JP6077408B2 - 火災検出装置および火災検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を検知することのできる火災検出装置および火災検出方法に関する。

一般的な住宅用太陽発電システムでは、住宅の屋根に、直並列に接続された太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイ（以下では、この太陽電池アレイのことを太陽光パネルと称す）が設置されている。そして、太陽光パネルからの出力は、中継端子箱を介してパワーコンディショナに接続されており、所望の電力が得られるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１１０２９０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
このような太陽光発電システムが普及する一方で、太陽光発電システムに起因する火災の増加が問題となっている。太陽光パネルは、光が照射されれば、常に発電するため、太陽光パネル内の故障が火災発生につながることがある。

従って、このような太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を迅速に検出することが重要となる。例えば、赤外線カメラなどを用いれば、このような発熱の監視が可能である。しかしながら、赤外線カメラを用いる構成では、システム全体が高価となり、太陽光パネルの異常発熱を有効かつ安価に監視することが実現困難であった。今後、さらに太陽光パネルが普及することを考慮すると、安価で簡易な構成を用いて発熱を検知することが望まれている。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を、安価で簡易な構成を用いて迅速に検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を得ることを目的とする。

本発明に係る火災検出装置は、面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出装置であって、監視対象物の一面に貼付されており、所定の低融点で溶融する基材上に導電パターンが設けられたシートと、監視対象物の発熱に起因して、シート上の基材が溶融することによって導電パターンが断線状態となることを、導電パターン間の電圧を監視することで検知し、監視対象物の発熱状態を検知する制御部とを備え、シートは、複数の穴が形成された基材上で、複数の穴の間を縫うように導電パターンが設けられているものである。

また、本発明に係る火災検出装置は、面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出装置であって、監視対象物の一面に貼付されており、所定の低融点で溶融する基材上に導電パターンおよびダイオードからなる並列回路が設けられたシートと、監視対象物の発熱に起因して、シート上の基材が溶融することによって断線状態となることを、並列回路を含む閉回路に直流電圧を印加し、導電パターン間の電圧を監視することで検知し、監視対象物の発熱状態を検知するとともに、断線状態を検知した場合には、ダイオードが導通するように直流電圧の極性を反転させた状態で閉回路の導通状態を確認し、閉回路の導通がない場合には、閉回路に含まれている導電パターン以外の回路が断線状態であることを検知する制御部とを備えるものである。

本発明によれば、面状の監視対象物に貼付されたシート上において、所定の低融点で溶融する基材上のパターン間の断線状態、あるいは所定の低融点で溶融する被覆を備えた電線間の短絡状態をモニタすることにより、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を、安価で簡易な構成を用いて迅速に検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図である。 本発明の実施の形態１における先の図１に示したシートをカスケード接続する場合の例示図である。 本発明の実施の形態２における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図である。 本発明の実施の形態２における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図であり、先の図３とは異なる配線例を示した図である。 本発明の実施の形態３における火災検出装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における基材および第１導電パターンの構成の説明図である。

以下、本発明の火災検出装置および火災検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、所定の低融点で溶融する基材上のパターン間の断線状態、あるいは所定の低融点で溶融する被覆を備えた電線間の短絡状態をモニタすることで、パターンあるいは電線が配置されている面状の監視対象物での発熱状態を検出することを技術的特徴とするものである。なお、以下の説明では、面状の監視対象物の一例として、太陽光パネルを挙げて説明するが、その他の面状の監視対象物に対しても、同様に、安価で簡易な構成を用いて、発熱を迅速に検出することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図である。本実施の形態１における火災検出装置に用いられるシートは、例えば、１００〜２００℃程度の融点を持つ基材１０上に、カーボンブラックあるいはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）等の導電性微粒子（あるいは導電性塗料）を印刷することで形成された導電パターン２０を備えて構成されている。

このような一対の導電パターン２０は、基材１０の片面において、基材１０の全面を網羅するように配置された第１導電パターン２０ａと、対向する端面間に配置された第２導電パターン２０ｂとを含んでいる（図１参照）。また、第１導電パターン２０ａの両端には、ダイオード３０が並列に配置されている。

図２は、本発明の実施の形態１における先の図１に示したシートをカスケード接続した場合の例示図である。図１に示した単位シートは、面状の監視対象物である太陽光パネルを構成するそれぞれの太陽電池モジュールの裏面に対して貼り付けられる。そして、それぞれのシートは、図２に示したように、第１導電パターン２０ａ同士、第２導電パターン２０ｂ同士がそれぞれ接続されることでカスケード接続されている。

さらに、カスケード接続された複数のシートと、直流電源１と、抵抗２、３とからなる閉回路を構成し、図２中の監視ポイントＰ１と０Ｖ間の電圧を「監視電圧Ｖ」として、制御部４０により、監視電圧Ｖの変動をモニタすることで、太陽光パネルの発熱の有無を検知することができる。

具体的には、パネルの異常発熱により基材１０が溶けると、基材１０上に印刷された一対の導電パターン２０が断裂し、監視電圧Ｖが許容上限値よりも上昇することとなる。ただし、一対の導電パターン２０以外の閉回路内の配線で断線が生じた場合にも、監視電圧Ｖは、上昇してしまう。

そこで、一対の導電パターン２０以外の閉回路内の配線での断線の有無は、次のようにして判断することができる。図２では図示していないが、直流電源１を印加する極性を反転させると、ダイオード３０の働きにより、発熱に起因して一対の導電パターン２０（導電パターン２０ａ）が断裂した場合には、導通するが、一対の導電パターン２０（導電パターン２０ａ）以外の配線で断線した場合には、導通がないこととなる。従って、制御部４０は、極性を反転したときの導通状態から、一対の導電パターン２０（導電パターン２０ａ）以外の閉回路内の断線の有無を判別することができる。

なお、配線に短絡箇所がある場合には、監視電圧Ｖは低下することとなり、制御部４０は、監視電圧Ｖのモニタ結果から短絡の有無も判断可能となる。また、ダイオード３０の代わりにコンデンサを用いることで、断線の有無を判断することも可能である。ただし、コンデンサを用いる場合には、極性を反転した電圧を印加して断線の有無を確認するのではなく、交流やパルスを印加することで断線の有無を判別することとなる。

また、上記では、制御部４０が監視電圧Ｖをモニタすることで太陽光パネルの発熱の有無を検知すると説明したが、モニタするのは監視電圧Ｖでなくてもよく、例えば、電流をモニタする場合も、本発明の技術範囲に含まれる。

以上のように、実施の形態１によれば、導電パターンが印刷されているとともに、所定の低融点で溶融するシート状の低融点基材を、面状監視対象物に対して貼付し（貼付ステップに相当）ている。そして、ある特定の場所の監視電圧をモニタする（電圧監視ステップに相当）ことで、導電パターン間の電圧が許容上限電圧値以上となった場合には、監視対象物の発熱に起因して、シート上の基材１０が溶融することによって導電パターンが断線状態になったと判断（発熱検知ステップに相当）できる。この結果、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を、安価で簡易な構成を用いて迅速に検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を実現することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、所定の低融点で溶融するシート状の低融点基材上に印刷されたパターン間の監視電圧をモニタすることで、発熱による断線を検出する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、融点の低い絶縁材料の被覆を有する１組の電線２１または２２を使用し、監視電圧Ｖをモニタすることで、発熱による被覆の溶融に起因した一対の電線の短絡を検出する場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図である。本実施の形態２における火災検出装置に用いられるシートは、例えば、１００〜２００℃程度の融点の低い絶縁材料の被覆を有する一対の電線２１ａ、２１ｂがツイストされ、常に電線同士に若干の力が加わった状態で基材１１上に配置されるように構成されている。ここで、本実施の形態２における基材１１は、先の実施の形態１における基材１０のように、所定の低融点で溶融する材料で形成する必要はない。

このような一対の電線２１ａ、２１ｂは、基材１１の片面において、基材１１の全面を網羅するように、そして、互いの電線がツイストされて配置されている。

この図３に示したシートは、先の図２で示した回路構成と同様に、電線２１ａ同士、電線２１ｂ同士をそれぞれ接続することでカスケード接続することができる。さらに、カスケード接続された複数のシートと、直流電源１と、抵抗２、３とからなる閉回路を構成し、制御部４０により、監視電圧Ｖの変動をモニタすることで、太陽光パネルの発熱の有無を検知することができる。

具体的には、パネルの異常発熱が発生すると、絶縁材料である被覆の融点が低いため、被覆が溶融することでの電線２１ａと２１ｂとが短絡し、監視電圧Ｖが低下することとなる。従って、制御部４０は、監視電圧Ｖが許容下限値よりも低下することで、面状の監視対象物である太陽光パネルの発熱を検知することができる。

なお、発熱による被覆の溶融により一対の電線の短絡を検出する具体的な配線例としては、図３に示した以外にも考えられる。図４は、本発明の実施の形態２における面状監視対象物の発熱を検知するための火災検出装置に用いられるシートの説明図であり、先の図３とは異なる配線例を示した図である。

図４では、ツイスト線を用いる代わりに、横方向の電線２２ａと縦方向の電線２２ｂが編み込まれており、先の図３の場合と同様に、電線同士に若干の力が加わった状態で基材１１上に設置されるように構成されている。

このような構成によっても、パネルの異常発熱により、融点の低い被覆が溶融することで、電線２２ａと２２ｂとが短絡し、監視電圧Ｖが低下することとなる。従って、制御部４０は、監視電圧Ｖが許容下限値よりも低下することで、面状の監視対象物である太陽光パネルの発熱を検知することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、所定の低融点で溶融する被覆で覆われた１組の電線を備えたシート状の基材を、面状監視対象物に対して貼付し（貼付ステップに相当）ている。そして、ある特定の場所の監視電圧をモニタする（電圧監視ステップに相当）ことで、電圧監視ステップ中に、１組の電線間の電圧が許容下限電圧値以下となった場合には、監視対象物の発熱に起因して、シート上の電線の被覆が溶融することによって１組の電線が短絡状態になったと判断できる（発熱検知ステップに相当）。この結果、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を、安価で簡易な構成を用いて迅速に検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を実現することができる。

なお、実施の形態２では、１組の電線２１または２２を、図３または図４に示すように設けたが、火災を検出できる形態であればよく、この形態だけに限られない。例えば、各面状監視対象物（太陽光パネル）、または複数の面状監視対象物（太陽光パネル群）の周囲の全周または周囲の一部に、図示しないツイスト線（電線）を這わせて設ければよい。太陽光パネルから出火する場合は、一般的には背面から出火することになるが、太陽光パネルの背面から出火した場合には、必ず太陽光パネルの周囲から火が出てくるので、太陽光パネルの周囲にツイスト線があるだけで足りる。また、この場合、上記実施の形態１及び２のような基材１０、１１は不要となる。

また、実施の形態２では、被覆が熱により溶融して電線２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ同士が短絡する場合で説明したが、実施の形態２はこれだけに限らず、電線２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂの被覆の絶縁抵抗値が、周囲の温度上昇とともに低下する材料を用いるものでもよい。

実施の形態３．
本実施の形態３では、制御部４０により、太陽光パネルの発熱の有無を検知するための方法を、具体的な回路に基づいて説明する。なお、ここでは、先の実施の形態２における図３に示した電線２１ａ、２１ｂを用いる場合を例に、説明する。

図５は、本発明の実施の形態３における火災検出装置の回路図であり、より具体的には、制御部４０が、監視電圧Ｖの計測結果から、太陽光パネルの発熱状態を監視する方法を説明するための図である。

制御部４０は、通常の導通状態を監視するには、以下のような制御を行う。
（手順１）制御部４０は、スイッチＳＷ１を、ａ１に接続するように切り換え、スイッチＳＷ２を、ｄ２に接続するように切り換える。
（手順２）切り換え後、制御部４０は、監視電圧Ｖを測定することで、ａ１−ｄ２間の電線２１ａの導通状態をチェックすることができる。

（手順３）同様にして、制御部４０は、スイッチＳＷ１を、ｂ１に接続するように切り換え、スイッチＳＷ２を、ｃ２に接続するように切り換える。
（手順４）切り換え後、制御部４０は、監視電圧Ｖを測定することで、ｂ１−ｃ２間の電線２１ｂの導通状態をチェックすることができる。

このような手順１〜手順４を行うことで、制御部４０は、電線２１ａ、２１ｂの導通状態が確認できた場合には、断線が生じていないことから、太陽光パネルにおいて異常な発熱は発生していないと判断できる。

次に、制御部４０は、発熱による断線状態を監視するには、以下のような制御を行う。
（手順５）制御部４０は、スイッチＳＷ１を、ａ１に接続するように切り換え、スイッチＳＷ２を、ｂ２に接続するように切り換える。
（手順６）切り換え後、制御部４０は、監視電圧Ｖを測定することで、ａ１−ｂ２間の電線２１ａと電線２１ｂの短絡状態をチェックすることができる。

（手順７）同様にして、制御部４０は、スイッチＳＷ１を、ｃ１に接続するように切り換え、スイッチＳＷ２を、ｄ２に接続するように切り換える。
（手順８）切り換え後、制御部４０は、監視電圧Ｖを測定することで、ｃ１−ｄ２間の電線２１ｂと電線２１ｂの短絡状態をチェックすることができる。

このような手順５〜手順８を行うことで、制御部４０は、電線２１ａ、２１ｂの短絡状態が確認できた場合には、太陽光パネルにおいて異常な発熱が発生していると判断できる。

なお、制御部４０は、直流電源１の直流電圧Ｖｃｃ、抵抗Ｒ１、Ｒ２が既知であるため、監視電圧Ｖの測定結果から、スイッチＳＷ１−ＳＷ２間の電線の抵抗値を推定できる。そして、制御部４０は、手順５〜手順８を行う際に、ａ１−ｂ２間の抵抗値、およびｃ１−ｄ２間の抵抗値を求めておき、両者の比を求めることで、短絡箇所の大まかな推定を行うことも可能である。

以上のように、実施の形態３によれば、スイッチを切り換え制御して監視電圧をモニタすることで、２つの電線のそれぞれの導通状態、および２つの電線間の短絡状態を監視することができる。この結果、太陽光パネル等の面状の監視対象物の発熱を、安価で簡易な構成を用いて迅速に検出することのできる火災検出装置および火災検出方法を実現できる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態１において説明した、所定の低融点で溶融するシート状の低融点基材を用いて、面状の監視対象物で異常な発熱が発生した際に、より確実に導電パターンの断裂が発生する構造について説明する。

図６は、本発明の実施の形態４における基材１０および第１導電パターン２０ａの構成の説明図である。本実施の形態４における基材１０は、低融点基材（例えば、樹脂シート）で構成されているとともに、複数の穴１０ａが設けられている。そして、第１導電パターン２０ａは、複数の穴１０ａの間を縫うように配置されている。

このような構成を備えることで、面状の監視対象物で異常な発熱が発生した際に、低融点基材１０が破れやすくなるので、より確実に第１導電パターン２０ａの断裂を生じさせることができる。また、複数の穴１０ａを設けることで、低融点基材１０に占める第１導電パターン２０ａの割合を多くすることができ、基材１０の熱による溶融の影響により、断裂を確実に発生させることが可能となる。

以上のように、実施の形態４によれば、低融点基材に複数の穴を設け、複数の穴の間を縫うように導電パターンを配置している。この結果、低融点基材が溶融することで、より確実に導電パターンの断裂を誘発することが可能となり、火災検出精度を向上させることができる。

１ 直流電源、２、３ 抵抗、１０ 基材（低融点で溶融する基材）、１０ａ 複数の穴、１１ 基材、２０ 一対の導電パターン、２０ａ、２０ｂ 導電パターン、２１、２２ １組の電線、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ 電線、３０ ダイオード、４０ 制御部。

Claims (4)

1. 面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出装置であって、
   前記監視対象物の一面に貼付されており、所定の低融点で溶融する基材上に導電パターンが設けられたシートと、
   前記監視対象物の発熱に起因して、前記シート上の前記基材が溶融することによって前記導電パターンが断線状態となることを、前記導電パターン間の電圧を監視することで検知し、前記監視対象物の発熱状態を検知する制御部と
   を備え、
   前記シートは、複数の穴が形成された前記基材上で、前記複数の穴の間を縫うように前記導電パターンが設けられている
   火災検出装置。
2. 面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出装置であって、
   前記監視対象物の一面に貼付されており、所定の低融点で溶融する基材上に導電パターンおよびダイオードからなる並列回路が設けられたシートと、
   前記監視対象物の発熱に起因して、前記シート上の前記基材が溶融することによって断線状態となることを、前記並列回路を含む閉回路に直流電圧を印加し、前記導電パターン間の電圧を監視することで検知し、前記監視対象物の発熱状態を検知するとともに、前記断線状態を検知した場合には、前記ダイオードが導通するように前記直流電圧の極性を反転させた状態で前記閉回路の導通状態を確認し、前記閉回路の導通がない場合には、前記閉回路に含まれている前記導電パターン以外の回路が断線状態であることを検知する制御部と
   を備える火災検出装置。
3. 面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出方法であって、
   複数の穴が形成され、所定の低融点で溶融する基材上に、前記複数の穴の間を縫うように導電パターンが設けられたシートを、前記監視対象物の一面に貼付する貼付ステップと、
   前記基材上に設けられた前記導電パターン間の断線状態を、前記導電パターン間の電圧を監視することでモニタする電圧監視ステップと、
   前記電圧監視ステップ中に、前記導電パターン間の電圧が許容上限電圧値以上となった場合には、前記監視対象物の発熱に起因して、前記シート上の前記基材が溶融することによって前記導電パターンが断線状態になったと判断する発熱検知ステップと
   を有する火災検出方法。
4. 面状の監視対象物の発熱状態を検知する火災検出方法であって、
   前記監視対象物の一面に、所定の低融点で溶融する基材上に導電パターンおよびダイオードからなる並列回路が設けられたシートを貼付する貼付ステップと、
   前記並列回路を含む閉回路に直流電圧を印加し、前記基材上に設けられた前記導電パターン間の断線状態を、前記導電パターン間の電圧を監視することでモニタする電圧監視ステップと、
   前記電圧監視ステップ中に、前記導電パターン間の電圧が許容上限電圧値以上となった場合には、前記監視対象物の発熱に起因して、前記シート上の前記基材が溶融することによって前記閉回路の一部が断線状態になったと判断する発熱検知ステップと、
   前記断線状態になったと判断した場合には、前記ダイオードが導通するように前記直流電圧の極性を反転させた状態で前記閉回路の導通状態を確認し、前記閉回路の導通がない場合には、前記閉回路に含まれている前記導電パターン以外の回路が断線状態であると判断し、前記閉回路の導通がある場合には、前記導電パターンが断線状態であると判断する断線検知ステップと
   を有する火災検出方法。

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