JP4886671B2 - 火災感知器 - Google Patents

Description

本発明は、熱感知素子を備えた火災感知器に関するものである。

熱感知素子によって煙の温度を検知する火災感知器が従来提供されている。この種の火災感知器は、外殻カバーがあって、その中に熱感知素子、例えばサーミスタを設け、外殻カバーをサーミスタの保護カバーとしている。
特開平１１−１８５１７９号公報

ところで、上記の熱感知素子による熱感知機能以外に煙感知機能とを備えた複合型の火災感知器が提供されているが、この火災感知器では煙感知機能の光学系部との関係上、熱感知素子を外殻カバー内の中心位置に配置できないことがあった。

そのため熱感知素子に最も近い外殻カバーを支えるために周壁に設けられている補強用の縦桟が邪魔になり、熱感知素子の熱検出の応答性が悪くなることがあった。

この従来例構造の流速ベクトル図を図９に示す。この図から分かるように左方向から熱を含んだ空気Ｙが流れてきた場合、縦桟５ｃに熱感知素子６が隠れるような方向からの流入であるため、熱感知素子６まわりの流速が遅くなり、熱応答性が鈍くなるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、熱感知素子への熱伝達率を上げ、熱応答性を向上させるとともに、縦桟及び整流用フィン自体を含めた構成による流速低下を最小限にした火災感知器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室と、煙感知室内に流入した煙を感知する煙感知回路と、有底筒状に形成され筒内にラビリンス壁を挿入した状態で配置されて、煙感知室内への虫の侵入を防止する防虫カバーと、防虫カバーの周囲を囲繞するように配置され、内外を連通する煙流入口が周壁に形成された有底筒状の外殻カバーとを備え、上記外殻カバーの周壁には、底部の周縁部から垂立させた補強用の縦桟が周方向に所定間隔をおいて複数設けられ、この縦桟間に上記煙流入口が開口した火災感知器において、防虫カバーの底板に設けた貫通孔から熱感知部を下方に突出させ、防虫カバーの底板と外殻カバーの底部との間に熱感知部を配置させた熱感知素子を備え、当該熱感知素子の配置位置を、外殻カバーの中心位置を挟んで対向する一対の縦桟を結ぶ直線上で、中心位置より偏倚させた位置とし、熱感知素子を中心として放射状に等間隔に配置される複数の整流用フィンを外殻カバー内に設けるとともに、一対の整流用フィンが、外殻カバーの中心位置を挟んで対向する一対の縦桟と熱感知素子の配置位置とを結ぶ直線上において、熱感知素子を間にした両側に配置され、一対の整流用フィンのうち縦桟との距離が短い方の整流用フィンが、整流用フィンの中で縦桟に最も近い位置に配置されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記整流用フィンの両端方向の長さ寸法の、上記熱感知素子に隣接する上記整流用フィンの一端と上記熱感知素子との間の距離に対する比率を０より大きく３未満としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、熱感知素子の配置位置を、外殻カバーの中心位置と縦桟とを結ぶ直線上で且つ外殻カバーの中心位置より偏倚させた位置とし、上記熱感知素子の位置を中心とし且つ該中心を通る直線上に両端方向を位置させて放射状に配置された複数の整流用フィンを外殻カバー内に設けたので、熱感知素子への熱伝達率を上げ、熱応答性を向上させることができるという効果がある。しかも、外殻カバーの中心位置を挟んで対向する一対の縦桟と熱感知素子の配置位置とを結ぶ直線上において熱感知素子を間にした両側に一対の整流用フィンが位置するので、縦桟及び整流用フィン自体を含めた構成による流速低下を小さくすることができるという効果がある。さらに、上記一対の整流用フィンのうち縦桟との距離が短い方の整流用フィンを、複数の整流用フィンの中で縦桟に最も近い位置に配置しているので、上記流速低下を最小限にすることができる。そのうえ、熱感知素子の熱感知部は、煙感知室を覆う防虫カバーの底板に設けた貫通孔から下方に突出し、防虫カバーの底板と外殻カバーの底部との間に配置されるので、熱感知部への空気流が防虫カバーによって妨げられるのを防止することができる。

請求項２の発明によれば、上記整流用フィンの両端方向の長さ寸法の、上記熱感知素子に隣接する上記整流用フィンの一端と上記熱感知素子との間の距離に対する比率を０より大きく３未満としたので、外殻カバーの中心に対して熱感知素子の位置が偏倚していても、流速低下を最小限に抑えることができるのは勿論のこと、熱伝達率を最適にすることができ、上記の条件を満足させることで、熱感知素子の配置の自由度を上げ、火災感知器の小型化が可能となるという効果がある。

以下本発明を一実施形態により説明する。

本実施形態の火災感知器は熱感知器としての熱感知機能と煙感知器としての煙感知機能とを備えた複合型のものであり、図１および図３、図４に示すように天井面などの造営面に取着されるボディ１と、発光ダイオードＬＥＤやフォトダイオードＰＤや後述する煙検知回路の回路部品が実装される回路基板２と、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁９によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室Ｓを具備し、煙感知室Ｓ内に光学系の部品が取着されるとともに、発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤを光学系の部品と対向させた状態で回路基板２が取り付けられる光学基台３と、光学基台３に設けた煙感知室Ｓの内部に虫などが侵入するのを防止する防虫カバー４と、保護カバーたる外殻カバー５とで構成される。

ボディ１は略円板状の主部１ａと、主部１ａの外周縁から上方に突出する側壁１ｂとを連続一体に形成して構成され、主部１ａの下面略中央には丸穴１ｃが開口し、この丸穴１ｃ内に回路基板２が固定された光学基台３及び防虫カバー４を保持した外殻カバー５の上端部が挿入され、固定される。

回路基板２の下面には発光ダイオードＬＥＤが実装されている。また図示はしないが回路基板２の下面にはチップ化されたフォトダイオードＰＤが実装されている。また更に、回路基板２の下面には熱感知素子としてサーミスタ６が熱感知部を下方に垂下突出させた状態で実装されている。この実装位置は感知器の中心よりも偏倚した位置となるように設定している。

このように本実施形態の火災感知器は感熱素子としてのサーミスタ６を備えており、煙感知機能に加えて熱感知機能を有している。

光学基台３は黒色の合成樹脂により、略円板状の底板７と、底板７の上面に突設された四角枠状の側壁８と、底板７下面の外周部に沿って配置された水平断面が略くの字形の複数の隔壁９ａからなるラビリンス壁９とを一体に形成して構成される。

ラビリンス壁９を構成する複数の隔壁９ａは、中間部の屈曲部位が隣接する隔壁９ａの両端部の間に入り込むようにして所定の間隔をおいて配置されており、隣接する隔壁９ａの間にできる煙導入路は、一端が外部と連通して煙導入口となり、他端が煙感知室Ｓに連通している。ここで、各隔壁９ａは反射が生じないように黒色に形成されており、煙導入路の中間部が屈曲していることによって、外光が煙感知室Ｓ内に直接には入射しないようになっている。

また光学基台３の底板７と側壁８とで囲まれる凹所１０内には、発光ダイオードＬＥＤ、フォトダイオードＰＤ及びサーミスタ６が実装された面を底板７側にして回路基板２が納装される。光学基台３の底板７には発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤにそれぞれ対応する部位には下方に突出する突台部１９，２０が突設されており、これらの突台部１９，２０には底板７を貫通する貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されている。

各突台部１９，２０には、貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ連続し、光学基台３の中心方向に向かって延びる溝１９ａ，２０ａが形成されており、これらの溝１９ａ，２０ａ内にプリズムレンズ１２，１３が取り付けられる。ここで、プリズムレンズ１２，１３は一方の面を貫通孔１１ａ，１１ｂと対向させ、他方の面を光学基台３の中心方向に向けた状態で光学基台３に取り付けられ、プリズムレンズ１２，１３の上側及び左右両側が突台部１９，２０によって覆われる。また、プリズムレンズ１２，１３は、光軸が煙感知室Ｓの中心方向を向き、且つ所定の角度で交差するように配置されている。

上述のようにプリズムレンズ１２，１３は発光ダイオードＬＥＤの発光面、フォトダイオードＰＤの受光面にそれぞれ対向しており、発光ダイオードＬＥＤの発光はプリズムレンズ１２によって集光されて煙感知室Ｓに照射される。煙感知室Ｓ内に煙が侵入すると、プリズムレンズ１２から照射された光が煙の粒子によって散乱され、プリズムレンズ１３に入射する。そして、プリズムレンズ１３に入射した光は、プリズムレンズ１３によってフォトダイオードＰＤの受光面に集光されるので、フォトダイオードＰＤの出力の増加から煙の侵入を検出することができる。

ところで、フォトダイオードＰＤと対向する光学基台３の部位には、導電性であって、一面が開口した箱状に形成され、環境外乱ノイズをグランドレベルに落とす目的で使用するシールドカバー１４を、インサート成形しており、凹所１０内に回路基板２を納装すると、回路基板２に実装されたフォトダイオードＰＤの周りをシールドカバー１４が覆い、フォトダイオードＰＤをシールドするようになっている。なお、シールドカバー１４には回路基板２側に突出するアースピン１４ａが設けられており、このアースピン１４ａは回路基板２に設けたスルーホールに挿通され、回路基板２のグランドライン（図示せず）に半田付けされる。また、シールドカバー１４には、貫通孔１１ｂに連通する連通孔１４ｂが形成されており、この連通孔１４ｂを通ってプリズムレンズ１３で集光された光がフォトダイオードＰＤの受光面に照射される。

また、光学基台３には４本の端子ピン１５がインサート成形されており、各端子ピン１５は回路基板２に設けたスルーホール（図示せず）に挿通され、半田付けされることによって、各端子ピン１５が回路基板２の配線パターンに電気的に接続されるとともに、回路基板２から反対側に突出する各端子ピン１５の先端部が外部接続端子となる。また、光学基台３にインサート成形された端子ピン１５を回路基板２に半田付けすることによって、光学基台３に回路基板２が保持される。

防虫カバー４は、絶縁性を有する合成樹脂により有底円筒状に形成され、防虫カバー４の底板４ａには回路基板２に実装されたサーミスタ６を下方へ挿通するための貫通孔４ｄが形成され、周壁４ｂには複数の孔が格子状に開口するメッシュ部４ｃが形成されている。この防虫カバー４は光学基台３の下端部を筒内に挿入した状態で光学基台３に取り付けられており、ラビリンス壁９の周りをメッシュ部４ｃが形成された周壁４ｂで覆っているので、ラビリンス壁９で囲まれた煙感知室Ｓ内への虫や同じ大きさのゴミの侵入を防止できる。また、防虫カバー４の底板４ａには、光学基台３の底板７に設けた突台部１９，２０と対向する部位に上側（光学基台３側）に向かって突出し、突台部１９，２０に設けた溝１９ａ，２０ａと嵌合する蓋部２１，２２が一体に形成されている。

而して、光学基台３に防虫カバー４を被せると、防虫カバー４に設けた蓋部２１，２２が光学基台３に設けた溝１９ａ，２０ａとそれぞれ嵌合し、プリズムレンズ１２の出射面及びプリズムレンズ１３の入射面の周りを突台部１９，２０及び蓋部２１，２２で囲むことにより、光学的に密閉する。

保護カバーたる外殻カバー５は弾性を有する合成樹脂により有底円筒状に形成されており、周壁５ａの上端部には外側に突出する係合爪１６が突設され、周壁５ａの略下半分は下端が底部５ｂと一体に連結されている補強用の縦桟５ｃを周方向に所定間隔で設けるとともに、この縦桟５ｃに一体となって保持された環状の横桟５ｄを上下方向に所定間隔に設けて、円周方向に延びる帯状の複数の煙流入口１７を開口し、底部５ｂからは上方に向かって突出し、先端部が防虫カバー４の底板４ａと当接する複数の整流用フィン１８が突設されている。これらの複数の整流用フィン１８はサーミスタ６を中心として放射状に配置されており、周周囲の煙流入口１７から内部に流入した空気がサーミスタ６の感熱部に当たるように、空気の流れを整流している。また整流用フィン１８で囲まれる底部５ｂにはサーミスタ６の先部が外部に臨むための開口部５ｅが設けられている。

而して、この火災感知器を組み立てる際は、先ず回路基板２に発光ダイオードＬＥＤやフォトダイオードＰＤやサーミスタ６や煙感知回路の回路部品を実装し、この回路基板２を光学基台３の凹所１０内に挿入して、シールドカバー１４のアースピン１４ａ及び端子ピン１５を回路基板２に半田付けし、回路基板２を光学基台３に固定する。次に、外殻カバー５の筒内に防虫カバー４と、回路基板２が取り付けられた光学基台３とを挿入して、防虫カバー４及び光学基台３を外殻カバー５に保持させた後、この外殻カバー５の上端部をボディ１の丸穴１ｃ内に挿入すると、外殻カバー５の上端部に突設した係合爪１６と丸穴１ｃの内周面に形成された係合段部１ｄとが凹凸係合して、外殻カバー５がボディ１に結合されるのである。

ここで本発明の主要な構成要素である熱感知素子たるサーミスタ６と上記保護カバー４の整流用フィン１８との関係を詳説する。

まず保護カバー４は図２（ａ）〜（ｃ）に示すように構成され、図２（ａ）に示すように整流用フィン１８をサーミスタ６の垂下位置に対応するように底板４の中心位置より偏倚した位置に形成しており、整流用フィン１８はサーミスタ６の配置位置Ａを中心として放射状に等間隔に６つ形成されている。そして周囲の縦桟５ｃとサーミスタ６の配置位置Ａとを結ぶ直線Ｘ上には、中心位置を挟んで形成されている２片の整流用フィン１８が、図２（ａ）に示すように縦桟５ｃとサーミスタ６との間に縦桟５ｃに最も近い外側の整流用フィン１８の一つが隠れてしまうように配置されている。

保護カバー４の縦桟５ｃとサーミスタ６とを結ぶ直線Ｘ上に整流用フィン１８を配置するのは、この位置は縦桟５ｃによる流速の低下がもっとも大きく、整流用フィン１８を置くことによる整流用フィン１８自体による空気の流れの妨害を最も減らせる位置にあるからである。

これらの効果を整流用フィン１８が有る場合と、従来の無い場合とを図５、図９の流速ベクトル図で比較する。図９の場合では上述したように左方向から入る空気流Ｙが左側の縦桟５ｃに当たり、その後ろのサーミスタ６に空気が流れにくくなっていたのに対し、図５に示す本実施形態の場合にはサーミスタ６を中心として放射状に設けた整流用フィン１８によりサーミスタ６に空気が集められ、サーミスタ６周辺の流速が確保されている。

この構造における階段上昇試験時の２秒後のサーミスタ６の温度をシミュレーションした図及びサーミスタ６周辺の流速をシミュレーションした図６（ａ）、（ｂ）に示す。図中縦軸の０はサーミスタ６の中心位置を示し、大きくなる程サーミスタ６の中心位置から離れていく。尚シミュレーションの条件は、流入速度は０．８ｍ／ｓｅｃ、流入温度は２５℃から開始して３℃／ｍｉｎで上昇させ、流入位置位置は火災感知器の設置位置から０．４ｍ離れた位置（空気加熱用ヒーター位置）であることが条件で、解析結果を示す図６（ａ）での温度は流入開始後２秒後の値を、図６（ｂ）の流速分布は定常状態をそれぞれ示す。

さて図６（ａ）（ｂ）より、本実施形態の整流用フィン１８がある場合（イ）の方が無い場合（ロ）に比べて、サーミスタ６の温度上昇も早く、またサーミスタ６の近傍の流速が早いため、温度伝達率も向上し、応答性も良くなっていることが分かる。

一方サーミスタ６と、整流用フィン１８の一端との間の距離や整流用フィン１８の両端間の長さ寸法の関係によって温度伝達率が変化するので、ここでこの温度伝達率の最適な位置関係について説明する。

まず図７に示すようにサーミスタ６と整流用フィン１８の一端との間の距離ａと、整流用フィン１８の両端間の長さ寸法をｂとすると、サーミスタ６が底部５ｂの中心より偏倚している形状から、ａ＋ｂ＝９ｍｍの場合を考え、整流用フィン１８の長さ寸法ｂとサーミスタ６と整流用フィン１８までの距離ａの比ｂ／ａを間隔比とする。これらを条件として上記と同じ階段上昇試験によるシミュレーションを行うと、間隔比が０、すなわち整流用フィン１８の長さが０の場合を基準として、整流用フィン１８の両端部間の長さｂを長くすると、整流用フィン１８によるサーミスタ６への空気の集中率があがり、サーミスタ６への熱伝達が良くなり、サーミスタ６の温度は上昇する。

しかし整流用フィン１８が長くなる、すなわち整流用フィン１８があまりにサーミスタ６に近づくと、整流用フィン１８とサーミスタ６の間隔が狭くなって空気抵抗が徐々に大きくなり、この部分の空気の通りが悪くなる。そのため、サーミスタ６に空気が通りにくくなり、逆にサーミスタ６の温度上昇が低くなる。表１はａ寸法、ｂ寸法及び両者の比（ｂ／ａ）の関係を纏めたものであり、図８は整流用フィン１８の両端部の長さ寸法ｂと間隔の距離ａとの比と、温度との関係を示すグラフである。

以上の結果から少なくとも整流用フィン１８が全く無い状態より良くするためには、間隔比ｂ／ａを３未満にする必要がある。すなわち、ａ＋ｂが９ｍｍの条件で、間隔比を０より大きく３未満とする場合には、整流用フィン１８とサーミスタ６の間隔ａが２．２５ｍｍを越える必要がある。

以上のように外殻カバー５の縦桟５ｃと、サーミスタ６とを結ぶ直線上に整流用フィン１８を少なくとも一つ設け、その整流用フィン１８の両端間の長さ寸法ｂと、整流用フィン１８とサーミスタ６との間の距離ａとの比ｂ／ａを３未満とすることで、外殻カバー５内部にサーミスタ６を配置した場合の熱伝達効率が良くなり、外殻カバー５の中心に対してサーミスタ４の位置が偏倚している場合でも、効率良くサーミスタ６は煙の熱を検出できる。換言すれば、上記条件を満足させることで整流用フィン１６の配置の自由度が上がり、火災感知器の小型化を図ることも可能となる。

本発明の一実施形態の全体の正面断面図である。 （ａ）は同上に用いる外殻カバーの横桟部位での水平断面図である。（ｂ）は同上に用いる外殻カバーの正面図である。（ｃ）は同上に用いる外殻カバーの周壁部位での水平断面図である。 同上の分解状態の正面断面図である。 同上の分解斜視図である。 本実施形態の外殻カバーに対する流速ベクトル図である。 （ａ）は図４，図５に示す外殻カバーの構造における階段上昇試験時の２秒後のサーミスタの温度をシミュレーションした図である。（ｂ）は図４，図５に示す外殻カバーの構造における階段上昇試験時のサーミスタ周辺の流速をシミュレーションした図である。 同上の外殻カバーの整流用フィンとサーミスタとの寸法関係の説明図である。 同上の外殻カバーの整流用フィンの両端部の長さｂと間隔ａとの比と、温度との関係を示すグラフである。 縦桟が無い場合の外殻カバーに対する流速ベクトル図である。

符号の説明

Ａ 配置位置
Ｓ 煙感知室
Ｘ 直線
４ 防虫カバー
４ａ 底板
４ｄ 貫通孔
５ 外殻カバー
５ｂ 底部
５ｃ 縦桟
６ サーミスタ
９ ラビリンス壁
１７ 煙流入口
１８ 整流用フィン

Claims (2)

1. 外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室と、前記煙感知室内に流入した煙を感知する煙感知回路と、有底筒状に形成され筒内に前記ラビリンス壁を挿入した状態で配置されて、前記煙感知室内への虫の侵入を防止する防虫カバーと、前記防虫カバーの周囲を囲繞するように配置され、内外を連通する煙流入口が周壁に形成された有底筒状の外殻カバーとを備え、前記外殻カバーの周壁には、底部の周縁部から垂立させた補強用の縦桟が周方向に所定間隔をおいて複数設けられ、この縦桟間に前記煙流入口が開口した火災感知器において、
   前記防虫カバーの底板に設けた貫通孔から熱感知部を下方に突出させ、前記防虫カバーの前記底板と前記外殻カバーの前記底部との間に前記熱感知部を配置させた熱感知素子を備え、
   当該熱感知素子の配置位置を、前記外殻カバーの中心位置を挟んで対向する一対の前記縦桟を結ぶ直線上で、前記中心位置より偏倚させた位置とし、
   前記熱感知素子を中心として放射状に等間隔に配置される複数の整流用フィンを前記外殻カバー内に設けるとともに、
   一対の前記整流用フィンが、前記外殻カバーの中心位置を挟んで対向する一対の前記縦桟と前記熱感知素子の配置位置とを結ぶ直線上において、前記熱感知素子を間にした両側に配置され、前記一対の整流用フィンのうち前記縦桟との距離が短い方の前記整流用フィンが、前記整流用フィンの中で前記縦桟に最も近い位置に配置されたことを特徴とする火災感知器。
2. 上記整流用フィンの両端方向の長さ寸法の、上記熱感知素子に隣接する上記整流用フィンの一端と上記熱感知素子との間の距離に対する比率を０より大きく３未満としたことを特徴とする請求項１記載の火災感知器。

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