JP4704591B2

JP4704591B2 - 火災検知装置

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Publication number: JP4704591B2
Application number: JP2001099570A
Authority: JP
Inventors: 敏行土井; 龍雄藤本; 妙子本荘; 竜男砂山; 隆彦笹原; 和弘豊田; 裕己石原; 裕正高島; 崇小澤; 幸雄山内
Original assignee: Hochiki Corp; Tokyo Gas Co Ltd; Yazaki Corp
Current assignee: Hochiki Corp; Tokyo Gas Co Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002298240A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災を検知する火災検知装置に関し、特に、検知素子として湿度センサ又は接触燃焼式ガスセンサを用いて火災を検知する火災検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の火災検知装置は、温度検出や煙感知により火災を検知するようにしていた。ところが、従来の火災検知装置では火災初期においては警報器が発報しないことが多かった。この問題を、以下に図１４を参照しつつ説明する。
【０００３】
まず、この種の従来の火災検知装置について簡単に説明すると、従来の火災検知装置には基本的に２つのタイプがある。ひとつめは熱感知式の火災検知装置であり、この火災検知装置としては火災発生時の熱によって上昇する室内の温度変化を検知するために、温度センサ、サーミスタ、及びバイメタル等を利用した定温式火災検知装置、作動式火災検知装置が知られている。定温式火災検知装置は、例えば、室内が６０℃又は７０℃等の通常ではあり得ない基準温度に到達した場合に、火災警報を発するものである。また、作動式火災検知装置は、単位時間当たりの温度上昇率が、通常ではあり得ない程度、例えば、１５℃／ｍｉｎに到達した場合に、火災警報を発するものである。
２つめは煙感知式の火災検知装置であり、この火災検知装置としては火災発生時の煙を検知するために、光散乱を利用した光電式、及び空気中のイオン電流の変化を検出して火災警報を発するイオン化式のものがある。
【０００４】
ところで、火災の程度を示す基準として公知のヨーロッパ統一規格がある。この規格を用いて初期段階の火災について説明を加える。図１４（Ａ）はヨーロッパ統一規格（ＥＮ５４：Ｐａｒｔ９）で定められた試験火災の種類を示す説明図であり、図１４（Ｂ）は火災の程度によるクラス分けとその基準値を示す説明図であり、図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）の各試験火災に対する顕著な変化を示すパラメータを示す説明図である。
【０００５】
例えば、図１４（Ａ）に示す火災試験ＴＦ４を例に挙げて説明すると、この試験では、火災試験室（６×１０×４ｍ）において、３個のポリウレタン（５０×５０×２ｃｍ）に、５ｃｍ³のメチルアルコールを燃焼助剤に使って火をつけて、人工的に火災を起こす。着火から時間の経過にしたがって、図１４（Ｂ）に示すクラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｎの順に火災のクラスが進行していく。このクラス分けは、図１４（Ｃ）に示すようにＴＦ４の場合には、顕著な変化を示すパラメータとして電離度および光学的煙濃度判定が採用され、これらのパラメータに対応する測定値が、図１４（Ｂ）に示す基準値と比較されることにより行われる。火災試験ＴＦ５の場合には、火災試験室（６×１０×４ｍ）において、鉄の缶（３３×３３×５ｃｍ）に入れた６５０ｇのヘプタンに火をつけて火災を起こす。火災のクラス分けは、火災試験ＴＦ４で説明したと同様である。他の火災試験ＴＦ１、２、３及び６も同様の試験室において、異なる燃焼材を用いて試験が行われる。そして、初期火災は上記の統一規格においてクラスＢ−Ｃ境界付近に相当する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記初期火災に相当するクラスＢ−Ｃ境界付近においては、図１４（Ｂ）に示すようにパラメータの値が、火災ではない日常状態においても発生しうるものであるため、誤警報を防止するために従来の火災検知装置では、熱感知式の場合、例えば、基準温度を７０℃に設定したり、基準温度変化率を１５℃／ｍｉｎ等に設定している。また、煙感知式の場合にも、タバコによる煙による誤警報を防止するために従来の火災検知装置では、基準煙濃度レベルをクラスＢ−Ｃ境界より大きめに設定している。このため、上記のような初期段階の火災を検知することは、従来の火災検知装置では困難であった。
【０００７】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、火災初期の特有の湿度変化パターンに着目して、火災を初期段階で的確に検知する火災検知装置を提供することを課題としている。また、本発明は、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力から得られる火災初期の特有のセンサ出力変化パターンに着目して、火災を初期段階で的確に検知する火災検知装置を提供することを課題としている。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の火災検知装置は、図５に示すように、ガス漏れ警報器に装備されるガスセンサからのセンサ出力に基づいて火災を検知する火災検知装置であって、前記ガスセンサは、通電により加熱されて駆動する接触燃焼式ガスセンサ４０であり、通電後の前記センサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点の前記センサ出力から得られるセンサ出力時系列データから、火災初期の前記センサ出力の特有のセンサ出力変化パターンを検出することによって、前記火災を検知することを特徴とする。
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、火災検知素子として、ガス漏れ警報器に装備される接触燃焼式ガスセンサ４０が用いられる。この接触燃焼式ガスセンサ４０は通電により加熱されて駆動するものであり、通電後のセンサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点のセンサ出力から得られるセンサ出力時系列データから、火災初期のセンサ出力の特有のセンサ出力変化パターンを検出することによって、火災が検知される。すなわち、接触燃焼式ガスセンサ４０は通電後のセンサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点においては、図９及び図１２に示すように、湿度及び煙濃度に対して応答特性を有する。火災初期においては、特に湿度変化や煙濃度変化が著しいので、これらを起因として接触燃焼式ガスセンサ４０は図１０及び図１１に示すような特有のセンサ出力変化パターンを示し、これが火災検出に利用される。したがって、請求項１記載の発明では、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を利用して、従来の火災検知装置では検知困難であった初期火災を、確実に検知する。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の火災検知装置は、図５に示すように、請求項１記載の火災検知装置において、前記特有の変化パターンは、火災初期に特有の一時的に下降した後上昇する前記センサ出力であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、特有のセンサ出力変化パターンは、図１０及び図１１に示すように、火災初期に特有の一時的に下降した後上昇する特有のセンサ出力であるので、発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で確実に検出することが可能になる。すなわち、火災初期には、特有の湿度昇降及び急激な煙濃度上昇を起因として、センサ出力は一時的に下降した後上昇するので、請求項２記載の発明では、これを検出することによって発炎及び発煙を伴う火災を早期に検知する。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の火災検知装置は、図５に示すように、請求項２記載の火災検知装置において、前記接触燃焼式ガスセンサ４０を所定のインターバルで駆動させるセンサ駆動手段１０１と、複数の前記特定時点における前記センサ出力を取得するセンサ出力取得手段１０２と、取得された前記複数のセンサ出力から、前記センサ出力時系列データを生成するセンサ出力時系列データ生成手段１０３と、前記センサ出力変化パターンを予め格納するセンサ出力変化パターン格納手段１０４と、前記センサ出力時系列データと前記センサ出力変化パターンとの比較結果に基づいて、前記火災を検知する比較検知手段１０５と、火災警報を発する火災警報部に対して、前記検知された火災を警報するように指令する警報指令手段１０６とを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、センサ駆動手段１０１、センサ出力取得手段１０２、センサ出力時系列データ生成手段１０３、センサ出力変化パターン格納手段１０４、比較検知手段１０５及び警報指令手段１０６を含む。このような構成において、センサ駆動手段１０１によって接触燃焼式ガスセンサ４０が所定のインターバルで駆動され、センサ出力取得手段１０２によって取得されたセンサ出力に基づき、センサ出力時系列データ生成手段１０３によってセンサ出力時系列データが生成され、更にこのセンサ出力時系列データが比較検知手段１０５によってセンサ出力変化パターン格納手段１０４に予め格納される上記特有のセンサ出力変化パターンと比較される。そして、この比較結果に基づいて警報指令手段１０６に指令されて火災が警報される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
参考例
まず、図１〜図４を用いて本発明の参考例について説明する。図１は、本発明の火災検知装置の参考例の基本構成を示すブロック図である。図１に示すように、コントローラ１０には、湿度センサ２及び火災警報部３が接続されている。この火災検知装置は、湿度センサ２によって検出される大気中の湿度に基づいて火災を検知する。この原理については、図２及び図３を用いた説明で明らかになる。
【００２０】
湿度センサ２は、大気中の湿度を検出する湿度センサ素子である。この湿度センサ２は、公知の湿度センサ素子を用いてもよいし、湿度に応じて検出信号を出力する素子であれば、通常の湿度センサ素子でなくてもよい。火災警報部３は、コントローラ１０に指令されて、音声や発光表示等により火災警報を発するもので、公知のスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成される。
【００２１】
コントローラ１０は、湿度センサ２から供給される湿度が火災初期において一時的に上昇した後下降する特有の湿度変化パターンを検出することによって、火災を初期段階で検知する機能を有する。この特有の湿度変化パターンについては、図２及び図３を用いて後述する。このコントローラ１０は、湿度時系列データ生成手段１１、湿度変化パターン格納手段１２、比較検知手段１３及び警報指令手段１４を含む。コントローラ１０は、ハードウエアとして、演算部、記憶部及びタイマ部等を有し、上記各手段１１、１３及び１４は、記憶部に格納される制御プログラムにしたがって演算部が行う後述する図４の処理動作のに対応するものである。
【００２２】
湿度時系列データ生成手段１１は、湿度センサ２によって検出される湿度から、湿度時系列データを生成する。この湿度時系列データは、火災を検知するために湿度変化パターン格納手段１２に予め格納される湿度変化パターンと比較される際に利用されるものである。比較検知手段１３は、上記湿度時系列データと湿度変化パターンとを比較して、その比較結果に基づいて火災を検知する。そして、警報指令手段１４は、火災警報を音声等で発する火災警報部３に対して、検知された火災を警報するように指令する。なお、湿度変化パターン格納手段１２は、コントローラ１０の有する記憶部に含まれるものとする。
【００２３】
なお、上記コントローラ１０に、ガス漏れ時のＣＯガス等を検出するガスセンサ４、並びにガス漏れを音声や発光表示等により警報を発するスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成されるガス漏れ警報部５を接続して、本火災検知装置にガス漏れ検知の機能を持たせてもよい。この場合、コントローラ１０はガスセンサ４からの検出出力を受けて、これをガス漏れと判定するための基準値と比較することによって、ガス漏れと判定するとガス漏れ警報部５を指令して、音声や発光表示によりガス漏れを警報する。これにより、本火災検知装置は、１台でガス漏れ及び火災検知ができるようになる。
【００２４】
ここで、図２及び図３を用いて、本発明の参考例における火災検知の原理について説明する。図２は、図１４に示す火災試験ＴＦ４に基づいて採取された経過時間−湿度変化の関係を示すグラフである。図３は、図１４に示す火災試験ＴＦ５に基づいて採取された経過時間−湿度変化の関係を示すグラフである。
【００２５】
図２は、プラスティック火災を想定している。図２において、Ｔ１は燃料投入時点、Ｔｓは点火時点、ＴａｂはクラスＡ−Ｂ境界通過時点、ＴｂｃはクラスＢ−Ｃ境界通過時点、そして、Ｔｅは終了時点を示す。この図に示されるように、点火時点Ｔｓ（６００ｓ時点）で点火された後、４８％の初期の相対湿度は徐々に増加していき、８２０ｓ時点で５５％に到達してピークを迎えた後、終了時点Ｔｓまで急激に減少し続ける。上記５５％に到達したピークの時点は、火災の初期段階とされるクラスＢ−Ｃ境界通過時点Ｔｂｃの直後である。
この理由は以下の通りである。すなわち、点火時点Ｔｓの直後には、材料の燃焼により水分（水蒸気）が著しく発生するため、相対湿度は、図２の実線で示すように一時的に増加する。ところが、図２の点線で示すように時間経過に伴って温度も上昇するので、これに伴って飽和水蒸気圧も大きくなるため、クラスＢ−Ｃ境界通過時点Ｔｂｃ付近では逆に、相対湿度は減少に転じる。このように、火災の初期段階とされるクラスＢ−Ｃ境界通過時点Ｔｂｃの直後に、相対湿度はピークを迎えるので、この現象を利用して、火災を初期段階にて検知できる。
【００２６】
図３は、液体燃料火災を想定している。図３において、Ｔ１は燃料投入時点、Ｔｓは点火時点、ＴａｂはクラスＡ−Ｂ境界通過時点、ＴｂｃはクラスＢ−Ｃ境界通過時点、ＴｃｎはクラスＣ−Ｎ境界通過時点、そして、Ｔｅは終了時点を示す。ここでも、点火時点Ｔｓ（５３０ｓ時点）で点火された後、４３％の初期の相対湿度は徐々に増加していき、６１０ｓ時点で５１％に到達してピークを迎えた後、終了時点Ｔｓまで急激に減少し続ける。上記５１％に到達したピークの時点は、ここでも、火災の初期段階とされるクラスＢ−Ｃ境界通過時点Ｔｂｃの直後である。その理由は、上記図２においても説明したように、図３の実線で示す点火時点Ｔｓの直後の著しい水蒸気発生による相対湿度の一時的増加、及び図３の点線で示す時間経過に伴う温度上昇による飽和水蒸気圧の増大による相対湿度は減少によるものである。
【００２７】
上記のような理由により、発炎燃焼火災においては上記試験ＴＦ４及びＴＦ５で示したように湿度が変化し、この湿度変化パターンを利用することにより火災を初期段階にて検知できる。
【００２８】
上述のような湿度変化パターンを利用して火災検知を行う本発明の参考例に関わる処理動作について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の参考例に関わる処理動作を示すフローチャートである。
【００２９】
この参考例形態は、１０秒ごとに湿度を検出、サンプリングして、図２及び図３で説明したような火災初期の特有の湿度変化パターンを検知することにより火災を検知するものである。火災検知の基準となる上記のような一時的に上昇した後下降する特有の湿度変化パターンは、図１で示したコントローラ１０に含まれる湿度変化パターン格納手段１２に予め格納されている。
【００３０】
図４のステップＳ１においては、湿度検出するタイミングが待機されている。すなわち、湿度は上述のように１０秒毎に検出されるので、ここでは、前回の湿度検出時点から１０秒経過するタイミングが待機されている（ステップＳ１のＮ）。ここで、前回の湿度検出時点から１０秒経過したと判断されると、新たに湿度検出すべくステップＳ２に移行する（ステップＳ１のＹ）。但し、スイッチＯＮ直後の検出開始時等には、上記１０秒待機なしにステップＳ２に移行する。
ステップＳ２においては、湿度センサ２により検出された湿度がコントローラ１０の有する記憶部に一時的に保持されてステップＳ３に移行する。ステップＳ３においては、上記記憶部に保持されている湿度のデータが読み出されて湿度時系列データが生成される。この湿度時系列データは、上記特有の湿度変化パターンを検知するのに適当な、例えば、５０秒間（５回分）のサンプリングデータである。したがって、上記記憶部には、少なくとも、過去５回分の湿度のサンプリングデータが保持される。
【００３１】
次に、ステップＳ４においては、上記生成された湿度時系列データが湿度変化パターン格納手段１２に予め格納されている湿度変化パターンと比較されて、湿度変化パターンの検出が行われる。ここで、湿度変化パターンが検出されると、初期段階の火災が検出されたとして火災警報を発報すべくステップＳ５に移行し（ステップＳ４のＹ）、さもなければ湿度検出を継続すべくステップＳ１に戻る（ステップＳ４のＮ）。
ステップＳ５においては、火災警報部３が指令されて音声や表示時より火災が警報され、一連の処理が終了する。
【００３２】
以上のように本発明の参考例によれば、湿度が火災初期において一時的に上昇した後下降する特有の湿度変化パターンを検出することによって火災を検知するようにしているので、火災を初期段階で確実に検知することができるようになる。すなわち、図２及び図３に示すように、初期火災に相当するクラスＢ−Ｃ境界付近では湿度は一時的に上昇した後下降する特有の湿度変化パターンを有するので、このパターンを検出することによって、従来の火災検知装置では検知困難であった初期火災を、確実に検知することができるようになる。また、コントローラ１０に図４で示したような処理動作を行わせることにより、現実的な火災検知装置が得られるようになる。
【００３３】
実施形態
更に、図５〜図１４を用いて本発明の実施形態について説明する。
この実施形態に関しては、まず、図５及び図６を用いてこの実施形態の基本構成及びその駆動波形について説明する。次に、図７を用いて実施形態で用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０の構造について説明する。その次に、図８〜図１２を用いて実施形態における火災検知の原理について説明する。そして、図１３を用いてこの実施形態に関わる処理動作を説明する。
【００３４】
まず、図５及び図６を用いてこの実施形態の基本構成及びその駆動波形について説明する。図５は、本発明の火災検知装置の実施形態の基本構成を示すブロック図である。図６は、図５の実施形態に用いられる駆動波形の例を示すタイムチャートである。
【００３５】
図５に示すように、コントローラ１００には、検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０、火災警報部３、ガス漏れ警報部５及び駆動電源６が接続されている。この火災検知装置は、図６に示すような駆動波形が供給されて接触燃焼式ガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいて火災が検知される。この原理については、図８〜図１２を用いた説明で明らかになる。
【００３６】
上記接触燃焼式ガスセンサ４０は通電により加熱されて駆動し、この通電を制御するために図６で示すような駆動波形が供給される。図６で示すように、駆動波形は所定のインターバル（例えば、１０秒間隔）で０．２秒間のＯＮ、９．８秒間のＯＦＦを繰り返すパルス信号である。図６において、Ｔｏｎ及びＴｏｆｆはそれぞれ、ＯＮ時点及びＯＦＦ時点を示す。そして、ＯＮ時点Ｔｏｎから０．０２秒後に検出時点Ｔｖｓが設定されている。この検出時点Ｔｖｓは、接触燃焼式ガスセンサ４０を用いて火災検出する際にセンサ出力が取得されるタイミングであり、これは通電後のセンサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点である。この検出時点Ｔｖｓについては後述する。
【００３７】
また接触燃焼式ガスセンサ４０は、基本的に、感応素子部Ｒｓ及び補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３を含み、補償素子部ＲｒはＰｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４５を含む。上記Ｐｔヒータ４２、Ｐｔヒータ４４は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２及び可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路のＰｔヒータ４４及び固定抵抗Ｒ１の接続点、並びにＰｔヒータ４２及び固定抵抗Ｒ２の接続点には、上記コントローラ１００を介して駆動電源が所定のインターバルで間欠的に供給される。また、Ｐｔヒータ４２及び４４の接続点、並びに可変抵抗Ｒｖからは、センサ出力としての電圧値がコントローラ１００に供給される。
【００３８】
この接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、初期状態において、センサ出力を示す電圧値がゼロになるように上記可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、ＣＯガス等が感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子の表面が酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、Ｐｔヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１００にセンサ出力が供給される。この場合、Ｐｔヒータ４４は周囲温度の変動によるＰｔヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように補償する。上記接触燃焼式ガスセンサ４０の構造については、図７を用いて後述する。
【００３９】
上記コントローラ１００は、上記検出時点Ｔｖｓにおける複数のセンサ出力から得られるセンサ出力時系列データから、火災初期のセンサ出力の特有のセンサ出力変化パターン、すなわち、一時的に下降した後上昇するパターンを検出することによって火災を検知する機能を有する。このセンサ出力変化パターンについては、図１０及び図１１を用いて後述する。コントローラ１００は、センサ駆動手段１０１、センサ出力取得手段１０２、センサ出力時系列データ生成手段１０３、センサ出力変化パターン格納手段１０４、比較検知手段１０５、及び警報指令手段１０６を含む。コントローラ１００は、ハードウエアとして、演算部、記憶部及びタイマ部等を有し、上記各手段１０１〜１０３、１０５及び１０６は、記憶部に格納される制御プログラムにしたがって演算部が行う後述する図１３の処理動作に対応するものである。
【００４０】
上記センサ駆動手段１０１は、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して電池等の駆動電源６を通電制御して、接触燃焼式ガスセンサ４０を所定のインターバルで駆動させる。センサ出力取得手段１０２は、複数の上記検出時点Ｔｖｓにおけるセンサ出力を上記インターバル、すなわち、１０秒間で取得する。センサ出力時系列データ生成手段１０３は、センサ出力取得手段１０２で取得された複数のセンサ出力から、センサ出力時系列データを生成する。このセンサ出力時系列データは、火災を検知するためにセンサ出力変化パターン格納手段１０４に予め格納されるセンサ出力変化パターンと比較される際に利用されるものである。比較検知手段１０５は、上記センサ出力時系列データとセンサ出力変化パターンとの比較結果に基づいて、火災を検知する。そして、警報指令手段１４は、火災警報を音声等で発する火災警報部３に対して、検知された火災を警報するように指令する。センサ出力変化パターン格納手段１０４は、コントローラ１００の有する記憶部に含まれるものとする。
【００４１】
なお、火災警報部３及びガス漏れ警報部５は、図１の参考例で説明したと同様、火災警報やガス漏れ警報を、音声や発光表示等により発する公知のスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成される。
【００４２】
またなお、上記コントローラ１００に、ガス漏れを音声や発光表示等により警報を発するスピーカやＬＥＤ及びそれらのドライバー回路で構成されるガス漏れ警報部５を接続して、本火災検知装置にガス漏れ検知の機能を持たせてもよい。この場合、コントローラ１００は、接触燃焼式ガスセンサ４０からの検出出力を受けて、これをガス漏れ基準値と比較することによってガス漏れ判定し、ガス漏れ警報部５を指令して音声や発光表示によりガス漏れを警報するように制御する。これにより、本火災検知装置は、１台でガス漏れ及び火災検知ができるようになる。
【００４３】
次に、図７を用いて実施形態で用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０の構造について説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、この接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。
【００４４】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサは、（シリコン）Ｓｉウエハ４１の上に、（酸化）ＳｉＯ₂膜４８ｃ、（窒化）ＳｉＮ膜４８ｂ、及び（酸化ハフニウム）ＨｆＯ₂膜４８ａからなる絶縁薄膜が生膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとしての（白金）Ｐｔヒータ４２及びＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして（白金）Ｐｔヒータ４４及び（アルミナ）Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４５が形成されている。また、図７（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイヤフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。このような構成にすることにより、高速反応可能な接触燃焼式ガスセンサが得られる。
【００４５】
次に、図８〜図１２を用いて実施形態における火災検知の原理について説明する。ここでは、まず、図８及び図９を用いて上記接触燃焼式ガスセンサ４０が可燃性ガスのみならず湿度にも応答性を有することを説明する。そして、図１０及び図１１を用いてこの接触燃焼式ガスセンサ４０が、火災の初期段階において特有のセンサ出力変化パターンを有することを示し、更に、図１０〜図１２を用いてこのセンサ出力変化の要因を説明しつつ、この接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が火災検知に利用できることを説明する。
【００４６】
図８は、接触燃焼式ガスセンサ４０の可燃性ガス特性、すなわち、パルスＯＮ時点からの経過時間に対する各可燃性ガスのセンサ出力出力特性を示すグラフである。図９は、接触燃焼式ガスセンサ４０の湿度特性、すなわち、パルスＯＮ時点からの経過時間に対する各湿度におけるセンサ出力出力特性を示すグラフである。
【００４７】
図８及び図９においては、横軸は、前述の図６に示したような駆動パルスを接触燃焼式ガスセンサ４０に供給した際のパルスＯＮ時点（図８及び図９中、０時点）からの経過時間を示す。但し、図８及び図９においては、パルスＯＮの期間を２００ｍｓ以上に設定してセンサ出力を採取している。
【００４８】
図８において、Ｓｖ１は（一酸化炭素）ＣＯガスのセンサ出力特性を示し、同様に、Ｓｖ２、Ｓｖ３及びＳｖ４はそれぞれ、（メタン）ＣＨ₄ガス、（水素）Ｈ₂ガス、（イソブタン）Ｃ₄Ｈ₁₀ガスのセンサ出力特性を示す。これらのガスはガス漏れ時に発生するものであり、ここでは、各ガスの濃度は共に３０００ｐｐｍにしてデータを採取した。この図８に示すように、本接触燃焼式ガスセンサ４０は、各ガスに対してそれぞれ特有のセンサ出力波形を有する。特に、４種類のガスに対するセンサ出力は、０時点（パルスＯＮ時点）から１００ｍｓ経過するまでは特有の波形を描いて上昇するが、１００ｍｓ以降は固有出力値の定常状態になることがわかる。このような特性を利用して、本接触燃焼式ガスセンサ４０はガス漏れ検出をすることができる。
【００４９】
また、図９に示すように、本接触燃焼式ガスセンサ４０は湿度特性も有する。図９において、ＲＨ３０は相対湿度３０％のセンサ出力特性を示し、同様に、ＲＨ５０及びＲＨ７０はそれぞれ、相対湿度５０％及び７０％のセンサ出力特性を示す。ここでは、常温（２５℃）における湿度データを採取した。この図９に示すように、本接触燃焼式ガスセンサ４０は、各湿度に対してそれぞれ特有のセンサ出力波形を有する。特に、センサ出力は、０時点（パルスＯＮ時点）から１００ｍｓ経過するまでは各湿度特有の波形を描いて上昇し、１００ｍｓ以降は各湿度共、同センサ出力値で定常状態になることがわかる。このように、０時点から１００ｍｓ経過するまでのセンサ出力の湿度特性は、後述の火災検知にも利用できる。
【００５０】
図１０は、火災試験ＴＦ４に基づいて採取された経過時間−センサ出力の関係を示すグラフである。図１１は、火災試験ＴＦ５に基づいて採取された経過時間−センサ出力の関係を示すグラフである。図１２は、煙濃度−センサ出力の関係を示すグラフである。
【００５１】
なお、図１０及び図１１においては、参考のために、経過時間−煙濃度の関係も示している。また、図１０及び図１１においては、例えば、図６で説明したような駆動パルスを用いて、パルスＯＮ時点Ｔｏｎから０．０２秒後を検出時点Ｔｖｓとして、１０秒間隔のインターバルでセンサ出力を採取している。また、火災試験ＴＦ４及びＴＦ５の試験環境は、上述したヨーロッパ統一規格で定められた試験環境をややスケールダウンして行ったものである。そして、図１２は煙濃度とセンサ出力とはほぼ比例関係があることを示し、Ｓｓ２で示すパルスＯＮ時点から０．２秒後よりも、Ｓｓ１で示すパルスＯＮ時点から０．０２秒後の検出時点の方が、より顕著にその比例関係が成立することを示すものである。
【００５２】
図１０に示す火災試験ＴＦ４においては、センサ出力Ｓｖは、点火時点Ｔｓの０Ｖから急激に低下していき、２０〜３０秒経過後において−０．４Ｖとなり、この点を最小値として急激に増加し始める。その後、センサ出力Ｓｖは時間の経過と共に０から０．３Ｖの間で変動するもの、顕著な変動特性を呈することはない。すなわち、このように点火時点Ｔｓのすぐ後にセンサ出力が最小となる理由のひとつは、湿度変動に起因すると考えることができる。図２を用いて説明したように、相対湿度は点火時点Ｔｓの直後の著しい水蒸気発生により一時的増加した後、時間経過に伴う温度上昇による飽和水蒸気圧の増大により減少に転じることがわかった。また、図９を用いて説明したように、相対湿度の上昇に伴いセンサ出力は減少することがわかった。したがって、図１０における点火時点Ｔｓのすぐ後のセンサ出力最小ピークは、火災初期の特有の湿度変化が要因のひとつであると考えることができる。
【００５３】
一方、図１０に点線で示すように煙濃度Ｓｓは、点火時点Ｔｓの０Ｖから急激に上昇していき、３０〜４０秒経過後において７０μＡで最大になった後は、やや減少しながら５０〜７０μＡで変動していることがわかる。また、図１２のＳｓ１で示すように、パルスＯＮ時点から０．０２秒経過時点（図１０の検出時点Ｔｖｓと同様のタイミング）に採取したセンサ出力は、煙濃度にほぼ比例することがわかる。すなわち、図１０における点火時点Ｔｓのすぐ後のセンサ出力最小ピーク（特にこの最小ピーク後、急激に正方向に上昇するセンサ出力）の他の要因は、火災初期における煙濃度の急激な上昇によるものと考えることができる。
【００５４】
このように、点火時点Ｔｓのすぐ後のセンサ出力最小ピークは、火災初期の特有の湿度変化に加えて、この時期に特有の煙濃度の急激な上昇に起因するものと考えることができる。換言すれば、点火時点Ｔｓのすぐ後のセンサ出力最小ピークを検出することによって、火災試験ＴＦ４のような発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で検出することが可能になる。
【００５５】
図１１に示す火災試験ＴＦ５においても同様である。この図１１において、センサ出力Ｓｖは、点火時点Ｔｓの０Ｖから急激に低下していき、約２０秒経過後において−１．２Ｖで最小点となり、この点を最小ピークとして急激に増加し始める。また、図１１に点線で示すように煙濃度は、点火時点Ｔｓの０Ｖから急激に上昇していき、約３０秒経過後において最大になった後は、５０〜６０μＡで変動していることがわかる。つまり、火災試験ＴＦ５においても、火災試験ＴＦ４と同様に、センサ出力Ｓｖは、火災初期の特有の湿度変化に加えて、この時期に特有の煙濃度の急激な上昇を起因として、点火時点Ｔｓのすぐ後に最小ピークを迎えるものと考えることができる。すなわち、点火時点Ｔｓのすぐ後のセンサ出力最小ピークを検出することによって、火災試験ＴＦ５のような発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で検出することが可能になる。
【００５６】
このように、火災初期に特有の一時的に下降した後上昇する接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を利用することにより、発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で確実に検出することが可能になる。
【００５７】
上述のような接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力特性を利用することにより、発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で検出することが可能になる。このような接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を利用して火災検知を行う実施形態について、図１３を用いて説明する。
【００５８】
図１３は、本発明の実施形態に関わる処理動作を示すフローチャートである。実施形態では、図６で示したような駆動パルスを用いて、パルスＯＮ時点Ｔｏｎから０．０２秒後を検出時点Ｔｖｓとして、１０秒間隔のインターバルでセンサ出力を取得して、図１０及び図１１で説明したような火災初期の特有のセンサ出力変化パターンを検知することにより火災を検知するものである。火災検知の基準となる上記のような一時的に下降した後上昇する特有の湿度変化パターンは、図５で示したコントローラ１００に含まれるセンサ出力変化パターン格納手段１０４に予め格納されている。
【００５９】
図１３のステップＳ１０１においては、パルスＯＮするタイミング（Ｔｏｎ）が待機されている。すなわち、パルスＯＦＦ期間は上述のように９．８秒間であるので、ここでは、前回の時点Ｔｏｆｆ（図６参照）から９．８秒経過して、再びパルスＯＮするタイミングが待機されている（ステップＳ１０１のＮ）。そして、前回のパルスＯＦＦ時点Ｔｏｆｆから９．８秒経過すると新たにパルスＯＮを指令を出すべくステップＳ１０２に移行する（ステップＳ１０１のＹ）。但し、スイッチＯＮ直後の検出開始時等には、この９．８秒待機なしにステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２においては、時点Ｔｏｎ（図６参照）でパルスＯＮが指令される。そして、パルスＯＮ時点Ｔｏｎから０．０２秒経過して検出時点Ｔｖｓに到達すると（図６参照）センサ出力が取得される（ステップＳ１０３のＹ、ステップＳ１０４）。ここで検出時点Ｔｖｓを時点Ｔｏｎから０．０２秒後とした理由は、図９及び図１２で示したグラフにおいてそれぞれ、湿度及び煙濃度特性が顕著であるためである。この検出時点Ｔｖｓは請求項１、３の特定時点に相当する。また、ステップＳ１０４は、センサ出力取得手段に相当する。なお、ここで取得されたセンサ出力は、コントローラ１００の有する記憶部に一時的に保持されてステップＳ１０５に移行する。
【００６０】
そして、時点Ｔｏｎから０．２秒経過してパルスＯＦＦ時点Ｔｏｆｆに到達すると（図６参照）パルスＯＦＦされる（ステップＳ１０５のＹ、ステップＳ１０６）。
次にステップＳ１０７において、上記記憶部に保持されているセンサ出力のデータが読み出されてセンサ出力時系列データが生成される。このセンサ出力時系列データは、上記特有のセンサ出力変化パターンを検知するのに適当な、例えば、５０秒間（５回分）のサンプリングデータとする（図１０、図１１参照）。したがって、上記記憶部には、少なくとも、過去５回分のセンサ出力のサンプリングデータが保持される。なお、このステップＳ１０７は、請求項３のセンサ出力時系列データ生成手段に相当する。
【００６１】
そして、ステップＳ１０８において、上記生成されたセンサ出力時系列データがセンサ出力変化パターン格納手段１０４に予め格納されているセンサ出力変化パターンと比較されて、火災初期の特有のセンサ出力変化パターンの検出が行われる。ここで、センサ出力変化パターンが検出されると、初期段階の火災が検出されたとして火災警報を発報すべくステップＳ１０９に移行し（ステップＳ１０８のＹ）、さもなければセンサ出力を継続すべくステップＳ１０１に戻る（ステップＳ１０８のＮ）。このステップＳ１０８は請求項３の比較検知手段に相当する。
ステップＳ１０９においては、火災警報部３が指令されて音声や表示時より火災が警報され、一連の処理が終了する。このステップＳ１０９は請求項３の警報指令手段に相当する。なお、上記ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０５、及びステップＳ１０６は、請求項３のセンサ駆動手段に相当する。
【００６２】
以上のように本発明の実施形態によれば、通電後の接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点において、センサ出力を所定のインターバルでサンプリングして、火災初期に特有の一時的に下降した後上昇する接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を検出するようにしているので、発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で確実に検出することが可能になる。また、本来、ガス漏れ検知に用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０を、火災検知素子として利用しているので、新たな火災検知素子を開発する工数も削減され、装置のコストダウンにも結びつく。更に、コントローラ１００に図１３で示したような処理動作を行わせることにより、現実的な火災検知装置が得られるようになる。
【００６３】
なお、本発明は、上記特定時点を通電０．０２秒後に限定するのでなく、接触燃焼式ガスセンサ４０が湿度特性を有するセンサ出力が安定するまでの立上り期間であれば他の時点であってもよい。また、駆動パルスのインターバル等も適宜変更可能である。本発明は、その要旨を変更しない範囲で、実施形態で採用した数値を適宜変更することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、通電後の立ち上り期間の接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を利用することにより、従来の火災検知装置では検知困難であった初期火災を確実に検知することができるようになる。また、ガス漏れ検知に用いられる接触燃焼式ガスセンサ４０を、火災検知素子として利用しているので、新たな火災検知素子を開発する工数も削減され、装置のコストダウンにも結びつく。
【００６７】
請求項２記載の発明によれば、火災初期に特有の一時的に下降した後上昇するセンサ出力を火災検知に利用することにより、発炎及び発煙を伴う火災を初期段階で確実に検出することが可能になる。
【００６８】
請求項３記載の発明によれば、上記センサ駆動手段１０１、センサ出力取得手段１０２、センサ出力時系列データ生成手段１０３、センサ出力変化パターン格納手段１０４、比較検知手段１０５及び警報指令手段１０６により、火災を初期段階で確実に検知することができる現実的な火災検知装置が得られるようになる。
【００６９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の火災検知装置の参考例の基本構成を示すブロック図である。
【図２】火災試験ＴＦ４に基づいて採取された経過時間−湿度変化の関係を示すグラフである。
【図３】火災試験ＴＦ５に基づいて採取された経過時間−湿度変化の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の参考例に関わる処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の火災検知装置の実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図６】図５の実施形態に用いられる駆動波形の例を示すタイムチャートである。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ、実施形態で用いられる接触燃焼式ガスセンサの平面図、背面図及びＡＡ線断面図である。
【図８】接触燃焼式ガスセンサの可燃性ガス特性を示すグラフである。
【図９】実施形態で用いられる接触燃焼式ガスセンサの湿度特性を示すグラフである。
【図１０】火災試験ＴＦ４に基づいて採取された経過時間−センサ出力の関係を示すグラフである。
【図１１】火災試験ＴＦ５に基づいて採取された経過時間−センサ出力の関係を示すグラフである。
【図１２】煙濃度−センサ出力の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態に関わる処理動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（Ａ）はヨーロッパ統一規格で定められた試験火災の種類を示す説明図であり、図１４（Ｂ）は火災の程度によるクラス分けとその基準値を示す説明図であり、図１４（Ｃ）は図１４（Ａ）の各試験火災に対する顕著な変化を示すパラメータを示す説明図である。
【符号の説明】
２湿度センサ（湿度検出手段）
３火災警報部
５ガス漏れ警報部
１０、１００コントローラ
４０接触燃焼式ガスセンサ
４２、４４Ｐｔヒータ
４３Ｐｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層
４５Ａｌ₂Ｏ₃触媒層
Ｒｓ感応素子部
Ｒｒ補償素子部

Claims

ガス漏れ警報器に装備されるガスセンサからのセンサ出力に基づいて火災を検知する火災検知装置であって、
前記ガスセンサは、通電により加熱されて駆動する接触燃焼式ガスセンサであり、
通電後の前記センサ出力が安定するまでの立上り期間中の特定時点の前記センサ出力から得られるセンサ出力時系列データから、火災初期の前記センサ出力の特有のセンサ出力変化パターンを検出することによって、前記火災を検知する
ことを特徴とする火災検知装置。
請求項１記載の火災検知装置において、
前記特有のセンサ出力変化パターンは、
火災初期に特有の一時的に下降した後上昇する前記センサ出力である
ことを特徴とする火災検知装置。
請求項２記載の火災検知装置において、
前記接触燃焼式ガスセンサを所定のインターバルで駆動させるセンサ駆動手段と、
複数の前記特定時点における前記センサ出力を取得するセンサ出力取得手段と、
取得された前記複数のセンサ出力から、前記センサ出力時系列データを生成するセンサ出力時系列データ生成手段と、
前記センサ出力変化パターンを予め格納するセンサ出力変化パターン格納手段と、
前記センサ出力時系列データと前記センサ出力変化パターンとの比較結果に基づいて、前記火災を検知する比較検知手段と、
火災警報を発する火災警報部に対して、前記検知された火災を警報するように指令する警報指令手段と、
を含むことを特徴とする火災検知装置。