JP2019120975A - 火災報知設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】火災による煙の拡散状況を検出して安全且つ迅速な避難誘導を可能とする火災報知設備を提供する。【解決手段】R型火災報知設備10は、警戒区域に天井面に設置されたアナログ火災感知器16から送信された火災検出信号をR型火災受信機10で受信して火災警報を出力させる。アナログ火災感知器16には煙層検出部18が設けられ、火災により発生した煙層の高さを検出してR型火災受信機10へ送信する。R型火災受信機10には避難誘導制御部36が設けられ、煙層検出部18により検出された煙層の高さに基づいて避難誘導情報を生成して報知させる。煙層検出部18は、ミリ波レーダ、監視カメラ、天井面温度等により火災時の警戒区域における煙層の高さを検出する。【選択図】図1

Description

本発明は、火災受信機から引き出された信号回線に接続した火災感知器からの火災信号を受信して警報する火災報知設備に関する。
従来、P型の火災報知設備にあっては、火災受信機から引き出された信号回線に火災感知器を接続して回線単位に火災を監視しており、火災が発生した場合には、音響や表示灯によって管理人等の建物関係者に警報を出すようにしている。
また、従来のR型の火災報知設備にあっては、火災受信機から引き出された信号回線に固有アドレスが設定されると共に伝送機能を備えたアナログ火災感知器を接続し、火災受信機からアドレスを順次指定した呼出信号の送信によるポーリングで煙濃度や温度などのアナログ情報を収集し、火災感知器で火災を検出した場合には、火災割込み信号を受信機に送信してアドレス検索により火災発報した感知器アドレスを検索し、アドレスに対応した設置場所単位に火災警報を出力するようにしている。
また大規模施設にあっては、非常放送設備が設置され、火災報知設備に設けられた火災受信機からの火災移報信号に基づき非常放送を行って安全且つ速やかな避難誘導を可能としている。
特開2002−026744号公報 特開2003−296838号公報
しかしながら、このような従来の火災報知設備にあっては、建物内の部屋や廊下等の警戒区域に設置された火災感知器からの火災検出信号により火災受信機では火災発生区域が分かるだけであり、火災発生区域の周辺の区域がどのような状況にあるかは不明であり、火災の規模や時間の経過に伴う煙の拡散により、避難が困難となっている場合もある。
一般に、火災時の建物内空間は、空間の上部には高温の煙層が形成され,下部には相対的に温度の低い低温の空気層が形成されると考えられており、これは二層ゾーンモデルとして知られており、火災進展の推定手法に用いられている。
しかしながら、二層ゾーンモデルを用いた火災進展の推定手法は、火災リスクの評価のためのシミュレーションであり、実際に火災が発生した場合の建物の中での煙の拡散状況は様々であり、一義的なシミュレーションでは解明できない部分が多く、火災によって発生する煙により建物の中での避難行動が阻害され、人的な被害が発生しかねないという問題が依然として残されている。
本発明は、火災による煙の拡散状況を検出して安全且つ迅速な避難誘導を可能とする火災報知設備を提供することを目的とする。
(火災報知設備)
本発明は、警戒区域の天井面に設置された火災感知器から送信された火災検出信号を火災受信機で受信して火災警報を出力させる火災報知設備に於いて、
火災により発生した煙層の高さを検出して火災受信機へ送信する煙層検出部と、
火災受信機に設けられ、煙層検出部により検出された煙層の高さに基づいて避難誘導情報を生成して報知させる避難誘導制御部と、
が設けられたことを特徴とする。
(ミリ波レーダによる煙層高さの検出)
煙層検出部は、所定周波数のミリ波電波を発射した場合の反射波に基づいて煙層高さを検出するミリ波レーダを備える。
(画像による煙層高さの検出)
煙層検出部は、火災感知器の下側領域を撮像した画像に基づいて煙層高さを検出する撮像部を備える。
(天井面温度による煙層高さの検出)
煙層検出部は、火災感知器が設置された監視区域の天井面近傍の空間の温度を天井面温度として検出する温度検出部を備えると共に、天井面温度に対応した煙層高さを予め記憶し、火災受信機により火災が判定された場合に、温度検出部により検出された天井面温度に対応する煙層高さを読み出して火災受信機に送信する。
(境界温度による煙層高さの検出)
煙層検出部は、火災受信機により火災が判定された場合に、複数の温度検出素子を所定間隔で配置した紐部材を降下させ、複数の温度検出素子で検出された高さ方向の温度分布から煙層と空気層の境界を判定して煙層の高さを検出する。
(煙散乱光による煙層高さの検出)
煙層検出部は、
天井面に対し斜め下向きの所定角度の方向に所定波長の光ビームを照射するビーム発光部と、
光ビームの天井面に対する投影方向に所定間隔でライン状に配置され、煙層に対する光ビームの照射による散乱光を受光して受光信号を出力する複数の受光部と、
を備え、複数の受光部から出力された受光信号に基づいて煙層の高さを検出する。
(煙層の高さによる安全区域と危険区域の判定)
避難誘導制御部は、煙層検出部により検出された煙層の高さ基づいて警戒区域の空気層の高さを算出し、空気層の高さが所定の避難限界高さ以上の場合に安全区域と判定して報知し、所定の避難限界高さ未満の場合に危険区域と判定して報知する。
(煙層の高さによる優先避難区域の判定)
避難誘導制御部は、危険区域を優先避難区域に指定して報知させる。
(基本的な効果)
本発明は、警戒区域の天井面に設置された火災感知器から送信された火災検出信号を火災受信機で受信して火災警報を出力させる火災報知設備に於いて、火災により発生した煙層の高さを検出して火災受信機へ送信する煙層検出部と、火災受信機に設けられ、煙層検出部により検出された煙層の高さに基づいて避難誘導情報を生成して報知させる避難誘導制御部とが設けられたため、火災時に火災感知器が設置された部屋や廊下等の監視区域における火災により拡散した煙層の高さがリアルタイムで検出され、複数の警戒区域における煙の拡散状況が把握できることで、安全且つ迅速な避難誘導の支持や放送等を行うことを可能とする。
(ミリ波レーダによる煙層高さの検出による効果)
また、煙層検出部は、所定周波数のミリ波電波を発射した場合の反射波に基づいて煙層高さを検出するミリ波レーダを備えたため、例えば、煙粒子に対し十分な反射が可能な例えば波長0.1〜1mm(300〜3000GHz)のサブミリ波を使用することで、反射強度の変化から煙層の高さの検出が可能となる。
(画像による煙層高さの検出による効果)
また、煙層検出部は、火災感知器の下側領域を撮像した画像に基づいて煙層高さを検出する撮像部を備えたため、通常時の画像に対し、火災時には煙により視界が徐々に遮られて一様な輝度画像に近づくようになり、このような画像の変化から煙層の高さが増加する変化を検出できる。
(天井面温度による煙層高さの検出の効果)
また、煙層検出部は、火災感知器が設置された監視区域の天井面近傍の空間の温度を天井面温度として検出する温度検出部を備えると共に、天井面温度に対応した煙層高さを予め記憶し、火災感知器により火災が判定された場合に、温度検出部により検出された天井面温度に対応する煙層高さを読み出して火災受信機に送信するようにしたため、二層ゾーンモデルでは、火災時の建物内空間には、空間の上部には高温の煙層が形成され,下部には相対的に温度の低い低温の空気層が形成され、二層ソーンモデルのシミュレーションによると、火災区域の煙層温度、空気層温度、及び煙層高さが解析結果として得られることから、これに基づき煙層温度と煙層高さの関係を予め記憶しておくことで、温度検出部により検出した天井面温度(煙層温度)から予め記憶した煙層の高さを読み出すことができる。
(境界温度による煙層高さの検出の効果)
また、煙層検出部は、火災受信機により火災が判定された場合に、複数の温度検出素子を所定間隔で配置した紐部材を降下させ、複数の温度検出素子で検出された高さ方向の温度分布から煙層と空気層の境界を判定して煙層の高さを検出するようにしたため、火災時に建物内空間に形成される空間上部の高温の煙層と空間下部の相対的に温度の低い低温の空気層との境界が高さ方向に吊下げられた複数の温度検出素子で検出した温度分布から分かり、天井面から境界までの高さを煙層の高さとして検出することができる。
(煙散乱光による煙層高さの検出の効果)
また、煙層検出部は、天井面に対し斜め下向きの所定角度の方向に所定波長の光ビームを照射するビーム発光部と、光ビームの天井面に対する投影方向に所定間隔でライン状に配置され、煙層に対する光ビームの照射による散乱光を受光して受光信号を出力する複数の受光部とを備え、複数の受光部から出力された受光信号に基づいて煙層の高さを検出するようにしたため、部屋や廊下等の警戒区域を検煙空間と見做し、火災感知器が設置された天井面から斜め下向きに照明の影響を受けにくい近赤外波長帯域の光ビームを照射し、火災により煙層が形成された場合には、光ビームの照射による煙の散乱光を天井面にライン状に配置した複数の受光部で受光すると、煙層の増加に対し複数の受光部からの受光信号が光ビームの発光部側から順番に増加し、この複数の受光信号の変化から煙層の高さを検出できる。
(煙層の高さによる安全区域と危険区域の判定による効果)
また、避難誘導制御部は、煙層検出部により検出された煙層の高さに基づいて警戒区域の空気層の高さを算出し、空気層の高さが所定の避難限界高さ以上の場合に安全区域と判定して報知し、所定の避難限界高さ未満の場合に危険区域と判定して報知するようにしたため、例えば警戒区域の天井高さは例えば2.5メートルと予め分かっていることから、
(空気層の高さ)=(天井高さ)−(煙層の高さ)
となり、人が安全に避難可能な避難限界高さは例えば1.5メートルであり、検出された煙層の高さから各監視区域の空気層の高さを算出して安全区域か危険区域かを判定し、これを報知することで、安全且つ迅速な避難誘導に役立たせることができる。
(煙層の高さによる優先避難区域の判定による効果)
また、避難誘導制御部は、危険区域を優先避難区域に指定して報知させるようにしたため、空気層の高さが避難限界高さを下回った危険区域に対し優先的に避難誘導を指示することで、煙に巻かれて身動きできなくなる前に優先的に避難させ、人的被害の発生をなくすことを可能とする。
R型火災報知設備の概略をR型火災受信機の機能構成と共に示したブロック図 図1の火災感知器の機能構成を示したブロック図 図1のR型火災報知設備におけるR型火災受信機とアナログ火災感知器の間の信号伝送を示したタイムチャート 図1の火災受信機による制御動作を示したフローチャート 図3のステップS7における避難誘導制御の詳細を示したフローチャート ミリ波レーダを用いた煙層の高さ検出を示した説明図 図6のミリ波レーダによる煙層検出制御を示したフローチャート CCDカメラを用いた煙層の高さ検出を示した説明図 図8のCCDカメラによる煙層検出制御を示したフローチャート 天井面温度による煙層の高さ検出を示した説明図 図10の天井面温度による煙層検出制御を示したフローチャート 温度境界による煙層の高さ検出を示した説明図 図12の温度境界による煙層検出制御を示したフローチャート 散乱光による煙層の高さ検出を示した説明図 図14に続く散乱光による煙層の高さ検出を示した説明図 図14及び図15の散乱光による煙層検出制御を示したフローチャート
[火災報知設備の概要]
図1はR型火災報知設備の概略をR型火災受信機の機能構成と共に示した説明図である。図1に示すように、火災感知器の設置場所単位(アドレス単位)に火災を監視するR型火災報知設備は、建物の防災センタや管理人室等にR型火災受信機10が設置されており、R型火災受信機10から警戒区域に引き出された信号回線12に、天井面に設置された感知器ベース14を介してアナログ火災感知器16が接続されている。
なお、アナログ火災感知器16は建物内における部屋や廊下等の所定の区域毎に設置され、以下の説明では、区域を区画と表現する場合もあるが、同じものである。
更に、本実施形態にあっては、アナログ火災感知器16に煙層検出部18が設けられ、煙層検出部18は火災時に部屋や廊下等の感知器設置区画に流入した煙により天井面側から形成される煙層の高さを検出する。
アナログ火災感知器16は固有のアドレスが設定されると共に伝送機能を備え、R型火災受信機10から所定周期、例えば1分周期で送信される共通アドレスの一括A/D変換信号により煙濃度又は温度の検出信号をA/D変換によりサンプリングしてアナログ検出データを記憶し、続いてR型火災受信機10から順次アドレスを指定して送信される自己アドレスに一致する呼出信号に対しアナログ検出データを含む感知器応答信号を送信する。また、アナログ火災感知器16はアナログ検出値を火災閾値と比較して火災を判定する機能を備え、火災を判定すると所定の火災割込信号をR型火災受信機10に送信する。
R型火災受信機10には、受信機制御部20,伝送部22、ディスプレイ装置24、表示部26、操作部28、警報部30及び移報部32が設けられている。
受信機制御部20は、CPU、メモリ、各種の入出力ポートを備えたコンピュータ回路で構成されており、プログラムの実行により所定の火災監視制御部34の機能に加え、避難誘導制御部36の機能が実現される。
伝送部22は警戒区域に引き出された信号回線12に接続されたアナログ火災感知器16との間で信号を双方向伝送する機能を備えている。ここで、伝送部22から引き出された信号回線12の1回線当りに設定可能な最大アドレスは例えば256アドレスとしており、このため信号回線12には最大256台のアナログ火災感知器16を接続することができる。
R型火災受信機10の伝送部22からアナログ火災感知器16に対する下り信号は、回線電圧をデータビットに応じて変化させる電圧モードで伝送している。この電圧モードの信号は、信号回線12の電圧を例えば18ボルトと30ボルトの間で変化させる電圧パルスとして伝送される。
これに対しアナログ火災感知器16からR型火災受信機10の伝送部22に対する上り信号は、回線電流をデータビットに応じて変化させる電流モードで伝送される。この電流モードにあっては、信号回線12に伝送データのビット1のタイミングで信号電流を流し、いわゆる電流パルス列として上り信号が受信機に伝送される。
アナログ火災感知器16に設けられた煙層検出部18で検出された煙層の高さは、アナログ火災感知器16からの応答信号に含めてR型火災受信機10に送信される。
受信機制御部20による受信制御は次のようになる。受信機制御部20は、通常の監視時にあっては、伝送部22に指示して全てのアナログ火災感知器16に対する所定の送信周期、例えば1分周期ごとに一括A/D変換信号を繰り返し送信している。アナログ火災感知器16はR型火災受信機10からの一括A/D変換コマンドを受信すると、検出している煙濃度や温度などの検出信号をA/D変換によりサンプリングしてアナログ検出データとして記憶し、また、予め定めた火災閾値と比較している。
また、受信機制御部20は、伝送部22に指示して、一括A/D変換信号の送信周期の間に、感知器アドレスを順次指定した呼出信号を送信しており、アナログ火災感知器16は自己アドレスに一致するアドレスの呼出信号を受信すると、そのとき記憶しているアナログ検出データがセットされた感知器応答信号をR型火災受信機10に送信する。
また、アナログ火災感知器16でサンプリングしたアナログ検出データが所定の火災閾値以上又は超えた場合には、R型火災受信機10に対し呼出信号に対する応答タイミングで火災割込信号を送信する。この火災割込信号は、応答ビット列をオール1とするような通常は使用されない信号を送る。
火災監視制御部34は、アナログ火災感知器16からの火災割込信号を受信すると、グループ検索信号を送信し、火災を検出したアナログ火災感知器16を含むグループからの火災応答信号を受信してグループを判別する。
続いて、判別したグループに含まれる個々のアナログ火災感知器16に対し、順次アドレスを指定した呼出信号の送信を行い、アナログ検出データの火災応答信号を受けることで、火災を検出したアナログ火災感知器16の感知器アドレスを認識し、感知器アドレスに対応した火災発生場所(部屋等の火災発生区画)を示す火災警報動作を行うことになる。
また、火災監視制御部34は、火災を判定して火災警報を出力した場合、共通アドレスの煙層検出起動信号を送信し、アナログ火災感知器16に設けている煙層検出部18を動作させ、アドレスを指定した呼出信号に対する応答信号に煙層の高さのを設定して送信させる制御を行う。
表示部26には火災代表灯、障害代表灯等の火災監視に必要な各種の表示灯が設けられている。操作部28には、火災断定スイッチ、音響停止スイッチ、地区音響一時停止スイッチ、復旧スイッチ等の火災監視に必要な各種のスイッチが設けられている。警報部30はスピーカを備え、各種の警報音や音声メッセージを出力する。移報部32は外部機器や装置に所定の移報信号を出力する。
ここで、ディスプレイ装置24は、表示部26による機能の一部を含み、また、タッチパネル付きのディスプレイとすることで、操作部28の機能の一部を含むことができる。
避難誘導制御部36は、火災時にアナログ火災感知器16の煙層検出部18により検出された監視区域の上部空間の煙層の高さH2に基づいて、各監視区域の床面から天井面までの高さH1が予め判明していることから、警戒区域の下部空間の空気層の高さH3を、
(空気層の高さH3)=(天井高さH1)−(煙層の高さH2)
として算出し、空気層の高さH3が所定の避難限界高さHth以上又は超える場合に安全区域と判定し、所定の避難限界高さHth未満又は以下の場合に危険区域と判定し、この判定結果は、ディスプレイ装置24に表示している建物平面図に、色分け等により安全区域と危険区域が表示される。
また、避難誘導制御部36は、煙層の高さH2に基づいて判定した安全区域と危険区域の情報を移報部32から例えば非常放送設備や避難誘導設備に伝送し、非常放送による安全な避難経路の指示や、避難方向を示す案内表示器や誘導表示灯等の避難誘導設備の制御等に利用させる。
[アナログ火災感知器]
図2は図1のアナログ火災感知器の機能構成を示した説明図である。図2に示すように、アナログ火災感知器16は、電源部38、伝送部40、感知器制御部42、火災センサ部44、発報表示灯45及び煙層検出部18により構成される。電源部38はSC線12aとC線12bからなる信号回線12により受信機側から供給された電源電圧を入力し、所定の定電圧を感知器電源電圧として出力する。なお、信号回線12には、伝送用のSC線12aとC線12bに加えて、専用の電源線を設けるようにしても良い。
伝送部40はR型火災受信機10の伝送部22との間で、上り信号を電圧モードで受信し、下り信号を電流モードで送信する。
火災センサ部44は、例えば検煙部であり、公知の散乱光式検煙構造をもち、所定周期で赤外LEDを用いた発光部を間欠的に発光駆動し、フォトダイオードなどの受光部で受光した散乱光の受光信号を増幅し、煙濃度検出信号を出力する。また、火災センサ部44は、検煙部に代えて温度検出部を設ける場合もあり、温度検出部は、温度検出素子として例えばサーミスタを使用し、この場合、温度による抵抗値の変化に対応した電圧信号となる温度検出信号を出力する。
感知器制御部42は、CPU、メモリ、A/D変換ポートを含む各種の入出力ポートを備えたコンピュータ回路で構成しており、プログラムの実行により感知器制御部42の機能が実現される。
感知器制御部42は、伝送部40を介して一括A/D変換信号を受信すると、火災センサ部44から出力されている煙濃度検出信号又は温度検出信号をA/D変換によりサンプリングしてアナログ検出データとして記憶し、続いて自己アドレスに一致する呼出信号を受信すると、アナログ検出データがセットされた感知器応答信号を生成し、伝送部40に指示して送信する制御を行う。
また、感知器制御部42は、アナログ検出データを所定の火災閾値と比較し、火災閾値以上又は超えた場合に火災と判定し、伝送部40に指示して火災割込信号を送信させ、更に、発報表示灯45を点灯させる制御を行う。
また、感知器制御部42は、火災割込信号の送信に続いて受信されるグループ検索信号や呼出信号に対し火災応答信号を送信する制御を行う。
また、感知器制御部42は、伝送部40を介して煙層検出起動信号を受信すると、煙層検出部18を動作させ、煙層の高さの検出信号を入力すると、自己アドレスを指定した呼出信号に対する応答信号に煙層の高さを設定し、伝送部40に指示して上り信号として送信する制御を行う。
煙層検出部18は、火災時に監視区域の上部空間の煙層の高さを検出し、煙層の高さは感知器制御部40によりR型火災受信機10へ送信される。煙層検出部18は、後の説明で明らかにするように、ミリ波レーダ、CCDカメラ、天井面温度検出、煙層と空気層の境界温度検出、煙散乱光検出等が用いられる。
[伝送信号]
図3は図1のR型火災報知設備におけるR型火災受信機とアナログ火災感知器との間の信号伝送を示したタイムチャートであり、図3(A)に下り信号の伝送を示し、図3(B)に上り信号の伝送を示す。
図3(A)に示すように、R型火災受信機10は、所定の送信周期Tごとに一括A/D変換信号90を下り信号として送信しており、その間に、感知器アドレスを順次指定した呼出信号92を下り信号として送信している。呼出信号92は、アドレス、コマンド、チェックサム(CK)で構成され、コマンドには呼出コマンド(ポーリングコマンド)がセットされる。
一括A/D変換信号90も呼出信号92と同様にアドレス、コマンド、チェックサム(CK)で構成され、コマンドには一括A/D変換コマンドがセットされ、アドレスには共通アドレスがセットされる。また、火災時に送信される煙層検出起動信号も、同様にアドレス、コマンド、チェックサム(CK)で構成され、コマンドには煙層検出起動コマンドがセットされ、アドレスには共通アドレスがセットされる。
R型火災受信機10から送信された一括A/D変換信号90を受信したアナログ火災感知器16は、センサによる検出信号をA/D変換によりサンプリングして検出データとして記憶する。
また、図3(B)に示すように、R型火災受信機10から送信された呼出信号92に対し、呼出信号92のアドレスと自己アドレスの一致を判別したアナログ火災感知器16は感知器検出データを含む感知器応答信号94を上り信号として送信する。また、アナログ火災感知器16に設けた煙層検出部18が動作している場合には、煙層の高さを感知器データに加えた感知器応答信号94を上り信号として送信する。
[火災監視制御]
図4は図1の火災受信機による制御動作を示したフローチャートであり、受信機制御部20による制御となる。
図4に示すように、受信機制御部20は、通常監視時には、ステップS1で所定の送信周期Tごとに一括A/D変換信号を送信すると共にその間にアドレスを順次指定した呼出信号の送信による呼出制御を行っており、ステップS2で感知器応答信号の受信を判別するとステップS3に進み、感知器応答信号にセットされている感知器検出データからアナログ火災情報の処理制御として、例えば、火災レベルより近いプリアラームレベルと比較し、プリアラームレベルを超えた場合にプリアラームを出力させる等の制御を行う。
続いて、受信機制御部20はステップS3で火災を判別したアナログ火災感知器16からの火災割込信号の受信を検出すると、ステップS4に進んでグループ検索信号の送信により火災を判定したアナログ火災感知器18を含むグループを特定し、特定したグループ内の感知器アドレスを指定した呼出信号の送信により、火災を判定した感知器アドレスを検索する発報感知器の検索制御を行う。
続いて、受信機制御部20は、ステップS5に進み、火災が判定された感知器アドレスから火災発生場所(火災発生区画又は区域)を特定した火災警報を出力させる。
続いて、受信機制御部20はステップS6に進み、火災発報したアナログ火災感知器16のアドレスを指定した呼出信号の送信により、アナログ検出値を収集して監視する制御を行う。
続いて、受信機制御部20はステップS7に進み、煙層の高さ検出に基づく避難誘導制御を行う。この場合、受信機制御部20は、共通アドレスを設定した煙層検出起動信号を全てのアナログ火災感知器16に送信して煙層検出部18の動作を開始させ、これにより感知アドレスを順次指定した呼出信号に対する応答信号により全てのアナログ火災感知器16から煙層高さが受信され、煙層の高さに基づく避難誘導制御が行われる。
続いて、受信機制御部20はステップS8に進んで火災復旧の有無を監視しており、火災の鎮火に伴い復旧スイッチの操作による火災復旧が行われるとステップS9に進み、受信機事態の復旧制御を行うと共に共通アドレスを指定した復旧信号を伝送部40に指示して送信し、全てのアナログ火災感知器16を復旧させる制御を行わせ、ステップS1の処理に戻る。
[避難誘導制御]
図5は図4のステップS7における避難誘導制御の詳細を示したフローチャートであり、図1のR型火災受信機10に設けられた避難誘導制御部36による制御となる。
図5に示すように、避難誘導制御部36はステップS11でアドレスを指定した呼出信号の送信による応答信号の受信により区画上部の煙層の高さH2を取得するとステップS12に進み、予め判明している区画の高さH1から煙層の高さH2を差し引いて区画下部の空気層の高さH3を算出する。
続いて、避難誘導制御部36はステップS13に進み、空気層の高さH3を所定の避難限界高さHthと比較し、避難限界高さHth以上の場合はステップS11に進んで安全区画に設定し、一方、避難限界高さHthを下回った場合はステップS15に進んで危険区画に設定し、このようなステップS11〜S15の処理をステップS16で全アドレスの処理が済むまで繰り返す。
続いて、避難誘導制御部36は、ステップS16で全アドレスの処理終了を判別するとステップS17に進み、ディスプレイ装置24に表示されている例えば火災発生階の平面図に安全区画と危険区画を色分け表示し、これを見て防災管理者は安全且つ迅速な避難経路を確認して適切な避難誘導指示を行うことができる。この場合、危険区画については、避難行動が困難な状況となるまでの残り時間が少ないことから、避難誘導制御部36は、危険区画を例えば優先避難区画として表示する制御を行う。
続いて、避難誘導制御部36はステップS18に進み、安全区画と危険区画の情報を外部の非常放送設備や避難誘導設備に移報出力し、安全且つ迅速な避難誘導の指示や案内表示等の制御を行わせる。
[ミリ波レーダによる煙層高さの検出]
図6はミリ波レーダを用いた煙層の高さ検出を示した説明図であり、図6(A)は通常監視状態を示し、図6(B)は火災による煙が流入した状態を示す。
図6(A)に示すように、天井面11に設置されたアナログ火災感知器16には、煙層検出部として機能するミリ波レーダ50が設けられている。ミリ波レーダ50は、アンテナを下向きに配置しており、R型火災受信機10から煙層検出起動信号を受信して動作した場合、煙粒子に対し十分な反射が可能な例えば波長0.1〜1mm(300GHz〜3000GHz)のサブミリ波を使用した電波を間欠的に送信する。
図6(B)に示すように、火災による煙が流入した場合には、天井面11に沿って区画の上部に煙層60が形成され、時間の経過に伴う煙流入量の増加により煙層60は下降し、天井面11からの高さH2が増加していく。
このように監視区画に形成される煙層60に対しアナログ火災感知器16に設けられたミリ波レーダ50から例えばサブミリ波の電波を間欠的に送信し、煙層60の煙粒子による反射波が受信され、煙層60の高さH2の増加に応じて反射波の受信レベルが増加する関係にあることから、反射波の受信レベルに対応して煙層60の高さを検出することができる。
ここで、ミリ波レーダ50による反射波と煙層60の高さの関係は、火災実験或いはシミュレーション等により予め求められ、図2に示した感知器制御部42のメモリに記憶しておくことで、火災時に受信した反射波の受信レベルから対応する煙層60の高さH2を読み出すことができる。
また、図6(B)に示すように、火災時の監視区画の空間には、上部に高温の煙層60が形成され,下部には相対的に温度の低い低温の空気層61が形成され、監視区画の床面15から天井面11までの区画高さをH1とすると、人が安全に避難可能な空気層61の高さH3は、区画高さH1から煙層の高さH2を差し引いた高さとなり、時間の経過に伴い煙層60の高さH2が増加すると、その分、空気層61の高さH3が減少し、例えば空気層61の高さが所定の避難限界高さHth、例えばHth=1.5メートルを下回ると、安全な避難行動が阻害されることとなる。
このためミリ波レーダ50により煙層60の高さH2がリアルタイムで検出されれば、同時に空気層61の高さH3もリアルタイムで求められ、避難限界高さHthとの比較により監視区画が安全区画か危険区画かが判定され、安全且つ迅速な避難誘導に利用できる。
また、消防隊により消火活動や救出活動においても、監視領域内の区画毎に安全か危険かが分かることで、消火活動や救出活動を安全且つ迅速に行うことが可能となる。
図7は図6のミリ波レーダによる煙層検出制御を示したフローチャートであり、図2に示した感知器制御部42による制御動作となる。
図7に示すように、感知器制御部42は、ステップS21でR型火災受信機10から送信された煙層検出起動信号の受信を判別するとステップS22に進んでミリ波レーダ50の動作を開始させる。
続いて、感知器制御部42はステップS23でミリ波レーダ50から例えばサブミリ波を送信して反射波を受信させ、ステップS24でミリ波送信から反射波を受信するまでの伝播時間から煙層の高さを演算して検出し、ステップS25でR型火災受信機10からの自己アドレスを指定した呼出信号を受信した場合に、ステップS26で煙層の高さを設定した応答信号を送信させる。
続いて、感知器制御部42は、ステップS27でR型火災受信機10から復旧信号を受信するまでステップS23〜S26のミリ波レーダ50を用いた煙層の高さ検出処理を繰り返し、ステップS27で復旧信号の受信を判別するとステップS28に進んでミリ波レーダ50の動作を停止させた後にステップS21に戻る。
[画像による煙層高さの検出]
図8はCCDカメラを用いた煙層の高さ検出を示した説明図であり、図8(A)は通常監視状態を示し、図8(B)は火災による煙が流入した状態を示す。
図8(A)に示すように、天井面11に設置されたアナログ火災感知器16には、煙層検出部として機能するCCDカメラ(撮像部)62が設けられている。CCDカメラ62は、撮像領域64を下向きに設定している。
図8(B)に示すように、監視区画に火災による煙が流入した場合には、天井面11に沿って煙層60が生成され、時間の経過に伴う煙流入量の増加により煙層60は下降し、天井面11からの高さH2が増加していく。
このように監視区画に形成される煙層60に対しアナログ火災感知器16に設けられたCCDカメラ62により撮像領域64の画像を撮像すると、時間の経過に応じて煙層60の高さH2が増加した場合、CCDカメラ62で撮影した画像は、煙層60の高さH2が小さい場合は、煙層60を介して床面15の画像が撮像されるが、煙層60の高さH2が増加すると、煙層60により床面15の画像が徐々に遮られて一様な輝度画像に近づくようになり、このような画像変化に基づき煙層60の高さH2を検出することができる。
CCDカメラ62により撮像された画像から煙層の高さを検出する制御は、まずCCDカメラ62で撮像したフレーム画像を読み込んでエッジ抽出処理を行い、続いてエッジ抽出画像の画素値の総和を求め、画素値の総和が減少するほど煙層の高さも増加する関係にあることから、画像値の総和に対する煙層の高さの関係は、火災実験等により予め求めてテーブル情報として記憶しておき、火災時の画像処理で求められた画素値の総和に対応する煙層の高さをテーブル情報から読み出して検出する。
なお、CCDカメラ62の画像から煙層の高さを検出するための画像処理は、エッジ抽出処理以外に適宜の画像処理を含む。
図9は図8のCCDカメラによる煙層検出制御を示したフローチャートであり、図2に示した感知器制御部42による制御動作となる。
図9に示すように、感知器制御部42は、ステップS31でR型火災受信機10から送信された煙層検出起動信号の受信を判別するとステップS32に進んでCCDカメラ62の撮影動作を開始させる。
続いて、感知器制御部42はステップS33でCCDカメラ62により撮像されたフレーム画像を読み込み、ステップS34で読込画像のエッジ抽出と画素値総和の算出によるテーブル読出しにより煙層の高さを検出し、ステップS35でR型火災受信機10からの自己アドレスを指定した呼出信号を受信した場合に、ステップS36で煙層の高さを設定した応答信号を送信させる。
続いて、感知器制御部42は、ステップS37でR型火災受信機10から復旧信号を受信するまでステップS33〜S36のCCDカメラ62の撮影画像を用いた煙層の高さ検出処理を繰り返し、ステップS37で復旧信号の受信を判別するとステップS38に進んでCCDカメラ62の撮影動作を停止させた後にステップS31に戻る。
[天井面温度による煙層高さの検出]
図10は天井面温度による煙層の高さ検出を示した説明図であり、図10(A)は通常監視状態を示し、図10(B)は火災による煙が流入した状態を示す。
図10(A)に示すように、天井面11に設置されたアナログ火災感知器16には、煙層検出部として機能する温度検出部66が設けられ、温度検出素子として例えばサーミスタが使用され、天井面11に沿った空間の温度である天井面温度を検出して図2に示した感知器制御部42に出力する。なお、図2に示した火災センサ部44を温度検出部としている場合には、温度検出部66を設ける必要はなく、火災検出部44による検出温度を天井面温度として用いることができる。
温度検出部66に対応して感知器制御部44のメモリには、天井面温度に対応した煙層高さがテーブル情報として予め記憶されており、R型火災受信機10から煙層検出起動信号を受信した場合に、温度検出部66により検出された天井面温度に対応する煙層の高さをメモリのテーブル情報から読み出して検出する。
本実施形態の天井面温度による煙層の高さ検出は、図10(B)に示すように、監視区画に火災による煙が流入した場合、監視区画の空間の上部には高温の煙層60が形成され,下部には相対的に温度の低い低温の空気層61が形成され、煙層60の高さは上部空間の温度、即ち天井面温度が低いほど小さく、天井面温度が高いほど大きくなる関係にある。
ここで、煙層60が形成される上部空間の天井面温度T1に対し、空気層62が形成される下部空間の温度T2は、そのときの室温であり、煙層60の高さH2は上部空間の煙層60の形成による温度差ΔT(=天井面温度T1−室温T2)に対応しており、温度差ΔTが小さいほど煙層60の高さH2は小さく、温度差ΔTが大きいほど煙層60の高さH2は大きくなる関係にある。
図10(B)は、天井面温度と室温との温度差がΔT1、ΔT2、ΔT3と増加した場合、即ち、天井面温度が増加した場合であり、温度差ΔT1、ΔT2、ΔT3に対応して煙層60の下側が位置68−1,68−2,68−3と下降して煙層60の高さがH21,H22,H23と増加した場合を示している。
このため感知器制御部44のメモリには、室温T2に対する天井面温度T1との温度差ΔT(=T1−T2)に対する煙層の高さH2の関係を火災実験等により求めて予めテーブル情報として記憶しておくことで、火災時の温度検出部66による天井面温度の検出に基づいて煙層60の高さを検出することができる。
図11は図10の天井面温度による煙層検出制御を示したフローチャートであり、図2に示した感知器制御部42による制御動作となる。
図11に示すように、感知器制御部42は、ステップS41で温度検出部66により天井面温度を検出して定常温度(室温)として記憶している。なお、定常温度の記憶値は所定時間の移動平均を求めて記憶している。
続いて、感知器制御部42は、ステップS42でR型火災受信機10から送信された煙層検出起動信号の受信を判別するとステップS43に進んで温度検出部66により天井面温度を検出し、ステップS44で天井面温度とステップS41で記憶した定常温度(室温)との温度差を算出し、ステップS45で温度差によりメモリのテーブル情報を参照して煙層の高さを読み出すことで検出する。
続いて、感知器制御部42はステップS46でR型火災受信機10からの自己アドレスを指定した呼出信号を受信した場合に、ステップS47で煙層の高さを設定した応答信号を送信させる。
続いて、感知器制御部42は、ステップS48でR型火災受信機10から復旧信号を受信するまでステップS43〜S47の天井面温度による煙層の高さ検出処理を繰り返し、ステップS48で復旧信号の受信を判別するとステップS41に戻る。
[境界温度による煙層高さの検出]
図12は温度境界による煙層の高さ検出を示した説明図であり、図12(A)は通常監視状態を示し、図12(B)は火災による煙が流入した状態を示す。
図12(A)に示すように、天井面11に設置されたアナログ火災感知器16には、煙層検出部として機能する空間温度検出部70が設けられている。空間温度検出部70は、R型火災受信機10から煙層検出起動信号を受信した場合に動作し、図12(B)に示すように、アナログ火災感知器16の下部空間にウェイト72の重みにより吊下げケーブル76を引き下ろし、吊下げケーブル76には所定間隔に例えば温度検出素子74−1,74−2,74−3が配置され、温度検出素子74−1〜74−3は吊下げケーブル76内の信号線により図2に示した感知器制御部42に接続され、温度検出素子74−1,74−2,74−3は監視区画の上部空間の高さ方向に異なる位置に配置されて各空間位置の温度T1,T2,T3を検出することができる。
図12(A)の通常監視状態で吊下げケーブル76は感知器筐体内に収納されており、且つ、ウェイト72は電磁ソレノイド等のアクチュエータにより感知器筐体下側に保持された状態にあり、R型火災受信機10から煙層検出起動信号を受信した場合に電磁ソレノイドの駆動によりラッチが解除されることで、ウェイト72が落下し、図12(B)に示すように、温度検出素子74−1〜74−3を設けた吊下げケーブル76が引き下ろされた空間温度の検出状態が形成される。
本実施形態の温度境界による煙層の高さ検出は、図12(B)に示すように、監視区画に火災による煙が流入した場合、監視区画の空間の上部には高温の煙層60が形成され,下部には相対的に温度の低い低温の空気層61が形成される。
このため監視区画の空間における高さ方向の温度分布を検出すれば、高温の煙層60から低温の空気層61に至る高さ方向の温度変化が分かり、空気層61は一定の室温であり、煙層60は室温を起点に天井側に向かって増加する温度変化となり、これにより室温に対する温度上昇の開始点付近を煙層60の下端と判定することができる。
図12(B)は、温度検出素子74−1〜74−3による上部空間の温度検出状態であり、温度検出素子74−1は天井面11から高さH1の空間温度T1を検出し、温度検出素子74−2は天井面11から高さH2の空間温度T2を検出し、温度検出素子74−3は天井面11から高さH3の空間温度T3を検出している。
ここで、空間温度T2=T3=室温であり、空間温度T1が室温より高い高温であったとすると、煙層60と空気層61の境界は少なくとも温度検出素子74−1,74−2の間にあり、例えば温度検出素子74−1の位置68−1にあると推定し、煙層の高さH21を検出することができる。
また、空間温度T3=室温であり、空間温度T1、T2が室温より高い高温であり且つT1>T2であったとすると、煙層60と空気層61の境界は少なくとも温度検出素子74−2,74−3の間にあり、例えば温度検出素子74−2の位置68−22にあると推定し、煙層の高さH22を検出する事ができる。
更に、空間温度T1、T2、T3が室温より高い高温であり且つT1>T2>T3であったとすると、煙層60と空気層61の境界は少なくとも温度検出素子74−3の下側にあり、例えば温度検出素子74−3の位置68−3にあると推定し、煙層の高さH23を検出することができる。
このような煙層の高さの検出精度は、吊下げケーブル76に配置する温度検出素子の数を増加させることで、更に高めることができる。
図13は図12の境界温度による煙層検出制御を示したフローチャートであり、図2に示した感知器制御部42による制御動作となる。
図13に示すように、感知器制御部42は、ステップS51で空間温度検出部70の温度検出素子74−1〜74−3の何れかにより室温を検出して記憶している。なお、室温の記憶値は所定時間の移動平均を求めて記憶している。
続いて、感知器制御部42は、ステップS52でR型火災受信機10から送信された煙層検出起動信号の受信を判別するとステップS53に進んでウェイト72のラッチを解除して落下させることで吊下げケーブル76を引き降ろし、複数の温度検出素子74−1〜74−3による空間温度の検出状態を生成させる。
続いて、感知器制御部42はステップS55に進み、複数の温度検出素子74−1〜74−3で検出した高さ方向の空間温度の室温に対する温度変化から、空気層の室温から立ち上がる煙層の温度変化点付近を温度境界として判定し、天井面から温度境界までの高さを煙層の高さとして検出する。
続いて、感知器制御部42はステップS56でR型火災受信機10からの自己アドレスを指定した呼出信号を受信した場合に、ステップS57で煙層の高さを設定した応答信号を送信させる。
続いて、感知器制御部42は、ステップS58でR型火災受信機10から復旧信号を受信するまでステップS54〜S57の境界温度による煙層の高さ検出処理を繰り返し、ステップS58で復旧信号の受信を判別するとステップS51に戻る。
[散乱光による煙層高さの検出]
図14は煙散乱光による煙層の高さ検出を示した説明図であり、図14(A)は通常監視状態を示し、図14(B)は火災初期の煙層を示す。図15は図14に続く散乱光による煙層の高さ検出を示した説明図であり、図15(C)(D)は図14(B)に続いて煙層が拡大していく状態を示す。
図14(A)に示すように、天井面11に設置されたアナログ火災感知器16には発光部80が設けられ、R型火災受信機10から煙層検出起動信号を受信した場合に監視区画の斜め下方に向けて所定の照射角θで光ビーム12を間欠的に照射する。発光部80としては近赤外光を発光するLEDが使用され、近赤外光を使用することで照明光による影響を受けないようにしている。
アナログ火災感知器16に設けた発光部80からの光ビーム82の天井面に対する投影方向にリニア型受光部84が天井面11に沿って配置されている。リニア型受光部84には所定間隔で複数の受光素子86−1,86−2,86−3がライン状に配置されており、図14(B)に示すように、火災時に監視空間に形成される煙層60に光ビーム12を照射した場合に発生する煙粒子による散乱光88を受光し、受光信号を信号線を介して図2に示した感知制御部42に出力している。
リニア型受光部84の長さは、光ビーム82の照射角θと検出を必要とする煙層の高さで決まり、監視区画の高さH1を例えば2.5メートルとし、避難限界となる空気層の高さH3を例えば1.5メートルとすると、検出を必要とする煙層の最大高さは1.0メートルとなり、これに応じてリニア型受光部84の長さが決まる。
また、リニア型受光部84は帯状の絶縁テープ上に受光素子86−1〜86−3とそれぞれのリード線を配置した薄型で幅も狭い簡単な構造であり、天井面11に張り付け固定してもほとんど目立つことがなく、設置場所のデザインを損なうことはない。
図15(B)に示すように、火災初期にあっては、監視区画に流入する煙により形成される煙層60は天井面11側の高い位置にあり、このとき発光部80から照射された光ビーム82は手前側で煙層60を通過し、煙粒子による散乱光はリニア型受光部84の感知器側の受光素子86−1で主に受光され、受光素子86−1の受光レベルが増加し、受光素子86−2,68−3の受光レベルは低いことから、受光素子86−1からの垂線が光ビーム82と交差するP1点付近の高さを煙層60の高さH21として検出することができる。
続いて図16(C)に示すように、時間の経過に伴って煙層60の高さが増大し、このとき発光部80から照射された煙層60を通過する光ビーム12の距離が長くなり、煙粒子による散乱光はリニア型受光部84の感知器側の受光素子86−1に加えて受光素子86−2でも検出されるようになり、受光素子86−1、86−2の受光レベルが増加し、受光素子68−3の受光レベルは低いことから、受光素子86−2からの垂線が光ビーム82と交差するP2点付近の高さを煙層60の高さH22として検出することができる。
更に、図16(D)に示すように、時間の経過に伴って煙層60の高さHが更に増大し、このとき発光部80から照射された煙層60を通過する光ビーム12の距離が更に長くなり、煙粒子による散乱光はリニア型受光部84の感知器側の受光素子86−1、86−2に加え、受光素子86−3でも検出されるようになり、受光素子86−3からの垂線が光ビーム82と交差するP3点付近の高さを煙層60の高さH23として検出することができる。なお、煙層60の高さH21,H22、H23の増加に対し空気層61の高さはH31,H32,H33と減少する。
このような煙層の高さの検出精度は、リニア型受光部84に配置する受光素子の数を増加させることで、更に高めることができる。
図16は図15の境界温度による煙層検出制御を示したフローチャートであり、図2に示した感知器制御部42による制御動作となる。
図16に示すように、感知器制御部42は、ステップS61でR型火災受信機10から送信された煙層検出の起動信号受信を判別するとステップS62に発光部80の間欠発光による光ビーム82の照射を開始する。
続いて、感知器制御部42はステップS63に進み、リニア型受光部84に設けられた複数の受光素子による受光信号を検出し、ステップS64で水平方向にライン上に配置した複数の受光素子86−1〜86−3による受光信号のレベルの変化から煙層の高さを検出する。
続いて、感知器制御部42はステップS65でR型火災受信機10からの自己アドレスを指定した呼出信号を受信した場合に、ステップS66で煙層の高さを設定した応答信号を送信させる。
続いて、感知器制御部42は、ステップS67でR型火災受信機10から復旧信号を受信するまでステップS63〜S66の散乱光による煙層の高さ検出処理を繰り返し、ステップS67で復旧信号の受信を判別するとステップS68で発光部80による光ビーム82の照射を停止してステップS51に戻る。
[本発明の変形例]
(煙層検出部)
本発明による煙層検出部は、上記の実施形態に示したミリ波レーダ、CCDカメラ、天井面温度による煙層検出、境界温度による煙層検出、及び散乱光による煙層検出に限定されず、例えば火災時に発生する炭酸ガスや水蒸気、ススの吸収スペクトルを利用してレーザーで判別し、煙層の境界高さを推定するようにしても良く、煙層の高さを検出するための適宜のデバイス、センサ、制御機能を含むものである。
(P型火災報知設備)
上記の実施形態は、R型火災報知設備を例にとるものであったが、信号回線単位に火災を検出して警報するP型火災報知設備について、P型火災受信機からの信号回線に接続されたオンオフ型火災感知器に前述した煙層検出部の機能を設け、受信機側で火災時に各監視区域の煙層の高さに基づき避難誘導制御を行うようにしても良い。この場合、P型火災受信機及びオンオフ型火災感知器は煙層の高さを示す検出データを受信機側に送信するデータ伝送機能がないことから、受信機及び感知器側にデータ伝送機能を設けることになる。
(その他)
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、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。
10:R型火災受信機
12:信号回線
14:感知器ベース
14a,16a:嵌合構造
16:アナログ火災感知器
18:煙層検出部
20:受信機制御部
22,40:伝送部
24:ディスプレイ装置
26:表示部
28:操作部
30:警報部
32:移報部
34:火災監視制御部
36:避難誘導制御部
38,46:電源部
42:感知器制御部
44:火災センサ部
45:発報表示灯
50:ミリ波レーダ
52:送受信波
60:煙層
61:空気層
62:CCDカメラ
64:撮像領域
66:温度検出部
70:空間温度検出部
72:ウェイト
74−1〜74−3:温度検出素子
76:吊下げケーブル
80:発光部
82:光ビーム
84:リニア型受光部
86−1〜86−3:受光素子

Claims (8)

  1. 警戒区域の天井面に設置された火災感知器から送信された火災検出信号を火災受信機で受信して火災警報を出力させる火災報知設備に於いて、
    火災により発生した煙層の高さを検出して前記火災受信機へ送信する煙層検出部と、
    前記火災受信機に設けられ、前記煙層検出部により検出された前記煙層の高さに基づいて避難誘導情報を生成して報知させる避難誘導制御部と、
    が設けられたことを特徴とする火災報知設備。
  2. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記煙層検出部は、所定周波数のミリ波電波を発射した場合の反射波に基づいて前記煙層高さを検出するミリ波レーダを備えたことを特徴とする火災報知設備。
  3. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記煙層検出部は、前記火災感知器の下側領域を撮像した画像に基づいて前記煙層高さを検出する撮像部を備えたことを特徴とする火災報知設備。
  4. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記煙層検出部は、前記火災感知器が設置された監視区域の天井面近傍の空間の温度を天井面温度として天井面温度を検出する温度検出部を備えると共に、前記天井面温度に対応した煙層高さを予め記憶し、前記火災受信機で火災が判定された場合に、前記温度検出部により検出された前記天井面温度に対応する前記煙層高さを読み出して前記火災受信機に送信することを特徴とする火災報知設備。
  5. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記煙層検出部は、前記火災受信機により火災が判定された場合に、複数の温度検出素子を所定間隔で配置した紐部材を降下させ、前記複数の温度検出素子で検出された高さ方向の温度分布から煙層と空気層の境界を判定して煙層の高さを検出することを特徴とする火災報知設備。
  6. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記煙層検出部は、
    前記天井面に対し斜め下向きの所定角度の方向に所定波長の光ビームを照射するビーム発光部と、
    前記光ビームの天井面に対する投影方向に所定間隔でライン状に配置され、前記煙層に対する前記光ビームの照射による散乱光を受光して受光信号を出力する複数の受光部と、
    を備え、前記複数の受光部から出力された受光信号に基づいて前記煙層の高さを検出することを特徴とする火災報知設備。
  7. 請求項1記載の火災報知設備に於いて、
    前記避難誘導制御部は、前記煙層検出部により検出された前記煙層の高さ基づいて前記警戒区域の空気層の高さを算出し、前記空気層の高さが所定の避難限界高さ以上の場合に安全区域と判定して報知し、前記所定の避難限界高さ未満の場合に危険区域と判定して報知することを特徴とする火災報知設備。
  8. 請求項7記載の火災報知設備に於いて、
    前記避難誘導制御部は、前記危険区域を優先避難区域に指定して報知させることを特徴とする火災報知設備。
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