JPH0354393B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複合機能を持たせた素子により熱、
煙、炎、ガスを検出する簡易型火災感知器に関す
るものである。

従来、火災感知器としては日本の消防法で認め
られているのは熱感知器と煙感知器の二種類であ
り、熱感知器としては定温式、差動式、補償式等
がある。例えば、定温式や差動式で用いられるバ
イメタル式は、低膨張金属と高膨張金属を張り合
せたバイメタルを用いたもので、一端を固定され
たバイメタルが熱を受けると低膨張率の金属側に
湾曲し、温度に比例した変位を生ずる。その結
果、バイメタルは一定温度に達した時、接点を閉
じるように働き感知器が作動する。又、煙感知器
としては光電式とイオン化式があるが、前者の光
電式には減光式と散乱光式がある。例えば、第１
図に示すようなものである。１は投光部であり、
光源３、レンズ４及び光源の輝度低下を補償する
受光素子２によつて構成されている。又、１０は
受光部で、レンズ１１、絞り１２と受光素子１３
によつて構成されている。今、５なる光路に煙６
が進入すると、その流入した量に比例した分だ
け、受光素子１３で受ける光の量も減り光の量が
定められた値に達すると感知器は作動する。次に
炎感知器は早期火災検出を目的としたもので、米
国のUL規格やNFPAでは火災感知器としてこれ
を認めている。この炎感知器には紫外線感知器や
赤外線感知器の他に出願人による可視光感知器が
あり、出願人は一つの検知素子で炎、煙が検出出
来る装置を考案している。特願昭58−069752） 一方、ガス検知器の代表的なものとしては接触
燃焼式感知器や半導体式感知器がある。例えば半
導体式は、金属酸化物（SnO ZnO等）表面で生
ずる気体の吸脱着現象による半導体の電気伝導度
の変化を利用するもので、その構造は第２図のよ
うなものである。電極１５は、金属酸化物半導体
１６の中に埋め込まれており、一方の電極は加熱
ヒーターとして使用され、残りの電極は電極間に
存在する半導体の電気抵抗を測定する為に使用さ
れる。ここで、ヒーターは半導体表面でガスの吸
脱着が容易な温度（200〜400℃）に加熱する為に
設けてある。以上のように従来、熱、煙、炎、ガ
スを検出する感知器はあつたが、それぞれ独立し
たものであり、相互に全く関連性をもたない為、
これら４つの感知器を設けても（一般家庭用には
価格の問題もあり、ガス感知器が一部利用されて
いる程度である）極めて非火災報が多く、例え
ば、熱と煙感知器に関して東京消防庁が昭和55年
８月から１年同管下1500対象物に設置されている
262152個の自火報の感知器についての調査結果に
よると非火災報の発生は7469件で、その非火災発
生率は煙感知器が86％、熱感知器で14％もあつ
た。特に火災報の発生時間は昼間に多く、多量の
タバコの煙や調理の煙、熱等の人為的要因が約60
％と大半を占めている。

しかし、一方では年間３万8000件の建物火災が
発生し（昭和56度消防白書による）その内、約50
％の１万9200件が住宅火災である事を考えると、
非火災報の少ない、しかも一般住宅用に適した安
価な火災感知器が必要になつてきている。

本発明は上記事情を鑑み、一般住宅にも適する
ような簡易なものとし、非火災報対策としては、 (1) 人の多い昼間時はガス、煙の感度を下げる。
（熱の感度は一定とする） (2) 一過性の熱、煙、炎、ガスでは、警報を発し
ない（非火災報のうち一過性のものが86％） (3) 注意報と警報を区別する。

以上の機能をもりこんだ火災感知器を提供する
ものである。

非火災報の要因は前述したように人為的なもの
が大半である。この発明は、この影響を極力少な
くし、しかも安価な素子を用いた簡易な構成とし
た所に特徴があり、昼夜を判別する為に光導電素
子を設け（この素子は光を照射した時その電気抵
抗が変化するものである。）例えば、この素子と
しては、特性的に安定で安価なCdS（硫化カドミ
ウム）を用いる。この光導電素子を利用して炎の
ちらつきも検出するが、炎の燃焼に起用するちら
つきは通常10〜20Hzであり、立上り応答時間が比
較的遅いCdSでも（30〜100ms）十分検出が可能
である。しかも、この光導電素子は、、この応答
時間が比較的遅い事の為、交流照明等に起因する
2（は電源周波数）なるノイズ分の影響を受け
にくいという利点がある。この光導電素子の直流
分により感度の切替えを行う。

即ち、夜は感度を高くし、昼は低くする。又交
流分により炎の検出を行う。次に煙、ガス、熱の
検出には半導体酸化物素子を用いるが、ここでも
特性的に安定で安価なものとしてサーミスタを用
いる。サーミスタは抵抗の温度依存性−一般には
負の温度係数−のある金属酸化物半導体である。
ガス、煙の検出にはこのサーミスタの自己加熱時
の熱伝導度の変化を利用する。即ち、自己加熱状
態のサーミスタに還元性ガスが吸着すると、半導
体内部の電子の濃度が増大する。電子は酸化物の
電気伝導と熱伝導の両方に寄与するが、このうち
熱伝導の効果はガス、煙の吸着によつて半導体の
熱伝導性が良くなり、半導体自体を通した熱の伝
導が良くなり（放熱しやすくなる）、サーミスタ
（半導体）内部の温度が低下し、その抵抗値が増
大する。この抵抗変化によつてガス、煙を検出す
る。また熱の検出には周囲温度補償用のサーミス
タ自己加熱させない）の抵抗変化を利用する。

即ち、CdSは昼夜の判別以外に炎の検出を、又
サーミスタはガス、煙、熱（このうち熱は温度補
償用を利用）の検出を行わせ、一つの素子が複数
の機能をもつ事になる。

以下、本発明を実施例の図面について説明すれ
ば、次の通りである。

第３図に装置のブロツク図を示す。２０は熱を
感知するサーミスタ（温度補償用として用いてい
るものを熱の検知にも利用）２１は前置増幅器、
２２はガス、煙、検知用サーミスタ、２３は前置
増幅器、２４は炎検出用CdS（これは昼夜の判別
を行い感度切替えを行うものを炎の検知にも利
用）２５は交流増幅器で、２５ａは炎検知信号
（交流分）、２６は一次遅れ要素を含む直流増幅
器、２６ａは周囲の明るさに対応した直流信号を
表す。２７はコンパータ、２８は増幅器、２９は
感度を切替える感度切替回路、ここで２０，２
２，２４の接続は、第４図の如きものである。２
０，２１，２２，２３，２４は第３図と同じもの
である。ここで注意を要するのは、サーミスタは
ポピーラーな測温体の一つであるが、一般の温度
計測時にはサーミスタが自己加熱しないように電
流を制限して使用するが、ガス、煙検出用として
使用するのに、その検出を容易にする為ここの温
度を例えば150〜180℃程度に自己加熱させる。こ
のサーミスタとしてはＢ定数3400〓、25℃の抵抗
値が8KΩ程度のビード型サーミスタが適当であ
る。検出の安定度をよくする為に50なる定電流回
路を用いている。５１は直流電源である。５２，
５３は抵抗であり、これと２０，２２でブリツジ
回路を構成している。２０はガス、煙に触れず電
圧や周囲温度の変動に対する補償を行つている。
ここで検知素子２２の周辺にガス等が到達すると
熱伝導度が変化するため、サーミスタの温度が変
わり、それが抵抗変化をもたらし、ブリツジが不
平衡になるので出力２３ａが取りだされる。又火
災によつて急激な温度上昇があると２０の抵抗が
急激に変化するのでこれをバツフア増幅器２１に
よつて取り出す。実施例では２０より取り出して
いるがこれを２２より検出する事も可能である。
この場合２１の入力線２１′をＡ点に結ぶかわり
にＢ点に結べばよい。（但しこの場合ガス、煙の
影響も加味されたものとなるが、熱による変化の
影響の方が大きいのでその分離は可能）第３図実
施例に戻り、３０は主増幅器である。特にここ
で、非火災報の多い煙、ガス炎、等は昼間の感度
を夜間より低くしている。（ここでは感度の切替
えを行つているが、継続時間を変える事もでき
る）熱に関しては感度の切替を行わないのも本検
出器の特徴の一つである。３１は低域通過フイル
ターであり、交流電源の誘導ノイズ等を除去する
もので、遮断周波数を30Hz程度に選んでおく。３
２はコンパレータで３１ａなる信号の振幅が所定
値以上になつた時出力３２ａを発する。３３はパ
ルス数検出回路であり、第５図Ａに示すようなも
のである。又第５図Ｂは各部の波形である。第５
図Ａにおいて６０は微分回路、６１は波形整形回
路、６２はプリセツトカウンター、６３は単安定
マルチバイブレータである。又Ｐは正の電源であ
りＰ１〜Ｐ４はプリセツト入力端子で所定のパル
ス数をセツトする。いま、コンパータ３２を通し
て入力があると、６２なるカウンターは入力パル
ス毎にカウントダウンし、その内容が零となると
キヤリーアウト端子Ｅに第５図Ｂの３３ａで示さ
れるような波形が出力される。もし、単安定マル
チバイブレータ６３の設定時間Ｔ内にカウンター
６２が零にならなければ再びプリセツトされ端子
Ｅに出力は現われない。

尚、第５図Ｂはクロツクパルス４個で出力され
るようプリセツト入力スイツチを設定した場合で
ある。この３３なるパルス数検出回路により、ガ
ス、煙、炎等が検出されても一過性のものでは出
力３３ａは発しないし、又外乱等によるノイズの
影響も取り除く事ができる。第３図に示すごとく
３７は時間検出回路であり、この回路は第６図の
ように構成されている。

Ｒ１〜Ｒ６…抵抗、Ｃ１…コンデンサ、７１…
ダイオード、７２…FETトランジスタ、７３，
７４…オペアンプ、７０…トランジスタ、Ｐ，Ｎ
…正及び負電源である。

いま、３２ａがない時、７２のFETはONとな
り、値の小さな抵抗Ｒ２を介し、オペアンプの入
力と出力がつながる為（但し、Ｒ５≫Ｒ２でＲ２
は数10Ω程度に選べばよい）、３７ａは出力され
ない。ここで、３２ａがあるとき（但し、負論理
パルス）、７２はOFFとなりＲ２は接続されず、
容量値の大きなＣ１（例えば10MFのみになり、
７３は積分器となる。即ち、７３ａをVsとし７
３ｂをVoとする時 ７２がONの時はVo＝R2／R5Vs≒０ ７２がOFFの時はVo≒１／C1R5∫vsdtとなる。

従つて、７４のオペアンプはコンパレータを構
成しているからＲ３，Ｒ４で定められるスレシユ
ホールドベルを７３ｂなるVoがこえると３７ａ
が出力される。この時間検出回路は熱信号を取り
出すもので、所定時間ある温度以上の状態が継続
すれば出力３７ａを発するようにしているので、
断続的なものは検出しない。これにより、信頼性
の高い熱検出を実現させている。第３図で示すご
とく、３４はOR回路で３３ａか３７ａのどちら
か一つでもあれば出力３４ａを出す。３５はタイ
マーでで３４ａの入力により、設定された時間だ
け３５ａなる出力を発し３６なる出力回路に送ら
れる。３６ａは出力信号でブザーを鳴らしたり表
示灯を点灯させたりする。ここでは３６ａにより
ブザーを断続鳴動させ注意報としている。３８は
AND回路で３３ａと３７ａが同時に入力される
ときのみ３８ａを発する。３９はタイマー、４０
は出力回路であり、４０ａなる出力信号にりブザ
ーを鳴らしたり表示灯を点灯させたりする。ここ
では、４０ａによりブザーを連続鳴動させ異常警
報としている。注意報は熱、ガス、煙、炎のうち
どれか一つを検出した時であるが異常警報は２つ
以上のものを検出した時に発せられるもので、極
めて信頼性の高い火災検出器を実現させる事が出
来る。

以上のように本発明によれば、人の多い昼間は
自動的に炎、ガス、煙の検出感度が夜間より低く
なり、また一時的な熱、煙、ガス、炎では作動せ
ず、さらに一要素検出の場合は注意報を、二要素
以上検出した場合は異常警報としているので信頼
性が高く、しかもその回路構成は極めて簡単な素
子の組み合わせで実現することができるため、安
価な、かつ非火災報が極めて少ない一般住宅用に
も適した複合型の火災感知装置として大きな効果
を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の減光式感知器を示す説明図、第
２図は従来の半導体式ガス検知器を示す説明図、
第３図は本発明の実施例を示すブロツク図、第４
図は熱、ガス、煙、および炎検知素子の接続方法
を示すブロツク図、第５図Ａはパルス数検出回路
のブロツク図、第５図Ｂは同出力波形説明図、第
６図は時間検出回路の結線図である。 ２０，２２……サーミスタ、２４……Cds、２
５……交流増幅器、２６……直流増幅器、２９…
…感度切換回路、３０……主増幅器、３１……低
域通過フイルター、３２……コンパレータ、３３
……パルス数検出回路、３７……時間検出回路、
３４……OR回路、３８……AND回路、３５，３
９……タイマー、３６，４０……出力回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入射光線の変化に応動する第１の検知素子
   と、気体の吸脱着現象によつて熱伝導度が変化す
   る第２の検知素子と、入射熱の変化に応動する第
   ３の検知素子とにより炎、ガス、煙、熱を検出す
   る火災感知器において、前記第１の検知素子の直
   流分出力の大きさに応じて、前記第１の検知素子
   の交流分出力及び前記第２の検知素子の出力の両
   方の感度を変化させる感度切換回路、該感度切換
   回路の出力と前記第３の検知素子の出力とを合成
   比較し、該合成比較出力のパルスの数を検出する
   パルス数検出回路、前記合成比較出力の直流成分
   の持続時間を検出する時間検出回路、該時間検出
   回路の出力と前記パルス数検出回路出力とを論理
   演算させて警報出力を発するようにしたことを特
   徴とする火災感知装置。 ２ 前記第１の検知素子は光電変換素子であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の火災
   感知装置。 ３ 前記第２及び第３の検知素子は、顕著な温度
   依存性を有する抵抗体であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の火災感知装置。 ４ 前記感度切換回路は、第１の検知素子の直流
   分出力の大きさが所定値以下の時、感度を高くす
   る回路であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の火災感知装置。 ５ 前記警報出力を、一要素検出の場合と二要素
   以上検出の場合とを分離区分したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の火災感知装置。