JP4338220B2 - フィルター保全性モニターシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、検出器が空気中の煙又は火災の発生を示す粒子濃度の測定値を電気出力する煙検出システムと共に使用するためのフィルター保全性（filter integrity）モニターシステムに関する。
背景技術
火災保護及び抑制システムは、煙及び他の空気汚染物質を検出することにより作動する。閾値レベルでの煙が検出されると、警報器が作動し、火災抑制システムが始動する。火災自身は損害を引き起こすが、火災抑制システムが作動してもかなりの損害がもたらされ、その後、抑制剤を除去するのは危険である。また、ハロンのような従来の多くの抑制剤はオゾンを奪うので、この使用は環境上好ましくない。火災が始まる前の異常状態を検出するための十分に高感度な検出システムは、実際の火災が始まる前のごく初期段階で作動可能である点で有利である。例えば、殆どの物質は加熱されると、火災が発生する温度となる前であっても、大気中に物質が排出される。そして、これらが高感度なシステムによって検出可能であれば、ごく初期段階で発せられた警告により、問題を検出して修正、すなわち、火災が実際に発生する前に装置を停止可能である。
検出システムには、煙又は火災の前に放出される物質が収集され得る位置に設置されたサンプリング孔を備えた１又はそれ以上のサンプリングパイプを有するサンプリングパイプネットワークが組み込まれていても良い。空気は、サンプリング孔を介して、吸引手段すなわちファンによってパイプに吸引され、遠隔位置の検出器に向かう。
上述のように、システムで検出器として使用可能な多くの異なるタイプの煙検出器があり、特にそのようなシステムで使用するための検出器に適した形態は、廉価に好ましい感度を提供可能な光散乱検出器である。光散乱検出器は、煙粒子又は他の小サイズの空気汚染物質が検出チャンバー内に導かれ、強い光にさらされたとき、光の散乱を引き起こす原理で作動する。散乱光は光散乱検出器によって感知される。検出チャンバー内に内に導かれたサンプル内の煙粒子の数が増加するに従って光の散乱量も増加する。光散乱検出器は散乱光量を検出するので、サンプル流れ内の煙粒子あるいは他の空気汚染物質の量を示す出力信号を提供できる。
上述のような煙検出システムの作動では、煙又は火災検出を必要とされる殆どの雰囲気がシステムの作動を妨げる埃を含有しているという問題がある。そこで、埃が、光感知面に付着しないようにし、火又は煙の存在を示す粒子又はガスの検出に誤った影響を与えないようにすることを目的として、フィルターがシステムに組み込まれていている。例えば、光散乱タイプの検出器では、一般に埃粒子は煙又は火の存在を示す粒子よりも大きく、さらに散乱した光を発生させるので、埃の存在が検出器の出力に深刻な影響を与える。
フィルターを使用すると、結局、フィルターが埃で満たされ、粒子の通過が検出が望まれる粒子の存在を阻止するという問題があるので、効果的な検出システムの感度が低下する。
発明の開示
一態様では、本発明は、空気中の煙又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、該検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターとを備え、前記フィルターの通過前後のいずれでも前記空気中の埃粒子を検出し、かつ、そのように検出した埃粒子数を累積カウントするように構成した煙又は火災検出システムの埃フィルター保全性表示方法を提供する。
また、本発明は、空気中の煙又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターとを備え、前記フィルターの通過前後のいずれでも前記空気中の埃粒子を検出し、かつ、そのように検出した埃粒子を累積カウントするように構成した煙又は火災検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステムを提供する。
前記検出は、検出器の出力からの抽出情報や、分離した検出器から得られた情報により形成してもよい。
本発明の一形態では、空気中の煙又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターとを備え、前記検出器は、埃粒子を検出することにより前記出力に識別可能な出力特性を生成する埃フィルター保全性表示方法であって、前記特性の発生数を表示するカウントを計数するものが提供されている。
前記出力信号は、空気中の煙濃度の大きさを示し、その特性が出力での過渡電流のピーク値を構成してもよい。特に、これは検出器が光散乱検出器である場合に該当する。
また、本発明は、空気中の煙又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、該検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターとを備え、前記検出器は、埃粒子の検出により前記出力に識別可能な出力特性を生成する煙又は火災検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステムであって、前記出力特性の発生を表示し、かつ、これらの発生表示数を表示するカウントを計数するための手段を備えたシステムを提供する。
前記カウント累積には、前記出力特性が検出されるとき、設定状態を採用する出力を生成する適切な識別装置や、設定状態が予想される時間数をカウントするカウンターを使用してもよい。
本発明の他の形態では、空気中の埃又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターと、前記空気の少なくとも一部の埃には高感度であるが、相対的に前記放出物質には低感度である他の検出器とを備え、埃の検出により出力に識別可能な出力を生成する煙又は火災検出システムの埃フィルター保全性表示方法であって、前記識別可能な出力の発生数を表示するカウントを計数するものが提供されている。前記検出器がさらされる空気はフィルターの通過前又は後の空気であればよい。
また、本発明は、空気中の煙又は火の生成物放出濃度を表示する出力を生成するための検出器と、該検出器に至る前に前記空気から埃を濾過するように配置されたフィルターと、前記空気中の埃には高感度であるが、相対的に前記放出物質には低感度である他の検出器とを備え、該他の検出器は、埃粒子の検出により識別可能な出力を生成する煙又は火災検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステムであって、前記識別可能な出力の発生を表示し、かつ、これら発生数を表示するカウントを計数するための手段を備えたフィルター保全性モニターシステムを提供する。前記検出器がさらされる空気は、フィルターの通過前又は後の空気であればよい。
前記計数カウントは、フィルターの保全性が設定閾値まで減少するとき、フィルターを交換する必要性を示す警告信号を発するための表示として使用してもよい。これは、計数値が設定値に達するとき、警告信号を発生させるために、計数値と設定値とを比較することによって得られる。計数値は、設定値に到達するか、フィルターが交換されるとき等に、適宜リセットしてもよい。マイクロスイッチのような適当な手段は、この目的のためにフィルター除去を検出可能とするために提供される。
本発明は、後述する実施例及び添付図面を参照してさらに詳細に説明される。
図１は、例えば、煙検出器の光散乱検出システムのブロック図である。
図２は、図１のシステム内に組み込まれた制御回路の概略図である。
図３は、図１のシステムに組み込まれた光散乱検出器の概略図である。
図４は、図２の検出器からの出力を示す図である。
図５は、例えば、煙検出器の本発明に係る他の光散乱検出システムのブロック図である。
図６は、図５のシステムに組み込まれた制御回路の概略図である。
発明を実施するための最良の形態
光散乱検出システム２は、図１のブロック図に示すように煙検出器に利用される。光源制御回路１０は、散乱検出チャンバー１４を照射するレーザー光源のような光源を制御する。散乱検出チャンバー１４は、例えば、煙検出器が設置されるビル内で、煙が検出される空気の発生源に設けられている。この空気は、適当なフィルター２５を介して検出チャンバーに流入する。光源からの光は、検出チャンバー１４に導かれた浮遊粒子によって散乱し、散乱光は光散乱検出器１２により検出される。
制御回路１６は、光源制御回路１０と光散乱検出器１２に接続されている。制御回路１６はライン２２で光散乱検出器から信号を受信し、その信号は、光が検出チャンバー１４を介して通過することにより散乱した後、光散乱制御回路１０に組み込まれたレーザー光源から光散乱検出器に到達する光量を表示する。制御回路１６は、光源制御回路１０を制御するために、ライン２４を介して信号を光源制御回路１０に出力する。
制御回路１６は、光散乱検出システムの状態を表示するために（特に、火災が発生した危険を表示するために）、検出器１２によって検出される光レベルに基づいて、レーザー光源によって生成される公知の光レベルと比較することにより、ディスプレイ１８のような警告装置を制御してもよい。さらに、制御回路１６は、図１において全体に参照符号２０を付された消火器、警報器等のような装置を制御してもよい。
一般に、前記システムの構成要素は、従来の手法により形成してもよい。検出器１２は図３に示すように形成してもよい。ここでは、フォトダイオード１２０が、検出チャンバー１４を通過した光源１０からの光を受けるように配置された図となっている。フォトダイオード１２０は、グランドライン１２２とオペアンプ１２４のマイナス入力端子との間にある。アンプ１２４のマイナス入力端子及び出力端子は、図示された並列の抵抗１２６及びコンデンサ１２８に接続され、プラス入力端子は電圧バイアスレール１３０に接続されている。
アンプ１２４からの出力端子は、直列接続されたコンデンサ１３２及び抵抗１３４を介して第二アンプ１３６のマイナス入力端子に至っている。このプラス入力端子は再びレール１３０に接続される一方、マイナス入力端子と出力端子とが、図示された並列のコンデンサ１４０及び抵抗１４２を介して接続されている。フォトダイオードは、例えば、ＢＰＷ３４型であればよく、オペアンプはＬＭＣ６６２型であればよい。この回路の配線により、アンプ１２４と関連要素により表示される第一アンプステージが、フォトダイオード１２０からの電流に比例する出力信号を発生し、高周波ノイズを取り除くための一次低域フィルターを提供する。コンデンサ１３２、抵抗１３４、アンプ１３６及び関連要素により与えられる第二ステージは、直流（ＤＣ）のオフセットを取り除き、付加ゲインを付与する高域フィルターを提供する。アンプ１３６からの出力は、本実施例では図２に示す構成要素を包含する制御回路１６に入力される。
図４は、検出器１２からの表示出力信号１４５を示す。この場合、信号１４５はアナログ出力である。全信号レベルは、煙又は火災の発生を示す空気通過チャンバー１４での粒子濃度を示す。しかしながら、埃粒子がフィルター２５を通過するとき、それらは図示の出力に独自の特性を引き起こす。特に、棘波（spike）１５０が出力信号に形成される。一般に、検出される埃粒子毎にそのような１つの棘波が存在する。埃粒子がこの種の棘波を発生させる理由は、埃粒子が別な方法で煙又は火災検出のために検出される粒子よりも非常に大きいからである。
制御装置１６では、図４に示す形状の信号が、アナログ／デジタルコンバータに入力され、そこに表示されるデジタル信号を出力し、デジタル信号が弁別器（discriminator）１５４に入力される。弁別器１５４は、信号の棘波１５０を識別するために、公知の適当なプログラムに従ったコンピュータ操作により駆動する。各棘波の発生時、出力信号が弁別器から出力され、累積カウンター１５６に入力される。カウンター１５６からの出力信号は、設定値と共にコンパレータ１５８に入力され、カウンター１５６からの計数値が設定値に至ると、フィルター２５を交換する必要があることを表示する出力端子１６０に出力信号が出力される。
埃カウントは、フィルターが新しいか、又は、変更されると、リセットカウンター１５６によりゼロにリセットされるように構成してもよい。このリセットは、古いフィルターの除去検出に応じて自動的に行うか、カウンターが外部の制御装置によってリセットされるようにしてもよい。
試験的なシステムでは、プリセットすなわちターミナルカウントは、フィルターを通過する煙流れの１０％を縮小するため、10,500,000となるように決定された。感度のより大きな縮小が可能であれば、それだけ高いターミナルカウントを使用可能である。フィルターの詰まりに対する煙検出感度の低下特性は、いずれのタイプのフィルターにも知られていないので、使用されるターミナルカウントは、感度の低下が１０％に到達するまで、感度の低下を測定し、埃カウントを書き留めることにより、経験的に決定してもよい。
埃の研究では、埃の通常濃度が何であるかを認定し損ねたが、それらは一般に埃の粒子サイズの分布が比較的均一で、埃の粒子濃度（level）のみが広く変化する傾向にあることを認定した。この理論では、埃は粒子サイズの分布が予測でき、濃度のみが変化すると想定している。容量フィルター（volume filter）は、粒子サイズが小さくなると通過する粒子の確率が増大するような統計（statistical）装置である。このことは、フィルターの出力が、ガスと共に、非常に少ない大型粒子、それよりも多い中型粒子、及び、多くの小型粒子を含み、フィルターで殆ど吸収されずに通過することを意味する。例えば、使用されるあるタイプの開口セル発泡フィルターでは、２０ミクロン粒子が通過する確率は３％である。
粒子サイズの分布が比較的均一に留まり、フィルターが統計装置であるので、出力からフィルターへの入力を推測することが可能である。フィルターを通過する埃粒子の数は、フィルターに侵入した数の一定の規格（fixed fraction）であるので、環境がどの程度の埃量であるかの適切な表示器を構成する。
容量フィルターが詰まると、その特徴が変化し、埃は殆ど通過しなくなる。しばらくしてから、煙のような非常に小さい粒子がフィルターを通過し始め、煙検出器の感度は低下する。これがいつ起こるかを経験的に決定することにより、フィルターの交換が望まれる時期を表示し、適切なフィルターが早期に交換されてしまうことを防止し、又、埃が詰まり始めたフィルターに対する煙検出感度の低下を防止することが可能である。フィルターからの埃の出力がフィルターへの埃の入力を示しているので、埃の出力をカウントすることにより効果的にフィルターをモニターでき、ターミナルカウントを、フィルターを交換すべき時期を決定するために使用できる。
上述の機能は、フィルターの保全性を評価することに関して働き、検出器１２からの信号に基づく警告信号の抽出に関連する機能から分離して制御回路１６内で効果を発揮してもよく、又、制御回路１６で全般的な信号処理の一部として効果を発揮してもよい。前記配線では、図示された警告信号の発生は図示された回路１６２によって別個に効果を発揮する。
前述の本発明の形態では、光散乱検出器１２によって生成された出力で、火災又は煙検出を行うため、埃粒子の検出を示す信号特性を放出物質の検出に関係する信号特性から弁別可能な弁別器１５４を利用する。しかしながら、本発明がこのスタイルで使用されることは必須でなない。図５及び図６は、処理のさらに簡単な形態が効果を発揮する変形配線を示す。図５及び６の配線は、図１の配線で協動するものと同様な構造のチャンバー１４、光源制御回路１０及び光散乱検出器１２を利用する。同様に、空気がダクト３６を介してチャンバー１４に流入し、上述のフィルター２５を通過するようにしてもよい。この場合、制御回路１６Ａは、ほぼ制御回路１６と同様であり、図６に示すように、アナログ デジタルコンバータ１５２と、上述のディスプレイ１８や消火警報器２０のような制御部材を制御する警報制御回路１５２とを含む。
ところで、図５及び６の構成では、付加光源制御回路１０Ａ、検出チャンバー１４Ａ及び光散乱検出器１２Ａが設けられている。これらはほぼ制御回路１０、検出チャンバー１４及び検出器１２と同様であるが、検出器１２Ａは、煙や火からの放出物質に特徴のある小さい粒子の存在には相対的に低感度であるが、より大きな埃粒子には相対的に高感度となるように配置されている。
チャンバー１４Ａは、ダクト３６から分岐ダクト３６Ａに連結されているので、フィルター２５を通過した後、ダクト３６に導かれる空気の一部はチャンバー１４Ａに流入する。それで、検出器１２Ａからの出力は、埃粒子が存在する場合にのみ十分に表示される。
制御回路１６Ａ内では、検出器１２Ａからのアナログ出力は、アナログ／デジタルコンバータ１５２を通過した後、弁別器１５４Ａに至る。この場合、弁別器１５４Ａは、そこに入力された信号を操作しないだけでなく、埃粒子の検出に対応して特殊信号が発生する時間毎に特殊信号を出力しなくてもよい。例えば、後者の信号は、コンバータ１５２に入力されたアナログ信号のピークが検出器１２Ａから発生する時間毎に生じる単一パルスであってもよい。それで、カウンター１５６は、埃粒子が所望のカウントになるまでこの特殊信号をカウントすることができ、前述と同様なスタイルでコンパレータ１５８に出力するように配置されている。カウンター１５６からのカウントがコンパレータ１５８に入力された設定カウントに達すると、再び出力端子１６０に、フィルター保全性が設定値以下に低下したことを示す信号が出力される。
図５及び６に示す装置は、図１の装置よりもより多くの構成要素を必要とされるが、その一方で、制御回路１６Ａによってなされるべき信号操作は、図１の装置を構成する制御回路１６よりも少なくてもよい。
さらに、図５及び６に示す構成は、チャンバー１４Ａに送風される空気が、フィルターからの排気というよりも、フィルター２５への吸気として直接導入されるように改良してもよい。この場合、さらに多くの埃が存在するため、より高いターミナルカウントが必要とされる。特に、検出チャンバー１４Ａへの吸気がフィルター２５を通過する前に周囲の空気から導かれるので、分岐ダクト３６Ａは省略可能である。
上述の構造は、単に説明のために提出されたものに過ぎず、添付の請求の範囲によって限定された発明の精神及び範囲から離れることなく、多くの変形例が形成されてもよい。

Claims (21)

1. 空気が導入されるチャンバーと、
   前記チャンバーに空気を供給するダクトと、
   前記チャンバー内に導入された空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成する検出器と、
   前記チャンバーに至る前の空気から埃を濾過するように前記ダクト内に配置されたフィルターと、
   を備え、
   フィルターの通過前又は通過後のいずれか一方に於ける前記空気中の埃粒子を検出し、
   検出された埃粒子数を累積してカウントし、得られたカウント数がターミナルカウントに至ることにより、フィルターの交換時期である旨を表示する煙又は火災検出システムの埃フィルター保全性表示方法。
2. 前記埃粒子の検出は、前記検出器の出力から情報を抽出することによって行う請求項１に記載の方法。
3. 検出器は、埃粒子を検出すると、出力に識別可能な出力特性を生成し、前記識別可能な出力特性の発生数を示すカウントを累積する請求項２に記載の方法。
4. 前記識別可能な出力特性は、一過性のピークである請求項３に記載の方法。
5. 前記埃粒子の検出は、前記検出器とは別に設けた検出器から得られた情報によって行う請求項１に記載の方法。
6. 空気が導入されるチャンバーと、
   前記チャンバーに空気を供給するダクトと、
   前記チャンバー内に導入された空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成する検出器と、
   前記チャンバーに至る前の空気から埃を濾過するように前記ダクト内に配置されたフィルターと、
   を備えた煙又は火の放出物質の検出システムと共に使用されるフィルター保全性モニターシステムであって、
   前記フィルターの通過前又は通過後のいずれか一方に於ける前記空気中の埃粒子を検出し、検出された埃粒子数を累積してカウントし、得られたカウント数がターミナルカウントに至ることにより、フィルターの交換時期を表示するための手段を備えたフィルター保全性モニターシステム。
7. 前記検出器は、埃粒子を検出する場合、出力信号を形成し、前記埃粒子を検出するための手段は、検出器の出力信号から情報を抽出することにより埃粒子を検出する請求項６に記載のフィルター保全性モニターシステム。
8. 前記埃粒子を検出するための手段は、前記検出器とは別に設けた第２の検出器から入力された情報に基づいて前記検出を行う請求項６に記載のフィルター保全性モニターシステム。
9. 前記検出器で埃粒子が検出される際の出力は、一過性のピークである請求項６に記載のフィルター保全性モニターシステム。
10. 空気が導入されるチャンバーと、
    前記チャンバーに空気を供給するダクトと、
    前記チャンバー内の空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成し、埃粒子を検出する場合、前記出力に識別可能な出力特性を含める検出器と、
    前記チャンバーに至る前の空気から埃を濾過するように前記ダクト内に配置されたフィルターと、
    を備えた煙又は火の放出物質の検出システムに於ける埃フィルター保全性表示方法であって、
    前記出力特性の発生を識別し、その発生数を示すカウント数を累積し、得られたカウント数がターミナルカウントに至ることにより、フィルターが詰まって交換されるべき時期であることを表示する識別手段を備えた煙又は火災検出システムの埃フィルター保全性表示方法。
11. 前記識別可能な出力特性は、一過性のピークである請求項１０に記載の方法。
12. 前記検出器は、光散乱検出器である請求項１０に記載の方法。
13. 空気が導入されるチャンバーと、
    前記チャンバーに空気を供給するダクトと、
    前記チャンバー内の空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成し、埃粒子を検出する場合、前記出力に識別可能な出力特性を含める検出器と、
    前記チャンバーに至る前の空気から埃を濾過するように前記ダクト内に配置されたフィルターと、
    を備えた煙又は火の放出物質の検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステムであって、
    前記出力特性の発生を識別し、その発生数を示すカウント数を累積し、得られたカウント数がターミナルカウントに至ることにより、フィルターが詰まって交換されるべき時期であること表示する識別手段を備えた煙又は火災検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステム。
14. 前記識別手段は、前記累積を行う弁別装置を備え、
    前記弁別装置は、前記出力特性が検出されると、予め決められた状態となる出力を生成し、前記状態となる回数をカウントするカウンターを備える請求項１３に記載のフィルター保全性モニターシステム。
15. 空気が流入するダクトと、
    前記ダクトに設けられ、前記ダクト内に流入する空気から埃を濾過するフィルターと、
    前記ダクト内に流入する空気流れに対して、前記フィルターの下流側に設けられ、流入した空気が導入されるチャンバーと、
    前記チャンバー内の空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成し、埃粒子を検出する場合、前記出力に識別可能な出力特性を含める検出器と、
    前記ダクト内に流入する空気流れに対して、前記フィルターの上流側又は下流側のいずれか一方に設けられ、流入した空気が導入される他のチャンバーと、
    前記他のチャンバー内に導入された空気の少なくとも一部の埃には高感度であるが、相対的に前記放出物質には低感度である他の検出器と、
    を備えた煙又は火の放出物質の検出システムの埃フィルター保全性表示方法であって、
    前記識別可能な出力特性の発生数を示すカウント数を計数し、ターミナルカウントに至ることにより、フィルターが詰まって交換されるべき時期であることを示す煙又は火災検出システムの埃フィルター保全性表示方法。
16. 前記計数カウントは、設定カウントに到達するか、又は、フィルターが交換されると、リセットされる請求項１５に記載の方法。
17. 前記識別可能な出力特性は、一過性のピークである請求項１５に記載の方法。
18. フィルターが除去されたことを検出可能とする手段を備えた請求項１５又は１６に記載の方法。
19. 空気が流入するダクトと、
    前記ダクトに設けられ、前記ダクト内に流入する空気から埃を濾過するフィルターと、
    前記ダクト内に流入する空気流れに対して、前記フィルターの下流側に設けられ、流入した空気が導入されるチャンバーと、
    前記チャンバー内の空気中の煙や火の放出物質の濃度を表示するための出力を生成し、埃粒子を検出する場合、前記出力に識別可能な出力特性を含める検出器と、
    前記ダクト内に流入する空気流れに対して、前記フィルターの上流側又は下流側のいずれか一方に設けられ、流入した空気が導入される他のチャンバーと、
    前記他のチャンバー内に導入された空気の少なくとも一部の埃には高感度であるが、相対的に前記放出物質には低感度である他の検出器と、
    を備えた煙又は火の放出物質の検出システムと共に使用するためのフィルター保全性モニターシステムであって、
    前記他の検出器からの識別可能な出力特性の発生を識別し、これらの発生数を示すカウント数を累積し、ターミナルカウントに至ることにより、フィルターが詰まって交換されるべきであることを表示する手段を備えたフィルター保全性モニターシステム。
20. 前記他の検出器に供給される空気は、フィルターを通過していない請求項１９に記載のフィルター保全性モニターシステム。
21. 前記他の検出器によってモニターされるチャンバー内の空気はフィルターを通過している請求項１９に記載のフィルター保全性モニターシステム。

Images