JP3938780B2 - 散乱光式煙感知器 - Google Patents

Description

本発明は、外部から流入した検煙空間内の煙粒子による光の散乱光を受光して火災を検出する散乱光式煙感知器に関する。

従来、この種の散乱光式煙感知器としては例えば図４のものがある。図４（Ａ）において、感知器本体１００の下部にカバー１０２が装着され、その内部に煙が流入する検煙空間１０３を形成している。検煙空間１０３内の感知器本体１００側にはホルダー１０４が装着され、ホルダー１０４には開口１１０，１１２を介して発光部１０６と受光部１０８が収納される。

この構造にあっては、図４（Ｂ）に示すように、発光部１０６は光軸１１４の方向に光を出し、流入した煙に光が当たることによる散乱光を光軸１１６の方向から受光部１０８で受光している。

ここで発光部１０６と受光部１０８は、感知器における仮想的な水平面上で光軸１１０，１１６が斜めに交差するように配置し、光軸交点１１８の散乱角θを所定の角度に設定している。ここで、散乱角θに対する補角となる光軸の交差角δを構成角と呼び、θ＝１８０°−δの関係にある。

更に間に二枚の遮光板１２０，１２２を配置し、遮光板１２０で受光部１０８に向かう直接光を遮り、次の遮光板１２２で手前の遮光板１２０の先端に当たった光の反射光を遮るための光トラップを形成している。

尚、この従来構造にあっては、図４（Ａ）のように、発光部１０６と受光部１０８の光軸を３°〜５°程度下向きにして光軸交点が検煙空間１０３の上部面に近づきすぎないように調整している。
特開平０２−１８７８９６号公報 実願昭第５３−１０６０７３号（実開昭５５−０２５２０１号）のマイクロフィルム 特開平０７−０７２０７３号公報

しかしながら、このような従来の散乱光式煙感知器の構造にあっては、感知器内部の煙が流入する検煙空間１０３に発光部１０６、受光部１０８、遮光板１２０，１２２等が突出しており、外部からの煙の流入に方向性を持つ可能性が高いという不具合がある。

そこで検煙空間１０３への煙流入に方向性を持たないようにするため、例えば図５のような散乱光式煙感知器が知られている。

図５において、感知器本体２００の下部にカバー２０２が装着され、その内部に煙が流入する検煙空間２０３を形成している。検煙空間２０３内の感知器本体２００側にはホルダー２０４が装着され、ホルダー２０４には開口２１０，２１２を介して発光部２０６と受光部２０８が埋め込まれ、検煙空間２０３に飛び出すことのない構造となっており、煙の流入特性に方向性が無い構造をとっている。

発光部２０６は光軸２１４の方向に光を出し、流入した煙に光が当たることによる散乱光を光軸２１６の方向に設置された受光部２０８で受光する。このため感知器内の仮想的な鉛直面に、発光部２０６と受光部２０８を対向しないように光軸２１４，２１６を斜め下向きに配置し、光軸交点２１８の散乱角θを所定の角度に設定している。なお、構成角δは、θ＝１８０°−δの関係にある。

一方で、火災による煙の種類は燃焼する材料等により、煙の粒子径は比較的大きなものから小さなものまで様々である。このため、様々な粒子径の煙に対し、極力感度に差のないようにすることがひとつの課題とされている。

煙粒子径に対し、感度差の少ない散乱角θは６０〜９０°程度（構成角δでは９０〜１２０°）であることが知られている（特開平７−７２０７３号等）。

しかし、図５の従来構造にあっては、煙粒子径に対する感度差を少なくするために散乱角θを例えば６０°というように大きくすると、ホルダー２０４の設置面に対し光軸交点２１８'のように下にさがり、その分、感知器の高さを大きくしなければならず、さらに天井面からの反射光の影響を避けるため感知器（検煙部）を薄型化できないために、鉛直面上で散乱角θを６０〜９０°といった適切な角度範囲とすることができない。

この場合、散乱角を６０〜９０°とするために発光部２０６と受光部２０８の間隔を狭くすれば、薄型化が可能であるが、この場合、受光部に対する電気的な誘導や直接の漏れ光の影響の問題が発生する。すなわち発光部と受光部は極力遠ざけて配置する必要があるため、検煙空間の高さを変えずに散乱角を６０°〜９０°にしようとすると、検煙部を薄型にすることができない。

本発明は、検煙部を更に薄型に構成し、かつ散乱角を自在に設定可能とし、検煙空間への煙流入に方向性が無く、更に発光部と受光部を極力遠ざけて配置できる光電式煙感知器を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、外部からの煙を流入すると共に外部からの光を遮断して検煙空間を形成するラビリンス部材と、ラビリンス部材により形成された検煙空間に向けて光を発する発光部と、検煙空間内の煙粒子による前記発光部からの光の散乱光を受光する受光部を備えた散乱光式煙感知器に於いて、
発光部および前記受光部を、検煙空間内に突出することなく開口部の奥に埋め込み配置するホルダーを有し、
ホルダーは、発光部から受光部に向かう直接光を遮断すると共に、検煙空間に向かう発光部からの光軸と検煙空間内の煙粒子によって散乱されて前記受光部に向かう散乱光の光軸が、水平方向に式（１）に定める第１角度αで交差し且つ鉛直方向に式（２）に定める第２角度βで交差するように、発光部と前記受光部をそれぞれ座標（ａ１，ｂ１，ｃ１）、座標（ａ２，ｂ２，ｃ２）に埋設して固定し、
さらに、発光部と受光部の光軸の交差による散乱角θの補角となる式（３）で規定される構成角δが９０〜１２０°の範囲となるように、発光部の座標（ａ１，ｂ１，ｃ１）、受光部の座標（ａ２，ｂ２，ｃ２）を設定したことを特徴とする散乱光式煙感知器。

このように本発明の感知器構造にあっては、発光部と受光部を検煙空間に対する取付面側に埋め込み、光軸の散乱角を６０〜９０°の範囲に設定した状態で水平方向及び垂直方向の両方に所定の角度を持つように配置したことで、取付面に対する光軸交点の飛び出し高さを低くし、検煙空間全体として更に薄型にできる。

また発光部と受光部の光軸交差による散乱角を６０〜９０°程度の範囲に設定することで、煙の粒子選択性を低減することができる。

更に、取付面に対し光軸交点の飛び出し高さを低くしても、発光部と受光部を近づくことが無いため、受光部が受ける電気的な誘導や漏れ光りの影響などの問題も起きない。

本発明によれば発光部と受光部を煙に対する取付面、すなわちホルダー側に埋め込み、光軸の散乱角を煙粒子に対し感度の影響を受けない適切な散乱角、例えば７０〜９０°に設定した状態で水平方向及び鉛直方向の両方に所定の角度を持つように配置することで、検煙空間に対する光軸交点の取付面からの飛び出し高さを低くし、検煙部全体として更に小型化を達成することができる。

また薄型化と同時に散乱角を、例えば７０〜９０°に適切な範囲に設定できることで煙粒子による感度の選択性を軽減できる。更に検煙空間に対する取付面からの光軸交点の飛び出し高さを低くするように発光部と受光部を埋め込み設置し、煙流入に方向性のない構造とすることができる。

図１は本発明による散乱光式煙感知器の実施形態を示した断面図である。

図１において、本発明の散乱光式煙感知器は、感知器本体１とカバー２で構成される。感知器本体１の下部のカバー２内には検煙空間４が形成されており、カバー２の周囲に設けている煙流入口３から火災による煙が流入する。検煙空間４の感知器本体１側となる上部にはホルダー５が配置されている。ホルダー５内には受光部７と発光部６が配置されている。

発光部６及び受光部７の検煙空間４側には開口９，１０が形成されている。検煙空間４の周囲にはホルダー５側に一体に形成されたラビリンス１２が周囲を囲んで配置されており、外部からの煙を容易に流入させるための経路を作ると同時に外部からの光の入射を遮っている。

感知器本体１のホルダー５の上部には回路基板１３が配置され、ホルダー５を取付け支持すると同時に、受光部７及び発光部６のリード線を接続し、発光駆動及び受光処理を行うようにしている。

図２は図１のホルダー５を検煙空間４側から見た平面図である。ホルダー５は内部の検煙空間４を囲んで、円周上に複数のラビリンス１２を配置し、外部からの光の入射を遮ると同時に外部から煙を流入しやすくしている。ラビリンス１２で囲まれた検煙空間４には、発光部６と受光部７がホルダー面の中心ヘ斜め上向きに開口９，１０の奥に埋め込み配置されている。

ここで発光部６からの光軸を１４、受光部７に対する光軸を１５とすると、図２のように、光軸１４，１５は見かけ上、水平面上で構成角α（第１角度）で交差している。

同時に光軸１４，１５の交点Oから見たホルダー５の下側に示す断面部分から明らかなように、発光部６の光軸１４は、鉛直方向においても角度φ（第２角度）を持っている。同様にホルダー５におけるO−B断面を取り出した右上の受光部７を埋め込んでいるホルダー５の断面部分からも明らかなように、受光部７の光軸１５についても鉛直方向で角度φの傾きを持っている。

このようにホルダー５に埋め込み配置した発光部６と受光部７の光軸１４，１５は水平方向及び鉛直方向の両方に所定の角度を持つことで、その実際の散乱角θをθ＝６０〜９０°に設定しても、ホルダー５の検煙空間に対するホルダー面からの光軸交点Oの飛び出し量を低くし、検煙部の薄型化を実現している。

図３（Ａ）は図２のホルダー５に設けている発光部６、受光部７の設置位置に対応した光学的な位置関係を３次元座標空間で模式的に表している。

図３（Ａ）において、発光部６による発光点Ｐからの発光光軸１４をベクトルで示し、光軸交点Ｏからの散乱光が入射する受光光軸１５を受光部７の受光点Ｑに対するベクトルで示している。

この発光点Ｐ、光軸交点Ｏ及び受光点Ｑを結ぶ三角形が本発明の煙感知器構造における散乱光式煙検知のための仮想的な光学面であり、三角形ＰＯＱを形成する面はｘｙ平面となる水平面及びｚｘ平面となる鉛直面のそれぞれに対し、ある角度を持って配置されている。

ここでは説明を簡単にするため発光点Ｐのｘ軸上への投影を投影点Ａとなるように配置しており、従って発光光軸１４の鉛直方向の傾斜角φは、この場合ｘ軸に対する角度となる。

ここで発光光軸１４と受光光軸１５をｘｙ平面となる水平面から見ると図３（Ｂ）のように、投影点Ａが発光点Ｐに対応し、投影点Ｂが受光点Ｑに対応する。すなわち発光光軸１４と受光光軸１５は、水平方向において、所定の角度αをもって交差している。一方、発光光軸１４と受光光軸１５を面ＡＢＱＰに投影すると、図３（Ｃ）に示したように、発光光軸と受光光軸が鉛直方向において、所定の角度βをもって交差する。

そこで図３について、発光点Ｐの座標（ａ１，ｂ１，ｃ１）、及び受光点Ｑの座標を（ａ２，ｂ２，ｃ２）とすると、構成角δ、水平面のみかけ上の構成角α、垂直方向の傾斜角φ及び面ＡＢＱＰに投影された発光光軸と受光光軸の鉛直成分の構成角βは次式で与えられる。

ここで図３より垂直方向の傾斜角φが大きくなると、面ＡＢＱＰ上の構成角θも大きくなることが明かであるので、以下では説明を簡単にするため、垂直方向の傾斜角φと水平面の見かけ上の構成角αを用いて、発光光軸と受光光軸の構成核δについて説明する。

例えば垂直方向の傾斜角φ＝３０°に設定して発光点Ｐの座標を（ａ１，ｂ１，ｃ１）＝（√３，０，−１）とすると、受光点Ｑの座標を（ａ２，ｂ２，ｃ２）＝（√３／２，３／２，−１）とすると、前記（１）（２）式より構成角δ＝９７°、水平面でのみかけ上の構成角α＝１２０°となる。

また水平面でのみかけ上の構成角αをα＝１２０°を維持したまま垂直方向の傾斜角φを変化させて、発光点Ｐの座標を（ａ１，ｂ１，ｃ１）＝（−√３，０，−０．３）、受光点Ｑの座標を（ａ２，ｂ２，ｃ２）＝（√３／２，３／２，−０．３）とすると、前記（１）式よりこの場合の傾斜角φがφ＝９．８°となり、また実際の構成角δはδ＝１１７°となる。

これをまとめると、みかけ上の構成角α＝１２０°を一定に保った場合の傾斜角φ＝９．８°，３０°に対し、実際の構成角δ＝１１７°，９７°となり、発光点Ｐと受光点Ｑの水平方向での位置を変化させない場合、垂直方向の傾斜角φを大きくすれば、逆に実際の構成角δを小さくする関係が得られる。もちろん垂直方向の傾斜角φを小さくすれば光軸交点Ｏの高さが低くなることから、より薄型化することになる。

また上記では傾斜角φを用いて説明したが、面ＡＢＱＰ上への投影された鉛直成分の構成角βについても同様であり、発光点Ｐと受光点Ｑの水平方向での位置を変化させない場合、構成角βを大きくすれば、逆に実際の構成角δを小さくする関係が得られる。

図２の実施形態にあっては、図３のような発光から受光までの光軸の３次元関係に基づき、発光光軸１４、受光光軸１５の構成角δを略１１０°とした場合である。もちろんこの構成角δ＝１１０°に対応する散乱角θはθ＝１８０°−δ＝７０°である。

このように本発明にあっては、発光部６の光軸１４と受光部７の光軸１５を構成角δ＝９０〜１２０°（散乱角θ＝６０〜９０°）に設定した状態で水平面におけるみかけ上の構成角α及び垂直面における傾斜角φをもつようにホルダー５内に埋め込み配置することで、煙粒子の大きさに対する感度の影響の少ない最適な角度配置を行っても、煙に対する光軸交点の飛び出し量を低く抑え、感知器の薄型構造を実現できる。

尚、上記の実施形態にあっては、説明を簡単にするため、発光光軸と受光光軸が鉛直方向に等角度となるように発光部と受光部を埋め込んだ場合を例にとっているが、発光光軸と受光光軸が鉛直方向にそれぞれ異なる角度となるように発光部と受光部を埋め込むようにしても良い。また本発明は上記の実施形態に示した数値範囲に限定されず、必要に応じてこの範囲を超える場合についても全く同様にして適用することができる。

本発明による散乱光式煙感知器の実施形態を示した断面図 図１のホルダーを取出して発光部と受光部の配置構造を示した説明図 本発明による発光部と受光部の配置構造原理を３次元座標空間で示した説明図 従来の感知器構造の説明図 検煙空間に発光部、受光部等を突出させない従来構造の説明図

符号の説明

１：感知器本体
２：カバー
３：煙流入口
４：検煙空間
５：ホルダー
６：発光部
７：受光部
９、１０：開口
１１：光トラップ
１２：ラビリンス
１３：回路基板
１４，１５：光軸

Claims (1)

1. 外部からの煙を流入すると共に外部からの光を遮断して検煙空間を形成するラビリンス部材と、前記ラビリンス部材により形成された検煙空間に向けて光を発する発光部と、前記検煙空間内の煙粒子による前記発光部からの光の散乱光を受光する受光部を備えた散乱光式煙感知器に於いて、
   前記発光部および前記受光部を、前記検煙空間内に突出することなく開口部の奥に埋め込み配置するホルダーを有し、
   前記ホルダーは、前記発光部から前記受光部に向かう直接光を遮断すると共に、前記検煙空間に向かう前記発光部からの光軸と前記検煙空間内の煙粒子によって散乱されて前記受光部に向かう散乱光の光軸が、水平方向に式（１）に定める第１角度αで交差し且つ鉛直方向に式（２）に定める第２角度βで交差するように、前記発光部と前記受光部をそれぞれ座標（ａ１，ｂ１，ｃ１）、座標（ａ２，ｂ２，ｃ２）に埋設して固定し、
   さらに、前記発光部と受光部の光軸の交差による散乱角θの補角となる式（３）で規定される構成角δが９０〜１２０°の範囲となるように、前記発光部の座標（ａ１，ｂ１，ｃ１）、前記受光部の座標（ａ２，ｂ２，ｃ２）を設定したことを特徴とする散乱光式煙感知器。
   

   

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