JP2004085028A

JP2004085028A - Ｃｏ警報機

Info

Publication number: JP2004085028A
Application number: JP2002244692A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Uno; 宇野　克彦; Takashi Niwa; 丹羽　孝; Takahiro Umeda; 梅田　孝裕; Kazunari Nishii; 西井　一成; Yasuo Yoshimura; 吉村　康男
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】電池電源でも長時間使用でき、ＣＯ発生時に早期にＣＯを検知することのできるＣＯ警報機を提供することを目的とする。
【解決手段】パルス的に駆動するＣＯセンサ１５と、前記ＣＯセンサ１５の制御手段１７と、前記制御手段１７に接続された通信手段２０と、前記通信手段２０と接続された燃焼器２１からの制御信号によって前記ＣＯセンサ１５のパルス間隔を変化させるパルス間隔制御手段１９を有する構成とすることにより電池電源で駆動させた場合の電池寿命を長くするともに、異常時に、ＣＯセンサ１５の検知のタイミングを変化させることにより、早期にＣＯを検知することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼器器の不完全燃焼により発生する一酸化炭素を検知するＣＯ警報機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＯ警報機に用いられているガスセンサは半導体式、熱線半導体式、個体電解質式など種々の方式、形状のものが提案されている。一例として固体電解質式は図６に示すように板状の固体電解質１の両面に一対の白金電極３３を形成し、両面を板状のガス選択透過体４、５で覆い、片方のガス選択透過体４の表面にヒータ６を形成するとともに、その上に酸化触媒層７を設置したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般にガスセンサは一酸化炭素、メタン、プロパン、水素などに選択的に感応し、ガス洩れ警報機や、ＣＯ警報機などの用途に用途に用いられている。したがって最終安全装置として高感度であること、応答が速いこと、信頼性が高いこと選択性が高いこと、さらに消費電力が低いことが要求される。
【０００４】
しかしながら図６に示す従来のガスセンサは個体電解質１、ガス選択透過体４、酸化触媒層６は板状のチップの熱容量が大きいためセンサを動作温度に保持するためには大きな電力が必要であり、そのために商用電源が必要であった。したがって電源コンセントを常時占有することになり、一般家庭では台所等のごく限られた場所に設置されるのが普通である。しかし、暖房機、給湯器等の室内燃焼器の燃焼不良による不幸な事故が相変わらずなくならない現状や、住宅の高気密高断熱化に伴うセントラル暖房の普及を考えると、ＣＯ警報機を普及させる必要がある。ただし、電気製品が溢れている家庭内において電源コンセントを占有することは非常に不便であり、設置性を改良することが望まれる。
【０００５】
このような課題を解決するために図７の構成の薄膜ガスセンサが提案されている（特開２００１−１９４３３９公報）。この薄膜ガスセンサは、基板８上に形成されたヒータ９の上面に電気絶縁層１０を介して形成された酸素イオン導電性を有する固体電解質薄膜１１と、個体電解質薄膜１１上に形成された一対の電極１２薄膜と、前記一対の電極１２の一方の電極１２’上に設けられた酸化触媒層１３よりなる構成としている。この構成により熱容量を小さくしてパルス駆動を可能としており、その結果大幅な省電力化が可能となり電池駆動が可能となることが示されている。しかし、半導体式、熱線半導体式、固体電解質式等は、いずれもヒータで所定の温度に加熱するため、電池容量を長期間保持するためパルス間隔を大きくとる必要があった。
【０００６】
しかし、パルス間隔が大きい場合は、緊急時にＣＯが急激に発生する場合は、ＣＯの検出が遅れる危険性もある。これを解決するために、図８に示されるようなヒータの駆動方法が示されている（特開２００１−１９４３３９公報）。これは、加熱手段は間欠的に動作するとともに、ＣＯセンサの出力が第一の設定値より高い時（ｈ２）のパルス間隔（ｔｈ２）を第一の設定値より低い時（ｈ１）のパルス間隔（ｔｈ１）よりも短くすることによって、緊急時にＣＯを早く検知するものである。しかし、この方法でも、通常ＣＯセンサの出力が第一の設定値より低いときははパルス間隔を長くして動作しているため、ＣＯ発生の初期段階ではＣＯ検出が遅れる場合がある。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、ＣＯが発生した時に早期にＣＯを検知することができ、かつ省電力で電池駆動可能なＣＯ警報機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＣＯ警報機は、ＣＯセンサをパルス的に駆動させるとともに、前記ＣＯセンサは通信手段によって燃焼器と接続し、前記燃焼器からの制御信号によってＣＯセンサのパルス間隔を変化させる構成としたものである。燃焼器からの信号によってＣＯセンサのパルス間隔を変化させることにより、電池電源で駆動させた場合の電池寿命を長くするともに、異常時に、ＣＯセンサの検知のタイミングを変化させることにより、早期に異常を検知することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、パルス的に駆動するＣＯセンサにおいて、前記ＣＯセンサは通信手段によって燃焼器と接続し、前記燃焼器からの制御信号によってＣＯセンサのパルス間隔を変化させる構成としているので、必要に応じてパルス間隔を変更して検知のタイミングを変更することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、燃焼器が動作しているときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせる制御信号を送信する構成としているので、燃焼器が使用されたときに、ＣＯセンサのパルス間隔を短くして、検知タイミングを早くし、危険を早期に察知することができる。
【００１１】
請求項３の発明は、燃焼器で動作の異常を検知したときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせる制御信号を送信する構成としているので、ガス燃焼器の動作が異常の場合に、ＣＯの発生の危険性もありと判断し、ＣＯセンサのパルス間隔を短くして、検知タイミングを早くし、危険を早期に察知することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、燃焼器の動作が停止したとき、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にする制御信号を送信する構成としているので、燃焼器の動作が停止した場合に、ＣＯの発生の危険性が少ないと判断し、ＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にすることにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができる。
【００１３】
請求項５の発明は燃焼器で動作の異常を検知しなくなったときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にする制御信号を送信する構成としているので、燃焼器の動作の異常を検知しなくなったときに、ＣＯの発生の危険性が少ないと判断し、ＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にすることにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができる。
【００１４】
請求項６の発明は、燃焼器の使用パターンを記憶または学習し、前記燃焼器の使用頻度が所定値以上となることが予想されるときは通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせ、前記燃焼器の流量が所定値以下となることが予想されるときは通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くさせる制御信号を送信する構成としているので、通常の生活において、燃焼器が使用されることが予想されるときのみＣＯセンサのパルス間隔を短くさせ、燃焼器があまり使用されないと予想されるときはＣＯセンサのパルス間隔を長くさせることにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができる。
【００１５】
請求項７の発明は、ＣＯセンサを耐熱低熱伝導性の基板と、前記基板上に形成されたヒータと、前記ヒータを覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた酸素イオン伝導性の固体電解質膜と、前記固体電解質膜上に形成された異種のペロブスカイト型複合酸化物よりなる一対の電極または金とペロブスカイト型複合酸化物よりなる一対の電極または一対の白金電極の一方の電極上に形成された触媒を有する構成としている。耐熱低熱伝導性の基板上に薄膜で形成しているので、熱容量を小さくして固体電解質を瞬時に所定の温度に昇温させるので，パルス的にＣＯセンサを駆動することが可能であり、電池電源でＣＯセンサを駆動することが可能になる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるＣＯ警報機のブロック図を示すものである。図１において１４はＣＯ警報機で、内部にＣＯセンサ１５が収納されている。１６は電源で、一次電池もしくは二次電池により制御手段１７へ電力を供給する。制御手段１７はＣＯセンサ１５の制御を行うとともに、ＣＯセンサ１５の出力信号処理を行い、信号の状態によって警報装置１８を鳴動させる等の処理を行う。１９はパルス間隔制御手段で、パルス的に駆動しているＣＯセンサ１５のパルス間隔の出力に応じて変更する。２０は通信手段で、ガス燃焼器２１の通信手段２２からの制御信号を受信し、その制御信号をパルス間隔制御手段に送信して、必要に応じてＣＯセンサ１５のパルス間隔を変化させる。ガス燃焼器としては、ガス給湯機、ガスストーブ、ガス調理機器等が利用可能である。また不完全燃焼によってＣＯの発生する恐れのある燃焼器であればガスに限らず石油燃焼器や電気ストーブも含む。
【００１８】
次に、ＣＯセンサ１５の構成について図２を用いて説明する。
【００１９】
図２において、１５はＣＯセンサである。ＣＯセンサ１５としては、半導体式、熱線半導体式、固体電解質式、定電位電解式など種々の方式があるが、本実施例では固体電解質式を用いている。３１は耐熱性で低熱伝導性の基板で、ここでは約２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍの石英ガラスを用いている。３２は白金のヒータでスパッタ法、電子線蒸着法などによって所定の温度になるように抵抗値を設定している。３３は絶縁膜でアルミナ、シリカ、窒化珪素などの絶縁材料の薄膜をスパッタ法、電子線蒸着法などによってヒータ３２を覆うように形成している。３４は絶縁膜３３上に絶縁膜３３より小さな面積に形成された固体電解質膜であり、酸素イオン導電性を有する固体電解質（８％イットリア安定化ジルコニア）をスパッタ法で約０．４ｍｍ×０．６ｍｍの大きさに形成している。固体電解質としては酸素イオン導電性を有するすべての固体電解質を使用することができるがジルコニアに少量のイットリアを混合して焼成したイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が比較的安価で入手も簡単である。３５ａ、３５ｂは電極で、白金をスパッタ法で感応膜上に形成している。白金に一部パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属を混入させても良い。その他、一般に固体電解質型に用いる電極材料すべてが使用可能である。３６は片方の電極３５ａ上に設定された触媒で、触媒３６は測定対象ガスを酸化分解するものであれば良いが、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属やバナジウム、マンガン等の酸化物あるいはこれらの混合物をアルミナなどに担持したものをスクリーン印刷法で形成する。本実施例では電極３５ａ、３５ｂに白金を用い、一方の電極３５ａ上に触媒３６を設定する構成としたが、触媒３６を用いず、電極を異種のペロブスカイト型複合酸化物とするか、ペロブスカイト型複合酸化物と金で構成しても良い。３７はヒータ３２から延長されたヒータ端子である。３８ａ、３８ｂは電極３５ａ、３５ｂの間で検出した出力を取り出すための電極リードで検出回路（図示せず）出力信号を送出するための電極端子３９ａ、３９ｂが接続されている。電極と電極リードと電極端子（３５ａと３８ａと３９ａおよび３５ｂと３８ｂと３９ｂ）はそれぞれ同一材料で一体的に形成されている。また電極リード３８と電極端子３９は固体電解質膜３４の領域外に形成されている。
【００２０】
以上の構成において電源（図示せず）からヒータ端子３７、を介してヒータ３２に電力を供給し固体電解質３４を所定温度（３００℃〜５００℃）に加熱する。固体電解質膜３４が所定の温度に達すると電極３５ａ、３５ｂと固体電解質膜３４と空気の界面で電子の授受が行われ、酸素イオンが発生する。ここで、空気中にＣＯが存在すると、酸化触媒３６の乗った電極３５ａではＣＯは酸化触媒３６によって酸化され、電極３５ａまでＣＯは到達しない。もう一方の電極３５ｂではＣＯは電極３５ｂ表面でＣＯ２に酸化される。この酸化反応には固体電解質膜３４内の酸素イオンが使われ、その結果両電極間の電極反応に差が生じ、固体電解質酸素イオンの平衡が崩れ、両電極間に電位差が発生する。この電位差を検出することによりＣＯ濃度を検出することができる。基板３１に用いている石英ガラスは熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫと絶縁膜１６（３５〜４５Ｗ／ｍＫ）や固体電解質膜３４（６Ｗ／ｍＫ）に対して小さく、したがってヒータ３２で加熱した場合に、基板３１の温度はほとんど上昇することなくヒータ３２の直上の固体電解質膜３４の領域およびその近傍のみの温度を上昇させることができるので、加熱のための消費電力を大幅に低減することができる。また、熱衝撃強度も大きいので短時間で所定の温度まで昇温することが可能である。
【００２１】
上記構成では１５ｍＷｓｅｃの電力量で４５０℃までの昇温が可能であった。固体電解質膜３４は所定の温度で酸素イオン導電性が生じる。すなわち固体電解質が所定の温度になればＣＯの検知が可能である。本実施例では、基板３１に熱伝導率の小さな石英ガラスを用い、固体電解質も薄膜で形成しているので瞬時に固体電解質膜３４を所定の温度し昇温することが可能で、ヒータ３２をパルス的に駆動させて大幅に消費電力が低減できるため、電池電源での駆動が可能である。本実施例の構成では、１０ｍｓｅｃのヒータ３２への通電で４５０℃までの昇温が可能であり、ヒータ３２への通電停止後約０．５ｓｅｃで室温まで復帰した。したがって、パルス間隔は、０．５ｓｅｃから通常の測定には問題の無い３０ｓｅｃ程度までパルス間隔は任意に設定可能である。また、パルス間隔０．５ｓｅｃもＣＯセンサをさらに小型化すれば０．５ｓｅｃ以下に設定することも可能になる。
【００２２】
パルス的に駆動することは半導体式や、熱線半導体式でも可能であるが、これらの方式では、半導体表面に吸着する水分の影響を大きく受け、パルス間隔が大きいときは吸着水の影響で出力が低下し、水分除去のために長時間の加熱が必要になるために、パルス間隔を任意に設定することは困難である。
【００２３】
本実施例は固体電解質式のパルス間隔を任意に設定できるという特徴を活かし、異常を早期に確実に検出して逃げ送れなどの不幸な事態を極力避け得るＣＯ警報機を提供するものであり、以下にその動作について説明する。
【００２４】
（実施例２）
図３に本発明の実施例２のＣＯ警報機の動作方法を示す。
【００２５】
ガス燃焼器２１が動作しているときに、ガス燃焼器２１の通信手段２２から送信された制御信号をＣＯ警報機１４の通信手段２０で受信する。通常はＣＯセンサ１５パルス間隔ｔ_１で駆動するが、ガス燃焼器が動作中であるという制御信号受信したとき、パルス間隔をｔ_２と短くする。この方法により、ガス燃焼器が使用されたときに、ＣＯが発生する危険性があると判断し、ＣＯセンサ１５のパルス間隔を短くして、検知タイミングを早くし、ＣＯが発生した場合、危険を早期に察知することができる。また、ガス燃焼器２１の動作が停止した場合、ＣＯセンサ１５のパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値ｔ_１にする構成としている。ガス燃焼器２１の動作が停止した場合にＣＯの発生の危険性が少ないと判断し、ＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値ｔ_１にすることにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができ、電池電源を使用しても長期間の使用が可能となる。
【００２６】
（実施例３）
図４に本発明の実施例３のＣＯ警報機の動作方法を示す。ガス燃焼器２１で動作の異常を検知したときに、ガス燃焼器２１の通信手段２２から送信された制御情報をＣＯ警報機１４の通信手段２０で受信する。ガス燃焼器２１の異常とは、例えばガス流量が異常に増加した場合、燃焼用の空気が設定値から外れた場合、燃焼器の一部が異常に高温になった場合などである。通常はＣＯセンサ１５パルス間隔ｔ_１で駆動するが、制御情報によりガス燃焼器２１で動作の異常が発生したとき、パルス間隔をｔ_３と短くする。この方法により、ガス燃焼器の動作に以上が発生したとき、ＣＯが発生する危険性が高いと判断し、ＣＯセンサ１５のパルス間隔を短くして、検知タイミングを早くし、ＣＯが発生した場合、危険を早期に察知することができる。通常はパルス間隔をｔ_１と長くしているので、電源として電池を使用した場合でも、電池寿命を長く保つことができる。パルス間隔は実施例２との組み合わせで設定してもよく、その場合は、ｔ_１≫ｔ_２≧ｔ_３とすればよい。
【００２７】
また、ガス燃焼器２１で動作の異常を検知しなくなったときに、通信手段２２から送信された制御情報をＣＯ警報機１４の通信手段２０で受信し、ＣＯの発生の危険性が少ないと判断し、ＣＯセンサ１５のパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値ｔ_２もしくはｔ_１にする制御信号を送信する構成としている。これにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができ、電池電源を使用しても長期間の使用が可能となる。
【００２８】
（実施例４）
図５に本発明の実施例４のＣＯ警報機の動作方法を示す。
【００２９】
ガス燃焼器２１の使用パターンを記憶または学習し、ガス燃焼器が使用されることが予想されるときは通信手段２２から送信された制御情報をＣＯ警報機１４の通信手段２０で受信し、ＣＯセンサ１５のパルス間隔をｔ_２と短くする。また、ガス燃焼２１の使用が停止されることが予想されるときは通信手段２２から送信された制御情報をＣＯ警報機１４の通信手段２０で受信し、ＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値ｔ_１にする制御信号を送信する。通常の生活において、ガス燃焼器が使用されることが予想されるときのみＣＯセンサのパルス間隔を短くさせ、ガス燃焼器が使用されないと予想されるときはＣＯセンサのパルス間隔を長くさせることにより、無駄な電力の消費を避け、省電力化を図ることができる。
【００３０】
以上の実施例では、ガス燃焼器２１とＣＯ警報機が１台の場合について説明したが、ＣＯ警報機１４もしくはガス燃焼器２１が複数台ある場合でも同様である。また通信手段で制御すべき対象がＣＯ警報機以外に存在する場合（例えば、ガス漏れ警報機、火災警報機、防犯設備等）はこれらの情報をコントロールする情報端末装置（図示せず）でガス燃焼器２１からの制御信号を受信し、情報端末装置からＣＯ警報機へ制御情報を送信する構成をとることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、パルス的に駆動するＣＯセンサのパルス間隔を通信手段を介して燃焼器からの制御信号によって変化させることにより、通常はパルス間隔を長くしておき、燃焼器が使用されたり、燃焼器に異常が発生したときに、ＣＯが発生する危険性があると判断し、パルス間隔を短くして、ＣＯセンサを駆動することにより、ＣＯ発生などの危険な状態の時に、早期に確実に検知して報知することができる。また、パルス間隔を通常は長くすることにより、電池を電源とする場合でも無駄な電力の消費を避け、長期間の使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例におけるＣＯ警報機のブロック図
【図２】同本発明の１実施例におけるＣＯセンサの組み立て斜視図
【図３】同本発明の実施例２におけるＣＯ警報機の動作図
【図４】同本発明の実施例３におけるＣＯ警報機の動作図
【図５】同本発明の実施例４におけるＣＯ警報機の動作図
【図６】従来例のガスセンサの要部斜視図
【図７】従来例の別のガスセンサの要部斜視図
【図８】従来例のガスセンサの動作図
【符号の説明】
１４　ＣＯ警報機
１５　ＣＯセンサ
１７　制御手段
１９　パルス間隔制御手段
２０　通信手段
２１　ガス燃焼器
２２　通信手段
３１　基板
３２　ヒータ
３３　絶縁膜
３４　固体電解質膜
３５ａ、３５ｂ　電極
３６　触媒

Claims

パルス的に駆動するＣＯセンサと、前記ＣＯセンサの制御手段と、前記制御手段に接続された通信手段と、前記通信手段と接続された燃焼器からの制御信号によって前記ＣＯセンサのパルス間隔を変化させるパルス間隔制御手段を有するＣＯ警報機。
燃焼器が動作しているときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせる制御信号を送信する請求項１記載のＣＯ警報機。
燃焼器で動作の異常を検知したときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせる制御信号を送信する請求項１記載のＣＯ警報機。
燃焼器の動作が停止したとき、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にする制御信号を送信する請求項１または２記載のＣＯ警報機。
燃焼器で動作の異常を検知しなくなったときに、通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くする、あるいはパルス間隔を所定値にする制御信号を送信する請求項１または３記載のＣＯ警報機。
燃焼器の使用パターンを記憶または学習し、前記ガス機器の使用頻度が所定値以上となることが予想されるときは通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を短くさせ、前記ガス機器の使用頻度が所定値以下となることが予想されるときは通信手段で接続したＣＯセンサのパルス間隔を長くさせる制御信号を送信する請求項１から５のいずれか１項記載の記載のＣＯ警報機。
耐熱低熱伝導性の基板と、前記基板上に形成されたヒータと、前記ヒータを覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた酸素イオン伝導性の固体電解質膜と、前記固体電解質膜上に形成された異種のペロブスカイト型複合酸化物よりなる一対の電極または前記固体電解質膜上に形成された一対の白金電極の一方の電極上に形成された触媒を有するＣＯセンサを搭載した請求項１から６のいずれか１項記載の記載のＣＯ警報機。