(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧を出力するための第１の端子と第２の電圧を出力するための第２の端子とを備えた第１の端子台、及び第１の電圧を出力するための第３の端子と第２の電圧を出力するための第４の端子とを備えた第２の端子台と、
前記第１の端子と前記第３の端子を相互に連結する＋線路、及び前記第２の端子と前記第４の端子を相互に連結する−線路と、
閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は、災害発生の危険性がある危険区域内に配置され、ループ形状の残りの部分は、前記危険区域以外の安全区域に配置された第１のループ線路、及び前記第１のループ線路と同じ形で互いに平行に配置される第２のループ線路と、
前記＋線路から分岐して前記第１のループ線路に連結された第１の連結線路、及び前記−線路から分岐して前記第２のループ線路に連結された第２の連結線路と、
前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路に設置されて、前記第１のループ線路と前記第２のループ線路の短絡が検知された場合に前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路をそれぞれ断線させるバリアと、
前記危険区域内で前記第１のループ線路と前記第２のループ線路に連結され、第１の電圧の供給を受けて動作しながら、周囲の環境を検知して検知情報を生成し、また、第１の電圧を復調して、所定の呼び出し情報を受信すると、第２の電圧を変調して前記検知情報を送信する検知器と、
第１の電圧に前記検知器を指定する前記呼び出し情報を変調させて出力するとともに、第２の電圧から、前記検知器から送信される前記検知情報を復調するように前記第１及び第２の端子台を同時に制御して、復調された前記検知情報に対応して火災及びガス検知警報処理を実行するＣＰＵとを含む双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【請求項２】
前記検知器は、火災検知器、温度検知器、煙検知器、ガス検知器、開閉検知器、動き検知器、手動操作スイッチ、爆発検知器、炎検知器のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【請求項３】
前記第１のループ線路が分岐して結合される＋ＶＤＤ端子と、前記第２のループ線路を切断し、切断された一側が結合される−ＩＮ端子と、切断された他側が結合される−ＯＵＴ端子と、前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されると、前記−ＩＮ端子と前記−ＯＵＴ端子を相互に連結（ｓｈｏｒｔ）させ、もし前記＋ＶＤＤ端子だけに第１の電圧が印加されるとともに前記−ＯＵＴ端子にも第１の電圧が印加されると、前記−ＯＵＴ端子を前記−ＩＮ端子と隔離（ｏｐｅｎ）させる駆動回路部を含むアイソレータ回路をさらに含む請求項１又は２に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【請求項４】
前記アイソレータ回路の前記駆動回路部は、
前記−ＯＵＴ端子にアノードが結合された第１のダイオードと、
前記−ＩＮ端子にアノードが結合され、前記第１のダイオードとカソード同士が結合された第２のダイオードと、
前記第１及び第２のダイオードのそれぞれカソードにそれぞれ一端が結合された第１の抵抗及び第２の抵抗と、
ベースには第１の抵抗の他端が結合され、エミッターは＋ＶＤＤ端子に結合された第１のスイッチング素子と、
前記−ＯＵＴ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第２のスイッチング素子と、
前記−ＩＮ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第３のスイッチング素子と、
一端は前記第１のスイッチング素子のコレクタに結合され、他端は前記第２のスイッチング素子のゲートと前記第３のスイッチング素子のゲートに共通に結合された第３の抵抗とを備えることを特徴とする請求項３に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【請求項５】
前記第１のスイッチング素子はＰＮＰトランジスタであり、
前記第２及び第３のスイッチング素子はＮチャネルＦＥＴであることを特徴とする請求項４に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システムに関するものであって、さらに詳しくは、災害発生の危険が相対的に高い危険区域に設置された検知器への電力供給及び電力線を介した双方向通信機能が、災害発生時にも維持されるように実現された双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶の内外部、プラントや建物の内外部のような大規模な空間の火災発生とガス漏れ検知対策として、煙の発生を検知する煙検知器、周囲の温度を検知するための温度検知器、火炎の発生を検知するための火炎検知器などを複数設置し、各検知器の動作に応じて火災やガス漏れの発生を検知することができるようにするシステムが構成されて適用されている。
【０００３】
このようなシステムの一例として、韓国登録特許１３１１９５０号（２０１３.９.１７.）（名称：双方向通信ループを有する火災及びガス検知システム）（以下、従来技術という）が開示されている。
【０００４】
上記従来技術では、動作電圧とデジタル呼び出し信号を送信する（＋）ラインと（＋）ラインと平行に配列される（−）ラインとを含む通信ループと、通信ループに接続されており、デジタル呼び出し信号を分析して自分が呼び出された時点で測定値を電流信号として送信する火災検知器と、ループＡ端子とループＢ端子とを備え、動作電圧とデジタル呼び出し信号を（＋）ラインに送信し、火災検知器によって出力された電流信号を（−）ラインから受信するインターフェースユニットと、インターフェースユニットと連結されており、デジタル呼び出し信号を提供し、呼び出した火災検知器からの測定値を受信して、予め入力されたプログラムに従った処理を実行するメインコントロールパネルとを含む双方向通信ループを有する火災及びガス検知システムを開始する。
【０００５】
しかし、このように双方向通信ループを利用する場合において、災害発生の危険性が高い危険区域に対しては、双方向通信ではなく、単一の線路を利用して検知器を並列に配置し、単方向通信を構成している。このような単方向通信を使用すると、実際に危険区域内で火災が発生したりガスが漏れて検知されている状況で、（＋）ラインと（−）ラインが熱や火炎によって溶けてくっついて短絡（short）される場合には、線路を介した電力供給や電力線通信機能が麻痺されてしまう。
【０００６】
したがって、（＋）ライン又は（−）ラインの断線（open）に対応できる従来技術のようなシステムだけでなく、（＋）ラインと（−）ラインの短絡に対応できる新しい技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
（特許文献１） 韓国登録特許１３１１９５０号（２０１３.９.１７.）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述したような問題や要求に対応するためのものであって、災害発生の危険性が高い危険区域内に設置された電力線通信機能が実現された火災及びガス検知システムにおいて、（＋）電圧が印加される線路と（−）電圧が印加される線路がそれぞれ断線したり互いに短絡した場合でも、火災及びガス検知システムの機能が最大限に維持されるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するための本発明に係る双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システムは、第１の電圧を出力するための第１の端子と第２の電圧を出力するための第２の端子とを備えた第１の端子台、及び第１の電圧を出力するための第３の端子と第２の電圧を出力するための第４の端子とを備えた第２の端子台と、前記第１の端子と前記第３の端子を相互に連結する＋線路、及び前記第２の端子と前記第４の端子を相互に連結する−線路と、閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は、災害発生の危険性がある危険区域内に配置され、ループ形状の残りの部分は、前記危険区域以外の安全区域に配置された第１のループ線路、及び前記第１のループ線路と同じ形で互いに平行に配置される第２のループ線路と、前記＋線路から分岐して前記第１のループ線路に連結された第１の連結線路、及び前記−線路から分岐して前記第２のループ線路に連結された第２の連結線路と、前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路に設置されて、前記第１のループ線路と前記第２のループ線路の短絡が検知された場合に前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路をそれぞれ断線させるバリアと、前記危険区域内で前記第１のループ線路と前記第２のループ線路に連結され、第１の電圧の供給を受けて動作しながら、周囲の環境を検知して検知情報を生成し、また、第１の電圧を復調して、所定の呼び出し情報を受信すると、第２の電圧を変調して前記検知情報を送信する検知器と、第１の電圧に前記検知器を指定する前記呼び出し情報を変調させて出力するとともに、第２の電圧から、前記検知器から送信される前記検知情報を復調するように前記第１及び第２の端子台を同時に制御して、復調された前記検知情報に対応して火災及びガス検知警報処理を実行するＣＰＵとを含む。
【００１０】
ここで、前記検知器は、火災検知器、温度検知器、煙検知器、ガス検知器、開閉検知器、動き検知器、手動操作スイッチ、爆発検知器、炎検知器のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００１１】
また、前記第１のループ線路が分岐して結合される＋ＶＤＤ端子と、前記第２のループ線路を切断し、切断された一側が結合される−ＩＮ端子と、切断された他側が結合される−ＯＵＴ端子と、前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されると、前記−ＩＮ端子と前記−ＯＵＴ端子を相互に連結（ｓｈｏｒｔ）させ、もし前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されるとともに前記−ＯＵＴ端子にも第１の電圧が印加されると、前記−ＯＵＴ端子を前記−ＩＮ端子と隔離（ｏｐｅｎ）させる駆動回路部を含むアイソレータ回路をさらに含むことができる。
【００１２】
また、前記アイソレータ回路の前記駆動回路部は、前記−ＯＵＴ端子にアノードが結合された第１のダイオードと、前記−ＩＮ端子にアノードが結合され、前記第１のダイオードとカソード同士が結合された第２のダイオードと、前記第１及び第２のダイオードのそれぞれカソードにそれぞれ一端が結合された第１の抵抗及び第２の抵抗と、ベースには第１の抵抗の他端が結合され、エミッターは＋ＶＤＤ端子に結合された第１のスイッチング素子と、前記−ＯＵＴ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第２のスイッチング素子と、前記−ＩＮ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第３のスイッチング素子と、一端は前記第１のスイッチング素子のコレクタに結合され、他端は前記第２のスイッチング素子のゲートと前記第３のスイッチング素子のゲートに共通に結合された第３の抵抗とを備える。
【００１３】
また、前記第１のスイッチング素子はＰＮＰトランジスタであり、前記第２及び第３のスイッチング素子はＮチャネルＦＥＴである。
【００１４】
上述した目的を達成するための他の実施例に係る双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システムは、閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は、災害発生の危険性がある危険区域内に配置され、ループ形状の残りの部分は、前記危険区域以外の安全区域に配置された互いに平行した第１のループ線路及び第２のループ線路と、前記安全区域の前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路に結合されて前記第１のループ線路に第１の電圧を印加し、前記第１のループ線路と前記第２のループ線路の短絡が検知された場合に前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路との結合を解除するバリアと、前記危険区域内で前記第１のループ線路の第１の電圧の供給を受けて動作しながら、周囲の環境を検知して検知情報を生成し、また、第１の電圧を復調して、所定の呼び出し情報を受信すると、前記第２のループ線路の第２の電圧を変調して前記検知情報を送信する検知器と、前記バリアに結合されて、第１の電圧に前記検知器を指定する前記呼び出し情報を変調させて出力するとともに、第２の電圧から、前記検知器から送信される前記検知情報を復調し、復調された前記検知情報に対応して火災及びガス検知警報処理を実行するＣＰＵとを含む。
【００１５】
前記システムは、前記第１のループ線路が分岐して結合される＋ＶＤＤ端子と、前記第２のループ線路を切断し、切断された一側が結合される−ＩＮ端子と、切断された他側が結合される−ＯＵＴ端子と、前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されると、前記−ＩＮ端子と前記−ＯＵＴ端子を相互に連結（ｓｈｏｒｔ）させ、もし前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されるとともに前記−ＯＵＴ端子にも第１の電圧が印加されると、前記−ＯＵＴ端子を前記−ＩＮ端子と隔離（ｏｐｅｎ）させる駆動回路部を含むアイソレータ回路をさらに含み、前記検知器は、前記アイソレータ回路を介して前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路に連結される。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような構成からなる本発明に係る双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システムによれば、危険区域内に配置された＋側の電圧（第１の電圧）が印加される線路（第１の線路又は第１のループ線路）と−側の電圧（第２の電圧）が印加される線路（第２の線路又は第２のループ線路）が断線したり、互いに短絡される場合でも、電力供給及び電力線通信機能が最大限維持されることができ、信頼性の高い双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムを提供することができる。
【００１７】
すなわち、危険区域内の線路をループ状に構成することにより、線路の断線に対応することができ、アイソレータ回路を適用することにより、線路の短絡に対応することができるようになる。
さらに、危険区域に設置される線路を追加のアイソレータ回路を介して隔離させることができるように実現することにより、当該危険区域で線路に異常が生じた場合に、当該区域の検知システムを安全に隔離させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムの構成形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システムの構成を説明する概念図である。
【図３】本発明で提供するアイソレータ回路の基本構成を説明するための図である。
【図４】アイソレータ回路の動作原理を説明するための概念図である。
【図５】アイソレータ回路の内部回路構成を示す図である。
【図６】アイソレータ回路の動作原理を説明するための等価回路図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムの構成を説明する概念図である。
【図８】第２の実施例に係る火災及びガス検知システムにおいて、危険区域内の線路の一部が断線した場合の動作を説明するための図である。
【図９】第２の実施例に係る火災及びガス検知システムにおいて、危険区域内の線路の一部で短絡が発生した場合の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムは、上述した従来技術で開示された双方向通信機能が実現された火災及びガス検知システムをベースとする。したがって、火災及びガス検知システムの動作及び構成原理は上記の従来技術を参照して理解することができる。
【００２０】
まず、図２を参照して、発明の第１の実施例に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムの構成を説明する。図面を参照すると、本発明の第１の実施例に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムは、第１のループ線路１１及び第２のループ線路１２と、端子台３００と、検知器１００と、アイソレータ回路２００と、ＣＰＵ４００とを含んで構成される。また、端子台３００と、第１のループ線路１１及び第２のループ線路１２のそれぞれを連結するための第１の連結線路２１及び第２の連結線路２２、そして、第１の連結線路及び第２の連結線路を端子台３００と断続するバリア２５０をさらに含むことができる。
【００２１】
第１のループ線路１１は、閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は危険区域内に跨るように配置され、ループ形状の残りの一部は、安全区域を通過するように配置される。
【００２２】
第２のループ線路１２は、第１のループ線路１１と同じ形であって、第１のループ線路と平行に構成される線路である。もちろん、第１のループ線路１１と第２のループ線路１２は、ループ形状のすべてが危険区域に配置されるように構成することもできる。
【００２３】
ここで、危険区域とは、所定の空間の中で、火災発生やガス漏れなどの災害が発生する危険性が相対的に高い区域を指すものであって、船舶の場合を例にとると、機関や燃料を収容した空間、爆発性又は揮発性の高い有害物質を収容する空間、火気又は高温を利用する空間などである。特に、国際海上機構では、貨物艙、ペイント貯蔵所、密閉空間も危険区域に規定している。
【００２４】
一方、安全区域とは、危険区域に比べて災害発生の危険性が相対的に低い区域であって、船舶の場合を例にとると、寝室、シャワー室、休憩室、キャビンの外部などである。特に、国際海上機構では、危険区域以外の部分を安全区域に規定している。
【００２５】
端子台３００は、安全区域に設置されて運用され、安全区域に露出された第１のループ線路１１の一側と連結される第１の連結線路２１を介して第１のループ線路１１に対して第１の電圧を印加し、同様に、安全区域に配置された第２のループ線路１２の一側に連結され、第２の連結線路２２を介して第２のループ線路１２からの電流の変動又は電圧（第２の電圧）を検知する。ここで、第１の電圧は、例えば、１７〜２６Ｖの直流電圧（＋ＶＤＤ、又は‘＋電圧’と呼ぶ）であり、第２の電圧は、共通電圧（又は接地電圧、又は特定の電圧値を有する電圧であって‘−電圧’と呼ぶ）である。
【００２６】
端子台３００は、ＣＰＵ４００の制御により、第１の連結線路に第１の電圧を印加することによって検知器１００に動作電力を供給することができ、ＣＰＵ４００が提供する所定の情報（例えば、呼び出し情報）を第１の電圧にロードして検知器１００に送信する（第１の電圧に、送信する情報に対応する追加の電圧波形を加えて出力する）。また、端子台３００は検知器から送信される情報（例えば、検知情報）を受信してＣＰＵに提供することができる。つまり、端子台３００は、第２の連結線路２２を介して電流量を監視し、電流量に示される変動を利用して、検知器から送信される情報を分析する。又は第２の連結線路２２に示される第２の電圧を監視して、電圧変動を検知することもできる。
【００２７】
検知器１００は、主に危険区域内に配置されて、周囲の環境の現在の状態を監視する。検知器１００は、例えば、火災検知器、温度検知器、煙検知器、ガス検知器、開閉検知器、動き検知器、手動操作スイッチ、爆発検知器、炎検知器などであり、各機能に対応する環境の状態を監視し、監視の結果を示すデジタル情報（つまり、検知情報）を生成する。
【００２８】
検知器１００は、第１のループ線路１１から第１の電圧の供給を受け、第２のループ線路１２から第２の電圧の供給を受けて動作する。検知器１００は、電力が供給される間に継続的に監視動作を行い、電力線通信方式で第１の電圧に付加された所定の呼び出し情報を受信すると、第１の電圧による電流を検知情報に該当する波形に合わせて消費する。電流の消費によって電流量の変動が発生し、端子台側からはこの電流量の変動から検知器が送信する情報を獲得できるようになる。そのために、検知器１００は、内部に大きな負荷を有する抵抗を備え、検知情報を通信するための波形に対応して、抵抗への回路連結をオン・オフさせるように構成される。これにより、抵抗で第１の電圧による電流消費が発生し、この消費電流によって第２の電圧の変動が発生するようになり、検知器１００とＣＰＵ４００との電力線通信が処理される。
【００２９】
ここで、各検知器には個々の固有のＩＤが設定される。動作中は継続的に第１のループ線路から印加される第１の電圧を検査し、第１の電圧に追加された電圧を分離する。そして、検知器は自体に設定された固有のＩＤが呼び出されたかを監視する。もし、自体のＩＤが呼び出されたならば、予め設定された特定の周期の間、又は呼び出し情報の受信と同時に、内部の負荷をオン・オフして、第１の電圧を利用して大電流を消費することにより、端子台側で電流の変動が検知されるようにする方式で現在測定した検知情報を送信する。
【００３０】
中央処理装置（ＣＰＵ）４００は、関連する電子回路の動作を制御して端子台３００の動作を制御し、検知器１００に対して第１の電圧及び第２の電圧を印加する。このとき、呼び出し情報を任意の周期の間に第１の電圧にパルス又は追加電圧の形で載せる方式でロード（変調）して出力することができる。一方、別の周期の間に、又は、上記出力と同時に、第２の電圧から電流又は電圧の変動を検知する方式で検知器から送信された検知情報をアンロード（復調）する。受信された検知情報を分析して、現在の検知器周囲の環境状態を判断し、災害が発生したか否かを決定し、結果に対応する警報を発効する処理を行う。
【００３１】
一方、各検知器１００は、アイソレータ回路２００を介して第１のループ線路１１又は第２のループ線路１２と結合される。
【００３２】
アイソレータ回路２００は、第１のループ線路１１と第２のループ線路１２に短絡（short）が発生した場合、アイソレータ回路２００の内部回路を調整して、短絡が発生した地点と連結された線路を断線（open）させる。一方、短絡が発生した地点の両側に配置された２つのアイソレータをすべて断線状態に転換させると、短絡が発生した地点を完全に隔離させることができるようになる。つまり、線路は各アイソレータを末端にして断線されたものと等価回路を構成するようになる。
【００３３】
一般的に、火災及びガス検知システムは、危険区域の線路が断線した場合には、検知器１００に対する電力供給及び電力線通信が維持されるが、線路が短絡された場合には、検知器１００への電力供給がなされないため、検知器の動作が不能状態になる。したがって、本実施例の構成に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムは、アイソレータ回路２００を追加して、線路に短絡が発生した場合には当該部分の両側を断線させることで、システムの動作を保障する。
【００３４】
バリア２５０は、第１の連結線路２１と第２の連結線路２２に配置されて、端子台３００と火災及びガス検知システムの連結を仲介する。
【００３５】
つまり、バリア２５０は、火災及びガス検知システムを構成する線路（特に、第１及び第２のループ線路）の断線又は短絡、検知器の故障による回路の断線又は短絡が発生したときに生じる様々な問題点を端子台３００及びＣＰＵ４００側と遮断させる機能を行う装置である。
【００３６】
特に、バリア２５０は、後段、すなわち、危険区域側の線路で短絡が発生することを検知し、もし、短絡が発生した場合に線路を前段、すなわち、安全区域側の線路と隔離させる。これにより、バリア２５０は、火災検知及びガス検知システムで発生した線路の短絡を線路の断線に処理されるようにする。このようなバリア２５０は、アイソレータ回路を利用して構成することもできる。
【００３７】
一方、本実施例では、危険区域に設置される線路をループ状に構成し、一つ又は複数の検知器（図２では８つ）をループ状の線路に配置している。
【００３８】
このような構成によれば、例えば、４番検知器と５番検知器との間の線路で断線が発生した場合、各検知器には正常に第１の電圧及び第２の電圧が印加される。したがって、火災及びガス検知システムの正常な検知動作及び通信動作が維持される。
【００３９】
すなわち、第１の実施例に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムは、危険区域に配置された第１のループ線路及び第２のループ線路の何れかの地点で断線や短絡が発生した場合でも、正常な動作を保障することができる。
【００４０】
次いで、図３乃至図６を参照して、本発明に適用されるアイソレータ回路の構成及び動作について詳細に説明する。まず、図４は、本発明によって提供されるアイソレータ回路の基本構成を説明するための図面である。
【００４１】
アイソレータ回路２００は、正常状態では、第１の線路（第１のループ線路又は第１の連結線路である）及び第２の線路（第２のループ線路又は第２の連結線路である）の連続性を保障する。また、アイソレータ回路は、線路の短絡が検知された異常状態では、第１の線路及び第２の線路のうち少なくとも一つの線路（特に、第２の線路）を断線させることにより、第１の線路の＋ＶＤＤ電圧（第１の電圧）が第２の線路の−電圧（第２の電圧;図面では−ＶＤＤと表示する）と短絡されることを遮断させるように動作する。
【００４２】
このようなアイソレータ回路２００は、第１の線路から分岐される＋ＶＤＤ端子を備える。また、アイソレータ回路は、第２の線路を切断し、切断された線路の一端が連結される−ＩＮ端子と、切断された線路のもう一つの一端が連結される−ＯＵＴ端子とを備える。
【００４３】
このような構成で、アイソレータ回路２００は、＋ＶＤＤ電圧を利用して駆動することができ、正常状態では、−ＩＮ端子と−ＯＵＴ端子を互いに電気的に連結させることにより、第２の線路の連続性を保障し、異常状態では、−ＯＵＴ端子を＋ＶＤＤ端子及び−ＩＮ端子から隔離させることにより、第２の線路を断線（ＯＰＥＮ）させるように動作することができる。
【００４４】
このような動作は、図４の等価構成図を参照して理解することができるが、−ＯＵＴ端子の線路で短絡が発生した場合に、−ＩＮ端子と−ＯＵＴ端子から線路が断線されたことに処理されるように実現されることを見ることができる。
【００４５】
すなわち、図４（ａ）では、−ＩＮ端子と−ＯＵＴ端子が互いに連結される形になって、第１の線路と第２の線路がそれぞれ連続性が維持されている。したがって、アイソレータ回路の後段に連結された任意の装置では、＋ＶＤＤ電圧と−電圧を利用して動作及び電力線通信を維持することができるようになる。
【００４６】
一方、図４（ｂ）では、アイソレータ回路の後段で線路の短絡が発生し、−ＩＮ端子と−ＯＵＴ端子が隔離された。これにより、アイソレータ回路を基準に線路が断線したのと同じ効果を示すことになる。
【００４７】
図５は、アイソレータ回路の内部回路構成を示す図である。アイソレータ回路は、図に示されたように、−ＯＵＴ端子にアノードが結合された第１のダイオードＤ１と、−ＩＮ端子にアノードが結合され、第１のダイオードＤ１とカソード同士が結合された第２のダイオードＤ２と、第１及び第２のダイオードのカソードに一端がそれぞれ結合された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２と、ベースには第１の抵抗Ｒ１の他端が結合され、エミッタは＋ＶＤＤ端子に結合された第１のスイッチング素子Ｆ1と、−ＯＵＴ端子にドレインが結合され、ソースは第２の抵抗の他端に結合された第２のスイッチング素子Ｆ２と、−ＩＮ端子にドレインが結合され、ソースは第２の抵抗Ｒ２の他端に結合された第３のスイッチング素子Ｆ３と、一端は第１のスイッチング素子Ｆ１のコレクタに結合され、他端は第２のスイッチング素子Ｆ２のゲートと第３のスイッチング素子Ｆ３のゲートに共通に結合された第３の抵抗Ｒ３を備えて構成される。
【００４８】
また、第１のスイッチング素子Ｆ１はＰＮＰトランジスタであり、第２及び第３のスイッチング素子はＮチャネルＦＥＴである。
【００４９】
このような構成のアイソレータ回路の動作原理を説明するための等価回路図は、図６に示すとおりである。
【００５０】
図６（ａ）は、正常状態で動作する場合を示す。まず、＋ＶＤＤ端子に＋ＶＤＤ電圧が印加され、−ＩＮ端子及び−ＯＵＴ端子に、例えば、−電圧が印加される。このとき、（１）スイッチング素子Ｆ３に−電圧が印加され、スイッチング素子（Ｆ３）のソース側のラインが−電圧となる。（２）スイッチング素子（ＴＲ１）のエミッタ側にかかる電圧は、回路を介して抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を経て、弱い電流が流れるようにする。（３）スイッチング素子（ＴＲ１）の回路に弱い電流が流れると、抵抗Ｒ３に電圧がかかるようになる。（４）スイッチング素子Ｆ２とスイッチング素子Ｆ３のゲートにも電圧がかかるようになり、スイッチング素子Ｆ２とスイッチング素子Ｆ３は、オン状態になる。（５）スイッチング素子Ｆ３に印加された−電圧は、オンされているスイッチング素子Ｆ２を介して−ＯＵＴ端子に流れるようになる。
【００５１】
一方、図６（ｂ）は、−ＯＵＴ端子から＋ＶＤＤ電圧が検知された場合、すなわち、第１の線路と第２の線路が短絡された異常状態でのアイソレータ回路の作用を説明する。（１）＋ＶＤＤ電圧が印加される第１の線路と−電圧が連結された第２の線路が短絡されると、ダイオードＤ１を介して短絡された電圧、すなわち、＋ＶＤＤ電圧が印加される。（２）抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子（ＴＲ１）に＋ＶＤＤ電圧が印加され、スイッチング素子（ＴＲ１）のエミッタを介しては電流が流れなくなる。（３）したがって、抵抗Ｒ３に電流が流れなくなり、電圧が印加されないため、スイッチング素子Ｆ２はオフ状態になる。（４）−電圧が−ＩＮ端子から−ＯＵＴ端子に流れないようになるので、−ＯＵＴ端子は、−ＩＮ端子と隔離される効果を示す。もちろん、−ＯＵＴ端子は＋ＶＤＤ端子とも直接連結されているものではなく、両端子も互いに隔離された状態である。
【００５２】
このような回路構成で実現される本発明の一実施例に係るアイソレータ回路２００によれば、アイソレータ回路を第１の線路と第２の線路で構成された電力供給線に並列に連結させて配置することで、アイソレータ回路の後段（つまり、端子台からの−電圧が−ＩＮ端子に連結される場合、−ＯＵＴ端子側の線路である）で、第１の線路と第２の線路の短絡が発生した場合に、−ＩＮ端子と−ＯＵＴ端子との連結を解除して線路が断線したことと同様に動作するように実現することができる。これにより、電力供給線路が短絡された場合でも、双方向通信機能が維持されるようになる。
【００５３】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施例に係る双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムの構成を説明する。
【００５４】
まず、従来技術を参照して、＋線路３１と−線路３２が互いに連結された第１の端子台３１０と第２の端子台３２０を備えて、両側の端子台で第１の電圧を同時に出力し、両側の端子台で同時に第２の電圧を監視して電力線通信を行うようにすることができる。これにより、＋線路３１と−線路３２が断線する場合が発生しても、連結された複数の検知器が正常に動作することができるようにされた双方向通信機能を実現した第１の火災及びガス検知システムが準備される。
【００５５】
また、上記した第１の実施例のように、一部のループが危険区域内を通過するように配置され、ループの残りの一部は、安全区域に配置されて閉ループを完成する第１のループ線路１１及び第２のループ線路１２を配置し、ここに複数の検知器１００が設けられた第２の火災及びガス検知システムを準備する。
【００５６】
そして、第１の火災及びガス検知システムの＋線路３１の一側と安全区域に配置される第２の火災及びガス検知システムの第１のループ線路１１を連結する第１の連結線路２１と、−線路３２の一側と安全区域に配置される第２のループ線路１２を連結する第２の連結線路２２を構成する。
【００５７】
このとき、第１の連結線路２１と第２の連結線路２２の中間には、第１の火災及びガス検知システムと第２の火災及びガス検知システムの連結を仲介するバリア２５０を配置する。バリア２５０は、第２の火災及びガス検知システムで線路の断線や短絡、検知器の故障に伴う回路の断線又は短絡が発生したときに生じる様々な問題点を遮断させ、第２の火災及びガス検知システムを第１の火災及びガス検知システムと隔離させる機能を行う装置である。
【００５８】
特に、バリア２５０は、後段、すなわち、危険区域側の線路で線路の短絡が発生することを検知し、もし、短絡が発生した場合に線路を隔離させる。これにより、バリア２５０は、第2の火災及びガス検知システムで線路の短絡を線路の断線に処理されるようにする。
【００５９】
一方、一般的な安全区域での検知器のための電源は、１７〜２８Ｖと定義することができる。しかし、危険区域では、線路の断線又は短絡時に発生するスパークや過熱を防止するために、１４〜２４Ｖの相対的な低電圧を使用するように規定されている。
【００６０】
したがって、バリア２５０は、第１の火災及びガス検知システムの＋線路と  −線路から供給される１７〜２８Ｖの電力を、第２の火災及びガス検知システムで使用する１４〜２４Ｖの電力に変換する機能を備えることができる。
【００６１】
また、バリア２５０は、プロトコル変換機能も含むことができる。つまり、第１の検知システムでは、例えば５〜９Ｖの振幅を有する信号を利用して電力線通信を行うように設計され、このような信号は、防爆などの理由で危険区域の第２の検知システムに適用されることが制限される可能性がある。この場合には、バリアで第１の検知システムの線路で送信する５〜９Ｖの振幅を有する電力線通信プロトコルを、危険区域に適用することができる電圧範囲の振幅を有する安全な信号に変換しなければならない。
【００６２】
このような構成の双方向通信機能を有する火災及びガス検知システムによれば、危険区域に配置されたそれぞれの検知器が各自のアイソレーション回路により線路の断線や短絡から保護されるだけでなく、危険区域全体の複数の検知器がバリアによって保護される。つまり、第１のループ線路と第２のループ線路が短絡されたとき、この線路に連結された検知器が損傷する状況を防止することができる。
【００６３】
また、危険区域で線路の複数の場所で断線や短絡が発生したり、複数の検知器が故障した場合に、最終的にバリアＢが危険区域の線路を隔離させることができるので、このような危険区域に跨る線路の複数の場所で発生した故障状況が安全区域の火災及びガス検知システムに影響を与えることを最小限に抑えることができるようになる。
【００６４】
図８は、第２の実施例に係る火災及びガス検知システムにおいて、危険区域内の線路の一部が断線した場合の動作を説明するための図面である。図面に示すように、４番検知器と５番検知器の間の線路が断線されても、１番乃至４番検知器は第１のループ線路１１の上部線路Ａを介して、また５番乃至８番検知器は下部線路Ｂを介して＋ＶＤＤ電圧と−電圧の提供を双方向から受けることができる。もちろん、＋ＶＤＤ電圧による呼び出し情報受信と−電圧による電流変動に伴う検知情報送信の電力線通信機能も有効である。
【００６５】
図９は、第２の実施例に係る火災及びガス検知システムにおいて、危険区域内の線路の一部で短絡が発生した場合の動作を説明するための図面である。例えば、図１０（ａ）のように４番検知器と５番検知器の間で第１のループ線路１１と第２のループ線路１２が短絡された場合、４番検知器のアイソレータ回路と５番検知器のアイソレータ回路がそれぞれ第２のループ線路１２を隔離させる。これにより、線路は、図１０（ｂ）に示すように、４番検知器と５番検知器の間で断線したものと見られる。したがって、線路が断線されたので、電力の供給及び電力線通信は維持されるようになる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
〔１〕
第１の電圧を出力するための第１の端子と第２の電圧を出力するための第２の端子とを備えた第１の端子台、及び第１の電圧を出力するための第３の端子と第２の電圧を出力するための第４の端子とを備えた第２の端子台と、
前記第１の端子と前記第３の端子を相互に連結する＋線路、及び前記第２の端子と前記第４の端子を相互に連結する−線路と、
閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は、災害発生の危険性がある危険区域内に配置され、ループ形状の残りの部分は、前記危険区域以外の安全区域に配置された第１のループ線路、及び前記第１のループ線路と同じ形で互いに平行に配置される第２のループ線路と、
前記＋線路から分岐して前記第１のループ線路に連結された第１の連結線路、及び前記−線路から分岐して前記第２のループ線路に連結された第２の連結線路と、
前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路に設置されて、前記第１のループ線路と前記第２のループ線路の短絡が検知された場合に前記第１の連結線路及び前記第２の連結線路をそれぞれ断線させるバリアと、
前記危険区域内で前記第１のループ線路と前記第２のループ線路に連結され、第１の電圧の供給を受けて動作しながら、周囲の環境を検知して検知情報を生成し、また、第１の電圧を復調して、所定の呼び出し情報を受信すると、第２の電圧を変調して前記検知情報を送信する検知器と、
第１の電圧に前記検知器を指定する前記呼び出し情報を変調させて出力するとともに、第２の電圧から、前記検知器から送信される前記検知情報を復調するように前記第１及び第２の端子台を同時に制御して、復調された前記検知情報に対応して火災及びガス検知警報処理を実行するＣＰＵとを含む双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔２〕
前記検知器は、火災検知器、温度検知器、煙検知器、ガス検知器、開閉検知器、動き検知器、手動操作スイッチ、爆発検知器、炎検知器のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする〔１〕に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔３〕
前記第１のループ線路が分岐して結合される＋ＶＤＤ端子と、前記第２のループ線路を切断し、切断された一側が結合される−ＩＮ端子と、切断された他側が結合される−ＯＵＴ端子と、前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されると、前記−ＩＮ端子と前記−ＯＵＴ端子を相互に連結（ｓｈｏｒｔ）させ、もし前記＋ＶＤＤ端子だけに第１の電圧が印加されるとともに前記−ＯＵＴ端子にも第１の電圧が印加されると、前記−ＯＵＴ端子を前記−ＩＮ端子と隔離（ｏｐｅｎ）させる駆動回路部を含むアイソレータ回路をさらに含む〔１〕又は〔２〕に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔４〕
前記アイソレータ回路の前記駆動回路部は、
前記−ＯＵＴ端子にアノードが結合された第１のダイオードと、
前記−ＩＮ端子にアノードが結合され、前記第１のダイオードとカソード同士が結合された第２のダイオードと、
前記第１及び第２のダイオードのそれぞれカソードにそれぞれ一端が結合された第１の抵抗及び第２の抵抗と、
ベースには第１の抵抗の他端が結合され、エミッターは＋ＶＤＤ端子に結合された第１のスイッチング素子と、
前記−ＯＵＴ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第２のスイッチング素子と、
前記−ＩＮ端子にドレインが結合され、ソースは前記第２の抵抗の他端に結合された第３のスイッチング素子と、
一端は前記第１のスイッチング素子のコレクタに結合され、他端は前記第２のスイッチング素子のゲートと前記第３のスイッチング素子のゲートに共通に結合された第３の抵抗とを備えることを特徴とする〔３〕に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔５〕
前記第１のスイッチング素子はＰＮＰトランジスタであり、
前記第２及び第３のスイッチング素子はＮチャネルＦＥＴであることを特徴とする〔４〕に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔６〕
閉ループ状からなる線路であって、ループ形状の一部は、災害発生の危険性がある危険区域内に配置され、ループ形状の残りの部分は、前記危険区域以外の安全区域に配置された互いに平行した第１のループ線路及び第２のループ線路と、
前記安全区域の前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路に結合されて前記第１のループ線路に第１の電圧を印加し、前記第１のループ線路と前記第２のループ線路の短絡が検知された場合に前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路との結合を解除するバリアと、
前記危険区域内で前記第１のループ線路の第１の電圧の供給を受けて動作しながら、周囲の環境を検知して検知情報を生成し、また、第１の電圧を復調して、所定の呼び出し情報を受信すると、前記第２のループ線路の第２の電圧を変調して前記検知情報を送信する検知器と、
前記バリアに結合されて、第１の電圧に前記検知器を指定する前記呼び出し情報を変調させて出力するとともに、第２の電圧から、前記検知器から送信される前記検知情報を復調し、復調された前記検知情報に対応して火災及びガス検知警報処理を実行するＣＰＵとを含む双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
〔７〕
前記第１のループ線路が分岐して結合される＋ＶＤＤ端子と、前記第２のループ線路を切断し、切断された一側が結合される−ＩＮ端子と、切断された他側が結合される−ＯＵＴ端子と、前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されると、前記−ＩＮ端子と前記−ＯＵＴ端子を相互に連結（ｓｈｏｒｔ）させ、もし前記＋ＶＤＤ端子に第１の電圧が印加されるとともに前記−ＯＵＴ端子にも第１の電圧が印加されると、前記−ＯＵＴ端子を前記−ＩＮ端子と隔離（ｏｐｅｎ）させる駆動回路部を含むアイソレータ回路をさらに含み、
前記検知器は、前記アイソレータ回路を介して前記第１のループ線路及び前記第２のループ線路に連結される〔６〕に記載の双方向通信機能を有する危険区域内取付用の火災及びガス検知システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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