JP7320959B2 - 煙感知器 - Google Patents

Description

本発明は、火災等で発生する煙を感知する煙感知器に関する。

従来、火災等で発生する煙を感知する煙感知器として、検煙空間内に煙が侵入すると、発光部から照射された光が煙によって散乱して、受光部に光が届き、これにより煙を感知する光電式の煙感知器が知られている。また、検煙空間内に２つの発光部が設けられ、それぞれの発光部から照射された光の受光量に基づいて煙の種類を識別する煙感知器も提案されている。

特許文献１には、第１波長を発する第１発光素子と、第１波長とは異なる第２波長を発する第２発光素子と、第１発光素子と第２発光素子とから発せられる光を直接受光しない位置に設けられた受光素子とを備えた散乱光式煙感知器が開示されている。特許文献１は、第１発光素子と受光素子との光軸の交差で構成される第１散乱角に対し、第２発光素子と受光素子との光軸の交差で構成される第２散乱角を大きく構成している。また、特許文献１は、第１発光素子から発せられる第１波長に対し、第２発光素子から発せられる第２波長を短くしている。特許文献１は、第１発光素子による煙の散乱光量と第２発光素子による煙の散乱光量とを比較し、それぞれの散乱光量の比率を閾値処理することによって、煙の種類を識別する。ここで、特許文献１は、煙の種類として、綿芯による燻焼煙及びケロシンによる燃焼煙を用いて、感知した煙がいずれの煙であるかを判断する場合について例示している。

特許第４０１０４５５号公報（例えば図２）

しかしながら、特許文献１に開示された散乱光式煙感知器は、煙の識別力が充分ではない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、煙の識別力が高い煙感知器を提供するものである。

本発明に係る煙感知器は、煙を検出する検煙空間が内部に形成された筐体と、筐体に設けられ、第１の波長の光を検煙空間に向けて照射し、第１の発光軸を有する第１の発光部と、筐体に設けられ、第１の発光部の第１の波長よりも長い第２の波長の光を検煙空間に向けて照射し、第２の発光軸を有する第２の発光部と、筐体に設けられ、第１の発光部から照射された光と第２の発光部から照射された光とを受光し、受光軸を有する受光部と、を備えた煙感知器において、第１の発光軸と受光軸との交点から第１の発光部と反対側に延びる第１の延長線と受光部側の受光軸との間の角度である第１の散乱角よりも、第２の発光軸と受光軸との交点から第２の発光部と反対側に延びる第２の延長線と受光部側の受光軸との間の角度である第２の散乱角の方が大きく、受光部によって受光した散乱光強度を受信する制御部を更に備え、灰煙によって生じる散乱光強度を基準として、白煙によって生じる散乱光強度と灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定された白煙側閾値と、黒煙によって生じる散乱光強度と灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定された黒煙側閾値と、を記憶する記憶部を更に備え、制御部は、受光部によって受光した散乱光強度が、記憶部に記憶された白煙側閾値を超えた場合に白煙が発生していると判断し、記憶部に記憶された黒煙側閾値を超えた場合、黒煙が発生していると判断することを特徴とする。

本発明によれば、第１の発光軸と受光軸との交点から第１の発光部と反対側に延びる第１の延長線と受光部側の受光軸との間の角度である第１の散乱角よりも、第２の発光軸と受光軸との交点から第２の発光部と反対側に延びる第２の延長線と受光部側の受光軸との間の角度である第２の散乱角の方が大きい。これにより、第１の発光部からの光の散乱光強度と第２の発光部からの光の散乱光強度との比率が、煙の種類によって相違し易くなる。従って、煙感知器は、煙の識別力が高い。

本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す周方向断面図である。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す径方向断面図である。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す径方向断面図である。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示すハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の記憶部１１が記憶するテーブルを示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の散乱光強度を示す棒グラフである。 本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の散乱光強度を示す折れ線グラフである。

以下、本発明に係る煙感知器の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す正面図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す周方向断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す径方向断面図であり、図１のＡ－Ａ断面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示す径方向断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図である。図１～図４に示すように、煙感知器１は、筐体２と、第１の発光部３と、第２の発光部４と、受光部５と、報知部（図示せず）と、増幅部１０（図５参照）と、記憶部１１（図５参照）と、制御部１２（図５参照）とを備えている。

（筐体２）
筐体２は、例えば外形略円筒状をなしており、天井等の被取付面に取り付けられる取付部２ａと、取付部２ａから被取付面と反対側に突出する流入部２ｃとを有している。取付部２ａは、天井等の被取付面に取り付けられ、内部に検煙空間２ｂが形成されている。検煙空間２ｂには、第１の発光部３と、第２の発光部４と、受光部５と、ラビリンス６とが設けられている。ラビリンス６は、第１の発光部３から照射される光及び第２の発光部４から照射される光が、受光部５に直接入射することを防止する機能と、第１の発光部３から照射される光及び第２の発光部４から照射される光を検煙空間２ｂ内で散乱させる機能とを有する。

流入部２ｃは、取付部２ａから下方に突出した部材であり、側面の一部が開口２ｄとなっている。流入部２ｃは、開口２ｄから流入した煙を、上方に設けられた取付部２ａの検煙空間２ｂに導く。

（第１の発光部３）
第１の発光部３は、筐体２の検煙空間２ｂに設けられ、第１の波長λ１の光を検煙空間２ｂに向けて照射し、第１の発光軸３０を有する。第１の発光部３は、例えばＬＥＤから構成されている。第１の発光部３の第１の波長λ１は、例えば可視光の青色の領域の範囲内である。ここで、青色光は、例えば４４０ｎｍ～４８０ｎｍ程度の波長の光である。

（第２の発光部４）
第２の発光部４は、筐体２の検煙空間２ｂに設けられ、第２の波長λ２の光を検煙空間２ｂに向けて照射し、第２の発光軸４０を有する。第２の発光部４は、例えばＬＥＤから構成されている。第２の発光部４の第２の波長λ２は、第１の波長λ１よりも長く、例えば可視光の赤色の領域の範囲内である。ここで、赤色光は、例えば６１０ｎｍ～７５０ｎｍ程度の波長の光である。

（受光部５）
受光部５は、筐体２の検煙空間２ｂに設けられ、第１の発光部３から照射された光と第２の発光部４から照射された光とを受光し、受光軸５０を有する。受光部５は、例えばフォトダイオードから構成されている。

（散乱角）
ここで、散乱角とは、発光軸と受光軸５０との交点から発光部と反対側に延びる延長線と受光部５側の受光軸５０との間の角度をいう。そして、散乱角が９０°より小さい場合、発光部から照射される光が進む方向の前方に受光部５が配置されることになるため、このときの散乱角を前方散乱角と呼称する。また、散乱角が９０°より大きい場合、発光部から照射される光が進む方向の後方に受光部５が配置されることになるため、このときの散乱角を後方散乱角と呼称する。図２に示すように、第１の発光軸３０と受光軸５０との交点から第１の発光部３と反対側に延びる第１の延長線３１と受光部５側の受光軸５０との間の角度である第１の散乱角θ１よりも、第２の発光軸４０と受光軸５０との交点から第２の発光部４と反対側に延びる第２の延長線４１と受光部５側の受光軸５０との間の角度である第２の散乱角θ２の方が大きい。

（報知部）
報知部は、煙感知器１が煙を感知したときに、煙を感知したことを報知するものである。報知部は、例えばブザー、ＬＥＤ等から構成されている。なお、煙感知器１が火災受信機に接続され、煙の感知を火災受信機に伝えるように構成されている場合、火災受信機が有する報知部が、煙を感知したことを報知するようにしてもよい。

（増幅部１０）
図５は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１を示すハードウエア構成図である。図５に示すように、増幅部１０は、光を受光した受光部５から流れる電流を増幅し、制御部１２に出力するものである。

（記憶部１１）
記憶部１１は、例えばメモリからなり、制御部１２が使用する閾値及びテーブルを記憶している。本実施の形態１では、識別する煙の種類が３種類である場合について例示する。煙の種類は、例えば白煙、灰煙及び黒煙であり、記憶部１１は、灰煙によって生じる散乱光強度を基準として白煙側閾値及び黒煙側閾値を記憶している。白煙側閾値は、白煙によって生じる散乱光強度と灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定される。黒煙側閾値は、黒煙によって生じる散乱光強度と灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定される。このように、灰煙によって生じる散乱光強度を基準として、白煙側閾値及び黒煙側閾値が設定されることによって、煙感知器１は、白煙、灰煙及び黒煙という３種類の煙を識別する。なお、白煙側閾値と黒煙側閾値とは、いずれが大きくても小さくてもよい。

図６は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の記憶部１１が記憶するテーブルを示すグラフである。図６に示すように、テーブルは、散乱光強度と、散乱光強度に対応する煙濃度（％／ｍ）との関係を示すものである。図６において、横軸は散乱光強度を示し、縦軸は煙濃度を示す。テーブルは、受信した散乱光強度が強度閾値より低い場合、散乱光強度と煙濃度とが常に比例する比例線が示す煙濃度よりも低い煙濃度に対応し、散乱光強度が強度閾値以上の場合、比例線が示す煙濃度よりも高い煙濃度に対応する。ここで、比例線とは、減光率を示すものであり、散乱光強度と煙濃度とが１対１となったものである。また、強度閾値は適宜変更可能であるが、本実施の形態１において、強度閾値は７５程度に設定されている。

散乱光強度が低いとき、散乱光強度が安定せずばらつきが大きいため、散乱光強度が煙濃度に１対１で変換されると、煙を誤検出するおそれがある。このため、本来の煙濃度よりも低い値に変換される。これに対し、散乱光強度が高いとき、煙が発生している蓋然性が高いため、散乱光強度が煙濃度に１対１で変換されると、僅かに煙を検出することができないおそれがある。このため、散乱光強度が、本来の煙濃度よりも高い値に変換されることによって、確実に煙を検出することができる。このように、本実施の形態１は、散乱光強度が強度閾値より低い場合、比例線が示す煙濃度よりも低い煙濃度に変換されることによって、煙の誤検出を低減する。また、本実施の形態１は、散乱光強度が強度閾値以上の場合、比例線が示す煙濃度よりも高い煙濃度に変換されることによって、煙を確実に検出することができる。

（制御部１２）
制御部１２は、受光部５によって受光した散乱光強度を受信するものであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有している。制御部１２は、第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率をとって、閾値と比較する。制御部１２は、比率が閾値よりも高いか否かを判定することによって、煙の種類を識別する。本実施の形態１では、ＵＬ（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）規格に適合する煙感知器１について説明する。

制御部１２は、受光部５によって受光した散乱光強度が、記憶部１１に記憶された白煙側閾値を超えた場合に白煙が発生していると判断し、記憶部１１に記憶された黒煙側閾値を超えた場合、黒煙が発生していると判断する。具体的に、制御部１２は、第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率が白煙側閾値を超えた場合に白煙が発生していると判断する。一方、制御部１２は、第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率が黒煙側閾値を超えた場合に黒煙が発生していると判断する。そして、制御部１２は、第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率が白煙側閾値及び黒煙側閾値のいずれも超えていない場合に灰煙が発生していると判断する。なお、制御部１２は、白煙及び灰煙の場合、散乱光強度を増幅せず、黒煙の場合、散乱光強度を増幅して、火災の判定を行う。

また、制御部１２は、受光部５によって受光した散乱光強度の信号を受信し、散乱光強度と散乱光強度に対応する煙濃度との関係を示すテーブルに基づいて、受信した散乱光強度を煙濃度に変換する。なお、散乱光強度は、第１の発光部３から照射された光の散乱光強度でもよいし、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度でもよい。

図７は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の散乱光強度を示す棒グラフである。次に、発光部の波長及び散乱角を、適宜変更した場合の散乱光強度について説明する。ここで、ろ紙が燃焼したときに発生する煙を白煙、綿灯芯が燃焼したときに発生する煙を灰煙、ウレタンが燃焼したときに発生する煙を黒煙とする。発光部の波長は、それぞれ、赤外領域（以下、赤外光と呼称）、可視光の赤色の領域（以下、赤色光と呼称）、可視光の青色の領域（以下、青色光と呼称）とする。発光部の散乱角は、それぞれ、６０°、１１０°とする。このうち、６０°は前方散乱角であり、１１０°は後方散乱角である。なお、図７では、散乱光強度が、綿灯芯による灰煙が発生したときの散乱光強度を基準値＝１として示される。

先ず、ろ紙による白煙が発生したときの散乱光強度について説明する。図７に示すように、「赤外光，６０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．９７」であり、「赤外光，１１０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．５６」である。また、「赤色光，６０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．４４」であり、「赤色光，１１０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．３８」である。更に、「青色光，６０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．２４」であり、「青色光，１１０°」の場合に「ろ紙（白煙）：約０．２５」である。

次に、ウレタンによる黒煙が発生したときの散乱光強度について説明する。図７に示すように、「赤外光，６０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約１．１１」であり、「赤外光，１１０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約１．２２」である。また、「赤色光，６０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約０．５７」であり、「赤色光，１１０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約１．１１」である。更に、「青色光，６０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約０．３８」であり、「青色光，１１０°」の場合に「ウレタン（黒煙）：約０．８６」である。

ここで、第１の発光部３及び第２の発光部４が適宜選択された場合において、それぞれの散乱光強度の比率を求めたものを、表１に示す。表１では、第１の発光部３及び第２の発光部４の組み合わせとして、サンプル１「第１：青色光，６０° 第２：赤外光，１１０°」、サンプル２「第１：青色光，６０° 第２：赤色光，１１０°」、サンプル３「第１：赤色光，６０° 第２：赤色光，１１０°」、サンプル４「第１：赤外光，６０° 第２：青色光，１１０°」とする。

表１に示すように、ろ紙（白煙）における第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率は、サンプル１：２．３２、サンプル２：１．５９、サンプル３：０．８６、サンプル４：０．２６である。また、ウレタン（黒煙）における第１の発光部３から照射された光の散乱光強度と、第２の発光部４から照射された光の散乱光強度との比率は、サンプル１：３．１９、サンプル２：２．９１、サンプル３：１．９６、サンプル４：０．７７である。

図８は、本発明の実施の形態１に係る煙感知器１の散乱光強度を示す折れ線グラフであり、表１のろ紙（白煙）の比率、綿灯芯（灰煙）の比率及びウレタン（黒煙）の比率をプロットしたものである。綿灯芯（灰煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差が大きいほど、灰煙と黒煙との識別が容易となる。また、ろ紙（白煙）の比率と綿灯芯（灰煙）の比率との差が大きいほど、白煙と灰煙との識別が容易となる。更に、ろ紙（白煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差が大きいほど、白煙と黒煙との識別が容易となる。

図８に示すように、サンプル３及びサンプル４は、綿灯芯（灰煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差、及び、ろ紙（白煙）の比率と綿灯芯（灰煙）の比率との差がいずれも小さい。これに対し、サンプル１及びサンプル２は、綿灯芯（灰煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差、及び、ろ紙（白煙）の比率と綿灯芯（灰煙）の比率との差がいずれも大きい。従って、第１の発光部３及び第２の発光部４の組み合わせとして、サンプル１「第１：青色光，６０° 第２：赤外光，１１０°」及びサンプル２「第１：青色光，６０° 第２：赤色光，１１０°」が好ましい。更に、サンプル１とサンプル２とが比較されると、サンプル２の方がサンプル１よりも、ろ紙（白煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差が大きい。本実施の形態１では、サンプル２「第１：青色光，６０° 第２：赤色光，１１０°」を採用することによって、白煙、灰煙及び黒煙を識別することができる。

なお、図８において、綿灯芯（灰煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差に着目すると、サンプル１、サンプル２及びサンプル３の方が、サンプル４よりも、綿灯芯（灰煙）の比率とウレタン（黒煙）の比率との差が大きい。サンプル１、サンプル２及びサンプル３は、赤外光又は赤色光を散乱角１１０°としたものであり、サンプル４は、青色光を散乱角１１０°としたものである。サンプル３は、第１の発光部３及び第２の発光部４がいずれも赤色光である。このため、サンプル３が除外されると、第１の発光部３及び第２の発光部４において、第１の波長λ１よりも第２の波長λ２の方が長く、第１の散乱角θ１よりも第２の散乱角θ２の方が大きければ、少なくとも灰煙及び黒煙を識別することができる。

前述の如く、白煙側閾値は、白煙によって生じる散乱光強度と灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定される。具体的に、白煙側閾値は、白煙によって生じる散乱光強度の比率と、灰煙によって生じる散乱光強度の比率との間に設定される。また、黒煙側閾値は、灰煙によって生じる散乱光強度と黒煙によって生じる散乱光強度との間に設定される。具体的に、黒煙側閾値は、灰煙によって生じる散乱光強度の比率と、黒煙によって生じる散乱光強度の比率との間に設定される。制御部１２は、第１の発光部３による散乱光強度と第２の発光部４による散乱光強度との比率が白煙側閾値を超えた場合に、白煙が発生していると判断する。また、制御部１２は、第１の発光部３による散乱光強度と第２の発光部４による散乱光強度との比率が黒煙側閾値を超えた場合に、黒煙が発生していると判断する。更に、制御部１２は、第１の発光部３による散乱光強度と第２の発光部４による散乱光強度との比率が白煙側閾値及び黒煙側閾値のいずれも超えていない場合に、灰煙が発生していると判断する。

本実施の形態１によれば、第１の発光軸３０と受光軸５０との交点から第１の発光部３と反対側に延びる第１の延長線３１と受光部５側の受光軸５０との間の角度である第１の散乱角θ１よりも、第２の発光軸４０と受光軸５０との交点から第２の発光部４と反対側に延びる第２の延長線４１と受光部５側の受光軸５０との間の角度である第２の散乱角θ２の方が大きい。これにより、第１の発光部３からの光の散乱光強度と第２の発光部４からの光の散乱光強度との比率が、煙の種類によって相違し易くなる。従って、煙感知器１は、煙の識別力が高い。また、制御部１２は、受光部５によって受光した散乱光強度が、記憶部１１に記憶された白煙側閾値を超えた場合に白煙が発生していると判断し、記憶部１１に記憶された黒煙側閾値を超えた場合、黒煙が発生していると判断する。このため、煙感知器１は、白煙、灰煙及び黒煙を識別することができる。

更に、散乱光強度と散乱光強度に対応する煙濃度との関係を示すテーブルは、受信した散乱光強度が強度閾値より低い場合、散乱光強度と煙濃度とが常に比例する比例線が示す煙濃度よりも低い煙濃度に対応し、散乱光強度が強度閾値以上の場合、比例線が示す煙濃度よりも高い煙濃度に対応する。従って、散乱光強度が低いときに煙を誤検出することを抑制し、且つ、散乱光強度が高いときに煙を確実に検出することができる。

１ 煙感知器、２ 筐体、２ａ 取付部、２ｂ 検煙空間、２ｃ 流入部、２ｄ 開口、３ 第１の発光部、４ 第２の発光部、５ 受光部、６ ラビリンス、１０ 増幅部、１１ 記憶部、１２ 制御部、３０ 第１の発光軸、３１ 第１の延長線、４０ 第２の発光軸、４１ 第２の延長線、５０ 受光軸、λ１ 第１の波長、λ２ 第２の波長、θ１ 第１の散乱角、θ２ 第２の散乱角。

Claims (2)

1. 煙を検出する検煙空間が内部に形成された筐体と、
   前記筐体に設けられ、第１の波長の光を前記検煙空間に向けて照射し、第１の発光軸を有する第１の発光部と、
   前記筐体に設けられ、前記第１の発光部の前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を前記検煙空間に向けて照射し、第２の発光軸を有する第２の発光部と、
   前記筐体に設けられ、前記第１の発光部から照射された光と前記第２の発光部から照射された光とを受光し、受光軸を有する受光部と、を備えた煙感知器において、
   前記第１の発光軸と前記受光軸との交点から前記第１の発光部と反対側に延びる第１の延長線と前記受光部側の前記受光軸との間の角度である第１の散乱角よりも、前記第２の発光軸と前記受光軸との交点から前記第２の発光部と反対側に延びる第２の延長線と前記受光部側の前記受光軸との間の角度である第２の散乱角の方が大きく、
   前記受光部によって受光した散乱光強度を受信する制御部を更に備え、
   灰煙によって生じる散乱光強度を基準として、白煙によって生じる散乱光強度と前記灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定された白煙側閾値と、黒煙によって生じる散乱光強度と前記灰煙によって生じる散乱光強度との間に設定された黒煙側閾値と、を記憶する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記受光部によって受光した散乱光強度が、前記記憶部に記憶された前記白煙側閾値を超えた場合に白煙が発生していると判断し、前記記憶部に記憶された前記黒煙側閾値を超えた場合、黒煙が発生していると判断する
   ことを特徴とする煙感知器。
2. 前記制御部は、
   前記受光部によって受光した散乱光強度の信号を受信し、散乱光強度と該散乱光強度に対応する煙濃度との関係を示すテーブルに基づいて、受信した前記散乱光強度を前記煙濃度に変換するものであり、
   前記テーブルは、
   受信した前記散乱光強度が強度閾値より低い場合、前記散乱光強度と前記煙濃度とが常に比例する比例線が示す煙濃度よりも低い煙濃度に対応し、前記散乱光強度が前記強度閾値以上の場合、前記比例線が示す煙濃度よりも高い煙濃度に対応する
   ことを特徴とする請求項１記載の煙感知器。

Images