Pressurized, and can be stabilized by a simple configuration the temperature of the cooling surface of the power generating thermoelectric element by the repetition.
(火災発報信号の出力による効果)
また、火災検出部は火災を検出した場合に火災発報信号を外部に出力するようにしたため、受信機からの感知器回線に接続した場合に、受信機から感知器回線を介して熱感知器に電源を供給する必要がなく、熱感知器から火災発報信号を受信機に送って火災警報を出力させることができる。
(Effects of fire alarm signal output)
In addition, since the fire detection unit outputs a fire alarm signal to the outside when a fire is detected, when connected to the sensor line from the receiver, the heat detector from the receiver via the sensor line There is no need to supply power to the heater, and a fire alarm signal can be sent from the heat detector to the receiver to output a fire alarm.
(熱感知器自身の火災警報による効果)
また、火災検出部は火災を検出した場合に火災警報を出力するようにしたため、熱感知器自身で火災を検出して警報音の出力と警報表示を行う住宅用火災警報器としての使用を可能とし、電池電源を必要としないことから電池切れを管理することなく、長期間に亘る住宅での火災監視を可能とする。
(Effect of fire alarm of fire detector itself)
In addition, since the fire detection unit outputs a fire alarm when a fire is detected, it can be used as a residential fire alarm that detects the fire with the heat detector itself and outputs an alarm sound and an alarm display. Since a battery power source is not required, it is possible to monitor a fire in a house for a long period of time without managing battery exhaustion.
[熱感知器の第1実施形態]
図1は熱感知器の第1実施形態を示した説明図であり、図1(A)は横から見た断面を示し、図1(B)は回路収納部を外した状態の平面を示す。
[First Embodiment of Heat Sensor]
FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a heat sensor, FIG. 1 (A) shows a cross section seen from the side, and FIG. 1 (B) shows a plan view with a circuit housing part removed. .
(熱感知器の構造)
図1に示すように、本実施形態の熱感知器10は、合成樹脂製の感知器筐体12の下面にペルチェ素子を用いた薄型矩形の発電用熱電素子14が受熱面14aを外部に露出して固定配置されている。発電用熱電素子14の裏側の冷却面14bには熱媒体15が接触配置されている。
(Structure of heat sensor)
As shown in FIG. 1, in the
熱媒体15は熱伝導率の高い例えばアルミニウムで作られた矩形のブロック部材であり、感知器筐体12内の収納枠22の中に配置されている。発電用熱電素子14は外部に露出した受熱面14aと熱媒体15に接触配置された冷却面14bとの温度差に応じた発電電圧を発生する。
The
熱媒体15の裏面には冷却用熱電素子16が配置される。冷却用熱電素子16は駆動電流を流した場合に、熱媒体15に接触している吸熱面16aから裏面露出している放熱面16bに熱を移動させ、熱媒体15を介して発電用熱電素子15の冷却面14bを冷却させる。
A cooling
また感知器筐体12内には回路収納部18が設けられ、回路収納部18には発電用熱電素子14の発電電圧の供給を受けて火災を検出すると共に冷却用熱電素子16により発電用熱電素子14の冷却面14bを一定温度に制御するための感知器回路が実装されている。
In addition, a
[感知器回路]
図2は図1の熱感知器に設けられた感知器回路の実施形態を示したブロック図である。
[Sensor circuit]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of a sensor circuit provided in the thermal sensor of FIG.
(火災検出部)
図2に示すように、熱感知器10の感知器回路には火災検出部32が設けられ、発電用熱電素子14で発電された発電電圧Vgenが供給されており、発電電圧Vgenが予め定めた定温式熱感知器として予め設定された公称作動温度に対応した火災閾値Vfに達した場合に火災を検出する。
(Fire detection part)
As shown in FIG. 2, the detector circuit of the
火災検出部32にはブザー34、LED36及びリレー38が接続されている。火災検出部32は発電用熱電素子14の発電電圧Vgenから火災を検出すると、ブザー34を鳴動して火災警報音を出力させ、LED36を点灯、点滅又は明滅させて火災警報表示を行い、また、リレー38を作動してリレー接点40を閉じ、感知器端子42a,42bから外部に無電圧接点信号として火災発報信号を出力するようにしている。
A
感知器端子42a,42bには受信機から引き出された感知器回線が接続されており、リレー接点40の閉止により感知器回線間を低インピーダンスに短絡して回線電流を流すことで、発報信号を受信機に送信して火災警報を出力させることができる。この場合、通常の火災感知器のように受信機から感知回線を介して熱感知器10に電源電圧を供給して動作させる必要がなく、受信機の電源容量を小さくすることができる。
A sensor line drawn from the receiver is connected to the sensor terminals 42a and 42b. When the
(定温制御部)
図2に示すように、熱感知器10の感知器回路には定温制御部24が設けられる。定温制御部24は電源部として機能するDC/DCコンバータ26、フィードバック制御部28及び熱媒体15に設けられた温度センサ30で構成される。温度センサ30としては、サーミスタ、PN接合素子、白金測温素子などが使用される。
(Constant temperature controller)
As shown in FIG. 2, a constant
DC/DCコンバータ26は、火災又は試験による熱気流を受けた場合に発電用熱電素子14から出力される発電電圧Vgenが所定の起動電圧Vstに達した場合に動作し、電源電圧Vcをフィードバック制御部28に供給して動作させる。
The DC /
フィードバック制御部28には熱媒体15に設けられた温度センサ30による検出温度信号が入力されており、DC/DCコンバータ26から電源電圧Vcの供給を受けて動作した場合に、温度センサ30により検出した熱媒体15の温度、実質的には熱媒体15が接触している発電用熱電素子14の冷却面14bの温度を、所定の冷却目標温度Toに保つように冷却用熱電素子16に駆動電流を流して熱媒体15を介し発電用熱電素子14の冷却面14bを冷却させる温度制御を行う。
A temperature signal detected by the
フィードバック制御部28は例えば誤差アンプと冷却目標温度Toに対応した基準電圧Vrefを設定する基準電圧源が設けられ、温度センサ30による温度検出電圧Vtと基準電圧Vrefとの誤差に応じたフィードバック信号電圧Vfを出力し、Vt>Vrefの場合はフィードバック信号電圧Vfを大きくして冷却用熱電素子16に流す駆動電流を増加させ、Vt<Vrefの場合はフィードバック信号電圧Vfを小さくまたは停止して冷却用熱電素子16に流す駆動電流を減少させ、これにより熱媒体15を介して発電用熱電素子14の冷却面14aの温度を所定の冷却目標温度Toに保つ制御が行われる。
The
[熱電素子の構造]
図3は図1の熱感知器に設けられた発電用熱電素子と冷却用熱電素子の概略構造示した説明図である。
[Structure of thermoelectric element]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a power generation thermoelectric element and a cooling thermoelectric element provided in the heat detector of FIG.
ペルチェ素子は、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、本実施形態の冷却用熱電素子16として用いられる。また、ペルチェ素子に温度差を付与するとゼーベック効果として知られた作用により起電力を生じ、本実施形態の発電用熱電素子14として用いられる。
The Peltier element is an element that generates a temperature difference between the front and back when a voltage is applied, and is used as the cooling
(発電用熱電素子の構造)
発電用熱電素子14として機能するペルチェ素子は、図3に示すように、受熱側絶縁基板42と冷却側絶縁基板44のそれぞれの内側に、複数の電極46,48が所定の間隔をあけて交互にずらして相対するように配置され、電極46,48との間に交互にP型半導体50とN型半導体52が配置されている。
(Structure of thermoelectric element for power generation)
As shown in FIG. 3, in the Peltier element functioning as the
受熱側絶縁基板42側に火災や試験による熱気流の熱が加わることによって、受熱側絶縁基板42と冷却側絶縁基板44との間に温度差が生じると発電作用により電圧が発生する。
A voltage is generated by a power generation action when a temperature difference occurs between the heat-receiving
この発電作用は、マイナス端子66aが接続された電極46からP型半導体50に電子が流れ、P型半導体50から電極48に電子が流れる。また、電極48からN型半導体52、N型半導体52から電極46に電子が流れ、プラス端子50とマイナス端子52の間に発電電圧Vgenが発生する。
In this power generation action, electrons flow from the
発電用熱電素子14のプラス端子50とマイナス端子52の間に発生した発電電圧Vgenは、図3(A)に示した感知器回路に供給され、動作させることができる。発電用熱電素子14として機能するペルチェ素子の発電電圧Vgenは、受熱面14aと冷却面14bの温度差の二乗に比例する関係にある。
The generated voltage Vgen generated between the
(冷却用熱電素子の構造)
冷却用熱電素子16として機能するペルチェ素子は、図3に示すように、吸熱側絶縁基板54と放熱側絶縁基板56のそれぞれの内側に、複数の電極58,60が所定の間隔をあけて交互にずらして相対するように配置され、電極58,60との間に交互にP型半導体62とN型半導体64が配置されており、発電用熱電素子14と同じ構造である。
(Structure of thermoelectric element for cooling)
As shown in FIG. 3, in the Peltier element functioning as the cooling
冷却用熱電素子16から引き出されたプラス端子68aとマイナス端子68bの間に駆動電圧を印加すると、プラス端子68s側からマイナス端子68b側に向けて電極58、P型半導体62、電極60、N型半導体64の順番に電流が流れ、吸熱側絶縁基板54から放熱側絶縁基板56に熱が移動し、吸熱側絶縁基板54側に配置された熱媒体15が冷却され、更に、熱媒体15を介して発電用熱電素子14の冷却面となる冷却側絶縁基板42が冷却される。
When a driving voltage is applied between the
[熱感知器の動作]
図4は熱気流を受けたときの図2の感知器回路の動作を示したタイムチャートであり、図4(A)に発電用熱電素子14における熱受面14aと冷却面14bの温度変化を示し、図4(B)にDC/DCコンバータ26による冷却用熱電素子の冷却タイミングを示し、図4(C)に火災検出部32による火災検出のタイミングを示す。
[Thermal sensor operation]
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the sensor circuit of FIG. 2 when receiving a hot air current. FIG. 4A shows the temperature change of the
図4に示すように、本実施形態の熱感知器10が時刻t0で火災又は試験よる気流を受けたとすると、図4(A)に示すように、発電用熱電素子14の受熱面温度T1は時間の経過に伴って直線的に増加し、冷却面温度T2は感知器筐体12内にあることから緩やかに上昇し、発電用熱電素子14は受熱面温度T1と冷却面温度T2との温度差(T1−T2)の二乗に比例した発電電圧Vgを出力する。
As shown in FIG. 4, if the
図2に示したDC/DCコンバータ26は発電用熱電素子14からの発電電圧Vgenが所定の起動電圧Vstに達すると動作し、フィードバック制御部28に電源電圧Vcを供給して動作させ、図4(A)の時刻t2で発電用熱電素子14の冷却面14bの温度が所定の冷却目標温度Toに制御され、緩やかに上昇を始めていた冷却面温度T2は冷却目標温度Toを保つように定温制御が行われる。
The DC /
このため発電用熱電素子14は受熱面14aの温度T1と冷却目標温度Toに定温制御されている冷却面14bの温度T2との温度差(T1−T2)の二乗に比例した発電電圧Vgenを出力し、時刻t2で火災検出部32により公称作動温度Tθと冷却目標温度Toとの温度差(Tθ−To)の二乗に比例した発電電圧Vgenに相当する火災閾値電圧Vfに達したとき、図4(C)に示すように、火災検出動作が行われ、火災警報の出力や火災発報信号の出力が行われる。
For this reason, the
なお、冷却用熱電素子16の定温制御における冷却目標温度Toは、例えば年間の平均的な室温等に対応して例えばTo=20℃に設定されており、図4(A)は時刻t0から熱気流を受ける前の室温が冷却目標温度Toと同じになっていた場合を例にとっている。
Note that the cooling target temperature To in the constant temperature control of the cooling
[感知器回路の他の実施形態]
図5は図1の熱感知器に設けられた感知器回路の実施形態を示したブロック図である。
[Other Embodiments of Sensor Circuit]
FIG. 5 is a block diagram illustrating an embodiment of a sensor circuit provided in the thermal sensor of FIG.
(火災検出部)
図5に示すように、本実施形態の熱感知器10の感知器回路に設けられた火災検出部32は、図2の実施形態と同じであり、発電用熱電素子14で発電された発電電圧Vgenが定温式熱感知器としての公称作動温度に対応した火災閾値Tfに達した場合に火災を検出し、ブザー34を鳴動して火災警報音を出力させ、LED36を点灯、点滅又は明滅させて火災警報表示を行い、また、リレー38を作動してリレー接点40を閉じ、感知器端子42a,42bから外部に無電圧接点信号として火災発報信号を出力させる。
(Fire detection part)
As shown in FIG. 5, the
(定温制御部)
図5に示すように、熱感知器10の感知器回路に設けられた定温制御部24は、発電用熱電素子14の冷却面14a側に配置された熱媒体15に設けられたサーミスタ70と、発電用熱電素子14からの発電電圧Vgenが所定の起動電圧Vstに達した場合に所定の電源電圧Vcをサーミスタ70を経由して冷却用熱電素子16に供給して冷却させる電源部として機能するDC/DCコンバータ24で構成される。サーミスタ70は温度上昇に応じて抵抗値が低下する温度抵抗素子として機能する。また、サーミスタ30は発電用熱電素子14の冷却面14bに直接配置しても良い。
(Constant temperature controller)
As shown in FIG. 5, the constant
本実施形態による定温制御部24の動作は次のようになる。発電用熱電素子14が火災又は試験よる気流を受けた場合、発電用熱電素子14は受熱面14aの温度T1と冷却面14bの温度T2との温度差(T1−T2)の二乗に比例した発電電圧Vgを出力する。
The operation of the constant
DC/DCコンバータ26は発電用熱電素子14からの発電電圧Vgenが所定の起動電圧Vstに達すると動作し、サーミスタ70を介して冷却用熱電素子16に所定の電源電圧Vcを供給し、冷却用熱電素子16に駆動電流が流れ、熱媒体70を介して発電用熱電素子14の冷却面14aが冷却される。
The DC /
このとき熱媒体15に配置されたサーミスタ70は、熱気流を受けている発電用熱電素子14の冷却面14bの温度上昇を受けて緩やかに温度が上昇しており、温度の上昇により抵抗値が低下し、抵抗値の低下により冷却用熱電素子16に流れる駆動電流が増加し、吸熱する熱が増加し、その結果、熱媒体15の温度が低下する。
At this time, the
熱媒体15の温度が低下するとサーミスタ70の抵抗値が増加し、冷却用熱電素子16に流れる駆動電流が低下し、吸熱する熱が減少し、その結果、熱媒体15の温度が増加する。この繰り返しにより発電用熱電素子14の冷却面14a側の温度がある温度に安定化される。
When the temperature of the
発電用熱電素子14の冷却面14a側の温度が、サーミスタ70を利用した簡単な構成の定温制御部24により安定化されると、発電用熱電素子14は高温となっている受熱面14bの温度と安定化された冷却面14bの温度との温度差の二乗の比例した発電電圧Vgenを出力し、火災検出部32により公称作動温度Tθと冷却目標温度Toとの温度差(Tθ−To)の二乗の比例した発電電圧Vgenに相当する火災閾値電圧Vfに達したとき、火災が検出され、火災警報の出力や火災発報信号の出力が行われる。
When the temperature on the cooling
[本発明の変形例]
上記の実施形態は、発電用熱電素子の冷却面に熱媒体を介して冷却用熱電素子を配置しているが、これに限定されず、発電用熱電素子の冷却面に冷却用熱電素子を直接配置しても良い。
[Modification of the present invention]
In the above embodiment, the cooling thermoelectric element is disposed on the cooling surface of the power generation thermoelectric element via the heat medium. However, the present invention is not limited to this, and the cooling thermoelectric element is directly disposed on the cooling surface of the power generation thermoelectric element. It may be arranged.
また、上記の実施形態は、天井面に設置される構造の熱感知器を例にとっているが、これに限定されず、例えば、壁掛け型なとの適宜の構造としても良い。 Moreover, although said embodiment has taken the heat sensor of the structure installed in a ceiling surface as an example, it is not limited to this, For example, it is good also as appropriate structures, such as a wall hanging type.
また、上記の実施形態は、リレーの作動により火災発報信号を外部に出力するようにしているが、発電用熱電素子の発電電圧で動作する無線通信部を設け、火災発報信号を無線送信するようにしても良い。 In the above embodiment, the fire alarm signal is output to the outside by the operation of the relay. However, a wireless communication unit that operates with the generated voltage of the thermoelectric element for power generation is provided, and the fire alarm signal is transmitted wirelessly. You may make it do.
また、ブザーとLEDを設けて火災警報音と火災警報表示により火災警報を出力する熱感知器とした場合には、設置が義務付けられている住宅用火災警報器としての使用を可能とし、電池電源を必要としないことから電池切れを管理することなく、ほぼ永久的に住宅での火災監視を可能とする。 In addition, if a buzzer and LED are provided to provide a fire alarm that outputs a fire alarm with a fire alarm sound and a fire alarm display, it can be used as a residential fire alarm that is obligated to be installed. This makes it possible to monitor fires almost permanently without managing battery exhaustion.
また、本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。 The present invention includes appropriate modifications without impairing the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above embodiments.
10:熱感知器
12:感知器筐体
14:発電用熱電素子
14a:受熱面
14b:冷却面
16:熱媒体
16:冷却用熱電素子
16a:吸熱面
16b:放熱面
18:熱媒体収納部
20:回路基盤
22:収納枠
24:定温制御部
26:DC/DCコンバータ
28:フィードバック制御部
30:温度センサ
32:火災検出部
34:ブザー
36:LED
38:リレー
40:リレー接点
42:受熱側絶縁基板
44:冷却側絶縁基板
46,48,58,60:導体
50,62:P型半導体
52,64:N型半導体
54:吸熱側絶縁基板
56:放熱側絶縁基板
66a,68a:プラス端子
66b,68b:マイナス端子
70:サーミスタ
10: Heat sensor 12: Sensor housing 14:
38: Relay 40: Relay contact 42: Heat receiving side insulating substrate 44: Cooling
Claims (5)
前記発電用熱電素子の冷却面に吸熱面を直接又は熱媒体を介して間接的に接触して配置された冷却用熱電素子と、
前記発電用熱電素子から発電電圧が得られた場合に前記冷却用熱電素子に通電して前記冷却面の温度を所定温度を保つように制御する定温制御部と、
前記発電用熱電素子からの発電電圧に基づいて火災を検出する火災検出部と、
が設けられたことを特徴とする熱感知器。
A thermoelectric element for power generation that is disposed with the heat receiving surface exposed to the sensor housing and outputs a power generation voltage corresponding to a temperature difference between the heat receiving surface and the cooling surface;
A cooling thermoelectric element disposed in direct contact with the cooling surface of the power generation thermoelectric element directly or indirectly through a heat medium; and
A constant temperature controller that controls the temperature of the cooling surface to maintain a predetermined temperature by energizing the thermoelectric element for cooling when a generated voltage is obtained from the thermoelectric element for power generation;
A fire detection unit for detecting a fire based on a power generation voltage from the thermoelectric element for power generation;
A heat sensor characterized in that is provided.
前記定温制御部は、
前記発電用熱電素子の前記冷却面側の温度を検出する温度センサと、
前記発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を出力する電源部と、
前記電源部からの電源電圧の供給を受けて動作し、前記温度センサにより検出した前記冷却面の温度を所定の閾値温度に保つように前記冷却用熱電素子を制御するフィードバック制御部と、
が設けられたことを特徴とする熱感知器。
The heat sensor according to claim 1,
The constant temperature controller is
A temperature sensor for detecting the temperature on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation;
A power supply unit that outputs a predetermined power supply voltage when the generated voltage from the thermoelectric element for power generation reaches a predetermined voltage;
A feedback control unit that operates in response to supply of a power supply voltage from the power supply unit and controls the cooling thermoelectric element so as to keep the temperature of the cooling surface detected by the temperature sensor at a predetermined threshold temperature;
A heat sensor characterized in that is provided.
前記定温制御部は、
前記発電用熱電素子の前記冷却面側に配置された温度により抵抗値が変化する温度抵抗素子と、
前記発電用熱電素子からの発電電圧が所定電圧に達した場合に所定の電源電圧を前記温度抵抗素子を経由して前記冷却用熱電素子に供給して前記発電用熱電素子の前記冷却面を冷却させる電源部と、
が設けられたことを特徴とする熱感知器。
The heat sensor according to claim 1,
The constant temperature controller is
A temperature resistance element whose resistance value changes depending on the temperature disposed on the cooling surface side of the thermoelectric element for power generation;
When the power generation voltage from the power generation thermoelectric element reaches a predetermined voltage, a predetermined power supply voltage is supplied to the cooling thermoelectric element via the temperature resistance element to cool the cooling surface of the power generation thermoelectric element. A power supply unit,
A heat sensor characterized in that is provided.
2. The heat sensor according to claim 1, wherein the fire detector outputs a fire alarm signal to the outside when a fire is detected.
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