JP3750995B2

JP3750995B2 - 浴室用のｃｏ警報装置

Info

Publication number: JP3750995B2
Application number: JP2001356994A
Authority: JP
Inventors: 利浩宇高; 和之大塚
Original assignee: Figaro Engineering Inc
Current assignee: Figaro Engineering Inc
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2003156463A

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
この発明はガス検出装置に関し、特に雑ガス吸収用のフィルタから脱離したガスや水分により、誤報することを防止することに関する。
【０００２】
【従来技術】
出願人は、金属酸化物半導体ガスセンサをパルス的に駆動して、ガスを検出することを提案した。例えば特許２７９１４７３において、絶縁基板上にヒータ膜と金属酸化物半導体膜とを積層し、ヒータ膜からの熱で金属酸化物半導体膜をパルス的に加熱して駆動することを提案した。さらに特許３０５０６６２において、ガスセンサの駆動用のマイクロコンピュータの消費電力を減少させることを提案した。また特許３０８７９８２において、パルス駆動型のガスセンサのハウジングに活性炭等の水の収着剤を保持させ、湿度依存性を減少させると共に経時安定性を改善することを提案した。
【０００３】
しかしながら、パルス駆動型のＣＯセンサを用いた警報器をフィールドでモニターすると、設置後半年以上経過して、誤報が生じる例が相次いだ。誤報は梅雨季から夏季に生じ、深夜等のガスの発生が全く無い時間帯でも生じた。出願人は誤報が生じたセンサの活性炭フィルタを検査し、活性炭に大量の雑ガスが付着していることを見出した。これらのことから出願人は、誤報の機構を以下のように推定した。秋から春の間に、フィルタにエタノールなどの雑ガスが吸着する。梅雨から夏にかけて高温多湿となるに伴い、フィルタから雑ガスが脱離し誤報が生じる。
【０００４】
活性炭などのフィルタを用いたガスセンサでの、梅雨期から夏期の誤報は、パルス駆動のセンサに限るものではない。雑ガスに対する相対感度をフィルタで改善すると、高温多湿になることにより雑ガスが脱離し、誤報が生じやすくなる。特にフィルタの寿命を延ばすために、フィルタへの外気の流入を制限すると、脱離したガスはセンサ内にこもり、誤報しやすくなる。
【０００５】
【発明の課題】
この発明の課題は、雑ガス吸収用のフィルタを備えたガスセンサを用いた検出装置に対して、高温多湿期などの誤報を防止することにある（請求項１〜３）。
【０００６】
【発明の構成】
この発明の浴室用のＣＯ警報装置は、雑ガス吸収フィルタを備えたガスセンサを用いた浴室用のＣＯ警報装置において、空気中でのガスセンサの出力が、長期間継続して第１の値以上に増加している際に、ＣＯの警報レベルを通常の第１の警報レベルからより高濃度側の第２の警報レベルに変更し、前記第１の値よりも高濃度のＣＯに対応する第２の値以上に長期間継続して増加している際に、ＣＯの警報レベルを前記第２の警報レベルよりも高濃度側の第３の警報レベルに変更するための手段と、空気中でのガスセンサの出力が前記の第２の値以下に低下した際に、即時にＣＯの警報レベルを前記第３の警報レベルから第２の警報レベルへ復帰させるための手段と、空気中でのガスセンサの出力が前記の第１の値以下に低下した際に、即時にＣＯの警報レベルを前記第２の警報レベルから第１の警報レベルへ復帰させるための手段とを設けたことを特徴とする。
好ましくは、前記ガスセンサでは、前記雑ガス吸収フィルタの外側に外気の流入を制限するための拡散制限用の開口を設け、雑ガス吸収フィルタの内側に大きな開口を設け、さらに雑ガス吸収フィルタの前記内側にガスセンサ本体を配置する。
また好ましくは、警報レベルの変更の履歴と警報の履歴とを書き込むためのＥＥＰＲＯＭを設ける。
【０００７】
【発明の作用と効果】
この発明では、空気中でのガスセンサの出力が長期間に渡って増加していることを、ガスセンサのフィルタから雑ガスなどが脱離していることの兆候として監視手段で検出し、ガス検出レベルを高濃度側に補正する。このため夏期や梅雨期などの誤報を防止できる。
【０００８】
フィルタが必要なのは、ＣＯのように低濃度のガスを検出し、しかも雑ガスとの相対感度を充分に取れない場合に多く、このような場合に誤報も著しくなるので、ＣＯ警報装置にこの発明を用いる。
【０００９】
空気中でのガスセンサの出力が長期間に渡って増加していることの検出では、例えば、２４時間以上などの所定時間以上、ガスセンサ出力が所定値以上（ここではガス濃度が増すと出力が増すものとして説明する）で有ることを検出すれば、簡単に検出できる。所定値は、誤報の防止との観点から、正常な空気中ではあり得ない値とすることが好ましく、特にガスの検出レベルに対する相対値で定めることが好ましい。
【００１０】
【実施例】
図１〜図８に、実施例とその変形とを示す。図１に実施例のガス検出装置を示すと、２は電源で、リチウム電池やリチウムイオン電池等の電池や太陽電池、あるいは商用電源などを用いる。４は金属酸化物半導体の抵抗値の変化を用いたガスセンサで、６は金属酸化物半導体で、８はそのヒータである。ガスセンサ４には活性炭やゼオライト、シリカゲル、ゴム等のフィルタを設けて、エタノール等の雑ガスを吸着ないしは吸収すると共に、水蒸気を吸着・吸収させて、金属酸化物半導体６への雑ガスや湿度変動の影響を小さくする。ゴムには雑ガスを吸収してフィルタとなるものがある。
【００１１】
例えばここでは金属酸化物半導体６をヒータ８により、６０秒周期で１４ｍ秒ずつ加熱し、加熱から１秒後のセンサ抵抗によりＣＯを検出する。ガスセンサ４の種類は金属酸化物半導体ガスセンサに限らず、接触燃焼式ガスセンサやプロトン導電体ガスセンサなどでも良く、雑ガス吸収用のフィルタを用いたものであればよい。ガスセンサの駆動条件はパルスドライブが好ましいが、これに限らず例えば２０秒周期などでヒータ電力を周期的に変化させるものでも良い。１０はガスセンサ４の負荷抵抗で、１１，１２はスイッチで、スイッチ１１によりヒータ８をパルス的にオンさせ、スイッチ１２により金属酸化物半導体６に検出電圧をパルス的に加える。１４は周囲温度の補正用のサーミスタ、１６は抵抗である。
【００１２】
２０はマイクロコンピュータで、２２はセンサ駆動処理部で、その信号Ｈによりスイッチ１１をオンさせ、信号Ｓによりスイッチ１２をパルス的にオンさせる。２３はタイマで、ここでは電源投入後(スタート後)１時間経過したか否かと、センサ抵抗Ｒｓが所定の値を２４時間以上継続して下回ったかのチェック等に用いる。２４はＡＤコンバータで、センサ抵抗Ｒｓの読み込みや、周囲温度の読み込みに用いる。２６はアラームレベル補正部で、例えばセンサ抵抗が基準レベル(ＳＴＤ)の１０倍以下の状態が２４時間以上続いた場合や、ＲｓがＳＴＤの５倍以下の状態が２４時間以上続いた場合に、アラームレベル(Alarm)を、例えばＳＴＤの８０％と６４％とに減少させる。また電源投入後１時間以内もアラームレベルを補正する。
【００１３】
２７，２８は入出力で、入出力２７はＥＥＰＲＯＭ３０から基準レベルＳＴＤを読み込み、アラームレベルの変更の履歴や警報の履歴をＥＥＰＲＯＭ３０に書き込む。入出力２８は、駆動回路３２を介して、ＣＯの検出時にブザー３４を動作させ、これ以外にスイッチ１３を介して信号ＰによりＬＥＤ３６を制御する。ＬＥＤ３６は電源表示と警報中の２つのモードを、点滅パターンの変化によって表示する。なおＬＥＤ３６は設けなくてもよく、ＥＥＰＲＯＭ３０に基準レベルＳＴＤを記憶させる代わりに、可変抵抗等で基準レベルを設定し、ＡＤコンバータ２４から読み込んでも良い。４０は検出部で、アラームレベル補正部２６により補正されたアラームレベルと、センサ抵抗Ｒｓとを比較し、センサ抵抗Ｒｓがアラームレベル以下の場合に、直ちにあるいは血中ＣＯヘモグロビン濃度等に変換するように積分して、ＣＯの発生を警報する。
【００１４】
図２にガスセンサ４の構造を示すと、４２はアルミナやシリカ等の基板で、その上部にヒータ８と絶縁膜４４と金属酸化物半導体６とを積層し、基板４２をベース４６に接着等により固定する。４８はフィルタで、活性炭やゼオライトあるいはシリカゲル、プラスチック系の気体選択性透過膜等を用い、水蒸気やエタノール、トリクレン等を吸収させて、金属酸化物半導体６に対するこれらの影響を和らげる。５０は拡散制限用の開口で、フィルタ４８への外気の流入を制限し、フィルタ４８の吸収能力が飽和して、雑ガス等が透過するのを遅らせる。
【００１５】
図３に、高温多湿期のエアレベルの低下を模式的に示す。ＣＯ警報器ではＣＯ１００〜２００ppm程度で警報することが要求され、ＣＯの発生を見逃すことを防止するため、下限付近のＣＯ１００ppm程度に基準レベル(ＳＴＤ)を設定する。またＣＯセンサでは、金属酸化物半導体の抵抗値はほぼＣＯ濃度に反比例して変化する。そして正常時は空気中の抵抗値Ｒｓは、ＳＴＤの１０倍以上となる。
【００１６】
ＣＯ警報器を浴室や台所等に設置し、長期間経過すると、フィルタに徐々に雑ガスが蓄積されていく。そして警報器の設置から例えば数ヶ月程度経過し、梅雨等を迎えると、高温多湿のためフィルタに蓄積した雑ガスが脱離し、図２の開口５０を絞ってあるため、脱離した雑ガスは金属酸化物半導体６側へと拡がっていく。
【００１７】
ガスセンサ４はパルス的に加熱するため、フィルタ４８から脱離した雑ガスを燃焼させて除去できず、またフィルタ４８をヒータ８の熱で温度上昇させることもないので、秋から春等にかけてフィルタ４８に雑ガスが吸着しても、これを加熱して少しずつ脱離させることができない。このため梅雨等を迎えると、フィルタ４８には大量の雑ガスや水蒸気が蓄積されており、周囲の温度が増加し、また湿度が増加して、雑ガスがフィルタ上の吸着点から追い出されやすくなるため、脱離が始まる。そしてこのためエアレベルが低下する。
【００１８】
エアレベルが低下すると、ガス中での抵抗値レベルも低下し、例えばＣＯ中での抵抗値は図の鎖線の範囲のように低下する。すると僅かな引き金により、例えばＣＯやその他の雑ガスが発生したことにより、センサ抵抗は基準レベルＳＴＤを下回り、誤報が生じる。例えば設置後半年以上経過し、３５℃相対湿度９５％以上の極端な雰囲気が１週間程度続くと、ＣＯ１００ppmを基準レベルとした警報器で、２０〜３０ppm程度のＣＯで警報する例があった。なおフィルタからの脱離ガスによる誤報は、パルス駆動以外のガスセンサでも生じている。
【００１９】
図４〜図７により、実施例でのアラームレベルの補正を示す。センサ抵抗Ｒｓが正常なエアレベルよりも低い状態が２４時間以上続くことは、ＣＯの発生では生じない。家庭では２４時間継続して燃焼機器を動作させることは無いからである。また仮にこれがＣＯの発生に基づくものであったとしても、ＣＯの警報濃度は１００〜２００ppmであることが要求され、基準レベルは１００ppm程度に設定されている場合が多いので、アラームレベルを変更しても、２００ppm以下でＣＯを検出することができる。
【００２０】
これ以外に、ＣＯ警報器の保管中等にフィルタに雑ガスが蓄積し、電源投入時に雑ガスが脱離して誤報することがある。このことを防止するため、スタート後(電源投入後)１時間以内は、アラームレベルを補正する。そしてＣＯ警報器では補正済みのアラームレベルとセンサ抵抗Ｒｓとを比較し、所定の条件で警報する。なおアラームレベルの補正に用いるセンサ抵抗は、サーミスタによる温度補正済みのものでも、温度補正前のものでもよい。
【００２１】
電源投入から１時間動作するタイマを起動させ、この間はＲｓがＳＴＤの１０を超える場合に、アラームレベルはＳＴＤとし、Ｒｓ／ＳＴＤの比が５〜１０で、アラームレベルを０.８ＳＴＤとし、５以下でアラームレベルを０.６４ＳＴＤとする。スタートから１時間経過すると以上の処理を打ち切り、その時点でのアラームレベルを継続して用いる。この結果電源投入１時間以内でのアラームレベルの挙動は、図５に示したようになる。
【００２２】
電源投入から１時間以上経過すると、Ｒｓ／ＳＴＤの比が１０超で、２４時間のタイマＴ１並びに２４時間のタイマＴ２をいずれもオフさせ、アラームレベルを直ちに基準レベルＳＴＤに変更する。Ｒｓ／ＳＴＤが５〜１０の場合、タイマＴ１がオフしていればオンさせ、タイマＴ２がオンしていればオフさせる。そしてタイマＴ１の経過時間が２４時間以上かどうかをチェックし、２４時間以上でアラームレベルを基準レベルＳＴＤの０.８に変更する。Ｒｓ／ＳＴＤの比が５以下の場合、タイマＴ１がオフしていればオンさせ、同様にタイマＴ２もオフしていればオンさせる。次にタイマＴ２の経過時間をチェックし、２４時間以上経過していれば、アラームレベルを０.６４ＳＴＤに変更する。これらの結果アラームレベルは図６，図７のように変更される。またアラームレベルの変更アルゴリズムを表１に示す。Ｓ／Ｎ比はセンサ抵抗と基準レベルとの比である。
【００２３】
【表１】

場合、即時に警報設定レベルを０.８(１.０)にする(即時に復帰する)
【００２４】
電源投入１時間以内の処理は、実質的にこの間アラームレベルをＳＴＤの０.６４倍とすることである。この処理を加えることにより、保管中等に雑ガスがフィルタに吸着した場合でも、電源投入直後の誤報を防止できる。またアラームレベルをＳＴＤの８０％とすると、警報濃度は１４０ppm程度に増加し、０.６４ＳＴＤとすると警報濃度は２００ppm程度となる。
【００２５】
図４でタイマＴ１，Ｔ２をオンさせる条件、あるいはアラームレベルを補正する条件として、Ｒｓ／ＳＴＤの比のみでなく、例えば周囲温度が所定温度以上（例えば２５℃以上）であること等を加えても良い。これは熱帯夜を経験ししかもエアレベルが低下している場合に、アラームレベルを補正することを意味する。
【００２６】
図８に参考例のガス検出装置を示す。エアレベルが長時間低下していることが、フィルタから雑ガスが発生し、あるいは水蒸気によりセンサ抵抗が低下していることの現れである。エアレベルが長時間低下していることの検出には種々の方法がある。図８において、６０はガスセンサ駆動回路で、図１のマイクロコンピュータ２０よりも左側の部分に相当し、６２はヒストグラム作成部で、例えば過去１日あるいは過去１週間でのセンサ抵抗のヒストグラムを作成し、ヒストグラムの分布のピーク値やメディアン値あるいはヒストグラムの分布の半値幅等を出力する。ピークやメディアン値は平均的なエアレベルに対応し、分布の幅はセンサ抵抗の変動の程度を表す。そしてセンサ抵抗の変動の程度が小さいのが、エアレベルの低下の第２の兆候である。スタート時処理部６４は例えば電源投入後１時間の間、アラームレベルを基準レベルＳＴＤの０.６４倍に変更する。なおスタート時処理部６４は設けなくても良い。
【００２７】
アラームレベル補正部６６は、ヒストグラム作成部６２やスタート時処理部６４からの信号により、アラームレベルを記録部７０に記憶した基準レベルの０.８倍や０.６４倍等に変更する。記録部７０は設定時の基準レベルを記憶し、基準レベルは許容警報濃度範囲内で低濃度側に設定して、エアレベルが継続して低下していることを検出した際に、許容警報濃度範囲内の上限側にアラームレベルを補正することが好ましい。
【００２８】
トラブル表示部６８はＬＥＤ等を駆動し、アラームレベルを補正している場合、ＣＯ警報器の警報機能が低下しているものとして、その旨の表示を行う。トラブル表示部６８は設けなくても良い。記録部７０は図１のＥＥＰＲＯＭ３０と同様に、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリで構成し、基準レベルＳＴＤを記憶すると共に、アラームレベルの補正や警報の履歴を記憶する。これらの履歴は、例えば過去１０回分程度を記憶する。アラームレベルの変更の履歴では、アラームレベルを高濃度側に変更した時刻と、基準レベルへ復帰させた時刻、並びにその間のＲｓ／ＳＴＤの最小値を記憶する。警報履歴では、警報した時刻とその時点のＲｓ／ＳＴＤを記憶する。
【００２９】
トラブル表示部６８を設けることにより、フィルタからの雑ガスの脱離や、それに伴ってアラームレベルを一時的に変更したこと等をユーザに伝えることができる。またこれらの記録を記録部７０に記憶することにより、警報発生時にその状況を明らかにし、あるいはユーザから苦情があった場合に、警報器の状態を調べることができる。７２は警報部で、ガスセンサ駆動回路６０からのセンサ抵抗Ｒｓを、アラームレベル補正部６６からのアラームレベルと比較し、所定の条件で警報する。
【００３０】
実施例ではＣＯ警報器について説明したが、ＣＯとメタンやＣＯとＬＰＧとの警報器、メタンやＬＰＧ用の警報器でも、同様にガス検出レベルを高濃度側に補正して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のガス検出装置のブロック図
【図２】実施例で用いたガスセンサの要部断面図
【図３】夏季のエアレベルの低下を模式的に示す図
【図４】実施例でのアラームレベルの補正アルゴリズムを示すフローチャート
【図５】電源投入後１時間以内のアラームレベルの補正を示す特性図
【図６】電源投入後１日程度のアラームレベルの補正を示す特性図
【図７】アラームレベルの補正を示す特性図
【図８】参考例のガス検出装置のブロック図

Claims

雑ガス吸収フィルタを備えたガスセンサを用いた浴室用のＣＯ警報装置において、
空気中でのガスセンサの出力が、長期間継続して第１の値以上に増加している際に、ＣＯの警報レベルを通常の第１の警報レベルからより高濃度側の第２の警報レベルに変更し、前記第１の値よりも高濃度のＣＯに対応する第２の値以上に長期間継続して増加している際に、ＣＯの警報レベルを前記第２の警報レベルよりも高濃度側の第３の警報レベルに変更するための手段と、
空気中でのガスセンサの出力が前記の第２の値以下に低下した際に、即時にＣＯの警報レベルを前記第３の警報レベルから第２の警報レベルへ復帰させるための手段と、
空気中でのガスセンサの出力が前記の第１の値以下に低下した際に、即時にＣＯの警報レベルを前記第２の警報レベルから第１の警報レベルへ復帰させるための手段とを設けたことを特徴とする、浴室用のＣＯ警報装置。
前記ガスセンサでは、前記雑ガス吸収フィルタの外側に外気の流入を制限するための拡散制限用の開口を設け、雑ガス吸収フィルタの内側に大きな開口を設け、さらに雑ガス吸収フィルタの前記内側にガスセンサ本体を配置したことを特徴とする、請求項１の浴室用のＣＯ警報装置
警報レベルの変更の履歴と警報の履歴とを書き込むためのＥＥＰＲＯＭを設けたことを特徴とする、請求項１または２の浴室用のＣＯ警報装置。