JP6942597B2 - 火災警報装置 - Google Patents

Description

本発明は、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災発生の誤報を無くし、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能な火災警報装置の提供を目的とする。

一般的に、火災の感知は、火災源で発生した熱、煙、炎の少なくとも一つを監視することにより行われる。熱、煙、炎を自動で感知するための手段として、従来から熱感知器、煙感知器、炎感知器が知られている。

熱感知器は、火災により生じた熱を検出する。火災により生じた熱は、天井面から蓄積されるので、この熱を、天井面に取り付けられた熱感知器が感知する。熱感知器には、周囲の温度が一定以上となったときに作動する定温式、又は周囲の温度の上昇率が一定以上になったときに作動する差動式のものがある。

煙感知器は、火災により生じた煙を検出する。火災により生じた煙は、天井面から蓄積されるので、この煙を、天井面に取り付けられた煙感知器が感知する。煙感知器は、周囲の空気が一定濃度以上の煙を含むに場合に信号を送信する。煙感知器には、煙によるイオン電流の変化により作動するイオン化式スポット型、光電素子の受光量の変化により作動する光電式スポット型、及び広範囲の煙の累積による光電素子の受光量の変化により作動する光電式分離型のものがある。

炎感知器は、火災により生じた炎を検出する。炎感知器には、炎から放射される紫外線量が閾値を超えた場合に作動する紫外線式、炎から放射される赤外線量が閾値を超えた場合に作動する赤外線式、又はこれら紫外線式と赤外線式とを併用するものがある。

特開平２−１７３８９６号公報 特開平７−０４４７８３号公報

火災が発生する過程においては、最初に火災源から煙が生じ、次に炎が上がり、その後に炎の熱で周囲の温度が上昇する。このため、火災源から生じた僅かな煙を感知することで、早期に火災の初期段階をとらえることが可能となる。この点で、煙感知器は、火災の早期発見及び拡大防止に極めて有効な手段である。

しかし、従来の煙感知器は、一般的な施設、工場、住宅などの外乱の無い環境においては正常に動作するが、例えば、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境においては、正常に動作することができない問題があった。すなわち、従来の煙感知器は、多量の塵埃やオイルミストと、火災で発生した煙との区別がつかず、塵埃やオイルミストを感知して火災発生の誤報を頻発してしまう。このため、従来の煙感知器では、塵埃やオイルミストが多量に飛散する中で発生した僅かな煙だけを感知することは到底できない。特に、感度の高い煙検知器ほど、火災発生の誤報を頻発してしまい、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境で使用することができない。

また、熱感知器は、火災源で炎が上がり、その後に炎の熱で周囲の温度が上昇するまで火災を感知できない問題がある。塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境においては、火災源の炎が、多量の塵埃やオイルミストに引火してしまうので、熱感知では火災の拡大を防止することができない。

さらに、炎感知器は、炎から放射される紫外線又は赤外線の少なくとも一方を、センサの受光部に入射させて火災を感知する構成になっていた。このため、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境においては、センサの受光部が汚損してしまい、正常に動作することができない。

ここで、特開平２−１７３８９６号公報（特許文献１）には、サンプリングした空気を水フィルタ装置によって清浄化し、この清浄化した空気により、煙感知器の感知部を清掃する火災警報装置が開示されている。しかし、特許文献１の火災警報装置は、水フィルタ装置の水中に微細気泡を発生させ、煙を含む環境ノイズ因子を全て除去する構成となっていた。このため、火災の初期段階で発生した僅かな煙を感知することは到底できない。

また、特開平７−０４４７８３号公報（特許文献２）には、煙感知器の上流に、スポンジ等の多孔質材料からなる第１及び第２のフィルタを配置した火災感知装置が開示されている。しかし、特許文献２の火災感知装置は、クリーンルームやコンピュータ室での使用を前提としており、スポンジ等の多孔質材料からなる第１及び第２のフィルタは、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、すぐに目詰まりしてしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災発生の誤報を無くし、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能な火災警報装置の提供を目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の火災警報装置は、排気を行うためのダクトの入口に配置され、複数の孔が設けられた排気パネル上にバブリング水の層を形成するように構成された水フィルタと、前記バブリング水の層を通過した空気をサンプリングし、前記空気中に含まれる粒子に基づいて煙を感知する煙感知器と、を備える。

（２）好ましくは、上記（１）の火災警報装置において、前記水フィルタは、
ａ）前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）を設定すること、
ｂ）前記排気パネルに設けられた複数の孔を構成すること、
の少なくとも一方により、１μｍを超える粒子を除去し、１μｍ以下の微粒子を通過させることが可能な前記バブリング水の層を形成する。

（３）好ましくは、上記（２）の火災警報装置において、上記ａ）の前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）が、下記式１によって算出される。
Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）＝Ｎ＊（Ｗ＊Ｄ＊Ｈ）・・・１
但し、Ｎは水フィルタを通過する空気の風速定数、Ｗは排気パネル上に形成されるバブリング水の層の幅、Ｄは排気パネル上に形成されるバブリング水の層の奥行、Ｈは排気パネルの総面積に対する複数の孔の開口率である。

（４）好ましくは、上記（３）の火災警報装置において、上記式１中の風速定数Ｎの値を１８０以上３００以下とする。

（５）好ましくは、上記（２）〜（４）のいずれかの火災警報装置において、上記ａ）前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）が、１７〜６０（ｍ^３／ｍｉｎ）の範囲内に設定される。

（６）好ましくは、上記（２）〜（５）のいずれかの火災警報装置において、上記ｂ）の前記排気パネルが、複数の第１孔が設けられた第１パネルと、複数の第２孔が設けられた第２パネルと、を含み、前記第１孔と前記第２孔とが重なって１つの孔を構成することにより、前記バブリング水の層を厚くする。

（７）好ましくは、上記（２）〜（５）のいずれかの火災警報装置において、上記ｂ）の前記排気パネルに設けられた複数の孔の周縁部を、上方に向かって隆起させて、各孔の内面をテーパー状とすることにより、前記バブリング水の層を厚くする。

（８）好ましくは、上記（６）又は（７）の火災警報装置において、上記式１中の開口率Ｈの値を０．４以上０．８以下とする。

（９）好ましくは、上記（１）〜（８）のいずれかの火災警報装置において、前記煙感知器は、前記空気の不透明度（％／ｍ）を測定する構成であり、少なくとも０．２（％／ｍ）以下の不透明度を測定することが可能な性能を有する。

（１０）好ましくは、上記（９）の火災警報装置において、前記煙感知器は、前記空気から２０μｍ以上の粒子を除去するフィルタを備える。

（１１）好ましくは、上記（１）〜（１０）のいずれかの火災警報装置において、前記水フィルタの制御部は、前記空気の不透明度（％／ｍ）が閾値を超えた場合に、前記バブリング水の層を形成するための水の供給量を増加させる制御を実行する。

（１２）好ましくは、上記（１）〜（１１）のいずれかの火災警報装置において、前記水フィルタの制御部は、前記排気パネルを通過した空気の温度（℃）が閾値を超えた場合に、前記ダクトに設けられた排気ファンを停止させる制御を実行する。

本発明の火災警報装置によれば、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災発生の誤報を無くし、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る火災警報装置を示す概略図である。 図２（ａ）は、上記火災警報装置を構成する水フィルタを示す断面図である。図２（ｂ）は、上記水フィルタを構成するパンチングパネルを示す拡大図である。 図３（ａ）は、上記パンチングパネルを示す斜視図である。図３（ｂ）は、上記パンチングパネルの孔の構成を示す部分断面図である。図３（ｃ）は、上記パンチングパネルの他の孔の構成を示す部分断面図である。 図４は、上記火災警報装置を構成する煙感知器を示す概略図である。 図５は、上記火災警報装置をセメント工場のセメントコンベアに設置した状態を示す概略図である。 図６は、上記煙感知器の制御処理を示すフローチャートである。 図７は、上記水フィルタの制御処理を示すフローチャートである。 図８は、セメントコンベアが設置された工場内の天井付近で採取した塵埃の粒径（μｍ）と頻度（％）の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る火災警報装置について、図面を参照しつつ説明する。

＜装置全体の構成＞
図１に示すように、本実施形態の火災警報装置１は、少なくとも水フィルタ１０と煙感知器３０とで構成され、例えば、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境に設置される。また、火災警報装置１は、排気設備であるフード２、ダクト３及び排気ファン４を含む。フード２、ダクト３及び排気ファン４は、火災監視の対象となる建物や設備などに既に設けられているものをそのまま利用してもよいし、水フィルタ１０及び煙感知器３０とともに新設してもよい。

ダクト３の入口３ａには、水フィルタ１０、及び煙感知器３０のサンプリング管３１が配置される。ダクト３の途中には、排気ファン４が取り付けられる。排気ファン４は、電力の供給を受けて作動し、水フィルタ１０に対するダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）を生じさせる。排気ファン４が作動することにより、多量の塵埃やオイルミストを含む周囲の空気が、水フィルタ１０内に吸引され、ダクト３を通過して外部に排出される。

水フィルタ１０は、吸引された空気中に含まれる塵埃やオイルミスト（平均粒径２０μｍ以上）を除去し、煙の微粒子（平均粒径０．３μｍ〜１μｍ）を通過させる。煙感知器３０は、サンプリング管３１を通して、水フィルタ１０を通過した空気をサンプリングし、空気中に含まれる煙を感知する。

なお、本実施形態の火災警報装置１は、単一の排気ファン４に対応して、複数のダクト３及び水フィルタ１０を設置する構成としてもよい。

＜水フィルタの構成＞
図２（ａ）に示すように、水フィルタ１０は、本体部１０Ａ及び水槽部１０Ｂを含む。本体部１０Ａ及び水槽部１０Ｂは、いずれも折り曲げられた金属板によって構成される。図示しないが、本体部１０Ａ及び水槽部１０Ｂは、図面の奥行方向に長く延びる。水槽部１０Ｂには、周囲の空気を吸引するための２つの吸気口１１が設けられる。これらの吸気口１１は、いずれも図面の奥行方向に長く延びる。

なお、本明細書の説明においては、図１及び図２（ａ）に示された水フィルタ１０の左右方向の幅を「幅」と呼び、図１及び図２（ａ）に示されていない水フィルタ１０の奥行方向の幅を「奥行」と呼ぶ。但し、水フィルタ１０の「幅」と「奥行」は、便宜的な呼び名にすぎず、図１及び図２（ａ）に示された水フィルタ１０の左右方向の幅を「奥行」と呼び、図１及び図２（ａ）に示されていない水フィルタ１０の奥行方向の幅を「幅」と呼んでもよい。パンチングパネル１２及びバブリング水ＢＷの層の「幅」と「奥行」についても同様である。

本体部１０Ａと水槽部１０Ｂとの境界は、パンチングパネル（排気パネル）１２によって仕切られる。図２（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、パンチングパネル１２は、空気を通過させるための多数の孔１２ａが設けられる。図２（ａ）に示すように、本体部１０Ａ内には、複数のノズル１３及び複数の水切りフィルタ１４が設けられる。ノズル１３は、パンチングパネル１２の上方に配置される。水切りフィルタ１４は、ノズル１３の上方に配置される。水切りフィルタ１４は、金属製の網によって構成される。

ノズル１３は、図１及び図２（ａ）に示す給水管１８に接続される。給水管１８の途中には、電動弁１７が設けられる。電動弁１７が開くことにより、ノズル１３に水が供給される。電動弁１７は、制御盤１６からの指令に基づいて開閉動作する。火災警報装置１のユーザは、制御盤１６を操作して、通常運転又は洗浄運転のいずれかを選択することが可能である。ユーザが通常運転を選択した場合、制御盤１６は、排気ファン４の作動中に電磁弁１７を開き、一定量の水をノズル１３に供給する。ノズル１３から噴射された水は、パンチングパネル１２の上に溜り、排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）によって吸引される。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すバブリング水ＢＷの層が、パンチングパネル１２の上に形成される。一方、ユーザが洗浄運転を選択した場合、制御盤１６は、一定の時間、ノズル１３から水を噴射させて、本体部１０Ａ及び水槽部１０Ｂの内部を洗浄する。

さらに、火災警報装置１のユーザは、制御盤１６を操作して、火災抑止運転を選択することが可能である。図１に示すように、水フィルタ１０の本体部１０Ａ内には、温度センサ１５が配置される。この温度センサ１５は、制御盤１６に電気的に接続される。ユーザが火災抑止運転を選択した場合、制御盤１６は、温度センサ１５の検出結果に基づき、ダクト３の入口３ａ付近の温度を監視する。温度センサ１５が異常高温を検出した場合、制御盤１６は、ランプ及びブザーによって火災を報知する。また、制御盤１６は、一定の時間、ノズル１３から水を噴射させて、ダクト３内の火災を抑止する。さらに、制御盤１６は、煙感知器３０の警報表示盤３７に電気的に接続される。温度センサ１５が異常高温を検出した場合、制御盤１６は、警報表示盤３７に移報信号を送信し、火災に関する情報をディスプレイ等に表示させる。

なお、制御盤１６は、図示しない自動消火装置の制御盤に移報信号を送信する構成にしてもよい。自動消火装置は、例えば、火災監視の対象となる建物や設備などに設置されており、ここで発生した火災は、制御盤１６からの移報信号を受信した自動消火装置が、消火剤を噴射させることにより抑止される。

図１及び図２（ａ）に示すように、水フィルタ１０の水槽部１０Ｂは、排水管１９に接続される。ノズル１３から噴射された水は、パンチングパネル１２の孔１２ａを通って、水槽部１０Ｂ内に流れる。水槽部１０Ｂ内に流れた水は、排水管１９を通って、外部に排出される。

＜バブリング水の層の形成＞
水フィルタ１０の粒子の除去性能は、図２（ｂ）に示すバブリング水ＢＷの層の厚さＴによって決まる。すなわち、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを制御することにより、水フィルタ１０に除去される粒子の大きさと、水フィルタ１０を通過する粒子の大きさとが決まる。例えば、煙の微粒子の平均粒径は、約０．３μｍ〜１μｍの範囲内である。一方、塵埃やオイルミストの粒子の平均粒径は、１μｍをはるかに超える（２０μｍ以上）。

そこで、下記ａ）、ｂ）の少なくとも一方により、１μｍを超える粒子を除去し、１μｍ以下の微粒子を通過させることが可能な厚さＴのバブリング水ＢＷの層を形成する。
ａ）ダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）を設定すること
ｂ）パンチングパネル１２に設けられた多数の孔１２ａを構成すること

上記ａ）のダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）は、下記式１によって算出される。
Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）＝Ｎ＊（Ｗ＊Ｄ＊Ｈ）・・・１
但し、Ｎは水フィルタを通過する空気の風速定数、Ｗは排気パネル上に形成されるバブリング水ＢＷの層の幅、Ｄは排気パネル上に形成されるバブリング水ＢＷの層の奥行、Ｈはパンチングパネル１２の総面積に対する複数の孔１２ａの開口率である。

バブリング水ＢＷの層の幅Ｗは、例えば、２５０ｍｍにすることができる。バブリング水ＢＷの層の奥行Ｄは、例えば、６００ｍｍ、７５０ｍｍ、９００ｍｍ、１０５０ｍｍ、１２００ｍｍ又は１５００ｍｍとすることができる。既に述べたように、幅Ｗと奥行Ｄは便宜的な呼び名にすぎず、上記の幅Ｗと奥行Ｄの数値が逆であってもよい。複数の孔１２ａの開口率Ｈは、例えば、０．４以上０．８以下とし、好ましくは０．６とする。

上記式１中の風速定数Ｎは、バブリング水ＢＷの層の厚さＴに影響する。風速定数Ｎは、１８０以上３００以下であるのが好ましい。風速定数Ｎを１８０以上３００以下とすることで、バブリング水ＢＷの層の厚さＴが大きくなり、塵埃やオイルミストを除去することが可能となる。風速定数Ｎが１８０未満の場合は、排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）が小さくなりすぎてしまい、塵埃やオイルミストを除去することが可能なバブリング水ＢＷの層の厚さＴが得られない。一方、風速定数Ｎが３００超の場合は、排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）が大きくなりすぎてしまい、パンチングパネル１２上にバブリング水ＢＷの層が形成されなくなってしまう。

上記ａ）のダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）もまた、バブリング水ＢＷの層の厚さＴに影響する。ダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）は、１７〜６０（ｍ^３／ｍｉｎ）の範囲内が好ましい。より好ましくは、ダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）を１７．６〜２４．３（ｍ^３／ｍｉｎ）とするとよい。

但し、上記ａ）のダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）のみによって、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを大きくする場合は、水フィルター１０や排気ファン４などの設備も大きくする必要がある。このため、ダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）を小さく抑えつつ、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを大きくすることが好ましい。

そこで、上記ａ）の方法に、上記ｂ）の方法を併用することが好ましい。すなわち、パンチングパネル１２の孔１２ａを、単純な打ち抜き孔から特殊な構成に変更することで、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを大きくすることができる。

例えば、図３（ｂ）に示すパンチングパネル１２は、複数枚のパネル２１、２２・・・を重ねた構成となっている。第１パネル２１には、第１孔２１ａが設けられる。第２パネル２２には、第２孔２２ａが設けられる。第１孔２１ａと第２孔２２ａとは、同一の直径を有するが、互いの中心位置が若干ずれている。第１孔２１ａと第２孔２２ａとは、互いの一部が重なって、図３（ａ）に示す単一の孔１２ａを構成する。この孔１２ａは、第１及び第２孔２１ａ、２２ａを合計した深さｄを有する。重ねられるパネル２１、２２・・・の枚数が多くなるほど、孔１２ａの深さｄは大きくなる。好ましくは、孔１２ａの深さｄは、第１及び第２孔２１ａ、２２ａの直径を超える大きさとする。

孔１２ａの深さｄが大きくなることにより、パンチングパネル１２上の水が孔１２ａを通過するときの抵抗が増大する。これにより、孔１２ａを通過する水の量が少なくなる。この結果、パンチングパネル１２上に水が溜まりやすくなり、バブリング水ＢＷの層の厚さＴは大きくなる。また、第１孔２１ａと第２孔２２ａとがずれた状態で単一の孔１２ａを構成するので、水が孔１２ａを通過するときの抵抗は、より増大する。この結果、バブリング水ＢＷの層の厚さＴは、さらに大きくなる。パンチングパネル１２を構成するためのパネル２１、２２・・・の枚数を増減させることで、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを調整することが可能である。

一方、図３（ｃ）に示すように、パンチングパネル１２の孔１２ａの周縁部を、上方に向かって隆起させて、孔１２ａの内面をテーパー状にしてもよい。この構成により、孔１２ａの深さｄが増大する。さらに、テーパー状の孔１２ａは、入口の直径が大きく、出口の直径が小さい。調理器具５の排気は、直径の大きい入口から入り、直径の小さい出口から出るので、パンチングパネル１２の排気抵抗は小さくなる。この結果、バブリング水ＢＷの層の厚さＴは大きくなる。

上記ｂ）に従って、パンチングパネル１２の孔１２ａを図３（ｂ）、（ｃ）に示す特殊な構成とした場合は、バブリング水ＢＷの層の厚さＴが大きくなる。これにより、上記ａ）のダクト３の排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）の計算に用いられる風速定数Ｎの値を小さくすることが可能となる。

上記ａ）、ｂ）の両方を併用することにより、上記式１中の風速定数Ｎの値をより小さくすることができる。つまり、水フィルター１０や排気ファン４などの設備を大きくすることなく、バブリング水ＢＷの層の厚さＴを大きくすることが可能となる。

＜煙感知器の構成＞
図１に示すように、煙感知器３０は、水フィルタ１０を通過した空気をサンプリングして、空気中に含まれる煙の微粒子を感知する。煙感知器３０の構成を図４に示す。図４において、煙感知器３０は、サンプリング管３１、吸引装置３２、第１フィルタ３３、第２フィルタ３４、レーザーチャンバー３５、制御部３６及び警報表示盤３７を備える。

上述したように、サンプリング管３１の一端は、図１に示すダクト３の入口３ａに配置される。サンプリング管３１の他端は、図４に示す吸引装置３２の吸気口に接続される。吸引装置３２は、空気を吸引するための吸引ファン３２ａを備える。吸引装置３２の排気口は、第１フィルタ３３の入口に接続される。

第１フィルタ３３は、空気中に含まれる２０μｍ以上の粒子を除去する性能を有する。第１フィルタ３３は、第１及び第２の出口を有する。第１フィルタ３３の第１の出口は、レーザーチャンバー３５の第２区画３５Ｂに接続される。一方、第１フィルタ３３の第２の出口は、第２フィルタ３４の入口に接続される。

第２フィルタ３４は、空気中に含まれる０．３μｍ以上の微粒子を除去する性能を有する。第２フィルタ３４の出口は、分岐管路を介して、レーザーチャンバー３５の第１区画３５Ａ及び第３区画３５Ｃに接続される。

レーザーチャンバー３５の内部は、第１〜第３区画３５Ａ〜３５Ｃに分割されている。第１区画３５Ａには、レーザー発光部３５ａが配置される。レーザー発光部３５ａは、例えば、レーザーダイオードであり、レーザー光を出射する。第２区画３５Ｂには、複数の光検出器３５ｂが設置される。光検出器３５ｂは、第２区画３５Ｂに流入した粒子によって散乱したレーザー光を検出する。各光検出器３５ｂは、受光したレーザー光の光量に応じた信号を出力する。制御部３６は、各光検出器３５ｂから出力された信号を受信し、空気の不透明度（％／ｍ）を測定する。測定結果が閾値を超える場合、制御部３６は、火災発生を報知するための移報信号を送信する。ここで、本実施形態の光検出器３５ｂ及び制御部３６は、少なくとも０．２（％／ｍ）以下の不透明度を測定することが可能な性能を有する。警報表示盤３７は、制御部３６からの移報信号を受信して、火災発生に関する情報をディスプレイ等に表示する。

第３区画３５Ｃには、レーザー受光部３５ｃが設置される。レーザー受光部３５ｃは、レーザー発光部３５ａから出射されたレーザー光を吸収する。第１〜第３区画３５Ａ〜３５Ｃは、空気の流通が可能となっており、第１〜第３区画３５Ａ〜３５Ｃに流入した空気は、レーザーチャンバー３５の排気口３８から煙感知器３０の外部へ排気される。

なお、本実施形態の煙感知器３０は、吸引装置３２に複数のサンプリング管３１を接続することが可能な構成となっている。この構成により、単一の煙感知器３０に対応して、複数のダクト３及び水フィルタ１０を設置する構成としてもよい（図５を参照）。

＜煙感知器の動作＞
図１において、水フィルタ１０を通過した空気は、サンプリング管３１を介して、図４に示す吸引装置３２に吸引され、サンプリングされる。サンプリングされた空気は、第１フィルタ３３を通過する。第１フィルタ３３は、サンプリングされた空気中に含まれる２０μｍ以上の粒子を除去する。つまり、水フィルタ１０を通過した空気中に塵埃やオイルミストが残っていたとしても、第１フィルタ３３によって除去される。これにより、サンプリングされた空気中には、塵埃やオイルミストよりも小さい微粒子が残る。

第１フィルタ３３を通過した空気の一部は、第１の出口からレーザーチャンバー３５の第２区画３５Ｂに流入する。この空気中に１μｍ以下の煙の微粒子が含まれる場合は、レーザー発光部３５ａから出射されるレーザー光が散乱し、各光検出器３５ｂによって検出される。制御部３６は、各光検出器３５ｂの検出結果に基づいて、空気の不透明度（％／ｍ）を測定する。測定結果が閾値を超える場合、制御部３６は、火災発生を報知するための移報信号を送信する。警報表示盤３７は、制御部３６からの移報信号を受信して、火災発生に関する情報をディスプレイ等に表示する。

一方、第１フィルタ３３を通過した空気の他の一部は、第２の出口から第２フィルタ３４に流入する。第２フィルタ３４は、第１フィルタ３３を通過した空気中から、更に０．３μｍ以上の微粒子を除去する。第２フィルタ３４を通過した空気中には、塵埃やオイルミストだけでなく煙のような微粒子をも含まれない。

このようなクリーンな空気は、第２フィルタ３４の出口から分岐管路を介して、レーザーチャンバー３５の第１区画３５Ａ及び第３区画３５Ｃに流入する。第１区画３５Ａに流入したクリーンな空気は、レーザー発光部３５ａを構成するレンズなどの光学系を洗浄する。一方、第３区画３５Ｃに流入したクリーンな空気は、レーザー受光部３５ｃの構成要素を洗浄する。

＜火災警報装置の設置例＞
図５は、本実施形態の火災警報装置１をセメント工場のセメントコンベア５に設置した状態を示す。セメントコンベア５は、セメント製造の粉砕工程において、細かく粉砕されたセメント原料を次工程に搬送するためのものである。セメントコンベア５は、カバー５ａによって覆われており、カバー５ａ内は、多量の塵埃が飛散する劣悪環境を呈する。このような劣悪環境では、小さな炎が発生しただけで塵埃に引火してしまい、一瞬にして火災が拡大してしまうおそれがある。本実施形態の火災警報装置１は、カバー５ａ内において、火災の初期段階に生じる僅かな煙の発生を監視する。

図５に示すように、セメントコンベア５のカバー５ａにおける上流及び下流の二箇所には、空気をサンプリングするためのダクト３が設けられる。各ダクト３の入口は、カバー５ａ内の空間に連通する。各ダクト３の入口側には、水フィルタ１０、及び煙感知器３０のサンプリング管３１が配置される。各ダクト３の出口側には、図１に示す排気ファン４が設けられる。

各水フィルタ１０は、共通の制御盤１６に電気的に接続される。制御盤１６は、各水フィルタ１０への水の供給を制御するとともに、各ダクト３の入口付近の温度を監視する。また、カバー５ａの上流及び下流における煙の監視は、共通の煙感知器３０によって行われる。煙感知器３０は、二本のサンプリング管３１を通して、各水フィルタ１０を通過した空気をサンプリングし、空気中に含まれる煙を感知する。煙感知器３０は、警報表示盤３７、及び各水フィルタ１０に共通の制御盤１６に電気的に接続されている。制御盤１６は、警報表示盤３７に電気的に接続される。なお、煙感知器３０及び水フィルタ１０の制御処理については、次に述べる。

＜煙感知器の制御処理＞
煙感知器３０の制御処理について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。図６に示すフローチャートの制御処理は、煙感知器３０の制御部３６によって実行される。

煙感知器３０を起動すると、ステップＳ１において、制御部３６は、吸引装置３２を駆動させる。これにより、サンプリング管３１を通して、水フィルタ１０を通過した空気がサンプリングされる。サンプリングされた空気の一部は、図４の第１フィルタ３３を通過して、レーザーチャンバー３５の第２区画３５Ｂに流入し、各光検出器３５ｂによる煙の検出が実行される。また、サンプリングされた空気の他の一部は、図４の第１及び第２フィルタ３３、３４を通過して、レーザーチャンバー３５の第１区画３５Ａ及び第３区画３５Ｃに流入し、レーザー発光部３５ａの光学系、及びレーザー受光部３５ｃの構成要素を洗浄する。

次いで、ステップＳ２に進み、制御部３６は、各光検出器３５ｂの検出結果に基づいて、空気の不透明度（％／ｍ）を測定する。そして、制御部３６は、空気の不透明度が０．１（％／ｍ）以上か否かを判断する。空気の不透明度が０．１（％／ｍ）以上でない（ＮＯ）と判別した場合、制御部３６は、各光検出器３５ｂから新たな検出結果を取得し、ステップＳ２の判断を繰り返す。

一方、ステップＳ２において、空気の不透明度が０．１（％／ｍ）以上である（ＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ３に進み、制御部３６は、移報信号を送信する。この移報信号は、火災の初期段階に生じる僅かな煙の検出に基づいて送信されるものであり、火災発生のおそれがあること（火災発生の予告）を知らせる。そこで、ステップＳ３の移報信号を、以下「予告移報信号」という。予告移報信号は、警報表示盤３７、及び水フィルタ１０の制御盤１６に受信される。予告移報信号を受信した警報表示盤３７は、火災発生のおそれがあること（火災発生の予告）をディスプレイ等に表示する。また、予告移報信号を受信した水フィルタ１０の制御盤１６は、後述する図７のステップ１４の処理を実行する。

次いで、ステップＳ４に進み、制御部３６は、各光検出器３５ｂの検出結果に基づいて、空気の不透明度（％／ｍ）を測定する。そして、制御部３６は、空気の不透明度が２（％／ｍ）を超えたか否かを判断する。空気の不透明度が２（％／ｍ）を超えていない（ＮＯ）と判別した場合、制御部３６は、各光検出器３５ｂから新たな検出結果を取得し、ステップＳ４の判断を繰り返す。

一方、ステップＳ４において、空気の不透明度が２（％／ｍ）を超えた（ＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ５に進み、制御部３６は、移報信号を送信する。この移報信号は、火災発生によって生じる量の煙の検出に基づいて送信されるものであり、実際に火災が発生したこと（火災発生の確定）を知らせる。そこで、ステップＳ５の移報信号を、以下「火災移報信号」という。火災移報信号は、警報表示盤３７、及び水フィルタ１０の制御盤１６に受信される。火災移報信号を受信した警報表示盤３７は、実際に火災が発生したこと（火災発生の確定）をディスプレイ等に表示する。また、火災移報信号を受信した水フィルタ１０の制御盤１６は、後述する図７のステップＳ１７の処理を実行する。

＜水フィルタの制御処理＞
水フィルタ１０の制御処理について、図７のフローチャートを参照しつつ説明する。図７に示すフローチャートの制御処理は、水フィルタ１０の制御盤１６により実行される。

制御盤１６を起動させると、ステップＳ１１において、制御盤１６は、排気ファン４を駆動させる。次いで、ステップＳ１２に進み、制御盤１６は、電動弁１７を所定の開度で開かせる。これにより、図２（ａ）に示す水フィルタ１０のノズル１３に、単位時間当たり所定量の水（例えば、３〜４Ｌ／ｈ）が供給される。ノズル１３から噴射された水は、パンチングパネル１２の上に溜り、排気風量Ｖ（ｍ^３／ｍｉｎ）によって吸引される。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示す所定の厚さＴのバブリング水ＢＷの層が、パンチングパネル１２の上に形成される。このバブリング水ＢＷの層は、ダクト３内に吸引された空気中に含まれる１μｍを超える粒子、つまり、塵埃やオイルミストを除去する。また、バブリング水ＢＷの層は、ダクト３内に吸引された空気中に含まれる１μｍ以下の煙の微粒子を通過させる。バブリング水ＢＷの層を通過した煙の微粒子は、上述した煙感知器３０の各光検出器３５ｂによって検出される（図６のステップＳ２、ステップＳ４）。

次いで、ステップＳ１３に進み、制御盤１６は、煙感知器３０から予告移報信号を受信したか否か判断する。予告移報信号は、火災発生のおそれがあること（火災発生の予告）を知らせるものであり、図６のステップＳ３において送信される。予告移報信号を受信していない（ＮＯ）と判別した場合、制御盤１６は、ステップＳ１３の判断を繰り返す。

一方、ステップＳ１３において、予告移報信号を受信した（ＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ１４に進み、制御盤１６は、電動弁１７を全開にする。これにより、ノズル１３への水の供給量が最大となり、ノズル１３から最大量の水が噴射される。この結果、実際に火災が発生した場合であっても、炎や火の粉がダクト３の入口３ａで抑止され、ダクト３内及びダクト３外への火災の拡大が防止される。

次いで、ステップＳ１５に進み、制御盤１６は、煙感知器３０から火災移報信号を受信したか否か判断する。火災移報信号は、実際に火災が発生したこと（火災発生の確定）を知らせるものであり、図６のステップＳ５において送信される。火災移報信号を受信していない（ＮＯ）と判別した場合、制御盤１６は、ステップＳ１５の判断を繰り返す。

一方、ステップＳ１５において、火災移報信号を受信した（ＹＥＳ）と判別した場合、ステップＳ１６に進み、制御盤１６は、図１に示す温度センサ１５の検出結果に基づいて、ダクト３の入口３ａ付近の温度が１００℃以上か否かを判断する。１００℃以上でないと判別した場合（ＮＯ）、制御盤１６は、ステップＳ１６の判断を繰り返す。

一方、ステップＳ１６において、ダクト３の入口３ａ付近の温度が１００℃以上であると判別した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に進み、制御盤１６は、図１に示す排気ファン４を停止させる。これにより、火災によって生じた高温の空気が、ダクト３の出口から外部へ排気されることがなくなり、火災の拡大が防止される。

その後、ステップＳ１８に進み、制御盤１６は、移報信号を送信する。ステップＳ１８の移報信号は、例えば、図示しない自動消火装置の制御盤、及び煙感知器３０の警報表示盤３７に送信される。ステップＳ１８の移報信号を受信した自動消火装置は、火災監視の対象となる建物や設備などに消火剤を噴射させる。これにより、火災監視の対象となる建物や設備などの火災、及びダクト３外への火災の拡大が防止される。また、ステップＳ１８の移報信号を受信した警報表示盤３７は、火災に関する情報をディスプレイ等に表示させる。

＜作用効果＞
以上のように、本実施形態の火災警報装置１によれば、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災発生の誤報を無くし、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能となる。

すなわち、水フィルタ３０によって形成されるバブリング水ＢＷの層により、サンプリングされた空気中から塵埃やオイルミストを除去し、煙の微粒子だけを通過させることが可能となる。これにより、煙検知器３０の誤報が無くなり、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、０．２（％／ｍ）以下の不透明度を測定することが可能な高感度の煙検知器３０を使用できるようになる。この結果、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能となる。

また、図７に示す水フィルタ３０の制御処理により、火災監視の対象となる建物や設備などの火災、及びダクト３外への火災の拡大を防止することができ、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境で発生した火災による被害を、最小限に抑えることが可能となる。

下記の水フィルタ、煙感知器、排気ファンをダクトに設置して、図１に示す火災警報装置を構成した。

＜火災警報装置の構成＞
水フィルタの全体的な構成は、図２（ａ）と同じである。本実施例では、二枚のパンチングパネルを用いて、図３（ｂ）に示す構成の排気パネルを作製した。パンチングパネルの板厚は２ｍｍであり、直径６ｍｍの複数の孔が均一に設けられている。互いの孔の中心位置が若干ずれるように、二枚のパンチングパネルを重ね合せて、総面積に対する複数の孔の開口率Ｈ＝０．６の排気パネルとした。

排気ファンは、風速定数Ｎ＝２３３であり、排気風量Ｖ＝２１（ｍ^３／ｍｉｎ）以上とした。排気ファンを作動させ、排気パネルに３〜４Ｌ／ｈの水を定量給水すると、排気パネル上に幅Ｗ＝２５０ｍｍ、奥行Ｄ＝６００ｍｍのバブリング水の層が形成される。

煙感知器として、サンプリングした空気の不透明度０．１（％／ｍ）以上を検出することが可能な超高感度煙感知器を用いた。本実施例の超高感度煙感知器は、サンプリングされた空気中に含まれる２０μｍ以上の粒子を除去するフィルタを備えており、粒径２０μｍ未満の粒子が検出の対象となる。図１と同様に、超高感度煙検知器のサンプリング管の一端を、ダクトの入口における水フィルタの上方に配置した。

＜採取した塵埃の粒度分布＞
図５に示すセメントコンベアが設置された工場内の天井付近で塵埃を採取した。採取した塵埃の粒径（μｍ）と頻度（％）の関係を図８のグラフに示す。天井付近の塵埃の平均粒径は、２２．４３（μｍ）であった。

＜試験方法＞
採取した塵埃と、煙感知器試験用の線香の煙とを、それぞれ個別に実施例の水フィルタに吸引させ、超高感度煙検知器が煙のみを検出することができるか試験をした。採取した塵埃は、ドライヤーの風によって拡散させ、水フィルタの吸気口に吸引させた。一方、水フィルタの吸気口付近で煙感知器試験用の線香を炊き、その煙を水フィルタの吸気口に吸引させた。まず、水フィルタをＯＦＦの状態にして、粉塵のみ、煙のみを超高感度煙検知器にサンプリングさせ、空気の不透明度（％／ｍ）を検出した。次に、水フィルタをＯＮの状態にして、粉塵のみ、煙のみを超高感度煙検知器にサンプリングさせ、空気の不透明度（％／ｍ）を検出した。

＜試験結果＞
本実施例の試験結果を、下記の表１に示す。塵埃については、水フィルタをＯＦＦ状態にしたときの不透明度が０．３４５（％／ｍ）、水フィルタをＯＮ状態にしたときの不透明度が０．０８２（％／ｍ）である。これらの試験結果によれば、水フィルタを通過した空気中から塵埃のほとんどが除去され、塵埃による超高感度煙感知器の誤報が生じないことが理解できる。

一方、下記の表１において、煙については、水フィルタをＯＦＦ状態にしたときの不透明度が０．１２５（％／ｍ）、水フィルタをＯＮ状態にしたときの不透明度が０．１７６（％／ｍ）である。これらの試験結果によれば、水フィルタは、空気中に含まれる僅かな煙の微粒子を通過させ、超高感度煙感知器による感知が可能であることが理解できる。

以上の試験結果が示すように、本発明の火災警報装置によれば、セメント工場、リサイクル工場及び製鉄所など、塵埃やオイルミストが多量に飛散する劣悪環境において、火災発生の誤報を無くし、火災の初期段階に生じる僅かな煙を高精度に感知することが可能となる。

１ 火災警報装置１
１０ 水フィルタ
１０Ａ 本体部
１０Ｂ 水槽部
１１ 吸気口
１２ パンチングパネル（排気パネル）
１２ａ 孔
１３ ノズル
１４ 水切りフィルタ
１５ 温度センサ
１６ 制御盤
１７ 電動弁
１８ 給水管
１９ 排水管
２１ 第１パネル
２１ａ 第１孔
２２ 第２パネル
２２ａ 第２孔
３０ 煙感知器
３１ サンプリング管
３２ 吸引装置
３２ａ 吸引ファン
３３ 第１フィルタ
３４ 第２フィルタ
３５ レーザ―チャンバー
３５Ａ〜３５Ｃ 第１〜第３区画
３５ａ レーザー発光部
３５ｂ 光検出器
３５ｃ レーザー受光部
３６ 制御部
３７ 警報表示盤
３８ 排気口
２ フード
３ ダクト
３ａ 入口
４ 排気ファン
５ セメントコンベア
５ａ カバー
ＢＷ バブリング水
Ｔ バブリング水の層の厚さ

Claims (6)

1. 排気を行うためのダクトの入口に配置され、複数の孔が設けられた排気パネル上にバブリング水の層を形成するように構成された水フィルタと、
   前記バブリング水の層を通過した空気をサンプリングし、前記空気中に含まれる粒子に基づいて煙を感知する煙感知器と、を備え、
   前記水フィルタは、
   ａ）前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ ^３ ／ｍｉｎ）を設定すること、
   ｂ）前記排気パネルに設けられた複数の孔を構成すること、
   の両方を併用することにより、１μｍを超える粒子を除去し、１μｍ以下の微粒子を通過させることが可能な前記バブリング水の層を形成し、
   上記ａ）の前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ ^３ ／ｍｉｎ）が、下記式１によって算出され、
   下記式１中の風速定数Ｎの値を１８０以上３００以下とし、
   上記ａ）の前記ダクトの排気風量Ｖ（ｍ ^３ ／ｍｉｎ）が、１７〜６０（ｍ ^３ ／ｍｉｎ）の範囲内に設定され、
   下記式１中の開口率Ｈの値を０．４以上０．８以下とした火災警報装置。
   Ｖ（ｍ ^３ ／ｍｉｎ）＝Ｎ＊（Ｗ＊Ｄ＊Ｈ）・・・１
   但し、Ｎは水フィルタを通過する空気の風速定数、Ｗは排気パネル上に形成されるバブリング水の層の幅、Ｄは排気パネル上に形成されるバブリング水の層の奥行、Ｈは排気パネルの総面積に対する複数の孔の開口率である。
2. 上記ｂ）の前記排気パネルが、複数の第１孔が設けられた第１パネルと、複数の第２孔が設けられた第２パネルと、を含み、前記第１孔と前記第２孔とが重なって１つの孔を構成することにより、前記バブリング水の層を厚くする、請求項１に記載の火災警報装置。
3. 上記ｂ）の前記排気パネルに設けられた複数の孔の周縁部を、上方に向かって隆起させて、各孔の内面をテーパー状とすることにより、前記バブリング水の層を厚くする、請求項１に記載の火災警報装置。
4. 前記煙感知器は、前記空気の不透明度（％／ｍ）を測定する構成であり、少なくとも０．２（％／ｍ）以下の不透明度を測定することが可能な性能を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の火災警報装置。
5. 前記水フィルタの制御部は、前記空気の不透明度（％／ｍ）が閾値を超えた場合に、前記バブリング水の層を形成するための水の供給量を増加させる制御を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の火災警報装置。
6. 前記水フィルタの制御部は、前記排気パネルを通過した空気の温度（℃）が閾値を超えた場合に、前記ダクトに設けられた排気ファンを停止させる制御を実行する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の火災警報装置。

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