(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルを水素ガスによる誤作動を防止するようにそれぞれ補正することを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
高温期間及び低温期間の周期が略６０秒以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項４】
制御部は負荷抵抗を介して感ガス体に所定電圧を印加し、感ガス体に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、各々のガス検出毎で負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項５】
周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項６】
外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至５記載のガス検出装置。
【請求項７】
上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とする請求項６記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工業分野において、可燃性ガスや不完全燃焼時に発生する一酸化炭素などの不完全燃焼ガスを検出するガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスのガス漏れを検知するガス検出装置としては、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とする感ガス体を用い、感ガス体の表面に可燃性ガスが付着したことによる感ガス体の抵抗変化から可燃性ガスを検出するものがあった。このようなガス検出装置は、感ガス体を加熱するためのヒータを有しており、ヒータへの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、感ガス体の温度を低温とする低温期間とを所定周期で交互に設け、感ガス体が検出対象のガスに接触するとその抵抗値が減少するという性質を利用し、感ガス体の低温期間において不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）などの不完全燃焼ガスを検出するとともに、感ガス体の高温期間において感ガス体の表面に付着した不完全燃焼ガスを燃焼させ、その表面の汚れを除去した後、メタン（ＣＨ4）などの可燃性ガスを検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、財団法人日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡ  Ｅ  ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器では水素を弁別して検出することが求められるが、従来の半導体ガスセンサでは水素を選択的に検出することが困難であった。また、天然ガスの検出に用いられる半導体ガスセンサでは、雑ガスである水素ガスによる誤作動を防止するため、感ガス体に触媒を担持することによって水素に対する感度を低減させることが行われていたが、感度を低減する効果が不十分であるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、請求項１の発明の目的とするところは、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能の両方を１つの感ガス体に持たせたガス検出装置を提供することにある。また、請求項２の発明の目的とするところは、水素ガスによる誤検知を防止したガス検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うことを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスに対する警報判定を行っているので、水素ガスを精度良く検出することができる。したがって、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と、一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡ  Ｅ  ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現することができる。
【０００６】
請求項２の発明では、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルを水素ガスによる誤作動を防止するようにそれぞれ補正することを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合はガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルをそれぞれ補正しているので、雑ガスである水素が存在する場合でも水素による誤検知を防止することができ、警報の精度を向上させることができる。
【０００７】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、高温期間及び低温期間の周期が略６０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができる。
【０００８】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、制御部は負荷抵抗を介して感ガス体に所定電圧を印加し、感ガス体に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、各々のガス検出毎で負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、感ガス体に最適な電圧が印加され異なる種類のガスを精度良く検出できる。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１又は２の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。
【００１０】
請求項６の発明では、請求項１乃至５の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明では、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコーン蒸気から感ガス体を保護することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図面を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置は空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス検出装置であり、このガス検出装置に用いるガス検出素子は、図５および図６（ａ）（ｂ）に示すように、略円板状の樹脂製のベース１１と、ベース１１を貫通してベース１１の表面側および裏面側に突出する３本の端子１２ａ〜１２ｃと、端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれリード線１３ａ〜１３ｃを介して取り付けられたセンシング素子Ａと、天井面１４ａを有する略円筒状に形成されセンシング素子Ａを覆うようにしてベース１１に冠着されるカバー１４と、カバー１４の天井面１４ａに形成された丸孔１４ｂに取り付けられたガス導入用のステンレス製の金網１５とを備えている。
【００１３】
センシング素子Ａは、図５に示すように酸化錫（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とし略球状に形成された所謂焼結体型の感ガス体２０を有しており、この感ガス体２０中にコイル状の白金よりなるヒータ兼用電極２１を埋設するとともに、ヒータ兼用電極２１のコイルの中心を貫通するようにして貴金属線からなる抵抗検出用電極２２を感ガス体２０中に埋設して形成される。ここに、感ガス体２０から突出するヒータ兼用電極２１の両端部から上述したリード線１３ａ，１３ｃが構成され、感ガス体２０から突出する抵抗検出用電極２２の一端部からリード線１３ｂが構成される。なお、感ガス体２０の外径寸法は０．８ｍｍ以下となっており、感ガス体２０を略平板状に形成したり、略円筒状に形成して筒内にコイルを埋設した場合に比べて感ガス体２０を小型化でき、感ガス体２０の熱容量を小さくすることができる。
【００１４】
ここで、感ガス体２０は、酸化錫（ＳｎＯ2）を主成分とし、ＳｎＯ2に対してパラジウム（Ｐｄ）を１．７ｗｔ％担持して形成される。以下にＳｎＯ2の調整について簡単に説明する。まず塩化錫（ＳｎＣｌ4）の水溶液をアンモニア（ＮＨ3）で加水分解して錫酸ゾルを得て、この得た錫酸ゾルを風乾燥後に空気中において例えば５００℃で１時間焼成し、ＳｎＯ2を得る。このＳｎＯ2に対してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気中において１時間焼成し、Ｐｄを担持させている。Ｐｄを担持させたＳｎＯ2に骨材として例えば１０００メッシュのアルミナを等量混合し、更にテルピネオールを加えてペースト状にした後、ヒータ兼用電極２１および抵抗検出用電極２２に塗布し、例えば約５００℃で空気中において１時間焼成することにより感ガス体２０が形成される。ここで、ＳｎＯ2に担持したＰｄは、各種ガスに対する応答速度を改善する（速くする）触媒としての役割を果たしており、Ｐｄに加えて５ｗｔ％のタングステン（Ｗ）を酸化錫に担持させても良いし、ＰｄおよびＷに加えて白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、セリウム（Ｃｅ）、モリブデン（Ｍｏ）の内の１つ又は複数をＳｎＯ2に対して０．５ｗｔ％担持させても良い。
【００１５】
このセンシング素子Ａのヒータ兼用電極２１の加熱を制御するとともに、感ガス体２０の抵抗値変化から検出対象のガスを検出する制御部２の回路構成を図１に示す。この回路では、交流商用電源ＡＣの交流電圧を降圧トランスＴｒで降圧し、降圧した電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流する。一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧は平滑コンデンサＣ１で平滑された後、三端子レギュレータＩＣ１で所定電圧に安定化されて、４ビットのマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）３に供給される。
【００１６】
センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間に接続され、トランジスタＱ１がオンしたときにヒータ兼用電極２１に通電され、ヒータ兼用電極２１が発熱するようになっている。また、センシング素子Ａの抵抗検出用電極２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１との直列回路およびＰＮＰ型のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１とを介して、三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されるとともに、マイコン３の入力ポートＩ１に接続されている。
【００１７】
マイコン３の出力ポートＯ１にはトランジスタＱ１のベースが接続され、出力ポートＯ２１，Ｏ２２にはそれぞれトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースが接続されている。また、マイコン３の出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードが接続され、出力ポートＯ６，Ｏ７にはそれぞれフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードが接続されている。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードはそれぞれ限流抵抗を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続されている。
【００１８】
ここで、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は検出ガスの濃度などに応じたガス検出信号を電圧信号として出力するためのスイッチ素子として用いられる。この電圧信号を出すための直列制御型安定化回路４は、ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端間に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに印加される基準電圧を、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００１９】
この基準電圧は、平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続されたツェナダイオードＺＤの両端電圧を、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することによって得られ、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、すなわちツェナダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。またフォトトランジスタＰＴ２のオン時には抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路とでツェナダイオードＺＤの両端電圧を分圧した電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加される。而して、フォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフに応じて、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検出信号として外部に出力される。
【００２０】
また、マイコン３の出力ポートＯ８はコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に接続され、出力ポートＯ９はコンパレータＣＰ３の反転入力端子に接続されている。出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号によって、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力の信号レベルは交互にローレベル／ハイレベルに反転し、圧電ブザーからなるブザー６に印加される電圧の極性が交互に反転し、警報音を発振出力するようになっている。なお、図１中の７はマイコン３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路であり、ＩＣ２は電源投入時にマイコン３をリセットするためのリセット用ＩＣである。
【００２１】
一方、トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、このプルアップ用抵抗Ｒ２の両端にＰＮＰ型のトランジスタＱ４を接続してある。このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ１などとともにヒータ兼用電極２１の保護回路５を構成してある。保護回路５では、抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路をダイオードＤ１を介して三端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続しており、その出力電圧を抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧するとともに、抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点をコンパレータＣＰ１の反転入力端子に接続している。またマイコン３の出力ポートＯ１と回路のグランドとの間に抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の直列回路を接続し、抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ０の接続点をコンパレータＣＰ１の非反転入力端子に接続し、コンパレータＣＰ１の出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースに接続している。
【００２２】
三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、温度センサたる温湿度補償用のサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の直列回路が接続されており、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の接続点の電位がマイコン３の入力ポートＩ２に入力されている。マイコン３は、入力ポートＩ２からサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧を取り込み、入力ポートＩ１から取り込んだ感ガス体２０の両端電圧の温度補償を行う。
【００２３】
また三端子レギュレータＩＣ１の出力端子間には、抵抗Ｒ２３および可変抵抗器ＶＲ１の直列回路と、抵抗Ｒ２４および可変抵抗器ＶＲ２の直列回路とが接続されており、マイコン３の入力ポートＩ３，Ｉ４には、それぞれ、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２により設定された設定電圧が入力される。なお、入力ポートＩ３，Ｉ４に入力される電圧は、それぞれ、検出対象ガスであるメタン又は一酸化炭素のガス濃度が警告レベルに達したときの感ガス体２０の両端電圧に可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて設定されている。
【００２４】
而して、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がハイレベルのときにはコンデンサＣ０が抵抗Ｒ８を介して充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を上回ってコンパレータＣＰ１の出力の信号レベルがハイレベルになり、トランジスタＱ４をオフ状態にしている。この時、トランジスタＱ１はオフして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１への通電が停止される。
【００２５】
また、通常時において、マイコン３の出力ポートＯ１の出力が所定時間ローレベルになると、トランジスタＱ１がオンして、センシング素子Ａのヒータ兼用電極２１が通電される。一方、マイコン３の出力ポートＯ１の出力がローレベルになると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が低下するが、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数により、上記所定時間が経過するまでコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回ることがなく、そのため上記所定時間が経過するまでの間、コンパレータＣＰ１の出力がローレベルにならず、トランジスタＱ４のオフ状態が維持される。したがって、トランジスタＱ１はオン状態となり、ヒータ兼用電極２１が通電される。
【００２６】
その後、通常時において、上記所定時間が終了するとマイコン３は出力ポートＯ１をハイレベルとしてトランジスタＱ１をオフさせ、ヒータ兼用電極２１への通電を停止させる。
【００２７】
このようにして所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設定することができる（図２参照）。
【００２８】
ところで、図３は、ヒータ兼用電極２１への加熱を制御することにより、感ガス体２０の温度を５秒間高温に加熱した後に、低温で加熱した場合の各種ガスに対する応答特性を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は感ガス体２０の抵抗値Ｒｓ（ｋΩ）である。図３のイ（×）は大気に対する測定結果、ロ（◆）は１００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、ハ（◇）は３００ｐｐｍの一酸化炭素に対する測定結果、ニ（●）は１０００ｐｐｍのメタンに対する測定結果、ホ（○）は３０００ｐｐｍのメタンに対する測定結果、ヘ（▲）は３０００ｐｐｍの水素ガスに対する測定結果、ト（△）は６０００ｐｐｍの水素ガスに対する測定結果、チ（▼）は１００ｐｐｍの一酸化炭素と５０ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、リ（▽）は１００ｐｐｍの一酸化炭素と５０００ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果、ヌ（■）は３０００ｐｐｍのメタンと５０００ｐｐｍの水素ガスを混合した混合ガスに対する測定結果をそれぞれ示している。この測定結果から明らかなように、高濃度の水素ガスあるいは水素ガスを含む混合ガスの場合には、高温期間から低温期間に切り替わった時点から約０．５秒が経過した時点（図３中のＢ点）で感ガス体２０の抵抗値が低下しており、この時点での抵抗値を検出することによって、水素ガスの有無を検出している。
【００２９】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図４のフローチャートを参照して説明する。高温期間になるとマイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。そして、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時から約４〜５秒後）に（図３中のＡ点）、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて温度補償を行い、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値を検出し、この抵抗値からメタンの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めたメタンの濃度と、予め設定された警報レベルとの高低を比較することにより、メタンに対する警報判定を行っており（Ｓ１１）、検出したメタンの濃度が警報レベルを越えると、ガス漏れ警報を発報する（Ｓ１５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００３０】
一方、検出したメタンの濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は、低温期間に切り替わってから約０．５秒が経過した時点で（図３中のＢ点）、感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と所定レベルとの高低を比較することによって、水素ガスの有無を判定する（Ｓ１２）。
【００３１】
ここで、Ｓ１２で検出した水素ガスの濃度が所定レベルよりも低ければ、マイコン３は水素ガスが存在しないと判断し、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後、図３中のＣ点）に感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から一酸化炭素の濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた一酸化炭素の濃度と警報レベルとの高低を比較することにより、一酸化炭素に対する警報判定を行っており（Ｓ１３）、検出した濃度が警報レベルを越えると不完全燃焼警報を発報する（Ｓ１６）。この時、マイコン３は所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１３で検出した一酸化炭素の濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する（Ｓ１７）。
【００３２】
また、Ｓ１２で検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、マイコン３は水素ガスが存在すると判断し、水素ガスに対する感度が高く且つ安定している低温期間の終了時（一酸化炭素の検知点）に水素ガスに対する警報判定を行う。すなわち、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後）に感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することにより、水素ガスに対する警報判定を行っており（Ｓ１４）、検出した水素ガスの濃度が警報レベルを越えるとガス漏れ警報を発報する（Ｓ１５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ１４で検出した水素ガスの濃度が警報レベルよりも低ければ、マイコン３は警報を発報せず監視動作を継続する（Ｓ１７）。なお、低温期間に切り換わってから約１秒が経過した時点（水素ガスの有無を判定した後の時点）で、マイコン３は出力ポートＯ２１の出力をロー、出力ポートＯ２２の出力をハイとして、トランジスタＱ２１をオフ、トランジスタＱ２２をオンさせることにより、負荷抵抗Ｒ２２を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加している。また、マイコン３は低温期間の終了時に水素又は一酸化炭素に対する警報動作を行っているが、何れか一方の警報動作を行った後は、一酸化炭素を検出する不完全燃焼警報動作と、水素ガスを検出するガス漏れ警報動作を交互に行うようにしても良い。
【００３３】
このように、本実施形態のガス検出装置では高温期間の終了時点でメタンガスに対する警報動作を行うと共に、低温期間の終了時点で一酸化炭素ガスに対する警報動作を行っており、さらに高温期間から低温期間に切り替わった直後の水素ガスに対する弁別性のある期間に水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は、水素ガスに対する感度が高く且つ安定している低温期間の後半で水素ガスに対する警報判定を行っているので、メタン及び水素を検出するガス漏れ警報機能と一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体２０に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡ  Ｅ  ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現することができる。
【００３４】
また本回路では可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２を用いて、高温期間および低温期間において警報を発報する際のガス濃度を調整することができるので、１個のサーミスタＴＨ１により高温期間および低温期間の温度補償を行うことができる。しかも、本回路では各検出対象ガス（一酸化炭素ガス、メタンガス及び水素ガス）を検出する毎にセンシング素子Ａに接続する負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を切り換えており、検出対象のガスに応じて負荷抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値を適宜設定することにより、異なる種類のガスを精度良く検出できる。例えば本実施形態では高温期間はメタンガス検出用の負荷抵抗Ｒ２１を用いており、高温期間から低温期間に切り換わった直後の１秒間（水素ガスの有無を判定する期間）はメタンガス検出用の負荷抵抗Ｒ２１を水素ガス検出用に兼用して用い、その後の低温期間では一酸化炭素ガス検出用の負荷抵抗Ｒ２２を用いている。
【００３５】
尚、本実施形態では低温期間の終了時に水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報の判定を行っているが、水素ガスを検出するタイミングを低温期間の終了時に限定する趣旨のものではなく、低温期間の後半で水素ガスに対する感度が安定していれば、どのようなタイミングで水素ガスを検出しても良い。また、図３のデータからも分かるように、高温期間の後半においても水素ガスに対する感度が高く、且つ、安定しているので、高温期間の後半における感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出し、この抵抗値Ｒｓから水素ガスの有無を検出するようにしても良いし、低温期間の後半及び高温期間の後半の両方で感ガス体２０の抵抗値Ｒｓを検出して、この抵抗値Ｒｓから水素ガスの有無を検出するようにしても良い。
【００３６】
また、高温期間の終了時にメタンガスを検出してガス漏れ警報の判定を行うと共に、低温期間の終了時に一酸化炭素ガスを検出して不完全燃焼の警報判定を行っているが、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報を行うタイミングを高温期間及び低温期間の終了時に限定する趣旨のものではなく、高温期間及び低温期間の途中でガス漏れ警報や不完全燃焼警報を行うようにしても良い。
【００３７】
ところで、本実施形態の回路構成では、マイコン３が外部ノイズなどにより暴走して、マイコン３の出力ポートＯ１がローレベルに固定されると、保護回路５のコンデンサＣ０に充電された電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、やがてコンデンサＣ０の両端電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電位を下回るので、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルからローレベルに反転してトランジスタＱ４がオンし、トランジスタＱ１のベース電位を電源電圧まで吊り上げ、トランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。したがって、マイコン３が暴走したとしても、保護回路５がトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とし、ヒータ兼用電極２１への通電を強制的に停止させているので、ヒータ兼用電極２１が必要以上に通電されることがなく、コンデンサＣ０および抵抗Ｒ８の時定数を適切に設定することによって、マイコン３の暴走によるヒータ兼用電極２１の断線を防止できる。
【００３８】
尚、高温期間および低温期間の時間設定はセンシング素子Ａの熱容量などによって適宜な値に設定すれば良く、上記の値には特に限定されないが、高温期間を約５秒、低温期間を約１５秒とすることにより、検出周期を２０秒以下に設定することができ、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡ  Ｅ  ００１−９９）」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができる。
【００３９】
また、図７に示すように、内部に活性炭よりなる外部フィルタ１７が取り付けられた天井面を有する円筒状のキャップ１６をカバー１３に冠着することにより、外部からセンシング素子Ａへガスが流入する径路に外部フィルタ１７を配置し、雑ガスであるアルコール蒸気や被毒ガスであるシリコーン蒸気を外部フィルタ１７で除去して、センシング素子Ａのアルコール感度を低減するとともに、シリコーン等の被毒物質からセンシング素子Ａを保護して、センシング素子Ａがアルコール蒸気やシリコーン蒸気などの影響を受けにくくすることができる。尚、本実施形態では活性炭からなる外部フィルタ１７を用いているが、外部フィルタ１７の材質を活性炭に限定する趣旨のものではなく、外部フィルタ１７の材質をシリカゲル（ＳｉＯ２）としても良いし、活性炭およびシリカゲルの組み合わせとしても良い。
【００４０】
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図８を参照して説明する。本実施形態のガス検出装置は天然ガス（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス）に用いられるガス検出装置であり、マイコン３の警報動作以外のガス検出装置の構成及び動作は実施形態１と同様であるので、以下では異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４１】
マイコン３は、実施形態１と同様に、所定周期毎に所定時間だけヒータ兼用電極２１を通電するデューティ制御を行うことにより、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．９Ｖとして感ガス体２０を約４００℃に加熱する高温期間と、ヒータ兼用電極２１に印加する電圧の平均値を約０．２Ｖとして感ガス体２０を約６０℃に加熱する低温期間とを交互に設けている（図２参照）。
【００４２】
ここで、マイコン３の警報判定動作を図８のフローチャートを参照して説明する。高温期間になるとマイコン３は出力ポートＯ２１の出力をハイレベルとしてトランジスタＱ２１をオンすることにより、負荷抵抗Ｒ２１を介してセンシング素子Ａの抵抗検出用電極２２と一方のヒータ兼用電極２１との間に所定の検出電圧を印加する。そして、高温期間から低温期間に切り替わる直前（高温期間開始時から約４〜５秒後）に、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、入力ポートＩ２から取り込んだサーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ２５の分圧電圧に基づいて温度補償を行い、高温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒchを検出する（Ｓ２１）。
【００４３】
次に、低温期間に切り替わってから約０．５秒が経過した時点で、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み、温度補償を行って感ガス体２０の抵抗値を求め、この抵抗値から水素ガスの濃度を検出する。そして、マイコン３は、感ガス体２０の抵抗値から求めた水素ガスの濃度と所定レベルとの高低を比較することによって、水素ガスの有無を判定し、水素ガスの有無に応じて警報レベルの係数Ｋｈ１及びＫｈ２を決定する（Ｓ２２）。
【００４４】
その後、低温期間から高温期間に切り替わる直前（低温期間開始時から約１５秒後）に、マイコン３は感ガス体２０の両端電圧を入力ポートＩ１から読み込み、温度補償を行って低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒcoを検出する（Ｓ２３）。
【００４５】
マイコン３は、高温期間及び低温期間の終了時における感ガス体２０の抵抗値Ｒch、Ｒcoをそれぞれ検出すると、先ず高温期間の終了時における抵抗値Ｒchに係数Ｋｈ１を乗じた値（Ｒch×Ｋｈ１）と、予め設定されたメタンの閾値Ｒalchとの高低を比較することによって、メタンの濃度が警報レベルを越えたか否かを判定し（Ｓ２４）、検出値（Ｒch×Ｋｈ１）が閾値Ｒalchよりも小さくなると（すなわちメタンの濃度が警報レベルを越えると）、ガス漏れ警報を発報する（Ｓ２５）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。
【００４６】
一方、Ｓ２４で検出値（Ｒch×Ｋｈ１）が閾値Ｒalch以上であれば、マイコン３は、低温期間の終了時における抵抗値Ｒcoに係数Ｋｈ２を乗じた値（Ｒco×Ｋｈ２）と、予め設定された一酸化炭素の閾値Ｒalcoとの高低を比較することによって、一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えたか否かを判定し（Ｓ２６）、検出値（Ｒco×Ｋｈ２）が閾値Ｒalcoよりも小さくなると（すなわち一酸化炭素の濃度が警報レベルを越えると）、不完全燃焼を発報する（Ｓ２７）。この時、マイコン３は、所定の出力ポートＯ３〜Ｏ５をローレベルとし、対応する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を点灯又は点滅させるとともに、出力ポートＯ６〜Ｏ７をローレベルに設定して、対応するフォトカプラＰＣ１又はＰＣ２をオンさせ、安定化回路４より所定の電圧信号を外部に出力させる。またマイコン３は出力ポートＯ８，Ｏ９の出力を交互に反転させ、ブザー６を鳴動させて警報を発する。一方、Ｓ２６で検出値（Ｒco×Ｋｈ２）が閾値Ｒalco以上であれば、マイコン３は警報信号を発報せず、Ｓ２１に戻って監視動作を継続する（Ｓ２８）。
【００４７】
ところで、Ｓ２２でマイコン３が水素ガスの有無を判定した結果、水素ガスが存在していないと判断すると、マイコン３は係数Ｋｈ２として例えば１を設定し、水素が存在していると判断すると係数Ｋｈ２として１よりも大きい値を設定している。したがって、水素ガスが存在する場合、メタンや一酸化炭素に対する警報レベルは、水素ガスが存在しない場合に比べてそれぞれ高くなり、実質的に感度を低下させているので、水素ガスを誤検知してガス漏れ警報や不完全燃焼警報を発報するのを防止でき、警報の精度を向上させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
上述のように、請求項１の発明は、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うことを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合は水素ガスに対する感度が安定する低温期間の後半又は高温期間の後半の内の少なくとも何れか一方で水素ガスに対する警報判定を行っているので、水素ガスを精度良く検出できるという効果がある。したがって、メタンガス及び水素ガスを検出するガス漏れ警報機能と、一酸化炭素ガスを検出する不完全燃焼警報機能とを１つの感ガス体に持たせることができ、（財）日本ガス機器検査協会の「都市ガス用ガス警報器検査規程（ＪＩＡ  Ｅ  ００１−９９）」に定められた空気より軽いガス用（空気より軽い１２Ａ、１３Ａガス用のものを除く）のガス警報器を実現できるという効果がある。
【００４９】
請求項２の発明は、ガスを吸着することによって抵抗値が変化する感ガス体と、感ガス体を加熱するヒータと、感ガス体の抵抗値から求めた検出対象ガスの濃度と警報レベルとの高低を比較することによって警報判定を行う制御部とを備え、上記制御部はヒータへの通電を制御して、感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを交互に設け、感ガス体の高温期間にメタンガスの濃度を検出してガス漏れ警報判定を行うと共に、低温期間に不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガスの濃度を検出して不完全燃焼警報判定を行い、且つ、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に検出した水素ガスの濃度が所定レベルを越えると、ガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルを水素ガスによる誤作動を防止するようにそれぞれ補正することを特徴とし、低温期間に切り替わった時点の水素ガスに対する弁別性のある期間に感ガス体の抵抗値から水素ガスの有無を判定し、水素ガスが存在する場合はガス漏れ警報及び不完全燃焼警報の警報レベルをそれぞれ補正しているので、雑ガスである水素が存在する場合でも水素による誤検知を防止することができ、警報の精度を向上させることができるという効果がある。
【００５０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、高温期間及び低温期間の周期が略６０秒以下であることを特徴とし、（財）日本ガス機器検査協会が規程する「都市ガス用ガス警報器検査規程」や「不完全燃焼警報器検査規程」を満たすことができるという効果がある。
【００５１】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、制御部は負荷抵抗を介して感ガス体に所定電圧を印加し、感ガス体に発生する電圧から感ガス体の抵抗値を検出しており、各々のガス検出毎で負荷抵抗の抵抗値を切り換えることを特徴とし、負荷抵抗の抵抗値を適宜設定することにより、感ガス体に最適な電圧が印加され異なる種類のガスを精度良く検出できるという効果がある。
【００５２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明において、周囲温度を検出する温度センサを備え、該温度センサの出力に基づいて上記制御部は高温期間および低温期間において感ガス体の抵抗値の温度補償を行うことを特徴とし、制御部が温度センサの出力に基づいて感ガス体の抵抗値を温度補償することにより、高温期間および低温期間において検出対象のガスを精度良く検出でき、しかも１つの温度センサで高温期間および低温期間の温度補償を行えるという効果がある。
【００５３】
請求項６の発明は、請求項１乃至４の発明において、外部より感ガス体に至るガス流路に、感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去するフィルタを設けたことを特徴とし、請求項７の発明は、請求項６の発明において、上記フィルタが活性炭又はシリカゲルのいずれかからなることを特徴とし、フィルタ層により感ガス体に接触する気体からアルコール蒸気やシリコーン蒸気を除去しているので、感ガス体のアルコール感度を低減でき、且つ、被毒物質であるシリコーン蒸気から感ガス体を保護できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のガス検出装置の回路図である。
【図２】同上の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】同上の各種ガスに対する応答性を示す図である。
【図４】同上の動作を説明するフローチャートである。
【図５】同上に用いるガス検出素子のカバーを外した状態の正面図である。
【図６】同上のガス検出素子を示し、（ａ）は一部破断せる正面図、（ｂ）は一部破断せる上面図である。
【図７】同上の別のガス検出装置を示し、（ａ）は一部破断せる断面図、（ｂ）は下面図である。
【図８】実施形態２のガス検出装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ  センシング素子
３  マイコン
２１  ヒータ兼用電極
２２  抵抗検出用電極
【図１】
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【図２】
0004755365.tif 000003
【図３】
0004755365.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004755365.tif 000006
【図６】
0004755365.tif 000007
【図７】
0004755365.tif 000008
【図８】
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