JP2004038660A - ガス警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化を図りつつ点検作業を容易かつ効率的に行うことができるガス警報器を得る。
【解決手段】通電状態で検知対象ガスに感応して電気的出力が変わる半導体式ガスセンサと、半導体式ガスセンサにパルス通電するパルス通電手段と、パルス通電状態にある半導体式ガスセンサの電気的出力に基づいてガスを検知する検知手段とを備えたガス警報器であって、一度のパルス通電におけるガスの検知に際し、検知対象ガスとは別の点検ガスに対する点検検知を、検知対象ガスに対する本検知のタイミングと異なるタイミングで行う点検検知手段を備えた。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逐次点検を実施する必要のあるガス警報器に関するものであり、さらに詳細には、半導体式ガスセンサにパルス通電して、パルス通電状態にあるセンサの電気的出力に基づいて検知対象ガスを検知するガス警報器の点検技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガス警報器は、使用開始直後や一定期間使用後に、ガス警報器が正常に作動するか否かを点検する必要がある。点検は、ガス警報器に対して実際の検知対象ガスを吹き付けたり、これとは別の点検用のガスを吹き付けることで行う。
【０００３】
例えば、メタンを検知対象ガスとする半導体式ガスセンサを備えた警報器では、点検ガスとしてイソブタンを用いる。メタンを検知するガス検知素子はイソブタンに対しても良く反応することが多く、イソブタンは、一般の使い捨てライター等に利用されていて手軽に利用できるからである。
【０００４】
一定期間後の点検作業では、点検作業員がガス警報器の設置現場に出向き、ガス警報器に備えた半導体式ガスセンサに点検ガスを供給し、警報音を発するか否かを調べる。警報音を発した場合、ガス警報器はガス感度を保持しており正常であると判断される。このように、点検作業員はライターを携行して、ガス警報器の点検を容易に行うことができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス警報器の中には、ガス検知素子に連なるガス流路の前段に活性炭層を備えたものがある。活性炭層は、検出対象ガス以外の不要なガス等を除去するものであるが、この活性炭層は上記イソブタンも吸着する。よって、点検時には、比較的多量の点検ガスを供給する必要がある。しかし、多量の点検ガスを供給すると、前記活性炭層に残存しているイソブタンが、検査終了後しばらくの間センサの側に放出される。このため、検査終了後、速やかにガス検知作業が行えない場合があった。
このように、従来のガス警報器をより効率的に点検するためには、活性炭層に吸着されない適切な点検ガスを選択する必要がある。
【０００６】
一方、従来のガス警報器は、交流電源や、警報器に備えた電池によって動作する。これら警報器は長期に亘って動作させるものであるため、消費電力が少ないほうが好ましい。特に、電池で駆動する警報器では省電力化が強く望まれる。これまでの警報器では、省電力化を図るべく例えばパルス通電方式を採用したものがある。この方式では、ガス検知素子に対する通電を常時行うことなく、所定のインターバルでパルス通電を行う。この通電時にガス検知素子からの電気的出力を検出してガスの有無や濃度等を検出する。
【０００７】
例えば、上記従来のメタン検出用のガス警報器では、一回のパルスの通電時間は数秒間である。当該一回のパルス通電に際して、前記電気的出力の取り込みは、パルス通電の終了間際に行われる。終了間際であれば、ガス検知素子の温度が十分に上昇してメタンガスに対する感度が向上する等、メタンガスの検出をより正確に行えるからである。
【０００８】
しかし、上記のごとく点検ガスとしてメタンガス以外のガスを用いる場合には、そのガス特性が異なる。このため、メタンガスと同じタイミングで電気的出力を取り込むことは必ずしも妥当でないことがわかった。
【０００９】
本発明の目的は、省電力化を図りつつ点検作業を容易かつ効率的に行うことができるガス警報器を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（特徴構成１）
本発明に係るガス警報器は、請求項１に記載したごとく、通電状態で検知対象ガスに感応して電気的出力が変わる半導体式ガスセンサと、前記半導体式ガスセンサにパルス通電するパルス通電手段と、前記パルス通電状態にある前記半導体式ガスセンサの電気的出力に基づいてガスを検知する検知手段とを備えたガス警報器であって、一度のパルス通電におけるガスの検知に際し、前記検知対象ガスとは別の点検ガスに対する点検検知を、前記検知対象ガスに対する本検知のタイミングと異なるタイミングで行う点検検知手段を備えた点に特徴を有する。
【００１１】
（作用効果）
上述のごとく、ガス警報器の点検を容易にかつ効率的に行うには、検知対象ガスとは異なる点検ガスを用いたい場合がある。しかし、ガス警報器に備えたガス検知素子は、所定の検知対象ガスを検知するのに最も適したものを選択している。よって、検知対象ガスとは別の点検ガスを効率よく検知するには、当該点検ガスの特性を考慮して、前記検知対象ガスに対する検知方法とは異なる方法を用いる必要がある。
【００１２】
ガス検知素子として用いている半導体式ガスセンサでは、検知対象ガスをセンサ素子の表面で反応させるべく加熱を行う。本発明は、この加熱に際して、センサ素子の温度上昇の過程で生じる、各種のガスに対する感度変化に注目した。即ち、本発明のガス警報器では、一度のパルス通電におけるガスの検知に際し、前記検知対象ガスとは別の点検ガスに対する点検検知を、前記検知対象ガスに対する本検知のタイミングと異なるタイミングで行える点検検知手段を備えている。
【００１３】
本発明のガス警報器はパルス通電を行う。このとき、通電のＯＮ・ＯＦＦに際して、ガス検知素子の温度は所定の幅で変動する。よって、パルス通電に際して何れかのタイミングを選択することで、点検ガスの検知に適した温度で検知動作を行うことができる。
【００１４】
このように、本構成のガス警報器であれば、利用し易い点検ガスを用いて点検作業を行うことができるから、点検作業を容易に、かつ、効率的に行うことができる。また、当該点検ガスに応じたタイミングで点検検知を行うから、点検結果の信頼性も向上する。
【００１５】
（特徴構成２）
本発明に係るガス警報器においては、請求項２に記載したごとく、前記点検検知を前記本検知よりも早く行うよう前記点検検知手段を構成することができる。
【００１６】
（作用効果）
点検ガスの種類によっては、本ガス警報器に用いるガス検知素子の温度が未だ上昇していない状態で高感度を示すものがある。よって、本構成のごとく、前記点検検知を前記本検知よりも早く行うよう前記点検検知手段を構成することで、一度のパルス通電時間を延長することなく、点検検知を行うことができる。本構成であれば、パルス通電に伴う消費電力が増大せず、省電力のガス警報器を提供することができる。
【００１７】
（特徴構成３）
本発明に係るガス警報器においては、請求項３に記載したごとく、前記点検ガスとして水素ガスを用いるよう前記点検検知手段を構成することができる。
【００１８】
（作用効果）
従来、点検に用いていたイソブタンは、汎用のガスライターに充填されているガスであり、イソブタンを取り出すには、点火せずにガスを取り出せばよかった。このガスライターを用いるという方法は、非常に簡便であり安価である。
一方、前記イソブタンを燃焼させると、水素ガスを含む燃焼ガスが発生する。そこで、本構成のごとく、点検ガスとして水素ガスを用いることとすれば、従来と同様にガスライターを利用した点検作業が可能となる。この結果、点検作業を容易にかつ経済的に行えるガス警報器を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るガス警報器１を、図１乃至図４に基づいて説明する。
【００２０】
（ガス警報器の概要）
本発明に係るガス警報器１は、通電状態で検知対象ガスに感応して電気的出力が変わる半導体式ガスセンサ２と、前記半導体式ガスセンサ２にパルス通電するパルス通電手段５と、パルス通電状態にある前記半導体式ガスセンサ２の電気的出力に基づいてガスを検知する検知手段７とを備えている。
【００２１】
当該半導体式ガスセンサ２は、検知対象ガスとの接触によって電気抵抗が変化する。この変化を捉えることで検知対象ガスを検知するものである。用いる半導体式ガスセンサ２の構成は、検知対象ガスの種類によって変化する。本実施形態では、半導体式ガスセンサ２としてメタン検出用のセンサを備えたものを例にとって説明する。また、その駆動は電池によって行うものを例にとることとする。
【００２２】
ガス警報器１では、半導体式ガスセンサ２（以下、単に「センサ２」と称する）の抵抗値の変化をホイートストンブリッジ等の所定の検出用電気回路３を介して検出する。この検出値を、予め求められている検知対象ガスの濃度等に関するデーター（しきい値）と比較することで検知対象ガスの有無等を検知する。
【００２３】
前記センサ２として用いるメタンセンサは、例えば、特開平１０−１４２１８３号公報に示される可燃性ガス検知素子である。
このセンサ２の概要を図４に示す。このセンサ２は、酸化スズを水に分散・混合させてペースト状にしたものを白金線コイル２ｂに塗布し、乾燥したのち、４００℃で１時間焼成して得た酸化スズ焼結体２ａを用いている。
【００２４】
この酸化スズ焼結体２ａに、硝酸ランタン及び硝酸ジルコニルの混合溶液を所定量を含浸させる。これにより、前記酸化スズ焼結体に、ランタン化合物が酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）換算で０．９ｍｏｌ％、ジルコニウム化合物が酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）換算で１．８ｍｏｌ％含有する感応層２ｃが得られる。この様にして、前記センサ２を作製する。
【００２５】
当該ガス警報器１は電池電源４によって駆動する。このため、省電力を図るべくパルス通電方式を採用している。ガス検知に際しては、その検知タイミング毎に、パルス状の通電を繰り返しながら、通電時にセンサ２の電気的出力を検出し、ガス検知を行う。ガス警報器１は、パルス通電及び随伴のガス検知を、検知対象ガスに対して実行する本検知モードと、点検ガスに対して実行する点検検知モードとの両モードで動作するよう切り替え可能に構成してある。当該切り替えは、ガス警報器１のパネルに設けた切り替えスイッチ９により行う。
【００２６】
（本検知モードと点検検知モード）
図２に、当該ガス警報器によるガス検知モードを示す。左が、点検ガスの検知を行う点検検知モードであり、右が検知対象ガスの検知を行う本検知モードである。ここでは、双方のモードにおける通電態様は共通に設定している。本例では、パルス通電に際しての通電時間（Ｔ０）を２．５秒とし、通電停止時間（ｔｂ）を７．５秒に設定してある。このようなパルス通電はパルス通電手段５によって行う。
【００２７】
一回のパルス通電におけるセンサ出力の取り込みは以下のように行う。
何れのモードにあっても、通電時間は同じ２．５秒である。両者で異なるのは、センサ出力の取り込み時間である。即ち、点検検知モードでは、例えば、通電開始後１秒経過した時までセンサ出力をモニターしておき、１秒経過後のセンサ出力を取り込む。これに対して、本検知モードでは、通電開始後２．５秒が経過するまで、即ち、通電終了までセンサ出力をモニターし、通電終了間際のタイミングでセンサ出力を取り込む。
尚、これらの時間は、センサ２の種類あるいは検知対象ガスの種類などに応じて適宜設定可能である。
【００２８】
このように、本本検知と点検検知とを異なる態様で行うのは主に以下の理由による。
まず、図３には、横軸に時間をとり、縦軸にセンサ出力をとって、センサ出力の変化を示した。このうち図３（イ）は、点検検知モードにおけるセンサ出力の変化の様子を示すものであり、図３（ロ）は、本検知モードにおけるセンサ出力の変化の様子を示すものである。
【００２９】
０時がパルス通電の開始時を示し、２．５ｓｅｃがパルス通電の終了時を示している。破線は、ベース出力、即ち、特定のガスが存在しない空気中でのセンサ出力を示す。実線は、水素５０００ｐｐｍに対するセンサ出力を示す。一点鎖線は、メタン４０００ｐｐｍに対するセンサ出力を示す。さらに、二点鎖線は、通常の点検作業で使用されるイソブタン４５００ｐｐｍに対するセンサ出力を示す。ここに示した濃度の数値は、通常、これらのガスが検出される場合に、よく得られる値である。
【００３０】
図３（イ）に注目すると、半導体式ガスセンサの感応特性は、検知対象であるガスによってタイプを分けることができる。
図３を参考に説明すると、一つは、通電処理の初期立ち上がりｓ１及び出力降下ｓ２を経て、ガス濃度に対応した一定の出力値に安定化する場合である。つまり、一点鎖線のメタン或いは二点鎖線のブタンが該当する。この場合は、通電時間が長いほどセンサ出力が安定する。
【００３１】
もう一つは、初期立ち上がり及び出力降下を経て、比較的短時間に高感度（検知対象ガスの感度度より高い感度を示す時間域）を示しやがて感度が低下する場合である。つまり、実線の水素ガスが該当する。この場合は、センサの温度が十分に上昇する前の極めて短時間の間しか適切なセンサ出力を得ることができない。
【００３２】
図３（イ）から明らかなごとく、通電初期の時間において、点検ガスである水素ガスに対する出力がメタンガスに対する出力に勝っている。前述のごとく、ここでは水素ガスの濃度およびメタンガスの濃度は、ごく一般的な値に設定してある。よって、通電初期の状態では、メタンガスを検知するよりも水素ガスを検知することの方が容易であるといえる。このように、点検ガスに対する出力が検知対象ガスに対する出力よりも高くなる時間域を高感度時間域Ｔｈと呼ぶことにする。当該高感度時間域Ｔｈは、点検ガスとして用いるガスの種類によって変化する。
当該点検作業の効率化という観点からは、上記高感度時間域Ｔｈは、点検対象ガスを検知するタイミングよりも早く訪れる方が好ましい。センサに対する通電時間を延ばすことなく、点検作業を行えるから、点検時間が短縮され、消費電力が増大することも無いからである。
【００３３】
ガス検知は、ガス警報器１に備えた検知手段７が行う。当該検知手段７は、電気的出力の取り込みを行う他、ガス濃度に対応するデーターへの変換、しきい値との比較、比較結果のメインＣＰＵ６への出力等を行う。特に、上記点検検知モードにおける検知は、検知手段７の内部に設けた点検検知手段７０が行う。尚、パルス通電手段５、検知手段７の動作制御は、動作制御手段としても働くメインＣＰＵ６により行われる。
【００３４】
（外部への警報出力）
上記のようにして得たガス検知信号は、この信号に対して予め設定されたしきい値である警報レベルと比較される。つまり、しきい値に対する検知信号の大小を判断し、所定の状態変化出力がメインＣＰＵ６に送られる。この警報レベルは両モードで共通化してある。
【００３５】
メインＣＰＵ６は、上記状態変化出力に基づいてガスの有無を判断し、この判断結果に基づいて、所定の動作制御指令を各機能部に出力する。
この動作制御指令としては、例えば、点燈警報出力手段８を点燈させるための出力指令がある。点燈警報出力手段８は、ＬＥＤ８ａとＬＥＤ駆動用の点燈警報回路８ｂとを備えており、メインＣＰＵ６からの出力指令に従って、所定の間隔でＬＥＤ８ａを点滅させる。具体的には、５秒に一回の点燈を実行する。
【００３６】
また、前記動作制御指令として、音声警報出力手段８０に音声警報を発生させるための出力指令がある。この音声警報出力手段８０は、ブザー８０ａとブザー駆動用の音声警報回路８０ｂとを備えている。メインＣＰＵ６からの出力指令に従って、所定の間隔でブザー８０ａを発音させる。ここでも５秒に一回の発音を実行する。
【００３７】
（作用効果）
このように、本発明のガス警報器は、一度のパルス通電におけるガスの検知に際して、検知対象ガスとは別の点検ガスに対する点検検知を、検知対象ガスに対する本検知のタイミングと異なるタイミングで行うものである。よって、用いたい点検ガスに応じて、ガス検知素子が最も良好に反応するようガス警報器を構成することができる。これにより、上記解決すべき課題の項で述べた種種の不都合が解消されるから、点検作業が容易になり、かつ、効率的なものとなる。
特に、当該点検ガスに応じたタイミングで点検検知を行うから、例えば、低濃度の点検ガスを用いる場合でも確実に点検作業が行なえる。この結果、点検ガスの消費量が削減できる等、点検作業を大幅に効率化することができる。
【００３８】
〔別実施の形態〕
本発明に係るガス警報器は、以下のごとく利用し、または、実施することができる。
【００３９】
（１）　上記実施形態では、本発明のガス警報器を単体で用いる例を示したが、当該ガス警報器に外部出力手段１１を設けることも可能である。
例えば、図５に示すごとく、外部出力手段１１をガス漏れ監視装置１２に接続してガス漏れ監視システムを構成することができる。
この構成であれば、一つのガス漏れ監視装置１２を利用して、多数のガス警報器１の作動状況を同時に確認することができる。よって、個々のガス警報器１の動作状況を個別に確認する煩雑さを解消できるばかりでなく、例えば、夫々のガス警報器１の位置情報を参照することで、ガス漏れがどのエリアで生じているかといったガス漏れ状況を把握する場合等にも有効である。
【００４０】
（２）　メタンセンサとして、添加物含有率に関して、酸化ランタンの含有率が０．９〜１．２ｍｏｌ％、酸化ジルコニウムの含有率が１．８〜２．４ｍｏｌ％であるときに上述の両条件がともに適切な範囲といえる。この含有率範囲では、ガス選択性をもち、かつ、湿度依存性が少なく安定した出力を維持することができるので、長期にわたっても安定した可燃性ガス検知特性が維持できる。
【００４１】
（３）　さらに、上記の実施の形態にあっては、検知対象ガスがメタンである場合を示したが、本発明は、イソブタン、ＬＰガス等を検知対象ガスとするガス警報器等にも使用できる。点検ガスとしては、水素の他、ＣＯ等も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス警報器の機能ブロック図
【図２】本発明のガス警報器の検知形態の説明図
【図３】パルス通電に際してのセンサ出力の変化を示す図
【図４】ガスセンサの構造を示す図
【図５】別実施形態に係るガス警報器の機能ブロック図
【符号の説明】
１　　ガス警報器
２　　半導体式ガスセンサ
３　　検出用電気回路
４　　電源電池
５　　パルス通電手段
６　　メインＣＰＵ
７　　検知手段
７０　点検検知手段
８　　点燈警報出力手段
８０　音声警報出力手段

Claims (3)

1. 通電状態で検知対象ガスに感応して電気的出力が変わる半導体式ガスセンサと、前記半導体式ガスセンサにパルス通電するパルス通電手段と、前記パルス通電状態にある前記半導体式ガスセンサの電気的出力に基づいてガスを検知する検知手段とを備えたガス警報器であって、
   一度のパルス通電におけるガスの検知に際し、前記検知対象ガスとは別の点検ガスに対する点検検知を、前記検知対象ガスに対する本検知のタイミングと異なるタイミングで行う点検検知手段を備えたガス警報器。
2. 前記点検検知を前記本検知よりも早く行うよう前記点検検知手段を構成してある請求項１記載のガス警報器。
3. 前記点検ガスとして水素ガスを用いるよう前記点検検知手段を構成してある請求項２記載のガス警報器。

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