煙探知機

光電式、または光学式煙感知器は、赤外線、可視光、または紫外線の光源（通常は白熱電球または発光ダイオード（LED））、レンズ、および光電受光器（通常はフォトダイオード）を備えています。スポット型感知器では、これらのコンポーネントすべてが、煙が存在する場合は煙を含む周囲の空気を取り込むチャンバー内に配置されています。アトリウムや講堂などの広い開放空間では、ユニット内部にチャンバーを設ける代わりに、光ビーム式または投影ビーム式の煙感知器が使用されます。壁掛け式のユニットは赤外線または紫外線のビームを発射し、それは別のデバイスで受信および処理されるか、反射板によって受光器に反射されます。一部のタイプ、特に光ビーム式では、光源から放出された光が検査対象の空気中を通過して光センサーに到達します。受信される光の強度は、煙の微粒子、空気中の塵、またはその他の物質による散乱によって減少します。回路は光強度を検出し、煙が原因である可能性のある特定の閾値を下回ると警報を生成します。^{[ 16 ]}

他のタイプ、特にチャンバータイプでは、光源はセンサーから離れた方向に向けられており、粒子がない場合は反射光を検出しません。しかし、チャンバー内の空気に粒子（煙や塵）が含まれると、光が散乱し、その一部がセンサーに反射されてアラームが作動します。^{[ 16 ]}

全米防火協会（NFPA）によると、「光電式煙感知器は、長時間くすぶり続ける火災に対して一般的に反応が良い」とのことです。カリフォルニア州パロアルト市が引用したテキサスA&M大学とNFPAの研究では、「光電式警報器は、急速に拡大する火災に対してはイオン化式警報器よりも反応が遅いが、実験室および現場での試験では、光電式煙感知器はあらゆる種類の火災に対して十分な警告を提供し、居住者によって作動が停止される可能性がはるかに低いことが示されている」と述べられています。^{[ 17 ]}

光電式火災報知器はくすぶり火災の検知に非常に効果的で、炎を伴う火災からも十分な保護を提供しますが、火災安全の専門家やNFPA（米国防火協会）は、熱と煙の両方を検知する、あるいはイオン化式（下記参照）と光電式の両方による煙検知方式を採用した複合型火災報知器の設置を推奨しています。複合型火災報知器の中には、一酸化炭素検知機能を備えているものもあります。

光源の種類と感度、光電センサーの種類、および煙室の種類は、メーカーによって異なります。

イオン化式煙感知器は、通常アメリシウム241などの放射性同位体を使用して空気をイオン化し、煙による変化を検出して警報を発します。イオン化式感知器は、光学式感知器よりも火災の燃焼段階に感度が高く、一方、光学式感知器は、初期のくすぶり段階の火災に感度が高いです。^{[ 18 ]}

煙探知器には、空気に開放された電離箱と、粒子が侵入しない基準として閉じられた電離箱の 2 つの電離箱があります。放射性物質は両方の電離箱にアルファ粒子を放出し、空気分子の一部を電離します。電離箱内の電極間には電位差(電圧)があり、イオンの電荷によって電流が流れます。両方の電離箱の電流は、空気圧、温度、および放射性物質の減少の影響を等しく受けるため、同じであるはずです。煙粒子が開放された電離箱に入ると、一部のイオンが粒子に付着し、その電離箱で電流を運ぶことができなくなります。電子回路は開放された電離箱と密閉された電離箱の間の電流の差を検出し、警報を鳴らします。^{[ 19 ]}この回路は、電源供給またはバックアップ電源として使用されるバッテリーも監視します。電力が枯渇に近づくと、断続的な警告音を発します。ユーザーが操作するテストボタンは、電離室間の不均衡をシミュレートし、電源、電子回路、および警報装置が正常に機能している場合にのみ警報音を発します。電離式煙感知器の消費電流は非常に低いため、小型バッテリーを単独またはバックアップ電源として使用すれば、外部配線なしで何年も電力を供給できます。

イオン化式煙感知器は、通常、光学式感知器よりも製造コストが低い。イオン化式感知器は、光電式感知器よりも、危険でない事象によって誤報が発生しやすい可能性がある^{[ 20 ] [ 21 ]。}また、一般的な住宅火災への反応もはるかに遅い。「くすぶり試験では、最初の警報までの平均時間は、イオン化式警報器で2489秒±1324秒、光電式警報器で1927秒±1065秒であった。」^{[ 22 ] [ 23 ]}

放射線

アメリシウム241は半減期432.6年のアルファ線放出核種です。 ^{[ 25 ]}アルファ線は、ベータ線（電子線）やガンマ線（電磁波）とは異なり、2つの理由で使用されます。アルファ粒子は検出可能な電流を生成するのに十分な量の空気を電離できること、そして透過力が低いため、空気や煙探知機のプラスチック製の筐体によって安全に遮断されることです。アルファ崩壊中、^241はアメリシウムはガンマ線を放出しますが、エネルギーが低いため、人体への被ばくに大きく寄与するものとは考えられていません。^{[注1 ] [注2 ] [注3 ]}

電離式煙感知器に含まれる元素アメリシウム241の量は、より大きな放射性物質に適用される規制の対象外となるほど少量である。煙感知器には、放射性元素アメリシウム241（²⁴¹ ）が約37 kBq （1,000 nCi ）含まれている。  約 0.3  μg の同位体に相当するAm )。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}これにより、煙を検出するのに十分なイオン電流が得られ、装置外への放射線レベルは非常に低くなります。ロシア製の煙探知機の中には、特に RID-6m ^{[ 28 ]や IDF-1m モデルなど、一般的な241 の}代わりに少量のプルトニウム^{[ 29 ]を含むものがあります。原子炉級239}の形態のAm線源円筒状のアルミナ表面に二酸化チタンと混合したプルトニウム。 ^{[ 30 ] [ 31 ]}

電離式煙感知器に含まれるアメリシウム241の量は、重大な放射線被ばくの危険性をもたらすものではありません。^{[ 32 ]}アメリシウムが警報器の遮蔽された電離室内に残されている場合、室内がアルファ線に対する遮蔽物として機能するため、放射線リスクはごくわずかです。人が密閉された室内を開けてアメリシウムを摂取または吸入しない限り、被ばく線量は自然放射線と同程度にはなりません。正常に作動している電離式煙感知器への被ばくによる放射線リスクは、自然放射線よりもはるかに小さいです。

光電式検出器とイオン化式検出器は、火災によって発生する煙の種類によって性能が異なる。

シーメンスとカナダ火災警報協会のプレゼンテーションによると、イオン化検出器は、目に見えないほど小さな粒子による初期段階の火災、0.01～0.4ミクロンの小さな粒子による急速に燃え広がる火災、および黒または暗い煙を検出するのに最適である一方、より新しい光電検出器は、0.4～10.0ミクロンの大きな粒子によるゆっくりとくすぶる火災、および明るい色の白/灰色の煙を検出するのに最適であると報告されています。^{[ 36 ]}

光電式煙感知器は、初期のくすぶり段階の火災に素早く反応します。^{[ 37 ]}くすぶり段階の火災から出る煙は、通常、0.3～10.0μmの大きな燃焼粒子で構成されています。イオン化式煙感知器は、火災の燃焼段階に素早く反応します（通常30～60秒）。燃焼段階の火災から出る煙は、通常、0.01～0.3μmの微細な燃焼粒子で構成されています。また、イオン化式検出器は、気流の強い環境では反応が弱くなります。^{[ 37 ]}  

フランスを含む一部のヨーロッパ諸国^{[ 38 ]}、および米国の一部の州や自治体は、他の技術と比較して信頼性が十分ではないという懸念から、家庭用イオン化式煙感知器の使用を禁止している^{[ 39 ]} 。イオン化式煙感知器が唯一の感知器であった場合、初期段階の火災が効果的に検出されないことがある。

2006年6月、オーストラリアとニュージーランドのすべての消防署を代表する最高機関であるオーストララシア消防・緊急サービス当局協議会（AFAC）は、「住宅における煙感知器に関する立場」という公式報告書を発表しました。第3.0項には、「イオン化式煙感知器は、くすぶり火から居住者が避難できるよう、間に合うように作動しない可能性がある」と記載されています。^{[ 40 ]}

2008年8月、国際消防士協会（IAFF）は光電式煙感知器の使用を推奨する決議を採択し、光電式警報器への変更は「市民と消防士の人命損失を大幅に減少させる」と述べた。^{[ 41 ]}

2011年5月、オーストラリア防火協会（FPAA）は煙感知器に関する公式見解として、「オーストラリア防火協会は、すべての住宅建物に光電式煙感知器を設置すべきであると考えている」と述べた。^{[ 42 ]}同年12月、オーストラリアボランティア消防士協会は、イオン化式と光電式の技術の間に大きな性能差があることを示す研究を引用し、世界防火安全財団の報告書「イオン化式煙感知器は致命的である」を発表した。^{[ 43 ]}

2013年11月、オハイオ州消防署長協会（OFCA）は、オハイオ州の住宅における光電式煙感知器の使用を支持する立場表明書を発表しました。OFCAの立場表明書には、「公共の安全のため、また煙や火災の致命的な影響から人々を守るため、オハイオ州消防署長協会は、新築時および古い煙感知器の交換時または新しい煙感知器の購入時に、光電式煙感知器の使用を推奨します」と記載されています。^{[ 44 ]}

2014 年 6 月、北東オハイオ防火協会 (NEOFPA) による住宅用煙感知器のテストがABC のGood Morning America番組で放送されました。NEOFPA のテストでは、イオン化式煙感知器が火災の初期のくすぶり段階では作動しないことが示されました。^{[ 45 ]}イオン化式と光電式の複合型煙感知器は、単独の光電式煙感知器よりも平均 20 分以上遅れて作動しませんでした。これは、2006 年 6 月のオーストラリア消防・緊急サービス当局協議会の公式見解と、2008 年 10 月の国際消防士協会(IAFF) の公式見解を裏付けるものでした。AFAC と IAFF はともに光電式煙感知器を推奨していますが、イオン化式と光電式の複合型煙感知器は推奨していません。^{[ 46 ]}

EN 54に準拠した火災試験によると、CO₂開放火災による煙は通常、微粒子よりも先に検出できます。 ^{[ 47 ]}検出器の種類によって検出能力のレベルが異なるため、メーカーは誤報を排除し、実際の火災への対応時間を改善するために、個別の信号を相互参照するマルチ基準デバイスを設計しました。 ^{[ 37 ]}遮蔽は感度を指定する標準的な方法となっている測定単位です。遮蔽とは、煙が光強度を低下させる効果であり、単位長さあたりの吸収率で表されます。 ^{[ 36 ]}煙の濃度が高いほど、遮蔽レベルが高くなります。

一酸化炭素センサーは、ガスヒーターやガスコンロなどの燃焼器具がある場所で換気不良により蓄積される可能性のある致命的な濃度の一酸化炭素を検出します。ただし、器具の外側で制御不能な火災が発生していない場合でも検出されます。^{[ 49 ]}

高濃度の二酸化炭素（CO₂）₂）火災の兆候である可能性があり、二酸化炭素センサーCO2濃度を測定するためによく使用されます。₂これは望ましくなく有害である可能性はあるものの、火災の兆候ではない。このタイプのセンサーは、はるかに高いレベルのCOを検知して警告するためにも使用できる。₂火災によって発生する。一部のメーカーは、COCO ₂レベルは最も速い火災検知器です。イオン化式や光学式検出器とは異なり、アルコールやガソリンを燃料とする火災など、煙を発生させない火災も検知できます。₂検出器は粒子による誤報の影響を受けにくいため、粉塵や汚れた環境での使用に特に適しています。 ^{[ 47 ]}

家庭用煙探知器には、電池が唯一の電源として、またはバックアップ電源として使用されます。主電源で動作する探知器には、バックアップとして使い捨て電池または充電式電池があります。純粋に電池で動作する探知器は、通常、1～2年ごとに交換する必要のある9ボルトの使い捨て電池、または約10年間持続する交換不可能なリチウム電池を使用します。つまり、電池が少なくなると探知器を交換する必要があります。^{[ 55 ]}アルカリ電池の少なくとも2倍長持ちする、ユーザーが交換可能な使い捨て9ボルトリチウム電池も煙探知器用に販売されています。

電池が切れると、電池のみの煙感知器は作動しなくなります。ほとんどの煙感知器は、電池の残量が少なくなると繰り返しピーピーと鳴ります。多くの家庭で電池式の煙感知器の電池が切れていることが判明しています。英国では、煙感知器の30%以上が電池切れまたは電池が取り外されていると推定されています。これを受けて、交換可能な電池を使用している場合は、煙感知器の電池を定期的に交換するように人々に促すための広報キャンペーンが作成されました。たとえば、オーストラリアでは、毎年エイプリルフールに煙感知器の電池を交換するようにという広報キャンペーンが行われています。 ^{[ 56 ]}サマータイムを使用している地域では、時計を変更するときや誕生日に電池を交換するように人々に促すキャンペーンが行われる場合があります。

米国防火協会（NFPA）は、住宅所有者に対し、煙感知器の電池を少なくとも年に1回、または電池がチリチリと音を立て始めたら（電池の出力が低下していることを示す信号）にはそれよりも早く交換することを推奨しています。また、電池はテストに不合格になった場合も交換する必要があります。NFPAは、アラームの「テスト」ボタンを押して、少なくとも月に1回テストを実施することを推奨しています。^{[ 57 ]}

2004年のNISTの報告書では、「イオン化式または光電式の煙感知器は、ほとんどの住宅火災から居住者が避難するのに十分な時間を提供した」と結論付けられ、「以前の調査結果と一致して、イオン化式警報器は光電式警報器よりも炎を伴う火災に対してやや優れた応答を示し（57～62秒速い応答）、光電式警報器は（多くの場合）イオン化式警報器よりもくすぶり火災に対してかなり速い応答を示した（47～53分速い応答）」と結論付けられている。^{[ 21 ]}

定期的な清掃は、ほこりや虫の蓄積による誤報を防ぐことができます。特に光電式警報器はこれらの要因の影響を受けやすいため、定期的な清掃が重要です。家庭用煙感知器の清掃には掃除機を使用して、有害なほこりを取り除くことができます。光電式検出器は、調理の煙が発生するキッチンの近くなどの場所では誤報の影響を受けにくくなっています。^{[ 58 ]}

2001年5月31日の夜、ニューヨーク州ロッテルダムのビル・ハッカートとその娘クリスティンは、自宅が火事になり、ファーストアラート社製のイオン化式煙感知器が作動しなかったために亡くなった。^{[ 59 ]}火災の原因は、ソファの後ろの擦り切れた電気コードで、数時間くすぶり続け、その後家全体が炎と煙に包まれた。^{[ 59 ]}イオン化式煙感知器は設計上の欠陥があることが判明し、2006年にニューヨーク州北部地区連邦地方裁判所の陪審は、ファーストアラート社とその当時の親会社であるBRKブランズ社に数百万ドルの損害賠償責任があると判断した。^{[ 59 ]}

米国では、煙感知器の必要数と設置場所に関する州および地方の法律のほとんどが、 NFPA 72、国家火災警報および信号コードで定められた基準に基づいています。^{[ 60 ]}煙感知器の設置に関する法律は地域によって異なります。ただし、既存の住宅に関するいくつかの規則とガイドラインは、先進国全体で比較的一貫しています。たとえば、カナダとオーストラリアでは、建物のすべての階に正常に作動する煙感知器を設置することが義務付けられています。前述の米国のNFPAコードでは、居住可能なすべての階とすべての寝室の周辺に煙感知器を設置することが義務付けられています。居住可能な階には、アクセスできる高さの屋根裏部屋も含まれます。^{[ 60 ]}他の多くの国でも同様の要件があります。

新築の場合、最低要件は通常より厳格です。たとえば、すべての煙感知器は電気配線に直接接続され、相互接続され、バッテリーバックアップを備えている必要があります。さらに、通常、煙感知器は地域の条例に応じて、各寝室の内側または外側のいずれかに設置する必要があります。外側の煙感知器は、火災が寝室で発生しない限り、火災をより早く検知しますが、警報音は小さくなり、一部の人を起こしてしまう可能性があります。一部の地域では、階段、主要な廊下、ガレージにも煙感知器の設置が義務付けられています。^{[ 61 ]}

12個以上の検知器を配線または無線で接続することで、いずれかの検知器が煙を検知すると、ネットワーク内のすべての検知器で警報が鳴り、居住者が離れた場所で煙を検知した場合でも、警報が届く可能性が高まります。配線による相互接続は、既存の建物よりも新築の建物においてより実用的です。

英国では、新築建物への煙感知器の設置は、英国規格BS5839 pt6に準拠する必要があります。BS 5839: Pt.6: 2004では、3階建て以下（1階あたり200平方メートル未満）の新築建物には、グレードD、LD2システムを設置することを推奨しています。イングランド、ウェールズ、スコットランドの建築基準では、BS 5839: Pt.6に従うことを推奨していますが、最低限グレードD、LD3システムを設置する必要があります。北アイルランドの建築基準では、グレードD、LD2システムを設置する必要があり、煙感知器は避難経路とメインのリビングルームに、熱感知器はキッチンに設置する必要があります。この基準では、すべての検出器に主電源とバッテリーバックアップがあることも要求されています。^{[ 62 ]}

「従来型」という言葉は、新しいアドレス指定可能なシステムで制御ユニットと通信する方法を区別するために使われる俗語です。^{[ 63 ]}いわゆる「従来型検出器」は、古い相互接続システムで使用される煙検出器で、動作原理は電気スイッチに似ています。^{[ 63 ]}これらの検出器は信号経路に並列に接続されており、煙やその他の同様の環境刺激が検出器に十分影響を与えると、接続されている検出器によって回路経路が閉じられることを示すために電流の流れが監視されます。^{[ 63 ]}その結果生じる電流の増加（または完全な短絡）は、煙の存在の確認として制御ユニットによって解釈および処理され、火災警報信号が生成されます。^{[ 63 ]}従来型のシステムでは、煙検出器は通常、各ゾーンで一緒に配線され、1 つの火災警報制御盤が通常、建物の異なるエリアに対応するように配置できる複数のゾーンを監視します。^{[ 63 ]}火災が発生した場合、制御盤は警報を発している検出器が含まれているゾーンを特定できます。しかし、どの検出器が警報状態にあるかを特定することはできません。^{[ 63 ]}

アドレス指定可能なシステムでは、各検出器に個別の番号またはアドレスが割り当てられます。^{[ 63 ]}アドレス指定可能なシステムでは、複数の検出器を同じゾーンに接続しながら、警報の正確な位置をFACP上にプロットできます。^{[ 63 ]}一部のシステムでは、建物内のすべての検出器の位置を示す建物のグラフィック表示がFACPの画面に表示されますが、^{[ 63 ]}他のシステムでは、警報を発している検出器のアドレスと位置が単純に表示されます。^{[ 63 ]}

アドレス指定可能なシステムは、通常、従来のアドレス指定不可能なシステムよりも高価であり、^{[ 65 ]}特定のエリアの煙の量を判断できるカスタム感度レベル（昼夜モードと呼ばれることもあります）や、煙感知器の検出機能のさまざまな故障を判断できる FACP からの汚染検出など、追加のオプションを提供します。^{[ 63 ]}検出器が汚染されるのは、通常、建物の暖房および空調システムによって循環される大気中の微粒子が検出器内に蓄積された結果です。その他の原因としては、大工仕事、研磨、塗装、火災時の煙などがあります。^{[ 66 ]}パネルを相互接続して、複数の建物にある多数の検出器を監視することもできます。^{[ 63 ]}これは、病院、大学、リゾート、その他の大規模なセンターや施設で最も一般的に使用されています。^{[ 63 ]}

火災検知製品は、欧州連合（EU）加盟国で納入および設置されるすべての製品に義務付けられている欧州規格EN 54火災検知および火災警報システムに準拠しています。EN 54パート7は煙感知器の規格です。欧州規格は、EU加盟国における商品の自由な移動を可能にするために開発されています。EN 54は世界中で広く認知されています。各機器のEN 54認証は毎年発行されなければなりません。^{[ 67 ] [ 68 ]}

米国では、家庭用煙感知器の最初の規格が 1967 年に制定されました。^{[ 10 ]} 1969 年に、USAEC は住宅所有者が免許なしで煙感知器を使用することを許可しました。^{[ 6 ]} 1976 年に米国防火協会 (NFPA) が可決したライフセーフティコード( NFPA 101) は、初めて住宅に煙感知器を義務付けました。 ^{[ 10 ]} UL 217の煙感知器の感度要件は、誤報に対する感受性を低減するために 1985 年に修正されました。^{[ 10 ]} 1988 年に、 BOCA、ICBO、およびSBCCIモデル建築コードでは、煙感知器を相互接続し、すべての寝室に設置することを義務付け始めました。^{[ 10 ]} 1989 年に、NFPA 74 は初めてすべての新築住宅に煙感知器を相互接続することを義務付け、1993 年に NFPA 72 は初めてすべての寝室に煙感知器を設置することを義務付けました。^{[ 10 ]} NFPAは1999年に煙感知器を10年後に交換することを義務付け始めました。^{[ 10 ]} 1999年にUnderwriters Laboratory（UL）は煙感知器のラベル表示要件を変更し、すべての煙感知器に平易な英語で製造日を記載する必要があるようにしました。

2013年6月、世界防火安全財団の報告書「オーストラリアと米国の煙感知器の基準は信頼できるか？」が、オーストラリアボランティア消防士協会の公式雑誌に掲載された。この報告書は、イオン化式煙感知器の科学的試験を実施する際に米国とオーストラリアの政府機関が使用する試験基準の妥当性に疑問を投げかけている。^{[ 72 ]}