JP3171733B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願は家庭用ガス漏れ警報器等に
使用されるガスセンサに関し、特にアルコール蒸気によ
る誤報を防ぐために、ハウジング外部と内部との間でガ
スが流通可能な通気孔を備えた気密性ハウジング内に、
メタン等の可燃性ガスに感応する金属酸化物半導体より
なるガス検知素子を備え、前述の通気孔に活性炭等の吸
着層を備えたガスセンサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、点検ガスがアルコールガスである
場合を例に採って説明する。通常検知状態においてこの
ガスセンサは、低濃度のアルコールにより誤報を発する
のを防止している。即ち、通常検知状態においては、例
えば２０００ｐｐｍ〜６０００ｐｐｍ程度（前者の濃度
は酒の燗をおこなう場合、後者の濃度は料理中にアルコ
ール蒸気を上げた場合）のアルコールガスが、センサ近
傍に移流して誤報を発する危険がある。しかしながら、
上述の活性炭層等をセンサの通気孔の入口部に備えるこ
とにより、検知対象ガスのみを選択的に検知することが
できるのである。これはこの吸着層により、検知対象ガ
スに対して妨害ガス（本来検知されるべきでないが、ガ
ス検知素子の特性上、このガスが検知素子に接触すると
検知信号を出力してしまうもの）として働くアルコール
が、ガス検知素子に近接するのを防止されるためであ
る。一方、家庭用ガス漏れ警報器等（実質上は警報器に
備えられたガスセンサ）が正常に作動しているか否かを
点検するために、意図的に人体に無害なアルコールガス
等を前述の点検ガスとして用い、通常１〜２ヶ月に一度
ガスセンサに点検ガスを噴射し、警報器を鳴動させて正
常検知を確認している。このような点検状態にあって
は、例えば１％以上の高濃度のアルコールガスがセンサ
近傍へ供給される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、上述のように
通気孔に吸着層を設けたガスセンサを採用するガス漏れ
警報器の点検に当たっては、該吸着層の吸着能を越える
多量の点検ガスを比較的長時間に渡って噴射供給しなけ
れば、警報器は鳴動できない。さらに、一端鳴動する
と、点検ガスの外部からの供給がおこなわれないにもか
かわらず、吸着された点検ガスが吸着層から放出され、
長時間に渡ってガス漏れ警報器が鳴動を続けるという欠
点がある。更にまた点検作業の終了後、警報器が鳴動す
るまでに到らないまでも、センサのベース出力が高く維
持され、僅かな可燃性の雑ガスによっても鳴動する、即
ち誤報を発すると云う問題があった。

【０００４】従って、本発明の目的は、点検ガスを吸着
する吸着層を備えているにもかかわらず、従来より低い
濃度の点検ガスの供給で、迅速かつ確実に鳴動するとと
もに、吸着層からの点検ガスの放出が比較的短時間にお
こなわれて、通常検知状態への復帰が早いガスセンサを
得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明によるガスセンサの特徴構成は、通気孔とは別
の点検ガス流通孔を気密性ハウジングに設けるととも
に、検知対象ガスを検知するための通常ガス検知状態に
おいて、点検ガス流通孔を流通するガスの流量を点検ガ
スに対する検知対象ガスの選択性が増加する流量に制限
する流量制限能を、点検ガス流通孔に備えてなることに
あり、その作用・効果は次の通りである。

【０００６】

【作用】つまり、このガスセンサにおいては、ハウジン
グ内部と外部との間に吸着層を備えた通気孔と点検ガス
流通孔との二種の孔が設けられる。そして、通常のガス
検知状態においては、通気孔に関してはこれに備えられ
る吸着層の働きにより、妨害ガスに対して検知対象ガス
の選択性が確保される。一方、点検ガス流通孔を介する
流路に関しては、この状態で、流量制限能が付与されて
いるため、拡散制限効果が得られ、検知対象ガスに対す
る選択性が守られる。ここで、この拡散制限効果とは、
複数のガス種において、夫々のガスが有している燃焼速
度に差があるため、気密性ハウジング内へ供給される外
気の量が規制されると、気密性ハウジング内に配設され
るガス検知素子に於けるガス種による感度差（選択性）
が得られることをいう。本願の構成の場合は、ガスセン
サの他の構成を固定して、点検ガス流通孔の大きさを特
定すればこの効果が得られる（詳細については実施例中
で説明する）。即ち、この流路から点検ガスがハウジン
グ内に流入して、ガス警報器が点検ガスにより誤報を発
することはない。次に、ガス警報器を点検する点検状態
について説明する。この点検状態においては、点検ガス
を人為的にもしくは自動的にガスセンサに供給するた
め、予め点検ガス流通孔に比較的高濃度の点検ガスを供
給することができる。従って、この点検状態においては
通常検知状態でガスセンサに移流してくる点検ガスの濃
度よりかなり高い濃度の点検ガスを点検ガス流通孔を介
してハウジング内に供給することとなる。結果、点検ガ
ス流通孔の流量制限能は発揮されず、点検ガスがガス検
知素子近傍に移流して、感応する。従って、吸着層に吸
着されるべき点検ガス量を従来よりかなり少ない量に抑
えたままでガス検知素子を作動させて点検をおこなえる
ため、この点検作業は、迅速且つ点検ガス量を比較的低
濃度で済ませることができ、作動も確実なものとでき
る。一方、一担点検が完了した後においても、吸着層に
吸着されている点検ガス量が少なく抑えられているた
め、通常検知状態への復帰も早く、警報器が不要に鳴動
を続けることもない。

【０００７】

【発明の効果】従って、点検ガスを吸着する吸着層を備
えているにもかかわらず、従来より少量の点検ガスの供
給で、迅速かつ確実に鳴動するとともに、吸着層からの
点検ガスの放出が比較的短時間におこなわれて、通常検
知状態への復帰が早いガスセンサを得ることができた。

【０００８】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には本願のガスセンサ１の分解斜視図（イ）及び組み
立て状態の斜視図（ロ）が示されている。図示するよう
に、このガスセンサ１は円筒形状のハウジング２の内部
に金属酸化物半導体よりなるガス検知素子３を備えた構
成のものであり、その頂部部位において、ハウジング外
部４ａと内部４ｂとの間でガスが流通可能な通気孔５が
備えられている。そして、このハウジング２に対して下
部よりガス検知素子３を備えたセンサ基台６を挿入する
ことによりガスセンサ１が組立てられる。ここで、ハウ
ジング２自体は気密性の材料で構成されており、通気孔
５、この通気孔５の全面に渡って設けられる活性炭層
７、防爆用構造材としての金網８を介してハウジング外
部４ａとガス検知素子３の近傍とに渡ってガスが流通す
る。さらに、前述の通気孔５とは別に、点検ガス流通孔
９が備えられている。この点検ガス流通孔９は、前述の
活性炭層７を介することなく金網８のみを介して、ハウ
ジング外部４ａとガス検知素子３とに渡ってガスが流通
可能である。このガスセンサ１は、妨害ガスであるとと
もに点検ガスとしてのアルコールガスに対して、検知対
象ガスとしてのメタンガス等のガス選択性を確保するこ
とができる。なお、活性炭は検知対象ガスであるメタン
・水素・一酸化炭素ガスを吸着せず、アルコール・ブタ
ンガスを吸着するものである。

【０００９】以下さらに詳細に説明する。前述のハウジ
ング２の頂部には通気孔５が備えられている。このハウ
ジング２の内部で上端部側に吸着層としての活性炭層７
が設けられている。さらに下部側にガス検知素子３と防
爆構造材としての金網８が備えられており、これらはセ
ンサ基台６に取り付けられている。

【００１０】つぎに、前述の点検ガス流通孔９の構成に
ついて説明する。この流通孔９は特定の通気面積（断面
積）と特定の流路長さとを有し、流量制限能を備えて構
成されている。即ち、この流量制限能を備えることによ
り、メタンガスに対するガス検知状態（例えば素子温度
４５０℃程度で、通気孔を介してガスが流通できる状
態）において、この点検ガス流通孔９を流通するガス
（検知対象ガスと妨害ガスとの総量）の流量が、メタン
ガスのアルコールガスに対する選択性を確保できる流量
に制限されるように構成されている。

【００１１】ここで、流量制限能を備えることにより得
られる拡散制限効果とは、複数種のガスにおいて、夫々
のガスが有している燃焼速度に差があるため、ハウジン
グ２内へ供給される外気の量が規制されると、ハウジン
グ２内に配設されるガス検知素子３に於けるガス種によ
る感度差（選択性）が得られることを意味する。この原
理を簡単に、検知対象ガスとしてのメタンガスとこれに
対する妨害ガスとしてのアルコールガスの場合を例に採
って説明する。金属酸化物半導体をガス検知素子３とし
て用いる場合、通常、特定の検知温度範囲、センサの構
造条件で作動する。このような温度、構造に保たれたセ
ンサ１内にあるガス検知素子３にガス（複数のガスが混
在するガス）が接触すると、その一部が燃焼（酸化）す
る。そして、この燃焼の度合いはガス種によって異な
る。即ち、メタンガスの場合はアルコールガスと比較す
ると、これが少ない。ここでガス検知素子３の周囲雰囲
気（ハウジング内部４ｂにあるガス）への外気（ハウジ
ング外部４ａのガス）の供給がある一定量以下に制限さ
れると、アルコールガスのように燃焼の速いガスの場合
にはガス検知素子３の周囲雰囲気（ハウジング内部４ｂ
にあるガス）のガス濃度は上昇しない。何故なら、周囲
雰囲気に供給された外気中のガスはガス検知素子３によ
って燃焼され、かつつぎつぎと供給されるガスはその供
給量と釣合って燃焼に消費されるために、ガス検知素子
３の周囲雰囲気は低濃度に維持される。これに対してメ
タンガスのように燃焼速度の遅い、すなわち燃焼されに
くいガスの場合には、例えばハウジング外部４ａの濃度
が上昇するとそれに応じてガス検知素子３の周囲雰囲気
へのガスの供給が増大し、これに対して燃焼による消費
は少ないために比較的短時間で周囲雰囲気は高濃度に達
する。従って、ガス種による検知温度、センサ構造起因
の選択性を、ガスの燃焼速度との関係から得ることが可
能であり、これはハウジング外部４ａと内部４ｂとの間
の流通ガス流量によって決定される。この状態を定性的
に図２に示した。同図において横軸は点検ガス流通孔９
の孔径を、縦軸はガス種による感度を示している。結
果、孔径を制限するにしたがって、アルコールガスに対
するメタンガスの感度が比較的大きくなる孔径（流量
域）が存在していることが判る。即ち、孔径を直径
（０．５〜５ｍｍ）に設定する場合は、上述の点検ガス
流通孔９が流量制限能を備えることとなる。この流通流
量の調節は、孔径の設定、流路に沿った孔長さの設定等
によっても調節可能である。

【００１２】さらに、このガスセンサを好適に採用した
ガス警報器１０の構成について説明する。図３には、こ
のガス警報器１０の警報器ボックス１１内部構成が示さ
れており、このガス警報器１０は台所等の壁面に図面と
上下方向と一致させて配置される。一方、図４はガスセ
ンサ１が配設されるセンサ室１２の縦断面を示してい
る。図示するようにガス警報器１０の警報器ボックス１
１は、方形の箱型に形成されており、内部が、ガスセン
サ１が配設されるセンサ室１２とその他の機器１３が配
設される機器室１４とに、隔壁１５によって仕切られて
いる。そして、前記のセンサ室１２においてガスセンサ
１は、図示するように点検ガス流通孔９がセンサ室１２
の下部域にくるように配置される。さらに、このセンサ
室１２に対して、警報器ボックス１１の表側と横部位で
開口するガスの流通窓１６が設けられ、前述の点検ガス
流通孔９の位置に対応して、センサ室１２の下部域に点
検ガス供給窓１７が設けられている。一方、機器室１４
には、発声器１８、トランス１９、電源制御機器２０等
が配設される。従って、前述の点検ガス供給窓１７から
点検ガスが供給されると、アルコールガスは、比較的比
重が重いためセンサ室１２の下部域に滞留し、ガスセン
サ１に設けられている点検ガス流通孔９を介してハウジ
ング２内に流入する。この状態においては、ハウジング
２内のガスの流れは、内部がガス検知素子３により加熱
されているため点検ガス流通孔９がある下方より吸い込
み、上方へ逃げて行くこととなる。即ち、点検ガスはハ
ウジング２内に入り易く、また、活性炭層７が点検ガス
の一部を吸着したとしても、点検ガス流通孔９から吸い
込まれたガスにより外部へ洗い出され、クリーニングさ
れることになり、活性炭層７の吸着能や寿命が長期に保
たれる。

【００１３】以下、具体例について説明するとともに、
関連するガス選択性能の実験結果について説明する。 ガスセンサの構成 １ 金属酸化物半導体のガス検知素子３ 型式 金属酸化物半導体式 主成分 ＳｎＯ₂ 半導体部 寸法 ４×１．５×１ｍｍ エチルアルコールとの感度比 （（エチルアルコール６０００ｐｐｍ）相当濃度） メタンガス ４０００ｐｐｍ ブタンガス ２５００ｐｐｍ ２ ハウジング２ 筒外径 ２１ｍｍ 内容積 ７．５ｍｌ ３ 活性炭層付通気孔５ 通気孔径 １４ｍｍ 活性炭層厚 ３ｍｍ ４ 点検ガス流通孔９ 通気孔径 １ｍｍ ５ 金網８ １００Ｍ、網２枚、０．２〜０．３ｍｍ厚

【００１４】本願のガスセンサの特性を以下に整理して
示す。 本願のガスセンサ 従来のガスセンサ 点検ガス流通孔 あり なし 点検ガス供給時の応答時間 １ｓｅｃ ８ｍｉｎ 点検ガス供給停止からの 回復時間（鳴動停止時間） ５ｓｅｃ ５０ｍｉｎ 結果、点検動作の点で非常に好ましい結果が得られてい
ることがわかる。

【００１５】従って、本願のガスセンサ１によれば、自
然拡散による程度の濃度（７０００ｐｐｍ以下）、流量
であれば、点検ガス流通孔９は検知対象ガスに充分なガ
ス選択性を付与することができるが、点検時には比較的
高濃度（１％以上）の点検ガスが噴射圧入されるため、
ガス検知素子３の感応部周辺は高濃度となり、容易に鳴
動させることができる。そして、点検ガスが活性炭層７
を殆ど通過しないため、点検後の不都合は起こらない。
結果、通常ガス検知状態、点検時ともに好適に作動でき
るガスセンサを得ることができた。

【００１６】〔別実施例〕以下に本願の別実施例につい
て箇条書きする。 （イ） 上記の実施例においては、点検ガス流通孔をハ
ウジングの側部に設けたが、図５（イ）〜（ハ）に示す
ように、様々に位置に設けた場合も、選択性付与の本願
の目的を達することができる。但しガスセンサ内におけ
るガスの流れ方向に関しては、統一的に議論できない。
図５（イ）に示すものは活性炭層７の中央部位に、図５
（ロ）に示すものは活性炭層７の周方向でその一部部位
に、図５（ハ）に示すものはガスセンサのセンサ基台６
部位に、図５（ニ）に示すものはガスセンサのセンサ基
台６とハウジング２とで形成される空間部位にそれぞれ
設けたものである。ここで、図５（ハ）（ニ）に示す例
の場合は、点検ガス流通孔９とガス検知素子３との間に
防爆用の金網を新たに設ける必要がある。 （ロ） 上記の実施例においては、金属酸化物半導体式
ガス検知素子を用いたが、これに限定するものではな
く、金属酸化物半導体を用いたガス検知素子であれば、
型式を問わない。また、メタン、アルコールの各ガス間
での選択性を問題としたが、燃焼速度に差のあるガス間
であればいかなるガスに対しても本願の構成は適応でき
る。即ち、メタン・水素・一酸化炭素ガス、さらにこれ
らの一種以上のガスを混合した混合ガスにおいても、例
えばアルコールガスに対して選択性を持たせて適応可能
である。また、点検ガスとしてブタンを使用する場合も
適応できる。

【００１７】また、特許請求の範囲の項に図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスセンサの分解斜視図及び組立て状態を示す
図

【図２】各種ガスに関するセンサの感度を示す図

【図３】ガスセンサを内装した警報器の内部構成を示す
図

【図４】ガスセンサを内装したセンサ室の縦断面図

【図５】ガスセンサの別実施例を示す図

【符号の説明】

１ ガスセンサ ２ ハウジング ３ ガス検知素子 ４ａ ハウジング外部 ４ｂ ハウジング内部 ５ 通気孔 ７ 吸着層 ９ 点検ガス流通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−8653（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300726（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−86066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−70448（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−52287（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−15655（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/16 G01N 27/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング外部（４ａ）と内部（４ｂ）
   との間でガスが流通可能な通気孔（５）を備えた気密性
   ハウジング（２）内に、検知対象ガス及び点検ガスに感
   応する金属酸化物半導体よりなるガス検知素子（３）を
   備え、前記通気孔（５）に前記点検ガスを吸着可能な吸
   着層（７）を備えたガスセンサであって、 前記通気孔（５）とは別の点検ガス流通孔（９）を前記
   気密性ハウジング（２）に設けるとともに、前記検知対
   象ガスを検知するための通常ガス検知状態において、前
   記点検ガス流通孔（９）を流通するガスの流量を前記点
   検ガスに対する前記検知対象ガスの選択性が増加する流
   量に制限する流量制限能を、前記点検ガス流通孔（９）
   に備えたガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記点検ガス流通孔（９）の孔径設定に
   より、前記流量制限能が前記点検ガス流通孔（９）に備
   えられている請求項１記載のガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記検知対象ガスがメタン、水素、一酸
   化炭素ガスであり、前記点検ガスがアルコールガス又は
   ブタンガスである請求項１記載のガスセンサ。