JP5534534B2 - 火災警報器 - Google Patents

Description

本発明は、本体と、煙検知部と、一酸化炭素検知部とを備えた煙・一酸化炭素複合型の火災警報器に関する。

従来、この種の火災警報器として、本体に煙検知部と一酸化炭素検知部とを備えた一体構造のタイプのものが知られている。
その一例として、一酸化炭素センサ（一酸化炭素検知部）と煙感知センサ（煙検知部）とを一体のケーシング内に配置したガス火災警報器があった（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１のガス火災警報器は、一酸化炭素センサと煙感知センサとを一体のケーシング内部に設けることにより、各センサからの信号を統合的に処理する。この処理は、一酸化炭素の検出濃度および煙の検出濃度の両方が閾値を超えた場合に「火災」と判定するものである。従って、例えば、料理によって発生した煙のみを検出しても「火災」と判定されることはない。このようにして、ガス警報器の誤報を防止できるとされている。

特開２０００−３０１６５号公報（第１図）

火災が発生すると、通常、その燃焼部から一酸化炭素とともに煙が発生する。
しかし、住宅やホテル等の居室内における布団等の繊維製品の火災では、例えば、寝タバコが原因である場合、火元が布団に覆われ空気が遮断された状態で火元が燻り続ける、いわゆる燻焼火災となることがある。このような燻焼火災が繊維製品において発生すると、一酸化炭素は火災初期段階から発生するのに対し、煙は燻焼火災がある程度進行しなければ殆んど発生することはない。これは、一酸化炭素は繊維製品を構成する繊維を直ちに通過することができるが、これよりもサイズが大きい粒子である煙は繊維によって移動が阻害されて容易に通過することができず、繊維製品の内部に滞留するためである。

繊維製品の燻焼火災においては、火災がある程度進行して本格的な燻焼状態になると、繊維製品の表面から一酸化炭素とともに煙が大量に発生する。そして、この段階では火災の熱によって大きな上昇気流が形成されているため、一酸化炭素および煙の双方が比較的速く居室の上方に移動することが知られている。
従って、燻焼火災がある程度進行した段階であれば、一酸化炭素センサと煙感知センサとを一体のケーシング内に配置した特許文献１のガス火災警報器を、警報器が通常設置される天井付近に取り付けた場合であっても、居室の天井付近に一酸化炭素および煙の双方が到達しているため、火災を検知することができる。ただし、この時点では、すでに居室全体に一酸化炭素が拡散している可能性もある。

一方、繊維製品の燻焼火災の初期段階においては、繊維製品から発生する一酸化炭素の挙動はこれまで十分に解明されていなかった。つまり、初期段階から発生した一酸化炭素は、居室中をどのように移動し、どのように拡散していくかについて、ほとんど知られていないのが現状であった。
この点に関して、特許文献１のガス火災警報器は、一酸化炭素センサと煙感知センサとを一体のケーシング内に配置した構成であるため、これを天井付近に取り付けた場合、居室内で繊維製品の燻焼火災が発生しても、火災初期段階で発生する一酸化炭素を早期に検知できるか分からないという問題がある。
なお、火災警報器は、居室の天井を基準として所定の上方位置に本体を取り付けることが義務付けられているため、特許文献１のガス火災警報器の取り付け位置を変更することには問題がある。

従って、一台の火災警報器によって特性の異なる複数種のガス等（例えば、一酸化炭素と煙）の検知を行う場合、特許文献１のように複数の検知部を一体のケーシング内に配置した一体構造のガス火災警報器では、すべての検知対象を早期に検知し、住民等に対して火災の発生を迅速に報知することは困難である。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、特に、室内における布団等の繊維製品の燻焼火災において、燻焼火災初期段階で発生する一酸化炭素の濃度上昇を早期に検知し、住民等にいち早く火災の発生を報知することができる煙・一酸化炭素複合型の火災警報器を提供することを目的とする。

本発明に係る火災警報器の設置位置の算出方法の特徴構成は、本体と、煙検知部と、一酸化炭素検知部とを備えた煙・一酸化炭素複合型の火災警報器を居室に設置する際の火災警報器の設置位置の算出方法であって、前記煙検知部より下方であり、前記居室内において検知対象の火災源位置を目標設定し、当該位置から壁部までの距離をｘ（ｍ）とし、床からの下限設置高さをｈＬ、上限設置高さをｈＨとしたとき、ｈＬ＝０．５６ｘ、ｈＨ＝０．８３ｘの２つの式に基づいて設置高さｈ＝ｈＬ〜ｈＨを算出し、当該設置高さｈの範囲の前記壁部に、前記一酸化炭素検知部を設置する点にある。

居室内で布団等の繊維製品に燻焼火災が発生した場合、火元が繊維製品によって覆われていると、火災初期段階では繊維製品表面から煙よりも先に一酸化炭素が発生する。この火災初期段階では上昇気流を形成するための熱の発生量が少なく、しかも一酸化炭素はその分子量（２８．０１）が空気の平均分子量（２８．９７）に近いため、一酸化炭素が天井付近まで直ちに上昇することはない。このような理由から、燻焼火災の初期段階では、一酸化炭素は居室空間の高さ方向における中間領域に滞留する傾向があると考えられる。
一方、繊維製品の火災が進行して本格的な燻焼状態になると、繊維製品からは一酸化炭素とともに煙が大量に発生する。そして、この段階では火災の熱によって大きな上昇気流が形成されているため、一酸化炭素および煙の双方が比較的速く居室の天井付近にまで到達する。
このような居室内における繊維製品の燻焼火災に特有の現象に鑑みて、本構成の火災警報器では、本体と一酸化炭素検知部とを別体に構成し、当該一酸化炭素検知部を前記煙検知部より下方に設けている。この構成により、従来の居室の天井付近に設けられる煙検知部と一酸化炭素検知部とが一体となったガス火災警報器と比較して、居室内に局在している一酸化炭素が所定の濃度（例えば、約１００ｐｐｍ）に達したことを一酸化炭素検知部が早期に検知し、居室内外の住民等に対していち早く火災の発生を報知することが可能となる。

煙・一酸化炭素複合型の火災警報器を居室に取り付けた状態を示す概略図 燻焼火災試験を行った模擬居室の構成図 綿布団を使用した燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示す図 綿布団を使用した燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示す図 羊毛・ポリエチレン混合布団を使用した燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示す図 羊毛・ポリエチレン混合布団を使用した燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示す図 綿布団の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度および煙濃度の経時変化を示すグラフ ゴミ箱の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度および煙濃度の経時変化を示すグラフ 生ゴミ入りゴミ箱の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度および煙濃度の経時変化を示すグラフ

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態および図面に記載される構成に限定されるものではなく、これらと均等な構成も含み得る。

図１は、本発明の一実施形態である煙・一酸化炭素複合型の火災警報器１０を居室Ａに取り付けた状態を示す概略図である。

火災警報器１０は、本体１と、煙検知部２と、一酸化炭素検知部３とを備えている。火災警報器１０は、本体１と一酸化炭素検知部３とが別体に構成され、両者は信号線４により有線接続されている。図１のように、煙検知部２が本体１に内蔵されるものである場合、本体１を居室Ａの上方に設け、一酸化炭素検知部３を煙検知部２より下方に設ける必要がある。具体的には、本体１を居室Ａの天井付近、例えば、天井Ｒから０．１５ｍ〜０．５０ｍの範囲内の側壁に設け、一酸化炭素検知部３を居室Ｒの床面Ｆから高さｈの位置（ｈ＜本体１の高さ）の側壁に設ける。これは、先に説明したように、燻焼火災の初期段階において煙よりも先に発生した一酸化炭素は、居室空間の高さ方向における中間領域に滞留し易いという特性によるものである。

本発明では、前述の一酸化炭素検知部３を設ける高さｈを適切な範囲に設定することにより、火災時における一酸化炭素の濃度上昇を迅速に検知することができる。この高さｈについての好ましい範囲は、ｈ＝１．０〜１．５ｍであり、より好ましくはｈ＝１．２〜１．３ｍである。これらの好適な数値範囲は、以下の実施例において説明する各種燻焼火災試験から実証される。

図２は、燻焼火災試験を実施した模擬居室ａの構成図である。模擬居室ａは、幅３．６ｍ×奥行き３．６ｍ×高さ２．５ｍの空間を有する。この空間は、約８畳の広さに相当する一般住宅の居室を想定したものである。模擬居室ａ内には、床面ｆから天井ｒに達する４本のポールＭ、Ｎ、Ｏ、Ｐが設けられる。各ポールＭ、Ｎ、Ｏ、Ｐは、床面ｆおよび天井ｒの各隅部から０．９ｍ×０．９ｍの位置に両端が固定される。さらに、各ポールＭ、Ｎ、Ｏ、Ｐには、床面ｆから０．２５ｍ、１．２５ｍ、２．２５ｍの高さ位置に一酸化炭素検知素子（以下、ＣＯセンサと称する）が取り付けられる。ポールＭに取り付けられるＣＯセンサを上から順にｍ１、ｍ２、ｍ３と命名する。ポールＮ、Ｏ、Ｐに取り付けられるＣＯセンサについても同様に命名する。燻焼火災の火源は、模擬居室ａの床面ｆの中央に設置される。

居住者が、一定濃度（例えば、約１５０〜２００ｐｐｍ）の一酸化炭素が存在する空間に一定時間（例えば、約３０〜６０分）以上留まると、人体に頭痛等の影響が及び始める。
従って、模擬居室ａ中の一酸化炭素の濃度が高まり易い領域において、上記一定濃度に達する前の段階である所定濃度（例えば、約１００ｐｐｍの濃度であり、以後この濃度を警報濃度と称する）に達したときに住民等に報知する。これにより、居室ａ内における燻焼火災が本格化し、室内全体に一酸化炭素が拡散する前に火災報知が可能となる。本燻焼火災試験では、このような警報濃度の報知を迅速に行うことができる火災警報器１０の設置条件を求めることを目的としている。

本燻焼火災試験では、火災源Ｘとして綿布団および羊毛・ポリエチレン混合布団を使用し、夫々について燻焼火災を発生させ、ポールに取り付けられた各ＣＯセンサで一酸化炭素の濃度変化を経時的に測定した。そして、この測定結果から、一酸化炭素の濃度が高ま
り易い領域、および当該領域において警報濃度（約１００ｐｐｍ）に達する時間を求めた。

（実施例１） 綿布団の燻焼火災試験
図３Ａから図３Ｂにかけて示される（ａ）〜（ｙ）は、火災源Ｘとして綿布団を使用した燻焼火災試験における模擬居室ａ内の一酸化炭素濃度の経時変化を示す図である。図３Ａおよび図３Ｂの各図に示す長方形は、模擬居室ａにおいて同一の側壁に対して平行に配置される２つのポール（例えば、ポールＭ、Ｎとする）と、それらのポールの上部のＣＯセンサ同士（例えば、ｍ１とｎ１）および下部のＣＯセンサ同士（例えば、ｍ３とｎ３）を結ぶ線とによって規定される領域を示している。センサの存在しない箇所における一酸化炭素濃度については、センサを設けた箇所（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｎ１、ｎ２、ｎ３）を適宜直線で結び、当該直線に沿って、各センサにおける一酸化炭素濃度検出値を比例配分することで補間している。また、補間によって求めた任意の２つの一酸化炭素濃度検出値に関して、さらに同様の補間をすることにより、さらに多くの地点における一酸化炭素濃度を計算的に求めている。

燻焼火災が発生してから１８分後に模擬居室ａの中央付近（ｈ＝１．２５ｍ）から一酸化炭素濃度が上昇し始めた（図３Ａ（ｃ））。１９〜２０分後に一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍを超える領域が発生した（図３Ａ（ｄ）〜（ｅ））。そして、２１〜２８分後において、一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上となる警報濃度の領域が徐々に拡大および持続した（図３Ａ（ｆ）〜（ｍ））。このとき、警報濃度に達する一酸化炭素が存在する領域は、およそ０．６〜１．７ｍの高さ位置に分布していることが判明した。その後、さらに時間が経過すると、燻焼火災の熱による上昇気流によって一酸化炭素は模擬居室ａの上方に拡散し（図３Ａ（ｎ）〜図３Ｂ（ｖ））、最終的に模擬居室ａの天井付近では一酸化炭素濃度が２５０ｐｐｍ以上となった（図３Ｂ（ｗ）〜（ｙ））。

以上の結果より、綿布団の燻焼火災時における一酸化炭素の濃度が高まり易い領域は、おおよそｈ＝０．６〜１．７ｍの高さ位置に存在するという事実が今回初めて明らかとなった。この新事実に鑑みて、火災警報器１０を居室内に設置する場合、本体１とは別体に構成される一酸化炭素検知部３を設置する高さ位置は、上記高さ位置（ｈ＝０．６〜１．７ｍ）からある程度の余裕を考慮し、ｈ＝１．０〜１．５ｍの範囲とするのが好ましい。この範囲であれば、燻焼火災の発生から約２０分後の比較的早期の段階で一酸化炭素が警報濃度（約１００ｐｐｍ）に達したことを迅速に検知し、住民等に対して火災の発生を報知することができる。
安全性をさらに高めるべく、火災警報器１０による報知をもっと早期に行うためには、一酸化炭素検知部３の設置高さｈを、ｈ＝１．２〜１．３ｍの範囲とするのがより好ましい。この範囲であれば、燻焼火災の発生から約１８分後のさらに早期の段階で、一酸化炭素が警報濃度（約１００ｐｐｍ）に達したことを検知し、報知することができる。

（実施例２） 羊毛・ポリエチレン混合布団の燻焼火災試験
図４Ａから図４Ｂにかけて示される（ａ）〜（ｙ）は、火災源Ｘとして羊毛・ポリエチレン混合布団を使用した燻焼火災試験における模擬居室ａ内の一酸化炭素濃度の経時変化を示す図である。図４Ａおよび図４Ｂの各図に示す長方形の領域内の一酸化炭素濃度は、図３Ａおよび図３Ｂと同様の手法によって求めたものである。

燻焼火災が発生してから２８分後に模擬居室ａの中央付近（ｈ＝１．２５ｍ）から一酸化炭素濃度が上昇し始めた（図４Ａ（ａ））。３２分後に一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍを超える領域が発生した（図４Ａ（ｃ））。そして、３４〜４０分後において、一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上となる警報濃度の領域が徐々に拡大および持続した（図４Ａ（ｄ）〜（ｇ））。このとき、警報濃度に達する一酸化炭素が存在する領域は、おおよそｈ
＝０．７〜１．６ｍの高さ位置に分布していることが判明した。その後、さらに時間が経過すると、燻焼火災の熱による上昇気流によって一酸化炭素は模擬居室ａの上方に拡散し（図４Ａ（ｈ）〜図４Ｂ（ｘ））、最終的に模擬居室ａの天井付近では一酸化炭素濃度が４５０ｐｐｍ以上となった（図４Ｂ（ｙ））。

以上の結果より、羊毛・ポリエチレン混合布団の燻焼火災時においても、上記綿布団の燻焼火災と同様に、ｈ＝１．０〜１．５ｍの範囲とするのが好ましく、より好ましくはｈ＝１．２〜１．３ｍの範囲である。

（実施例３）
本発明の火災警報器１０における一酸化炭素検知部３の高さ位置ｈに関して、上述の好適な範囲は、次に説明する燻焼火災試験によっても実証することができる。

本燻焼火災試験では、綿布団、ゴミ箱、および生ゴミ入りゴミ箱を燻焼火災源とした。図２の模擬居室ａ内において、例えば、ポールＭの上部（ｈ＝２．２５ｍ）のＣＯセンサｍ１、中部（ｈ＝１．２５ｍ）のＣＯセンサｍ２、下部（ｈ＝０．２５ｍ）のＣＯセンサｍ３で一酸化炭素濃度を経時的に測定する。もちろん、他のポールに取り付けられたＣＯセンサによって一酸化炭素濃度の測定を行うことも可能である。

測定結果を図５〜７に示す。図５（ａ）は、綿布団の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフであり、図６（ａ）は、ゴミ箱の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフであり、図７（ａ）は、生ゴミ入りゴミ箱の燻焼火災試験における一酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフである。また、各グラフには参考として、天井付近（ｈ＝２．４ｍ）で測定した煙濃度の経時変化を図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）として併記した。ＣＯセンサｍ２の測定値が警報濃度（約１００ｐｐｍ）よりも高い一定濃度（本実施例では、約１５０ｐｐｍとする）に達した時点（図５〜７中の点線で示した時間）で、ＣＯセンサｍ１およびｍ３の測定値を読み取り、ＣＯセンサｍ１およびｍ２の間、ならびにＣＯセンサｍ２およびｍ３の間で測定濃度を直線補間し、一酸化炭素濃度が警報濃度（約１００ｐｐｍ）となる高さ位置を推定した。その推定結果を以下の表１に示す。

燻焼火災対象物によって多少の差はあるが、一酸化炭素濃度が警報濃度（約１００ｐｐｍ）となる上限高さ位置は約１．５〜１．７ｍの範囲であり、下限高さ位置は約０．６〜１．０ｍの範囲であることが判明した。

従って、この燻焼火災試験からも一酸化炭素検知部３の高さ位置ｈは、ｈ＝１．０〜１．５ｍの範囲とするのが好ましい。また、安全性をさらに高めるべく、警報濃度に達したことの報知をより早期に行うためには、一酸化炭素検知部３の高さ位置ｈを、ｈ＝１．２〜１．３ｍの範囲とするのがより好ましい。

ところで、上記実施例１〜３は、アパート、マンション、一戸建て住宅等の一般住宅の
居室を想定した模擬居室ａにおいて行ったものであるが、工場や店舗等のさらに大きな空間領域を有する居室、あるいはビジネスホテルの客室、ワンルームマンション等の比較的小さな空間領域を有する居室においても、上記実施例１〜３の結果から一酸化炭素検知部３の好ましい設置高さｈを推定することができる。

上記の一酸化炭素検知部３の好ましい設置高さｈの下限値および上限値である１．０ｍおよび１．５ｍを、火災源Ｘから模擬居室ａの壁部までの水平距離１．８ｍで除した比率は、それぞれ１．０ｍ／１．８ｍ≒０．５６（下限比率）、１．５ｍ／１．８ｍ≒０．８３（上限比率）となる。ここで、模擬居室ａとは異なるスケールを有する居室で燻焼火災が発生した場合において、火災源から発生する煙および一酸化炭素は上記模擬居室ａにおける実施例と略同様の挙動を示すと考えれば、火災源Ｘから居室の壁部までの水平距離をｘ（ｍ）とすると、一酸化炭素検知部３の設置高さの下限ｈＬおよび上限ｈＨは、下記の数式（１）、数式（２）によって算出される。
［数１］
ｈＬ ＝ ０．５６ｘ ・・・ （１）
［数２］
ｈＨ ＝ ０．８３ｘ ・・・ （２）

すなわち、居室中において火災源Ｘとなり得る位置を予測し、当該位置から居室の壁部までの距離ｘ（ｍ）を求めれば、居室スケールの大小に関わらず、一酸化炭素検知部３の好ましい設置高さｈは、ｈ＝０．５６ｘ〜０．８３ｘ（ｍ）と算出することができる。
なお、現実的には、ｈ＝０．６ｘ〜０．８ｘ（ｍ）の範囲に設定すれば、一酸化炭素が警報濃度に達したことを迅速に検知し、居室内外の住民等に対して火災の発生を報知することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、火災警報器１０の煙検知部２は本体１に内蔵されているが、煙検知部２を別体として構成することも可能である。例えば、一酸化炭素検知部３と同様に、本体１と有線接続される別体の煙検知部２を設けてもよい。このような構成では、本体１のみをコンセント差込口等の電源供給部の近傍に設ければよく、煙検知部２および一酸化炭素検知部３については設置する位置の制約は受けない。よって、煙検知部２および一酸化炭素検知部３を適切な位置に設置することにより、検知対象物の特性に応じた最適な検知が可能となる。
（２）火災警報器１０の本体１とは別体で構成される一酸化炭素検知部３は、センサ素子と検知回路とを有した検知ユニットとして構成してもよいし、センサ素子のみで構成してもよい。後者の場合は主要な検知回路を本体１側に配置する。この場合、別体の一酸化炭素検知部３をより小型化することができるので、火災警報器１０の配設がより簡単になる。
（３）上記実施形態では、火災警報器１０の本体１と一酸化炭素検知部３とを信号線４により有線接続しているが、両者を赤外線や電波等により無線通信可能としてもよい。この場合、配線が不要となるので、複数の居室に跨って本体と複数の一酸化炭素検知部とを配設する場合等においては、取り回し等の点において特に有効となる。

本発明は煙・一酸化炭素複合型の火災警報器に関するが、本発明の技術思想はこのような火災警報器に限られず、他の種類のガス（例えば、硫化水素、アンモニア、塩素、ホスフィン等の有毒ガスや、天然ガス、炭化水素ガス、アルコール等の可燃性ガス）を検知する各種警報器においても適用することができる。

１ 本体
２ 煙検知部
３ 一酸化炭素検知部
４ 信号線
１０ 火災警報器

Claims (1)

1. 本体と、煙検知部と、一酸化炭素検知部とを備えた煙・一酸化炭素複合型の火災警報器を居室に設置する際の火災警報器の設置位置の算出方法であって、
   前記煙検知部より下方であり、
   前記居室内において検知対象の火災源位置を目標設定し、当該位置から壁部までの距離をｘ（ｍ）とし、床からの下限設置高さをｈＬ、上限設置高さをｈＨとしたとき、
   ｈＬ＝０．５６ｘ
   ｈＨ＝０．８３ｘ
   の２つの式に基づいて設置高さｈ＝ｈＬ〜ｈＨを算出し、当該設置高さｈの範囲の前記壁部に、前記一酸化炭素検知部を設置する火災警報器の設置位置の算出方法。