煙探知器
背景
煙探知器は、建物内の煙の存在を感知し、居住者に警告する装置であり、煙の吸入や火傷に屈する前に、火災から逃れることができます。家に少なくとも1つの煙探知器を装備すると、住民が火事で死亡する可能性が半分になります。 1992年に R＆D Magazine の読者 「私たちの生活を変えた30の製品」の1つとして家庭用煙警報器を選択しました。煙探知器は、1970年代初頭に広く利用可能になり、手頃な価格になりました。その日付以前は、家での火災による死亡者数は平均して年間10,000人でしたが、1990年代初頭までに、その数は年間6,000人未満に減少しました。
現在、2つの基本的なタイプの煙探知器が住宅用に製造されています。光電式煙探知器は、光ビームを使用して煙を検索します。煙の粒子がビームを曇らせると、光電セルが光強度の低下を感知してアラームをトリガーします。このタイプの検出器は、比較的大量の煙を放出するくすぶっている火に最も迅速に反応します。
電離箱煙探知器（ICSD）として知られている2番目のタイプの煙探知器は、ほとんど煙を出さない炎のような火をより速く感知します。放射性物質を使用して、検知チャンバー内の空気をイオン化します。煙の存在は、一対の電極間のイオンの流れに影響を与え、アラームをトリガーします。アメリカの家庭の煙探知器の80〜90％がこのタイプです。ほとんどの住宅モデルは9ボルトのバッテリーで動作する自己完結型のユニットですが、国の一部の地域の建設コードでは、停電に備えてバッテリーのバックアップを使用して、家の配線に接続する新しい家に設置する必要があります。 。
典型的なICSD放射線源は、空気分子から電子を取り除くアルファ粒子を放出し、正の酸素イオンと窒素イオンを生成します。その過程で、電子は他の空気分子に付着し、負の酸素イオンと窒素イオンを形成します。検知チャンバー内の2つの反対に帯電した電極は、正イオンと負イオンを引き付け、電極間の空間に小さな電流を流します。煙の粒子がチャンバーに入ると、それらはイオンの一部を引き付け、電流の流れを妨害します。同様の参照チャンバーは、煙の粒子が入らないように構成されています。煙探知器は、検知チャンバー内の電流の流れを参照チャンバー内の流れと常に比較します。大きな違いが生じると、アラームがトリガーされます。
歴史
これらの救命器具の開発は、スイスの物理学者であるErmstMeiliが鉱山の可燃性ガスを検出できる電離箱装置を考案した1939年に始まりました。真のブレークスルーは、検出メカニズムによって生成された小さな電子信号をアラームをアクティブにするのに十分な強度に増幅できる冷陰極管のメイリの発明でした。
電離箱煙探知器は1951年以来米国で利用可能ですが、高価であったため、当初は工場、倉庫、公共の建物でのみ使用されていました。 1971年までに、住宅用ICSDが市販されました。それらは検出器あたり約125ドルの費用がかかり、年間数十万の割合で販売されています。
今後5年間で多くの新しい技術開発が行われ、検出器のコストが80％削減され、1976年には800万、1977年には1200万に売り上げが増加しました。この時点で、ソリッドステート回路が以前の冷陰極に取って代わりました。陰極管、検出器のサイズとそのコストを大幅に削減します。よりエネルギー効率の高い警報ホーンを含む設計の改良により、以前は必要とされていた入手困難な特殊バッテリーではなく、一般的に入手可能なサイズのバッテリーを使用できるようになりました。回路の改善により、電圧の低下とバッテリーの内部抵抗の蓄積の両方を監視できるようになりました。どちらも、電源を交換するための信号をトリガーします。新世代の検出器は、少量の放射線源物質でも機能する可能性があり、検知チャンバーと煙検出器エンクロージャーは、より効果的な操作のために再設計されました。
原材料
ICSD煙探知器は、ポリ塩化ビニルまたはポリスチレンプラスチック製のハウジング、小さな電子警報ホーン、プリント回路基板で構成されています。 さまざまな電子部品、および検出チャンバーと参照チャンバーを備えており、それぞれに一対の電極と放射線源材料が含まれています。
放射性同位元素であるアメリシウム241（Am-241）は、1970年代後半からICSDの好ましい原料となっています。非常に安定しており、半減期は458年です。それは通常、金で処理され、金と銀のホイルで密封されます。
製造
プロセス
煙探知器の製造は、2つの主要なステップで構成されています。 1つは、Am-241を、検知チャンバーと参照チャンバーに取り付けることができるフォーム（通常はフォイル）に加工することです。もう1つは、ICSD全体の組み立てであり、個々のコンポーネントのすべてから開始するか、放射線源材料の製造元から入手したプレハブの検知および参照チャンバーから開始します。以下の説明はすべてのステップをカバーしていますが、一部は異なるメーカーによって行われる場合があります。組み立てプロセスのいくつかの段階でのテストと検査により、信頼できる製品が保証されます。
放射線源
- 1プロセスは化合物AmO 2 から始まります 、Am-241の酸化物。この物質は金と完全に混合され、練炭に成形され、1470°F（800°C）以上の圧力と熱によって溶融されます。ブリケットには銀の裏地と金または金合金の表紙が施され、熱間鍛造で密封されています。次に、ブリケットは冷間圧延のいくつかの段階を経て処理され、所望の厚さと放射線放出のレベルを達成します。最終的な厚さは約0.008インチ（0.2 mm）で、金のカバーが厚さの約1パーセントに相当します。得られたホイルストリップは、幅が約0.8インチ（20 mm）で、長さが39インチ（1メートル）のセクションにカットされます。
- 2つの円形ICSDソース要素がフォイルストリップから打ち抜かれています。直径約0.2インチ（5 mm）の各ディスクは、金属製のホルダーに取り付けられています。ホルダーの薄い金属リムをロールオーバーして、ディスクの周りのカットエッジを完全にシールします。
センシングチャンバーとリファレンスチャンバー
- 3ソース材料の1つのディスクが検知チャンバーに取り付けられ、もう1つのディスクが隣接する参照チャンバーに取り付けられます。電極は両方のチャンバーに取り付けられ、チャンバーの底から突き出ている外部リードに接続されています。
回路基板
- 4プリント回路基板は、コンポーネントのリード線に穴を開け、背面に銅のトレースを配置して電流の経路を形成することにより、設計回路図から作成されます。組立ラインでは、さまざまな電子部品（ダイオード、コンデンサ、抵抗など）がボードの適切な穴に挿入されます。ボードの裏側に伸びるリード線はトリミングされています。
- 5プリント回路基板には、検出室、基準室、警報ホーンが設置されています。
- 6次に、ボードはウェーブはんだ付け機を通過し、電子部品を所定の位置にはんだ付けします。
住宅
- 7プラスチック製のハウジングは、取り付けベースとカバーで構成されています。両方とも、粉末プラスチックと成形顔料を混合し、加熱し、加圧下で型に押し込み、次に冷却して最終部品を形成する射出成形プロセスによって製造されます。
最終組み立て
- 8回路基板はプラスチック製の取り付けベースに取り付けられています。テストボタンが取り付けられているため、家庭に設置した後、デバイスを定期的にテストできます。ベースに取り付けブラケットを追加し、カバーを追加して組み立てを完了します。
- 9煙探知器は、電池と取扱説明書とともに段ボール箱に梱包されています。
新しい開発
最近のいくつかの開発により、煙探知器がさらに効果的になる可能性があります。たとえば、あるモデルでは、ストロボライトアラームを使用して、聴覚障害者に危険を警告しています。検出器が別の部屋や廊下にある場合でも、リモートストロボライトを寝室に取り付けることができます。これにより、寝室の外からアラームが鳴ったときに、聴覚障害者が早期に警告できるという同じ利点が得られます。
1993年、Newtron Productsは、建物全体を循環する空気を検査するために、セントラルヒーティングまたは空調システムの標準的なエアフィルターに適合するように従来の煙探知器を再設計しました。煙を検出すると、デバイスはシステムのブロワーを停止して、空気の流れが煙と火の広がりを妨げるのを防ぎます。さらに、それはダクト作業を通して共鳴し、建物のどこでも聞こえる警報を発します。
別の種類の火災探知器は音を利用するかもしれません。米国国立標準技術研究所の建築火災研究所の調査員は、木材、プラスチック、乾式壁などのさまざまな種類の住宅材料を発見しました。 急速な加熱によって膨張するときに識別可能な音を出します。圧電トランスデューサは、材料が実際に燃焼し始める前でも、これらの音を検出できます。これは、建物の壁内の過熱した電気配線によって引き起こされた初期の火災を検出するのに特に役立ちます。
製造プロセス