JP4252585B2 - Fire alarm - Google Patents
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本発明は、火災警報器に関する。 The present invention relates to a fire alarm.
近年、核家族化および少子化が進むに伴い、高齢者の世帯が都市近郊を中心に増加しており、高齢者の就寝中に火災が発生したときに、高齢者が逃げ遅れて焼死するという痛ましい事例があとを絶たない。このような状況に対応して、各地方自治体は、条例を制定し、一般家庭への火災警報器の取り付けを義務化するようになってきている。一例をあげると、東京都は、2004年10月1日から施行されている火災予防条例により、新築住宅に対し、各部屋への火災警報器の設置を義務づけている。 In recent years, as the nuclear family and the declining birthrate have progressed, the number of elderly households has increased mainly in the suburbs of the city, and when a fire breaks out while the elderly are sleeping, the elderly are late and burnt down. There are many painful cases. In response to this situation, each local government has enacted regulations and made it mandatory to install fire alarms in ordinary households. As an example, the Tokyo Metropolitan Government requires that new houses be equipped with fire alarms in each room in accordance with the Fire Prevention Ordinance that came into effect on October 1, 2004.
現在市販されている一般的な火災警報器は、100Vの商用電源に接続されるもの、若しくは乾電池で駆動するもののいずれかである(例えば、特許文献1を参照)。
しかし、100Vの商用電源に接続されるタイプの火災警報器の場合には、停電時には機能しなくなる。一方、乾電池により駆動するタイプの火災警報器の場合には、乾電池が消耗してしまった時には機能しなくなる。このため、停電時若しくは乾電池が消耗した時に偶然、火災が起きると、火災警報器は駆動しないという危険性がある。 However, in the case of a type of fire alarm connected to a 100V commercial power supply, it will not function during a power failure. On the other hand, in the case of a fire alarm of a type driven by a dry battery, it does not function when the dry battery is exhausted. For this reason, if a fire occurs accidentally at the time of a power failure or when the dry battery is exhausted, there is a risk that the fire alarm will not be driven.
本発明は、上記問題を解決すること、すなわち、外部電源からの電力の供給に依らず、信頼性の高い火災警報器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problem, that is, to provide a highly reliable fire alarm device without depending on the supply of electric power from an external power source.
上記目的を達成するため、本発明は、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子から電力供給される警報出力手段とを備え、ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面より広面積の金属基板を接触させ、ペルチェ素子の周囲に露出する金属基板を、その金属基板の熱伝導率より低い熱伝導率を有する材料からなる熱遮蔽部材にて覆い、熱遮蔽部材は、金属基板との間に空間を有する箱形状であって、当該空間に、警報出力手段および警報出力手段とペルチェ素子とを繋ぐリード線を格納した火災警報器としている。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a Peltier element and an alarm output means that is supplied with electric power from the Peltier element, a metal substrate having a larger area than the cooling surface is brought into contact with the cooling surface of the Peltier element, A metal substrate exposed around the Peltier element is covered with a heat shield member made of a material having a thermal conductivity lower than that of the metal substrate, and the heat shield member is a box having a space between the metal substrate and the metal substrate. A fire alarm device having a shape and storing alarm output means and a lead wire connecting the alarm output means and the Peltier element in the space.
ペルチェ素子は、素子に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、電圧の調整によって温度制御を行うのに多用されている。例えば、電子回路基板の高密度化に伴い、電子回路基板を搭載する各種電子制御ボックス内の温度は、電子部品の動作に伴う発熱でかなり高い温度にまで上昇する。これを放置すると、電子部品の故障につながるため、冷却用に上記ペルチェ素子が用いられている。ペルチェ素子とは逆の作用、すなわち、温度差を付与することで起電力を生じる作用は、ゼーベック効果として知られている。ペルチェ素子の表面と裏面に温度差を付与すると、ペルチェ素子は、その本来の作用とは逆の作用で起電力を生じる。この原理を利用し、ペルチェ素子を備えた火災警報器を構築すると、火災で発生した熱にさらされる面と、その熱の輻射を避ける他面との温度差によって起電力が生じ、その起電力で駆動される警報出力手段から、警報を出力することができる。警報は、音、光、あるいはそれら両方のいずれでも良い。 The Peltier element is an element that generates a temperature difference between the front and back when a voltage is applied to the element, and is often used for temperature control by adjusting the voltage. For example, as the density of electronic circuit boards increases, the temperature in various electronic control boxes on which the electronic circuit boards are mounted rises to a considerably high temperature due to heat generated by the operation of the electronic components. If this is left unattended, it will lead to failure of electronic components, so the Peltier element is used for cooling. The action opposite to that of the Peltier element, that is, the action of generating an electromotive force by applying a temperature difference is known as the Seebeck effect. When a temperature difference is applied between the front surface and the back surface of the Peltier element, the Peltier element generates an electromotive force by an action opposite to its original action. Using this principle to construct a fire alarm equipped with a Peltier element, an electromotive force is generated due to the temperature difference between the surface exposed to the heat generated by the fire and the other surface that avoids the radiation of the heat. An alarm can be output from the alarm output means driven by the. The alarm can be sound, light, or both.
また、他の発明は、先の発明において、熱遮蔽部材の上面を、ペルチェ素子の上面よりも下方になるように構成している。 In another invention, the upper surface of the heat shielding member is configured to be lower than the upper surface of the Peltier element in the previous invention .
また、他の発明は、先の発明において、熱遮蔽部材の外側面に穴を備える火災警報器としている。 In another aspect of the invention, the fire alarm is provided with a hole in the outer surface of the heat shielding member.
また、他の発明は、先の各発明において、ペルチェ素子の加熱面に黒色の塗装を施した火災警報器としている。このため、火災によって加熱面が加熱される過程にて、加熱面の吸熱効果を高めることができ、もって、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。 Another invention is a fire alarm device in which the heating surface of the Peltier element is painted black in each of the previous inventions. For this reason, in the process by which a heating surface is heated by a fire, the endothermic effect of a heating surface can be heightened, and the temperature difference between a cooling surface and a heating surface can be large and can be maintained for a long time.
本発明によれば、外部電源からの電力の供給に依らず、信頼性の高い火災警報器を提供することができる。 According to the present invention, a highly reliable fire alarm can be provided regardless of the supply of power from an external power source.
以下、本発明に係る火災警報器の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以後の説明では、各図面の上方向および下方向は、それぞれ「上」および「下」と称する。なお、本発明は、以下に説明する好適な実施の形態に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, a preferred embodiment of a fire alarm according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the upward direction and downward direction of each drawing are referred to as “upper” and “lower”, respectively. Note that the present invention is not limited to the preferred embodiments described below.
図1は、本発明の実施の形態に係る火災警報器1の斜視図である。図2は、図1に示す火災警報器1のA−A線断面図およびその一部(X)を拡大する図である。 FIG. 1 is a perspective view of a fire alarm device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fire alarm device 1 shown in FIG.
火災警報器1は、底面の各辺に比して厚さの小さい正四角柱の形態を有している。火災警報器1の図1に示す上面における略中央には、正方形の凹部2が設けられている。火災警報器1の下方には、凹部2より大きな正方形の金属基板3が備えられている。金属基板3は、アルミニウム製の板である。金属基板3の上方には、凹部2の位置にペルチェ素子4が、そのペルチェ素子4の周囲に熱遮蔽部材5が、それぞれ備えられている。ペルチェ素子4の図2に示す上面には、黒色塗装が施されている。また、熱遮蔽部材5は、ステンレス製の板材で構成されている。
The fire alarm device 1 has a shape of a regular quadrangular column having a smaller thickness than each side of the bottom surface. A
ペルチェ素子4は、図2に示すその下面を金属基板3の上面に接触するように、金属基板3に固定されている。熱遮蔽部材5は、金属基板3の側に開口しており、その開口端を金属基板3と接触するように金属基板3上に固定されている。熱遮蔽部材5と金属基板3との間に形成される空間6内には、ペルチェ素子4から引き出されるリード線7と、そのリード線7に電気的に接続される警報出力手段の一例であるブザー8が配置されている。リード線7は、高温になっても電気抵抗が上昇しにくい材料からなる導線である。熱遮蔽部材5の外側面には、穴9が形成されている。穴9を熱遮蔽部材5の外側面に形成すると、その穴9から内部の空間6に熱が伝わりにくく、リード線7およびブザー8を熱から保護することができる。
The Peltier element 4 is fixed to the
ペルチェ素子4の一部(X)の拡大図に示すように、ペルチェ素子4は、2枚の基板(加熱面)10および基板(冷却面)11のそれぞれの内側に、複数の電極12および複数の電極13を備えている。複数の電極12は、所定の間隔をあけて、基板10の内側の面に固定されている。複数の電極13も、また、所定の間隔をあけて、基板11の内側の面に固定されている。電極12同士の間隔と、電極13同士の間隔は、互いに他方と鉛直方向に並ばないように、設けられている。電極12と電極13とは、P型半導体14およびN型半導体15を交互に挟んでいる。
As shown in the enlarged view of a part (X) of the Peltier element 4, the Peltier element 4 includes a plurality of
基板10側に熱が加わることによって、基板10と基板11との間に温度勾配が生じると、電極12からP型半導体14に電子が流れ、P型半導体14から電極13に電子が流れる。また、電極13からN型半導体15、N型半導体15から電極12に電子が流れる。このように、電極12、P型半導体14、電極13、N型半導体15の順番に電子が流れていくと、ペルチェ素子4に電気的に接続されるブザー8に電圧を印加することができる。ペルチェ素子4が発電する効率は、当該素子4を通過する熱流速が多いほど大きい。ペルチェ素子4の電力は、加熱面と冷却面の温度差の二乗に比例する。このため、加熱面と冷却面の温度勾配をできるだけ大きくする工夫をすることが重要になる。
When heat is applied to the
金属基板3は、金属の中でも熱伝導率の比較的高いアルミニウムで形成されているため、図2の上方からペルチェ素子4に熱が与えられても放熱しやすく、もってペルチェ素子4の基板11は低温を保持しやすい。また、熱遮蔽部材5は、金属基板3に比べて熱伝導率の低いステンレス製の金属で形成されている。このため、金属基板3への熱伝達を効果的に防止することができる。さらに、ペルチェ素子4の上面側の基板10には黒色の塗装が施されているので、ペルチェ素子4の基板10側で火災が起きると、ペルチェ素子4の基板10側の吸熱性が高まり、基板10と基板11との温度勾配を大きくすることができる。
Since the
図3は、図1に示す火災警報器1の変形例1を、図1に示すA−A線と同様の線で切断したときの断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of Modification 1 of the fire alarm device 1 shown in FIG. 1 taken along the line AA shown in FIG.
図3に示すように、火災警報器1の下方に金属基板3を備え、その金属基板3の下方に多数の凹凸20を形成するようにしても良い。金属基板3の下方に凹凸20を形成すると、金属基板3の表面積を大きくすることができ、放熱性をより高めることができる。また、熱遮蔽部材5の上面に、ブザー8の音を外部に出力するための穴21が備えられている。ただし、穴21は、外部の熱を空間6に伝わりにくくするため、小さくするのが好ましい。
As shown in FIG. 3, a
図4は、図1に示す火災警報器1の変形例2を示す斜視図である。 FIG. 4 is a perspective view showing a second modification of the fire alarm device 1 shown in FIG.
図4に示すように、リード線7を火災警報器1の本体から外部に引き出して、ブザー8を本体とは別体としても良い。これにより、熱を検知する場所と警報を出力する場所に、本体とブザー8とを分けて設置することができる。これにより、ブザー8が熱破損する危険性を低減でき、かつ就寝中の居住者に対して、即座に火災を警報することができる。
As shown in FIG. 4, the
図5は、図1に示す火災警報器1の変形例3を示す斜視図である。図6は、図5に示す火災警報器1のA−A線断面図である。 FIG. 5 is a perspective view showing a third modification of the fire alarm device 1 shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the fire alarm device 1 shown in FIG.
図5および図6に示すように、熱遮蔽部材5の上面を、ペルチェ素子4の上面より下方にして、ペルチェ素子4が突出する凸部30を有する火災警報器1としても良い。また、変形例3のように、ブザー8の音を外部に出力するための穴を設けない火災警報器1を採用しても良い。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the fire alarm device 1 may have a
上述の実施の形態において、ペルチェ素子4は、火災発生時に、火炎の熱により発電し、ブザー8を鳴らすのに十分な電力供給手段となる。このため、火災警報器1は、火災の検知と警報とを行うことができる。火災警報器1のかかる機能は、商用電源、乾電池等の外部電源なしに発現される。ペルチェ素子4の構成材料は、化学的に極めて安定的な化合物若しくは合金であるため、火災警報器1の機能の経時劣化はほとんどない。
In the above-described embodiment, the Peltier element 4 serves as a power supply means sufficient to generate power by the heat of the flame and sound the
ペルチェ素子4は、ブザー8を鳴らすのに十分な電力を100℃以下の温度環境下で発電できると共に、200℃を超える温度においても発電を持続することができるため、火災警報器1の電源として適している。火災警報器1の設置場所が、火災の主な原因となるストーブに近い位置であればあるほど、火災警報器1は、迅速に異常な熱を検知して警報を出力することができる。
Since the Peltier device 4 can generate enough power to sound the
図7は、図1に示す火災警報器1の変形例4を示す正面図である。図8は、図7に示す火災警報器1のペルチェ素子4と金属基板3のみを取り出して、金属基板3の底面側から見た図である。
FIG. 7 is a front view showing a modified example 4 of the fire alarm 1 shown in FIG. FIG. 8 is a view in which only the Peltier element 4 and the
図7および図8に示す火災警報器1は、その内部にブザー8を備え、ペルチェ素子4の冷却面に、その面積よりも小さい金属基板3を固定した構成を有している。金属基板3、リード線7およびブザー8は、熱遮蔽部材5にて囲われている。熱遮蔽部材5の側面には、ブザー8の音を出力するための穴9が設けられている。また、ペルチェ素子4は、加熱面側が熱遮蔽部材5で囲われずに、火災警報器1の表面に露出している。
The fire alarm device 1 shown in FIGS. 7 and 8 includes a
ペルチェ素子4の冷却面の面積は、A×Bである。金属基板3におけるペルチェ素子4との接触面の面積は、X×Yであり、上記A×Bよりも小さい。さらに、金属基板3の体積は、X×Y×Zである。当該体積は、ペルチェ素子4の冷却面の面積A×Bと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積(A×B)3/2の70%以上150%以下の範囲内にある。このような範囲の体積を有する金属基板3を採用すると、ペルチェ素子4の冷却面の面積以下の接触面積の金属基板3を採用しても、その熱容量を大きくすることができる。この結果、冷却面と加熱面との間の温度差を大きく、かつ長時間、保持できる。
The area of the cooling surface of the Peltier element 4 is A × B. The area of the contact surface with the Peltier element 4 in the
金属基板3の体積をペルチェ素子4の冷却面の面積A×Bと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積(A×B)3/2の70%以上とすると、金属基板3の熱容量が所望の値より大きくなる。一方、金属基板3の体積をペルチェ素子4の冷却面の面積A×Bと同じ面積の正方形から構成される立方体の体積(A×B)3/2の150%以下とすると、火災警報器1の大きさを小型化できる。金属基板3の熱容量増大と火災警報器1の小型化との両立を図るには、上記70%以上150%以下の範囲が好ましい。より好ましくは、80%以上130%以下、さらには90%以上110%以下が好ましい。なお、金属基板3におけるペルチェ素子4との接触面積を、当該冷却面と同じ面積としても良い。
When the volume of the
以上、本発明に係る火災警報器の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明に係る火災警報器は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形を施した形態にて実施可能である。 As mentioned above, although the preferred embodiment of the fire alarm device according to the present invention has been described, the fire alarm device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but in various modified embodiments. Can be implemented.
例えば、火災警報器1の形態は、正四角柱ではなく、円柱、三角柱、直方体、五角以上の多角柱であっても良い。また、ペルチェ素子4を、火災警報器1の形態と異なる形態としても良い。熱遮蔽部材5は、金属基板3の側面をも覆う形態であっても良い。金属基板3への熱輻射をより効果的に防止するために、空間6の中に断熱材を入れても良い。また、熱遮蔽部材5を備えず、金属基板3におけるペルチェ素子4側の面が露出した火災警報器を採用することもできる。その場合には、金属基板の放熱性を高めるべく、その厚さを上述の火災警報器1の金属基板3よりも厚くするのが好ましい。金属基板は、アルミニウム以外の材料であって、熱伝導率がアルミニウムと同等あるいはそれ以上である材料で構成されていても良い。例えば、金属基板を、銅、アルミニウム合金または銅合金から成る基板とすると良い。熱遮蔽部材5は、金属基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であれば、上述のステンレス以外の材料であって、熱伝導率がステンレスと同等あるいはそれ以下である材料で構成されていても良い。
For example, the form of the fire alarm 1 may not be a regular quadrangular prism but may be a cylinder, a triangular prism, a rectangular parallelepiped, or a polygonal prism having a pentagon or more. Further, the Peltier element 4 may have a form different from that of the fire alarm device 1. The
また、上述の実施の形態では、ペルチェ素子4の周囲に熱遮蔽部材5を配置しているが、金属基板3の幅をペルチェ素子4の幅と等しくし、ペルチェ素子4の両側に露出する金属基板3の上方を熱遮蔽部材にて覆うようにしても良い。ペルチェ素子4の上面と熱遮蔽部材の上面とを同一面にするようにしても良い。警報出力手段は、ブザー8以外に、光を出力する発光装置であっても良い。発光装置を火災警報器1の内部に配置する場合には、熱遮蔽部材5の一部に光を透過する窓を設けたり、あるいは透明なガラスからなる熱遮蔽部材を採用するのが好ましい。また、音と光を共に出力する警報出力手段を採用しても良い。
In the above-described embodiment, the
次に、本発明に係る火災警報器の各実施例について説明する。 Next, each example of the fire alarm device according to the present invention will be described.
(実施例1)
フジタカ製ペルチェ素子(FPH1−12707、15.4V−6.0A、40mm×40mm)を熱電素子として、幅100mm×長さ120mm×厚さ2mmのアルミニウム製の金属基板の中央にビス止めした。電子ブザーおよびその配線は、ペルチェ素子周辺を覆うステンレス製の熱遮蔽部材の内方に入れた。電子ブザーは、約1.1Vにて動作するブザーである。電子ブザーとペルチェ素子とは、電気的に接続した。このように構成した火災警報器を、ペルチェ素子が露出している面を壁面と反対側に向け、廃油ストーブ「ハイユネン」NT50型から50mm離れた壁面であって、床から500mmの高さに取り付けた。廃油ストーブを運転し、ペルチェ素子の表面近傍が約80℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。
Example 1
A Fujitaka Peltier device (FPH1-12707, 15.4V-6.0A, 40 mm × 40 mm) was used as a thermoelectric device, and screwed to the center of a metal substrate made of aluminum having a width of 100 mm × length of 120 mm × thickness of 2 mm. The electronic buzzer and its wiring were placed inside a stainless steel heat shielding member covering the periphery of the Peltier element. The electronic buzzer is a buzzer that operates at about 1.1V. The electronic buzzer and the Peltier element were electrically connected. The fire alarm configured in this way is attached to the wall of 50mm away from the waste oil stove "HIYUNEN" NT50 type with the surface where the Peltier element is exposed facing away from the wall and 500mm above the floor. It was. When the waste oil stove was operated and the vicinity of the surface of the Peltier element reached about 80 ° C., the electronic buzzer sounded.
(実施例2)
実施例1の火災警報器から配線を5m伸ばして電子ブザーを外部に取り出し、火災警報器の本体と電子ブザーをそれぞれ別の部屋に設置した。実施例1と同様のストーブを運転した結果、約90℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。
(Example 2)
The wire was extended from the fire alarm device of Example 1 by 5 m, the electronic buzzer was taken out, and the main body of the fire alarm device and the electronic buzzer were installed in separate rooms. As a result of operating the same stove as in Example 1, the electronic buzzer sounded when the temperature reached about 90 ° C.
(実施例3)
図7に示す火災警報器1と同じ形態の火災警報器を、実施例1と同じ条件で設置し、実施例1と同様のストーブを運転した。この火災警報器は、幅35mm×長さ35mm×厚さ40mmのアルミニウム製のブロックを金属基板として、ペルチェ素子(40mm×40mm)に固定したものである。なお、他の条件は、実施例1と同じ条件とした。この結果、ストーブの運転後、約90℃に達したときに、電子ブザーが鳴り響いた。
(Example 3)
A fire alarm having the same form as the fire alarm 1 shown in FIG. 7 was installed under the same conditions as in Example 1, and a stove similar to that in Example 1 was operated. In this fire alarm, an aluminum block having a width of 35 mm, a length of 35 mm, and a thickness of 40 mm is used as a metal substrate and is fixed to a Peltier element (40 mm × 40 mm). The other conditions were the same as in Example 1. As a result, the electronic buzzer sounded when the temperature reached about 90 ° C. after the stove was operated.
本発明は、一般家庭、高温の発熱源を扱う事業所などにおいて、設置が容易で、保守労力の極めて少ない、待機電力不要の火災警報器として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a fire alarm device that is easy to install, requires very little maintenance labor, and does not require standby power in general households and business establishments that handle high-temperature heat sources.
1 火災警報器
2 凹部
3 金属基板
4 ペルチェ素子
5 熱遮蔽部材
6 空間
7 リード線
8 ブザー(警報出力手段)
9 穴
10 基板(加熱面)
11 基板(冷却面)
12 電極
13 電極
14 P型半導体
15 N型半導体
20 凹凸
21 穴
30 凸部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
9
11 Substrate (cooling surface)
12
Claims (4)
そのペルチェ素子から電力供給される警報出力手段と、
を備え、
上記ペルチェ素子の冷却面に、その冷却面より広面積の金属基板を接触させ、
上記ペルチェ素子の周囲に露出する上記金属基板を、その金属基板の熱伝導率より低い熱伝導率を有する材料からなる熱遮蔽部材にて覆い、
上記熱遮蔽部材は、上記金属基板との間に空間を有する箱形状であって、当該空間に、上記警報出力手段および上記警報出力手段と上記ペルチェ素子とを繋ぐリード線を格納していることを特徴とする火災警報器。 Peltier element,
Alarm output means powered by the Peltier element;
Equipped with a,
A metal substrate having a larger area than the cooling surface is brought into contact with the cooling surface of the Peltier element,
The metal substrate exposed around the Peltier element is covered with a heat shielding member made of a material having a thermal conductivity lower than that of the metal substrate,
The heat shielding member has a box shape having a space between the metal substrate and the alarm output means and a lead wire connecting the alarm output means and the Peltier element are stored in the space. A fire alarm characterized by.
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