JP2002090334A

JP2002090334A - 一酸化炭素の検知装置

Info

Publication number: JP2002090334A
Application number: JP2000279658A
Authority: JP
Inventors: Takashi Niwa; 孝丹羽; Masao Maki; 正雄牧; Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takahiro Umeda; 孝裕梅田; Makoto Shibuya; 誠澁谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】電池電源から長時間にわたって電力供給を可
能にすることによって、取付け場所を制限されないよう
にする。【解決手段】一定温度に加熱されることにより、一酸
化炭素を検出する能力を有し検出濃度を電圧で出力する
一酸化炭素検出部７、一酸化炭素検出部に近接設置した
ヒータ５とヒータ５への通電を制御するリレー接点１２
とを備え、一酸化炭素濃度が低い時には、ヒータ５への
通電を間歇的に行ない、高い時にはヒータ５への通電を
連続的に行なう。これによって、精度良く一酸化炭素を
検知することができると共に、消費電力を低減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一酸化炭素センサの
検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の一酸化炭素センサの検知
装置の構成としては、例えば、特開２０００−９７９０
４号公報に記載されているようなものがあった。図７は
前記公報に記載された従来の一酸化炭素センサの検知装
置を示すものである。

【０００３】図７において１は固体電解質板、２、３は
電極、４は一酸化炭素酸化触媒層、５はヒータ、８は増
幅器である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の構成では、固体電解質板１、一酸化炭素酸化触媒層４
を加熱し、一酸化炭素検出能を発揮させるためのヒータ
５は連続通電して温度を一定に保ち、連続的に出力され
る電極２、３間の電圧を増幅する構成であるので、ヒー
タ５に連続通電を行なっていた。その結果、連続的に出
力される電圧を常時検出しているので、一酸化炭素濃度
の増加をすばやく検出することができた。しかしヒータ
５で消費される電力は、周囲の雰囲気温度を上げるのに
無駄に消費されている。したがって消費電力が大きくな
り、家庭用の商用電源から電力を供給しなければなら
ず、一酸化炭素センサの検出装置の取付け場所が商用電
源が設置されている場所に制限されるという課題を有し
ていた。

【０００５】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、電力消費の少ない一酸化炭素センサの検知装置を提
供し、電力を電池から長時間供給することを可能にする
ことによって、取付け場所の制限をなくすることを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の一酸化炭素センサの検知装置は、一
酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部、一酸化炭素検出
部を加熱する発熱体と、発熱体に電力を供給する電源
と、発熱体の温度を制御する制御手段と、この制御手段
と一酸化炭素検出部からの出力電圧を増幅電圧増幅部
と、電圧増幅部の出力電圧により一酸化炭素検出濃度が
一定濃度以下であることを検出した時は、発熱体へ間歇
通電し、一定濃度以上であることを検出した時は発熱体
に連続通電する発熱体制御手段を有するようにしたもの
である。

【０００７】これによって、一酸化炭素濃度が上昇した
時は、連続的に濃度を検出して安全性を確保し、一酸化
炭素濃度が低い時は、一酸化炭素の検知装置のうち、最
も電力を消費する発熱体の消費電力が間歇的な加熱を行
なうことにより低減され、消費電力が小さくなり、電池
での長時間の駆動が可能となり、取付け場所の制限もな
くすることが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、一定温
度に加熱されることにより、一酸化炭素を検出する能力
を有し検出濃度を電圧で出力する一酸化炭素検出部、一
酸化炭素検出部に近接設置した発熱体と、発熱体に電力
を供給する電源と、発熱体の温度制御手段と一酸化炭素
検出部からの出力電圧を増幅して出力する電圧増幅部と
増幅電圧処理部と、前記電圧増幅部の出力電圧より一酸
化炭素検出濃度が一定濃度以下であることを検出した
時、発熱体へ間歇通電し、一定濃度以上であることを検
出した時は発熱体に連続通電する発熱体制御手段を有す
るからなる構成とすることによって、一酸化炭素濃度が
低い時は、発熱体を間歇的に加熱することによって発熱
体の消費電力が低減され、一酸化炭素濃度が高くなった
場合は、発熱体を連続加熱することにより、一酸化炭素
濃度が低い時は消費電力が小さくなり、電池での長時間
の駆動が可能となり、取付け場所の制限もなくすること
が可能となる。また一酸化炭素濃度が高くなった場合
は、発熱体を連続加熱して一酸化炭素を連続検出するこ
とによって安全性を損なうこともない。

【０００９】また請求項２に記載の発明は、電圧増幅部
の出力電圧に応じて発熱体への間歇通電周期を変更する
構成としたすることにより、一酸化炭素濃度の上昇に応
じて精度良く一酸化炭素の検知を行なうものである。

【００１０】また請求項３に記載の発明は、信号入力と
接点出力が電気的に絶縁され光信号で接点が駆動される
フォトモスリレーで構成したものであり、機械的接点式
リレーに比して、高速で接点の開閉が可能となるととも
に、信号入力と接点が絶縁され、光信号で駆動されるの
で、駆動時に装置の誤動作につながる雑音電圧の発生
や、接点の融着に伴う回路不良を防止できる。また低消
費電力であるので、回路全体の電力の低減をも図ること
ができる。

【００１１】また請求項４に記載の発明は、発熱体に電
力を供給する電源は、連続通電時と間歇通電時で電圧を
切換える電圧変更手段を有する構成としたものであり、
連続通電時、間歇通電時の発熱体の温度をほぼ同じに制
御することにより、加熱による検出感度の差をなくし、
精度良く、一酸化炭素の検出を行なうものである。

【００１２】また請求項５に記載の発明は、増幅電圧処
理部は増幅電圧が一定値以上になった時、出力信号を保
持し、出力する構成とするものであり、検出信号に応じ
た警報などの信号を出力することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１４】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おける一酸化炭素の検知装置の構成図である。

【００１５】図１において、１は４００℃〜５００℃の
高温下で酸素イオン導電性を有する固体電解質板で、そ
の表面には一対の電極２、３を設置し、これらの電極
２、３は、エレクトロンビーム蒸着またはスパッタリン
グまたは厚膜印刷法により形成されている。電極は通常
白金電極が用いられる。

【００１６】また、４は一酸化炭素の酸化触媒を含浸保
持した一酸化炭素酸化触媒層（図は一部分切り欠いて描
いている）で、通気性を有し、電極２を覆っている。そ
して、５はセラミック板６の表面に蒸着もしくは印刷に
よって形成されたヒータであり、固体電解質板１および
一酸化炭素酸化触媒層４を加熱して一酸化炭素センサと
して動作させる。固体電解質板１とセラミック板６と一
酸化炭素酸化触媒層４によって一酸化炭素検出部７を構
成しているものである。

【００１７】８は電極２、３間の電圧を増幅して出力す
る増幅器、９はヒータ５の温度を制御する温度制御手
段、１０は増幅器８の出力が入力される増幅電圧処理部
である。１１は温度制御手段９により、開閉されるリレ
ー接点１２を介してヒータ５に電圧を印加する加熱用電
源である。また増幅器電圧処理部１０の出力はリレー接
点１２を制御するよう構成されている。

【００１８】以上のように構成された一酸化炭素の検知
装置について、以下その動作、作用を説明する。

【００１９】図２は電極間出力と一酸化炭素濃度の関係
を示す図である。温度が低過ぎると出力は大きいが、検
出に時間がかかり、また一酸化炭素ガスの電極２、３表
面への吸着が起こり、一酸化炭素センサとしての動作が
保証されない。温度が高くなると、出力は小さくなる
が、一酸化炭素ガスの電極２、３表面への吸着は起こら
ず、感度は良くなる。従って温度を検出し、最適な温度
の下での電極２、３間出力を検出する必要がある。

【００２０】まず上記の構成による一酸化炭素検出の作
用を説明する。一定温度に加熱されると、一酸化炭素酸
化触媒層４を通過した一酸化炭素ガスは、一酸化炭素酸
化触媒層４を通過する時に酸化されて電極２には到達し
ない。従って、固体電解質板１中の電極２の近傍では式
（１）で示される反応によって電極２に吸着された酸素
原子がイオン化される。

【００２１】Ｏ＋２ｅ^-→Ｏ^2- 式（１）一方、電極３の近傍では式（１）で示される反応に加え
て、一酸化炭素ガスが到達して来るので式（２）で示さ
れる反応も起きている。

【００２２】ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ２＋２ｅ^- 式（２）そして、固体電解質板１の電極２と３の近傍での反応の
差によって電極２、３間に電位差が発生する。すなわち
一酸化炭素の濃度に応じて電位差が変化し、一酸化炭素
センサとして動作する。

【００２３】ヒータ５は式（１）、式（２）の反応が安
定して起こるように、固体電解質板１、一酸化炭素酸化
触媒層４を一定の温度に加熱するための熱源である。

【００２４】増幅器８出力が小さい時は増幅電圧処理部
１０の出力でリレー接点１２を開閉制御することによっ
てヒータ５に加熱用電源１１の電圧を間歇的に供給す
る。

【００２５】増幅器８出力が大きくなると、温度制御手
段９はヒータ５の温度を検出し、式（１）及び式（２）
の反応が起こる温度に連続して保持するようにリレー接
点１２を開閉制御する。

【００２６】以上のように本実施例においては、検出す
る一酸化炭素の濃度が小さい時はヒータ５に間歇的に電
圧を供給する構成によって、消費電力を小さく押さえる
ことが出来る。例をあげると９０秒電圧供給、１０秒供
給停止の動作を繰り返すと、時間平均で、連続駆動の時
の１／１０の消費電力で済むことになる。従って、一酸
化炭素の検知装置の駆動用に市販の乾電池などを採用
し、長期間の一酸化炭素の検知動作を行なうことがこと
が可能となる。

【００２７】また、検出する一酸化炭素の濃度が大きく
なった時はヒータ５に連続的に電圧を供給する構成によ
って、一酸化炭素の検出精度を向上させることができ
る。

【００２８】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
おける一酸化炭素の検知装置のヒータ５の駆動状態を示
すタイムチャートであり、（ａ）は５０ppm以下の低濃
度一酸化炭素の検出状態、（ｂ）は５０から２５０ppm
程度の中濃度一酸化炭素の検出状態、（ｃ）は２５０pp
m以上の高濃度一酸化炭素の検出状態を示している。図
１において、増幅器８の出力が入力された増幅電圧処理
部１０の出力によってリレー接点１２を制御することに
よって、間歇通電の周期を変更している。

【００２９】以上のように、本実施例においては、一酸
化炭素の濃度に応じて発熱体の加熱周期を変更すること
によって、低濃度検出時には消費電力を低減し、一酸化
炭素濃度が高くなった時は、連続検出することにより、
精度良く一酸化炭素濃度の検出を行なうことが可能とな
る。ヒータ５通電時のノイズ電圧が電極間に悪影響を与
えるのを避けることが出来、精度良く一酸化炭素濃度の
検出を行なうことが可能となる。

【００３０】（実施例３）図４は実施例３の一酸化炭素
の検知装置の構成図である。

【００３１】発熱体の温度制御手段９の出力で制御され
る間歇加熱をフォトモスリレー１４で実現した例であ
る。温度制御手段９と増幅電圧制御手段１０の出力信号
を信号入力１５に入力され、ＬＥＤ１６が光を発し、フ
ォトトランジスタ１７が光を受けてＯＮすることにより
導通するものである。以上の構成によると、入力側と接
点側は電気的に高い絶縁性を保つことが出来、ノイズ電
圧レベルが低減され、一酸化炭素検知精度を一層高める
ことができる。

【００３２】（実施例４）図５は実施例４の一酸化炭素
の検知装置の構成図である。実施例４と実施例１の異な
る点は、ヒータ５の電源を間歇的に加熱する加熱用電源
１１に加えて連続加熱する連続加熱電源１８を設置した
ところにある。ヒータ５を間歇加熱する時には、短時間
で温度を立ち上げねばならないので電圧の高い加熱用電
源１１を使用し、ヒータ５を連続加熱する時には連続加
熱用電源１８よりヒータ５に電圧を供給する。以上の構
成により、加熱状況に応じて最適なヒータ５の加熱が実
現される。

【００３３】（実施例５）図６は実施例５の一酸化炭素
の検知装置の構成図である。増幅電圧処理部１０は増幅
器８の出力信号を入力し、保持、出力するものである。
以上の構成により、ブザー１９、ランプ２０などの警報
出力を発することが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１から５に記載の
発明によれば、一酸化炭素の濃度が高い時は、発熱体の
連続駆動によって、検知の確実性を高め、一酸化炭素の
濃度が低い時は、電力消費の少ない一酸化炭素センサの
制御装置を提供し、電力を電池から長時間供給すること
を可能にすることによって、取付け場所の制限をなくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１、２における一酸化炭素の検
知装置の構成図

【図２】同装置における電極間出力と一酸化炭素濃度の
関係を示す特性図

【図３】（ａ）本発明の実施例２における一酸化炭素の
検知装置による検知濃度が低濃度の場合のヒータの駆動
状態を示す図（ｂ）同装置による検知濃度が中濃度の場合のヒータの
駆動状態を示す図（ｃ）同装置による検知濃度が高濃度の場合のヒータの
駆動状態を示す図

【図４】本発明の実施例３における一酸化炭素の検知装
置の構成図

【図５】本発明の実施例４における一酸化炭素の検知装
置の構成図

【図６】本発明の実施例５における一酸化炭素の検知装
置の構成図

【図７】従来の一酸化炭素の検知装置の構成図

【符号の説明】

１固体電解質板２、３電極４一酸化炭素酸化触媒層５ヒータ６セラミック板７一酸化炭素検知部８増幅器９温度検知手段１０増幅電圧処理部１１加熱用電源１２リレー接点１４フォトモスリレー１８連続加熱用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇野克彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鶴田邦弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者梅田孝裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者澁谷誠大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC03 BD04 BE12 BE22 BF05 BF07 BJ02 BL08 BL19 BM04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出部
と、この一酸化炭素検出部を加熱する発熱体と、この発
熱体に電力を供給する電源と、前記発熱体の温度を制御
する制御手段と、この制御手段と前記一酸化炭素検出部
からの出力電圧を増幅する電圧増幅部と、前記電圧増幅
部の出力電圧により一酸化炭素検出濃度があらかじめ定
められた所定濃度以下であることを検出した場合は、前
記発熱体へ間歇通電し、前記所定濃度以上であることを
検出した場合は前記発熱体に連続通電する一酸化炭素の
検知装置。
【請求項２】制御手段は、電圧増幅部の出力電圧に応
じて発熱体への間歇通電周期を変更する請求項１記載の
一酸化炭素の検知装置。
【請求項３】制御手段の発熱体への電圧印加は、信号
入力と接点出力が電気的に絶縁され光信号で接点が駆動
されるフォトモスリレーで行う請求項１記載の一酸化炭
素の検知装置。
【請求項４】発熱体に電力を供給する電源は、連続通
電時と間歇通電時とで電圧を切換える請求項１記載の一
酸化炭素の検知装置。
【請求項５】増幅部からの信号を処理する増幅電圧処
理部を設け、前記増幅電圧処理部は増幅電圧が一定値以
上になった場合、発熱体の加熱信号を出力する請求項１
記載の一酸化炭素の検知装置。