JP6175257B2 - 火災感知器 - Google Patents

Description

本発明は、Ｐ型火災報知設備の火災感知器に関するものである。

従来の火災報知設備は、例えば中央監視室に配設された火災受信機から、感知器回線が各部屋に延設され、感知器回線に複数の火災感知器が接続されている。火災感知器は、火災を検知するとスイッチング動作を行い、火災信号として感知器回線の電圧を低下させて感知器回線に流れる電流を増加させる。火災受信機は、感知器回線に流れる電流を監視することにより、正常、火災発生および感知器回線の配線の断線を判定する。（例えば、特許文献１参照）

このような火災報知設備は、Ｐ型火災報知設備と呼ばれ、火災の熱による空気の膨張を利用して金属接点を閉じて感知器回線を短絡させる火災感知器や、熱や煙など火災の兆候をとらえる検出部の出力が所定値を超えたときに保持回路により感知器回線の電圧を低下させ続ける自己保持型の火災感知器が設置されている。
Ｐ型火災報知設備の火災受信機は、火災感知器から火災の通知を受信すると、所定時間経過後に感知器回線の電源を一旦遮断し、通電し直すことで火災感知器を再起動させる蓄積復旧を行った後、再び火災感知器が火災信号を発したときに火災を確定するいわゆる蓄積動作を行い、湯気等の非火災の一過性の要因によって火災と誤報しないようになっている。

近年では、マイコン等の制御回路を搭載し、火災の検知以外の機能として、例えば火災検知素子の劣化を判断する機能や、稼働時間を測定して交換を促す機能など、様々な機能を搭載し高機能化した火災感知器がある。様々な機能を搭載した火災感知器では、他の火災感知器が火災を検知して蓄積復旧が完了するまで、すなわち他の火災感知器が感知器回線を短絡させたり電圧を低下させたりしている間、火災感知器の内部電源が低下して誤作動や動作停止しないようにコンデンサを搭載し動作を安定させている。
高機能な火災感知器では、新たな機能や複数の機能を搭載しようとするときに、高速クロックにより制御回路の動作を速くしたり、付属回路が増えたりすることにより、消費電流が大きくなることがある。そのため、火災感知器の動作を安定させるために、より大きな容量のコンデンサを搭載する必要がある。

特開平６−１７６２８９号公報

火災感知器に大きな容量のコンデンサを搭載すると、コンデンサの充電に時間がかかり、火災感知器の起動が遅くなるため、火災の検知が遅くなったり、他の機能の動作に問題が生じたりすることとなる。この問題を解決するために、コンデンサの充電電流を大きくすると、電源投入時などに複数の火災感知器のコンデンサの充電によって、突入電流が発生して感知器回線に大きな電流が流れ、火災受信機が誤動作するという問題が発生する。

本発明に係わる火災感知器は、火災受信機から延設された感知器回線に接続され、感知器回線から電源供給されるとともに感知器回線の電流を増加させて火災を通知する火災感知器において、火災感知器は、光電式煙感知器であって、発光部と受光部と制御部と第１コンデンサと第２コンデンサを有し、第１コンデンサの充電電流を制限する第１電流制限部と、第２コンデンサの充電電流を制限する第２電流制限部と、第１コンデンサの電圧が所定電圧以下に低下すると第１コンデンサと第２コンデンサとを接続する通電部を備え、発光部は、第２コンデンサと並列に接続され、少なくとも制御部は、第１コンデンサと並列に接続されていることを特徴とする。

本発明に係る火災感知器は、前記通電部は、前記第１コンデンサが充電された後に、所定電圧以下に低下したときに、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを接続することを特徴とする。

本発明によれば、火災感知器の動作安定用のコンデンサの容量を大きくしても、動作開始が早く、突入電流により火災受信機が誤動作しないという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る火災感知器を含む火災報知設備の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る火災受信機の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る火災感知器の動作の一例を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る火災感知器を含む火災報知設備の一例を示す概略構成図である。

火災報知設備１は、建物（例えば、ホテル、マンションなどの集合住宅、オフィスビル、商業施設など）の各部屋や共用部などに設置される火災感知器３０と、火災感知器３０の検出結果に基づいた警報を行うＰ型火災受信機１０（以下、火災受信機１０と呼ぶ）とが、感知器回線２０によって接続されている。火災感知器３０は、スイッチング動作により、感知器回線２０の線間電圧を所定電圧に低下させて、感知器回線２０に流れる電流を増加させることで火災受信機１０に火災を通知するものである。感知器回線２０の末端には、終端抵抗５０が接続されている。

ここで、図１においては、火災受信機から延設される一対の感知器回線２０のみ図示しているが、複数の感知器回線２０を火災受信機から延設するようにしても良い。また、２台の災感知器３０のみ図示しているが、感知器回線２０には所定数以内（例えば３０台）の火災感知器３０を接続することができる。

（火災受信機の構成）
火災受信機１０は、回線電源部１１、受信抵抗１２、状態判定部１３、蓄積部１４、受信機制御部１５および復旧部１６を備える。
回線電源部１１は、図示しない商用電源から供給された交流電圧を電源電圧として例えば直流１２Ｖに変換して、復旧部１６を介して感知器回線２０に通電し、感知器電源を供給する。

受信抵抗１２は、感知器回線２０に回線電源部１１から供給され、コモン線２１、各火災感知器３０および終端抵抗５０、ライン線２２を経由して流れる電流が流れ、両端に電圧（以下、受信電圧と呼ぶ）を発生させ、電流を電圧に変換する。

なお、感知器回線２０の線間電圧（コモン線２１とライン線２２間の電圧）と受信電圧は、回線電源部１１から供給される電源電圧が、コモン線２１−ライン線２２間インピーダンス（抵抗値）である［感知器回線２０の線間インピーダンス］：［受信抵抗］に分割される。すなわち、電源電圧が線間電圧と受信電圧に分割されるため、受信電圧は、電源電圧から線間電圧を引いた値となる。ここで、感知器回線２０の線間インピーダンスは、感知器回線２０に接続されている火災感知器３０のインピーダンスと終端抵抗５０のインピーダンスとの合成インピーダンスである。

状態判定部１３は、感知器回線２０の平常、火災、断線を判断するための火災閾値および断線閾値を有している。状態判定部１３は、受信抵抗１２で変換された受信電圧を各閾値と比較して、感知器回線２０の状態を判定することで、火災感知器回線２０の異常を検出し、また、火災感知器３０からの火災検出の通知（信号）を受信する。各閾値は、断線閾値＜火災閾値の関係となっている。

蓄積部１４は、湯気等の非火災の一過性の要因により火災受信機１０が火災と誤報しないようする。蓄積部１４は、火災感知器３０からの火災の通知が初回である場合には、所定時間経過後に感知器回線２０への電源電圧の通電を一旦オフ（遮断）し、オン（通電）し直すことで火災感知器を再起動させる蓄積復旧の制御を行い、蓄積復旧の制御後の所定時間内である再火災確認中に再び火災感知器３０から火災の通知を受信したときに、火災を確定するいわゆる蓄積動作を行う。

受信機制御部１５は、火災が確定すると、図示しない表示灯およびブザーを制御し、
火災の発生を知らせる警報動作を行う。受信機制御部１５は、火災の警報の他に異常や蓄積動作中を知らせる警報動作を行っても良い。

復旧部１６は、感知器回線２０への回線電源部１１の電源電圧の通電をオン・オフするものであり、平常時はオンして感知器回線２０に電源を通電し、図示しない復旧スイッチが操作されたとき、および蓄積復旧時に所定時間オフして感知器回線２０の感知器電源を遮断する。

（火災感知器の構成）
火災感知器には、煙感知器、熱感知器、炎感知器等があるが、ここでは火災時に発生する煙を検知して火災を検出する光電式煙感知器を例に説明する。
火災感知器３０は、電源部３１、第１コンデンサ３２、第２コンデンサ３３、第１電流制限部３４、第２電流制限部３５、充電接続部３６、発光部３７、受光部３８、制御部３９、通信部４０および通電部４１を備える。

電源部３１は、定電圧回路等を有し、火災受信機１０の回線電源部１１から感知器回線２０に通電された感知器電源電圧を例えば５Ｖに変換して、内部電源として火災感知器３０の各部に供給する。

第１コンデンサ３２および第２コンデンサ３３は、電源部３１から供給される内部電源で充電されて電荷を蓄え、感知器回線２０の電圧が低下して電源部３１から供給される内部電源の電圧が低下した、あるいは内部電源が供給されなくなったときに電荷を放出して火災感知器３０の各部に供給する。これにより火災感知器３０は、ノイズや雷等による商用電源の瞬停により短時間の電源供給が絶たれても安定して動作することができる。なお、第１コンデンサ３２および第２コンデンサ３３の両方を合わせた容量は、少なくとも他の火災感知器３０が火災を検知して感知器回線２０の電圧を低下させてから蓄積復旧するまでの時間、火災感知器３０が安定して動作できるものとなっている。

第１電流制限部３４は、第１コンデンサ３２への最大充電電流を制限し、第２電流制限部３５は、第２コンデンサ３３への最大充電電流を制限することで、感知器回線３０に多くの電流を流さないように制限している。ここで、第１電流制限部３４および第２電流制限部３５は、定電流回路であってもよいし、限流抵抗であってもよい。
充電接続部３６は、電源部３１と第２電流制限部３５の接続をオン・オフする。なお、充電接続部３６は、最初はオフしている。

発光部３７は、第２コンデンサ３３と並列に接続され、受光部３８は、第１コンデンサ３２と並列に接続されている。発光部３７および受光部３８は、図示しない煙を検出するための検煙部の暗室に配置され、発光部３７が所定の時間毎に発光して暗室内に光を照射し、暗室内に煙が流入すると煙によって光が散乱され、受光部３８でその散乱光を受光して受光量を受光電圧信号に変換する。暗室内に流入した煙が多いほど散乱光が多くなり受光量が多くなる。なお、発光部３７以外の制御部３９等の各部は第１コンデンサ３２に並列に接続され、第１コンデンサから電荷が供給される。

制御部３９は、受光部３８の受光電圧信号が火災レベルに達しているか否かにより火災の判定を行い、火災検出する。また、制御部３９は、工場出荷時の暗室内が汚れていない、かつ、煙が流入していない状態の受光電圧信号である初期電圧信号と受光電圧信号との差が所定以上であり、かつ所定時間継続しているかを判定して、検煙部が正常に動作しているかの判定を行っている。
通信部４０は、制御部３９が火災を検出したときに、感知器回線２０の電圧を所定の電圧である火災電圧に低下させて、感知器回線２０に平常時よりも多くの電流を流し、感知器回線２０に火災信号を出力して、火災受信機１０に火災が発生したことを通知する。
また、通信部４０は、感知器回線２０の線間電圧が所定の電圧以下に低下したときに、火災受信機１０が蓄積復旧または復旧されたことを検出する。

通電部４１は、第１コンデンサ３２の電圧が所定の電圧以下に低下したときに、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３とを接続する。すなわち、第１コンデンサの電圧が低下したときに、第１コンデンサと第２コンデンサとを並列に接続して、第２コンデンサからも例えば受光部３８や制御部３９に電荷を供給することにより、第１コンデンサにより供給電圧を安定させていた各部に継続して安定した電圧を供給する。なお、通電部４１は、第１コンデンサが充電された後に電圧が低下したときに第１コンデンサと第２コンデンサとを接続すると、第１コンデンサが充電されていない状態で接続されることがない。

（火災受信機の動作）
図２に基づき火災受信機１０の動作を説明する。
火災受信機１０は、電源が投入されると回線電源部１１により、復旧部１６を介して、感知器回線２０に感知器電源１２Ｖを供給する（Ｓ１０１）。
感知器回線２０に流れる電流は、断線時＜平常時＜火災時となっており、火災受信機１０は、感知器回線２０に流れる電流を判定することにより火災発生や断線発生を判断する。
受信抵抗１２は、感知器回線２０の状態監視のために、感知器回線２０に流れる電流を受信抵抗により受信電圧に変換する（Ｓ１０２）。

状態判定部１３は、受信電圧が火災閾値４Ｖ以上であるかを判定する（Ｓ１０３）。これにより、火災感知器３０が、火災受信機１０への火災検出の通知として感知器回線２０の線間電圧を低下させ、平常時の自身の消費電流より多い火災電流を流しているか否かを判定する。状態判定部１３は、火災閾値以上である場合には、火災感知器３０から火災の発生が通知されたと判定し、蓄積部１４に火災検出を通知する。蓄積部１４は、再火災確認中の火災検出か、すなわち蓄積復旧後の火災検出か否かを判断する（Ｓ１０４）。

蓄積部１４は、再火災確認中の火災検出ではないと判断すると、１０秒後に復旧部１６に蓄積復旧を通知し、復旧部１６は回線電源部１１と感知器回線２０との接続を１秒間切り離す蓄積復旧動作を行い、火災感知器３０に供給される感知器電源を遮断して火災感知器３０の復旧（平常状態へ戻す）を行う（Ｓ１０５）、その後、所定時間内に再び火災を検出するか確認する再火災確認動作を行う（Ｓ１０６）。その後、Ｓ１０２に戻る。

蓄積部１４は、Ｓ１０４で再火災確認中であれば、火災感知器３０が一過性の原因により火災を検出したのではなく、本当の火災であると判断して受信機制御部１５に火災確定を通知する。受信機制御部１５は、火災確定の通知により図示しない表示灯およびブザーにより火災の発生を知らせる火災警報動作を行う（Ｓ１０７）。その後、受信機制御部１５は、図示しない復旧スイッチが操作され復旧入力されたか否かを判断し（Ｓ１０８）、復旧入力されなければＳ１０７に戻り警報動作を継続する。受信機制御部１５は、復旧が入力されると復旧部１６に復旧を通知し、復旧部１６は回線電源部１１と感知器回線２０との接続を１秒間切り離す復旧動作により、火災感知器３０に供給される感知器電源を遮断して火災感知器３０を復旧（平常状態へ戻す）する（Ｓ１０９）。その後、Ｓ１０２に戻る。

状態判定部１３は、Ｓ１０３の判定結果が火災閾値未満である場合には、受信電圧が断線閾値以下であるかを判定する（Ｓ１１０）。状態判定部１３は、Ｓ１１０の判定結果が断線閾値以下である場合には、終端抵抗５０が脱落し、感知器回線３０に流れる電流が減少した、つまり、火災感知器３０が断線したと判断し、受信機制御部１５に断線発生を通知する。受信機制御部１５は、断線発生の通知を受けると、図示しない表示灯およびブザーにより断線の発生を知らせる断線警報動作を行う（Ｓ１１１）。その後、Ｓ１０２に戻る。

状態判定部１３は、Ｓ１１０の判定結果が断線閾値を超える場合には、平常と判断して、受信機制御部１５に平常を通知する。受信機制御部１５は、平常の通知を受けると、火災または断線警報動作行っている場合には、警報を停止する（Ｓ１１２）。その後、Ｓ１０２に戻る。火災受信機１０は、上記の動作により、火災、断線および平常の判断を繰り返し行う。

（火災感知器の動作）
図３に基づき火災感知器３０の一例である光電式煙感知器の動作を説明する。
火災感知器３０は、感知器回線２０を介して火災受信機１０から感知器電源が供給されると、電源部３１で変換された内部電源が供給開始され、第１電流制限部３４を介して第１コンデンサ３２が充電される（Ｓ３０１）。充電接続部３６は、第１コンデンサ３２の電圧が、例えば第１コンデンサに並列に接続される制御部３９や受光部３８が正常に動作する起動電圧に達するまで待つ（Ｓ３０２）。充電接続部３６は、第１コンデンサ３２の電圧が起動電圧に達すると、電源部３１と第２コンデンサ３３を第２電流制限部を介して接続して、第２コンデンサの充電を開始し、このとき同時に制御部３９は、各閾値の呼出等の火災感知器３０の動作に必要なイニシャル処理を行う（Ｓ３０３）。

ここで、第１コンデンサ３２の容量は、火災受信機１０の復旧動作である感知器電源の供給を遮断する１秒間の間、第１コンデンサに並列に接続される各部が正常に動作できる電圧を確保できる容量である。
また、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の合計容量は、他の火災感知器３０が火災を検出して感知器回線２０の線間電圧を低下、または短絡させてから蓄積復旧が完了するまでの１１秒間の間、第１コンデンサに並列に接続される各部が正常に動作できる電圧を確保できる容量である。

制御部３９は、煙量を検出するために発光部３７を発光させ、散乱光を受光部３８で受光し、受光した受光量を電圧信号に変換する（Ｓ３０４）。制御部３９は、電圧信号が火災レベル以上であるかを判定する（Ｓ３０５）。制御部３９は、Ｓ３０５で火災レベル以上である場合には、火災検出し、火災動作として図示しない表示灯を点灯させ火災感知器３０において火災を警報する。また、通信部４０は、感知器回線２０を所定の電圧である火災電圧５Ｖに低下させ、平常時よりも多い電流を感知器回線２０に流す。これにより、火災感知器３０は、火災受信機の受信抵抗１２で発生する受信電圧を大きくすることで、火災受信機に火災の検出を通知する（Ｓ３０６）。その後、Ｓ３１０へ進む。

制御部３９は、Ｓ３０５で電圧信号が火災レベル未満である場合には、電圧信号と初期電圧信号との差の絶対値が所定値以上であるかを判定する（Ｓ３０７）。
なお、Ｓ３０７では、電圧信号が初期電圧信号よりも所定電圧上昇したときには、散乱光の増加を生じる暗室の壁面に埃が付着していることを判定しており、少ない煙量で火災と誤判定することを防ぐことができる。また、電圧信号が初期電圧信号よりも所定電圧低下したとき、発光素子および受光素子の劣化あるいは故障を判定しており、多くの煙量となるまで火災検出できなくなり警報が遅れることや火災検出できなくなることを防ぐことができる。

制御部３９は、Ｓ３０７の判定結果が所定値以上である場合には、一過性のノイズや実際の煙によるものを除外するために、その状態が所定時間（例えば１時間）継続したかを判定する（Ｓ３０８）。制御部３９は、Ｓ３０８で所定時間継続した場合には、異常検出し、図示しない表示灯を点滅させて火災感知器３０において異常を警報する（Ｓ３０９）。Ｓ３０８で所定時間継続していない場合には、Ｓ３１０へ進む。
なお、火災感知器３０は、Ｓ３０８で状態が所定時間継続したときに異常を検出するため、感知器電源の供給が絶たれ制御部等がリセットしてしまうと、最初から所定時間の計時を行ない、異常の警報が遅れてしまうことになる。

通信部４０は、感知器回線２０の線間電圧が所定電圧以下に１秒間低下したときに蓄積または復旧を検出し、復旧検出を制御部３９に通知する（Ｓ３１０）。制御部３９は、復旧の通知を受け取ると、火災警報を行っている場合は、表示灯消灯および火災受信機１０への火災検出の通知を停止する（Ｓ３１１）。その後、Ｓ３１２へ進む。

通電部４１は、第１コンデンサ３２の電圧が、例えば制御部３９や受光部３８が正常に動作する所定電圧に対して若干余裕を持たせた切換電圧以下に低下したか否かを判断し（Ｓ３１２）、低下した場合には、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３とを並列接続して、第２コンデンサからも制御部３９および受光部３８に電力を供給する（Ｓ３１３）。その後、Ｓ３０４に戻る。
通電部４１は、Ｓ３１２で第１コンデンサ３２の電圧が、切換電圧を超えている場合には、第１コンデンサと第２コンデンサの接続を切り離す（Ｓ３１４）。その後、Ｓ３０４に戻る。

以上のように本実施の形態に係る火災感知器３０は、２つのコンデンサにより動作安定用のコンデンサの容量を大きくしても、動作開始が早く、また、２つのコンデンサのタイミングをずらして充電することで充電電流を抑えることができ、複数の火災感知器３０のコンデンサの充電による突入電流により、火災受信機が誤作動しないようにすることができる。
また、本実施の形態に係る火災感知器３０は、蓄積復旧により感知器電源の供給が所定時間絶たれたとしても動作を継続するコンデンサ容量にすることができるため、所定時間連続して動作が継続したときに状態を確定する火災感知器３０の異常検出等に遅延が生じない。

なお、第２コンデンサの他に第３コンデンサ、第３電流制限部とさらに複数のコンデンサおよび電流制限部を設け、第１コンデンサの充電後に、第２コンデンサ、第３コンデンサと順々にコンデンサを充電するようにすることもできる。
また、通電部４１は、ダイオードやツェナーダイオード等の整流作用がある素子により、第１コンデンサの電圧が第２コンデンサの電圧よりも低下したときに第２コンデンサから第１コンデンサに電流を供給できるようすることができる。

また、第１電流制限部３４と第２電流制限部３５とで制限する電流の合計を突入電流で火災受信機１０が誤作動しない電流値とし、その電流値の範囲において、第１電流制限部の電流値を第２電流制限部の電流値よりも大きくして、第１コンデンサが早急に充電されるようにすることで、充電接続部３６を備えず、第１コンデンサと第２コンデンサを同時に充電するようにすることができる。

１ 火災報知設備、１０ 火災受信機、１１ 回線電源部、１２ 受信抵抗、１３ 状態判定部、１４ 蓄積部、１５ 受信機制御部、１６ 復旧部、２０ 感知器回線、２１ コモン線、２２ ライン線、３０ 火災感知器、３１ 電源部、３２ 第１コンデンサ、３３ 第２コンデンサ、３４ 第１電流制限部、３５ 第２電流制限部、３６ 充電接続部、３７ 発光部、３８ 受光部、３９ 制御部、４０ 通信部、４１ 通電部、５０ 終端抵抗

Claims (2)

1. 火災受信機から延設された感知器回線に接続され、該感知器回線から電源供給されるとともに感知器回線の電流を増加させて火災を通知する火災感知器において、
   前記火災感知器は、光電式煙感知器であって、発光部と受光部と制御部と第１コンデンサと第２コンデンサを有し、
   前記第１コンデンサの充電電流を制限する第１電流制限部と、
   前記第２コンデンサの充電電流を制限する第２電流制限部と、
   前記第１コンデンサの電圧が所定電圧以下に低下すると前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを接続する通電部を備え、
   前記発光部は、前記第２コンデンサと並列に接続され、少なくとも前記制御部は、前記第１コンデンサと並列に接続されていることを特徴とする火災感知器。
2. 前記通電部は、前記第１コンデンサが充電された後に、所定電圧以下に低下したときに、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを接続することを特徴とする請求項１に記載の火災感知器。