JP6896554B2 - ガス警報器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス警報器に関する。

従来、ヒータによってセンサ素子を加熱するヒートアップと、ヒータを非加熱状態とするヒートダウンとを繰り返し、センサ素子を高温駆動状態と低温駆動状態とで交互に駆動させるガスセンサが知られている。このようなガスセンサは、高温駆動状態において第１のガス（例えばメタンガス）を検出すると共に、低温駆動状態において第２のガス（例えば一酸化炭素ガス）を検出する（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１９２５３０号公報

ここで、特許文献１のようなガスセンサはセンサ素子が所定の目標温度まで到達しなければ、上記の第１のガス及び第２のガスの濃度を正確に検出することができなくなってしまう。このため、上記ガスセンサを備えるガス警報器においては、電源投入してからガスセンサが充分に暖まるまでの初期遅延時間が発生する。このような初期遅延時間はガス事業者がガス警報器を家庭等に設置する場合において、設置時間の長期化を招き、設置作業の効率低下を招いてしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、ヒータによりセンサ素子を加熱してガスを検出するガスセンサを備えるガス警報器において設置作業の効率低下を抑制することが可能なガス警報器を提供することにある。

本発明のガス警報器は、ヒートアップとヒートダウンとのサイクルを繰り返す制御が行われるヒータと、前記ヒータによるヒートアップ及びヒートダウンによって高温駆動状態と低温駆動状態とを交互に繰り返すセンサ素子とを有し、前記高温駆動状態において周囲に検出対象となる第１のガスが存在する場合にその濃度に応じた信号を出力すると共に、前記低温駆動状態において周囲に検出対象となる第１のガスと異なる第２のガスが存在する場合にその濃度に応じた信号を出力するガスセンサと、前記ガスセンサからの信号に基づいて所定濃度以上の第１又は第２のガスが検出されると異常状態であると判断する異常判断手段と、前記異常判断手段により異常状態であると判断された場合に、警報部より警報出力させて異常状態を報知する報知制御手段と、を備えたガス警報器であって、電源投入直後の特定時間中のヒートダウン時間に対するヒートアップ時間の比率を前記特定時間経過後におけるヒートダウン時間に対するヒートアップ時間の前記比率よりも大きくして前記ヒータをヒートアップ及びヒートダウンさせるヒータ制御手段、を備え、前記ヒータ制御手段は、前記特定時間中の前半に前記ヒータを継続的にヒートアップさせる継続的ヒートアップ時間を、前記特定時間経過後のガス検出時に前記ヒータをヒートアップさせる検出時ヒートアップ時間よりも長くするように、前記ヒータを継続的にヒートアップさせ、前記特定時間中の後半に前記ヒータを継続的にヒートダウンさせる、ことを特徴とする。

このガス警報器によれば、電源投入直後の特定時間において、ヒートダウン時間に対するヒートアップ時間の比率を特定時間経過後における比率よりも大きくしてヒータをヒートアップ及びヒートダウンさせる。このため、電源投入直後の特定時間においては、ヒートアップ時間がヒートダウン時間に対して長くなり、早めの昇温が行われることとなる。従って、ヒータによりセンサ素子を加熱してガスを検出するガスセンサを備えるガス警報器において設置作業の効率低下を抑制することができる。

加えて、このようなガスセンサは急激な加熱による劣化が懸念されるが、特定時間においてはヒートダウンも行われるため、このような懸念も防止される。
また、このガス警報器によれば、特定時間中の前半にヒータを継続的にヒートアップさせ、特定時間中の後半にヒータを継続的にヒートダウンさせるため、前半のヒートアップによって早期にセンサ素子を昇温させつつも後半にヒートダウンを行ってセンサ劣化を抑えることができる。

また、本発明のガス警報器において、前記ヒータ制御手段は、前記特定時間経過後における前記比率のヒートアップとヒートダウンとのサイクルを所定回数繰り返したときに、昇温前の前記センサ素子を目標温度まで昇温させることができる場合において、前記特定時間経過後におけるヒートアップ時間に対して前記所定回数を乗算して得られる加熱時間が前記特定時間中において確保されるように１又は複数回のヒートアップを行うことが好ましい。

このガス警報器によれば、加熱時間が特定時間中において確保されるように１又は複数回のヒートアップを行うため、特定時間中に適正時間だけヒートアップを行うこととなり、過剰な加熱を抑えてセンサ劣化を適切に防止しつつ設置作業の効率低下を抑制することができる。

本発明によれば、ヒータによりセンサ素子を加熱してガスを検出するガスセンサを備えるガス警報器において設置作業の効率低下を抑制することが可能なガス警報器を提供することができる。

本発明の実施形態に係るガス警報器を示すブロック図である。 図１に示したヒータ制御部によるヒータ制御の様子を示す図である。 比較例に係る初期遅延時間を示す図である。 本実施形態に係る初期遅延時間を示す第１の図である。 本実施形態に係る初期遅延時間を示す第２の図である。 図３〜図５に示したヒータ制御によるセンサ素子の感度を示すグラフである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係るガス警報器を示すブロック図である。なお、以下に示すガス警報器は、検出対象ガスの高濃度異常を警報するものを説明するが、これに限らず、火災や人感などの他の警報器と組み合わされたものであってもよい。

同図に示すように、ガス警報器１は、検出対象となるガスの濃度が所定濃度以上であること（異常状態）を検出した場合に警報出力して、ガスの濃度が所定濃度以上であることを報知するものであって、ガスセンサ１０と、ＣＰＵ２０と、音声出力部（警報部）３０と、表示部（警報部）４０とを備えている。

ガスセンサ１０は、周囲の検出対象となるガスの濃度に応じた信号を出力するものである。本実施形態においてガスセンサ１０は、半導体式のものを想定しているが、これに限らず、接触燃焼式のセンサであってもよい。このようなガスセンサ１０は、ヒータ１１と、センサ素子１２とを備えている。

ヒータ１１は、センサ素子１２を加熱するものである。センサ素子１２は、ヒータ１１によって目標温度（活性温度）まで加熱されることで、所定のガスに対して好適な感度を有するものである。このセンサ素子１２は、酸化錫タイプのものであって、周囲に検出対象ガスが存在すると、その濃度に応じて抵抗値が減少するものである。また、センサ素子１２には定電圧が付与されているため、周囲の検出対象ガスの濃度に応じて電流出力が増加することとなる。このように本実施形態に係るガスセンサ１０は、電流変化を濃度に応じた信号として出力するものである。

ＣＰＵ２０は、ガス警報器１の全体を制御するものであって、本実施形態においては概略的に、ヒータ制御部（ヒータ制御手段）２１、異常判断部（異常判断手段）２２、及び報知制御部（報知制御手段）２３を備えている。

ヒータ制御部２１は、ヒータ１１に対して電圧を印加したり遮断したりすることで、ヒートアップとヒートダウンとのサイクル（以下ヒートサイクルという）を繰り返す制御を実行するものである。図２は、図１に示したヒータ制御部２１によるヒータ制御の様子を示す図である。なお、図２に示すヒータ制御は後述する特定時間経過後のヒータ制御である。

図２に示すように、ヒータ制御部２１は、所定のヒートアップ時間Ｔ１と、所定のヒートダウン時間Ｔ２とを交互に繰り返す制御を実行する。これにより、センサ素子１２は、高温駆動状態と低温駆動状態とを交互に繰り返すこととなる。

ここで、本実施形態においては、ヒートアップ状態からヒートダウン状態へ移行する直前がメタン検出ポイントとなっており、ヒートダウン状態からヒートアップ状態へ移行する直前が一酸化炭素検出ポイントとなっている。すなわち、本実施形態に係るガスセンサ１０は、高温駆動状態において周囲にメタンガス（第１のガス）が存在する場合にその濃度に応じた信号を出力すると共に、低温駆動状態において周囲に一酸化炭素ガス（第２のガス）が存在する場合にその濃度に応じた信号を出力する。

再度、図１を参照する。異常判断部２２は、ガスセンサ１０からの信号に基づいて所定濃度以上の第１又は第２のガスが検出されると異常状態であると判断するものである。報知制御部２３は、異常判断部２２により異常状態であると判断された場合に、音声出力部３０及び表示部４０より警報出力させて、異常状態を報知させるものである。

音声出力部３０は例えばスピーカやブザー及びこれを駆動する回路から構成されている。表示部４０は例えばＬＥＤや液晶ディスプレイ及びこれを駆動する回路から構成されている。

ここで、本実施形態に係るガス警報器１は、ガスセンサ１０が所定の目標温度（高温駆動状態において約３５０℃〜４００℃、低温駆動状態において約７０℃〜１００℃）まで達しなければ上記メタンガスや一酸化炭素ガスの濃度を正確に検出できなくなってしまう。特に、メタンガスを正確に検出するためには、センサ素子１２の温度を一度約３５０℃〜４００℃程度まで昇温させる必要がある。このため、本実施形態に係るガス警報器１においては、電源投入してからガスセンサ１０が充分に暖まるまでの初期遅延時間が発生する。

図３は、比較例に係る初期遅延時間を示す図である。図３に示すように、比較例に係るヒータ制御部は、電源投入直後、５秒のヒートアップ時間Ｔ１と、１５秒のヒートダウン時間Ｔ２とを交互に繰り返す制御を実行する。そして、ヒータ制御部は、１回２０秒のヒートサイクルを３回繰り返すことで、ガスセンサを目標温度まで到達させる。

しかし、比較例においては、１回２０秒のヒートサイクルを３回繰り返すため、６０秒の初期遅延時間が発生してしまう。特に、ガス事業者にとって、このような初期遅延時間は長く感じられると共に、設置時間が長くなって設置作業の効率低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係るヒータ制御部２１は、電源投入直後の特定時間において、ヒートダウン時間Ｔ２に対するヒートアップ時間Ｔ１の比率（Ｔ１／Ｔ２）を、特定時間経過後における比率よりも大きくしてヒータ１１をヒートアップ及びヒートダウンさせる。

詳細に説明すると、特定時間は例えば３０秒である。３０秒の特定時間経過後においてヒータ制御部２１は、図３に示したヒートサイクルと同様に、５秒のヒートアップ時間Ｔ１と、１５秒のヒートダウン時間Ｔ２とを交互に繰り返す制御を実行する。ここで、特定時間経過後は、ヒートダウン時間Ｔ２に対するヒートアップ時間Ｔ１の比率が「１／３」となる。本実施形態に係るヒータ制御部２１は、特定時間中において、比率を特定時間経過後の比率よりも大きくする。具体的に本実施形態においては、比率を「１」とする。これにより、電源投入直後の特定時間においては、ヒートアップ時間Ｔ１がヒートダウン時間Ｔ２に対して長くなり、早めの昇温が行われることとなる。

図４は、本実施形態に係る初期遅延時間を示す第１の図である。図４に示すように、ヒータ制御部２１は、特定時間中の前半にヒータ１１を１５秒間だけ継続的にヒートアップさせ（すなわち１５秒のヒートアップ時間Ｔ１を設け）、特定時間中の後半にヒータ１１を１５秒間だけ継続的にヒートダウンさせる（すなわち１５秒のヒートダウン時間Ｔ２を設ける）。これにより、初期遅延時間（特定時間に相当）を３０秒に短縮することとなる。

図５は、本実施形態に係る初期遅延時間を示す第２の図である。図５に示すように、ヒータ制御部２１は、ヒータ１１を５秒間だけヒートアップさせ（すなわち５秒のヒートアップ時間Ｔ１を設け）、その後ヒータ１１を５秒間だけヒートダウンさせる（すなわち５秒のヒートダウン時間Ｔ２を設ける）。ヒータ制御部２１は、これを１サイクルとして、３サイクル繰り返す。これにより、初期遅延時間（特定時間に相当）を３０秒に短縮することとなる。

以上のように、図４及び図５に示す例では、初期遅延時間を短縮して設置作業の効率低下を抑制することができる。加えて、このようなガスセンサ１０は急激な加熱による劣化が懸念されるが、特定時間においてはヒートダウンも行われるため、このような懸念も防止される。

ここで、図４及び図５に示す例において、ヒータ制御部２１は、図３に示す比較例と同じだけの加熱時間を確保している。まず、本実施形態では、特定時間経過後における比率（１／３）のヒートサイクルを３回（所定回数）繰り返したときに、センサ素子１２を目標温度まで昇温させることができる（図３参照）。このような場合において、ヒータ制御部２１は、特定時間経過後におけるヒートアップ時間Ｔ１（すなわち５秒）に対して所定回数（すなわち「３」）を乗算して得られる加熱時間（すなわち１５秒）が特定時間中において確保されるように１又は複数回のヒートアップを行う。

これにより、特定時間中に適正時間だけヒートアップを行うこととなり、過剰な加熱を抑えてセンサ劣化を適切に防止しつつ設置作業の効率低下を抑制することとなる。

図６は、図３〜図５に示したヒータ制御によるセンサ素子１２の感度を示すグラフである。なお、図６において、破線は図３に示したヒータ制御によるセンサ素子１２の感度を示しており、実線は図４に示したヒータ制御によるセンサ素子１２の感度を示している。また、二点鎖線は図５に示したヒータ制御によるセンサ素子１２の感度を示している。

図６に示すように、図４及び図５に示す３０秒時点でのセンサ素子１２の感度（高温図４及び高温図５）は、図３に示した６０秒時点のセンサ素子１２の感度（高温図３）と同等となっている。このため、図４及び図５に示すヒータ制御であっても充分にガスセンサ１０を第１及び第２のガスを検出可能に昇温させたといえる。

ここで、図６に示す高温図３、高温図４及び高温図５とは、温度６５℃湿度９５％の環境に１５日間放置した後に、図３〜図５のそれぞれのヒータ制御を行ったことを示している。このため、放置された環境の違いから、高温図３に示す感度は常温図３及び低温図３にも示す感度と異なっている。なお、図示を省略したが、常温放置及び低温放置の後に、図４及び図５のヒータ制御を行った場合も高温放置の場合と同様に、３０秒時点で充分な感度を示した。

このようにして、本実施形態に係るガス警報器１によれば、電源投入直後の特定時間において、ヒートダウン時間Ｔ２に対するヒートアップ時間Ｔ１の比率を特定時間経過後における比率よりも大きくしてヒータ１１をヒートアップ及びヒートダウンさせる。このため、電源投入直後の特定時間においては、ヒートアップ時間Ｔ１がヒートダウン時間Ｔ２に対して長くなり、早めの昇温が行われることとなる。従って、ヒータ１１によりセンサ素子１２を加熱してガスを検出するガスセンサ１０を備えるガス警報器１において設置作業の効率低下を抑制することができる。

加えて、このようなガスセンサ１０は急激な加熱による劣化が懸念されるが、特定時間においてはヒートダウンも行われるため、このような懸念も防止される。

また、特定時間中の前半にヒータ１１を継続的にヒートアップさせ、特定時間中の後半にヒータ１１を継続的にヒートダウンさせるため、前半のヒートアップによって早期にセンサ素子１２を昇温させつつも後半にヒートダウンを行ってセンサ劣化を抑えることができる。

また、加熱時間が特定時間中において確保されるように１又は複数回のヒートアップを行うため、特定時間中に適正時間だけヒートアップを行うこととなり、過剰な加熱を抑えてセンサ劣化を適切に防止しつつ設置作業の効率低下を抑制することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において第１及び第２のガスの検出ポイントは図２に示すものでなくともよい。さらに、第１のガスはメタンガスに限らず、第２のガスも一酸化炭素ガスに限られるものではない。加えて、特定時間は３０秒に限るものではないし、図４及び図５に示す例において特定時間と初期遅延時間とは一致しているが、特に一致していなくともよい。すなわち、特定時間を１０秒とし、図５に示したヒートサイクルを１回だけ実行し、その後は図３に示した比較例と同様のヒータ制御を行ってもよい。この場合、特定時間は１０秒となるが、初期遅延時間は５０秒になると予測される。

また、上記実施形態においてガス警報器１は、検出対象となるガスの濃度が所定濃度以上であることを検出した場合に警報出力するものであるが、この所定濃度は、第１のガスと第２のガスとで異なる値のものであってもよいし、同じ値となっていてもよい。

さらに、図４に示す例においては、３０秒の特定時間の前半１５秒をヒートアップ時間Ｔ１とし、後半１５秒をヒートダウン時間Ｔ２としているが、ここでいう前半及び後半とは特定時間の半分を区切りとするものではなく、特定時間の５秒や１０秒経過時間を区切りとするものなどであってもよい。

１ ：ガス警報器
１０ ：ガスセンサ
１１ ：ヒータ
１２ ：センサ素子
２０ ：ＣＰＵ
２１ ：ヒータ制御部（ヒータ制御手段）
２２ ：異常判断部（異常判断手段）
２３ ：報知制御部（報知制御手段）
３０ ：音声出力部（警報部）
４０ ：表示部（警報部）
Ｔ１ ：ヒートアップ時間
Ｔ２ ：ヒートダウン時間

Claims (1)

1. ヒートアップとヒートダウンとのサイクルを繰り返す制御が行われるヒータと、前記ヒータによるヒートアップ及びヒートダウンによって高温駆動状態と低温駆動状態とを交互に繰り返すセンサ素子とを有し、前記高温駆動状態において周囲に検出対象となる第１のガスが存在する場合にその濃度に応じた信号を出力すると共に、前記低温駆動状態において周囲に検出対象となる第１のガスと異なる第２のガスが存在する場合にその濃度に応じた信号を出力するガスセンサと、
   前記ガスセンサからの信号に基づいて所定濃度以上の第１又は第２のガスが検出されると異常状態であると判断する異常判断手段と、
   前記異常判断手段により異常状態であると判断された場合に、警報部より警報出力させて異常状態を報知する報知制御手段と、を備えたガス警報器であって、
   電源投入直後の特定時間中のヒートダウン時間に対するヒートアップ時間の比率を前記特定時間経過後におけるヒートダウン時間に対するヒートアップ時間の比率よりも大きくして前記ヒータをヒートアップ及びヒートダウンさせるヒータ制御手段を備え、
   前記ヒータ制御手段は、
   前記特定時間中の前半に前記ヒータを継続的にヒートアップさせる継続的ヒートアップ時間を、前記特定時間経過後のガス検出時に前記ヒータをヒートアップさせる検出時ヒートアップ時間よりも長くするように、前記ヒータを継続的にヒートアップさせ、
   前記特定時間中の後半に前記ヒータを継続的にヒートダウンさせる、
   ことを特徴とするガス警報器。

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