JP6664913B2 - 警報器および当該警報器を使用した水素ガスの検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部環境の変化を検知する検知手段と、前記検知手段が検知した結果に基づいて前記外部環境の変化の程度を判定する判定手段と、前記判定手段が所定の警報レベル以上の前記外部環境の変化を検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器、および、当該警報器を使用した水素ガスの検知方法に関する。

燃料電池自動車に水素を供給する施設である水素ステーションの昇圧設備は、大風量の排気（放熱）ファンと吸気口を備えた建屋内に設置され、この昇圧設備の天井面に水素ガスの漏洩を検知する警報器が取り付けられている。

例えば日本の水素ステーションでは、高圧ガス保安法で警報器の設置が義務化されており、１施設あたり５〜１０点の警報器（水素センサ）が取り付けられている。警報の設定濃度は警報器の設置場所で異なり、５００ｐｐｍ〜２％の間で警報濃度に応じて接触燃焼式センサおよび半導体式センサが使い分けられている。

尚、本発明における従来技術となる上述した接触燃焼式センサ或いは半導体式センサを備えた警報器は、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。

上述した水素ステーションの昇圧設備は、大風量の排気ファンのため、換気率が高くなっていた。このような空調管理されて換気率の高い設備内では、仮に水素ガスの漏洩があったとしても水素ガスの濃度は警報濃度まで高くなり難いため、水素ガスの漏洩を早期に検知できない虞があった。

また、仮に水素ステーションの昇圧設備において水素ガスの漏洩が発生して警報が出力された場合、安全性を優先して当該昇圧設備の内部に不用意には入室できない。この場合、水素ガスの漏洩を早期に検知できれば、警報が出力される前に入室して適切な処置を講じることができる可能性がある。

従って、本発明の目的は、早期に外部環境の変化を検知できる警報器、および、当該警報器を使用した水素ガスの検知方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る警報器は、排気ファンを備えた建屋内に設置され、空気より軽い被検知ガスを検知する検知手段と、前記検知手段が検知した結果に基づいて前記被検知ガスの濃度を判定する判定手段と、前記判定手段が所定の警報レベル以上の前記被検知ガスを検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器であって、その第一特徴構成は、前記判定手段が前記警報レベル未満の前記被検知ガスを検知したと判定した場合、前記判定手段が、前記被検知ガスの濃度の変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したときに、前記警報手段によって予備警報を出力する点にある。

本構成によれば、判定手段が所定の警報レベル以上の空気より軽い被検知ガスを検知したと判定して警報手段が警報を出力（本警報）する前に、警報レベル未満の外部環境の変化としてゆらぎ変動を検知して予備警報を出力することができる。

詳述すると、空気より軽い被検知ガスの漏洩を検知する場合、当該被検知ガスは濃度分布を伴って検知手段の側へ移動すると考えられる。そのため、最初に濃度分布にムラのある相対的に低い濃度の被検知ガスが検知手段に到達し、その後、相対的に高い濃度の被検知ガスが検知手段に到達すると考えられる。

濃度分布にムラのある被検知ガスを検知手段によって検知した場合、その出力はある程度上昇および下降を繰り返す正負方向の変動を示すと考えられる。検知手段が検知した結果に基づいて外部環境の変化の程度を判定する判定手段は、このような正負方向の変動をゆらぎ変動として検知するように構成することができる。

本発明の警報器であれば、高い濃度の被検知ガスが検知手段に到達したときに出力される本警報の前に、判定手段が、被検知ガスの濃度の変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したとき、即ち、濃度分布にムラのある低い濃度の被検知ガスが検知手段に到達して判定手段によってゆらぎ変動が検知されたときに予備警報を出力することができる。そのため、本発明の警報器であれば、本警報より早期に被検知ガスの漏洩といった外部環境の変化を検知することができる。

従って、使用者は、本警報の前に予備警報を認識して、外部環境の変化が発生した対象空間に到達して早期に適切な処置を講じることができる。

本発明に係る警報器の第二特徴構成は、前記パターンのうちの少なくとも１つの正の変動におけるピーク値を、前記警報レベルの少なくとも３０％以上の出力とした点にある。

本警報の前に確認される出力の特定パターンが明瞭なピークを形成すればゆらぎ変動と判定できる可能性がある。当該明瞭なピークとは、出力値の急激な上昇の後に直ちに下降する際に描かれる出力曲線のことをいう。このような明瞭なピークを複数確認できれば、ゆらぎ変動の可能性は高まる。

従って、本構成のように、前記パターンのうちの少なくとも１つの正の変動におけるピーク値として、警報レベルの少なくとも３０％以上の出力を検出することで、ゆらぎ変動を確実に検知することができる。

本発明に係る警報器の第三特徴構成は、前記変動は、得られた出力パターンを前記判定手段が特定時間間隔を１周期とするセンサ信号をフーリエ変換して算出される周波数成分が１〜５Ｈｚの振幅スペクトルからなるベクトルの大きさを５０以上とした点にある。

本構成によれば、ゆらぎ変動を明確に定義して判定手段によって確実に検知することができる。

本発明に係る警報器の第四特徴構成は、検知対象が、空調管理された設備における前記被検知ガスとした点にある。

後述の実施例１〜４および比較例によれば、空調管理された設備ではゆらぎ変動が検知できるのに対して、空調管理されない自然換気条件の設備ではゆらぎ変動は検知されないと認められた。従って、検知対象が、空調管理された設備における前記被検知ガスであれば、雰囲気の流動パターンがある程度規則的となり、効果的にゆらぎ変動が検知できる。

本発明に係る警報器の第五特徴構成は、前記検知手段をマイクロ接触燃焼式ガスセンサとし、前記被検知ガスを水素ガスとした点にある。

本構成によれば、応答時間の早いマイクロ接触燃焼式ガスセンサを検知手段として使用し、水素ガスの漏洩を迅速に検知することができる。

本発明に係る水素ガスの検知方法の特徴構成は、排気ファンを備えた建屋内に設置され、水素ガスを検知する検知手段と、前記検知手段が検知した結果に基づいて水素ガスの濃度を判定する判定手段と、前記判定手段が所定の警報レベル以上の水素ガスを検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器を使用した水素ガスの検知方法であって、前記判定手段が前記警報レベル未満の水素ガスを検知したと判定した場合、前記判定手段が、水素ガスの濃度変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したときに、前記警報手段によって予備警報を出力する点にある。

本構成によれば、判定手段が所定の警報レベル以上の水素ガス濃度を検知したと判定して警報手段が警報を出力（本警報）する前に、警報レベル未満の水素ガス濃度としてゆらぎ変動を検知して予備警報を出力することができる。

即ち、本発明の水素ガスの検知方法であれば、高い濃度の水素ガスが検知手段に到達したときに出力される本警報の前に、判定手段が、水素ガスの濃度変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したとき、即ち、濃度分布にムラのある低い濃度の水素ガスが検知手段に到達して判定手段によってゆらぎ変動が検知されたときに予備警報を出力することができる。そのため、本発明の水素ガスの検知方法であれば、本警報よりも早期に水素ガスの漏洩を検知することができる。

本発明の警報器を示す概略図である。 実施例において水素ガスの拡散実験で使用した容器の概略図である。 実施例１において水素ガスの検知結果を示したグラフである（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）。 実施例２において水素ガスの検知結果を示したグラフである（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）。 実施例３において水素ガスの検知結果を示したグラフである（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）。 実施例４−１において水素ガスの検知結果を示したグラフである（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分）。 実施例４−２において水素ガスの検知結果を示したグラフである（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分）。 比較例において水素ガスの検知結果を示したグラフである。 μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）における水素ガス流入量１Ｌ/分の場合において、水素流入直後の５秒間を１周期とするデータをフーリエ変換し、周期１〜５Ｈｚのみの成分を逆変換して得られた結果を示したグラフである。 μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）における水素ガス流入量１Ｌ/分の場合において、水素流入前の任意の１０秒間のデータをフーリエ変換し、周期１〜５Ｈｚのみの成分を逆変換して得られた結果を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示したように、本発明の警報器Ｘは、外部環境の変化を検知する検知手段１０と、検知手段１０が検知した結果に基づいて外部環境の変化の程度を判定する判定手段２０と、判定手段２０が所定の警報レベル以上の外部環境の変化を検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段４０と、を有する警報器Ｘであって、判定手段２０が警報レベル未満の外部環境の変化を検知したと判定した場合、判定手段２０が、外部環境の変化として正負方向のゆらぎ変動を検知したときに、警報手段４０によって予備警報を出力する。

外部環境の変化は、水素ガスや都市ガス等の可燃性ガスの漏洩や火災の発生等、警報器の周囲で発生した環境の変化をいうものである。本実施形態の外部環境の変化は、水素ステーションの昇圧設備で発生しうる水素ガスの漏洩について説明するが、これに限定されるものではない。当該昇圧設備は、通常、空調管理されており、大風量の排気ファンによって換気率が高く設定してある。

検知手段１０として、水素ガスを検出できるものであれば、公知の接触燃焼式ガスセンサ素子や半導体式センサ素子などが使用できる。

接触燃焼式ガスセンサは、精度が高く再現性があり、出力がガス濃度に比例しＬＥＬまでほぼ直線であり、水素や炭化水素などの可燃性ガスを検知することができる。当該接触燃焼式ガスセンサは、可燃性ガス（水素ガス）と感応する検出素子および補償素子を備える。

検出素子は、電気抵抗に対する温度係数が高い白金やタングステン等を含む金属線のコイルの表面が、被検出ガスである可燃性ガスに対して活性な白金やパラジウムといった貴金属等からなる触媒を坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。当該検出素子は、可燃性ガス中に置かれたとき、通電により発熱することで自身が備える触媒が加熱されて可燃性ガスと反応し、その反応熱に応じて（可燃性ガスの濃度に応じて）出力値が変化する。

本実施形態では、検出素子として、直径１０μｍの白金線を加工したマイクロヒータコイルを用いて素子のサイズを小型化し、当該マイクロヒータコイルに白金とパラジウムを担持したアルミナを球状に成形して焼結したもの（直径０．２〜０．５ｍｍ）を使用する場合に付いて説明するが、これに限定されるものではない。このように検出素子を小型化したセンサをマイクロ接触燃焼式ガスセンサ（μ−ＣＳセンサ）とする。

補償素子は、検出素子と同様に可燃性ガス中に置かれて通電されることで、検出素子の温度補償を行うための素子であり、検出素子が有する触媒による燃焼熱に応じた出力値の変化分のみ取り出すために用いられる。
補償素子は、例えば検出素子と同等のコイルの表面がアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。補償素子は触媒を有しないため、触媒反応による可燃性ガスの燃焼が生じないため、被検出ガスに対して不活性とされる。当該補償素子は、通電されることにより発熱してその周囲を覆うアルミナ等の坦体を加熱するものであり、熱により自らの抵抗値が変化する。

通常、接触燃焼式ガスセンサは、水素ガスが検出素子の触媒に接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子よりも低温の補償素子との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して可燃性ガスの濃度を検出することができる。

補償素子は、周囲温度の変化の影響を相殺するために使用する。すなわち、センサ素子のガスとの反応による温度変化は数１０℃程度と小さく、周囲温度が例えば０℃〜４０℃の範囲で変化すると、ガスとの反応によるセンサ出力変化と周囲温度の変化によるセンサ出力変化が区別できないため、検出素子と同程度の抵抗値を有し周囲温度に対して同じような抵抗変化をする補償素子を検出素子と並列に接続して、検出素子の検出電圧に周囲温度の影響が現れないようにしている。

半導体式ガス検知素子として、熱線型半導体式ガス検知素子、基板型半導体式ガス検知素子が挙げられるが、これに限られるものではない。本実施形態では、熱線型半導体式ガス検知素子とした場合について説明する。熱線型半導体式ガス検知素子はガスの選択性に優れており、水素、メタン、イソブタン、一酸化炭素等を被検知ガスとすることができる。

熱線型半導体式ガス検知素子は、コイル状の貴金属線材にガス感応部が設けてある。貴金属線材は、例えば白金、パラジウム、白金−パラジウム合金等の線材を使用できる。貴金属線材の線径、コイル径、コイル巻数等は、従来の熱線型半導体式ガス検知素子に使用するものと同様で、特に限定されない。

ガス感応部は、酸化スズあるいは酸化インジウムを主成分とする金属酸化物半導体を塗布して覆い、乾燥後、焼結成型したものである。

判定手段２０は、検知手段１０が水素ガスの漏洩を検知した出力に基づき、水素ガス濃度を算出する濃度算出部を備えることができる。当該濃度算出部は、検知手段１０からの出力信号に基づいて水素ガス濃度を算出できるマイコンなどを使用するとよい。

判定手段２０は、検知手段１０が警報レベル以上の水素ガス濃度を継続して検知した場合、警報信号Ｓ１を警報手段４０に送って当該警報手段４０により警報を出力するように制御する。尚、判定手段２０が警報レベル以上の水素ガス濃度を継続して検知したことを判定するのは、検知手段１０が水素ガスの漏洩を検知した出力値に基づいて判定してもよいし、当該出力値から濃度算出部によって算出した算出値に基づいて判定してもよい。

警報の出力は、選択可能な複数種類の警報音信号を予め記憶する記憶手段３０に記憶されている何れかの警報音信号Ｓ２を音声として出力してもよいし、ＬＥＤランプ等の点灯や点滅によって視覚的に警報を出力するようにしてもよい。

記憶手段３０は、複数種類の警報音信号を記憶できるメモリやストレージであれば、どのような態様でもよい。記憶手段３０には、複数種類の警報音信号Ｓ２として、例えばガス警報器で必要とする合成音信号（例えば「ガスが漏れていませんか」などの合成音声）と、電子音信号（例えば「ピッ、ピッ、ピッ、ピッ、」などの電子音）との２種類を記憶するとよい。記憶する警報音信号Ｓ２の数は２種類以上であってもよく、合成音声および電子音の態様は、上記以外でもよい。

警報手段４０は、検知手段１０が警報レベル以上の被検知ガス濃度を継続して検知したことを判定手段２０が判定した場合、当該判定手段２０から警報信号Ｓ１を受け取り、選択された警報音信号Ｓ２に基づいて音声により警報を出力する。この場合、警報手段４０はスピーカおよびその駆動回路を備えた構成となっており、警報音信号Ｓ２を警報音に変換して警報を出力する。

また、警報手段４０は、ＬＥＤランプ等を備えて警報を視覚的に出力するように構成することができる。この場合、警報手段４０は、判定手段２０から警報信号Ｓ１を受け取り、ＬＥＤランプの点灯や点滅によって警報を出力する。

本発明の警報器Ｘは、判定手段２０が警報レベル未満の外部環境の変化を検知したと判定した場合、判定手段２０が、外部環境の変化として正負方向のゆらぎ変動を検知したときに、警報手段４０によって予備警報Ｓ４を出力する。尚、判定手段２０が警報レベル未満の外部環境の変化を検知したと判定するのは、検知手段１０における出力値に基づいて判定してもよいし、当該出力値から濃度算出部によって算出した算出値に基づいて判定してもよい。

即ち、警報手段４０は、判定手段２０が所定の警報レベル以上の外部環境の変化を検知したと判定した場合に警報Ｓ３（本警報）を出力し、かつ、判定手段２０が警報レベル未満の外部環境の変化であるゆらぎ変動を検知したときにも警報Ｓ４（予備警報）を出力する。

本警報Ｓ３および予備警報Ｓ４は、両者が異なる警報であることを使用者が認識できる出力態様であればよいが、両者を同じ出力態様とすることも可能である。本実施形態では、本警報Ｓ３および予備警報Ｓ４は、異なる出力態様とした場合について説明する。この場合、例えば本警報Ｓ３をスピーカからの音声出力とし、予備警報Ｓ４をＬＥＤによる出力とすることができるが、これに限定されるものではない。

本明細書における「ゆらぎ変動」とは、外部環境の変化が正負方向にゆらぐ、即ち、本実施形態では、水素ガスの漏洩が発生した場合に水素ガスの濃度が関数的に上昇し続けるのではなく、不規則に上昇および下降を繰り返す正負方向の変動を示すことをいう。当該変動として、例えば上昇、下降および上昇の連続的な変動などが特定パターンとして挙げられるがこれに限定されるものではない。本発明の警報器Ｘでは、判定手段２０が、この特定パターンの変動を所定時間内に検知した場合にゆらぎ変動であると判定するように構成する。また、このような特定パターンの変動を所定時間内に複数回検知したときにゆらぎ変動であると判定してもよい。所定時間は適宜設定することが可能であるが、例えば５〜２０秒間、好ましくは５〜１０秒間とすることができる。

ゆらぎ変動の正負の幅は、適宜設定することができる。例えば、水素ガスの漏洩の判断として、判定手段２０が所定の警報レベル以上の水素ガス濃度を検知したと判定した場合に警報（本警報Ｓ３）を出力するとき、本警報Ｓ３の前に確認される出力の特定パターンが明瞭なピークを形成すればゆらぎ変動と判定できる可能性がある。本明細書における明瞭なピークとは、出力値の急激な上昇の後に直ちに下降する際に描かれる出力曲線のことであり、このような明瞭なピークを複数確認できれば、ゆらぎ変動の可能性は高まる。当該明瞭なピークの高さ（正負の幅）が、例えば警報レベルの水素ガス濃度の少なくとも３０％以上であれば、ゆらぎ変動であると判定するのがよい。
即ち、当該警報レベルの水素ガス濃度の少なくとも３０％以上の出力が特定パターンのうちの少なくとも１つの正の変動として検出されたときにゆらぎ変動であると判定すればよいが、これに限定されるものではない。

例えば、水素ガスの濃度が１００００ｐｐｍ以上となった場合に本警報Ｓ３を出力する場合、警報レベルの水素ガス濃度の例えば少なくとも３０％の出力である３０００ｐｐｍの水素ガス濃度が、特定パターンのうちの少なくとも１つの正（上昇）の変動として検出されたときにゆらぎ変動であると判定する。

このゆらぎ変動の正負の幅は、通常の水素ガスの漏洩に適用できるが、水素ガスの低濃度のスローリークを検出したい場合には、さらに低い値を設定してもよい。例えば、明瞭なピークの高さが警報レベルの水素ガス濃度の少なくとも２％以上であれば、ゆらぎ変動であると判定するのがよい。このようにゆらぎ変動の正負の幅は、使用者が水素ガスの漏洩（外部環境の変化）をどのくらい早期のタイミングで認識したいかによって適宜設定すればよい。

また、ゆらぎ変動であると判定する別の態様として、例えば得られた出力パターンを判定手段２０が特定時間間隔を１周期とするセンサ信号をフーリエ変換して算出される周波数成分が１〜５Ｈｚの振幅スペクトルからなるベクトルの大きさを基にゆらぎ変動と認識することもできる。当該特定時間間隔は、例えば５秒間，１０秒間等の時間間隔を設定すればよい。周波数成分を１〜５Ｈｚとするのは、電気信号のノイズ成分と分離するためである。周波数成分は、フーリエ変換後に例えば以下の数式によって算出することができる。水素検知状態のセンサ出力の時間変化は、フーリエ変換によって周波数成分ごとに数１のような単純な関数で表現することができる。ここでＡ_iは各周波数成分のスペクトルの大きさを表す項である。

数１のＡ_i項をベクトルの大きさと見なして、周波数が１〜５Ｈｚのスペクトルの大きさの合計は数２の式で求めることができる。

当該ベクトルＡ²の大きさは、例えば５０以上であれば、電気信号のノイズ成分と分離することができるため、確実にゆらぎ変動と認識することができる。尚、フーリエ変換によって求める周波数成分は１〜５Ｈｚに限定するものではなく、フーリエ変換のサンプリング周期に応じて適宜設定すればよい。

本実施形態では、空調管理された設備である水素ステーションの昇圧設備において、空気より軽い被検知ガスである水素ガスを検知する場合について説明するが、このような設備において空気より軽い被検知ガスであれば、雰囲気中を漂ってゆらぎ変動を効果的に検知することができる。そのため、空気より軽い被検知ガスとしては、水素ガスに限定されず、メタンガス等もゆらぎ変動を検知することができる。

本発明の警報器Ｘであれば、本警報Ｓ３が出力される前に、ゆらぎ変動を検知して予備警報Ｓ４を出力することができる。

詳述すると、空調管理された設備である水素ステーションの昇圧設備において漏洩した水素ガスにおいては、濃度分布を伴って検知手段１０の側へ移動すると考えられる。そのため、最初に濃度分布にムラのある相対的に低い濃度の水素ガスが検知手段１０に到達し、その後、相対的に高い濃度の水素ガスが検知手段１０に到達すると考えられる。本発明の警報器Ｘであれば、高い濃度の水素ガスが検知手段１０に到達したときに出力される本警報Ｓ３の前に、濃度分布にムラのある低い濃度の水素ガスが検知手段１０に到達してゆらぎ変動が検知されたときに予備警報Ｓ４を出力することができる。そのため、本発明の警報器Ｘであれば、本警報より早期に水素ガスの漏洩を検知することができる。

〔実施例１〕
本発明の実施例について説明する。
水素ステーションの昇圧設備は、大風量の排気（放熱）ファンと吸気口を備えた鉄道コンテナ程度の建屋内に置かれ、通常、この天井面に水素センサ（警報器Ｘ）が配設してある。この設置条件で水素ガスの漏洩が発生した場合、警報器Ｘにおける検知手段１０の出力が漏洩箇所や排気風量（吸気速度）にどのように影響されるのかを実験的に確認した。

検知手段１０として、マイクロ接触燃焼式ガスセンサ（μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）、検出素子：直径０．２ｍｍ）、および、熱線型半導体式ガスセンサ（ＣＨ−Ｔ３Ｒセンサ（本実施例１−２））を使用した。参考例として、接触燃焼式ガスセンサ（ＣＳセンサ、検出素子：直径０．７ｍｍ）を使用した。μ−ＣＳセンサおよびＣＳセンサについては、検出素子の直径が異なること以外は同等の構成とした。

本実施例では、水素ステーションの昇圧設備を模した図２に示した容器Ｙを使用して、水素ガスの拡散実験を行い、水素ガスのゆらぎ変動が検知できるかを確認した。当該容器Ｙの内容積は５８Ｌ（５２０×３５０×３２０ｍｍ）とし、天井面に上述した３つの検知手段を各別に収容した３つの警報器を配設したセンサ設置部ａおよび排気ファンｂを配設し、側面に空気の吸気口ｃ（１２０×６０ｍｍ）を設け、床面に水素ガスの漏洩を模した水素ガスリーク部ｄを設けた。当該水素ガスリーク部ｄはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）と接続して水素ガスの流量を制御できるように構成した。本実施例のように、容器Ｙに排気ファンｂおよび吸気口ｃを設けることで、空調管理された設備である水素ステーションの昇圧設備を模している。

本実施例では、センサ設置部ａを天井のほぼ中央に配設し、排気ファンｂを側面寄りに配設し、水素ガスリーク部ｄを排気ファンｂから最も遠くなる位置となるように床面に配設した。排気ファンｂの排気速度は６５Ｌ/分とし、水素ガスリーク部ｄからの水素ガスの流入量は０．１〜２Ｌ/分とした。水素ガスの検知結果を図３（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）に示した。

μ−ＣＳセンサ或いはＣＨ−Ｔ３Ｒセンサを備えた本発明の警報器Ｘでは、水素ガス流入量２Ｌ/分の場合は、開始（グラフ横軸の５秒付近）から約２秒後にセンサの出力に変化が見られたため、警報レベルに満たない濃度であるが、水素ガスを検知できたと認められた。
μ−ＣＳセンサおよびＣＨ−Ｔ３Ｒセンサの出力には、グラフ横軸の７〜１１秒付近において、明瞭なピークを形成する上昇、下降および上昇の連続的な変動が確認できた。この変動を判定手段２０が特定パターンとして検知するように設定することで、この変動を判定手段２０がゆらぎ変動を検知することができる。

本実施例において本警報Ｓ３の警報レベルを１００００ｐｐｍとした場合、ゆらぎ変動を判定する基準である正負の幅は少なくとも３０００ｐｐｍ（３０％）程度とする。即ち、明瞭なピークとして、水素ガス濃度の３０００ｐｐｍの変化（出力幅）が特定パターンのうちの少なくとも１つの上昇の変動として検出されたときにゆらぎ変動であると判定することができる。このようなゆらぎ変動は、グラフ横軸の７〜１１秒付近の他、１３〜１７秒付近、３３〜４３秒付近に認められた。特に３３〜４３秒付近のゆらぎ変動では４つ程度の明瞭なピークが連続して確認できたため、所定時間（１０秒）内に４回のゆらぎ変動を検知できたことになる。

そのため、本発明の警報器Ｘであれば、本警報Ｓ３が４４秒付近で出力される前に、ゆらぎ変動を検知して予備警報Ｓ４を出力することができる。

詳述すると、容器Ｙ内に流入した水素ガスは、濃度分布を伴ってセンサ設置部ａや排気ファンｂの側へ移動していると考えられる。即ち、水素ステーションの昇圧設備において漏洩した水素ガスにおいても、濃度分布を伴ってセンサ設置部ａや排気ファンｂの側へ移動する。そのため、最初に濃度分布にムラのある低い濃度の水素ガスがセンサ設置部ａに到達し、その後、高い濃度の水素ガスがセンサ設置部ａに到達する。本発明の警報器Ｘであれば、高い濃度の水素ガスがセンサ設置部ａに到達したときに出力される本警報Ｓ３の前に、濃度分布にムラのある低い濃度の水素ガスがセンサ設置部ａに到達してゆらぎ変動が検知されたときに予備警報Ｓ４を出力することができる。そのため、本発明の警報器Ｘであれば、早期に水素ガスの漏洩を検知することができると認められた。

この場合、当該予備警報Ｓ４を出力するタイミングとしては、ゆらぎ変動を検知した時点であれば１１秒付近で出力することができる。また、特定パターンの変動を所定時間（１０秒）内に複数回検知した場合にゆらぎ変動であると判定する場合は、例えば、７〜１７秒付近において２回目にゆらぎ変動を検知した１７秒付近で予備警報Ｓ４を出力することができる。

一方、参考例であるＣＳセンサの出力変化幅は、μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）およびＣＨ−Ｔ３Ｒセンサ（本実施例１−２）に比べて小さいものであり、明瞭なピークは確認できないことからゆらぎ変動を検知することはできなかったため、本警報Ｓ３の前に予備警報Ｓ４を出力することはできないと認められた。

水素ガス流入量１Ｌ/分（図３（ｂ））においても、μ−ＣＳセンサおよびＣＨ−Ｔ３Ｒはよく似通った傾向となり、グラフ横軸の１０〜１５秒付近等において明瞭なピークが確認できたため、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。

また、水素ガスのスローリークを想定した水素ガス流入量０．１Ｌ/分（図３（ｃ））においては、グラフ横軸の４０〜４８秒付近、４９〜５９秒付近において明瞭なピークが確認できたため、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。この場合、ゆらぎ変動を判定する基準である正負の幅を、上述した３０００ｐｐｍ（３０％）よりも低い値である２００ｐｐｍ（本警報Ｓ３の警報レベル１００００ｐｐｍに対して２％）程度に設定することで、微量の水素ガス漏洩の早期検知に役立つ可能性があると認められた。

〔実施例２〕
本実施例では、実施例１における排気ファンｂの排気速度は６５Ｌ/分を１３０Ｌ/分としたこと以外は同様の条件で実験を行った。水素ガスの検知結果を図４（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）に示した。

この結果、ゆらぎ変動の横軸幅は実施例１と比べて小さくなったものの、実施例１と同様に実施例２においても明瞭なピークが連続して確認でき、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。

〔実施例３〕
本実施例では、実施例１におけるセンサ設置部ａを水素ガスリーク部ｄの真上に配設したこと以外は同様の条件で実験を行った。水素ガスの検知結果を図５（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分、（ｃ）０．１Ｌ/分）に示した。

この結果、ゆらぎ変動の縦軸幅は実施例１と比べて大きくなる傾向が認められ、実施例１と同様に実施例３においても明瞭なピークが連続して確認でき、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。また、センサ出力のゆらぎ変動は、センサ設置部ａおよび水素ガスリーク部ｄの距離が近いほうが大きくなると認められた。

〔実施例４〕
本実施例では、実施例１における水素ガスリーク部ｄを吸気口ｃの側に配設し、排気ファンｂの排気速度を６５Ｌ/分（実施例４−１）或いは１３０Ｌ/分（実施例４−２）としたこと以外は同様の条件で実験を行った。実施例４−１における水素ガスの検知結果を図６（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分）、実施例４−２における水素ガスの検知結果を図７（（ａ）２Ｌ/分、（ｂ）１Ｌ/分）に示した。

本実施例では、水素ガスリーク部ｄを吸気口ｃの側に配設したため水素ガスは希釈されて拡散する傾向にあると考えられる。そのため、ゆらぎ変動の横軸幅は実施例１と比べて小さくなったものの、実施例１と同様に実施例４−１，４−２においても明瞭なピークが連続して確認でき、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。

〔比較例〕
比較例として、実施例１における排気ファンｂをオフ（自然換気条件）とした場合の水素ガスの検知結果を図８に示した。水素ガスリーク部ｄからの水素ガスの流入量は０．１Ｌ/分とした。

この結果、何れのセンサにおいても水素ガスの検知結果は緩やかなカーブを描いたため、上述した実施例で認められた上昇、下降および上昇の連続的な変動である特定パターンは認められなかった。これより、水素ステーションの昇圧設備を自然換気条件とすれば、水素ガスのゆらぎ変動は検知できないと認められた。

〔実施例５〕
ゆらぎ変動であると判定する別の態様を以下に説明する。
本実施例では、得られた出力パターンを判定手段２０がフーリエ変換することにより、ゆらぎ変動を判定する。例えば、フーリエ変換して算出される周波数成分が１〜５Ｈｚの振幅スペクトルからなるベクトルの大きさを基にゆらぎ変動と認識することもできる。当該ベクトルの大きさは、例えば５０以上であるときにゆらぎ変動であると判定する。

具体的には、μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）における水素ガス流入量１Ｌ/分（図３（ｂ））の場合において、水素流入直後の５秒間のデータをフーリエ変換した結果を図９に示した。フーリエ変換後に、上述した数２の式によって求めた１Ｈｚから５Ｈｚの周波数成分の振幅スペクトルからなるベクトルＡ²の大きさは９９９であった。このベクトルＡ²の大きさはゆらぎ変動であると判定する範囲に包含されるため、ゆらぎ変動を検知することができると認められた。

また、μ−ＣＳセンサ（本実施例１−１）における水素ガス流入量１Ｌ/分（図３（ｂ））の場合において、水素流入前の任意の５秒間のデータをフーリエ変換した結果を図１０に示した。フーリエ変換後に、上述した数２の式によって求めた１Ｈｚから５Ｈｚの周波数成分の振幅スペクトルからなるベクトルＡ²の大きさは１８であった。このベクトルＡ²の大きさはゆらぎ変動であると判定する範囲に包含されないため、ゆらぎ変動は検知できないと認められた。

本発明の警報器は、外部環境の変化を検知する検知手段と、前記検知手段が検知した結果に基づいて前記外部環境の変化の程度を判定する判定手段と、前記判定手段が所定の警報レベル以上の前記外部環境の変化を検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器、および、当該警報器を使用した水素ガスの検知方法に利用できる。

Ｘ 警報器
Ｓ４ 予備警報
１０ 検知手段
２０ 判定手段
４０ 警報手段

Claims (6)

1. 排気ファンを備えた建屋内に設置され、
   空気より軽い被検知ガスを検知する検知手段と、
   前記検知手段が検知した結果に基づいて前記被検知ガスの濃度を判定する判定手段と、
   前記判定手段が所定の警報レベル以上の前記被検知ガスを検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器であって、
   前記判定手段が前記警報レベル未満の前記被検知ガスを検知したと判定した場合、前記判定手段が、前記被検知ガスの濃度の変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したときに、前記警報手段によって予備警報を出力する警報器。
2. 前記パターンのうちの少なくとも１つの正の変動におけるピーク値が、前記警報レベルの少なくとも３０％以上の出力である請求項１に記載の警報器。
3. 前記変動は、得られた出力パターンを前記判定手段が特定時間間隔を１周期とするセンサ信号をフーリエ変換して算出される周波数成分が１〜５Ｈｚの振幅スペクトルからなるベクトルの大きさを５０以上としたものである請求項１に記載の警報器。
4. 検知対象が、空調管理された設備における前記被検知ガスである請求項１〜３の何れか一項に記載の警報器。
5. 前記検知手段がマイクロ接触燃焼式ガスセンサであり、前記被検知ガスが水素ガスである請求項１〜４の何れか一項に記載の警報器。
6. 排気ファンを備えた建屋内に設置され、
   水素ガスを検知する検知手段と、
   前記検知手段が検知した結果に基づいて水素ガスの濃度を判定する判定手段と、
   前記判定手段が所定の警報レベル以上の水素ガスを検知したと判定した場合に警報を出力する警報手段と、を有する警報器を使用した水素ガスの検知方法であって、
   前記判定手段が前記警報レベル未満の水素ガスを検知したと判定した場合、前記判定手段が、水素ガスの濃度変化として２０秒間に正負方向の変動が複数回あるパターンを検知したときに、前記警報手段によって予備警報を出力する水素ガスの検知方法。

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