JP3885591B2

JP3885591B2 - ガス検出装置

Info

Publication number: JP3885591B2
Application number: JP2002016543A
Authority: JP
Inventors: 孝丹羽; 正雄牧; 克彦宇野; 邦弘鶴田; 孝裕梅田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP2003215096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一酸化炭素の検出や火災報知装置に用いるガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検出装置としては、例えば一酸化炭素検出装置の構成として、ヒータに通電することにより、電極間に一酸化炭素濃度に応じた電圧が出力され、その出力電圧から一酸化炭素濃度を知り、警報を発し、一酸化炭素中毒事故を未然に防ぐというものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、家屋の高気密高断熱化が進み、室内の燃焼機器の不完全燃焼、火事に伴う一酸化炭素ガスによる中毒の危険性がこれまで以上に増したと指摘されている。また高齢者世帯の増加などから、火事、ガス事故からなどの際にいち早く危険を報知する重要性はますます高まっている。しかしながら、前記従来の構成では、燃焼機器の不完全燃焼に起因する一酸化炭素ガスは検知するものの、火災発生時の熱を検出する機能はなく、家屋の安全を確実なものにするためには火災報知器とガス検知装置を設置する必要があった。しかし、例え安全のためとは言え、２つの警報器を設置しなければならないことは、警報器普及を阻害する要因となっていた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガス検出機能と温度検知機能を一体化し、単体でガス検出と温度検知を同時に行って不完全燃焼に伴うガス中毒を防ぎ、また火災を早期に検知し、被害を未然にあるいは最小にとどめるガス検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のガス検出装置は、一定温度に加熱されることによりガス濃度を検出するガス検出部と、ガス検出部を加熱する発熱体と、発熱体に電力を供給する電力供給手段と、発熱体に間欠的に加熱用と温度検出用の波高値の異なるパルス電圧を印加するパルス電圧制御手段と室温検出用のサーミスタを備えたものである。
【０００６】
これによって、ガス検出時には波高値の高いパルス電圧を発熱体に印加することにより、発熱体を高温に加熱してガス検知部でガス濃度を検出し、発熱体が冷えて室温に近づいた時点で波高値の低いパルス電圧を発熱体に印加することにより、室温を測定する。また室温検出用のサーミスタで室内温度を測定する。この構成により、ガス濃度と室温を連続的に検出することが可能となり、一台でガス警報器と火災報知器を兼ねることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、一定温度に加熱されることによりガス濃度を検出するガス検出部と、ガス検出部を加熱する発熱体と、発熱体に電力を供給する電力供給手段と、発熱体に間欠的に加熱用と室温検出用の波高値の異なるパルス電圧を印加するパルス電圧制御手段と室温検出用のサーミスタを有するものであり、サーミスタと発熱体の二つで温度計測を行うことにより、温度計測の信頼性を向上させ、また発熱体の劣化を監視し、単体でガス検出と火災報知の２つの機能を兼ねることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、室温検出用のサーミスタと異常を報知する報知手段を有するものであり、温度測定の結果が異なった時は発熱体の劣化と判断して報知手段で報知を行うものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、パルス電圧制御手段は、可変抵抗器と固定抵抗からなる基準電圧設定手段を有するものであり、可変抵抗器の抵抗設定によって印加電圧を設定するものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、発熱体に温度検出用のパルス電圧印加によって検出された温度と、室温検出用のサーミスタによって検出された温度が２０℃以上異なる時、報知手段で装置の異常を報知するものであり、発熱体が劣化してガス検知機能に異常をきたしたことを発熱体の抵抗変化から検知報知することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、検知情報を音声で報知し、異常報知を確実に行うものである。
【００１２】
【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。
【００１３】
（実施例１）
図１〜図４は本発明の実施例１におけるガス検出装置を示すものである。図１において、５はガス検出部２７（詳細は後記）を加熱する温度特性を有する発熱体（以下ヒータと称す）、７はヒータ５に間欠的に加熱用と温度検出用の波高値の異なるパルス電圧を印加するパルス電圧制御手段で、アナログスイッチ（基準電圧設定手段）８〜１０を有している。アナログスイッチ８は、マイコン（パルス信号電圧出力手段）１４の制御信号線１５の電位をｈｉｇｈにすることによって、制御電圧１１をオペアンプ１８の＋端子に印加する。またアナログスイッチ１０は、マイコン１４の制御信号線１７の電位をｈｉｇｈにすることによって、制御電圧１３（アース電位）をオペアンプ１８の＋端子に印加する。またアナログスイッチ９は、マイコン１４の制御信号線１６の電位をｈｉｇｈにすることによって、制御電圧１２を発熱体電圧切換手段１９のＮＯ端子に印加される。発熱体電圧切換手段１９は、マイコン１４の制御信号線２０の電位をｈｉｇｈにすることによってＮＯ側に切換わり、ヒータ５に固定抵抗２１介して制御電圧１２が印加される。
【００１４】
一方、オペアンプ１８の出力はオペアンプ２２の＋端子の入力となる。ＰＮＰトランジスタ２３とＮＰＮトランジスタ２４および直流電源２５は、ヒータ５に電力を供給する電力供給手段２６を構成している。この構成において、直流電源２５からＰＮＰトランジスタ２３のエミッタ−コレクタを流れ、ヒータ５に流れ込む電流は、ＰＮＰトランジスタ２３のベース電流によって決まる。ＰＮＰトランジスタ２３のべース電流は、ＮＰＮトランジスタ２４のベース電圧、すなわちオペアンプ２２の出力電圧で制御される。オペアンプ２２は−端子と＋端子が同電位になるように動作するので、ヒータ５に流入する電流が決まり、発熱による抵抗値の変動が平衡状態に達し、ヒータ５の温度の平衡も達成される。
【００１５】
図２にヒータ５の抵抗−温度特性を示す。温度が上昇すると抵抗値が増加し、オペアンプ２２の−端子の電圧が増加する。＋端子との電圧差が小さくなるとＮＰＮトランジスタ２４のベース電流が絞られ、従ってＰＮＰトランジスタ２３のベース電流も絞られ、ヒータ５に流入する電流も絞られ、制御電圧に相当した電圧がヒータ５に印加されることになる。そしてヒータ５の温度は一定値に制御される。この制御電圧を変化させれば、ヒータ５の温度も追随して変化する。
【００１６】
図３は制御電圧およびヒータ５の電圧を示すタイムチャートで、制御電圧の時間経過とヒータ電圧の時間経過を示している。制御電圧が間欠的に印加されると、ヒータ５の電圧は制御電圧にまで到達する。この場合のパルス幅は１０ｍsec〜２０ｍsecであり、制御温度は３５０℃、周期は１０〜３０秒である。
【００１７】
ヒータ５の近傍には、一定温度に加熱されることによりガス濃度を検出するガス検出部２７が設置され、ガス濃度により電圧出力が制御マイコン２８に入力され、制御マイコン２８から報知手段３０に警報命令が出力され、危険報知がなされる。制御マイコン２８とマイコン１４は双方向の通信を行って同期をとりつつ仕事を行っている。
【００１８】
図４はガス検出部２７およびヒータ５の詳細構成を示し、３００℃〜５００℃の高温下で酸素イオン導電性を有する固体電解質板１は、その表面に一対の電極２、３を設置し、これらの電極２、３は、エレクトロンビーム蒸着またはスパッタリングまたは厚膜印刷法により形成されている。電極２、３は、通常、白金電極が用いられる。また、一酸化炭素の酸化触媒を含浸保持した一酸化炭素酸化触媒層（図は一部分切り欠いて描いている）４は、通気性を有しているものであって、電極２を覆っている。そして、ヒータ５はセラミック板６の表面に蒸着もしくは印刷によって形成され、固体電解質板１および一酸化炭素酸化触媒層４を加熱して一酸化炭素検知素子として動作させる。ここで電極２、３間には一酸化炭素濃度に応じた電圧が出力される。以上のように、一酸化炭素酸化触媒層４と電極２、３と固体電解質板１によりガス検出部２７が構成されている。
【００１９】
次に、上記構成による一酸化炭素検出の作用を説明する。ガス検出部２７が一定温度に加熱されると、一酸化炭素酸化触媒層４を通過した一酸化炭素ガスは、一酸化炭素酸化触媒層４を通過する時に酸化されて電極２には到達しない。従って、固体電解質板１中の電極２の近傍では、（化１）で示される反応によって電極２に吸着された酸素原子がイオン化される。
【００２０】
（化１）
Ｏ＋２ｅ⁻→Ｏ^２−
一方、電極３の近傍では（化１）で示される反応に加えて、一酸化炭素ガスが到達して来るので（化２）で示される反応も起きている。
【００２１】
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ２＋２ｅ⁻
そして、固体電解質板１の電極２と電極３の近傍での反応の差によって電極２、３間に電位差が発生する。すなわち一酸化炭素の濃度に応じて電位差が変化し、一酸化炭素検知素子として動作する。
【００２２】
ヒータ５は（化１）、（化２）の反応が安定して起こるように、固体電解質板１、一酸化炭素酸化触媒層４を一定の温度に加熱するための熱源であり、間欠的な駆動で加熱を実現させている。
【００２３】
以上のように本実施例においては、ヒータ５にパルス電圧を加えることにより、省電力化を図り、ＡＣ電源だけでなく電池での動作を可能にし、コードレスガス警報器を実現することも可能となる。またヒータ５の加熱停止中に、温度検出用の波高値の小さいパルス電圧（ガス検出時の加熱用の波高値に比して）を、固定抵抗２１を介して印加することによって、ヒータ５の電圧から抵抗値を、抵抗値から温度を知ることができる。したがって、ヒータ５が十分に冷めた状態で、すなわち十分大きな周期と小さなパルス幅で駆動することによって、ヒータ５を測温体として動作させることも可能となる。これにより、一酸化炭素警報器と、温度によって火災を報知する火災警報器の二つの機能を有するガス検出装置を実現することができる。
【００２４】
ここではガス検出装置の一例として一酸化炭素検出の例を説明したが、ガス検出部２７を加熱することによって、メタンガス、プロパンガスなどの可燃性ガスを検出するガス検出装置としても有効であることは言うまでもない。
【００２５】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２におけるガス検出装置を示したもので、基本的には実施例１と同じであり、相違点についてのみ説明する。
【００２６】
室温検出用のサーミスタ３１と固定抵抗３２で基準電圧３３は分圧され、制御マイコン２８の入力になる。ガス検出部２７の両端電圧も制御マイコン２８の入力になり、両者が制御マイコン２８内部で比較される。比較された両者の値の差が一定の範囲内であれば、ヒータ５は正常動作をしていると判定される、差が一定値以上であれば異常と判定される。
【００２７】
この構成によれば、室温がヒータ５とサーミスタ３１の両方で判定され、火災報知の信頼性の向上が図れるだけでなく、ヒータ５の抵抗が劣化していないかどうかを、サーミスタ２８の示す抵抗値と比較することによって判定することが可能となり、ガス検知特性の信頼性も同時に向上する。
【００２８】
（実施例３）
本発明の実施例３におけるガス検出装置は、基本的には実施例２と同じであり、相違点についてのみ説明する。
【００２９】
図５において、ヒータ５で検出した室温とサーミスタ３１で検出した室温との差が生じた時、制御マイコン２８は報知手段３０に信号を送り、機器に異常が生じていることを報知する。このことにより、機器の信頼性は向上し、緊急事態に機器が動作させることなく危険性を回避することが可能となる。
【００３０】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４におけるガス検出装置を示したもので、基本的には実施例１と同じであり、相違点についてのみ説明する。
【００３１】
パルス電圧制御手段７を構成するアナログスイッチ８の入力電圧は、直流電源２５の電圧を可変抵抗器３４と固定抵抗３５で分割して決定される。またアナログスイッチ９の入力電圧は、直流電源２５の電圧を可変抵抗器３６と固定抵抗３７で分割して決定される。すなわち、アナログスイッチ８、９の入力電圧は、可変抵抗器３４、３６の調整で最適な値に設定が可能となる。ヒータ５の抵抗値は、印刷、スパッタなどで作られるので、抵抗値にばらつきが生じることは避けられず、入力電圧の調整手段としての可変抵抗器３４、３６は有用な調整手段である。
【００３２】
（実施例５）
本発明の実施例５におけるガス検出装置は、基本的には実施例４と同じであり、相違点についてのみ説明する。
【００３３】
ヒータ５の抵抗値は、印刷、スパッタなどで作られるので、抵抗値がばらつくことは避けられない。しかしながら、ヒータ５とサーミスタ３１で測定した基準温度が２０℃以上異なると、６５℃程度で検出する火災報知の温度基準を満たすことができず、制御マイコン２８は報知手段３０に信号を送り、異常として報知するようにしている。このことにより、機器の信頼性は向上し、緊急事態に機器が働かない危険性を回避することが可能となる。
【００３４】
（実施例６）
図７は本発明の実施例６におけるガス検出装置を示すもので、基本的には実施例３と同じであり、相違点についてのみ説明する。
【００３５】
制御マイコン２８は、ガス検出部２７、ヒータ５、サーミスタ３１からの温度情報に基づいて、スピーカ３８にアンプ３９を介して信号を送る。その際、制御マイコン２８に接続されている音声用メモリ４０に内蔵されている音声情報を送ることによって、「一酸化炭素が発生している可能性があります。」、「火災です。逃げて下さい。」、「機器に異常が発生しました。調べて下さい。」あるいは電池駆動の製品の場合は、「電池の電圧が下がっています。交換して下さい。」などのメッセージを繰り返すようにしている。
【００３６】
音声で報知されることによって、聞いた人は、その原因が良く理解でき、的確に状況に対応して行動ができる。また電池寿命などに起因する誤動作によって消防へ誤報知されるなどの可能性を減らすことも可能となる。
【００３７】
なお、音声報知時には、ガス検知、温度検知動作を停止するようにしているものである。
【００３８】
（実施例７）
図８は本発明の実施例８における印加されるパルス制御電圧およびヒータ５の温度を示すタイムチャートであり、パルス制御電圧の時間経過と、ヒータ温度の時間経過を示している。
【００３９】
パルス電圧幅は１０ミリ秒、制御温度は４００℃設定、周期を３０秒とすることによって、室温計測時にはヒータ５の温度は十分室温に近くなっている。熱容量が大きい場合には周期を長くすることによって室温に近くなる状態を実現することができる。なお、パルス印加前のヒータ５の温度は、室温プラス２０℃以下になるように設定してある。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガス検出装置によれば、ガス検出部の加熱用ヒータに、波高値の異なるパルス電圧を間欠的に印加して、ガス検出時のヒータの加熱と抵抗値の温度特性から室温の検出を行う。このことにより、ガス検出機能と温度検知機能を一体化し、ガス検出と温度検知を同時に行って不完全燃焼に伴うガス中毒を防ぎ、火災を早期に検知し被害を未然にあるいは最小にとどめることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるガス検出装置の回路構成図
【図２】同ガス検出装置におけるヒータの抵抗−温度特性図
【図３】同ガス検出装置における制御電圧およびヒータ電圧を示すタイムチャート
【図４】同ガス検出装置におけるガス検出部を一部破断して示した斜視図
【図５】本発明の実施例２、３におけるガス検出装置の回路構成図
【図６】本発明の実施例４、５におけるガス検出装置の回路構成図
【図７】本発明の実施例６におけるガス検出装置の回路構成図
【図８】本発明の実施例８の制御電圧およびヒータ温度を示すタイムチャート
【符号の説明】
５発熱体（ヒータ）
７電圧制御手段
８、９、１０アナログスイッチ（基準電圧設定手段）
１１、１２、１３制御電圧
１４マイコン（信号電圧出力手段）
１５、１６、１７、２０制御信号線
１９発熱体電圧切換手段
２１、３２、３５、３７固定抵抗
２２オペアンプ
２５直流電源
２６電力供給手段２７ガス検出部
２８制御マイコン
３０報知手段
３１サーミスタ
３４、３６可変抵抗器

Claims

一定温度に加熱されることによりガス濃度を検出するガス検出部と、前記ガス検出部を加熱する発熱体と、前記発熱体に電力を供給する電力供給手段と、前記発熱体に間欠的に加熱用と室温検出用の波高値の異なるパルス電圧を印加するパルス電圧制御手段と前記発熱体とともに温度計測を行う室温検出用のサーミスタを備えたガス検出装置。
発熱体とサーミスタの温度計測に差が生じた時、異常を報知する報知手段を備えた請求項１に記載のガス検出装置。
パルス電圧制御手段は、可変抵抗器と固定抵抗からなる基準電圧設定手段を備えた請求項１に記載のガス検出装置。
報知手段は、発熱体に温度検出用のパルス電圧印加によって検出された温度と室温検出用のサーミスタによって検出された温度が２０℃以上異なる時、異常を報知する請求項２に記載のガス検出装置。
報知手段は、検知情報を音声で報知する請求項４に記載のガス検出装置。