JP2010086199A

JP2010086199A - 警報器

Info

Publication number: JP2010086199A
Application number: JP2008253223A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Watanabe; 匡渡邊
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5239707B2

Abstract

【課題】警報点を高濃度で維持しつつ、誤警報を抑制・防止することができる信頼性の高い警報器を提供する。
【解決手段】検知対象ガスの濃度に応じた電気信号のレベルに変換して出力するガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第一閾値以上になったとき前記検知対象ガスを検出したと判定するガス検出手段とを具備した警報器であって、更に所定時間あたりに前記ガスセンサが出力した電気信号のレベル変化量を求める出力変化量演算手段を備え、前記ガス検出手段は、前記ガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第二閾値以上になったとき、かつ、前記出力変化量演算手段が求めたレベル変化量が所定の第三閾値以上であるとき前記検知対象ガスを検知したと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、警報器に係り、特にガスセンサが検知対象ガスを検知して警報を発するガス警報器に関する。

従来、ガス警報器には半導体式ガスセンサが一般に用いられている。また現在のガス警報器は、一つの半導体式ガスセンサによってガス漏れおよび不完全燃焼を検出するものが主流となっている。一つの半導体式ガスセンサでガス漏れと不完全燃焼を検出する方法として例えば二つの所定の温度域でガスセンサを駆動する方法がとられている。
具体的に都市ガスのガス漏れを検出するには、都市ガスの主成分であるメタンガスを検出すればよく、不完全燃焼を検出するためには、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスを検出すればよい。半導体式ガスセンサでメタンガス（都市ガス）を検出するには、ガスセンサ温度を４００℃程度の高温にする一方、一酸化炭素を検出するには、ガスセンサ温度を１００℃近辺まで低温にすればよい。

そのため一つの半導体式ガスセンサを有するガス警報器は、ガスセンサを高温に維持する高温駆動と、低温に維持する低温駆動とを所定の周期毎で繰り返す。そして高温駆動のから低温駆動に移行するタイミングでメタンガスを、低温駆動から高温駆動に移行するタイミングで一酸化炭素ガスをそれぞれ検出する。このようにすることで一つの半導体式ガスセンサによってガス漏れ（メタンガス）と不完全燃焼（ＣＯガス）の両方を検出することができる。

このような周期で作動するガス警報器は、後述するようにガス漏れを６０秒以内に検知して警報を発する必要がある。つまり上述したように２０秒を周期としてガスセンサの温度を変化させた場合は、２〜３周期以内で確実にメタンガスを検出する必要がある。
ところで近年、家屋のシーリング材、床ワックス、ヘアスプレー等には、シリコーンが多用されるようになってきている。これはシリコーンが人体に無害と言われていることによるものである。しかしながらこのシリコーンは、ガスセンサの感度を低下させるという問題がある（被毒問題）。また、殺虫剤等スプレーには、ＬＰガスが含有されているため警報器のガスセンサがこのＬＰガスに反応すると誤警報を出力することもある。これらの問題を防止するためガスセンサに活性炭フィルタ等を装着してガスセンサ内の気密性を向上させる方法が採られている。しかしこの種のフィルタは、気密性向上を向上させることができる反面、検知対象ガスに対するガスセンサの応答性を悪化させるという新たな問題を生じさせる。

このような問題を解決するため所定レベルのガスを検知したとき、その検知時間を延長させるシステムが知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。
これらのシステムは、定周期作動するガス検知タイミングにおいて、ガスセンサが低濃度の検知対象ガスを検知したとき、その駆動温度を継続し、所定時間経過後に再度検出した検出レベルからガスの有無を判定するものである。

因みにガス漏れ警報器が検出対象のガスに接してから警報を発するまでの検知遅れ時間は、日本ガス機器検査協会（以下ＪＩＡ）の検査規程で６０秒と定められている。この試験を行ったとき、センサ出力の応答特性の一例を図３に示す。例えばガスセンサを２０秒の一定周期で駆動する場合、この図を参照すればガスセンサを駆動する最悪のタイミングで検知遅れ試験を開始したとしても、ＪＩＡの検知遅れ試験の検査規定を満たすためには、検知遅れ試験開始４０秒の３３００ｐｐｍ以下の警報点になるようにすればよい。
特開平１０−２８３５８３号公報特開２００７−６５７１６号公報

しかしながら、上述した特許文献に記載された技術を用いて低濃度ガスを検知した後の高温駆動期間を５秒から１０秒に延長するようにしたとしても、検知遅れ試験開始４５秒の３５００ｐｐｍ以下の警報点になるように設計しなければならない。また半導体式ガスセンサは、周囲環境の湿度の影響を大きく受けるため季節により感度が変化する。例えば春季または秋季において警報器のガス感度が最良（センター値）になるように調整したとすると、冬季の乾燥時期にガス感度は鋭敏化方向に推移する一方、夏季の高湿時期にガス感度は鈍感化方向に推移する。つまり季節変化の影響を大きく受けるガスセンサは、センター値における警報濃度を１とすれば、冬季は最小で１／２倍、夏季は最大で２倍に警報濃度が変化する。

したがって前述したガスセンサを使用し、更にＪＩＡの検知遅れ試験を満足させるための警報濃度である３,５００ｐｐｍを超えないように調整するには調整値（センター値）を１,７５０ｐｐｍとしなければならない。このため夏季の鈍感化時期における警報濃度は、３,５００ｐｐｍとなり、冬季の鋭敏化時期における警報濃度は８７５ｐｐｍになってしまう。

またＪＩＡの検査規程によれば「１,０００ｐｐｍで警報を発しないこと」という規格がある。したがって上述した冬季の場合は、この規格を満たさないことになる。また、警報器の警報点が低濃度にある場合、一般家庭で発生する雑ガスに対して誤報を発しやすくなるという問題がある。ユーザは、ガスが漏れていないのに警報器が誤警報を発すると警報器に対する不信感を抱くという懸念がある。ユーザにこのような不信感があると、実際にガスが漏れているときであっても、その処置が遅れ重大な事故を招きかねない。

本発明は、このような事情を解決するべくなされたもので、その目的とするところは、警報点を高濃度で維持しつつ、誤警報を抑制・防止することができる信頼性の高い警報器を提供しようとするものである。

上述した目的を達成するべく本発明の警報器は、検知対象ガスの濃度に応じた電気信号のレベルに変換して出力するガスセンサと、このガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第一閾値以上になったとき前記検知対象ガスを検出したと判定するガス検出手段とを具備した警報器であって、更に所定時間あたりに前記ガスセンサが出力した電気信号のレベル変化量を求める出力変化量演算手段を備え、前記ガス検出手段は、前記ガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第二閾値以上になったとき、かつ、前記出力変化量演算手段が求めたレベル変化量が所定の第三閾値以上であるとき前記検知対象ガスを検知したと判定することを特徴としている。

上述の警報器は、検出対象のガス濃度が所定の濃度以上になった場合に、直前周期のセンサ抵抗変化率を算出してガス濃度の変化量を検出しているので低濃度のガス領域で急激にガス濃度が増加するガス漏れを検出することができる。
また前記警報器は、更に該警報器の通電時間を計測する通電時間計測部と、この通電時間計測部が計測した通電時間に応じて前記第二閾値を補正する第二閾値補正手段とを備えて提供される。

上述の警報器は、ガス濃度が所定の濃度以上になったと判断する第二閾値を、警報器の通電時間に伴い補正しているので半導体式ガスセンサの長期通電によるゆっくりとした鋭敏化現象に対して第二閾値を一定に維持するように補正しているので誤警報を防止することができる。

このように本発明の警報器は、応答性の悪いガスセンサであっても、検出対象のガス濃度が所定の濃度以上になった場合、直前周期のセンサ抵抗変化率を算出してガス濃度の変化量を検出しているので、低濃度のガス領域で急激にガス漏れ濃度が上昇するガス漏れを検知することが可能となる。また本発明の警報器は、警報器の通電時間により本検知ロジックの作動点を補正しているので、従来の警報点で誤警報及び本検知ロジックでの誤報を抑制、防止でき、高信頼性のガス警報器をユーザに提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る警報器について添付図面を参照しながら説明する。なお、図１，２は、発明を本発明の一実施形態を示すものであって、これらの図面によって本発明が限定されるものではない。
さて図１は、本発明の一実施形態に係る火災警報機能を備えたガス警報器の概略構成を示すブロック図である。このガス警報器は、交流１００Ｖの商用電源１を警報器の作動に適した直流電圧に変換する電源部２、警報器の通電状態、ガス等の検出の有無を点灯、点滅または消灯等で表示する複数のＬＥＤ３、サーミスタ等による温度センサによって火災時の熱を検出する熱検知部４、ガスセンサ検知部を高温または低温に維持するための二種類のヒータ電圧を生成するセンサヒータ制御部５、ガスセンサを主体とした回路でありメタンガス（ガス漏れ）およびＣＯガス（不完全燃焼）を検出するガス検知部６、ガス漏れ、不完全燃焼及び警報部の故障検出時にその検出状態に応じた電圧を出力する有電圧出力部７、ガス漏れ、不完全燃焼、火災、警報器故障等検出した場合にユーザに対し検出した内容をスピーカ８から音響（警報音、音声等）として出力する警報音出力部９、火災警報有無の状態を接点出力で出力し、例えば通常は接点ＯＦＦし、火災警報時は接点ＯＮの出力を行う無電圧出力部１０、これら各種の作動を司る制御部２０および警報するための閾値等、警報器個々の調整データや動作モード切り替えのための設定値および警報器が警報を発したときの状態データ等の履歴データを記憶する外部記憶部１１を備えている。

制御部２０は、マイクロコンピュータ等のＣＰＵで構成され、熱検知部４、ガス検知部６からの検出信号を処理し、火災およびガス漏れの発生を判定する火災検出部２１、都市ガス検出部２２およびＣＯガス検出部２３と、ＬＥＤ３、警報音出力部９、有・無電圧出力部７，１０の各種ユーザインタフェース機能への命令・制御を行う表示制御部２４および出力制御部２５、ガス検知部６が備える図示しないガスセンサのヒータ等を制御するセンサ制御部２６を備えている。

更に制御部２０は、通電された時間を計測する通電時間計測部２７、および詳細は後述するが外部記憶部１１に保持されたガス漏れおよび不完全燃焼を検出するための閾値を補正する閾値補正部２８、所定時間あたりにガスセンサが出力した電気信号のレベル変化量を求める出力変化量演算手段２９を備えている。
なお、制御部２０は、詳しくはＡ／Ｄ変換（アナログ／ディジタル変換）が内蔵されたＣＰＵであって、熱検知部４やガス検知部６から出力されるアナログ信号を受け取り、このアナログ信号に応じたディジタル値で読み取るよう構成されている。

次にセンサヒータ制御部５及びガス検知部６の詳細について図２を参照しながら説明する。本実施例は、一つのガスセンサで、ガス漏れと不完全燃焼を検出するセンサを使用している。二種類のガスを精度良く検出するために、ガスセンサのヒータを二種類の電圧で駆動しており、高温側でガス漏れ（メタンガス）を、低温側で不完全燃焼（ＣＯガス）を検出する。またこの実施例では、高温側を５秒間、低温側を１５秒間とした合計２０秒間を一周期としてガスセンサのヒータを駆動制御している。

次にガス警報器のＪＩＡ検査規程の検知遅れ試験を行ったときのガスセンサの応答性ついて図３を参照しながら説明する。この図において実線は、ガスセンサ出力からガス濃度を換算したものであり、点線はセンサ抵抗の変化率を表している。この図から検知遅れ試験開始４０秒のところで、センサのガス濃度は３,３００ｐｐｍであることがわかる。
そこで第二閾値を３,３００ｐｐｍ以下に設定すれば、第一閾値は、ＪＩＡの検査規程で定められている１,０００ｐｐｍを超えて１２,５００ｐｐｍ以下で警報を発するという警報濃度試験の規格を満足し、更に前述した季節変動の１／２〜２倍変化することを加味して、２,０００ｐｐｍを超えて６,２５０ｐｐｍ以下のところをセンター値として調整すれば良い。

また、センサ抵抗率の変化に関しては、検知遅れ試験開始６０秒の変化率以下のところにガス漏れの有無を検知する閾値を持たせれば良い。よって、変化率判定の閾値は１.３５以下のところにすれば良い。
次に図４を用いてガスセンサのガス漏れ判定ロジックについて説明する。ガスセンサはガス濃度が高くなるほどセンサ抵抗値が小さくなるという特性を有している。この図は、ガス漏れ検知点での今回の検知周期でセンサ出力から求めたセンサ抵抗値をＲ_ｎとし、前回の検知周期でセンサ出力から求めたセンサ抵抗値をＲ_ｎ-1としている。因みにセンサ出力からセンサ抵抗値を求めるには、既に良く知られている方法で求めることができるのでその説明を省略する。

さて、都市ガス検出部２２は、センサ抵抗値Ｒ_ｎと外部記憶部１１に保持された第一閾値（ガス漏れ警報を発するメタンガス濃度中のセンサ抵抗値）とを比較する（Ｓ１）。その結果、第一閾値より小さいと判定された場合、制御部２０は、スピーカ８を介して警報音出力部９による警報音とＬＥＤ３の表示によってガス漏れ警報を発する（Ｓ２）。次いで都市ガス検出部２２は、センサ抵抗値をＲ_ｎが第一閾値より大きいと判定したとき、センサ抵抗値Ｒ_ｎと第二閾値とを比較する（Ｓ３）。センサ抵抗値Ｒ_ｎが第二閾値より大きいと判定された場合、制御部２０は、ガス漏れなしと判定して監視状態を維持する（Ｓ４）。

一方、都市ガス検出部２２によってセンサ抵抗値Ｒ_ｎが第二閾値より小さいと判定された場合、制御部２０は、出力変化量演算２９によって変化量［Ｒ_ｎ-1／Ｒ_ｎ］を求め、これがガス漏れ判断基準となる予め定めた第三閾値以上なら、ガス漏れがあると判定して（Ｓ５）、ガス漏れの警報を発する（Ｓ４）。以降、ガスセンサの読み込みが更新される毎に上述した手順を繰り返す。

かくして本発明の警報器は、例えば応答性の遅いセンサを使用しても検出対象のガス濃度が所定の濃度以上になった場合、出力変化量演算２９によって直前周期のセンサ抵抗変化率を求めてガス濃度の変化量を検出しているので、低濃度のガス領域で急激にガス漏れ濃度が上昇するガス漏れを検知することができ、またＪＩＡの検査規程である警報濃度試験、検知遅れ試験を満足させることができる。

またガスセンサは、長期通電により緩やかに鋭敏化傾向を示す（例えば５年間で７５％警報濃度が鋭敏化する）。このため本発明の警報器は、通電時間計測部２７が計測した通電時間に応じて第二閾値を図５に示すようにセンサ感度の鈍感化方向に、５％／年の経年補正を加え、第二閾値がガス濃度に対して一定になるように補正値補正部２１が補正する。

したがって本発明の警報器は、警報器の通電時間によりガス検知ロジックの作動点を補正しているので、従来の警報点で誤警報及びガス検知ロジックでの誤報を抑制、防止でき、高信頼性のガス警報器をユーザに提供することが可能となる。
尚、上述した実施例は、ガス漏れの検知ロジックについて記載したものであるが、都市ガス検出部２２に代えてＣＯガス検出部２３と読み替えれば同様に不完全燃焼を確実に検出することが可能である。したがってＣＯガス検知についても上述したガス漏れ検知と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、メタンガス（都市ガス漏れ）、ＣＯガスを検出するガスセンサについて説明したが、本発明の警報器は、イソブタン、ＬＰガス等を検知対象とするガス警報器にも勿論適用可能であるという実用上多大なる効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る火災警報機能を備えたガス警報器の概略構成を示すブロック図。二種類の電圧で駆動するガスセンサの駆動タイミングを説明した図。メタン１２,５００ｐｐｍ検知遅れ試験時のガスセンサ応答の一例を示す図。図１のガス警報器における都市ガス検出のアルゴリズムを示すフローチャート。警報器通電時間に対する第二閾値の経年補正の一例を示す図。

符号の説明

１商用電源
２電源部
３ＬＥＤ
４熱検知部
５センサヒータ制御部
６ガス検知部
７有電圧出力部
８スピーカ
９警報音出力部
１０無電圧出力部
１１外部記憶部
２０制御部
２１火災検出部
２２都市ガス検出部
２３ＣＯガス検出部
２４表示制御部
２５出力制御部
２６センサ制御部
２７通電時間計測部
２８閾値補正部
２９変化量演算部

Claims

検知対象ガスの濃度に応じた電気信号のレベルに変換して出力するガスセンサと、
このガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第一閾値以上になったとき前記検知対象ガスを検出したと判定するガス検出手段と
を具備した警報器であって、
更に所定時間あたりに前記ガスセンサが出力した電気信号のレベル変化量を求める出力変化量演算手段を備え、
前記ガス検出手段は、前記ガスセンサが出力した電気信号のレベルが所定の第二閾値以上になったとき、かつ、前記出力変化量演算手段が求めたレベル変化量が所定の第三閾値以上であるとき前記検知対象ガスを検知したと判定することを特徴とする警報器。
請求項１に記載の警報器であって、
更に該警報器の通電時間を計測する通電時間計測部と、
この通電時間計測部が計測した通電時間に応じて前記第二閾値を補正する第二閾値補正手段と
を備えることを特徴とする警報器。