JP4996381B2

JP4996381B2 - 火災警報器

Info

Publication number: JP4996381B2
Application number: JP2007189199A
Authority: JP
Inventors: 倫之西谷; 良春名川; 三四郎兒玉
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: JP2009026110A

Description

本発明は、住宅の室内等に設置されてその室内等における火災の発生時に火災警報信号を外部に出力する火災警報器に係り、特に、煙センサで煙濃度を検出することで火災の検出乃至警報を行う火災警報器に関する。

従来、火災等による煙を光電式の煙センサで感知する火災警報器がある。このような光電式の火災警報器においては、警報器のセンサ収容部内に取り込まれた警報器設置空間の雰囲気にＬＥＤ等の発光素子によって測定光を照射し、その雰囲気中に存在する微小粒子により拡散された拡散光をフォトダイオード等の受光素子により受光し、その雰囲気中に存在する微小粒子の濃度すなわち煙濃度を光電出力信号として計測している。

しかしながら、この種の火災警報器では誤報を防止する必要がある。例えば、特開２００６−１４６７３８号公報（特許文献１）には、温度センサを併設し、温度の上昇が無い場合は誤報であるとの判断をする例や、煙濃度が２．５〜５％／ｍに達するまでの経過時間により、煙と水蒸気との判別を行う方法が開示されている。
特開２００６−１４６７３８号公報

火災警報器は、例えば台所へ設置した場合、調理や電気ポットあるいは炊飯器等から発生する水蒸気による誤報が想定される。しかしながら、特許文献１のものでは、水蒸気の流れや水蒸気の発生量によっては誤認識することが想定される。

本発明は、煙と水蒸気の特性の違いに着目し、光電式の火災警報器において、上昇する水蒸気による誤報を低減することを課題とする。

請求項１の火災警報器は、設定された煙検出用のサンプリング周期で煙センサの出力を計測する計測手段と、該計測手段で得られた計測値が予め設定された閾値未満の安全域の場合には火災警報処理を行わずに、該計測値が上記安全域を越えた場合に火災警報処理を行う警報手段とを備えた火災警報器において、前記安全域の上限を規定する前記閾値を第１閾値とするとともに、該第１閾値から所定幅大きい第２閾値が設定され、前記サンプリング周期における計測値のうち今回の計測値と直前の計測値とを判定し、直前の計測値が前記安全域であり、かつ、今回の計測値が前記第２閾値以上であった場合に前記火災警報処理を規制するようにしたことを特徴とする。

請求項２の火災警報器は、請求項１に記載の火災警報器であって、前記火災警報処理を規制する場合に、その後の計測値が連続して所定回数前記第２閾値以上となった場合に前記火災警報処理の規制を解除することを特徴とする。

なお、請求項１または２に記載の火災警報器において、煙検出用のサンプリング周期は４秒前後、前記計測手段における計測値が煙濃度を減光率で表す［％／ｍ］を単位とした場合、第１閾値が１０％／ｍ、第２閾値が２０％／ｍの値または該値に近似する値が好適である。

通常、火災により発生した煙は熱を伴うため、天井面に向かって上昇し壁面に向かって拡散していく。一方、電気ポット等により発生する水蒸気は、天井面に向かって上昇しながら、その温度自体が低下し、水蒸気粒子が減少し、大気に拡散していく。また、発生する水蒸気は安定しておらず、目に見えて濃淡があり、周囲の対流により煙検知部に入る量は一定ではない。

特に、水蒸気の影響として、火災警報器内で発生する水蒸気の結露による影響が誤報の一因となるを本発明の発明者は見いだした。例えば、図８に示したように、火災警報器の煙センサを内蔵するラビリンスと称するセンサハウジング２内に水蒸気が進入し、このセンサハウジング２内で水蒸気が結露することがある。なお、煙センサ１２は、発光部１２ａからの光が煙り等により拡散し、その拡散した光を受光部１２ｂで受光するものであるが、この結露で生じた水滴１０により発光部１２ａの光が散乱したり反射し、受光部１２ｂでの受光量が変化して、煙を検出したと誤認識することが判明した。

そこで、本発明の発明者は、火災警報器の煙センサによる計測値の変化について、結露が発生している場合の特性と煙が進入した場合の特性の違いを以下のように検証した。火災警報器の煙センサの計測値の検出間隔（サンプリング周期）を１０ｍ秒、４秒、１０秒間隔として、火災警報器の下方から水蒸気を発生させ、その水蒸気により結露が発生した場合に測定した結果を図６に示す。なお、図６(B) は図６(A) の波線で囲ったＡ部分の拡大図である。

図６において１０ｍ秒間隔のセンサ出力（計測値）をみると、１秒以内に急上昇して１０％／ｍを越えてしまう。この１０％／ｍは火災判定用閾値（第１閾値）である。通常、火災警報器は４秒から１０秒程度の間隔で検出動作を行うものであり、例えば４秒間隔の検出動作で第１閾値を３回越えると火災と判断して警報を行うとすると、１６秒の点で誤報となってしまう。

次に、通常の火災の例として、電気ストーブにより布団が燃えた例を図７に示す。なお、図７(B) は図７(A) のＡ部の拡大図である。この図のように、煙の場合には上記のように急上昇する動きは確認できなかった。したがって、計測値が急上昇することを検出することで水蒸気による結露が発生している場合と煙を検出している場合との分別が可能であることが判明した。

そこで、本発明は、火災を行わない安全域の上限を規定する第１閾値（例えば１０％／ｍ）と、この第１閾値から所定幅（例えば１０％／ｍ）だけ大きい第２閾値（２０％／ｍ）を設定し、直前の計測値が安全域（第１閾値未満）であり、かつ、今回の計測値が第２閾値以上であった場合には、急上昇が検出されたことになるので火災警報処理を規制し、誤報を防止するようにした。なお、火災警報処理は、例えば第１閾値を越える事象が連続して所定回数続いた場合に警報を発する等の処理であり、火災警報処理を規制するとは、この警報を発する条件を変更して警報を遅延させるなどの処理である。

請求項１の火災警報器によれば、煙による計測値と水蒸気の結露時の計測値とを識別して、水蒸気の結露による誤報を防止することが可能である。

請求項２の火災警報器によれば、請求項１の効果に加えて、誤報に遅延をかけるように警報を規制することができる。

次に、本発明の火災警報器の一実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る火災警報器の正面図（図１(A) ）及び側面図（図１(B) ）、図２は同火災警報器の要部ブロック図である。この実施形態の火災警報器は、本体ケース１、本体ケース１の前面部１ａから突出して形成された円筒状のセンサハウジング２、本体ケース１に対向され本体ケース１と共にセンサハウジング２を挟むように設けられた整流板としてのパネル３を有している。そして、この火災警報器は壁掛け式であり、本体ケース１の背面部１ｂを部屋の壁等に密着させ、センサハウジング２側を上にして設置される。

センサハウジング２内には図８に示したと同様な煙センサ１２が収容されている。センサハウジング２はその周囲全周に亘って立設された複数の羽根板２ａ，２ａ，…を有しており、この羽根板２ａ，２ａの間隙は、センサハウジング２の内部に向かう一方向に回転する通路を形成している。そして、煙や水蒸気は、羽根板２ａ，２ａ，…の間隙（通路）からセンサハウジング２内に流入する。煙センサ１２は光電式で煙濃度を測定可能なセンサであり、この煙濃度は基準となる減光式濃度計における光の減光率に相当する。また、前記同様に減光率は［％／ｍ］の単位で表現する。

図２に示すように、この火災警報器は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１、煙センサ１２、サンプルホールド回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４、タイマ１５、警報部１６、ＥＥＰＲＯＭ１７及び電池１８等から構成されている。警報部１６は火災警報（鳴動）を発するためのスピーカ等を備えている。ＥＥＰＲＯＭ１７には各種判定の比較対象となる閾値や各種設定値等が記憶されている。また、電池１８は当該火災警報器全体の駆動電源である。

マイコン１１は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ１１ａと、ＣＰＵ１１ａが行う処理のプログラムなどを格納したＲＯＭ１１ｂと、ＣＰＵ１１ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するＲＡＭ１１ｃ等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。

煙センサ１２は、ＬＥＤや発光制御回路等からなる発光部１２ａと、フォトダイオードや増幅回路等からなる受光部１２ｂとを有し、発光部１２ａはマイコン１１により発光制御される。また、受光部１２ｂは発光部１２ａからの光を受光する。サンプルホールド回路１３は、受光部１２ｂに接続され、受光部１２ｂの受光出力をサンプリングして次回の発光までホールドし、Ａ／Ｄ変換回路１４は、サンプルホールド回路１３の出力をアナログ信号からデジタル信号に変換してマイコン１１に入力する。タイマ１５は、マイコン１１に接続され、マイコン１１はこのタイマ１５のタイマ割り込み信号によりサンプリングのタイミング等を決定する。

すなわち、マイコン１１はサンプリング周期に応じて煙センサ１２の発光部１２ａを発光制御し、受光部１２ｂの出力信号をそのサンプリング周期の各計測タイミングの計測値として取り込む。この、マイコン１１、サンプルホールド回路１３およびＡ／Ｄ変換回路１４は「計測手段」に相当する。

この実施形態の処理の概要は以下のとおりである。まず、火災の発生を監視する監視モードでは煙検出用のサンプリング周波数（４秒間隔）で煙センサ１２による計測値を取得する。計測値の判定基準である第１閾値は１０％／ｍ、第２閾値は２０％／ｍであり、煙センサの計測値が第１閾値未満の領域は安全域とする。

監視モードにおいて、計測値が安全域（第１閾値未満）を越えると、第２閾値を越えているかを判定する。計測値が安全域を越えて第２閾値未満の場合には、煙を検出したと判断して火災警報処理を行う。この火災警報処理では、警報モードとするまでの猶予をとるために「煙判定カウント」によりその判断の回数をカウントする。そして、「煙判定カウント」が所定値（例えば“３”）となると、警報モードとして警報を発する。

一方、監視モードにおいて計測値が初めて第２閾値を越えた場合、前回の計測値（直前の計測値）が安全域であったかを判定する。そして、前回の計測値が安全域であれば火災警報処理を制限する。すなわち、前回の計測値が安全域で、かつ、今回の計測値が第２閾値を越えていれば、結露による計測値の急激な上昇が検出されたと判断し、火災警報処理を制限する。この火災警報処理の制限は、計測値が安全域を越えていても「煙判定カウント」の計数をキャンセルするものであり、この「煙判定カウント」の計数を行う処理を回避する分岐判断用に「煙判定カウントキャンセル」のカウント値を用いる。なお、「煙判定カウントキャンセル」は最初は“０”であり、第２閾値を越える毎にインクリメント（１増加）する。そして、第２閾値を越えた事象が初めてのものであることを「煙判定カウントキャンセル」のカウント値が“０”であることで判断する。このロジックを「ロジックＡ」とする。また、「煙判定カウントキャンセル」が所定の計数値（例えば“３”）になると、「煙判定カウント」の計数を行うことで、火災警報処理の制限を解除する。このロジックを「ロジックＢ」とする。

図３及び図４は実施形態における火災警報器のマイコン１１の制御プログラムの要部フローチャートであり、同図に基づいて動作を説明する。なお、「煙判定カウント」、「煙カウントキャンセル」の計数値など、処理に用いる値を格納するレジスタはＲＡＭ１１ｃに予め設定されている。また、閾値等の値はＥＥＰＲＯＭ１７（やＲＯＭ１１ｂでもよい）に格納されている。また、図３の処理は、「ロジックＡ」と「ロジックＢ」の両方のロジックを実施する例である。

図３の処理では、ステップＳ１で「監視モード」として４秒経過するのを監視する。４秒経過するとステップＳ２で煙センサ１２における計測値を取得し、ステップＳ３で計測値が第１閾値以上であるかを判定する。計測値が第１閾値以上でなければ、煙あるいは水蒸気（結露）が検出されていないので、ステップＳ４で煙判定カウントキャンセルを“０”にして監視モードを継続する。計測値が第１閾値以上であれば、ステップＳ５で計測値が第２閾値以上であるかを判定する。計測値が第２閾値以上でなければステップＳ８に進み、第２閾値以上であればステップＳ６に進む。

ステップＳ６では煙判定カウントキャンセルが“０”であるかを判定し、判定がＹｅｓであれば、初めて第２閾値を越えたことになるので、ステップＳ７で前回の計測値が安全域であったかを判定する。前回の計測値が安全域でなければ、火災警報処理としてステップＳ８で煙判定カウントをインクリメントしてステップＳ１１に進む。そして、前回の計測値が安全域であれば、火災警報処理を規制するためにステップＳ９に進む。ステップＳ６の判定がＮｏであれば、引き続き第２閾値を越えた場合であるので、そのままステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ロジックＢの処理として、煙判定カウントキャンセルが“３”であるかを判定し、判定がＹｅｓであれば、火災警報処理の規制を解除するためにステップＳ８に進み、判定がＮｏであれば、火災警報処理を規制するためにステップＳ１０で煙判定カウントキャンセルをインクリメントしてステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、煙判定カウントが“３”になったかを判定し、煙判定カウントが“３”になっていいなければステップＳ１に戻る。煙判定カウントが“３”になっていれば図４の警報モードに進む。

図４の処理では、ステップＳ２１で「警報モード」として鳴動を開始して４秒経過するのを監視する。４秒経過するとステップＳ２２で警報継続の判定を行う。すなわち、煙判定カウントが“０”になったかを判定し、煙判定カウントが“０”になっていなければステップＳ２３で煙センサ１２における計測値を取得する。次に、ステップＳ２４で計測値（煙濃度）が第１閾値以上あるかを判定し、第１閾値以上ならステップＳ２１に戻り、第１閾値以上でなければステップＳ２５で煙判定カウントをデクリメントしてステップＳ２１に戻る。そして、ステップＳ２２で、煙判定カウントが“０”になったら、ステップＳ２６で煙判定カウントキャンセルを“０”にして図３の「監視モード」に戻る。

以上の処理では、「ロジックＡ」と「ロジックＢ」の両方のロジックを実施しているが、ロジックＢは無くてもよい。

図５は実施形態のロジックの検証結果の一例を示す図であり、前掲の図６(A) の水蒸気についての計測値に対して実施形態のロジックを適用した場合と、「ロジックＡ」及び「ロジックＢ」を実施しなかった場合（従来相当）を比較た結果である。図５のａ．は図６(A) と同様に、１０ｍ秒及び４秒の各サンプリング周期の計測値を示している。図５のｂ．は監視モードの４秒周期で「ロジックＡ及びロジックＢ」無しの場合、図５のｃ．は監視モードの４秒周期で「ロジックＡ」のみの場合、図５のｄ．は監視モードの４秒周期で「ロジックＡ及びロジックＢ」有り場合を示している。

ｂ．の場合は、８秒目のタイミングでその計測値が第２閾値（２０％／ｍ）（及び第１閾値）以上となって、煙判定カウントが“１”となり、さらに判定カウントは１２秒目で“２”、１６秒目で“３”となっている。これにより約１６秒の時点で警報モードとなり鳴動状態（斜線部）となっている。

ｃ．の場合は、煙濃度（センサ出力）が急激に上昇後、８秒目のタイミングでその計測値が第２閾値以上となり、前回の計測値（４秒目）が第１閾値未満の安全域であることから、煙判定カウントキャンセル（キャンセル回数）が“１”となる。その後、計測値が第２閾値を越え続けると、煙判定カウントキャンセル（キャンセル回数）が“２、３”となり、煙判定カウントは計数されないので警報モードとならず、水蒸気の結露による誤報が防止されている。

ｄ．の場合は、ｃ．の場合と同様に、煙判定カウントキャンセル（キャンセル回数）は８秒目で“１”、その後“２、３”となるが、２０秒目で煙判定カウントキャンセル（キャンセル回数）が“３”であることから、煙判定カウントが“１”となり、さらに判定カウントは“２、３”となり、２８秒目で警報モードとなって鳴動状態となっている。すなわち、ロジック無しのｂ．に比べて、鳴動状態までに遅延をかけることができる。この４秒間隔の場合には鳴動までに略２０〜２４秒の遅延をかけることがでいる。また、最初に第２閾値を越えた後、オーバーシュート等で第１閾値に安定した場合でも、鳴動までに１２〜２０秒の遅延をかけることができる。

本発明の実施形態に係る火災警報器の正面図及び側面図である。同火災警報器の要部ブロック図である。実施形態におけ監視モードのフローチャートである。実施形態における警報モードのフローチャートである。実施形態におけるロジックの検証結果の一例を示す図である。水蒸気に対する煙センサの計測値の例を示す図である。煙に対する煙センサの計測値の例を示す図である。煙センサのハウジング内の結露の状態を示す図である。

符号の説明

１１マイコン（計測手段、警報手段）
１２煙センサ
１３サンプルホールド回路（計測手段）
１４Ａ／Ｄ変換回路（計測手段）

Claims

設定された煙検出用のサンプリング周期で煙センサの出力を計測する計測手段と、該計測手段で得られた計測値が予め設定された閾値未満の安全域の場合には火災警報処理を行わずに、該計測値が上記安全域を越えた場合に火災警報処理を行う警報手段とを備えた火災警報器において、
前記安全域の上限を規定する前記閾値を第１閾値とするとともに、該第１閾値から所定幅大きい第２閾値が設定され、
前記サンプリング周期における計測値のうち今回の計測値と直前の計測値とを判定し、直前の計測値が前記安全域であり、かつ、今回の計測値が前記第２閾値以上であった場合に前記火災警報処理を規制するようにしたことを特徴とする火災警報器。
前記火災警報処理を規制する場合に、その後の計測値が連続して所定回数前記第２閾値以上となった場合に前記火災警報処理の規制を解除することを特徴とする請求項１に記載の火災警報器。