JP4394224B2

JP4394224B2 - 煙センサ及び煙熱複合センサ

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Publication number: JP4394224B2
Application number: JP32802699A
Authority: JP
Inventors: 敦万本; 佳里渡部; 学溝渕
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2000215361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災による煙を検出する煙センサ、特に、煙の接触によって抵抗値が変化する金属酸化物半導体を用いて煙を検出する煙センサ及びこの煙センサを用いた煙熱複合センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、火災による煙を検出する煙感知器としては、検煙室の検煙領域に対し発光素子と受光素子の光軸をずらして配置し、検煙領域に流入した煙による発光素子からの光の散乱光を受光素子で受光して火災を判断するようにした散乱光式の煙感知器が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の散乱光式煙感知器にあっては、煙による光の散乱現象を利用していることから、調理等による湯気で水蒸気が流入した場合にも、水蒸気による光の散乱現象によって煙検出信号が得られ、非火災報の原因となっている。
【０００４】
また煙による散乱光を検出するため、感知器内部に煙を効率良く流入すると同時に外部からの光の入射を防止する特殊な構造を備えた暗箱を必要とし、暗箱の中には発光素子及び受光素子を配置する必要があるため、ある程度の大きさを必要とし、このため感知器全体としての小型化に限界があった。
【０００５】
本発明は、火災以外の原因による非火災報を確実に防止すると共に暗箱を不要にして大幅な小型化を可能とする煙センサ及び煙熱複合センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は次のように構成する。
本発明の煙センサは、所定温度に加熱された金属酸化物半導体に火災による煙が接触した際の抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する半導体煙検出素子を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、煙センサは、半導体煙検出素子の検出信号から煙濃度を判断して火災を判定する煙判定部とを備える。
【０００８】
このような本発明の煙センサによれば、光学的な煙検出構造をもたないことから、水蒸気の接触を受けても煙が接触したときのような検出信号は得られず、調理場等の水蒸気の多い場所に設置したとしても確実に非火災報を防止できる。
【０００９】
また光学的な煙検出ではないことから、従来の散乱光式煙感知器のような暗箱が不要となり、煙感知器とした場合の大幅な小型化が可能である。
【００１０】
ここで半導体煙検出素子は、火災の煙に対する検出感度の選択性が高くなるように、金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定する。
【００１１】
本発明の煙センサで使用する金属酸化物半導体は、様々な還元性ガスに対し検出感度を有するが、還元性ガスの種類に対する検出感度は金属酸化物半導体の加熱温度を１００℃〜５００℃の範囲で変化させることで、還元性ガスの種類に対し検出感度の選択性が得られる。そこで、火災の煙に対する金属酸化物半導体の検出感度の選択性を最適化するように、加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定し、煙センサとして動作させる。
【００１２】
本願発明者の考察によれば、燻焼火災時の煙に対し金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定することで、半導体煙検出素子の火災の煙に対する検出感度の選択性が最も最適化することができた。
【００１３】
半導体煙検出素子は、煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、煙濃度３［％／ｍ］乃至１５［％／ｍ］の範囲で抵抗比Ｒｏ／Ｒｓが例えば１０乃至１００程度の範囲で変化するように、金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定する。
【００１４】
これによって火災による煙が接触したときの金属酸化物半導体の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化が、火災と判断すべき煙濃度３［％／ｍ］乃至１５［％／ｍ］と直接対応関係をもち、金属酸化物半導体の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓを煙濃度とみなして火災を判断することができる。
【００１５】
また半導体煙検出素子は、水素に対する検出感度の選択性が高く、ＣＯガス、アルコール及び水蒸気等の水素以外に対する検出感度の選択性が低くなるように金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定する。
【００１６】
半導体煙検出素子は、特に煙濃度１０［％／ｍ］付近より低い煙濃度で水素のみに検出感度の選択性をもつように、金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定することが望ましい。
【００１７】
煙判定部は、半導体煙検出素子の煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、抵抗比Ｒｏ／Ｒｓまたは抵抗値Ｒｓが所定の煙濃度に対応した所定閾値を越えた時に火災と判定する。
【００１８】
また煙判定部は、半導体煙検出素子の煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、抵抗比Ｒｏ／Ｒｓまたは抵抗値Ｒｓの単位時間当りの変化率が所定の閾値を越えた時に火災と判定するようにしてもよい。煙センサは、前記金属酸化物半導体の温度補償を行う温度補償回路を備することが望ましい。
【００１９】
本発明は、また、本発明の煙センサに、更に、火災による熱を検出する熱検出素子と、熱検出素子の検出信号に基づいて火災を判定する熱判定部を設けて煙熱複合センサとすることを特徴とする。金属酸化物半導体を検出素子に使用した本発明の煙センサは、燻焼火災による煙に対しては良好な煙検出ができるが、煙の発生が少ない着炎火災については検出感度が低くなることから、熱検出素子による火災判定を付加することで、あらゆるタイプの火災に対し安定した検出感度をもつ煙熱複合センサを提供する。
【００２０】
このように煙と熱を検出する複合型とした場合には、煙判定部又は熱判定部のいずれか一方による火災判定出力が得られた時に火災検出信号を送出する。また半導体煙検出素子の検出信号と熱検出素子の検出信号を加算し、この加算信号が所定の閾値を越えた時、また加算信号の単位時間当りの変化率が所定の閾値を越えた時に火災と判定するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の煙センサの基本的な実施形態の回路ブロック図である。
【００２２】
図１において、本発明の煙センサは、半導体煙検出素子１、煙判定回路２、定電圧回路３及び発報出力回路４で構成される。定電圧回路３は火災受信機から引き出された電源兼用信号線に接続される端子Ｌ，Ｃに対する電源電圧の供給を受け、半導体煙検出素子１及び煙判定回路２に定電圧化した電源電圧を供給する。
【００２３】
半導体煙検出素子１は、感応体としてヒータにより所定温度に加熱された金属酸化物半導体を備え、火災による煙が接触したときに変化する抵抗値に応じた検出信号を出力する。煙判定回路２は、半導体煙検出素子１からの検出信号に基づいて煙濃度を判断して火災を判定し、火災を判定すると発報出力回路４を作動し、端子Ｌ，Ｃ間を低インピーダンスに短絡して火災受信機に対し発報信号を出力させる。
【００２４】
図２は、図１の半導体煙検出素子１の回路構成である。半導体検出素子１は、素子本体５に感応体６とヒータ８を備えている。ヒータ８は、図１の低電圧回路３からの電源電圧を受ける端子１０ａ、１０ｄ間に接続され、可変抵抗９によってヒータコイル８に加える電源電圧を設定している。
【００２５】
このため、ヒータコイル８には可変抵抗９で決まる所定の電流が流れ、これによって感応体６の加熱温度を設定している。感応体６としては金属酸化物半導体が使用され、煙が接触すると抵抗値が減少する。感応体６には温度補償抵抗を直列接続する温度補償回路７が設けられ、周囲温度の変動による感応体６の検出感度の変動を補償すると同時に検出レンジを設定している。
【００２６】
温度補償回路としては、金属酸化物半導体と同じ温度特性を持つサーミスタやダイオード、或いは同じ金属酸化物半導体で煙が吸着しないようにコーティングしたもの等が用いられる。
【００２７】
尚、ヒータ８には、常時電圧を印加せずに、消費電力を抑えるためにパルス状に電圧を印加するようにしても良い。
【００２８】
図３は、図２の半導体煙検出素子１の具体例である。図３の半導体煙検出素子１は、樹脂成形されたベース１１の上部に装着したステンレス等で作られた金属カバー１３の内部に感応体６とヒータ８を装着しており、ベース１１の下部には接続用のピン１２が取り出されている。
【００２９】
図４は図３の感応体６の一例である。感応体６はセラミック絶縁チューブ１４の表面に向かい合う電極１５，１６を形成し、電極１５，１６からは外部にリード線１７，１８が引き出されている。この電極１５，１６の間にはＳｎＯ2 焼結体を用いた金属酸化物半導体１９を設けている。更にセラミック絶縁チューブ１４の内部にはヒータコイル８が配置され、金属酸化物半導体１９を所定温度に加熱している。
【００３０】
図５は図３の感応体６の他の実施形態である。この図５の感応体６にあっては、セラミック基板等の絶縁性基板２８の表面に、間に金属酸化物半導体２０を介して一対の電極２１，２２を形成し、電極２１，２２からは、それぞれリード線２３，２４が引き出されている。絶縁性基板２８の反対側の面にはヒータ２５が形成され、リード線２６，２７が両端の電極部分から引き出されている。
【００３１】
この図４，図５の感応体６に用いた金属酸化物半導体１９，２０としては、ｎ型酸化物半導体が用いられる。このｎ型酸化物半導体は、通常、ヒータにより１００℃〜５００℃の加熱状態で還元性ガスの接触を受けると、導電度が変化する。即ち還元性ガスが存在しない大気中の定常監視状態にあっては、酸素がｎ型酸化物半導体の表面に負イオンを吸着している。
【００３２】
この状態で還元性ガスが存在すると、ｎ型酸化物半導体の表面で還元性ガスと吸着酸素による酸化反応が起こる。この酸化反応によって、吸着酸素に捕捉されていた電子がｎ型酸化物半導体へ移行し、ｎ型酸化物半導体の導電率が増加、即ち抵抗値が減少することになる。
【００３３】
したがって、還元性のガスがない正常な大気中、即ち煙濃度ゼロにおける抵抗値Ｒｏから、還元性ガスを含む煙の存在する下での抵抗値Ｒｓへの変化によって、還元性ガスを含む煙を検出することができる。
【００３４】
ここでｎ型酸化物半導体としては、酸化スズ系ＳｎＯ２、酸化亜鉛系ＺｎＯ、酸化タングステン系ＷＯ₃が主なものであるが、これ以外に酸化チタン系ＴｉＯ₂、酸化鉄系α−Ｆｅ₂Ｏ₃、酸化コバルト系ＣｏＯ、酸化インジウム系Ｉｎ₂Ｏ₃等もある。
【００３５】
また一般に、ｎ型酸化物半導体のみでは還元性ガスに対する検出感度及びガスの種類に対する選択性が不十分であることから、検出しようとする還元性ガスの種類に対応したガス検出感度及び選択性を改善するために白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ等の触媒をｎ型酸化物半導体の中に添加したり、あるいは表面の触媒層形成等の形で使用される。同時に、触媒に加えてｎ型酸化物半導体の加熱温度が還元性ガスの種類に対する検出感度と選択性を決める重要な要因となっている。
【００３６】
図６は、本発明の半導体煙検出素子１における煙濃度［％／ｍ］に対する図２の感応体６の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの測定結果の一例である。この図６の煙濃度に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの関係は図４に示す構造の感応体６を使用しており、金属酸化物半導体１４としては触媒として白金Ｐｔを添加した酸化スズＳｎＯ₂を使用した場合である。尚、この測定にあっては線香を燃やした場合の煙を使用したものである。
【００３７】
またヒータ８による感応体６の加熱温度としては、還元性ガスに対する検出感度を持つ約１００℃〜５００℃の範囲について、各種の温度範囲を設定して測定を行ったところ、図６の煙濃度と抵抗比の関係は、最も低い１００℃付近の使用温度とした場合に良好な特性が得られることが判明した。
【００３８】
図６の煙濃度に対する感応体６の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの関係にあっては、火災と判定すべき煙濃度範囲として、通常使用される３〜１５［％／ｍ］の煙濃度の範囲をとり、これに対し抵抗比Ｒｏ／Ｒｓが約１０〜１００の範囲で変化する特性が確認されている。
【００３９】
図７は、図６の煙濃度に対する抵抗比の測定と同じヒータコイル８による加熱条件において、本発明の煙センサにおける水素、一酸化炭素及びエタノールのそれぞれのガス濃度［ｐｐｍ］に対する感応体６の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの関係を示している。
【００４０】
図７において、まず水素はガス濃度１０〜１０００ｐｐｍの変化に対し、抵抗比Ｒｏ／Ｒｓが略６〜７０の範囲で増加している。一方、一酸化炭素ＣＯとアルコール、具体的にはエタノールについては、ガス濃度２００ｐｐｍ以下では抵抗比Ｒｏ／Ｒｓは略１と殆ど検出感度がなく、２００ｐｐｍを越えると徐々に選択性の低い検出感度が見られる。しかし、水素に比べるとその検出レベルは十分の一以下に抑えられている。
【００４１】
火災の煙に含まれるガス成分としては、一般的にＣＯ、ＣＯ₂、ＨＣＮ、ＨＣｌ、ＮＯｘ等の無機化合物、メタン、エタン等の飽和炭化水素、エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香属炭化水素、アルコール類、アルデヒド類、ニトリル等の有機化合物が含まれる。
【００４２】
そして本発明の煙センサにあっては、図７の特性から明らかなように、火災と判定すべき３〜１５［％／ｍ］の煙濃度範囲について、水素に高い選択性をもたせ、一酸化炭素ＣＯ及びエタノールについては、煙濃度の高い側で低い選択性をもたせた結果として、火災の煙に含まれる複数種類の還元性ガスに対する全体的な検出特性として、図６の煙濃度３〜１５［％／ｍ］に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓ＝約１０〜１００の検出特性を得ている。
【００４３】
図８は、図６の煙濃度に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの検出特性をもつ本発明の煙センサを用いてＩＳＯで定められたタイプ番号ＴＦ１〜ＴＦ６の火災試験を行ったときの経過時間に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化を示している。ここでＩＳＯのタイプ番号ＴＦ１〜ＴＦ６の火災試験は、次表のように定められている。
【００４４】
【表１】

【００４５】
図８（Ａ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）のＴＦ１，ＴＦ４，ＴＦ５，ＴＦ６のそれぞれの着炎燃焼にあっては、本発明の煙センサの抵抗比Ｒｏ／Ｒｓは煙センサとして使用可能な有意な変化は得られていない。これに対し図８（Ｂ）（Ｃ）の燻焼火災であるＴＦ２，ＴＦ３にあっては、時間の経過に対し煙センサとして十分な検出感度を持つ抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化が得られている。
【００４６】
図９は、本発明の煙センサによる図８の火災試験ＴＦ１〜ＴＦ６と同時に、従来の散乱光式煙感知器によって煙濃度［％／ｍ］の変化を測定した結果である。
【００４７】
図９（Ａ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）の着炎燃焼であるＴＦ１，ＴＦ４，ＴＦ５，ＴＦ６にあっては、アルコール着炎燃焼のＴＦ６を除き他の３つの着炎燃焼ＴＦ１，ＴＦ４，ＴＦ５では、火災検出に必要な煙濃度の下限である３［％／ｍ］を越える煙濃度の検出が行われている。
【００４８】
一方、図９（Ｂ）（Ｃ）の燻焼でなるＴＦ２，ＴＦ３にあっては、時間の経過に応じた煙濃度の増加に略対応した検出結果が得られている。特に図９（Ｂ）と図８（Ｂ）のＴＦ２を対比して見ると、図８（Ｂ）の本発明の煙センサによる抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化と図９の従来の散乱光式煙感知器による煙濃度の時間変化は、略線形的（比例的）な対応関係にあることが分かる。
【００４９】
また図８（Ｃ）の本発明の煙センサによるＴＦ３の抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化は、図９（Ｃ）の従来の散乱光式煙感知器のＴＦ３における煙濃度の変化と比べると、より高感度の検出が行われることが分かる。
【００５０】
この図８の本発明による煙センサのＴＦ１〜ＴＦ６の試験結果と図９の散乱光式煙感知器による煙濃度のＴＦ１〜ＴＦ６の試験結果の対比から、本発明の煙センサはＴＦ２，ＴＦ３の燻焼による煙に対し、図６に示したような煙濃度に対し十分な検出感度の選択性を持った抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化が得られることが確認できた。
【００５１】
図１０は、非火災報の原因となる水蒸気に対する本発明の煙センサの検出特性を従来の散乱光式煙感知器と共に示している。図１０（Ａ）は水蒸気に対する本発明の煙センサの抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの時間変化であり、水蒸気を受けても殆ど抵抗比Ｒｏ／Ｒｓは煙濃度ゼロを示す１付近にとどまっている。
【００５２】
これに対し図１０（Ｂ）の従来の散乱光式煙感知器にあっては、水蒸気の流入に対し火災判断に必要な下限の煙濃度３［％／ｍ］を越える検出値の変化を生じている。この図１０（Ａ）（Ｂ）の試験結果から、従来の散乱光式煙感知器では調理場等で発生した湯気による水蒸気を受けると非火災報を出していたものが、本発明の煙センサにあっては水蒸気に対し検出感度を殆ど持たず、水蒸気のある調理場等に設置しても非火災報を出すことを確実に防止できる。
【００５３】
図１１は、火災以外の原因で発生する雑ガスの主成分であるアルコールに対する本発明の煙センサの検出特性であり、本発明の煙センサはアルコールに対し殆ど検出感度をもたず、従って日常的に使用している化粧品、整髪料等の揮発成分であるアルコールを受けても非火災報を生ずることはない。
【００５４】
図１２は、図１の煙判定回路２の判定機能の説明図である。図１２（Ａ）は半導体煙検出素子１の検出結果として得られる抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの変化に対し、図６の煙濃度に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの特性に従って所定の煙濃度例えば３［％／ｍ］に対応する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓ＝約７を閾値ＴＨとして設定する。煙判定回路２は、検出された抵抗比Ｒｏ／Ｒｓが閾値ＴＨを越えた時刻ｔｏで火災を判定し、発報出力回路４を作動して発報信号を火災受信機に送出する。
【００５５】
また図１２（Ｂ）のように、煙判定回路２は半導体煙検出素子１から得られる検出値としての抵抗比Ｒｏ／Ｒｓに単位時間Δｔの変化率Δ（Ｒｏ／Ｒｓ）を求め、この変化率Δ（Ｒｏ／Ｒｓ）が所定の閾値以上即ち変化率が所定値以上となったとき火災と判断し、同じく発報出力回路４を作動して発報信号を火災受信機に送出するようにしてもよい。
【００５６】
尚、検出値として抵抗比Ｒｏ／Ｒｓではなく、抵抗値Ｒｓそのものを使用して、所定の煙濃度に対応する閾値と比較して火災判定したり、単位時間当りの変化率が所定変化率以上か比較して火災判断しても良い。
【００５７】
図１３は、本発明の煙センサを煙熱複合センサに応用した実施形態の回路ブロック図であり、この実施形態は図１の半導体煙検出素子１による火災検出に加え、熱検出素子を用いて火災を判断する複合型の煙熱センサとしたことを特徴とする。
【００５８】
図１３において、半導体煙検出素子１、煙判定回路２、定電圧回路３、発報出力回路４は、図１の実施形態と同じであり、これに加えて新たに熱検出素子３０及び熱判定回路３１を設けている。熱検出素子３０は図１４に示すようにサーミスタ３２と抵抗３３の直列回路で接続され、端子３４ａ，３４ｃ間に定電圧回路３からの規定の電源電圧を加え、サーミスタ３２と抵抗３３の接続点を端子３４ｂより熱検出信号として熱判定回路３１に出力している。
【００５９】
発報出力回路４は、この実施形態にあっては、煙判定回路２からの判定信号または熱判定回路３１からの判定信号のいずれかを受けたときに、端子Ｌ，Ｃ間を低インピーダンスに短絡し、火災受信機に対し発報信号を出力する。
【００６０】
図１に示した本発明の半導体煙検出素子１を用いた煙センサにあっては、図８（Ｂ）（Ｃ）の燻焼の火災試験ＴＦ２，ＴＦ３に対しては十分な検出感度を持つが、図８（Ａ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）の着炎火災のＴＦ１，ＴＦ４，ＴＦ５，ＴＦ６については、火災と判定すべき煙濃度に対する検出感度が十分に得られない。そこで、この着炎火災に対する検出感度の不足部分を、図１３にあっては熱検出素子３０を付加することで補っている。
【００６１】
図１５（Ａ）は、図１３の複合型の本発明の火災試験ＴＦ１〜ＴＦ６に対する火災検出性能としてのクラスを表わしている。この火災検出のためのクラスは、クラスＮに属する場合は火災として検出不可能であり、クラスＡ，Ｂ，Ｃであれば火災として検出可能であり、クラスＡほど火災検出性能が高い。
【００６２】
図１５（Ａ）は、図１３の半導体煙検出素子１による検出性能であり、ＴＦ２，ＴＦ３はクラスＡの検出性能が得られるものの、ＴＦ１，ＴＦ４，ＴＦ５，ＴＦ６にあってはクラスＮの検出性能であることがわかる。一方、図１３の熱検出素子３０に基づく検出性能にあっては、図１５（Ｂ）に示すようにＴＦ１がクラスＡ、ＴＦ２，ＴＦ３がクラスＮ、ＴＦ４がクラスＢ、ＴＦ５，ＴＦ６がクラスＡの検出性能となっている。
【００６３】
その結果、半導体煙検出素子１と熱検出素子３０の両方の検出性能によって、図１５（Ｃ）のようにＴＦ１〜ＴＦ６の全てについて火災判定可能なクラスＡ〜Ｂの検出性能が実現できる。
【００６４】
図１５（Ｄ）は、従来の散乱光式煙感知器におけるＴＦ１〜ＴＦ６の検出性能であり、ＴＦ１，ＴＦ２，ＴＦ３，ＴＦ４，ＴＦ５については、クラスＣ，Ｂ，Ａ，Ａ，Ｂの検出性能が得られているが、アルコール着炎燃焼であるＴＦ６についてはクラスＮとなって検出不可能となっている。
【００６５】
このため、図１５（Ａ）の検出性能を実現する図１３の複合型のセンサの方が、図１５（Ｂ）の従来の散乱光式煙感知器に比べ、より高い火災検出性能を達成することができる。即ち、燻焼火災に対する半導体煙検出素子１による検出性能に、熱検出素子３０による着炎火災に対する検出機能を加え合わせることで、全ての火災種別に対し確実に火災として検出する煙熱複合センサが実現できる。
【００６６】
図１６は、図１３と同じ複合型のセンサの他の実施形態である。この実施形態にあっては、加算回路３５によって半導体煙検出素子１の検出結果と熱検出素子３０の検出結果を加算し、この加算結果を火災判定回路３６で比較判断して火災か否か判定するようにしたことを特徴とする。
【００６７】
即ち、半導体煙検出素子１の検出信号をＣ１、熱検出素子３０の検出信号をＣ２とすると、加算回路３５は
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２
を求めて火災判定回路３６に出力し、火災判定回路３６は加算信号Ｃが所定の閾値ＴＨを越えた時、あるいは加算信号Ｃの単位時間当たりの変化量が所定の閾値を越えたとき、火災と判断し、発報出力回路４を作動して火災受信機に対し発報信号を出力する。
【００６８】
また加算回路３５で加算する半導体煙検出素子１及び熱検出素子３０からの検出信号Ｃ１，Ｃ２としては、検出値のみならず、検出値の微分で得られる単位時間当たりの変化率同士の加算でもよいし、検出信号Ｃ１，Ｃ２のいずれか一方が検出値、他方が変化率の加算であってもよい。
【００６９】
また、煙熱複合センサを構成する場合に、同一基板上に、チップ化して煙検出素子及び熱検出素子の全部又は一部を実装配置したり、１つのエレメントパッケージ内に煙検出素子及び熱検出素子を収納することで、センサ自体を更に小型化することができる。
【００７０】
図１７は、図１の半導体煙検出素子の温度補償の他の実施形態であり、図２の実施形態では、半導体煙検出素子１の感応体（金属酸化物半導体）６に対し直列に温度補償回路７として温度補償抵抗を接続して温度補償を行っていたが、この実施形態では、煙判定回路２で温度補償を行う。
【００７１】
半導体煙検出素子１の感応体６と分圧抵抗Ｒ１により分圧された検出電圧は、煙判定回路２の比較器３８のプラス入力端子に入力される。比較器３８のマイナス入力端子には、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３により分圧された基準電圧が加えられている。検出電圧が基準電圧を越えると、比較器３８は発報出力回路４へ比較信号を出力する。
【００７２】
抵抗Ｒ２と並列には温度補償回路を構成するサーミスタＲthが接続される。このサーミスタＲthは、金属酸化物半導体を用いた感応体６と同じ温度特性を持つ。この実施形態にあっても、温度補償回路を構成するものは、サーミスタ以外にもダイオード等が適用できる。
【００７３】
尚、上記の実施形態は、半導体煙検出素子で検出された抵抗比Ｒｏ／Ｒｓまたは抵抗値Ｒｓが所定の閾値を越えたとき、あるいはその変化率が所定の閾値を越えたとき、火災受信機に対し発報信号を送出するいわゆるオン、オフ型の煙センサを例にとるものであったが、半導体煙検出素子１からの抵抗比Ｒｏ／Ｒｓ又は抵抗値Ｒｓを示すアナログ信号から火災を判断するいわゆるアナログ煙センサとしてもよい。
【００７４】
このアナログ煙センサにあっては、火災受信機からの呼出しに対し検出したアナログ信号を火災受信機に送って火災を判断してもよいし、センサ側に設けたＣＰＵ等の火災判断回路でアナログ検出信号から火災を判断し、判断結果を火災受信機に送るようにしてもよい。
【００７５】
また、商用電源や電池の電源供給により単独で動作し、火災判定時内蔵するブザー等の音響機器で警報したり、ＬＥＤ等の表示機器で表示したりするよう構成しても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、半導体煙検出素子を用いて火災による煙に応じた検出信号から火災を判断するようにしたことで、従来の散乱光式煙感知器のような光学的な煙検出構造を持たないことから、水蒸気が流入しても検出信号が得られず、調理場等に設置した場合にも非火災報を確実に防止できる。
【００７７】
また、煙検出のための素子が半導体煙検出素子であり、検出素子は極めて小さなチップ部品となり、更に従来の散乱光式煙感知器のような外部からの光を遮ると同時に煙を流入させる暗箱が不要となり、煙感知器とした場合に大幅な小型化が可能である。
【００７８】
また半導体煙検出素子単体として用いた本発明の煙センサにあっては、燻焼火災で発生する煙に対し良好な検出感度が得られ、着炎火災に至る火災の燻焼段階で確実に火災を早期に発見して警報することができる。
【００７９】
また発煙火災に対し検出感度が補償される熱検出素子と組み合わせた複合型とすることで、燻焼火災、着炎火災の全ての火災種別に対し十分な検出感度を持ったセンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による煙センサの実施形態のブロック図
【図２】図１の半導体煙検出素子の回路図
【図３】図１の半導体煙検出素子の構造説明図
【図４】図３の感応体の実施形態の説明図
【図５】図３の感応体の他の実施形態の説明図
【図６】図２の半導体煙検出素子の煙濃度に対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの特性図
【図７】図２の半導体煙検出素子の水素、ＣＯガス、アルコールに対する抵抗比Ｒｏ／Ｒｓの特性図
【図８】本発明の煙センサのＩＳ０火災試験のクラスＴＦ１〜ＴＦ６に対する検出結果の説明図
【図９】従来の散乱光式煙感知器のＩＳ０火災試験のクラスＴＦ１〜ＴＦ６に対する検出結果の説明図
【図１０】水蒸気に対する本発明の煙センサと従来の散乱光式煙感知器の検出結果の説明図
【図１１】アルコールに対する本発明の煙センサの検出結果の説明図
【図１２】図１の煙判定回路による火災判定の説明図
【図１３】半導体煙検出素子に熱検出素子を組み合わせた煙熱複合センサのブロック図
【図１４】図１３の熱検出素子の回路図
【図１５】図１３の煙熱複合センサと従来の散乱光式煙感知器のＩＳ０火災試験のクラスＴＦ１〜ＴＦ６における検出性能の説明図
【図１６】半導体煙検出素子に熱検出素子を組み合わせた煙熱複合センサの他の実施形態のブロック図
【図１７】煙判定回路で温度補償を行う図１の半導体煙検出素子の温度補償の他の実施形態の回路図
【符号の説明】
１：半導体煙検出素子
２：煙判定回路
３：定電圧回路
４：発報出力回路
５：素子本体
６：感応体
７：温度補償回路
８：ヒータコイル
９：ヒータ電流調整抵抗
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：端子
１１：ベース
１２：ピン
１３：カバー
１９，２０：金属酸化物半導体
１５，１６：電極
１７，１８：リード線
２１，２２：電極
２３，２４：リード
２５：ヒータ
２６，２７：ヒータリード
２８：絶縁性基板
３０：熱検出素子
３１：熱判定回路
３２：サーミスタ
３５：加算回路
３６：火災判定回路
３８：比較器

Claims

所定温度に加熱された金属酸化物半導体に火災による煙が接触した際の抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する半導体煙検出素子と、
前記半導体煙検出素子による前記煙に含まれた水素の検出信号から燻焼火災に相当する煙濃度を判断して火災を判定する煙判定部と、
を備えたことを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記煙判定部は、予め設定された燻焼火災の煙濃度に対応する前記半導体検出素子の検出信号の閾値に基づいて火災を判定することを特徴とする煙センサ。
請求項２記載の煙センサに於いて、前記半導体検出素子の検出信号の閾値は、水素による前記半導体検出素子の検出信号と燻焼火災の煙濃度との相関に基づいて定めることを特徴とする煙センサ。
請求項３記載の煙センサに於いて、前記半導体検出素子の検出信号の閾値は、前記半導体検出素子が水素以外のガスに感度を有さない煙濃度領域に設けることを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記半導体煙検出素子は、火災の煙に対する検出感度の選択性が高くなるように、前記金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記半導体煙検出素子は、燻焼火災時の煙に対する検出感度の選択性が高くなるように、前記金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記半導体煙検出素子は、煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、煙濃度３［％／ｍ］乃至１５［％／ｍ］の範囲で抵抗比Ｒｏ／Ｒｓが１０乃至１００程度の範囲で変化するように、前記金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記半導体煙検出素子は、煙濃度３［％／ｍ］乃至１５［％／ｍ］の範囲で、水素に対する検出感度の選択性が高く、ＣＯガス、アルコール、水蒸気等の水素以外に対する検出感度の選択性が低くなるように、前記金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする煙センサ。
請求項８記載の煙センサに於いて、前記半導体煙検出素子は、煙濃度１０［％／ｍ］付近より低い煙渡度で水素のみに検出感度の選択性をもつように、前記金属酸化物半導体の加熱温度及び直列接続した検出レンジを決める抵抗の抵抗値を設定したことを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記煙判定部は、前記半導体煙検出素子の煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、抵抗比Ｒｏ／Ｒｓまたは抵抗値Ｒｓが所定の煙濃度に対応した所定閾値を越えた時に火災と判定することを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記煙判定部は、前記半導体煙検出素子の煙濃度０［％／ｍ］の時の抵抗値をＲｏ、煙接触時の抵抗値をＲｓとした場合、抵抗比Ｒｏ／Ｒｓまたは抵抗値Ｒｓの単位時間当りの変化率が所定の閾値を越えた時に火災と判定することを特徴とする煙センサ。
請求項１記載の煙センサに於いて、前記金属酸化物半導体の温度補償を行う温度補償回路を備えたことを特徴とする煙センサ。
所定温度に加熱された金属酸化物半導体に火災による煙が接触した際の抵抗値の変化に応じた検出信号を出力する半導体煙検出素子と、
火災による熱の変化に応じた検出信号を出力する熱検出素子と、
前記半導体煙検出素子による前記煙に含まれた水素の検出信号から燻焼火災に相当する煙濃度を判断して火災を判断する煙判定部と、
前記熱検出素子の検出信号に基づいて火災を判定する熱判定部と、
を設けたことを特徴とする熱複合煙センサ。
請求項１３記載の煙熱複合センサに於いて、前記煙判定部又は熱判定部のいずれか一方による火災判定出力が得られた時に火災検出信号を送出することを特徴とする煙熱複合センサ。
請求項１３記載の煙熱複合センサに於いて、前記半導体煙検出素子の検出信号と前記熱検出素子の検出信号を加算し出力する加算部と、前記加算部から出力される加算信号が所定の閾値を越えた時、または加算信号の単位時間当りの変化率が所定の閾値を越えた時に火災と判定する火災判定部とを設けたことを特徴とする煙熱複合センサ。