JPS6356596B2 - - Google Patents

Description

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
電圧源により電場が生成され、それにより前記２
つの電極の互いに向い合う表面が測定室を画定
し、そこを通つて、監視さるべき空間の対流によ
つて移動する空気が循環可能であり、前記２つの
電極の一方が測定電極として配置され他方が副電
極として配置されそれにより電流測定装置と評価
回路が提供される火気検出器であつて、前記２つ
の電極１，２の少なくとも一方が監視さるべき周
囲の空気のための複数の循環開口１１を備えるか
または（および）間隙をあけた複数の部分電極１
５から成り、周囲の空気がこれらの間隙を通つて
前記測定室９，９ａ内に流入し、前記直流電圧源
４が一方では直接または間接に前記副電極２に接
続され、他方では前記電流測定装置３に接続さ
れ、また前記測定電極１が前記直流電圧源４に直
接接続されずに前記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、前記測定室９に
加えて補正室１０が設けられ、前記補正室は一方
側では前記測定電極１により画定され、また他方
側では前記補正電極（第２図／ベースプレート
８）により画定されることを特徴とする火気検出
器。

３ 請求の範囲第１項または第２項において、前
記測定電極１または（および）前記副電極２また
は（および）前記補正電極が格子形状であること
を特徴とする火気検出器。

４ 請求の範囲第３項において、通り抜ける空
気、各気体の流れを導く手段または（および）前
記測定電極１が、空気、各気体の流れが衝突する
際、各流れが少なくとも２回前記測定電極の異な
る場所、即ち１回目は表側を、そして２回目は裏
側を通るように設計されたことを特徴とする火気
検出器。

＜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
に直流電流により電場が生成され、それによつて
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つて移動する空気が該
測定室を通つて循環可能であつて、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つて様々な
仕様で用いられている。例えばDonelianによる
米国特許第2408051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イルタにより排除さ
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。この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が煙の重い流動粒
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2408051号では測
定室を画定する電極が直流電圧源の正・負の極の
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40ボルト／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3754219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3470551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ン測定器も
しくは測定装置もまた例えば米国特許第4104088
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。周囲をわずらわ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
年存在しているのもかかわらず、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“Staub−Reinhalt−Luft、Vol.32、No.11”
におけるScheidweiler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つてイオン化用
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つて測定室内
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・ｅを持つ確率はクーロン（Coulomb）エ
ネルギーp²e²／2R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 となる。ここでn_R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乗平均値²は ²＝RkT (2) 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、ほ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。流動
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流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
負のイオンが正のイオンより約20％高い固着係数
（coefficient of fixation）を持つ故に零とわず
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つ
て高い流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／cm³）、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ゾルは長時間の後
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つて保持する。

「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。本発明による火気検出器
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だ
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が、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
測定することによつて保証される。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電を
生じさせるには低すぎるが少なくとも100ボル
ト／センチメータの値を有するので比較的小さい
ながらも電気増幅器や小さな検電器によつて測定
可能である。

電極間の距離は10ミリメータ以下であるが１ミ
リメー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
に有効なしや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つた指示
を防止するに十分大きい。さらに、このような電
極間距離によつて、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
じ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とによつても達成され、
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しやへいされ、
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やへい部
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
影響は、補正室を測定電極に対して測定室とほぼ
同じ距離に配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
荷を伴つ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つて
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。この電極の別々の側からの荷電煙の衝
突によつて反対の極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。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測定電極および補正
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、それを通つて空気、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
ことができる。

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つ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けるのが
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。
このとき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
の測定室と外部しやへいを有する本発明による火
気検出器を示す図、第５図は測定電極の別の実施
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、それがベースプレート８に接
続される。支持体７に導電性であつて測定電極１
と副電極２の間で漏れ電流が絶縁素子上を流れな
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−接地されてい
るからである。これは極めて小さい電流に関して
好都合である。電極１と２の間に1000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
流電圧源４の電圧が500ボルトとなる。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）が測定電極１内に電流を誘導し、それが
測定装置３によつて測定される。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しやへい素子５によつて囲ま
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防ぐように、概略
的に例示された煙群３０の正味の電荷により生じ
る偽似静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１１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つて測定室９を通つ
て流れることを可能にする。

第２図はベースプレート８が補正電極として、
測定電極１と副電極２間の距離と等しい距離を保
つてかつ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。ベースプレート８、測定電極１
および副電極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つて流れる気体群はまず最初
にしやへい素子５によつて外方に第１の位置にし
やへいされる。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極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つて
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３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。ベースプレート
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つて行なわれる。電界の分布
が対称になるように両方の副電極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
が測定電極の方に移動し、結果的に誘導電流が測
定装置３において測定されることを意味してい
る。本装置の感度は２つの測定室９と９′の存在
によつて増大する。さらに、本装置の対称性の故
に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によつてしやへい素子５に
留めつけられている。第２の副電極２のみならず
測定電極１はボルト状絶縁性素子１３ａ，１３ｂ
によつて共に留めつけられている。絶縁性素子１
３ａ，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１の間
の漏れ電流を防ぐことを可能にする。底面薄板２
ａを有する副電極２の円柱構造はもう１方の副電
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つて流れる荷電煙粒
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が円筒形であつてかつ
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しやへい素子
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。しやへい素子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。
従つ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内で予め分離される。
これは粒子の大きさに従つて選択的であり、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によつて共に接続され
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。