(57)【要約】【課題】半導体ガス検知素子を用いたガス検知装置において、特に低温時の一酸化炭素の検知安定性を向上させる。【解決手段】従来は、ガス検知素子を図１（ａ）のように、高温駆動期間Ｔａと低温駆動期間Ｔｂで決まる一定の周期で繰り返し駆動し、例えばｔ１のタイミングでメタンを、ｔ２で一酸化炭素をそれぞれ検知するが、例えば周囲温度が低下すると一般に検知ガスの検知可能時間が長くなるので、所定の濃度以上の一酸化炭素を検出した場合は、即時に低温駆動する期間を図１（ｂ）のＴｂ’のように長くし（Ｔｂ’＞Ｔｂ）、駆動周期をＴからＴ１のように長くすることで、安定な検知ができるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体式ガス検知素子と、この半導体式ガス検知素子を高温と低温の２種類の温度間で周期的に変化させて駆動する駆動手段とを備え、高温にて可燃性ガス成分を、低温にて一酸化炭素をそれぞれ検知するガス検知装置において、
低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子を高温にて駆動される期間と低温にて駆動される期間との和からなる前記半導体式ガス検知素子の駆動周期を、一酸化炭素が所定濃度に達しないときの半導体式ガス検知素子の駆動周期よりも長くすることを特徴とするガス検知装置。
【請求項２】
半導体式ガス検知素子と、この半導体式ガス検知素子を高温と低温の２種類の温度間で周期的に変化させて駆動する駆動手段とを備え、高温にて可燃性ガス成分を、低温にて一酸化炭素をそれぞれ検知するガス検知装置において、
低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子を低温にて駆動する期間を、一酸化炭素が所定濃度に達しないときに半導体式ガス検知素子を低温にて駆動する期間よりも長くすることを特徴とするガス検知装置。
【請求項３】
前記低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子の駆動周期を、１０秒以上かつ３０秒以下の範囲で変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検知ガス成分に感応して電気抵抗が変化する半導体式ガス検知素子を用いたガス検知装置、特にガス検知素子の加熱温度を制御する手段を備え、周期的にガス検知素子の温度を変化させることによって、複数のガスを検知できるようにしたガス検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガスやプロパンガス機器の不完全燃焼に伴う不完全燃焼ガス成分を検知して、ガス漏れ状態や不完全燃焼状態を警報するガス警報器は良く知られている。かかるガス警報器では、１つのガス検知素子を用いて、ガス漏れ状態を示す被検知ガス成分としてメタン等の可燃性ガス成分を、不完全燃焼状態を示す被検知ガス成分としてＣＯを、その動作温度を各々の被検知ガス成分の高感度温度域に制御して、各別に検出する工夫がなされている。
【０００３】
図４に例えば特許文献１に示されるガス警報器の例を示す。
同図において、１は定電圧回路、２は半導体式ガス検知素子等のガスセンサ、３はマイクロコンピュータ（マイコンともいう）、４は表示ランプ、５は警報出力部、６はスピーカ／ブザー、Ｔｒ１はトランジスタ、Ｒ３はセンサ断線検知抵抗、Ｒ４はセンサ出力抵抗で、マイコン３からトランジスタＴｒ１を介してガスセンサ２を低温，高温で周期的に駆動し、高温のときメタン等の可燃性ガス成分、低温のときＣＯを検知するものである。
【０００４】
図５に、上記ガス警報器で一般的に用いられる、ガスセンサ特に半導体式ガス検知素子の温度特性を示す。図５より明らかなように、半導体式ガス検知素子は被検知ガス成分のメタンやＣＯの濃度によってその電気抵抗（センサ抵抗）が変化するとともに、その値は半導体式ガス検知素子の動作温度に依存して大きく変化する。メタンの場合、清浄空気中（メタン濃度０）とメタン濃度１０００ｐｐｍとの場合を比較すると、高温時（例えば４２０℃）でセンサ抵抗に大きな差が生じ、高感度でメタン検知可能であることが分かる。また、ＣＯの場合に、清浄空気中（ＣＯ濃度０）とＣＯ濃度１００ｐｐｍとの場合を比較すると、低温時（例えば８０℃）でセンサ抵抗に大きな差が生じ、高感度でＣＯ検知可能であることが分かる。
【０００５】
従って、ガス警報器は通常、ガス検知素子の動作温度を適正温度に制御するためのヒータを有し、例えば図４のマイコン３を用いて、高温状態（４２０℃、５秒間）と低温状態（８０℃、１０秒間）を周期的に変位するヒータ駆動を行なうことにより、メタンとＣＯを周期的に検知するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２２１１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガス漏れ警報器などのガス検知装置において、ヒータやセンサに電圧を印加する周期であって、高温にて駆動される期間と低温にて駆動される期間との和からなる前記半導体式ガス検知素子の駆動周期は、ガス漏れや不完全燃焼を検知する目的から鑑みて、短いことが有利なのは自明である。上記のようなガス警報器では、ガス検知素子により被検知ガスを検知する周期は、上記の駆動周期に同期させるため、メタン，ＣＯともに１５秒周期となる。
【０００７】
一方、確実にガスを検知する目的からは、ガス検知素子の出力を取り込みガスの濃度を判断する周期であるガス検知周期は、ガス検知素子が安定にガスの検知が可能となる時間から決定する必要があるが、半導体式ガス検知素子のガス検知は、素子表面への被検知ガスの吸着反応現象を利用しているため、低温状態では吸着反応速度が遅くなり、安定にガスを検知可能な時間が高温状態に比べて長くなる傾向がある。
【０００８】
また、ガス検知素子の温度を、ヒータに投入する電力で制御する場合、周囲温度を補償するような制御を行なっていないことが多く、そのため、周囲温度の変化が素子温度の変化を招き、周囲温度が低温になる場合はガスの吸着反応速度が遅くなり、安定にガスの検知が可能となる時間が長くなる傾向がある。その結果、駆動周期が一定な従来のガス検知装置では、周囲温度が低温の場合にＣＯを安定に検知できていない可能性が高く、低温状態でのガス検知の再現性が悪くなると言う問題がある。
【０００９】
また、半導体式ガス検知素子に、被検知ガスへの増感作用や応答性を高めるために貴金属などの触媒を添加することが広く行なわれ、ＣＯガスを検知するガス検知素子にも増感作用や応答性を高めるために貴金属触媒の添加が行なわれている。この触媒の問題点として、ガス検知素子の運転状態は通常の電子機器とは異なり、非常に高温であることに起因する経時安定性の問題がある。一般的に触媒活性が減少する方向へ変化するため、ガス検知装置においても、被検知ガスの吸着反応速度が遅くなるなどの問題が生じる。
【００１０】
つまり、駆動周期が一定な従来のガス検知装置では、経時によってＣＯを安定に検知できていない可能性が高くなり、経時変化状態でのガス検知の再現性が悪くなると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、駆動周期を適正に保ちつつ、ＣＯの検知安定性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明では、半導体式ガス検知素子と、この半導体式ガス検知素子を高温と低温の２種類の温度間で周期的に変化させて駆動する駆動手段とを備え、高温にて可燃性ガス成分を、低温にて一酸化炭素をそれぞれ検知するガス検知装置において、
低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子の駆動周期を、一酸化炭素が所定濃度に達しないときの半導体式ガス検知素子の駆動周期よりも長くすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明では、半導体式ガス検知素子と、この半導体式ガス検知素子を高温と低温の２種類の温度間で周期的に変化させて駆動する駆動手段とを備え、高温にて可燃性ガスを、低温にて一酸化炭素をそれぞれ検知するガス検知装置において、
低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子を低温にて駆動する期間を、一酸化炭素が所定濃度に達しないときに半導体式ガス検知素子を低温にて駆動する期間よりも長くすることを特徴とする。
【００１３】
上記請求項１または２の発明においては、前記低温駆動時に一酸化炭素を所定濃度以上検出したときは、即時に前記半導体式ガス検知素子の出力と対応させて、前記半導体式ガス検知素子の駆動周期を、１０秒以上かつ３０秒以下の範囲で変化させることができる（請求項３の発明）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、駆動周期を適正に保ちつつ、ＣＯの検知安定性を高めることができ、ガス漏れ事故やＣＯ中毒事故を高精度に未然に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はこの発明の実施の形態を説明するための説明図で、図１（ａ）はＣＯガスを検出していない場合、図１（ｂ）はＣＯガスを検出している場合の、ガス検知素子のヒータ駆動のタイミングチャートをそれぞれ示す。なお、ガス検知素子（ガスセンサ）としては良く知られたもの、例えば特開平０７−１９８６４４号公報に記載のものを用いることができる。また、この発明は、先の特許文献１等を用いることで、容易に実施可能である。
図１において、Ｔａはヒータを高温に保つ時間を示し、Ｔｂは同じく低温に保つ時間を示す。駆動周期Ｔは前記Ｔａ＋Ｔｂとの和、すなわちＴ＝Ｔａ＋Ｔｂである。また、ｔ１はＴａ期間中のメタン検知タイミング、ｔ２はＴｂ期間中のＣＯ検知タイミングをそれぞれ示す。
なお、前記ｔ１，ｔ２の各検知タイミングは、一般的には、前記Ｔａ，Ｔｂ期間の終端近傍で、例えば、Ｔａ，Ｔｂ各期間終了の０．５秒前などに設定される。このように駆動周期Ｔと、実際にガス検知素子の出力を取り込むガス検知周期は、ほぼ等しくなる。
【００１６】
ここで、従来のガス検知装置では、ガスの駆動周期Ｔは常に一定である。これに対し、この発明では時刻ｔ２においてガス検知素子の出力を検出し、それがガスの存在を判断する出力値に達している場合、例えばＣＯの警報を発するＣＯ濃度、すなわち約１００ｐｐｍの出力（Ｏ１００）の半分（５０ｐｐｍ）の濃度相当の出力（Ｏ５０）を検出したとき、即時に駆動時間をＴｂからＴｂ’（Ｔｂ’＞Ｔｂ）になるように、ヒータの駆動周期を図１ａから図１ｂのように変化させる。ＴｂをＴｂ’にして駆動周期ＴをＴ１に変えるのではなく、Ｔａの時間も含めて駆動周期Ｔ１に変えるようにしても良い。このとき、変化させる駆動周期をガス検知素子の出力に応じて変えることができる。
【００１７】
そして、次の検知タイミングｔ２’における出力が、ＣＯの警報を発するＣＯ濃度であるＯ１００を超えている場合に、警報を発するようにする。このＣＯ警報を発している期間中は、低温駆動時間はＴｂ’に保ち、雰囲気中のＣＯ濃度が減少し、タイミングｔ２’での出力がＯ１００を下回ったときに、駆動周期を図１ｂから図１ａのようにする。この例では、たとえば上記Ｔａは５秒、Ｔｂは１０秒、Ｔｂ’は２０秒とするが、これらの値に限らないことは勿論である。
【００１８】
図２は、従来のガス検知装置１０台と（図２（ａ）参照）この発明のガス検知装置１０台（図２（ｂ）参照）の場合の、ＣＯ出力の周囲温度依存性を説明する説明図である。ここでは、室温（２０℃）、ＣＯ濃度１００ｐｐｍで警報を発するガス検知装置を、周囲温度を０℃から５０℃まで変化させた場合の、警報を発したＣＯガス濃度を示している。なお、ガス検知素子の出力の温度依存性については、従来のガス検知装置とこの発明のガス検知装置ともに、周囲温度を検出することで補償を行なっている。
【００１９】
図２に示されるように、従来のガス検知装置では周囲温度が低温になるほど、警報を発する濃度の再現性が悪いことが分かるが、この発明のガス検知装置の再現性は良好であることが分かる（図２では１０台の各々を明瞭には区別できないが、大体のところが分かれば充分である）。
図３は図２と同じくＣＯ出力の周囲温度依存性を説明する説明図で、ここでは図３（ａ）として例えば５年間経過した従来のガス検知装置１０台を用いた点が異なる外は、図２の場合と同様である。
【００２０】
すなわち、図３に示すように、従来のガス検知装置では周囲温度が低温になるほど、警報を発する濃度の再現性が悪く、図２と比較して再現性が悪くなり始める温度が上昇していることが分かる。これは、ガス検知素子の触媒機能が経時劣化することを示していると言える。一方、この発明のガス検知装置の再現性は図３（ｂ）のように、全温度領域において良好と言える。
【００２１】
以上では、従来のガス検知装置と比較するために、図１のＴａ，Ｔｂは従来のガス検知装置と同じ時間になるように設定したが、Ｔｂの時間はＣＯの有無が判定できれば良く、従来の場合のＴｂより短い、例えばＴａと同程度（すなわち、高温状態における駆動周期５秒と同程度）まで短くすることができる。この場合でも、Ｔｂ’は良好な再現性を得るためにできるだけ長くすることが好ましいが、ガス漏れ警報器に適用する場合は、確実に１分以内にガス漏れ（メタン）を警報する必要性から、１分間に２回以上の測定周期になることが好都合で、従って、駆動周期Ｔとしては１０秒以上かつ３０秒以下とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態を説明する説明図
【図２】周囲温度依存性を説明するグラフ
【図３】経時品の周囲温度依存性を説明するグラフ
【図４】ガス警報器の従来例を示す構成図
【図５】ガス検知素子の温度特性例図
【符号の説明】
【００２３】
Ｔ，Ｔ１…駆動周期、Ｔａ…高温保持期間、Ｔｂ，Ｔｂ’…低温保持期間、ｔ１，ｔ２…検知タイミング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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