JP4809100B2

JP4809100B2 - 火災検出装置

Info

Publication number: JP4809100B2
Application number: JP2006097693A
Authority: JP
Inventors: 隆能美
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007272582A

Description

この発明は火災検出装置、特にサンプリング管により監視空間の空気を収集するサンプリング式のもので、センサとして煙感知器を使用したものに関する。

従来のこの種の火災検出装置として、吸引ポンプを使用して、監視空間に設けたサンプリング管から空気を吸引し、サンプリング管の基端側に設けた煙感知器により、吸引した空気内の煙を検出して、監視空間内における火災を検出するものがある(例えば特許文献１参照)。

特開平５−３０７６９０号公報

ところで、煙感知器は煙粒子以外にも塵埃などによっても動作することがある。このため天井に設置する火災検出装置においては、煙感知部と熱感知部などを一緒に設けることで、正確に火災の検出が行えるようにしたものがあるが、サンプリング方式の煙感知装置では、煙感知器と組み合わすことのできる火災検出用のセンサがなく、より正確な火災検出を行うことができなかった。

そこでこの発明は上記の課題を解消するためになされたもので、サンプリング式の火災検出装置において、センサとして煙感知器と水素検出器を併設し、より正確な火災検出が行える火災検出装置を提供することを目的とする。

この発明は、監視空間にサンプリング管を設け、該サンプリング管の基端部に煙感知器と吸引機を設けた火災検出装置において、前記サンプリング管の基端部に設けられた水素検出器と、前記煙感知器及び水素検出器からのそれぞれの出力信号に基づき、共に火災検出したと判定した時に火災発生を決定する制御装置と、を備え、前記水素検出器は、前記煙感知器と前記吸引機との間から分岐管を介して設けられた質量分析計からなることを特徴とする火災検出装置にある。

この発明では、火災を検出するセンサとして煙感知器と水素検出器を併設することにより、より正確な火災検出が行える。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態によるサンプリング式の火災検出装置の構成を示す図である。図１において、Ｆは火災検出対象エリアである監視空間、１は監視空間Ｆに設けられ、吸引用の複数の孔３を備えた、監視空間Ｆ全体の火災監視をするためのサンプリング管で、その基端部５は、サンプリング管１の内径よりも大きく形成されており、この中にゴミ除去用フィルタ７、煙を検知する例えば散乱光式の煙感知器９、ファン又はポンプ等からなる吸引機１１が設けられている。

煙感知器９は、火災成分によって変化する出力電圧等のアナログ量をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器や、デジタル量に変換された出力レベルを、出力信号として後述する制御装置２９に送出する送信部を有する。ゴミ除去用フィルタ７は、多少の塵埃等のゴミを除去し、煙感知器９側へ入らないようにしている。基端部５の端部に設けられた吸引機１１は、その吸引力によって、監視空間Ｆの空気をサンプリング管１の孔３から吸引して基端部５側に導く。

基端部５の煙感知器９と吸引機１１の間には、空気導入用の分岐管１３を介して水素検出器２０が設けられており、分岐管１３は基端部５内に導かれた空気を、さらに水素検出器２０まで導く。

水素検出器２０は、質量分析計(ＭＳ)２１、解析処理部２２、ＴＭＰ(ターボ分子ポンプ)２３、ドライポンプ２５等から構成される。質量分析計２１は、イオン化部２１ａ、質量分離部(分析部)２１ｂ、検出部２１ｃ、ヒータ２１ｄ等で構成されており、サンプリングされた空気をイオン化して質量分析する。

質量分析計２１のイオン化部２１ａとしては、最も一般的な電子衝撃イオン化(ＥＩ)法によるものが一例として使用される。これは、加速した電子を試料(中性)分子に衝突させ、イオン化させる方法である。

質量分離部２１ｂについては、例えば、最も普及している、四重極型を使用している。四重極型は４本のポール状電極の対角線各２本に同一極性の同一電圧をかけ、この極性を高速で切り換えるときにポール内を通過できるイオンの質量数がポールにかけた電圧に比例することを利用して、特定の質量電荷比(ｍ／z)をもつイオン(この発明の場合は水素イオン)のみを通過させ分離を行うものである。なお、ｍは分子量、ｚは電荷数である。

検出部２１ｃは光電子増倍管などを備え、分離された１つのイオンを検出する。検出部２１ｃは、解析処理部２２と接続され、検出信号を解析処理部２２へ送るように構成されている。そして、イオンを質量ごとに分離して検出することにより、横軸(イオンの質量数)／縦軸(イオンの検出強度)からなるＭＳスペクトルを得るように構成されている。

解析処理部２２は、質量分析計２１からのスペクトルデータを処理して必要なピーク値のみ選択してデータ解析する。ここでは質量数２の水素Ｈ_２にピークがあるか否かを解析する。解析処理部２２は、例えば質量分析計２１からのスペクトルデータ等のアナログ量をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器や、分析結果を出力信号として制御装置２９に送出する送信部を有する。

ヒータ２１ｄは、質量分析計２１全体と分岐管１３を加熱するものである。これは、質量分析計２１内部では圧力が低いことから、質量分析計２１内の配管内に水滴が付着したりすると、大気圧下に比べ凍結しやすいからで、この凍結を防止するためである。特に、分岐管１３における後述するニードルバルブ１９で絞られ、細くなった部分は凍結の可能性が高い。

質量分析計２１を構成するイオン化部２１ａ，質量分離部２１ｂ，及び検出部２１ｃは、空気を分析するにあたって、高い真空度を必要とするので、真空ポンプとしてのＴＭＰ２３とドライポンプ２５を２台直結して、質量分析計２１の室内の圧力を１０^−５Ｔｏｒｒ(１Ｔｏｒｒ＝１ｍｍＨｇ＝１０１３２５／７６０Ｐａ＝１３３．３２２Ｐａ(Ｎ／ｍ^２))程度の圧力にしている。

分岐管１３の部分に関し、分岐管１３には基端部５側から、メンブレンフィルタ１５、分岐管１３の開閉動作をする電磁バルブ１７(開閉制御バルブ)、分岐管１３の開度を調整するニードルバルブ１９が設けられる。

分岐管１３の内径は、流速が低下しないようにできるだけ細くすることが望ましい。サンプリング管１の長さ等によっても異なるが、サンプリング管１の内径が数センチ程度なのに対し、例えば１０分の数ｍｍ程度以下である。

メンブレンフィルタ１５は、例えば高分子膜により形成され、孔径が０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０５μｍのものが使用される。メンブレンフィルタ１５には、その孔径によって、水素の選択性という機能(効果)がある。孔径が１０μｍ以下であれば、酸素分子などをカットして、分子径の小さい水素分子だけを効率よく選択して透過させる膜(フィルタ)となる。

また、質量分析計２１は高価な検出器であり、またサンプリングを行っているとメンブレンフィルタ１５を通過した微小な異物が経時的に徐々に微量ながら質量分析計２１に蓄積していく。従って常時サンプリングは好ましくなく、効率のよいサンプリングが求められる。そこで例えば、質量分析計２１のサンプリング期間設定用に開閉制御バルブとしての電磁バルブ１７を設けて、分岐管１３を開閉動作させるようにしてもよい。実際には例えば図２に示すように１〜１０ｓｅｃの間隔で周期的に開閉制御されてサンプリング期間を設定したり、また、火災発生が決定した後は、制御装置２９は分岐管１３を閉状態に保持するように制御する。

ニードルバルブ１９は分岐管１３の開度を調整するためのもので、分岐管１３の流路を絞っている。なお、ニードルバルブ１９に変えてオリフィスを使用してもよい。ここで、サンプリング管１の基端部５での圧力は、７６０Ｔｏｒｒ(約１０^３Ｔｏｒｒ)で、質量分析計２１の圧力は、１０^−５ｔｏｒｒで、高い真空状態にあり、両者の圧力差は大きい。このため、サンプリング管１の基端部５と質量分析計２１とを、細い分岐管１３を介し接続し、ニードルバルブ１９によってその流路を絞ってある。こうすることで、質量分析計２１の真空状態を保ち、かつ空気のガス成分も通過できるようにすることが可能となる。

制御装置２９はメモリを含むコンピュータからなり、煙感知器９からの煙等の火災成分によって変化する出力信号と、水素検出器２０の解析処理部２２からの水素Ｈ_２を検出したことを示す出力信号とに基づき火災発生を決定し、例えば報知装置(図示省略)に火災の報知指令ＩＮＦＣを送る。

図３には制御装置２９の動作の一例を示す動作フローチャートを示す。以下この発明の火災検出装置の動作を説明する。基端部５の端部に設けられた吸引機１１の吸引力により、監視空間Ｆの空気がサンプリング管１の孔３から吸引されて基端部５側に導かれ、さらに分岐管１３を介して水素検出器２０のＴＭＰ２３とドライポンプ２５により高い真空度に保たれた質量分析計２１に導かれている状態で、煙感知器９は煙等の火災成分を示す出力信号、水素検出器２０の出力側の解析処理部２２は水素Ｈ_２を検出したか否かを示す出力信号を発生する。

なおこの際、電磁バルブ１７は、質量分析計２１の水素検出器２０の常時サンプリングを避けるために、サンプリング期間を設定するために、図２に示すように１〜１０ｓｅｃの間隔で周期的に開閉制御されてもよい(この制御は独立に行われる)。

制御装置２９は煙感知器９の出力信号と、水素検出器２０の解析処理部２２の出力信号を入力する。監視空間Ｆで火災が発生した場合には、火災に伴い監視空間Ｆ内の水素濃度が急激に上昇するので、通常、最初に水素検出器２０側で水素が検出される。そこで、解析処理部２２の出力信号が水素を検出したことを示すと、水素検出器２０にて火災が検出されたと判定し(ステップＳ１)、制御装置２９は、煙感知器９の出力信号のための火災検出を判定するための閾値を、高い値を有する低感度モードの閾値から低い値の高感度モードの閾値に切り換える(ステップＳ２)。これは、通常は低感度モードで判定することで、煙感知器９での塵埃等による誤検出を避けるためのものである。制御装置２９は低感度モードと高感度モードのそれぞれの閾値を予めメモリに格納している。

そしてその後、煙感知器９の出力が高感度モードの閾値を超えた場合に、煙感知器９においても火災が検出されたと判定し(ステップＳ３)、水素検出器２０と煙感知器９の双方で火災が検出されたと判定されたことに基づき、火災発生を決定する(ステップＳ４)。

そして制御装置２９は、例えば火災報知装置に火災報知指令ＩＮＦＣを出力する(ステップＳ５)。また、すでに火災発生が決定したため、水素検出器２０での不必要なサンプリングを避けるために、電磁バルブ１７を閉じた状態に保持するために閉信号を出力するようにしてもよい(ステップＳ６)。また、この電磁バルブ１７は、水素検出器２０が水素の発生を検出した時点で閉信号を出力して閉じるようにしてもよい。

なお制御装置２９は、上記説明では、水素検出器２０での火災が検出されたという判定後に煙感知器９に対する閾値を切り換えたりしているが、基本的には、水素検出器２０と煙感知器９(水素検出器２０で火災が検出される前であれば低感度モードの閾値による判定)の双方で火災が検出されたと判定されたことに基づき、火災発生を決定して、火災報知指令ＩＮＦＣ等を発生するものであればよい。

また、水素検出器２０の質量分析計２１に関する部分は、既に知られている他の質量分析計(ＭＳ)に置き換えることが可能である。例えば、イオン化や質量分離の原理の異なる、ソフトイオン化法や、イオントラップ式や、磁場型、ＴＯＦ式などの他の質量分析計を使用してもよい。

実施の形態２．
図４はこの発明の別の実施の形態によるサンプリング式の火災検出装置の構成を示す図である。図１の実施の形態１と同じ部分には同じ符号をつけて説明を省略する。サンプリング管１の基端部５には吸引機１１が設けられ、図示しない監視空間の空気を吸引している。基端部５内において、サンプリング管１には、サンプリング管１よりも細い径のバイパス管３０が吸引機１１の前後にわたって接続されている。このバイパス管３０には、吸引機１１と並列の関係になるように、ゴミ除去用のフィルタ７及び煙感知器９が設けられている。ここで、吸引機１１が駆動して空気を吸引する際、バイパス管３０の前後に差圧が発生するので、バイパス管３０には、矢印で示すように、吸引機１１の排気側からフィルタ７、煙感知器９を経由して吸引機１１の吸引側に空気が流れるようになっている。

フィルタ７と煙感知器９との間から分岐管１３が分岐して引き出され、水素検出器２０を構成する質量分析計２１が接続される。質量分析計２１には、ＴＭＰ２３及びドライポンプ２５が実施の形態１と同様に接続されている。

この実施の形態２においては、開閉制御バルブである電磁バルブ１７の開閉を次のように制御する。つまり、常時は、開閉制御バルブ１７は閉じておき、吸引機１１を駆動して煙感知器９だけで火災の発生を検出するようにしている。そして、煙感知器９により火災の発生が検出されたら、開閉制御バルブ１７を開放させて、サンプリングした空気に水素が含まれているかどうかを水素検出器２０すなわち質量分析計２１で検出する。ここで、水素検出器２０が水素の発生を検出したら、煙感知器９及び水素検出器２０が共に火災検出したものとして、火災発生と判断する。もし、この際、水素検出器２０が水素の発生を検出できなければ、煙感知器９だけしか火災検出していないことになるので、この場合の煙感知器９の動作は、塵埃によるものと判断する。そして、開閉制御バルブ１７はまた閉止するように制御する。

このようにして、水素検出器２０を煙感知器９が火災発生を検出した後の、真の火災であるか否かを判断する補助的な手段として使用するようにしてもよい。この実施の形態２では、質量分析計２１はほとんど使用されないので、内部のチャンバが汚れにくいという利点がある。

なお、実施の形態１，２では、吸引機１１一台で基端部５まで空気を吸い込んでおり、吸引機を水素検出器と煙感知器それぞれに設けずに共用することができる。また火災発生時に、特に実施の形態１では、火災の初期段階で発生する水素ガスを検知することで、火災の発生を検出するようにしているので、火災を早期に検知することが可能となる。つまり低感度の煙感知器では火災の検出に時間がかかるが、水素検出器が水素を検出した時点で、煙感知器の感度を高感度に設定しているので、誤報を起こすことなく、火災を早期に検出することが可能となる。

なお、実施の形態１，２では、質量分析計２１は水素を検出する水素検出器として使用したが、質量分析計は水素ガスに限らず、あらゆるガスの検出を行うこのできる計器なので、水素以外に火災時に発生するガスを検出させるようにしてもよい。

この発明の一実施の形態によるサンプリング式の火災検出装置の構成を示す図である。この発明による火災検出装置の開閉制御バルブの開閉動作を説明するための図である。この発明による火災検出装置の制御装置の動作の一例を示す動作フローチャートである。この発明の別の実施の形態によるサンプリング式の火災検出装置の構成を示す図である。

符号の説明

１サンプリング管、３孔、５基端部、７ゴミ除去用フィルタ、９煙感知器、１１吸引機、１３分岐管、１５メンブレンフィルタ、１７電磁バルブ(開閉制御バルブ)、１９ニードルバルブ、２０水素検出器、２１質量分析計(ＭＳ)、２１ａイオン化部、２１ｂ質量分離部、２１ｃ検出部、２１ｄヒータ、２２解析処理部、２３ＴＭＰ、２５ドライポンプ、２９制御装置、３０バイパス管。

Claims

監視空間にサンプリング管を設け、該サンプリング管の基端部に煙感知器と吸引機を設けた火災検出装置において、
前記サンプリング管の基端部に設けられた水素検出器と、
前記煙感知器及び水素検出器からのそれぞれの出力信号に基づき、共に火災検出したと判定した時に火災発生を決定する制御装置と、
を備え、
前記水素検出器は、前記煙感知器と前記吸引機との間から分岐管を介して設けられた質量分析計からなることを特徴とする火災検出装置。
前記分岐管に分岐管の開閉動作を行う開閉制御バルブを設けたことを特徴とする請求項１に記載の火災検出装置。