JP2020102263A - 煙感知器、及び煙濃度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自器の外側における煙の濃度を推測することで、火災の発生を精度良く感知することの可能な煙感知器、及び煙濃度推定方法を提供する。【解決手段】自器の外側を流れる煙を含んだ空気が流入する煙感知室２２と、自器の外側を流れる気流の風速を検知する風速検知部と、風速検知部で検知した気流の風速に基づき、煙感知室内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出すると共に煙感知室内の煙の濃度を測定する煙濃度測定機構２４と、を備え、煙濃度測定機構は、算出した煙を含んだ空気の流入量、測定した煙感知室内の煙の濃度、及び煙感知室の容量に基づいて、自器の外側における煙の濃度を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、煙を感知する煙感知器、及び煙濃度推定方法に関する。

従来、火災の発生を早期検知し、火災が発生した建物の住人や管理者に、火災の発生を知らせて避難や消火活動を促す設備として、火災感知器が用いられている。
火災感知器には、熱によって火災を感知して警報を発する熱感知器と、煙によって火災を感知して警報を発する煙感知器と、がある。

ここで、従来の煙感知器の構成について説明する。
従来の煙感知器は、ケースと、回路基板と、端子盤と、回路基板に実装された電子部品と、回路基板が固定される端子盤と、底板部材と、複数のラビリンスと、防虫網と、回路基板支持部材と、発光部と、受光部と、を有する（例えば、特許文献１参照。）。
ケースは、端子盤、底板部材、複数のラビリンス、防虫網、回路基板支持部材、煙感知室、発光部、及び受光部を収容している。

ケースは、煙をケース内に流入させるための複数の煙流入口を有する。端子盤は、板状とされた部材であり、ケース内に固定されている。端子盤は、その下方に底板部材、複数のラビリンス、防虫網、回路基板支持部材、煙感知室、発光部、及び受光部を収容することが可能な位置に設けられている。
電子部品が実装された回路基板は、端子盤に固定されている。底板部材は、ケース内の底部に配置されている。

複数のラビリンスは、底板部材の中央部に煙を導入可能な状態で、底部部材の外周部の上面に立設されている。複数のラビリンスは、外部からの光の侵入を抑制する機能を有する。
防虫網は、円筒形状とされており、複数のラビリンスを外側から囲むように、ケース内に配置されている。
回路基板支持部材は、端子盤の下側に固定されている。回路基板支持部材の下面は、複数のラビリンスの上端部と接続されている。回路基板支持部材の上面側は、回路基板を支持している。
煙感知室は、底板部材、回路基板支持部材、及び複数のラビリンスで区画された空間である。煙感知室には、煙流入口、防虫網、及び複数のラビリンスを介して、ケースの外側に位置する煙が流入される。

発光部は、回路基板の下方に設けられており、回路基板と電気的に接続されている。発光部は、煙感知室内に導入された煙に光を照射する。
受光部は、回路基板の下方に設けられており、回路基板と電気的に接続されている。受光部は、発光部から煙に向けて照射され、煙によって散乱された光を受光する。回路基板に実装された電子部品のうち、制御用の電子部品は、受光部が受光した光に基づいて、煙感知室内の煙の濃度を算出する。
上記構成とされた従来の煙感知器は、算出された煙感知室内の煙の濃度が所定の閾値を超えた際、発報する。

特開２００４-２２７４４６号公報

しかしながら、上記構成とされた従来の煙感知器では、煙流入口の開口の大きさがそれほど大きくないため、煙流入口を介して、ケースの外側に位置する煙がケース内に入り込みにくい。このため、ケースの外側における煙の濃度よりも煙感知室内の煙の濃度の方が低くなり、煙感知器による火災の発生の感知が遅れる恐れがあった。

また、上述した従来の煙感知器では、煙感知室の外側に、複数のラビリンスや防虫網を有した構成とされているため、ケース内に入り込んだ煙が煙感知室に入り込みにくい。
したがって、複数のラビリンスや防虫網を有する煙感知器の場合、ケースの外側における煙の濃度と、煙感知室内の煙の濃度と、の差がさらに大きくなるため、煙感知器による火災の感知がさらに遅れる恐れがあった。
特に、ケースの外側を流れる気流の速度が低速の場合に、上記問題が顕著となる。

そこで、本発明は、ケースの外側における煙の濃度を推測することで、火災の発生を精度良く感知することの可能な煙感知器、及び煙濃度推定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の煙感知器は、自器の外側を流れる煙を含んだ空気が流入する煙感知室と、前記自器の外側を流れる気流の風速を検知する風速検知部と、前記風速検知部で検知した前記気流の風速に基づき、前記煙感知室内に流入した前記煙を含んだ空気の流入量を算出すると共に前記煙感知室内の煙の濃度を測定する煙濃度測定機構と、を備え、前記煙濃度測定機構は、前記算出した前記煙を含んだ空気の流入量、測定した前記煙感知室内の煙の濃度、及び前記煙感知室の容量に基づいて、前記自器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする。

また、前記煙濃度測定機構は、下記式（１）に基づいて、前記自器の外側における煙の濃度を推定してもよい。
Ｄｏｕｔ（ｔ）＝（Ｖ／ｖ）・｛Ｄｉｎ（ｔ＋Δｔ）−Ｄｉｎ（ｔ）｝＋Ｄｉｎ（ｔ）
・・・（１）
但し、上記式（１）において、Ｖは前記煙感知室の容量［ｍ^３］、ｖは前記煙感知室内に流入する前記煙を含んだ空気の流入量［ｍ^３］、Ｄｉｎ（ｔ）はある時刻ｔにおける前記煙感知室内における煙の濃度［ｍ^−１］、Ｄｏｕｔ（ｔ）はある時刻ｔでの前記自器の外側における推定された煙の濃度［ｍ^−１］、Δｔはある時刻ｔからの経過時間［ｓ］をそれぞれ示す。

上記課題を解決するため、本発明の煙濃度推定方法は、煙感知器の外側を流れる気流の風速に基づき、前記煙感知器内に設けられた煙感知室内に流入した煙を含んだ空気の流入量、前記煙感知室内の前記煙の濃度、および前記煙感知室の容量に基づいて、前記煙感知器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする。

また、下記式（２）に基づいて、前記煙感知器の外側における煙の濃度を推定してもよい。
Ｄｏｕｔ（ｔ）＝（Ｖ／ｖ）・｛Ｄｉｎ（ｔ＋Δｔ）−Ｄｉｎ（ｔ）｝＋Ｄｉｎ（ｔ）
・・・（２）
但し、上記式（２）において、Ｖは前記煙感知室の容量［ｍ^３］、ｖは前記煙感知室内に流入する前記煙を含んだ空気の流入量［ｍ^３］、Ｄｉｎ（ｔ）はある時刻ｔにおける前記煙感知室内における煙の濃度［ｍ^−１］、Ｄｏｕｔ（ｔ）はある時刻ｔでの前記煙感知器の外側における推定された煙の濃度［ｍ^−１］、Δｔはある時刻ｔからの経過時間［ｓ］をそれぞれ示す。

本発明によれば、火災の発生を精度良く感知することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。 図１に示す第１の実施の形態の煙感知器をその下面側から平面視した図である。 第１の実施の形態の煙感知器を構成するケース、底板部、複数のラビリンス、防虫網、回路基板支持部材、及び端子盤を分解した斜視図である。 図１に示す煙感知器を用いた第１の実施の形態に係る煙濃度推定方法の処理を示すフローチャートである。 図１に示す煙感知器を用いた第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。 図６に示す第２の実施の形態の煙感知器をその下面側から平面視した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。 図８に示す第３の実施の形態の煙感知器をその下面から平面視した図である。 第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。 第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第２のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。 第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第３のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。 第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第４のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の煙感知器の寸法関係とは異なる場合がある。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。図１では、第１の実施の形態の煙感知器１０の構成要素のうち、制御用電子部品３２、発光部３３、及び受光部３４以外の構成要素を断面で図示する。また、図１では、電子部品のうち、第１の実施の形態の説明に必要な電子部品である制御用電子部品３２のみを回路基板３１に実装させた場合を例に挙げて図示する。
また、図１に示す気流の横の矢印は、気流の移動方向（風向き）の一例を示しているが、気流の風向きは、これに限定されない。

図２は、図１に示す第１の実施の形態の煙感知器をその下面側から平面視した図である。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図３は、第１の実施の形態の煙感知器を構成するケース、底板部、複数のラビリンス、防虫網、回路基板支持部材、及び端子盤を分解した斜視図である。図３において、図１及び図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１〜図３では、一例として、天井（図示せず）に取り付けられる煙感知器１０を図示する。

図１〜図３を参照するに、第１の実施の形態の煙感知器１０は、ケース１１と、端子盤１３と、回路基板支持部材１４と、底板部１５と、複数のラビリンス１７と、防虫網１９と、煙感知室２２と、煙濃度推定部を含む煙濃度測定機構２４と、導体２７，２８と、風速検知部であるサーミスタ素子２９と、を有する。

ケース１１は、ケース本体３５と、突出部３６と、煙流入口３８と、を有する。ケース本体３５は、端子盤１３、回路基板支持部材１４、底板部１５、複数のラビリンス１７、防虫網１９、煙感知室２２、及び煙濃度測定機構２４を収容可能な収容部３５Ａを有する。
ケース本体３５の上部には、端子盤１３及び煙濃度測定機構２４が収容され、ケース本体３５の下部には、複数のラビリンス１７や底板部１５が収容される。

突出部３６は、ケース本体３５内の上部から上方に突出している。突出部３６は、端子盤１３の外周部に形成された溝部４２に挿入されることで、ケース１１内における端子盤１３の位置を規制する。突出部３６としては、例えば、リング状の突出部を用いることができる。

煙流入口３８は、突出部３６の形成位置よりも下方側に位置するケース本体３５の下部を貫通するように設けられている。煙流入口３８は、ケース本体３５の周方向に対して複数設けられている。
図２の場合、一例として、８つの煙流入口３８を図示したが、煙流入口３８の数は、複数であればよく、８つに限定されない。
煙流入口３８は、火災が発生した際にケース１１の外側を流れる煙を含んだ空気を、ケース本体３５内に流入させるための開口部である。

端子盤１３は、円盤状の部材であり、溝部４２と、突出部４４と、凹部４６と、を有する。溝部４２は、端子盤１３の外周部の下面側に設けられている。上述したように、溝部４２には、突出部３６が挿入される。
突出部４４は、端子盤１３の下面側であって、溝部４２の形成位置よりも内側の位置から下方に突出している。突出部４４は、溝部４２が突出部３６に挿入された状態において、ケース本体３５の内面と接触する回路基板支持部材１４の外周部の上面と接触している。これにより、突出部４４は、収容部３５Ａ内での回路基板支持部材１４の位置を規制している。
凹部４６は、端子盤１３の中央部が図示していない天井側に窪むことで構成されている。

回路基板支持部材１４は、その直径が端子盤１３の直径よりも小さい円盤状の部材である。回路基板支持部材１４は、端子盤１３の下方に位置する収容部３５Ａに収容されている。回路基板支持部材１４は、支持面１４ａと、発光部収容部５１と、受光部収容部５３と、を有する。

回路基板支持部材１４の支持面１４ａは、上方に突出した平面であり、煙濃度測定機構２４の構成要素である後述する回路基板３１の他面３１ｂに当接されている。これにより、支持面１４ａは、端子盤１３と回路基板支持部材１４との間に配置される回路基板３１の他面３１ｂ側を支持している。
発光部収容部５１は、発光部３３が照射する光を煙感知室２２に照射可能なように、発光部３３を収容している。受光部収容部５３は、発光部３３が煙感知室２２に照射した光を受光可能なように、受光部３４を収容している。

底板部１５は、ケース本体３５の底部の内面と対向するように、ケース本体３５の底部の近傍に配置されている。
複数のラビリンス１７は、底板部１５の上面からその上方に突出するように、底板部１５の上面の外周部に設けられている。複数のラビリンス１７は、底板部１５と一体に構成されている。複数のラビリンス１７の上端は、回路基板支持部材１４の下面に当接されている。
複数のラビリンス１７は、煙感知室２２内に外部からの光が直接入射されることを抑制する遮光部材として機能する。
なお、図３に示す複数のラビリンス１７の形状は、一例であって、この形状に限定されない。

防虫網１９は、環状とされた部材であり、複数のラビリンス１７の外側を囲むように、回路基板支持部材１４と底板部１５との間に配置されている。
煙感知室２２は、底板部１５、底板部１５と対向する部分の回路基板支持部材１４、及び複数のラビリンス１７で区画された空間である。煙感知室２２は、ケース本体３５内の下部に配置されている。
煙感知室２２には、火災が発生した際、煙流入口３８、防虫網１９、及び複数のラビリンス１７を介して、煙を含んだ空気が出入りする。煙感知室２２の容積は、例えば、０．５×１０^−５ｍ^３〜５．０×１０^−５ｍ^３の範囲内で適宜設定することができる。

煙濃度測定機構２４は、ケース本体３５内のうち、煙感知室２２の上方に配置されている。煙濃度測定機構２４は、煙感知室２２内に流入した煙の濃度を測定するとともに、ケース１１の外側における煙の濃度を推定する。
煙濃度測定機構２４は、回路基板３１と、煙濃度推定部としても機能する制御用電子部品３２と、発光部３３と、受光部３４と、を有する。

回路基板３１は、ケース本体３５内に収容されている。回路基板３１は、回路基板支持部材１４の支持面１４ａと端子盤１３との間に配置されている。回路基板３１は、制御用電子部品３２を含む電子部品が実装される一面３１ａと、一面３１ａの反対側に設けられた他面３１ｂと、を有する。
回路基板３１は、例えば、絶縁性を有する板状の基板本体（図示せず）と、該基板本体の一面３１ａ側に配置された配線パターン（図示せず）と、で構成することができる。
回路基板３１を構成する配線パターン（図示せず）は、図１〜図３に図示していない一対の外線（給電用の外線）、発光部３３、受光部３４、及び制御用電子部品３２と電気的に接続されている。
上記回路基板３１としては、例えば、プリント配線基板を用いることができる。

制御用電子部品３２は、煙感知器１０の制御全般を行う電子部品であり、煙濃度推定部としても機能する。制御用電子部品３２は、風速検知部であるサーミスタ素子２９、回路基板３１、発光部３３、及び受光部３４と電気的に接続されている。
煙濃度推定部は、記憶部６１と、制御部６２と、を有した構成とされている。
記憶部６１には、予め取得した気流の風速の大きさと煙感知室２２内へ流入した煙を含んだ空気の流入量との関係を示す空気流入量算出用データ（以下、単に「空気流入量算出用データ」という）、煙感知室２２の容量、気流の風速の検知を開始する際の閾値となる煙の所定の濃度（以下、「所定の濃度Ｂ」という）、発報する際の閾値である発報濃度、煙感知室２２内へ流入した煙の濃度を検知するプログラム、及びケース１１の外側における煙の濃度を推定する推定プログラム等が格納されている。

制御部６２は、記憶部６１に格納されたプログラムに基づいて、煙感知器１０を制御する。例えば、制御部６２は、煙感知室２２内へ流入した煙の濃度を検知する。
一方、制御用電子部品３２が煙濃度推定部として機能する場合、制御部６２は、空気流入量算出用データと、サーミスタ素子２９を発熱させた際のサーミスタ素子２９の温度上昇量と、に基づいて、煙感知室２２内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出するとともに、煙を含んだ空気の流入量、煙感知室２２の容量、及び煙感知室２２内の煙の濃度に基づいて、ケース１１の外側における煙の濃度を推定する。

このように、空気流入量算出用データと、サーミスタ素子２９が検知する気流の風速と、に基づいて、煙感知室２２内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出するとともに、煙を含んだ空気の流入量、煙感知室２２の容量、及び煙感知室２２内の煙の濃度に基づいて、ケース１１の外側における煙の濃度を推定する煙濃度推定部（制御部６２）を有することで、気流の風速を考慮して推定された煙の濃度と、ケース１１の外側における実際の煙の濃度と、の差を小さくすることが可能となる。これにより、煙感知器１０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。

煙濃度推定部は、例えば、下記式（５）に基づいて、ケース１１の外側における煙の濃度を推定してもよい。
Ｄｏｕｔ（ｔ）＝（Ｖ／ｖ）・｛Ｄｉｎ（ｔ＋Δｔ）−Ｄｉｎ（ｔ）｝＋Ｄｉｎ（ｔ）
・・・（５）
但し、上記式（５）において、Ｖは前記煙感知室の容量［ｍ^３］、ｖは前記煙感知室内に流入する前記煙を含んだ空気の流入量［ｍ^３］、Ｄｉｎ（ｔ）はある時刻ｔにおける前記煙感知室内における煙の濃度［ｍ^−１］、Ｄｏｕｔ（ｔ）はある時刻ｔでの前記ケースの外側における推定された煙の濃度［ｍ^−１］、Δｔはある時刻ｔからの経過時間［ｓ］をそれぞれ示す。
なお、煙の濃度は、一般的に、煙に光を透過させた時の光の単為通貨距離あたりの減光率［％／ｍ］で表現するが、ＳＩ単位系で表現すると％が消えて、上記のように、［ｍ^−１］で表現される。

このように、上記式（５）を用いて、ケース１１の外側の煙の濃度を推定することで、ケース１１の外側における煙の濃度を精度良く推定することができる。
上記制御用電子部品３２としては、例えば、ＣＰＵを用いることができる。

発光部３３は、発光部収容部５１に固定されており、回路基板３１を構成する配線パターン（図示せず）と電気的に接続されている。これにより、発光部３３は、配線パターンを介して、制御用電子部品３２と電気的に接続されている。
発光部３３は、煙感知室２２に光を照射し、煙感知室２２に流入する煙の粒子に光が当たったときに生ずる散乱光を、受光部３４に入射させる。
受光部３４は、受光部収容部５３に固定されており、上記散乱光を受光する。そして、制御用電子部品３２により、受光部３４が受光した散乱光に基づいて、煙感知室２２内の煙の濃度が算出される。

上記発光部３３及び受光部３４は、例えば、煙感知室２２に向かう発光部３３からの光軸と、煙感知室２２内の煙の粒子によって散乱されて受光部３４に向かう散乱光の光軸と、が水平方向で所定の角度で交差し、且つ鉛直方向においても所定の角度で交差するように、配置することができる。

また、上述した煙濃度測定機構２４の下方に、外部からの光を遮光する複数のラビリンス１７、及び複数のラビリンス１７の外側を囲む筒状の防虫網１９を有することで、外部からの光や虫が煙感知室２２に入りにくくなるので、ケース１１の外側を流れる気流の風速を精度良く求めることができる。

導体２７，２８は、一方の端部が回路基板３１を構成する配線パターン（図示せず）と電気的に接続されている。導体２７，２８は、回路基板支持部材１４及びケース本体３５を貫通するように、回路基板３１の下方に延在している。これにより、導体２７，２８の他方の端部は、ケース１１の外側に配置されている。

サーミスタ素子２９は、ケース１１の外側を流れる気流の風速を検知する風速検知部である。サーミスタ素子２９は、導体２７，２８の他方の端部間に設けられている。これにより、サーミスタ素子２９は、ケース本体３５の外側に配置されている。
サーミスタ素子２９は、発熱した際の温度に関するデータを連続して、制御用電子部品３２に送信する。
サーミスタ素子２９としては、例えば、ＮＴＣサーミスタ素子を用いることが好ましいが、ＰＴＣサーミスタ素子を用いてもよい。

このように、風速検知部として、１つのサーミスタ素子２９を用いることで、気流によって奪われる熱量が気流の風速に依存するため、サーミスタ素子２９を発熱させた際のサーミスタ素子２９の温度上昇量から気流の風速を求めることができる。

図４は、図１に示す煙感知器を用いた第１の実施の形態に係る煙濃度推定方法の処理を示すフローチャートである。
図４を参照して、第１の実施の形態に係る煙濃度推定方法（具体的には、煙感知器１０が感知する煙感知室２２の煙が所定の濃度Ｂを超えた際に気流の風速を検知する場合の煙濃度推定方法）について説明する。

図４に示す処理が開始されると、ステップＳ１では、煙濃度検知工程が行われる。煙濃度検知工程では、煙感知室２２内の煙の濃度を連続的に検知する処理が行われる。
続く、ステップＳ２では、煙感知室２２内の煙の濃度が閾値となる所定の濃度Ｂを超えたか否かの判定が行われる。ステップＳ２において、煙感知室２２内の煙の濃度が所定の濃度Ｂを超えたと判定（Ｙｅｓと判定）されると、処理は、ステップＳ３へと進む。
一方、ステップＳ２において、煙感知室２２内の煙の濃度が所定の濃度Ｂを超えていないと判定（Ｎｏと判定）されると、処理は、ステップＳ１へと戻る。
上記所定の濃度Ｂは、例えば、０．００１［ｍ^−１］〜０．０５０［ｍ^−１］の範囲内で適宜設定することができる。

ステップＳ３では、ケース１１の外側を流れる気流の風速を取得する風速取得工程が行われる。
風速取得工程では、例えば、ケース本体３５の外側に突出するように配置された１つのサーミスタ素子２９を発熱させた際のサーミスタ素子２９の温度上昇ΔＴ_Ｔｈ［Ｋ］、サーミスタ素２９子の発熱量Ｑ_Ｔｈ［Ｊ］、煙感知器１０に逃げる熱量Ｑ_ＦＬ［Ｊ］、及びサーミスタ素子２９の熱容量Ｃ_ＨＣ［Ｊ／Ｋ］を下記式（６）に代入して、気流に奪われる熱量Ｑ_ＡＦ［Ｊ］を算出する熱量算出工程と、予め取得した気流の大きさと気流に奪われる熱量との関係を示す空気流入量算出用データと、前記熱量算出工程で算出した前記気流に奪われる熱量Ｑ_ＡＦ［Ｊ］と、に基づいて、気流の風速を取得する風速取得工程と、を行う。
ΔＴ_Ｔｈ＝（Ｑ_Ｔｈ−Ｑ_ＡＦ−Ｑ_ＦＬ）／Ｃ_ＨＣ ・・・（６）

ケース１１の外側を流れる気流によって奪われる熱量は、気流の風速に依存する。このため、電流を流して、サーミスタ素子２９を発熱させた際のサーミスタ素子２９の温度上昇量からケース１１の外側を流れる気流の風速を求めることが可能となる。
したがって、サーミスタ素子２９の温度上昇ΔＴ_Ｔｈ［Ｋ］、該サーミスタの発熱量Ｑ_Ｔｈ［Ｊ］、煙感知器１０に逃げる熱量Ｑ_ＦＬ［Ｊ］、及びサーミスタ素子２９の熱容量Ｃ_ＨＣ［Ｊ／Ｋ］を上記式（６）に代入することで算出される気流に奪われた熱量Ｑ_ＡＦ［Ｊ］と、予め取得した気流の大きさと気流に奪われる熱量との関係を示す空気流入量算出用データと、に基づいて、ケース１１の外側を流れる気流の風速を精度良く算出することができる。
上述したステップＳ３の処理が完了すると、処理は、ステップＳ４へと進む。

ステップＳ４では、煙濃度推定工程が行われる。煙濃度推定工程では、予め取得した空気流入量算出用データと、風速取得工程で取得した気流の風速と、に基づいて、煙感知室２２内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出するとともに、煙を含んだ空気の煙感知室２２内への流入量、煙感知室２２の容量、及び煙感知室２２内における煙の濃度を上記式（５）に代入することで、ケース１１の外側における煙の濃度を推定する。

このように、連続的に検知する煙感知室２２内の煙の濃度が予め設定した所定の濃度Ｂを超えた際、空気流入量算出用データと、風速取得工程で取得した気流の風速と、に基づいて、煙感知室２２内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出するとともに、煙を含んだ空気の煙感知室２２内への流入量、煙感知室２２の容量、及び煙感知室２２内における煙の濃度を上記式（５）に代入することで、ケース１１の外側における煙の濃度を推定することにより、気流の風速を考慮して推定された煙の濃度と、ケース１１の外側における実際の煙の濃度と、の差を小さくすることが可能となる。これにより、煙感知器１０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。
上述したステップＳ４の処理が完了すると、処理は、ステップＳ５へと進む。

ステップＳ５では、ステップＳ４において推定した煙の濃度が、閾値である発報濃度を超えたか否かの判定が行われる。ステップＳ５において、推定した煙の濃度が発報濃度を超えたと判定（Ｙｅｓと判定）された場合には、処理は、ステップＳ６へと進む。
一方、ステップＳ５において、推定した煙の濃度が発報濃度を超えていないと判定（Ｎｏと判定）された場合には、処理は、ステップＳ４へと戻る。

ステップＳ６では、発報工程が行われる。発報工程では、火災を感知したことを知らせるために、煙感知器１０に設けられたスピーカー（図示せず）から発報する。
また、トランジスタ、サイリスタ等の素子を用いて、端子部を通じて通常監視時の消費電流より大きい消費電流を流すことにより、接続された受信盤（図示せず）に対し、火災を感知したことを伝達する。
このように、推定した煙の濃度が発報濃度を超えた際、発報することで、煙感知器１０の設置された部屋にいる人々に、火災が発生したことを認識させることができる。
上記ステップＳ６の処理が完了すると、図４に示すフローチャートの処理は、終了する。

第１の実施の形態の煙濃度推定方法によれば、上述した式（５）を用いて、ケース１１の外側における煙の濃度を推定することにより、気流の風速を考慮して推定された煙の濃度と、ケース１１の外側における実際の煙の濃度と、の差を小さくすることが可能となる。これにより、煙感知器１０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。
また、検知した煙の濃度が、予め設定した所定の濃度Ｂを超えた際、ケース１１の外側を流れる気流の風速を取得することで、常時、気流の風速を取得するために、サーミスタ素子２９を発熱させた場合と比較して、煙感知器１０が消費する電力を節約することができる。

図５は、図１に示す煙感知器を用いた第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法の処理を示すフローチャートである。図５において、図４に示すフローチャートと同一のステップには、同一のステップ符号を付す。

図５を参照して、第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法（具体的には、連続的に気流の風速を取得する煙濃度推定方法）について説明する。

第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法は、先に説明した図４に示すステップＳ２とステップＳ３との位置を入れ替え、かつ図５に示す風速取得工程において、常時、連続的にケース１１の外側を流れる気流の風速を取得すること以外は、図４で説明した第１の実施の形態の煙濃度推定方法と同様な手法により行うことができる。

つまり、第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法では、予め取得した空気流入量算出用データと、風速取得工程で連続的に取得した気流の風速と、に基づいて、煙感知室２２内に流入した煙を含んだ空気の流入量を算出するとともに、煙を含んだ空気の流入量、煙感知室２２の容量、及び煙感知室２２内における煙の濃度を上記式（５）に代入することで、常時、ケース１１の外側における煙の濃度を推定する。

上述した第１の実施の形態の変形例に係る煙濃度推定方法は、煙感知器１０の消費電力がやや増加すること以外は、先に説明した第１の実施の形態の煙濃度推定方法と同様な効果を得ることができる。つまり、煙感知器１０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。

なお、第１の実施の形態では、一例として、図１に示すように、煙感知室２２がケース本体３５内の下部に配置され、煙濃度測定機構２４が煙感知室２２の上方に配置された場合を例に挙げて説明したが、煙感知室２２は、ケース本体３５内に配置されていればよく、また、煙濃度測定機構２４は、煙感知室２２に隣接して配置されていればよく、図１に示す煙感知室２２及び煙濃度測定機構２４の位置に限定されない。例えば、煙感知室２２をケース本体３５の上部に配置してもよい。

また、第１の実施の形態では、一例として、風速検知部を１つのサーミスタ素子２９で構成した場合を例に挙げて説明したが、風速検知部は、例えば、３つ以下のサーミスタ素子２９で構成することができる。
このように、２つ或いは３つのサーミスタ素子２９を用いて風速検知部を構成する場合には、これらのサーミスタ素子２９が検知する気流の風速を平均化させたものを風速検知部が検知した気流の風速として用いることで、得られる気流の風速の精度の信頼性が向上するため、推定されるケース１１の外側における煙の濃度の精度を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。図６において、第１の実施の形態の煙感知器１０（図１参照）と同一構成部分には同一符号を付す。
図７は、図６に示す第２の実施の形態の煙感知器をその下面側から平面視した図である。図７において、図６に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

図６及び図７を参照するに、第２の実施の形態に係る煙感知器７０は、第１の実施の形態の煙感知器１０を構成する導体２７，２８及びサーミスタ素子２９に替えて、風速検知部を構成する３つの気圧検知素子７１を有すること以外は、煙感知器１０と同様に構成されている。

３つの気圧検知素子７１は、回路基板３１及び制御用電子部品３２と電気的に接続されている。３つの気圧検知素子７１は、ケース１１の外側を流れる気流の圧力を検知し、検知した気流の圧力に関するデータを制御用電子部品３２に送信する。
上記気圧検知素子７１としては、例えば、ＭＥＭＳ式気圧センサを用いることができる。
３つの気圧検知素子７１は、例えば、隣り合う位置に配置された気圧検知素子７１の中心を直線で結ぶことで形成される多角形（この場合、図７に示す三角形７３）の内側に、ケース本体３５の中心Ｃを収容するように配置するとよい。

第２の実施の形態の煙感知器７０によれば、隣り合う位置に配置された気圧検知素子７１の中心を直線で結ぶことで形成される多角形（この場合、三角形７３）の内側に、ケース本体３５の中心Ｃを収容するように、３つの気圧検知素子７１を配置することで、ケース本体３５の外面の周方向において、特定の半円の区間のみに３つの気圧検知素子７１が配置されることがなくなる。
これにより、気流の風向きの方向に依存することなく、３つの気圧検知素子７１が検知する気圧のバランスにより、ケース１１の外側を流れる気流の風速だけでなく、気流の風向きも求めることができる。
また、気流の風向きが分かることで、煙感知器７０から見た火源の方向を推測することができる。
さらに、上記構成とされた第２の実施の形態の煙感知器７０は、第１の実施の形態の煙感知器１０と同様に、煙感知器７０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。
なお、第２の実施の形態の煙感知器７０は、気流の風向きは、検知する気圧の高い側が風上で、検知する気圧の低い側が風下であることに基づいて、判定することができる。

なお、第２の実施の形態では、ケース本体３５の外面の周方向における気圧検知素子７１の間隔を異ならせた場合を例に挙げて説明したが、ケース本体３５の外面の周方向における気圧検知素子７１の間隔を一定にしてもよい。
また、図７では、一例として、３つの気圧検知素子７１を用いて風速検知部を構成する場合を例に挙げて説明したが、風速検知部を構成する気圧検知素子７１の数は、３つ以上であればよく、３つに限定されない。

ここで、図６に示す煙感知器７０を用いた第２の実施の形態の煙濃度推定方法について説明する。
煙感知器７０を用いた煙濃度推定方法は、先に説明した図４及び図５に示すＳ３の風速取得工程において、３つの気圧検知素子７１からなる風速検知部を用いて、ケース１１の外側を流れる気流の風速及び風向きを取得すること以外は、第１の実施の形態で説明した図４及び図５に示す煙濃度推定方法と同様な手法により行うことができる。

第２の実施の形態の煙濃度推定方法によれば、気流の風速及び風向きを考慮して推定された煙の濃度と、ケース１１の外側における実際の煙の濃度と、の差を小さくすることが可能となる。これにより、煙感知器７０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。
また、気流の風向きが分かることで、煙感知器７０から見た火源の方向を推測することができる。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る煙感知器の概略構成を示す断面図である。図８において、第１の実施の形態の煙感知器１０（図１参照）と同一構成部分には同一符号を付す。
図９は、図８に示す第３の実施の形態の煙感知器をその下面側から平面視した図である。図９において、図８に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図８及び図９では、説明の便宜上、図１及び図２に示すサーミスタ素子２９と同様な構成とされた４つのサーミスタ素子を、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４として図示する。

また、図８及び図９では、第１のサーミスタ素子２９−１から第３のサーミスタ素子２９−３に向かう方向に、気流の風向が一致している場合を例に挙げる。
図９に示すＸ方向は、第１及び第３のサーミスタ素子２９−１，２９−３の配列方向であるとともに、気流の風向きを示している。また、図９に示すＹ方向は、第２及び第４のサーミスタ素子２９−２，２９−４の配列方向を示している。

図８及び図９を参照するに、第３の実施の形態に係る煙感知器８０は、第１の実施の形態の煙感知器１０を構成するサーミスタ素子２９に替えて、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４を設けるとともに、３対の導体２７，２８をさらに設けたこと以外は、第１の実施の形態の煙感知器１０と同様に構成されている。

４対の導体２７，２８は、平面視十字状に配置されている。４対の導体２７，２８は、その一方の端部が回路基板３１及び制御用電子部品３２と電気的に接続されている。
４対の導体２７，２８は、回路基板３１の下方に延在しており、ケース本体３５を貫通している。４対の導体２７，２８の他方の端部は、ケース本体３５の外部に配置されている。

第１のサーミスタ素子２９−１は、Ｘ方向に配置された２対の導体２７，２８のうち、一方の導体２７，２８の他方の端部間に配置されている。第２のサーミスタ素子２９−２は、Ｙ方向に配置された２対の導体２７，２８のうち、一方の導体２７，２８の他方の端部間に配置されている。

第３のサーミスタ素子２９−３は、Ｘ方向に配置された２対の導体２７，２８のうち、他方の導体２７，２８の他方の端部間に配置されている。第４のサーミスタ素子２９−４は、Ｙ方向に配置された２対の導体２７，２８のうち、他方の導体２７，２８の他方の端部間に配置されている。

これにより、第１及び第３のサーミスタ素子２９−１，２９−３は、Ｘ方向において、対向するように配置されている。また、第２及び第４のサーミスタ素子２９−２，２９−４は、Ｙ方向において、対向するように配置されている。
上記第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４は、例えば、隣り合う位置に配置されたサーミスタ素子の中心を直線で結ぶことで形成される多角形（この場合、四角形８２）の内側に、ケース本体３５の中心Ｃを収容するように配置するとよい（図９参照）。

このように、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４を配置させることにより、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４のうち、１つのサーミスタ素子のみを一定時間発熱させ、このときの他のサーミスタ素子の時間に対する温度変化に関するデータを取得し、発熱させたサーミスタ素子の時間に対する発熱温度のデータと、他のサーミスタ素子の時間に対する温度のデータと、発熱させたサーミスタ素子に対する他のサーミスタ素子の位置関係と、に基づいて、ケース１１の外側を流れる気流の風向きに依存することなく、気流の風向き及び風速を求めることができる。

図１０は、第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。図１１は、第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第２のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。
図１２は、第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第３のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。図１３は、第１のサーミスタ素子のみを発熱させた際の第４のサーミスタ素子の時間と発熱温度との関係を示すグラフである。
図１０〜図１３において、ｔ_１は第１のサーミスタ素子２９−１の発熱を開始させた時間（以下、「時間ｔ_１」という）、ｔ_２は第１のサーミスタ素子２９−１の発熱を停止させた時間（以下、「時間ｔ_２」という）、ｔ_３は第１のサーミスタ素子２９−１の発熱の影響を受けて、第３のサーミスタ素子２９−３が発熱を開始した時間（以下、「時間ｔ_３」という）をそれぞれ示している。なお、時間ｔ_３は、時間ｔ_１と時間ｔ_２との間に位置する時間である。

図１０に示す第１のサーミスタ素子２９−１の発熱温度とは、第１のサーミスタ素子２９−１が発熱開始する直前の第１のサーミスタ素子２９−１の温度を基準値として、該基準値を０としたときの発熱開始後の第１のサーミスタの温度を示している。
図１１に示す第２のサーミスタ素子２９−２の発熱温度とは、第１のサーミスタ素子２９−１が発熱開始する直前の第２のサーミスタ素子２９−２の温度を基準値として、該基準値を０としたときの第２のサーミスタ素子２９−２の温度である。
図１２に示す第３のサーミスタ素子２９−３の発熱温度とは、第１のサーミスタ素子２９−１が発熱開始する直前の第３のサーミスタ素子２９−３の温度を基準値として、該基準値を０としたときの第３のサーミスタ素子２９−３の温度である。
図１３に示す第４のサーミスタ素子２９−４の発熱温度とは、第１のサーミスタ素子２９−１が発熱開始する直前の第４のサーミスタ素子２９−４の温度を基準値として、該基準値を０としたときの第４のサーミスタ素子２９−４の温度である。

ここで、図８〜図１３を参照して、第３の実施の形態の煙感知器８０を用いた場合のケース１１の外側を流れる気流の風向きの求め方について説明する。

初めに、時間ｔ_１において、第１のサーミスタ素子２９−１のみを発熱させ、時間ｔ_２になった段階で第１のサーミスタ素子２９−１の発熱を停止させる。
このときの第１のサーミスタ素子２９−１の発熱温度の上限値は、例えば、５℃とすることができる。
図１２に示すように、第１のサーミスタ素子２９−１は、発熱することで、発熱温度が上昇する。ここで、図１１〜図１３に示す時間ｔ_１から時間ｔ_２の間の発熱温度を見ると、第２及び第４のサーミスタ素子２９−２，２９−４の発熱温度には変化がないが、第３のサーミスタ素子２９−３では、時間ｔ_１よりも遅れた時間ｔ_３から発熱を開始していることが分かる。また、第３のサーミスタ素子２９−３の発熱温度が描く曲線は、第１のサーミスタ素子２９−１の発熱温度が描く曲線のサイズを縮小したような形状であることが分かる。
なお、時間ｔ_１と時間ｔ_３との時間差（＝ｔ_１−ｔ_３）は、第１のサーミスタ素子２９−１と第３のサーミスタ素子２９−３との距離の差、及びケース１１の外側を流れる気流の速さに起因する時間差であると考えられる。
時間差（＝ｔ_１−ｔ_３）は、例えば、１秒程度となる。

また、図９を参照して、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４の位置関係を確認すると、第１及び第３のサーミスタ素子２９−１，２９−３がＸ方向に配置され、第２及び第４のサーミスタ素子２９−２，２９−４は、Ｘ方向に対して直交し、かつ第１のサーミスタ素子２９−１と第３のサーミスタ素子２９−３とを結ぶ直線から離間するＹ方向に配置されていることが分かる。

そして、制御用電子部品３２において、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４の発熱温度変化と、発熱させた第１のサーミスタ素子２９−１と発熱させていない第２ないし第４のサーミスタ素子２９−２〜２９−４との位置関係と、に基づいて、ケース１１の外側を流れる気流の風向きが求められる。

具体的には、図１０〜図１３に示す発熱温度変化の場合、第２及び第４のサーミスタ素子２９−２，２９−４の発熱温度に変化がなく、第３のサーミスタ素子２９−３の発熱温度が、第１のサーミスタ素子２９−１の発熱温度よりも低い温度で上昇していることから、ケース１１の外側を流れる気流の風向きは、第１のサーミスタ素子２９−１から第３のサーミスタ素子２９−３に向かう方向（図８及び図９に示す矢印方向）であると判定される。

なお、図１０〜図１３に示す発熱温度変化の場合、第１のサーミスタ素子２９−１のみを発熱させて、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４の発熱温度変化を取得することで、気流の風向きを特定できたが、気流の風向きによっては、第２ないし第４のサーミスタ素子２９−２〜２９−４のうちの少なくとも１つのサーミスタ素子を１つずつ発熱させて、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４の発熱温度変化を取得する必要がある。

第３の実施の形態の煙感知器によれば、ケース本体３５の外面の周方向に対して設けられた第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４により風速検知部を構成し、隣り合う位置に配置されたサーミスタ素子の中心を直線で結ぶことで形成される多角形（この場合、四角形８２）の内側に、ケース本体３５の中心を収容するように第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４を配置させることで、１つのサーミスタ素子のみを一定時間発熱させ、このときの他のサーミスタ素子の時間に対する温度変化に関するデータを取得し、発熱させたサーミスタ素子の時間に対する発熱温度のデータと、他のサーミスタ素子の時間に対する温度のデータと、発熱させたサーミスタ素子に対する他のサーミスタ素子の位置関係と、に基づいて、ケース１１の外側を流れる気流の風向きに依存することなく、気流の風向き及び風速を求めることができる。
また、気流の風向きが分かることで、煙感知器８０から見た火源の方向を推測することができる。

なお、第３の実施の形態では、図９に示すように、一例として、４つのサーミスタ素子で風速検知部を構成した場合を例に挙げて説明したが、風速検知部を構成するサーミスタ素子の数は、４つ以上であればよく、図９に示す数に限定されない。
また、風速検知部を構成するサーミスタ素子の数を増加させることで、取得される気流の風向きの精度を向上させることができる。

次に、図８に示す煙感知器８０を用いた第３の実施の形態の煙濃度推定方法について説明する。
煙感知器８０を用いた第３の実施の形態の煙濃度推定方法は、図４及び図５に示すＳ３の風速取得工程において、第１ないし第４のサーミスタ素子２９−１〜２９−４からなる風速検知部を用いて、ケース１１の外側を流れる気流の風速及び風向きを取得すること以外は、第１の実施の形態で説明した図４及び図５に示す煙濃度推定方法と同様な手法により行うことができる。

第３の実施の形態の煙濃度推定方法によれば、気流の風速及び風向きを考慮して推定された煙の濃度と、ケース１１の外側における実際の煙の濃度と、の差を小さくすることが可能となる。これにより、煙感知器８０が設置された領域での火災の感知を精度良く行うことができる。
また、気流の風向きが分かることで、煙感知器８０から見た火源の方向を推測することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０，７０，８０…煙感知器、１１…ケース、１３…端子盤、１４…回路基板支持部材、１４ａ…支持面、１５…底板部、１７…ラビリンス、１９…防虫網、２２…煙感知室、２４…煙濃度測定機構、２７，２８…導体、２９…サーミスタ素子、３１…回路基板、３１ａ…一面、３１ｂ…他面、３２…制御用電子部品、３３…発光部、３４…受光部、３５…ケース本体、３５Ａ…収容部、３６，４４…突出部、３８…煙流入口、４２…溝部、４４…突出部、４６…凹部、５１…発光部収容部、５３…受光部収容部、６１…記憶部、６２…制御部、７１…気圧検知素子、７３，８２…多角形、Ｃ…中心

Claims (4)

1. 自器の外側を流れる煙を含んだ空気が流入する煙感知室と、
   前記自器の外側を流れる気流の風速を検知する風速検知部と、
   前記風速検知部で検知した前記気流の風速に基づき、前記煙感知室内に流入した前記煙を含んだ空気の流入量を算出すると共に前記煙感知室内の煙の濃度を測定する煙濃度測定機構と、を備え、
   前記煙濃度測定機構は、前記算出した前記煙を含んだ空気の流入量、測定した前記煙感知室内の煙の濃度、及び前記煙感知室の容量に基づいて、前記自器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする煙感知器。
2. 前記煙濃度測定機構は、下記式（１）に基づいて、前記自器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の煙感知器。
   Ｄｏｕｔ（ｔ）＝（Ｖ／ｖ）・｛Ｄｉｎ（ｔ＋Δｔ）−Ｄｉｎ（ｔ）｝＋Ｄｉｎ（ｔ）
   ・・・（１）
   但し、上記式（１）において、Ｖは前記煙感知室の容量［ｍ^３］、ｖは前記煙感知室内に流入する前記煙を含んだ空気の流入量［ｍ^３］、Ｄｉｎ（ｔ）はある時刻ｔにおける前記煙感知室内における煙の濃度［ｍ^−１］、Ｄｏｕｔ（ｔ）はある時刻ｔでの前記自器の外側における推定された煙の濃度［ｍ^−１］、Δｔはある時刻ｔからの経過時間［ｓ］をそれぞれ示す。
3. 煙感知器の外側を流れる気流の風速に基づき、前記煙感知器内に設けられた煙感知室内に流入した煙を含んだ空気の流入量、前記煙感知室内の前記煙の濃度、および前記煙感知室の容量に基づいて、前記煙感知器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする煙濃度推定方法。
4. 下記式（２）に基づいて、前記煙感知器の外側における煙の濃度を推定することを特徴とする請求項３に記載の煙濃度推定方法。
   Ｄｏｕｔ（ｔ）＝（Ｖ／ｖ）・｛Ｄｉｎ（ｔ＋Δｔ）−Ｄｉｎ（ｔ）｝＋Ｄｉｎ（ｔ）
   ・・・（２）
   但し、上記式（２）において、Ｖは前記煙感知室の容量［ｍ^３］、ｖは前記煙感知室内に流入する前記煙を含んだ空気の流入量［ｍ^３］、Ｄｉｎ（ｔ）はある時刻ｔにおける前記煙感知室内における煙の濃度［ｍ^−１］、Ｄｏｕｔ（ｔ）はある時刻ｔでの前記煙感知器の外側における推定された煙の濃度［ｍ^−１］、Δｔはある時刻ｔからの経過時間［ｓ］をそれぞれ示す。

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