JPS5849811B2 - 熱検出警報装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は火災時に発生する熱、特にその熱の上昇率が
ある一定値以上になったときに警報を発する熱検出警報
装置に関する。

感熱素子と感熱素子又は非感熱素子とを組合せ利用して
、その温度差により温度変化を検出する方法には、従来
から２つの方法がある。

そのうちの１つは、感熱素子を１つだけ使用してその出
力変化を微分回路で監視してその温度変化を検出する方
法であり（以下第１の方法と云う）、他の１つは電気的
な特性が略等しく熱時定数の異なる２つの感熱素子を使
用してその出力差により温度変化を検出する方法である
（以下第２の方法と云う）。

第１の方法の典型的な例の回路図を第１図に示す。

同図において、検出回路１はサーミスタ等の感熱素子Ｒ
ｓ及び抵抗Ｒ１からなり、温度に比例した出力を発生す
る６微分回路２はコンデンサＣ及び抵抗Ｒ２からなり、
検出回路１の出力変化率に比例した出力を発生する。

比較回路３は抵抗Ｒ３，Ｒ４及び差動増幅器ＤＡからな
り、微分回路２の出力を基準レベル（Ｖｒｅｆ）と比較
し、それが基準レベルを越えたとき出力する。

スイッチング回路４はトランジスタＴ１からなり、比較
回路３の出力に応じて動作し、警報回路５を駆動する。

なお、検出回路１、微分回路２及び比較回路３のそれぞ
れの出力波形は第２図に示すとおりである。

この方法は一般的に、感熱素子の特性のバラツキの影響
を受けにくい、構成が簡単である等の利点を持つ。

しかし、このような方法において、温度変化を有効に検
出するためには、検出回路の温度変化に対する出力変化
が広い温度範囲で直線で、かつ十分大きい事が必要とさ
れるが、この方法は使用温度範囲が電源電圧によって制
限されるという欠点をもっている。

第２の方法の典型的な例の回路図を第３図に示す。

同図において検出部１は電気的特性が略等しい２つのサ
ーミスタＲｓ ， Ｒｓ’等の感熱素子からなり、２つ
の素子の温度差に比例した出力を発するもので、他の比
較回路３、スイッチング素子４、及び警報回路５は第１
図のものと同様である。

検出部１の２つの感熱素子の熱時定数を相異なる構成、
例えばＲｓの熱時定数を小、Ｒｓ′の熱時定数を犬に構
成すると、検出部１はその周囲温度の変化率に比例した
出力を発生する。

すなわち、第３図の回路は第１図の回路と全く同様の動
作特性、すなわち検出部１の温度上昇率が一定値を越え
たとき警報回路５が作動して警報を発するという動作特
性を有している。

第２の方法は、検出部１がその周囲温度に変化が生じて
初めて出力を発生する構成になっているため、第１の方
法のように使用温度範囲が電源電圧により制限されるよ
うな事はない。

しかし、第２の方法は広い温度範囲で温度特性の等しい
２つの感熱素子を必要とするため、そのバラッキによる
影響を受けやすい。

２つの感熱素子の熱時定数の差は、一方の素子を感知器
表面の感熱板に取付け、他方の素子を感知器内部に取付
けるなどにより簡単に得られる。

しかし、周囲温度が一定であっても気流の速さにより感
知器内部に取付けた素子の温度上昇率、すなわち熱時定
数が変化して差動感度が一定にならない。

なお、熱時定数とはステップ状の温度変化に対し変化分
の６３％のレベルに達するまでの追従時間をいう。

このような熱時定数の気流速依存性をなくす事は、実際
上、きわめて困難であり、従って感度も気流速の影響を
受けやすいという欠点を有する。

ところで、火災感知に際しては火災による熱の上昇率と
暖房等による周囲温度の上昇率とを区別する必要があり
、このため火災感知器の国家規格（消防検定制度）では
２種の差動式感知器に関して次のように定められている
。

（１）階段上昇試験 （ａ） 周囲温度を瞬時的に３ ０ ｄｅｇ．上昇さ
せたとき・・・・・・・・・・・・３０秒以内に発報（
作動試験）（ｂ） 周囲温度を瞬時的に１ ５ ｄｅ
ｇ，上昇させたとき・・・・・・・・・・・・１分間は
不作動（不動作試験）（２）直線上昇試験 （ａ） 周囲温度を１ ５ ｄｅｇ．／ ｍｉ ｎ．
にて上昇させたとき・・・・・・・・・・・・４．５分
以内に発報（作動試験） （ｂ） 周囲温度を３ ｄｅｇ，／ｍｉｎ．にて上昇
させたとき・・・・・・・・・・・・１５分間は不作動
（不動作試験） すなわち、温度上昇率がある一定値以上になったときに
警報を発する方式の熱検出警報装置は、上記の規格を全
て満足しなければならない。

ところが上述の従来技術ではそれぞれの有する欠点のた
め上記規格を満足するに至っていなかった。

例えば第３図に示される第２の方法による回路について
上記の各試験をすると、第４図〜第６図の示すとおりの
試験結果が得られる。

第４図は「階段上昇試験」での特性図で、感熱素子Ｒｓ
のＨ定数は０．５ｍｉｎ，、Ｒｓ’の熱時定数は５ｍｉ
ｎ，であり、図中ａは作動試験の温度３ ０ ｄｅｇ，
でＲｓａは感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線、Ｒｓ′ａは感
熱素子Ｒｓ’の温度上昇曲線、Ｒｓａ−Ｒｓ’ａは感熱
素子Ｒｓ，Ｒｓ’の温度差曲線であり、発報レベルＬ１
が１ ３ ｄｅｇ，の場合は約２５秒で発報する。

図中ｂは不動作試験の温度１ ５ ｄｅｇ，で、Ｒｓｂ
は感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線、Ｒｓ′ｂは感熱素子Ｒ
ｓ’の温度上昇曲線、Ｒｓｂ−Ｒｓ’ｂは感熱素子Ｒｓ
，Ｒｓ’の温度差曲線であり、この温度差曲線は発報レ
ベルＬ１（１３ｄｅｇ，）に達することがないので発報
することはない。

すなわち、階段上昇試験の規格は満足していることにな
る。

次に第５図の「直線上昇試験」について見ると、感熱素
子Ｒｓの熱時定数は０．５ｍｉｎ．、感熱素子Ｒｓ’の
熱時定数は５ｍｉｎ．、風速が犬の場合で、Ｃは作動試
験の温度上昇線（ １ ５ ｄｅｇ， ／ｍｉｎ，）、
Ｒｓｃは感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線、Ｒｓ′ｄま感熱
素子Ｒｓ’の温度上昇曲線、Ｒｓｃ−Ｒｇｃは感熱素子
Ｒｓ，Ｒｓ’の温度差曲線であり、この温度差曲線は発
報レベルＬ１に約１分３０秒程度で達している。

従って４．５分以内の発報という規格に満足することに
なる。

ｄは不動作試験の温度上昇直線（ ３ ｄｅｇ．／ｍ
ｉｎ， ）、Ｒｓｄは感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線、Ｒ
ｓ′ｄは感熱素子Ｒｓ’の温度上昇曲線、Ｒｓｄ−Ｒｃ
！ｄは感熱素子Ｒｓｄ，Ｒｓ’ｄの温度差曲線で、この
温度差曲線は１５分以内に発報レベルＬ１に達せず、か
ろうじて規格を満足している。

第６図は第５図と同様の「直線上昇試験」の特性図で風
速が小の場合について示してあり、感熱素子Ｒｓの熱時
定数は０．５ｍｉｎ．、感熱素子Ｒｓ′の熱時定数は１
０ ｍｉｎ， （第５図の場合と全く同じ回路構造の
装置を使用しているが、風速の大小により感熱素子Ｒｓ
’の熱時定数が大きく変る。

）図中の記号は第５図と同符号は同一又は相当部を示す
。

作動試験の温度差曲線Ｒｓｃ−Ｒｓ’ｃは発報レベルＬ
１に約１分５秒で達しており、一方不動作試験の温度差
曲線Ｒｓｄ−Ｒｌ７ｄは発報レベルＬ１に約６分３０秒
で達している。

従って１５分間の不作動という規格を満足しないことに
なる。

ゆえに第５図、第６図より明らかなように、不動作試験
時の発報時間、感度は風速によって異なるという結果が
得られ、この第２の方法による回路では実用化は不可能
であった。

この発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、熱時定
数の異なる２つの感熱素子の温度差情報を微分回路を介
して得ることにより、感度の気流速依存性をなくすると
共に、上述の国家規格を満たした熱検出警報装置を提供
するものである。

この発明の実施例を図面と共に説明すれば次のとおりで
ある。

第７図はこの発明の一実施例に係る熱検出警報装置の回
路図で、第３図の回路に比較して検出回路１と比較回路
３との間に、微分回路２が挿入されていることに特徴が
ある。

検出部１は電気的な特性が略等しく熱時定数が異なる感
熱素子Ｒｓ，Ｒｓ’で構成され、微分回路２はコンデン
サＣと抵抗Ｒ２とで構或されている。

２つの感熱素子Ｒｓ，Ｒｓ′のうち一方、例えばＲｓの
熱時定数は、いかなる周囲の温度変化にも追従できるよ
う十分小さな値にしておく。

微分回路２の時定数は、火災時の急激な温度上昇に対し
てはさほど影響せず、通常の空調装置の作動等による温
度に対してはこれを打消すような、感熱素子Ｒｓの熱時
定数に近いか又はそれより若干大きい適当な値に定める
。

さらに感熱素子Ｒｓ’の熱時定数は、通常の気温変化に
追従する大きさで、感熱素子Ｒｓの熱時定数又は微分回
路２の時定数より十分大きな値に定める。

火災時の温度上昇は一般に数十秒程度の単位で上昇する
ので、感熱素子Ｒｓの熱時定数はそれと同程度以下、例
えばｌ分程度にしておく必要がある。

この場合、微分回路２の時定数を例えば１分、感熱素子
Ｒｓ’の熱時定数を１０分とすれば、上記の条件を満た
すことができる。

このような熱検出警報装置の検出部１及び微分回路２に
おいて、検出回路１は感熱素子Ｒｓの熱時定数と同程度
以上の速さの温度変化に対して、感熱素子ＲｓとＲｓ’
との間に生ずる温度差に比例した電圧信号を出力する。

微分回路２は検出回路１の出力を微分し、その時定数と
同程度以上の速さの温度変化に対し、その上昇率に比例
した電圧信号を出力する。

この出力は比較回路３で基準レベル（Ｖｒｅｆ）と比較
され、その差が一定値を越えたとき比較回路３が出力を
発生する。

そして、その出力はスイッチング回路４のトランジスタ
Ｔ１を作動し、この作動に伴なって警報回路５が駆動し
警報を発する。

このような熱検出警報装置において、周囲温度が通常の
気温変化のように数時間を単位として変化した場合、感
熱素子Ｒｓ，Ｒｓ’はいずれも周囲温度に追従して温度
変化するので双方に温度差は生せず、従って検出回路１
の出力は変化しないので、時定数回路２には出力が生じ
ない。

周囲温度が暖房装置の作動等により数十分程度の単位で
上昇した場合、感熱素子Ｒｓ，Ｒｓ’にはその熱時定数
に応じた温度差が生じ、検出回路１はそれに応じた出力
を発生する。

しかし、この場合にも微分回路２の時定数がさらに小さ
いためその出力が吸収され、微分回路２には出力が発生
しない。

火災等により周囲温度が数十秒程度の単位で上昇した場
合には、感熱素子Ｒｓ’は周囲の温度上昇に全く追従で
きないが、感熱素子Ｒｓは追従するので検出回路１は周
囲温度に比例した出力を発生し、従って微分回路２は温
度上昇率に比例した出力が発生することになり、警報回
路５が駆動されることになる。

以上説明したようにこの発明に係る熱検出警報装置は、
通常の気温変化のように温度が数時間を単位としてゆっ
くり変化する場合には、前述の第２の方法による感知器
として作用し、かつ、火災時のように温度が数十秒を単
位として変化する場合には、前述の第１の方法による感
知器として作用することになる。

従って、この発明は第１の方法及び第２の方法の特長を
併せ持つものである。

すなわち、微分回路を使用しているため感熱素子の特性
のバラツキによる影響が受けに＜＜、火災時の急激な温
度上昇に対しては微分回路の時定数により感度が決まる
ので感度の風速依存性もない等の特長を有する。

第８図〜第１０図はこの実施例についての前述の国家規
格についての試験結果である。

なお、図中の記号で第４図〜第６図と同記号のものは、
これらと同内容を示す。

第８図は「階段上昇試験」の特性図で、感熱素子Ｒｓの
熱時定数は１ｍｉｎ．、感熱素子Ｒｓ’の熱時定数は１
０ｍｉｎ，微分回路の時定数はｌｍｉｎ．である。

動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓａ−Ｒｓ’ａ） ／
ｄｉは、感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒｓａと感熱素
子Ｒｓ’の温度上昇曲線Ｒｓ’ａとの差である（Ｒｓａ
−Ｒｓ’ａ）曲線の微分曲線であり、微分回路の出力に
該尚する。

この微分回路の出力は発報レベルＬ２を６．５ｄｅｇと
すると２４秒で達しており、３０秒以内に発報という規
格を満足していることになる。

次に不動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓｂ−Ｒｇｂ）
／ｄｔは不動作試験での感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒ
ｓｂと感熱素子Ｒｓ’の温度上昇曲線Ｒｓ’ｂとの差で
ある（Ｒｓｂ−Ｒｃ’ｂ）曲線の微分曲線であり、微分
回路の出力に該当する。

この微分回路の出力は発報レベルに達しないので、これ
も１分間は不作動という規格を満足していることになる
。

第９図は「直線上昇試験」の特性図で、感熱素子Ｒｓの
熱時定数はｌｍｉｎ，、感熱素子Ｒｓ’の熱時定数は１
０ｍｉｎ，、微分回路の時定数はｌｍｉｎ，で、風速が
大の場合のものである。

動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓｃ−Ｒｓ’ｃ）／ｄ
ｔは、感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒｓｃと感熱素子Ｒ
ｓ’の温度上昇曲線ＲＳ’Ｃとの差である（Ｒｓｃ−Ｒ
ｌｃ）曲線の微分曲線であり、微分回路の出力に該当す
る。

この微分回路の出力は約２分３０秒で発報レベルＬ２
（ ６．５ｄｅｇ）に達しており、４．５分以内に発報
という規格を満足している。

不動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓｄ−Ｒｓ’ｄ）／
ｄｔは、感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒｓｄと感熱素子
Ｒｓ’の温度上昇曲線Ｒｓ’ｄとの差である（Ｒｓｄ−
Ｒｓ’ｄ）曲線の微分曲線であり、微分回路の出力に該
当する。

微分回路の出力は発報レベルに達しないから、発報する
ことはなく、１５分間は不作動という規格を満足してい
ることになる。

第１０図も同様に「直線上昇試験」の特性図で、感熱素
子Ｒｓの熱時定数は１ｍｉｎ．、感熱素子Ｒ＝’熱時定
数は２０ｍｉｎ．、微分回路の時定数は１ｍｉｎ，で、
風速が小さい場合のものである。

動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓｃ−Ｒｓ’ｃ）／ｄ
ｔは、感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒｓｃと感熱素子Ｒ
＝’の温度上昇曲線Ｒｓ’ｃとの差である（Ｒｓｃ−Ｒ
！ｌ／ｃ）曲線の微分曲線であり、時定数回路の出力に
該当する。

微分回路の出力は発報レベルＬ２に約２分で達している
ことから、４．５分以内に発報するという規格を満足し
ていることになる。

次に不動作試験についてみると、ｄ（Ｒｓｄ−Ｒｓ’ｄ
）／ｄｔは、感熱素子Ｒｓの温度上昇曲線Ｒｓｄと感熱
素子Ｒｓ’の温度上昇曲線Ｒｓ’ｄとの差である（Ｒｓ
ｄ−Ｒｓ’ｄ）曲線の微分曲線であり、微分回路の出力
に該当する。

この微分回路の出力は発報レベルＬ２に達していないこ
とから、これも規格を満足しているといえる。

すなわち、従来技術の場合と異なり、風速の大小いかん
に関係なく規格を満足する。

第１１図はこの発明の他の実施例に係る熱検出警報装置
の回路図で、感熱素子として２つのトランジスタＴ２
，Ｔ３を用い、そのペースエミッタ電圧ＶＢＥの温度特
性を利したものである。

Ｒ５〜ＲＩＯは抵抗、Ｃ２はコンデンサ、ＡＳはＣＭＯ
Ｓアナログスイッチ、ＦＥＴは電界効果トランジスタで
、抵抗Ｒ７と共に定電流回路を構威している。

６は急速充電回路で、コンデンサＣ２、ＣＭＯＳアナロ
グスイッチＡｓ及び抵抗ＲＩＯから構成されている。

トランジスタＴ２は感熱素子Ｒｓに対応し、トランジス
タＴ３は感熱素子Ｒｓ’に対応するもので、両者の熱時
定数を前述の実施例の場合と同様異ならせると、温度差
が生じた場合トランジスタＴ２と抵抗Ｒ９との接続点Ａ
にあらわれる電位が変化する。

この電位変化は微分回路２を介して比較回路３に与えら
れ、一方、定電流が流れる抵抗Ｒ８の電位も基準値とし
て比較回路３に与えられ、微分回路２の出力が基準値よ
りも大きいとき比較回路３に出力があらわれ、スイッチ
ング回路４が作動し、警報回路５が警報を発する。

なお、急速充電回路６は回路の電源投入時に微分回路２
の出力が高電位になって誤動作するのを防ぐためのもの
で、抵抗Ｒ２の両端を零電位にすると共に、コンデンサ
Ｃの充電を速める役目を任うものであり、ＣＭＯＳアナ
ログスイッチＡｓが電源投入時に抵抗Ｒ１０が高電位に
なることを利用してその時にのみ動作するようにしてい
る。

尚、本発明の熱検出警報装置を火災感知器として用いる
場合は、種々の実験により感熱素子Ｒｓ，Ｔ２の熱時定
数は３０秒〜１分３０秒、感熱素子Ｒ ｓ’ ，Ｔ３の
熱時定数は１０分以上、微分回路２の時定数は３０秒〜
１分３０秒位が最適である。

以上のように、この発明は国家規格を充分満足し得る性
能を有し、火災感知器の他に種々の機器の異常温度上昇
警報装置にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の第ｌの方法による温度上昇検
出回路図及びその動作説明図、第３図は従来の第２の方
法による温度上昇検出回路図、第４図〜第６図は第２の
方法での特性図、第７図はこの発明の一実施例に係る熱
検出警報装置の回路図、第８図〜第１０図は第Ｔ図の装
置での特性図、第１１図はこの発明の他の実施例に係る
熱検出警報装置の回路図である。 １・・・・・・検出回路、２・・・・・・微分回路、３
・・・・・・比較 回路、４・・・・・・スイッチング回路、５・・・・・
・警報回路。 なお、同一符号１は同一又は相当部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱時定数が大きく異なる一対の感熱素子からなり、
   周囲温度の上昇率を検出する差動型検出回路と；該差動
   型検出回路の出力端に接続さへ上記感熱素子の熱時定数
   の犬なる方より十分小さな微分時定数であって、上記感
   熱素子の熱時定数の小なる方とほぼ同じ大きさの時定数
   をもち、前記差動型検出回路の出力の傾斜を求める微分
   回路と：該微分回路の出力が所定値を越えたときに警報
   を発する警報手段と；からなることを特徴とする熱検出
   警報装置。