JP2009020796A - 火災警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】火災警報器において、水蒸気による誤報を防止する。
【解決手段】マイコン１１、サンプルホールド回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４により計測手段を構成し、煙センサ１２で計測値を取得する。マイコン１１の制御により、監視モードでは４秒間隔の煙検出用のサンプリング周期として計測する。計測値が閾値を越えた場合は煙判定カウントを１増加させる。煙検出用より短い２５０ｍ秒間隔のサンプリング周期で例えば１６回計測する。計測値が閾値以下となるものが有るか、計測値の最大値と最小値の差が閾値以上となるものがある場合、煙判定カウントを１減らす。何れもなければ煙判定カウントを１増加させる。２５０ｍ秒間隔の計測と判定を繰り返す。煙判定カウントが３になったら警報モードとする。煙判定カウントが０となったら警報モードとしないて４秒間隔で計測する監視モードに戻る。
【選択図】図２

Description

本発明は、住宅の室内等に設置されてその室内等における火災の発生時に火災警報信号を外部に出力する火災警報器に係り、特に、煙センサで煙濃度を検出することで火災の検出乃至警報を行う火災警報器に関する。

従来、火災等による煙を光電式の煙センサで感知する火災警報器がある。このような光電式の火災警報器においては、警報器のセンサ収容部内に取り込まれた警報器設置空間の雰囲気にＬＥＤ等の発光素子によって測定光を照射し、その雰囲気中に存在する微小粒子により拡散された拡散光をフォトダイオード等の受光素子により受光し、その雰囲気中に存在する微小粒子の濃度すなわち煙濃度を光電出力信号として計測している。

しかしながら、この種の火災警報器では誤報を防止する必要がある。例えば、特開２００６−１４６７３８号公報（特許文献１）には、温度センサを併設し、温度の上昇が無い場合は誤報であるとの判断をする例や、煙濃度が２．５〜５％／ｍに達するまでの経過時間により、煙と水蒸気との判別を行う方法が開示されている。
特開２００６−１４６７３８号公報

火災警報器は、例えば台所へ設置した場合、調理や電気ポットあるいは炊飯器等から発生する水蒸気による誤報が想定される。しかしながら、特許文献１のものでは、水蒸気の流れや水蒸気の発生量によっては誤認識することが想定される。

本発明は、煙と水蒸気の特性の違いに着目し、光電式の火災警報器において、上昇する水蒸気による誤報を低減することを課題とする。

請求項１の火災警報器は、設定されたサンプリング周期で煙センサの出力を計測する計測手段と、該計測手段で得られた計測値に基づいて火災警報を行う警報手段とを備えた火災警報器において、前記計測手段で煙検出用のサンプリング周期で得られた計測値が予め設定された閾値を超えた際に、該計測手段におけるサンプリング周期を煙検出用のサンプリング周期より短い周期に設定し、該短い周期に設定されたサンプリング周期で計測した計測値が予め設定された閾値以下の場合および／または該計測値の変動量が予め設定された所定幅より大きい場合に、前記警報手段による火災警報を規制するようにしたことを特徴とする。

請求項２の火災警報器は、請求項１に記載の火災警報器であって、前記煙検出用のサンプリング周期で得られた計測値に基づいて火災を検出する通常監視機能と、前記短く設定されたサンプリング周期で得られた計測値について前記閾値との比較および／または所定幅との比較を行う検査機能とを備え、前記通常監視機能で火災を検出したと判定されたとき前記検査機能を実行し、該検査機能により前記火災警報を規制したときは、前記通常監視機能に切り替えることを特徴とする。

なお、請求項１または２に記載の火災警報器において、前記煙検出用のサンプリング周期が１秒〜１０秒の範囲であり、前記短く設定されたサンプリング周期が１００ｍ秒〜５００ｍ秒の範囲であることが望ましいが、１秒においても検出できる可能性があるため、最大１秒とする。

通常、火災により発生した煙は熱を伴うため、天井面に向かって上昇し壁面に向かって拡散していく。一方、電気ポット等により発生する水蒸気は、天井面に向かって上昇しながら、その温度自体が低下し、水蒸気粒子が減少し、大気に拡散していく。また、発生する水蒸気は安定しておらず、目に見えて濃淡があり、周囲の対流により煙検知部に入る量は一定ではない。

そこで、本発明の発明者は、火災警報器の煙センサによる計測値の変化について、水蒸気と煙との特性の違いを以下のように検証した。火災警報器の煙センサの計測値の検出間隔（サンプリング周期）を１０ｍ秒、２５０ｍ秒、５００ｍ秒、１秒間隔として、火災警報器の下方から水蒸気を発生させ、その水蒸気を連続的に測定した結果を図６および図７に示す。なお、図７(A) は図６の波線で囲ったＡ部分の拡大図、図７(B) は図６の波線で囲ったＢ部分の拡大図である。

１０ｍ秒間隔のセンサ出力をみると、短時間に上昇下降を繰り返している箇所がある。通常、火災警報器は４秒から１０秒程度の間隔で検出動作を行い、複数回閾値を越えると火災と判断して警報を行うため、４秒間隔ではこのような水蒸気の動きを捉えることはできない。しかし、２５０ｍ秒間隔まで早めた場合は、短時間に上昇下降を繰り返す動き（例えば太い実線の楕円で囲った部分）を捉えることができることが確認できた。

次に、通常の火災の例として、電気ストーブにより布団が燃えた例を図８に示す。なお、図８(B) は図８(A) のＡ部の拡大図である。この図のように、煙の場合には短時間にセンサ出力が上昇下降を繰り返す動きは確認できなかった。したがって、通常の検出間隔（煙検出用のサンプリング周期）よりも検出間隔を早めることで、すなわち、サンプリング周期を短く設定することで、水蒸気と煙の分別が可能であることが判明した。このように、本発明は煙検出用のサンプリング周期での計測値により火災と判定する場合に、短く設定したサンプリング周期での計測値により水蒸気である場合を検出し、この場合には火災警報を規制する。したがって、水蒸気による誤報を防止できる。

請求項１の火災警報器によれば、煙による計測値と水蒸気による計測値とを識別して、水蒸気による誤報を防止することができる。

請求項２の火災警報器によれば、請求項１の効果に加えて、まず、煙検出用のサンプリング周期により火災を検出する通常監視機能で動作させ、火災検出の可能性のある場合のみ短く設定されたサンプリング周期による計測値から水蒸気によるものかの判断を行い、水蒸気と判断された場合（火災警報を規制したとき）は、通常監視機能に戻るので、煙センサのＬＥＤの寿命や電池の寿命を確保することができる。

次に、本発明の火災警報器の一実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る火災警報器の正面図（図１(A) ）及び側面図（図１(B) ）、図２は同火災警報器の要部ブロック図である。この実施形態の火災警報器は、本体ケース１、本体ケース１の前面部１ａから突出して形成された円筒状のセンサハウジング２、本体ケース１に対向され本体ケース１と共にセンサハウジング２を挟むように設けられた整流板としてのパネル３を有している。そして、この火災警報器は壁掛け式であり、本体ケース１の背面部１ｂを部屋の壁等に密着させ、センサハウジング２側を上にして設置される。

センサハウジング２内には後述の煙センサ１２が収容されている。センサハウジング２はその周囲全周に亘って立設された複数の羽根板２ａ，２ａ，…を有しており、この羽根板２ａ，２ａの間隙は、センサハウジング２の内部に向かう一方向に回転する通路を形成している。そして、煙や水蒸気は、羽根板２ａ，２ａ，…の間隙（通路）からセンサハウジング２内に流入する。煙センサ１２は光電式で煙濃度を測定可能なセンサであり、この煙濃度は基準となる減光式濃度計における光の減光率に相当する。また、減光率は［％／ｍ］の単位で表現する。

図２に示すように、この火災警報器は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１、煙センサ１２、サンプルホールド回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４、タイマ１５、警報部１６、ＥＥＰＲＯＭ１７及び電池１８等から構成されている。警報部１６は火災警報（鳴動）を発するためのスピーカ等を備えている。ＥＥＰＲＯＭ１７には各種判定の比較対象となる閾値や各種設定値等が記憶されている。また、電池１８は当該火災警報器全体の駆動電源である。

マイコン１１は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ１１ａと、ＣＰＵ１１ａが行う処理のプログラムなどを格納したＲＯＭ１１ｂと、ＣＰＵ１１ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するＲＡＭ１１ｃ等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。

煙センサ１２は、ＬＥＤや発光制御回路等からなる発光部１２ａと、フォトダイオードや増幅回路等からなる受光部１２ｂとを有し、発光部１２ａはマイコン１１により発光制御される。また、受光部１２ｂは発光部１２ａからの光を受光する。サンプルホールド回路１３は、受光部１２ｂに接続され、受光部１２ｂの受光出力をサンプリングして次回の発光までホールドし、Ａ／Ｄ変換回路１４は、サンプルホールド回路１３の出力をアナログ信号からデジタル信号に変換してマイコン１１に入力する。

すなわち、マイコン１１はサンプリング周期に応じて煙センサ１２の発光部１２ａを発光制御し、受光部１２ｂの出力信号をそのサンプリング周期に応じた計測値として取り込む。この、マイコン１１、サンプルホールド回路１３およびＡ／Ｄ変換回路１４は「計測手段」に相当する。なお、タイマ１５は、マイコン１１に接続され、マイコン１１はこのタイマ１５のタイマ割り込み信号によりサンプリングのタイミング等を決定する。

図３及び図４は実施形態における火災警報器のマイコン１１の制御プログラムの要部フローチャートであり、同図に基づいて動作を説明する。なお、この実施形態の処理の概要は以下のとおりである。サンプリング周期を短く（早く）すると発光部１２ａのＬＥＤの寿命への影響や、電池１８の使用期間への影響があるため、通常監視状態（以下、「監視モード」という。）では４秒間隔で計測値を取得する。そして、計測値が閾値（この例では１０％／ｍ）を越えたセンサ出力となった場合のみ、サンプリング周期を２５０ｍ秒と早める。そして、それ以降の判定時間内に計測値が１回でも閾値を下回れば水蒸気とみなし、その後、監視モードに戻る。このロジックを「ロジックＡ」とする。また、判定時間内の計測値で、その時間内の最大値と最小値との差が一定値以上ある場合も水蒸気とみなし、その後、監視モードに戻る。このロジックを「ロジックＢ」とする。

また、監視モードで煙を検出したと判断したとき警報モードとするまでの猶予をとるために、「煙判定カウント」によりその判断の回数をカウントする。煙判定カウント等の値など、処理に用いる値を格納するレジスタはＲＡＭ１１ｃに予め設定されている。また、閾値等の値はＥＥＰＲＯＭ１７（やＲＯＭ１１ｂでもよい）に格納されている。なお、監視モードの４秒間隔のサンプリング周期が「煙検出用のサンプリング周期」の例であり、２５０ｍ秒間隔のサンプリング周期が「短く設定されたサンプリング周期」の例である。

図３の処理では、ステップＳ１で「監視モード」として４秒経過するのを監視する。４秒経過するとステップＳ２で煙センサ１２における計測値を取得し、ステップＳ３で計測値（煙濃度）が閾値以上であるかを判定する。計測値が閾値以上でなければ監視モードを継続し、計測値が閾値以上であれば、ステップＳ４で煙判定カウントをインクリメント（１増加）し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、２５０ｍ秒サイクル（２５０ｍ秒周期のサンプリング周期）で煙センサ１２における計測値を１６データ取得する。次に、ステップＳ６で「ロジックＡ」として１６データ中に閾値以下のものが有るかを判定し、閾値以下のものがあればステップＳ１０に進み、閾値以下のものが無ければステップＳ７に進む。ステップＳ７では「ロジックＢ」として１６データ中の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）の差が濃度値として１０％／ｍ以上あるか否かを判定する。１０％／ｍ以上あればステップＳ１０に進み、１０％／ｍ以上なければ、ステップＳ８で煙判定カウントをインクリメントしてステップＳ９に進む。ステップＳ９では、煙判定カウントが“３”になったかを判定し、煙判定カウントが“３”になっていいなければステップＳ５に戻る。煙判定カウントが“３”になっていれば図４の警報モードに進む。

前記のように、ステップＳ６の「ロジックＡ」またはステップＳ７の「ロジックＢ」で判定がＹｅｓとなった場合、すなわち、計測値の１６データに基づいて水蒸気の可能性ありと判定された場合には、ステップＳ１０に進むが、このステップＳ１０では煙判定カウントをデクリメント（１減少）し、ステップＳ１１で煙判定カウントが“０”になったかを判定する。煙判定カウントが“０”になっていなければステップＳ５に戻り、煙判定カウントが“０”になったらステップＳ１の「監視モード」に戻る。

図４の処理では、ステップＳ２１で「警報モード」として鳴動を開始して４秒経過するのを監視する。４秒経過するとステップＳ２２で警報継続の判定を行う。すなわち、煙判定カウントが“０”になったかを判定し、煙判定カウントが“０”になっていなければステップＳ２３で煙センサ１２における計測値を取得する。次に、ステップＳ２４で計測値（煙濃度）が１０％／ｍ以上あるかを判定し、１０％／ｍ以上ならステップＳ２１に戻り、１０％／ｍ以上でなければステップＳ２５で煙判定カウントをデクリメントしてステップＳ２１に戻る。そして、ステップＳ２２で、煙判定カウントが“０”になったら図３の「監視モード」に戻る。

以上の処理では、ステップＳ６→Ｓ１０の「ロジックＡ」とステップＳ７→Ｓ１０の「ロジックＢ」の両方のロジックを実施しているが、何れか一方でもよい。

図５は実施形態のロジックの検証結果の一例を示す図であり、前掲の図６の水蒸気についての計測値に対して実施形態のロジックを適用した場合と、「ロジックＡ」及び「ロジックＢ」を実施しなかった場合（従来相当）を比較た結果である。図５のａ．は図６と同様に、１０ｍ秒、２５０ｍ秒及び４秒の各サンプリング周期の計測値を示している。図５のｂ．は監視モードの４秒周期のみで「ロジックＡ及びロジックＢ」無しの場合、図５のｃ．は監視モードの４秒周期と「ロジックＡ」のみの場合、図５のｄ．は監視モードの４秒周期と「ロジックＡ及びロジックＢ」有り場合を示している。

ｂ．の場合は、４秒目のタイミングでその計測値が閾値（１０％／ｍ）以上となって、煙判定カウントが“１”となり、さらに判定カウントは８秒目で“２”、１２秒目で“３”となっている。これにより警報モードとなり鳴動状態となっている。

ｃ．の場合は、４秒目のタイミングでその計測値が閾値（１０％／ｍ）以上となり、煙判定カウントが“１”となるが、その直後から２５０ｍ周期で計測値が取得される。そして、その間に５秒目と６秒目の間で計測値が閾値（１０％／ｍ）以下となっていることから、８秒目で煙判定カウントが“０”となている。同様に、煙判定カウントは１２秒目で“１”、１６秒目で“２”となっているが、その後の２５０ｍ周期の計測値で閾値（１０％／ｍ）以下となるものがあり、煙判定カウントは２０秒目で“１”、２４秒目で“０”となっている。このように煙判定カウントが“３”にならないことから警報モードとならず、水蒸気による誤報が防止されている。

ｄ．の場合は、ｃ．の場合と同様に、煙判定カウントは４秒目で“１”、８秒目で“０”、１２秒目で“１”となるが、２５０ｍ周期の計測値により１３秒目前後で最大値と最小値の差が閾値（１０％／ｍ）以上となることがあり、１６秒目で煙判定カウントが“０”となっている。その後も、煙判定カウントは２０秒目で“１”、２４秒目で“０”となっている。この場合も、煙判定カウントが“３”になず、水蒸気による誤報が防止されている。

なお、図５のｄ．の例では、「ロジックＡ」の作用で１２秒目までに煙判定カウントが“０”となっているので、１３秒目前後の最大値と最小値の差が初めてロジックＢ」の作用となるように見えるが、「ロジックＢ」のみの場合であっても、例えば５秒目と６秒目の間、１３秒目から１０秒目の間でその差が閾値より大きくなっており、この「ロジックＢ」のみの場合でも、有効である。

以上のように、「ロジックＡ」のみの場合でも水蒸気による誤報が防止されるが、「ロジックＡ」に「ロジックＢ」を追加することによりさらに効果が上がる。

本発明の実施形態に係る火災警報器の正面図及び側面図である。 同火災警報器の要部ブロック図である。 実施形態におけ監視モードのフローチャートである。 実施形態における警報モードのフローチャートである。 実施形態におけるロジックの検証結果の一例を示す図である。 水蒸気に対する煙センサの計測値の例を示す図である。 図６の一部拡大図である。 煙に対する煙センサの計測値の例を示す図である。

符号の説明

１１ マイコン（計測手段）
１２ 煙センサ
１３ サンプルホールド回路（計測手段）
１４ Ａ／Ｄ変換回路（計測手段）
１６ 警報部（警報手段）

Claims (3)

1. 設定されたサンプリング周期で煙センサの出力を計測する計測手段と、該計測手段で得られた計測値に基づいて火災警報を行う警報手段とを備えた火災警報器において、
   前記計測手段で煙検出用のサンプリング周期で得られた計測値が予め設定された閾値を超えた際に、該計測手段におけるサンプリング周期を煙検出用のサンプリング周期より短い周期に設定し、該短い周期に設定されたサンプリング周期で計測した計測値が予め設定された閾値以下の場合および／または該計測値の変動量が予め設定された所定幅より大きい場合に、前記警報手段による火災警報を規制するようにしたことを特徴とする火災警報器。
2. 前記煙検出用のサンプリング周期で得られた計測値に基づいて火災を検出する通常監視機能と、前記短く設定されたサンプリング周期で得られた計測値について前記閾値との比較および／または所定幅との比較を行う検査機能とを備え、
   前記通常監視機能で火災を検出したと判定されたとき前記検査機能を実行し、該検査機能により前記火災警報を規制したときは、前記通常監視機能に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の火災警報器。
3. 前記煙検出用のサンプリング周期が１秒〜１０秒の範囲であり、前記短く設定されたサンプリング周期が１００ｍ秒〜１秒の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の火災警報器。

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