JP2542306B2 - 簡単な火災検出器 - Google Patents

簡単な火災検出器

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JP2542306B2 JP3507993A JP50799391A JP2542306B2 JP 2542306 B2 JP2542306 B2 JP 2542306B2 JP 3507993 A JP3507993 A JP 3507993A JP 50799391 A JP50799391 A JP 50799391A JP 2542306 B2 JP2542306 B2 JP 2542306B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、火災検出用の早期警告装置の分野に関する
ものであり、詳述すると、何らの可動部材も有さず且つ
火災の発生時における２酸化炭素濃度の変化速度および
濃度を火災の早期且つ迅速な検出用の手段として測定す
る小型の装置に関するものである。
［従来技術］ 「Rapid Fire Detector（迅速な火災検出器）」とい
う表題が付された本発明者による第１の関連特許出願が
本出願と同時に出願されている。以下でより詳細に議論
されるように、この第１の関連出願の発明は２重波長技
術を使用するが、本発明は単一波長技術を使用する。
「Gas Sample Chamber（ガス試料チャンバ）」という
表題が付された本発明者による第２の関連特許出願が本
出願と同時に出願されている。本発明はこの第２の関連
出願のサンプルチャンバを使用するけれども、本発明の
特許性は独立した基礎に基づく。
現在商業的に入手可能な火災検出器は、炎感知検出
器、熱検出器および煙検出器という３つの基本的な種別
に分類される。この分類は、炎、熱および煙という火災
状況のエネルギーおよび物質特性の３つの基本的な種別
に対応するよう企図されたものである。
炎を感知する検出器は、拡散炎燃焼過程により発生さ
れる光放射エネルギー、炎の変化の頻度なし周波数およ
び照射強度、に応答するよう設計される。可視域を越え
て4000Å以下の波長で動作する紫外線（UV）検出器およ
び7000Å以上の波長で動作する赤外線検出器の２つのタ
イプの炎検出器が通常使用されている。たいていの危険
領域に存在する多くの紫外光および赤外光放射源からの
誤り信号を阻止するために、検出器は、炎についてのゆ
らめき周波数帯域（５〜30Hz）内で周波数変化を有する
放射だけに応答するようプログラムされている。
炎検出器は通常は良好に作動し滅多に誤った警報を発
生しない。ところが、これらは、低コストで且つ大量使
用用途には適さない比較的複雑で且つ高価な火災検出器
である。その代わりに、これらは、航空機用フライトシ
ミュレータ、航空機の格納庫、原子炉制御室などの特に
高価値かつ無類の防護帯域で使用されることが多い。
熱検出器は、火災の熱エネルギー出力すなわち熱によ
り動作するよう設計される。この熱は層流状および乱流
状の対流により領域中に散逸される。後者は火災面上の
上昇する加熱空気およびガスの熱的な火炎流柱状効果に
より誘導され且つこれにより規制される。固定温度タイ
プおよび上昇速度型検出器タイプという２つの基本的な
熱検出器のタイプがある。固定温度タイプはさらにスポ
ットタイプとラインタイプとに分けられる。スポット型
検出器は比較的小さな固定機器を備え、熱感応性素子が
この固定機器内または検出器の局所位置に配置されてい
る。ライン型検出器では、熱感応性素子は、熱感応型ワ
イヤまたな管から成るラインに沿って配置される。ライ
ン検出器はスポット検出器がカバーできる領域よりも広
い危険領域をカバーできる。
固定温度の熱火災検出器が高い信頼性と安定性と保守
性とを与えるが、感度が低い。高度の空気流換気装置お
よび空調装置を有する現代の建築物では、固定温度検出
器の配置は困難な工学上の問題である。その結果、この
タイプの熱火災検出器は非常に特殊な応用分野を除き広
範に使用されていない。
上昇速度型検出器タイプの熱火災検出器は、比較的高
速燃焼型の火災が予想される場合に通常設置される。検
出器は、火炎流がチャンバ内の空気温度をある作動しき
い値を越える速度で上昇させるときに作動する。ところ
が、火災が非常に緩満に進展しそれゆえ温度上昇速度が
検出器の作動しきい値を決して越えなければ、検出器は
火災を検出し得ない。
熱火災検出器の最も最新型のものが、温度上昇速度な
らびに検出器の温度定格で企図されるある固定温度レベ
ルに感応する速度補償型検出器と呼ばれている。この二
元的方法の場合でさえも、熱火災検出器の有効動作にと
って最も重要な問題が危険領域および占有環境に対する
検出器の適正な配置である。その結果、このタイプの火
災検出器は一般家庭ではほとんど見かけられない。
今日、ごく普通の暮らしの中で使用する場合にはるか
に普及している火災検出器が煙検出器である。煙検出器
は可視および不可視の燃焼生成物に応答する。可視燃焼
生成物は主として消費されないカーボン粒子およびカー
ボン含有粒子から成り、不可視の燃焼生成物は約５ミク
ロンよりも小さい固体粒子、ガスおよびイオンからな
る。全ての煙検出器が、可視燃焼生成物に応答する光電
タイプと可視および不可視燃焼生成物の両方に応答する
電離タイプという２つの基本タイプに分類できる。
光電タイプはさらに１）投射ビームと２）反射ビーム
とに分けられる。投射ビーム型煙検出器は通常、船舶等
の貨物室やそのほかの防護空間から光電検出器へ向かう
一連のサンプル採取管を備える。空気サンプルが電気的
な排気ポンプによって管路系へ吸入せられる。光電検出
器は通常一方の端部に光源がそして他方の端部に光電セ
ルが装着された金属製の管路内に配置されている。この
タイプの検出器は光ビームの長さが原因で多少有効であ
る。目に見える煙が管路内に吸入されると、光電セルで
受け取られるビームは煙粒子によって遮光されるのでそ
の光強度が減ぜられる。減ぜられたレベルの光強度はフ
ォトセルの電気回路に非平衡状態を生じさせ警報装置を
賦活する。投射ビームまたは煙遮光検出器は最も確立さ
れたタイプの煙検出器のうちの一つである。これらの検
出器は、船舶等での使用に加えて、高価値の区画室また
はそのほかの貯蔵領域を防護するのに普通に使用されて
おり、物質が充満した領域やエアダクトについて煙検出
を行なう。
反射光ビーム煙検出器は非常に短いビーム長による利
益を有しており、スポットタイプの煙検出器への編入が
可能である。上述した投射ビーム煙検出器は、光ビーム
の長さが増大するに応じて感度が高まり、それゆえ、５
または10フィート長の光ビームが必要とされることが多
い。ところが、光電式煙検出器のうちの反射光ビームタ
イプのものはわずか２インチまたは３インチの長さの光
ビームで動作するように設計されている。反射ビーム可
視光型煙検出器が、光源と、光源に対して直角に装着さ
れた光電セルと、光源と向かい合って装着された光捕捉
手段とを備える。
電離タイプの煙検出器は、拡散炎燃焼によって生成さ
れる可視および不可視の粒子状物の両方を検出する。上
述したように、可視粒子状物は大きさが４ないし５ミク
ロンの範囲であるが、高密度状態で存在すれば、より小
さな粒子が煙霧として見える。電離検出器は大きさが1.
0ないし0.01ミクロンの粒子に対して最も有効に動作す
る。電離検出器には２つの基本的なタイプがある。第１
のタイプは、２個の電極間に形成される帯域である二極
電離される試料チャンバを有する。放射性のアルファ粒
子源もまたこの帯域に配置される。チャンバ内の空気中
の酸素および窒素分子は放射源からのアルァ粒子により
電離される。電離ペアは、電圧が印加されると、逆符号
の電極に向かって移動し、それゆえ、微細な電流が試料
チャンバを流れる。燃焼粒子がチャンバに装入するとこ
れら粒子自体がイオンへ付着する。燃焼粒子は大きな質
量を有するので、イオンの移動度が減少し、試料チャン
バを流れる電流の減少を招く。この電流の減少が検出器
のアラームを起動させる。
電離検出器の第２のタイプのものは、二極性サンプル
チャンバの替わりに一極電離されるサンプルチャンバを
有する。２つのタイプ間の唯一の違いはアルファ粒子源
へ露呈されるサンプルチャンバ内の帯域の場所である。
二極タイプの場合、チャンバ全体が露呈され正イオンお
よび負イオンの両方を生ずる（それゆえ二極性という名
前である）。一極タイプの場合は、正電極（アノード）
のすぐ近くの帯域だけがアルファ粒子源へ露呈される。
これは、電極間の電流に優勢な一種類のイオンだけを生
ずる（それゆえ一極性という名前である）。
一極性サンプルチャンバおよび二極性サンプルチャン
バは異なる原理の検出器設計を使用するけれども、それ
らは、両方とも、減ぜられた電流を発生させるそれゆえ
検出器を賦活させる燃焼生成物によって動作する。一般
に、一極性設計のものは、温度、圧力および湿度の変動
により誤り信号を招く電流の揺動が少なく、高いレベル
の感度および安定性を与える点で優れている。今日商業
的に入手可能な電離検出器のほとんどのものが一極性タ
イプのものである。
過去20年間、電離式煙検出器は火災検出器の市場で優
位を占めている。一つの理由が、他の２つの種別の火災
検出器、すなわち炎感知検出器および熱検出器は、電離
式煙検出器よりもかなり複雑で高コストであることであ
る。それゆえ、これらは主として特に高価値且つ無類の
防護帯域においてのみ使用されている。最近は、これら
の相当に高いコストが原因で、光電式煙検出器でさえも
電離式タイプのものよりも販売量で相当に遅れを取って
いる。電離タイプは一般に、廉価で、使用しやすく且つ
ちょうど一個の９ボルト電池で通年作動できる。今日、
火災検出器を取り付けている所帯のうち90パーセントを
越える所帯が電離式煙検出器を使用している。
それらの低コストで相当な保全不要性および購入者に
よる幅広い容認にも拘らず、この煙検出器は問題があり
且つ理想から遠くかけ離れている。電離式煙検出器が早
期警告用火災検出器として有効に動作する上で重大な欠
陥がある。率直にいうと、たいていの人々はこれらにつ
いて苦情をいわない。より優れた代替品が何らないから
である。
電離式煙検出器における最大の問題のうちの一つが、
それらの頻繁に起こる誤った警報動作である。その動作
原理の性質によって、実際の火災による煙以外のいずれ
のミクロンサイズの粒状物も警報を起動できる。熱い料
理用ストーブにより発生せられる調理場の油性粒子が一
つの典型例である。検出器近傍の物体および／または家
具の過剰なほこり払いが別の例である。頻繁に起こる誤
り警報はただ単に無害な迷惑というものではない。ある
人々は、このような不愉快な状況から逃避するために、
電池を一時的に除去することによって彼らの煙検出器を
実際に解除してしまう。この後者の状況は、これらの人
人が彼らの煙検出器を再度稼働させるのを忘れていると
きはとりわけ明らかに危険な状況であろう。
現行の電離式煙検出器についての別の重大な欠陥が、
人々に火災警報を出す際のその相当に緩慢な速度であ
る。この特定の欠陥に寄与するいくつかの要因がある。
第１の要因は、火災の発生に対するその応答時間に直接
影響を与える煙についての検出器の作動しきい値であ
る。明らかに、低い作動しきい値が迅速な火災検出器を
意味する。ところが、それはユーザーにとっては頻繁に
起こる不愉快な誤った警報動作をも意味する。第２の要
因は火災発生場所に関する検出器の特定の配置場所であ
る。煙は実際には、通常のガスとは異なり、ほとんどが
カーボンからなる複雑な煤状の分子から成る集合物であ
る。それは空気よりも非常に重くそれゆえ我々が日常経
験するガスよりも非常に緩慢に拡散する。それゆえ、も
し検出器がたまたま火災場所からいくらか離れたところ
にあれば、十分な煙が検出器のサンプル採取チャンバに
入り警報を鳴らすまでに多少時間がかかる。第３の要因
は、火災それ自身の性質または種別である。通常は煙は
火災を伴っているけれども、発生量は火災を起こした物
質の組成に応じて有意に変化する。たとえば、エチルア
ルコールやアセトンなどの酸素添加燃料は、それらが誘
導される炭化水素よりも少ない煙を与える。こうして自
由燃焼条件のもとでは、木材やポリメチルメタクリレー
トなどの酸素添加燃料は、ポリエチレンやポリスチレン
などの炭化水素重合体よりも相当に少ない煙を与える。
実際、少数の混じりけのない燃料、すなわち一酸化炭
素、ホルムアルデヒド、メタアルデヒド、ギ酸およびメ
チルアルコールが明るくない炎を伴って燃焼し、煙をほ
とんど発生しない。
今日の電離式煙検出器のさらに別の欠点が我々の環境
の汚染を担うことである。電離式煙検出器はアルファ粒
子源として放射性物質（Co60）を使用する。人は、それ
ぞれの電離式煙検出器で現在見出される放射性物質の量
は非常に少量（おそらくわずか数十ミリグラム）である
と主張するけれども、作動状態の装置の数は優に毎年数
千万個に達する。したがって、このタイプの煙検出器の
連続使用は、大量の所望されない核廃棄物の蓄積による
長期間にわたる重大な影響をもたらす。Co60の半減期は
1000年をはるかに越えるので、潜在的な危険性は無限さ
れるべきではない。
最後に、これら低コストの電離式煙検出器を使用する
ときに取り扱わなければならないいくつかの小さな問題
がある。これらには、毎年一回その電池を交換しなけれ
ばならないことの手間と費用または電力の不足により働
かない装置を所有するという危険を冒すことが含まれ
る。さらに、現在商業的に中手可能な電離式煙検出器は
聴力に障害がある人々にとって望ましい目視可能な警報
器がまれにしか装着されていない。
上述の説明に基づき、迅速で信頼性がありそして無放
射性且つ保全が不要な火災検出器が今日の不完全な火災
検出器の分野で最も喜んで受け入れられるものとなろ
う。
1988年４月19日発行のThatcher（サッチャー）による
米国特許第４、738、266号は、周囲の空気中の２酸化炭
素濃度の変化を感知する装置を開示する。この装置は一
定温度で動作される無調整の広帯域赤外線源と単一の帯
域幅フィルタとを使用する。本発明とは対照的に、サッ
チャーの装置には、光学装置の表面への塵埃粒子の徐々
に増えていく蓄積または構成要素の漸進的な劣化により
生ずる誤った警報動作を回避するための設備がない。明
らかにこれらの因子は火災検出器にとって重大である。
これらの因子と２酸化炭素測定との混同を回避するとい
う本発明の能力は本発明とサッターのそれとの間の相違
の重要性を示す。
1987年３月10日発行のRaimer（ライマー）による米国
特許第４、648、396号は、個々の吸入ガス流および吐出
ガス流間の２酸化炭素量の差を監視する装置を開示す
る。この装置は、検出器に入射する放射のレベルを、窓
の曇りや温度によって誘導される構成要素のドリフトな
どに拘らず一定に維持するのにフィードバックループが
使用されることを除きサッチャー特許に開示の装置と類
似している。検出された信号の微係数が検査され、２酸
化炭素測定における誤りの源としての雑音を除外する。
他の複数の特許が本発明と共通の一つまたはそれ以上
の特徴を開示するが、この種別の特許は全て、火災検出
器での使用には不適当と考えられる可動部品（典型的に
は回転するフィルタ用ホイール）またはそのほかの構成
要素を使用する。これらの特許にはBienらによる米国特
許第４、785、184号、Nelsonらによる米国特許第４、87
4、572号、Talbotらによる米国特許第４、587、427号が
含まれる。
［発明の概要］ 本発明の主たる目的は現在の電離式煙検出器で見出さ
れるアルファ粒子源のような放射性物質を使用せず、信
頼性があり且つ低コストの火災検出器を提供することで
ある。本発明は何らの可動部品も使用しない。
本発明の別の主たる目的は、迅速であり且つ誤警報が
なく例外なしに火災発生に応答する全体的に新規な早期
火災検出方法を提供することである。
火災がプロセスとして多くの形態を取り得ることが長
い間知られているが、これらは全て空気からの酸素と可
燃種との間の化学反応を含む。換言すれば、火災の発生
は必然的に酸化プロセスである。それは始めに酸素の消
費を必ず含むからである。それゆえ、火災発生を検出す
る最も有効な方法は、酸化プロセスの最少生成物を探索
し且つこれを検出することである。いくつかの非常に特
殊な化学薬品火災（すなわち普通に見掛ける炭化水素以
外の化学薬品を含む火災）を除き、継続する火災の化学
反応すなわち燃焼に不可避的に含まれる３つの化合物
（２酸化炭素、１酸化炭素および水蒸気）と３つの基本
要素（すなわち炭素、酸素および水素）とがある。
火災の発生時に発生せられる３つの流出ガスのうち、
２酸化炭素が火災検出器による検出にとって最も良好な
候補である。水蒸気は、その凝縮を招くいずれの利用可
能な面でも容易に凝縮しやすく、環境に応じてその濃度
が相当に揺動するので、測定するのが非常に困難なガス
だからである。他方、１酸化炭素は、特に火災の開始時
に、２酸化炭素よりも少ない量で必ず発生される。火災
の温度が600℃またはそれ以上に達するときだけ、多く
の１酸化炭素が２酸化炭素および炭素を犠牲にして発生
される。このときでさえも、過去の火災状況の種々の研
究によって２酸化炭素が１酸化炭素よりも多く発生され
る。火災の開始直後に豊富に発生されるのに加えて、２
酸化炭素は非常に安定なガスである。その濃度は、現在
非常に進歩している非分散形赤外分析（NDIR）技術を使
用して正確で容易に測定できる。〜200ppm（〜0.02％）
までの平均の周囲二酸化炭素濃度は、２酸化炭素センサ
がこの種の良好な感度を有するよう設計されているかぎ
り火災によって誘導される追加量の検出を妨げない。
火災の発生を検出するのに煙検出器ではなく２酸化炭
素検出器を使用する際の別の非常に意味のある利益がこ
れら異なる種別の相対的な移動速度である。煙の発生
は、熱分解の際に、ほとんどがカーボンから成る煤状の
分子集合物となる複雑の可燃性のタール状物質の形成を
招く不完全燃焼の直接的な結果である。それゆえ、煙は
２酸化炭素よりも非常に重く、それゆえ、雰囲気中を緩
慢に拡散しやすい。それゆえ、もし煙検出器と２酸化炭
素検出器とを火からある距離のところに並んで配置され
れば、２酸化炭素検出器は、主として２酸化炭素ガスの
大きな移動速度が原因で、早い警報を与える。
こうして、２酸化炭素検出器が従来の煙検出器に優る
一定の性能上の利益を有するであろう。しかし、本発明
がなされるまで、コスト、感度および信頼性の点で煙検
出器と匹敵するであろう２酸化炭素検出器を製造するこ
とは不可能である考えられていた。以下の議論は、本発
明の２酸化炭素検出器が実際にコスト、感度および信頼
性の点で匹敵し且つ早い警告時間および誤り警報からの
開放の点で優れていることを立証する。
本発明によれば、電気的にパルス作動される擬似黒体
源からの放射がガスサンプルチャンバを通じて通過帯域
が２酸化炭素の強い吸収帯に配置された単一パスバンド
フィルタが装着された検出器へ導入される。好ましい実
施例では、4.26ミクロンの吸収帯が使用される。
検出器は、それに降り注ぐ放射の強度に関連した電気
信号を発生する。この信号は、火災の発生にしたがって
サンプルチャンバ内の２酸化炭素の濃度が増大するに応
じて減少する。この信号に応答する電気回路が２酸化炭
素の濃度および濃度の変化速度を表す信号を発生する。
これらの信号はプリセットされたしきい値レベルと比較
されそして警報が組込基準にしたがって発生される。
上述の第１の関連の特許出願の迅速な火災検出器では
サンプルチャンバは周囲空気と直接連通していた。これ
はサンプルチャンバへの２酸化炭素の迅速な拡散を可能
にするのに必要であると考えられた。残念なことに、そ
れは、煙、塵埃、水分または油の粒子もまたサンプルチ
ャンバに流入し得、それら自身が光学的な構成要素に被
着し、それゆえ検出器により発生される信号を減少させ
る可能性をも発生させる。もし何らかの予防手段が講じ
られなければ、装置はこの信号の減少を吸収によって生
じたものと解釈し誤った警報を発生するであろう。
この可能性を回避するために、第１の関連の特許出願
の迅速火災検出器は、（4.26ミクロンの吸収帯に加え
て）サンプルチャンバ内の空気中に存在するいずれのガ
スも吸収しない別の（第２の）波長（たとえば、2.20ミ
クロン）の放射を使用する２重波長技術を採用した。こ
の第２の基準チャンネルでの信号のいずれの減少も吸収
に起因せられない、それゆえ、光学部品上の塵埃などの
両方のチャンネルに共通の何らかの因子に起因せられる
ものでなければならないであろう。この推論は、2.20ミ
クロンチャンネルでの信号に対して4.26ミクロンチャン
ネルでの信号の比を計算する、すなわち、4.26ミクロン
のチャンネルの信号の正規化を行なう、ことにより実施
された。
この方法は確かに確実であるが、ひどく保守的であ
る。その主たる不利益が２重パス式バンドフィルターの
コストならびに信号を処理するのに必要とされるマイク
ロプロセッサのコストである。
本発明は、単一パスバンドフィルタの置換および任意
の簡単な信号処理回路の使用を可能にする。
本発明は、火災検出器を包囲する空気からサンプルチ
ャンバへ向かうパスに粒子用のフィルタを配置し、全て
の粒子が光学部品のあるサンプルチャンバに到達するま
でに取り除かれる。したがって本発明において重要なこ
とは、煙、塵埃、水分および油の粒子がサンプルチャン
バに入らず、それらの存在について電気的に補償しない
ことである。
所望されない粒子は大きさが約5.0ミクロン以下で約
0.01ミクロン程度の範囲である。簡単なメッシュは十分
きめ細かいという程には程遠いであろうし、高品質のフ
ィルタはおそらく非常にコストがかかるであろう。この
ジレンマは、シリコーンゴムのシートが２酸化炭素ガス
を驚くべきほど透過しうるというよく立証されている事
実を想起した本発明者により解決された。この効果は、
医療の分野における人工心肺に資するのに使用され、
“Silicone Rubber as a Selective Barrier（選択性障
壁としてのシリコーンゴム）”という標題が付され、In
d.Engr.Chem.、Vol.49、p.1685−1686（1957年）に所収
の記事でK.Kammermeyerにより最初に叙述された。
火災検出器の設計へのこの深遠な知識の応用が、非常
に多くの家庭で現在使用されている煙検出器よりも早い
警告を与えることのできる非常に廉価な火災検出器の可
能性を切り開く鍵であった。
シリコーンゴムのメンブレンは、煙、塵埃、水分およ
び油の所望されない粒子を透過させないが、２酸化炭素
ガスの分子を容易に透過させる。基準チャンネルに対す
る必要性はなくなり、それゆえ費用のかかる２重パスバ
ンドフィルタは廉価は単一パスバンドフィルタと置き換
えることができる。電子回路は簡単化されさらにコスト
の低減を生じさせる。
結果（本発明）は、従来の煙検出器とコスト的に非常
に競争力があり、何らの放射能物質も使用しない火災検
出器である。それは誤警報の少ない早期警報動作を与
え、１年ごとに数千万の人々および数百万ドルの財産の
節約の可能性を有する。
この優れた機器の詳細な説明が、本発明の２つの可能
な実施例を図示するよう企図される添付図面を参照しつ
つ以下で与えられる。明かに他の実施例が可能であり、
これらもまた本発明の技術思想内に包含される。
［図面の簡単な説明］ 第１図は、本発明の火災検出器の第１の好ましい実施
例を図示する一部を破砕した拡大斜視図である。
第２図は第１図に図示の実施例の側方断面図である。
第３図は、本発明の火災検出器の第２の好ましい実施
例を図示する一部を破砕した拡大斜視図である。
第４図は第３図に図示の実施例の側方断面図である。
第５図は両方の好ましい実施例に共通の電子回路を図
示するブロック図である。
［実施例］ 機械的な見地からみると、火災検出器の３つの主要部
分が、電子装置室42、電子装置室42へ装着されたサンプ
ルチャンバ44および第２図および第４図に図示されるよ
うにサンプルチャンバ44を包囲し且つ電子装置室42へ装
着されたハウジング46である。
電子装置室42は、電子回路と可聴警報だけでなく視認
警報用の警報回路と一例として装置を賦活する電池をと
を含む第５図に図示の回路を備える。
本出願と同日に出願されそして「ガスサンプルチャン
バ」という標題が付された本発明者の関連特許出願でよ
り完全に開示されているように、サンプルチャンバ44は
好ましい実施例において２つの同様の半体50、52からな
る。半体は、最終的にフィルタ24および検出器26へ導か
れる迂回通路（すなわち遠回りの通路）上をソース12に
より放出された放射を導く延在通路20を画定する部分を
含む。複数の通路のなかで通路30が代表して延在通路20
内の空間とサンプルチャンバ44のすぐ周囲を取り囲む空
間とを接続している。複数の通路30は２酸化炭素ガスが
延在通路20へ拡散して、ここで２酸化炭素が放射をいく
らか吸収し、それにより検出器26に到達する放射の量が
減少する。吸収量は延在通路20の２酸化炭素の濃度に関
係する。
好ましい実施例において、ソース（放射源）12は電流
によって加熱され且つ黒体源のスペクトルと近似する放
射スペクトルを放出する小型の導体である。好ましい実
施例において、ソース12は0.5秒間隔でターンオンおよ
びターンオフされる、すなわちそれは1.0ヘルツの周波
数で変化せられる。
本発明の一例において、ソース12はレーザダイオード
である。
好ましい実施例によれば、ソース12は4.26ミクロンの
２酸化炭素の吸収帯の放射を放出する。フィルタ24は検
出器26に到達する放射を同様の波長帯に制限するのに供
される。もしソース12が半導体レーザであれば、フィル
タ24は使用されない。
ハウジング46は、プラスチックからモールド成形可能
なまたはシート材料から形成可能な中空の箱状の部品で
ある。
ハウジング46は、アパーチャ48が代表する複数のアパ
ーチャを備えている。
本発明によれば第１図および第２図の実施例において
アパーチャ48はメンブレン60を支持するマトリックスな
いし母材62により被われている。メンブレン60はシリコ
ーンゴムから作られそしてマトリックスは、ガラスファ
イバや女性用のナイロン靴下の材料などの非常に透過性
の織物の薄い層からなる。２酸化炭素ガスに対するシリ
コーンゴムの透過性は確固として立証されているけれど
も、本発明は、２酸化炭素に対して透過性であるが煙、
塵埃、水分および油の粒子に対して非透過性のままにと
どまる他のメンブレンをも包含する。例えば0.01ミクロ
ン程度の粒子は通さないが空気を通すことができるよう
にするために空気清浄用のフィルタが容易に入手でき
る。
第３図および第４図は、第１の好ましい実施例とは透
過層60の場所だけが異なる第２の実施例を図示する。こ
の第２の実施例においては、透過層60はハウジング46に
ではなく、サンプルチャンバ44に装着される。透過層は
サンプルチャンバ44の通路30を被覆する。複数の通路30
は、それにより延在通路20へのアクセスが得られる唯一
のパスゆえ、煙、塵埃、水分および油の所望されない粒
子は延在通路20の中に入らないが、２酸化炭素は透過層
および通路30を通じての拡散によって延在通路20に到達
できることになる。この第２の実施例において、ハウジ
ング46には、周囲の空気がハウジングとサンプルチャン
バとの間の空間と連通できるようにするアパーチャ（開
口）48が提供される。
第５図は電子装置室42に配置される構成要素を図示す
る。
電子回路66はライン68に時間が定められた電流パルス
を発生しソース12をドライブする。ソースは延在通路2
0、フィルタ24を伝搬しそして検出器26に入射する放射
を放出する。検出器26は、それに入射する放射の強度を
表わす電気信号をライン70に発生する。こうしてライン
70に発生された信号は電子回路66に印加される。
好ましい実施例において、交流回路が使用されそして
これに対応してソース12は1.0ヘルツのオーダーの割合
でパルス作動される。
他の実施例においては、直流回路が使用され、それゆ
えソース12は連続作動させられる。
何らの火災もない場合は、ソース12へ印加される電流
パルスの一定振幅（大きさ）は、ライン70に一定振幅の
一連のパルスを生ずる。検出器26に入射するバックグラ
ンド放射は安定しており、それゆえ交流回路により除去
されるライン70上の直流成分を発生する。もし火災が発
生すれば、延在通路中の２酸化炭素の濃度は上昇し、そ
して２酸化炭素はソース12により放出された放射をいく
ぶん吸収するので、ライン70上の信号の振幅が減少す
る。２酸化炭素ガスのある濃度レベルから生ずる減少量
は、制御された条件の下で機器を較正することにより確
立できる。こうして、２酸化炭素の濃度はライン70の信
号の振幅の減少と関係付けられる。電子回路66は第２酸
化炭素の濃度を表示する信号をライン72上に発生する。
電子回路は２酸化炭素の濃度の変化速度に関係付けられ
る信号をもライン74上に発生する。ライン72および74上
の信号は警報回路76に印加される。この回路はポテンシ
ョメータ78からの濃度のしきいレベルとポテンショメー
タ80からの濃度の変化速度についてのしきいレベルをも
受容する。警報回路76は２酸化炭素の濃度とポテンショ
メータ78で設定されるしきいレベルとを比較し且つライ
ン74の信号により表わされる濃度の変化速度とポテンシ
ョメータ80で予め設定されている速度しきい値とを比較
する。
この点で、いくつかの選択の自由が得られる。好まし
い実施例において、警報動作が起動される前に濃度およ
びその変化速度の両方がそれぞれのしきいレベルを越え
なければならないことを要求することにより、誤り警報
ができるだけ最小限にされる。別の実施例においては、
濃度または濃度変化速度のいずれかがそのしきい値を越
えれば、警報動作が起動される。このモードは必然的に
迅速であるが、多数回の誤り警報を発生する可能性があ
る。さらに別の実施例においては、濃度とその変化速度
との一次結合を形成しそして一次結合があるしきい値を
越えるときに警報動作を起動することにより、応答時間
と誤り警報との間の妥協が実現される。
好ましい実施例において、警報動作が起動されるとき
電気が可聴警報発生器82および視認警報発生器84の両方
に与えられる。
火災検出器の較正は、意味のある増大であると考えら
れる、すなわち火災発生時に予想される大きさの、ある
濃度の２酸化炭素を含む特別の雰囲気中に検出器を配置
しそして警報が発せられるまでポテンショメータ78を調
整してしきいレベルを徐々に低下させることにより達成
できる。
これと同様に、濃度の変化速度についての較正は、理
論的に、増大する２酸化炭素濃度を電子回路的に模擬実
験し、電子回路66がライン74に速度信号を発生するよう
にし、そして警報が発せられるまでポテンショメータ80
を調整して速度しきい値を徐々に低下させることにより
達成される。
火災検出器を較正するこれらの技術は、火災検出器の
動作は濃度またはその変化速度の絶対測定を必要とせず
首尾一貫した態様でこれらの量に関係付けられる信号だ
けを必要とするという事実を利用するものである。
こうして、普通に使用されている煙検出器よりも早期
の警報動作を提供する極めて簡単且つ廉価な火災検出器
が開示された。その動作は煙に対してではなく、火災に
付随する２酸化炭素の増加に関係付けられているからで
ある。
［工業上の応用性］ 上述の簡単な火災検出器は、その早期警報の能力およ
びその誤り警報のなさが非常に貴重であろう倉庫を含む
産業上の建築物に設置できる。

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】火災により発生される周囲空気中の２酸化
    炭素の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災
    検出装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるそして前記周囲空気と連通する通路を
    有するサンプルチャンバであって、当該サンプルチャン
    バは、チャンバを通ずる放射用の迂回通路を形成する手
    段を備えており、前記放出源は迂回通路の一方の端部に
    配置されておりそして前記検出器は迂回通路の他方の端
    部に配置されており、さらに、２酸化炭素ガスに対して
    透過性であり、前記サンプルチャンバの通路を被い、
    煙、塵埃、油および水分を当該サンプルチャンバに入れ
    ないが周囲空気中の２酸化炭素が当該サンプルチャンバ
    内に入ることができるメンブレンを備えているサンプル
    チャンバと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度の変化速度を表示する信号を
    発生する電気回路手段と、 当該電気回路手段に接続されておりそして２酸化炭素の
    濃度の変化速度を表示する信号に応答し、プリセットの
    基準に従ってアラームを発生するアラーム手段との組合
    せからなる火炎検出装置。
  2. 【請求項２】前記プリセット基準は、濃度の変化速度を
    表示する信号がプリセットのしきいレベルを越えること
    である請求項１の火災検出装置。
  3. 【請求項３】火災により発生される周囲空気中の２酸化
    炭素の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災
    検出装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるそして前記周囲空気と連通する通路を
    有するサンプルチャンバであって、当該サンプルチャン
    バは、チャンバを通ずる放射用の迂回通路を形成する手
    段を備えており、前記放出源は迂回通路の一方の端部に
    配置されておりそして前記検出器は迂回通路の他方の端
    部に配置されており、さらに、２酸化炭素ガスに対して
    透過性であり、前記サンプルチャンバの通路を被い、
    煙、塵埃、油および水分を当該サンプルチャンバに入れ
    ないが周囲空気中の２酸化炭素が当該サンプルチャンバ
    内に入ることができるメンブレンを備えているサンプル
    チャンバと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度を表示する信号を発生する電
    気回路手段と、 当該電気回路手段に接続されておりそして２酸化炭素の
    濃度を表示する信号に応答し、プリセットの基準に従っ
    てアラームを発生するアラーム手段との組合せからなる
    火炎検出装置。
  4. 【請求項４】前記プリセット基準は、２酸化炭素の濃度
    を表示する信号がプリセットのしきいレベルを越えるこ
    とである請求項３の火災検出装置。
  5. 【請求項５】火災により発生される周囲空気中の２酸化
    炭素の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災
    検出装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるそして前記周囲空気と連通する通路を
    有するサンプルチャンバであって、当該サンプルチャン
    バは、チャンバを通ずる放射用の迂回通路を形成する手
    段を備えており、前記放出源は迂回通路の一方の端部に
    配置されておりそして前記検出器は迂回通路の他方の端
    部に配置されており、さらに、２酸化炭素ガスに対して
    透過性であり、前記サンプルチャンバの通路を被い、
    煙、塵埃、油および水分を当該サンプルチャンバに入れ
    ないが周囲空気中の２酸化炭素が当該サンプルチャンバ
    内に入ることができるメンブレンを備えているサンプル
    チャンバと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度の表示する第１の信号と前記
    サンプルチャンバ中の２酸化炭素の濃度の変化速度を表
    示する第２の信号とを発生する電気回路手段との組合せ
    からなる火災検出装置。
  6. 【請求項６】前記電気回路手段に接続されておりそして
    前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、当該
    第１の信号および第２の信号の両方がそれらのプリセッ
    トしきい値を越えるときだけアラーム信号を発生するア
    ラーム手段を備えた請求項５の火災検出装置。
  7. 【請求項７】前記電気回路手段に接続されておりそして
    前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、前記
    第１の信号または前記第２の信号のいずれかがそのプリ
    セットしきい値を越えるときアラーム信号を発生するア
    ラーム手段を備えた請求項５の火災検出装置。
  8. 【請求項８】前記電気回路手段に接続されておりそして
    前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、前記
    第１の信号および前記第２の信号の一次結合である組み
    合わされた信号を発生して組合せ信号がプリセットしき
    い値を越えるときアラーム信号を発生するアラーム手段
    を備えた請求項５の火災検出装置。
  9. 【請求項９】火災により発生される空気中の２酸化炭素
    の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災検出
    装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるサンプルチャンバであって当該サンプ
    ルチャンバを囲包する空気と連通する通路を有してお
    り、当該サンプルチャンバは、チャンバを通ずる放射用
    の迂回通路を形成する手段を備えており、前記放出源は
    迂回通路の一方の端部に配置されておりそして前記検出
    器は迂回通路の他方の端部に配置されたサンプルチャン
    バと、 アパーチャを有し且つ前記サンプルチャンバを包囲する
    ハウジングであって、当該サンプルチャンバが当該ハウ
    ジングを包囲する空気と連通できる唯一の手段が当該ア
    パーチャを介してのものであるハウジングと、 ２酸化炭素ガスに対して透過性であり、前記ハウジング
    のアパーチャを被い、煙、塵埃、油および水分を当該ハ
    ウジング内の空間に入れないが２酸化炭素がアパーチャ
    と通路とを経て、前記サンプルチャンバ内に入ることが
    できるメンブレンと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度の変化速度を表示する信号を
    発生する電気回路手段と、 当該電気回路手段に接続されておりそして２酸化炭素の
    濃度の変化速度を表示する信号に応答し、プリセット基
    準に従ってアラームを発生するアラーム手段との組合せ
    からなる火災検出装置。
  10. 【請求項１０】前記プリセット基準は、濃度の変化速度
    を表示する信号がプリセットのしきいレベルを越えるこ
    とである請求項９の火災検出装置。
  11. 【請求項１１】火災により発生される空気中の２酸化炭
    素の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災検
    出装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるサンプルチャンバであって当該サンプ
    ルチャンバを囲包する空気と連通する通路を有してお
    り、当該サンプルチャンバは、チャンバを通ずる放射用
    の迂回通路を形成する手段を備えており、前記放出源は
    迂回通路の一方の端部に配置されておりそして前記検出
    器は迂回通路の他方の端部に配置されたサンプルチャン
    バと、 アパーチャを有し且つ前記サンプルチャンバを包囲する
    ハウジングであって、当該サンプルチャンバが当該ハウ
    ジングを包囲する空気と連通できる唯一の手段が当該ア
    パーチャを介してのものであるハウジングと、 ２酸化炭素ガスに対して透過性であり、前記ハウジング
    のアパーチャを被い、煙、塵埃、油および水分を当該ハ
    ウジング内の空間に入れないが２酸化炭素がアパーチャ
    と通路とを経て、前記サンプルチャンバ内に入ることが
    できるメンブレンと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度を表示する信号を発生する電
    気回路手段と、 当該電気回路手段に接続されておりそして２酸化炭素の
    濃度を表示する信号に応答し、プリセット基準に従って
    アラームを発生するアラーム手段との組合せからなる火
    災検出装置。
  12. 【請求項１２】前記プリセット基準は、２酸化炭素の濃
    度を表示する信号がプリセットのしきいレベルを越える
    ことである請求項11の火災検出装置。
  13. 【請求項１３】火災により発生される空気中の２酸化炭
    素の増加を感知する、何らの可動部品も有さない火災検
    出装置において、 ２酸化炭素の吸収帯と一致する波長を有する放射を放出
    することのできる放出源と、 入射する放射に応答して電気信号を発生する検出器と、 空気を入れられるサンプルチャンバであって当該サンプ
    ルチャンバを囲包する空気と連通する通路を有ており、
    当該サンプルチャンバは、チャンバを通ずる放射用の迂
    回通路を形成する手段を備えており、前記放出源は迂回
    通路の一方の端部に配置されておりそして前記検出器は
    迂回通路の他方の端部に配置されたサンプルチャンバ
    と、 アパーチャを有し且つ前記サンプルチャンバを包囲する
    ハウジングであって、当該サンプルチャンバが当該ハウ
    ジングを包囲する空気と連通できる唯一の手段が当該ア
    パーチャを介してのものであるハウジングと、 ２酸化炭素ガスに対して透過性であり、前記ハウジング
    のアパーチャを被い、煙、塵埃、油および水分を当該ハ
    ウジング内の空間に入れないが２酸化炭素がアパーチャ
    と通路とを経て、前記サンプルチャンバ内に入ることが
    できるメンブレンと、 前記検出器へ電気的に接続されておりそして当該検出器
    により発生される電気信号に応答して前記サンプルチャ
    ンバ中の２酸化炭素の濃度を表示する第１の信号と前記
    サンプルチャンバ中の２酸化炭素の濃度の変化速度を表
    示する第２の信号とを発生する電気回路手段との組合せ
    から成る火災検出装置。
  14. 【請求項１４】前記電気回路手段に接続されておりそし
    て前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、当
    該第１の信号および第２の信号の両方がそれらのプリセ
    ットしきい値を越えるときだけアラーム信号を発生する
    アラーム手段を備えた請求項13の火災検出装置。
  15. 【請求項１５】前記電気回路手段に接続されておりそし
    て前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、前
    記第１の信号または前記第２の信号のいずれかがそのプ
    リセットしきい値を越えるときアラーム信号を発生する
    アラーム手段を備えた請求項13の火災検出装置。
  16. 【請求項１６】前記電気回路手段に接続されておりそし
    て前記第１の信号および前記第２の信号に応答して、前
    記第１の信号および前記第２の信号の一次結合である組
    み合わされた信号を発生して組合せ信号がプリセットし
    きい値を越えるときアラーム信号を発生するアラーム手
    段を備えた請求項13の火災検出装置。
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