JPS60500073A - 火気検出器およびその電極配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 火気検出器およびその電極配置 く発明の背景〉 本発明は少なくとも２つの電極を有してその間に直流電源により電場が生成さ」 ｔｌそれによって互いに向かい合う電極が測定室を画定し、監視される空間にお ける対流によって移動する空気が該測定室を通って循環可能であって、２つの電 極の一方が測定電極として他方が副電極として配置され、それにより電流測定装 置および評価回路が設けられるようにされた火気検出器に関する。

これに類する火気検出器は公知であって様々な仕様で用いられている。例えばＤ Ｏｎｅｌｉａｎによる米国特許第２　４０８　０５１号明細書は２つの測定室を 有する火気検出器を示しており、この場合第１の測定室内で粒子と小イオンがフ ィルタにより排除され、第２の測定室内では放射性物質により空気がイオン化さ れる。こいようにして生じさせられた導電性は煙が存在するとイオンか煙の重い 流動粒子上に留まるために低下する。

イオン化室内での導電性の低下がしきい値に達すると警報が発せられる。上に引 用した米国特許第２　４０８　０５１号では測定室を画定する電極が直流電圧源 の正・負カ極力間に容量性分圧器として直列に接続される。さらに）強さが約４ ０＃：シト／センチメータないし約５０ボルト／センチメータという比較的弱い 電場が第１の測定室内に設けられる。この米国特許による火気検出器は双方の測 定室を必須とするので、放射性物質を備えた第２の測定室の欠点は公知であり、 とりわけ周囲への影響に関して公知である。その上、この装置は製作にコストが かかる。

Ｋｌｅｉｎによる米国特許第３７５４　２１９号は空気の汚染または煙を調査し て正味の電荷を測定する装置を開示している。しかしながら正味の電荷は火災の 場合には非常に激しく変化するのでこの原理に基づく火気検出器の機能は実際に は使用に適さない。Ｊａｆｆｅ等による米国特許第３　４７０　５５１号に示す 火煙検出器についても同じことがあてはまる。

粒子の流動性を調査するためのイオーン測定器もしくは測定装置もまた例えば米 国特許第４　１０４　０８８号によるものが公知である。しかしながらこれまで このような器具を火気検出器として用いることは提案されておらず、またこのよ うな器具はその構成形状の故にそのような目的に適してもいない。周囲をわずら れさずまた何より放射性物質なしで機能する単純な火気検出器に対する要求が長 年存在しているにもかかわらず、現存する火気検出器の殆んどはイオン化室を特 に放射性物質の使用に基づいて有している。このことは−１９７２年１１月発行 の５ｔａｕｂ　−Ｒｅ１ｎｈａｌｔ　−Ｌｕｆｔ　。

Ｖｏｌ、　３２　４１１”　におけるＳｃｈｅｉｄｗｅｉ’ｌｅｒの論文にも見 られる。

〈発明の要約〉 本発明の目的は改良された高感度の構成の簡単な火気検出器とその電極装置であ ってイオン化用放射性物質を用いずに使用し得るものを提供することである。

この様な目的は、本発明により、複数の電極のうち少なくとも１つが監視される べき周囲空気の循環用の複数の開口を設けられまたは（および）間隙をあけた複 数のこのような部分電極から成り、周囲の空気がこれらの間隙を通って測定室内 に流入され、直流電圧源が一方では副電極に直接または間接に接続され、他方で は電流測定装置に接続され、更に測定電極が直流電圧源に直接接続されることな く電流測定装置の入力に接続されるよう構成することにより初めて達成される。

本発明は燃焼により生じる煙の粒子が原理的には強く荷電しているという事実を 最適かつ単純な方法により初めて利用するものである。それはそのような粒子上 に正と負の小イオンが留まるという事実に依る。正常な環境では後者は空気中に おいて特に宇宙線や自然放射能により絶えず生じている。半径Ｒで熱力学的平衡 にある粒子が電荷ｑ＝ｐ・８　を持つ確率はクーロン（ＣＯｕｌＯｍｂ）エネル ギーｐ２ｅ２　／　２　Ｒを用いてボルツマン（ＢＯｌｔＺｍａｎ　）の法則に より与えられる。即ち半径がＲでｐ個の単位電荷を持つ粒子の濃度はｐ　２　ｅ 　２ となる。ここでｎＨは半径Ｒを持つ中性粒子の全濃度、ｋはボルツマン定数、ま たＴは絶対温度である。２乗により与えられる。

しかしながら、式（２）は電荷の離散性を考慮しておらず、はんのわずかの単位 電荷しか持たないＲ＜　０．１μｍである粒子に関しては正しくない。直効する 等しい正負のイオンが濃度が等しければボルツマン分布に対応して粒子電荷の定 常分布が生じる。゛ボルツマン分布では粒子電荷平均はまさしく零であり、また 空気中では定常状態である場合に負の小イオンが正の小イオンより約２０％高い 固着係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆｆｉｘａｔｉｏｎ　）を持つ故に零と はわずかに異なる。

燃焼により生じる煙粒子が特に強い電荷を有することは既に公知である。これは 炎の中に様々な過程により生じる小イオンが大きな濃度で存在することと、ボル ツマンの法則によれば高温によって高い粒子電荷が生じることから理解される。

もし煙が密であれば（火災による場合代表的には１０７粒子／ＣｒｒＬ３）、増 大した電荷は室温でボルツマン平衡が生じるまでに長時間保存される。なぜなら 後から供給されて粒子を中性化させる小イオンが少ないからである。とりわ・け エーロゾルの炎では種々の荷電機構を考慮に入れねばならないが、一般には次の ように事を言うことができる。即ち、（１）　環境内に存在する各エーロソゝル は長時間の後周囲の温度におけるボルツマン分布をしている電荷を少なくとも有 し、また （２）高濃度イオンを伴う熱区域（炎）から生じる密な煙は式（１）で言及した より多い電荷を有し、それをより長時間に渡って保持する。

「煙の電荷」とは粒子電荷量の平均値を意味することが理解されよう。本発明に よる火災検出器は煙の正味の電荷が零である場合にも機能するように、一方の極 性の粒子電荷の量を測定する。電荷がそのように分布する際には負イオンと同じ たけの正イオンが煙粒子に付着しているのである。本発明によれば測定−用電極 と副電極間の電場の中にある煙を確実に検出することか、正・負の粒子を静電的 に分離することと一方の極性の電荷を測定することもしくは煙により生じる導電 率変化を測定することによって保証される。このようにして生成される電流は、 電場の強さがグロー放醒を生じさせるには低すぎるが少なくとも１００ボ・シト ／センチメータの値を有するので比較的小さく・ながらも電気増幅器や小さな検 電器によって測定可能である。

６ 電極間の距離は１０ミリメータ以下であるが１ミリメ一タ以上であることが望ま しい。この特定の寸法が複数の有利な特徴を生じさせることが発見された。即ち 、比較的小さな測定室が正味の電荷により引き起こされる静電誘導に対して測定 電極に有効なしゃへいをもたらす一方、この距離は起こり得るほこりや煤煙の被 着による誤まった指示を防止するに十分大きい。さらに、このような電極間距離 によって、一方では荷電粒子の確かな分離と沈殿をもたらし、他方ではほこり粒 子の絶えざる誘引と被着による汚染を回避するような最適範囲内の電圧を用いて 機能させることが可能となることが発見された。

本発明は、既知の装置のように正味の電荷を実際に測定するのではなく、正負の 粒子を分離させた後の電荷測定に基づく利点を有する。

遅い流れに担われた小さいかまたは（および）荷電した粒子をそれらが測定室内 に入る前に予かしめ分離する補助電極装置を設けることが好ましい。これは小粒 子または（および）遅い対流（たばこ）のみを生じさせる小さな煙源に対する感 度を低下させることを可能にする。

正味の電荷を減衰させることは、一方では測定電極により画定され他方では補正 電極により画定される補正室を設けるこ尼によっても達成され、あるいはより良 く達成される。そうすることにより、測定電極は例１情”ａ　ＧＯ−５０００７ ３（４） えば大きな煙群内の正味の電荷により生じる静電誘導から両側でじゃへいされ、 測定室または（および）補正室により画定された比較的小さな体積中のもののみ が測定される。この場合、補正電極はやはり電極装置のしゃへい部分のように設 計することが好ましい。

正味の電荷による各々の静電誘導による上述のｌ　Ｗは、補正室を測定電極に対 して測定室とほぼ同じ距離に装置しまたそれが周囲の空気からほぼ同量の流れを 受け入れる場合には完全にも補正することができる。

このことはかなり大きい正味電荷を伴って測定室内に流入する気体により引き起 こされる静電誘導を補正室から流出する気体により引き起こされる反対の極性の 静電誘導によって補正することを可能にする。

この補正はまた測定電極が空気の流れに対し後者が測定電極に２回接触するよう に配置される場合、即ち通過する周囲の空気、各煙群の正味電荷により引き起こ される測定電極内の誘導電流が補正されるように１回目はその一方の側に接触し ２回目はその反対側に接触する場合にも好都合に達成されるっ−の電極の別々の 側からの荷電煙の衝突によって反対の＠性を持つ誘導電流が生成され、それが最 も単純な方法でそれら自らを電極自体の内で補正することが理解されるーこの原 理は本発明により電極が流れの方向を横切るように配置された閉じた電気回路の 形状を有する場合により向上させられる。

本発明による火気検出器のが１］定電極および補正電極は格子形状として設計す るのが好ましい。これは対流を促進しまた測定室内の空気、各気体が電荷を放つ のを防ぐ。さらにこのことは上述の補正室または（および）測定電極を通過する 複式流形成による補正原理に関し、正味の電荷による影響の単純な補正を可能に することを保証する。測定電極は電気的に共に接続された多くの部分電極から成 るものでもよく、それを通って空気、各気体群が正味電荷により引き起こされる 静電誘導による影響が部分電極内で補正されるように流れることかできる。

本発明により測定電極を２つの副電極の間に配置し、その２つの電極を直流電圧 源に接続しまた測定電極を測定装置の入力に接続する場合に著しく卓越した測定 結果が達成される。このことは２つの副電極と測定電極との間にある２つの測定 室内の２つの場が測定電極に関して対称配置になることを可能にし、このことは 測定電極が２つの測定室から同じ極性の荷電粒子を受け取ることを意味している 。これが著しい高感度を保証する。

測定電極は測定装置の入力に接続され、みかけ上測定装置のもう一方の側の電位 に接続されている。それは絶縁素子によって電極ケースまたは（および）副電極 に機械的に堅く留めつげるのが好ましく、その絶縁素子は測定電極のもう一方の 側に接続された導電性部品によりさえぎられる。このことは漏れ電流が絶縁素子 内に存在するのを回避することを可能にする。

本出願の対象における技術的進歩および独創的な機能は新しい独自の特徴のみな らずそれらの特徴の組み合わせからも明らかとなろう。

本発明の実施例をさらに添付図面を参照して詳細に説明する。

〈図面の簡単な説明〉 第１図は本発明の特徴を持つ火気検出器の原理を示す図、第２図は修正された電 極を有する火気検出器を示す図、第３図はさらに別の修正された電極を有する火 気検出器を示す図、第４図は２つの測定室と外部じゃへいを有する本発明による 火気検出器を示す図、第５図は（Ｉ１１１定電極の別の実施例を示す図である。

〈好ましい実施例の記述〉 第１図は本発明による火気検出器の原理を例示しており、本火気検出器は測定電 極１、副電極２、図式的に表わされ公知の方法で同時に警報を発する測定装置３ 、および直流電圧源４を持つ。測定電極１と副電極２は絶縁素子６により支持体 ７に締めつけられ、それがベースフ０レート８に接続される。支持体γは導電性 であって測定電極１と副電極２の間で漏れ電流が絶縁累子上を流れないよう接地 される。これは測定電極が測定装置を通じて−見かけ上のみではあるが一接地さ れているからである。これは極めて小さい電流に１０ 関して好都合である。電極１と２の間にｉ　ｏｏｏボルト／センチメータの強さ の電界が存在するように、測定電極１と副電極２の間の距離は５ミリメータ、直 流電圧ｆＡ４の電圧が５００ボルトになっている。もし煙の荷電粒子が測定電極 １と副電極２の間の測定室９に入ると、正負の粒子は電界により両方の電極に向 かう移動を起こさせる。この電荷移動（電荷ドリフト）が副定電＠１内に電流を 誘導し、それが測定装置３によって測定される。図示の実施例では測定電極１と 副電極２は各々４０平方センチメータの表面積を持つ４辺形の板として設計され ている。これらの電極の表面は、例えば第４図の実施例に示されるように、測定 装置の感度に関する要求に適合させ得ることは明きらかである。装置全体は接地 されているじやへい素子５によって囲まれている、しやへい素子は装置の機械的 保護を与えるのみならず、その外部にある煙群による影響を避けて誘導電流が生 じるのを紡ぐように、概略的に例示された煙群３０の正味の電荷により生じる偽 似靜電誘導の影響をも補正する。

概略的に例示されているように、測定電極１のみならず副電極２には複数の孔１ １が設けられ、それが垂直方向から到来する煙のみならず水平方向から到来する 煙も対流によって測定室９を通って流れることを可能にする。

第２図はペースプレート８が補正電極として、測定平行に位置するように配置さ れている装置を示している。ペースプレート８、測定電極１および副型、極２は 穴をあけられた薄板として設計されている（一部は示されていない）。正味の電 荷を伴い本装置を通って流れる気体群はまず最初にしやへい素子５によっで外方 に第１の位置にじゃへいされる。さらに、正味の電荷により引き起こされる静電 誘導の大きさが等しくなるように測定室９と補正室１０内にはほぼ同量の流れる 気体が存在する。しかしながら測定室９内に矢印で示される方向から流入する気 体は測定電画１の方に移動するが、他方同じ方向から補正室１０内に流入する気 体は測定電極１から遠ざかるように移動するので結果的な誘導電流は極性が反対 であって互いに相殺し、それにより正味の電荷の影響が補正される。

第６図は２つの副電極２がそれらの間に測定電極１を囲んで２つの測定室９と９ ′を作成する実施例を示している。副電極２は穴あき薄板の形に設計され、それ らが接地されまたやはり外部からのしやへい素子として機能する。ペースプレー ト８に対する測定電極１の留めつけは図示されていない絶縁体装置によって行な われる。電界の分布が対称になるように両方の副篭筒２が測定電極１に対して同 じ電位にあり、このことは測定室９内のみならず測定室９′内の負の極性を持つ イオンが測定篭筒の方に移動し、結果的に誘導電流が測２ 定装置３において測定されることを意味してし・る０本装置の感度は２つの測定 室９とγの存在によって増大する。さらに、本装置の対称性の故て正味の電荷に よる影響が補正される。

第４図はしやへい素子５、測定電極１、副電極２等の全ての部品が円柱対称性を 有する装置を示している。

、２つの副電極２のうち外側のものが絶縁性材料のボルト１２によってしやへい 素子５に留めつけられている。

第２の副電極２のみならず測定室＠１はボルト状絶縁性素子１３ａ、１３ｂによ って共に留めつけられている。絶縁性素子１３ａと１３ｂの間には各々接地され た金属板が設けられている。これが副電極２と測定電極１０間の漏れ電流を防ぐ ことを可能にする。底面薄極２、測定電極１およびしやへい素子５の構造にも対 応するもので、第４図の上部に概略的に示されている。

この配置は絶縁性素子が汚染から保護されるように、空気の流れに直接さらされ ないという付加的な利点を有する。

本装置内を矢印の方向に通って流れる荷電煙粒子を伴う煙群は、右側から来る際 に１度は測定電極１の外表面に（Ａにおいて）衝突し、また本装置から去る前に 測定電極１の内表面に（Ｂにおいて）衝突する。測定電極１が円筒形であってか つ閉じた電気回路をなしていることにより、正味の電荷により引き起こされる誘 導電流は反対の極性を持ち自動的に互いに相殺し合う。

電界は穴あき薄板の形状を有するじゃへい素子５と外側の副電極２の間にも存在 することが理解されよう。

しめへい素子５とその副電極２が円形環状補正室１４を画定し、このしやへい素 子と副電極間の距離の方がより大きいのでその中の電界の強さは２つの測定室９ と９′の中より小さい。従って小さくて流れの遅い荷電粒子は測定室９と９′内 に入る前に補正室１４内で予め分難される。これは粒子の大きさに従って選択的 であり、また誤警報の低減をもたらすという大きな利点を持つ。

第５図は導電性横木１６によって共に接続された複数の型抜き条片１５から成る 測定電極の実施例を示す。

国際調査報告 Ａｌ０ＩＥＸＴｏＴＨｚＩＮＴＥＲＢ夏ＡＴＩＯＮＡＬＳＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲ ＴＯｐ＋ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＩ、ＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　Ｐ ＣＴ／ＣＨ８３１００１３７（ＳＡ’　６１４６）ＵＳ−Ａ−３２６２１０６Ｎ ｏｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも２つの電極を有してその間に直流電圧源により電場か生成され、 それにより該電極の互いに向い合う表面が測定室を画定し、そこを通って監視さ るべき空間の対流によって移動する空気が循環可能であり、該電極の１つが測定 電極として配置されもう１つの該電極が副電極として配置されそれにより電流測 定装置と評価回路が設けられる火気検出器であって、少なくとも該電極（１，２ ）の１つが監視さるべき周囲の空気のための循環開口（１１）を備えるかまたは （および）間隙をあけた複数のこのような部分電極（１５）から成り、周囲の空 気がこれらの間隙を通って測定室（９，９ａ）内に流入し、直流電圧源（４）が 一方では直接または間接に副電極（２）に接続され、他方では電流測定装置（３ ）に接続され、また測定電極（１）が直流電圧源（４）に直接接続されずに該電 流測定装置の入力に接続されることを特徴とする火気検出器。 ２　請求の範囲第１項において、該電場が該測定室内の少な＼とも一部において 少なくとも１００ボルト７センチメータであるように直流電圧源（４）および該 電極間距離が設≦１されることを特徴とする火気検出器。 ６　請求の範囲第１巧または第２項において、抜型５ 極間の該距離が１０ミリメータ以下でありかつ１ミリメ一タ以上であることを特 徴とする火気検出器。 ４　請求の範囲第１項から第６項までのいずれかにおいて、該空気の流れ内に遅 い流れに担われる小さいかまたは（および）荷電した粒子を該空気の流れから分 離すべく、測定室（９）の前に少なくとも１つの補助電極（第４図／′シやへい 素子（５））を設けることを特徴とする火気検出器。 ５　請求の範囲第１項から第４項までのいずれかにおいて、前記測定装置（３） が検電器であることを特徴とする火気検出器。 ６　請求の範囲第１項から第４項までのいずれかにおいて前記測定装置（３）が 電子増幅器であることを特徴とする火気検出器。 ７　請求の範囲第１項から第６項までのいずれかにおいて、測定装置（９）に加 えて補正室（１０）が設けられ、前記補正室が一方では測定電極（１）により限 定され、また他方では補正電極（第２図／ベースプレート（８））により限定さ れることを特徴とする火気検出器。 ８　請求の範囲第７項において、補正電極（８）が電極装置（１，２）のしやへ い素子を形成することを特徴と１する火気検出器。 ９　請求の範囲第７項または第８項において、補正室（１０）が測定電極（１） に対して測定室（９）とほぼ同じ距離に配置されることと、それが流れている周 囲の空気からほぼ同量を受け入れることとを特徴とする火気検出器。 １０　請求の範囲第１項から第９項までのいずれかにおいて、測定電極（１）が 該空気の流れに関して次のようになっていること、即ち該空気の流れが衝突する 際、通り抜ける周囲の空気、各煙群の正味電荷によって測定電極（１）内に引き 起こされる誘導電流が補正されるように１回目は一方の側から、そして２回は反 対側から各流れが測定電極を２回通過することを特徴とする火気検出器。 １１、請求の範囲第９項において、測定電極、即ち各各の測定電極が電流れの方 向を横切る閉じた電気回路にな、っていることを特徴とする火気検出器。 １２　請求の範囲第１項から第１１項ｊでのいずれかに記載の火気検出器用の電 極装置であって、（１つまたは複数の）測定電極（１）−１：たは（および）（ １つまたは複数の）副電極（２）または（および）補正電極が格子形状であるこ とを特徴とする電極装置。 １３、請求の範囲第１項から第１２項までのいずれＤ・に記載の火気検出器用の 電極装置であって、測定電極（１）または（および）副電極（２）が対流により 移動する空気または気体の流れを通すことを特徴とする電極装置。 １４　請求の範囲第１２項または第１６項において、通り抜ける空気、各気体の 流れを導く装置が次のように設けられることまたは（および）測定電極（１）次 のように設計されること、即ち空気、各“気体の流れが衝突する際、各流れが少 なくとも２回測定電極の異なる場所、即ち１回目は表側を、そして２回目は裏側 を通ることを特徴とする電極配置。 １５請求の範囲第１４項において、測定電極（１）が穴のあいた少なくとも２つ の部分電極（１）から成り、各々に空気または気体の流れが向かい合う側から入 れることを特徴とする電極装置。 １６、請求の範囲第１項から第１５項までのいずれかにおいて、測定電極（１） が２つの副電極（２）の間に配置され、それにより２つの該副電極が直流電圧源 （４）に接続されまた該測定電極が測定装＃（３）の入力に接続されることを特 徴とする電極装置。 １Ｚ　請求の範囲第１６項において、両方の副電極（２）が同じ電位に設定され ることを特徴とする電極装置。 １８　請求の範囲第６項において、測定装置（３）が一方では測定電極（１）に 接続され他方では異なる電位を持つ電圧源（４）に接続されることを特徴とする 請求 いて、測定電極（１）が電極ケース（ベースプレ−１・（８））または（および ）副電極（２）に絶縁素子（６．１３．１３ａ）によって接続され、それにより 該絶縁素子が該測定装置（３）の該測定電極に接続されていない側に接続された 導電性部品（支持物（γ）、金属板（１４））Ｋよりさえきられることを特徴と する電極装置。 ２０請求の範囲第１項から第１９項までのいずれが沈おいて、一測定電極（１． １５）と副電極（２）が流れを通す肋ディとして設計されまた一方が他方の内側 に配置されてそれにより測定室（９．９ａ）の領域では測定電極と副電極間にほ ぼ一定の距離が設けられることを特徴とする電極装置。 ２１　請求の範囲第２０項において、画定電極（１。 １５）と副電極（２）が回転対称性を有することを特徴とする電極装置。