JP4480759B2 - 油脂火災防止用ガス検知器及び油脂火災防止用ガス検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、天ぷら油等の油脂の過熱による火災を防止するための油脂火災防止用ガス検知器、及び、油脂火災防止用ガス検知方法に関する。

従来、天ぷら油等の油脂火災を検知する手段として、煙探知式や熱検知式の火災警報機が使用されている。このうち、煙検知式のものは、火災発生時の炎から生じる煙の光減衰作用を利用するものであるため、通常の調理時に発生する焼き魚などからの煙に対しても感度を有し、誤報が多い不利がある。一方、熱検知式のものでは、誤報可能性は低くなるものの、火災が進行した状況での温度上昇を検知するため、火災の発生を未然に防ぐ手段にはなり得なかった。
一方で、火災の初期に発生する薫焼ガスを検知することによる火災検知器について、種々の技術が提案されている。例えば、下記に示す特許公開公報には、焼き魚などからの煙による誤報を防止するために、従来の煙検知手段にガス検知手段を組み合せた排煙フードに関する技術が開示され、さらに、食用油脂を加熱する場合に大量のアセトアルデヒドが発生する点が記載されている（例えば、特許文献１参照）。また、たばこの喫煙時や食用油脂の加熱時に発生するアセトアルデヒドを検知するため、特にアセトアルデヒドとホルムアルデヒドに対して高感度を示す検知部の材料技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平４−１５５１３２号公報（第２−４頁、図１−図７） 特開平８−１７０９５５号公報（第２−４頁、図１−図２）

上記従来のガス検知式の火災検知器は、油脂火災について、アセトアルデヒド（炭素数２）のような低級のアルデヒドを検知することを目的とするものであるが、発明者らが食用油脂の熱分解ガスの分析を行った結果によれば、アセトアルデヒドは、リノレン酸含有率の低い、例えばオレイン酸リッチベニ花油のような食用油脂では発生量が極めて低く、従って、従来のガス検知式の火災検知器では、油脂火災を確実に検知することができないことが判明した。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、油脂の種類によらず、油脂火災をその発生前に検知することが可能となる油脂火災防止用ガス検知器、並びに、油脂火災防止用ガス検知方法を提供することである。

本発明に係る油脂火災防止用ガス検知器の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子と、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂の温度を推定する油温推定手段とを備え、前記センサ素子が、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される点にある。

同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子と、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う判定手段とを備え、前記センサ素子が、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される点にある。

同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、上記第二の特徴構成に加えて、前記判定手段が、前記センサ素子の出力の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている点にある。

同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第二の特徴構成に加えて、前記判定手段が、前記センサ素子の出力からその抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を算出して、その抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている点にある。

同第五の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記第二から第四のいずれかの特徴構成に加えて、前記判定手段が、前記センサ素子の出力が判定開始用の設定値を超えて変化しているときに、前記判定を行うように構成されている点にある。

同第六の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した如く、上記第二から第五のいずれかの特徴構成に加えて、前記判定手段にて油脂の過熱状態が判定されたときに警報作動する警報手段を備え、その警報手段が作動可能又は作動不能のいずれかの状態に変更設定自在に構成されている点にある。

本発明に係る油脂火災防止用ガス検知方法の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した如く、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子であって、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成されるセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かを判定する点にある。

以下に作用並びに効果を説明する。
本発明に係る油脂火災防止用ガス検知器の第一の特徴構成によれば、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子が検出作動し、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油温推定手段が油脂の温度を推定する。ここで、センサ素子は、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される。
すなわち、食用油等の油脂の加熱時に比較的高濃度で発生する熱分解ガスは、油脂の種類によらず、例えば、アルカンではペンタン（炭素数５）であり、さらにその他のガス成分として、エタン（炭素数２）やオクタン（炭素数８）を含む炭素数２〜８のアルカンも発生するので、これらのアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子によって、油脂の加熱に伴う発生ガスが検知可能である。そして、油脂の温度上昇に伴って、センサ素子に到達する上記アルカンのガス濃度が増加してセンサ素子の出力が変化するので、この油脂の温度とセンサ出力との相関関係を用いて、センサ出力から油脂の温度を推定することができる。
また、油脂が加熱されるときに発生するガスを検知して油脂の温度を推定するので、油脂火災発生前の時点での油脂の温度を的確に判断することができる。
従って、油脂の種類によらず、油脂の温度によって油脂火災をその発生前に検知することが可能となる油脂火災防止用ガス検知器が提供される。

同第二の特徴構成によれば、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子が検出作動し、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、判定手段が油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う。ここで、センサ素子は、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される。
すなわち、食用油等の油脂の加熱時に比較的高濃度で発生する熱分解ガスは、油脂の種類によらず、例えば、アルカンではペンタン（炭素数５）であり、さらにその他のガス成分として、エタン（炭素数２）やオクタン（炭素数８）を含む炭素数２〜８のアルカンも発生するので、これらのアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子によって、油脂の加熱に伴う発生ガスが検知可能である。
また、油脂が加熱されるときに発生するガスを検知して過熱状態を判定するので、油脂火災発生前の時点で火災発生の可能性を適切に判断することができる。
従って、油脂の種類によらず、油脂火災をその発生前に検知することが可能となる油脂火災防止用ガス検知器が提供される。

同第三の特徴構成によれば、判定手段が、前記センサ素子の出力の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあると判定する。
すなわち、焼き肉等の調理時においては、センサ出力が発生ガス濃度の増加に伴って増加したのち、フラットな領域が存在して増加傾向が長期間継続することが少ないのに対し、食用油脂等の加熱時に発生する炭素数２〜８のアルカンは沸点が室温よりも高いために、油脂加熱時の発生ガス濃度の増加によるセンサ出力の増加は比較的長い時間継続する傾向があり、上記焼き肉等の調理時におけるセンサ出力の変化とは異なる特異的な変化を示す。
従って、センサ出力の時間的な変化に基づいて、通常の調理時に発生するガスによる誤検知を適切に回避しながら、油脂の過熱状態の判定を的確に行うことが可能となり、油脂火災防止用ガス検知器の好適な実施形態が得られる。

同第四の特徴構成によれば、判定手段が、前記センサ素子の出力からセンサ素子の抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を算出し、そのセンサ素子の抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあると判定する。
すなわち、センサ素子の抵抗値の対数と検出するガス濃度の対数とはほぼ線形の関係にあり、また、油脂の加熱により発生するガス濃度の対数は時間に対してほぼ線形の関係にあるので、油脂加熱に伴ってガス濃度が増加したときに、そのガス濃度の増加を、センサ素子の抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を対数変換した値の時間に対する線形的な変化としてとらえることができる。
従って、油脂加熱に伴うガス濃度の増加をセンサ素子の抵抗値もしくは抵抗値に対応する量の変化によって的確に検知することが可能となり、油脂火災防止用ガス検知器の好適な実施形態が得られる。

同第五の特徴構成によれば、センサ素子の出力が判定開始用の設定値を超えて変化しているときに、判定手段が油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う。
すなわち、油脂が加熱されてセンサ素子の出力が変化しても、熱分解ガスの発生量が少ないために、センサ素子の出力が判定開始用の設定値を超えていない場合は油脂の過熱についての判定は行われず、油脂の加熱が継続して熱分解ガスの発生量が多くなり、センサ素子の出力が設定値を超えた後、油脂の過熱についての判定が行われる。
従って、油脂が過熱状態にないにもかかわらず、センサ素子の出力値の時間的な変化率や、センサ素子の抵抗値もしくは抵抗値に対応する量の対数変換値の時間的な変化率が前述の所定条件を満たした場合に、油脂の過熱状態を誤検知する不都合を的確に回避することができ、油脂火災防止用ガス検知器の好適な実施形態が得られる。

また、低級の可燃性ガスは、貴金属を担持した触媒層で燃焼除去されるため、触媒層の下の酸化物半導体を主成分とする感ガス層に達せず検出されない。一方、炭素数２〜８のアルカンの高級な可燃性ガスは、貴金属を担持した触媒層で燃焼除去されることなく、触媒層の下の酸化物半導体を主成分とする感ガス層に達して検出される。
従って、感ガス層の上に貴金属を担持した触媒層を積層するだけの比較的簡素な構造によって、センサ素子が炭素数２〜８のアルカンに含まれるガス成分に感度を有する場合にノイズ成分となる低級の可燃性ガスに対して感度を有しないようにして、センサ素子の検出選択性を確保することができ、油脂火災防止用ガス検知器の好適な実施形態が得られる。

また、低級の可燃性ガスは、感ガス体材料に含有した貴金属で燃焼除去されて検出されず、一方、炭素数２〜８のアルカンの高級な可燃性ガスは、貴金属で燃焼除去されることなく、上記感ガス体材料の主成分である酸化物半導体によって検出される。
従って、感ガス層と貴金属を担持した触媒層の２層構造よりもさらに単純な構成（１層構造）であるにも関わらず、同等の感度を持たせることができ、かつ、これらの感度を同濃度のエタノールに対する感度よりも高めることができるため、油の種類に依存せず、かつ、調理酒などの誤検出の可能性の少ない油脂火災防止用ガス検知器の実現が可能となる。

同第六の特徴構成によれば、警報手段が作動可能状態に変更設定されていれば、判定手段にて油脂の過熱状態が判定されたときに警報手段が警報作動し、警報手段が作動不能状態に変更設定されていれば、判定手段にて油脂の過熱状態が判定されても警報手段は警報作動しない。
従って、通常は、警報手段を作動可能状態に設定して、油脂の過熱時に警報を適切に発生させるようにする一方、例えば油脂を意図的に高温に加熱するような場合には、警報手段を作動不能状態に設定して、不要な警報の発生を防止するような切り替え操作を適宜行うことができ、油脂火災防止用ガス検知器の好適な実施形態が得られる。

本発明に係る油脂火災防止用ガス検知方法の特徴構成によれば、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子が検出作動し、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かを判定する。ここで、センサ素子は、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される。

すなわち、食用油等の油脂の加熱時に比較的高濃度で発生する熱分解ガスは、油脂の種類によらず、例えば、アルカンではペンタン（炭素数５）であり、さらにその他のガス成分として、エタン（炭素数２）やオクタン（炭素数８）を含む炭素数２〜８のアルカンも発生するので、これらのアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子によって、油脂の加熱に伴う発生ガスが検知可能である。
また、油脂が加熱されるときに発生するガスを検知して過熱状態を判定するので、油脂火災発生前の時点で火災発生の可能性を適切に判断することができる。
従って、油脂の種類によらず、油脂火災をその発生前に検知することが可能となる油脂火災検知方法が提供される。

本発明に係る油脂火災防止用ガス検知器及び油脂火災防止用ガス検知方法の参考の形態及び実施の形態について図面に基づいて説明する。
〔第１参考形態〕
先ず、油脂火災防止用ガス検知器（以下、ガスセンサという）１の基本構成について説明する。図１（イ）に示すように、ガスセンサ１には、基盤１０に支持されるとともに、ハウジング８で囲われた半導体式のセンサ素子３が備えられている。図中、９はハウジング８の上部側のガス取入口に設けた防塵用の金網である。

センサ素子３は、炭素数３〜９のアルデヒド、及び、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有している。特にアルデヒドでは、ヘキサナール（炭素数６）、ヘプタナール（炭素数７）、ノナナール（炭素数９）、アルカンでは、ペンタン（炭素数５）に対して顕著な感度を有することが望ましい。
図４に、２種の食用油脂（通常のサラダ油とオレイン酸リッチベニハナ油）の２５０℃における熱分解ガスの組成を示している。尚、図中、ガス濃度の単位は任意単位である。図より、アセトアルデヒド（炭素数２）は食用油脂の種類によって約２倍（濃度比０．５６）の濃度の差異があるのに対して、ヘキサナール（炭素数６）では油脂の種類による濃度の差異は小さく、また、炭素数３〜９のアルデヒドの総和においても濃度の差異が小さい。一方、アルカンについては、食用油脂の種類によらずメタン（炭素数２）の発生濃度は低く、また、食用油脂の種類によって、ペンタン（炭素数５）では濃度比で０．７倍程度、炭素数２〜８のアルカンの総和においても濃度比で１．３倍程度の変化しかない。

さらに、図５に、サラダ油についての熱分解ガス濃度と油脂の温度との関係を示している。尚、図中、ガス濃度の単位は任意単位である。図より、アセトアルデヒド（炭素数２）やメタン（炭素数２）についても、油脂の温度上昇とともに発生濃度が指数関数的に増加する傾向があるものの、プロピオンアルデヒド（炭素数３）やヘキサナール（炭素数６）、あるいはペンタン（炭素数５）といった炭素数の多い高級なアルデヒドやアルカンの方が、発生濃度が高い。
以上のことから、炭素数３〜９のアルデヒド、及び、炭素数２〜８のアルカンが、食用油脂の熱分解ガスについての検知対象として適していることが分かる。

前記センサ素子３は、具体的には、図１（ロ）に示すように、アルミナ製の基板４上に、酸化物半導体を主成分とする感ガス層５を備え、さらに感ガス層５の上に、エタノールやメタン等の低級の可燃性ガスを燃焼除去するための貴金属（例えばパラジウム）を担持した触媒層７を積層した構造からなる。感ガス層５の両端には信号電極５ｃが形成され、また、基板４の下面には加熱用のヒータ６が付設されている。センサ素子３からは、ヒータ６の通電用の２本のリード線、及び、感ガス層５の信号電極５ｃに接続される信号取出し用の２本のリード線の計４本のリード線が取出され、これらはハウジング８の底面から取出されたリードピンと接続されている。そして、図２に示すように、上記センサ素子３は前記リード線によって、マイコン等からなる制御部２に接続されている。尚、感ガス層５は検出作動時に４００〜５５０℃の温度範囲に加熱される。

上記感ガス層５は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムなどのｎ型半導体膜５ａと、このｎ型半導体膜５ａを被覆するように、Ｗ、Ｍｏなどの金属を担持した触媒層５ｂとで形成され、さらに、この触媒層５ｂを被覆するように、前記触媒層７を積層している。この構成により、最外側の触媒層７で低級の可燃性ガスが燃焼除去されるとともに、内側の触媒層５ｂによって感ガス層５の特性が変化し、炭素数３〜９のアルデヒド、及び、炭素数２〜８のアルカンに含まれるガス成分に感度を有するように構成している。

次に、第１参考形態に係るセンサ素子３の出力を検出する回路を図３に示す。図３において、Ｒｓはセンサ素子３の抵抗値となる感ガス部５ａ（実際は前記半導体膜５ａ）の抵抗であり、この感ガス部５ａの抵抗Ｒｓに直列に固定抵抗Ｒｏを接続し、この感ガス部５ａの抵抗Ｒｓと固定抵抗Ｒｏの直列配置に対して電圧Ｖｔを印加したときの固定抵抗Ｒｏの両端電圧Ｖｏを測定する。そして、油脂の熱分解ガスが存在しない清浄な空気だけの状態（エアレベル）での上記電圧Ｖｏを基準として、このエアレベル電圧からの電圧Ｖｏの増分をセンサの出力として取出している。尚、上記固定抵抗Ｒｏの抵抗値は、検知対象の油脂を所定温度に保持したときのセンサ素子３の抵抗値Ｒｓとほぼ同等の値に選定する。具体的には、食用油脂の場合は、２５０℃付近で白煙が生じるため、この付近でのセンサ抵抗値Ｒｓと同等の抵抗値に選定する。

次に、ガスセンサ１による計測について説明する。尚、図示しないが、食用油脂を加熱するコンロの直上１．５ｍの位置にガスセンサ１を設置している。
先ず、サラダ油について温度を徐々に上昇させたときの油温とセンサ素子３の出力との関係を図６に示す。図６より、油温とセンサ素子３の出力との間に明確な相関がみられ、本ガスセンサ１を用いて、センサ素子３の出力値により油温の予知が可能となることが分かる。
そして、前記制御部２の信号処理部内に、前記センサ素子３の出力情報に基づいて、油脂の温度を推定する油温推定手段１００が構成されている。

さらに、図６において、加熱された油脂の自然発火は、センサ出力値が油温３５０℃に相当する１．８Ｖを超えた領域で発生している。そこで、センサ出力値が、上記自然発火温度よりも低い温度、例えば油温２３０〜２５０℃に相当する０．６〜０．８Ｖを超えるか否かによって、油温の異常、すなわち油脂が過熱状態にあるか否かを判断している。そして、この油温の異常が判断されると、後述の警報手段１１によって警報が発せられることになる。

ところで、ガスセンサ１は、動物油脂の熱分解時に発生するガスに対しても感度を有するため、通常の調理（焼き肉や焼き魚等）時においてもセンサ出力が増加する。そこで、通常の調理時に本ガスセンサ１が誤動作しないようにするために、図２に示すように、前記制御部２の信号処理部内に、前記センサ素子３の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う判定手段１０１が設けられ、この判定手段１０１が、前記センサ素子３の出力の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている。尚、判定手段１０１は、センサ素子３の出力が判定開始用の設定値を超えて変化しているときに、前記油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う。

さらに、前記判定手段１０１にて油脂の過熱状態が判定されたときに警報作動する警報手段１１を備え、その警報手段１１が作動可能又は作動不能のいずれかの状態に変更設定自在に構成されている。具体的には、警報手段１１は制御部２に接続された警報音発生用のブザーや、音声で警報するスピーカー、あるいは光の点滅等を表示するランプで構成される。そして、制御部２に接続した手動スイッチ１２をオン又はオフに切り替えることで、警報手段１１を作動可能状態と作動不能状態とに変更設定できるようになっている。

前記判定手段１０１について具体的に説明すると、図７に示すように、サラダ油を加熱した場合には、発生ガスの濃度の増加によるセンサ出力の増加の傾向は比較的長い時間継続するが、一方、焼き肉においては、センサ出力が増加するときに、途中で出力が変化しないフラットな領域が存在したりして、増加の傾向が長時間継続することが少ないことが分かる。因みに、このようなセンサ出力の変化に差異があるのは、通常の調理時における熱分解ガスの発生濃度の変化は、調理者の調理作業により不規則であるのに対して、例えば天ぷら油火災等の原因になる食用油脂の場合には、天ぷら鍋から調理者が離れるため油温は単調に増加し、それに伴い熱分解ガスも指数関数的に増加し続けるためと推論される。

そこで、センサ出力の増加率判定を行う判定開始用の設定値を、天ぷら油の適温である１８０℃相当の出力値０．３５Ｖとし（図６参照）、１分ごとにセンサ出力値を測定して、その１分ごとのセンサ出力値の変化率が設定値０．１Ｖ／分を超えている状態が、設定時間である４分間以上継続するかどうかを判定している。このように判定手段１０１を構成することにより、焼き肉等の調理時において誤動作することなく、自然発火温度（３５０℃）よりも低い油温の時点で油脂の過熱状態を判定して、警報を発することができた。因みに、図７の例においては、天ぷら油の温度が２９０℃付近になった時点で、過熱状態を判定することができた。

ガスセンサ１の設置場所としては、油脂からの熱分解ガスが発生する種々の場所が可能であるが、例えば台所においては、油脂が過熱して発生した熱分解ガスは換気扇で集められて外部に排気されるので、換気扇のフード内、又は、排気通路内などが本ガスセンサ１の設置場所として好適である。

次に、油脂火災防止用ガス検知方法は、炭素数３〜９のアルデヒド、及び、炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有する前記センサ素子３の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かを判定するものである。具体的には、図１に示すセンサ素子３の出力を外部の計測装置に入力し、その計測装置によってセンサ素子３の出力信号を解析して、油脂の過熱状態を判定する。この場合には、センサ素子３を使う使用者が、センサ素子３の出力信号を解析する解析内容について検知対象の油脂の条件等を考慮して自由に設定することができるメリットが得られる。

〔第２参考形態〕
次に、油脂火災防止用ガス検知器の第２実施形態について説明するが、この第２参考形態では、前記判定手段１０１の具体構成が異なる。以下、相違点について説明する。
前記判定手段１０１が、前記センサ素子３の出力からそのセンサ素子３の抵抗値Ｒｓに対応する量を算出して、その抵抗値Ｒｓに対応する量を対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている。上記センサ素子３の抵抗値Ｒｓに対応する量としては、センサ素子３の抵抗値Ｒｓを前記エアレベル状態でのセンサ素子３の抵抗値Ｒｓｏで割った量Ｒｓ／Ｒｓｏを採用する。

これは、油脂の熱分解により発生する炭素数３〜９のアルデヒド、及び、炭素数２〜８のアルカンのガス濃度が時間経過（温度上昇）とともに指数関数的に増加するかどうかを判断するものであり、そのためには、半導体式のセンサ素子３の抵抗値Ｒｓの対数はガス濃度の対数とほぼ線形関係にあり、また、ガス濃度の対数は時間に対してほぼ線形の関係にあるため、センサ抵抗値Ｒｓの対数は時間に対して線形の関係で変化することから、センサ素子３の抵抗値Ｒｓに対応する量を対数変換した値の時間的な変化で判断することが好ましいことによる。

図８に示すように、サラダ油を加熱した場合に、上記センサ素子３の抵抗値Ｒｓに対応する量Ｒｓ／Ｒｓｏを対数変換した値Ｌｏｇ（Ｒｓ／Ｒｓｏ）が時間と共に線形的に減少する傾向が確認できるので、上記Ｌｏｇ（Ｒｓ／Ｒｓｏ）が判定開始用の設定値−０．６５より低下したかどうか（これは、センサ素子３の出力が判定開始用の設定値を超えているかどうかに対応する）を判断し、判定開始用の設定値−０．６５より低下していれば、上記Ｌｏｇ（Ｒｓ／Ｒｓｏ）の時間的な減少率を測定して、その減少率が設定値０．０８／分以上の状態が設定時間である４分以上継続したか否かを判断する。そして、この条件が満たされると、油脂が過熱状態にあると判定され、前記警報手段１１によって警報が発せられる。

〔第１実施形態〕
次に、本発明に係る油脂火災防止用ガス検知器の第１実施形態について説明するが、この第１実施形態では、前記センサ素子３の構成が第１、第２参考形態と異なる。以下、相違点について説明する。
図１０に示すように、前記センサ素子３が、酸化物半導体を主成分として、貴金属を含有する感ガス体材料１３より構成される。具体的には、酸化物半導体がタングステン酸化物であり、貴金属がＲｕである。感ガス体材料１３は基板４上に層状に形成されている。

図１０に示すセンサ素子３が図１（ロ）のセンサ素子３と異なる点は、感ガス体材料１３の１層構造であり、その材料が、三酸化タングステンを主成分とし、これにＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で担持させたことである。尚、三酸化タングステンの焼結助材として、Ｓｉ，Ａｌなどの元素を、タングステン（Ｗ）に対する元素比で５〜３０％程度添加しても、油脂熱分解ガスに対する高感度な特性を損なうことは無い。この感ガス体材料１３を使用する場合、特に図１（ロ）のセンサ素子３の触媒層７のような層を形成する必要は無い。この感ガス体材料１３の層が、３００〜４５０℃の範囲内の温度（例えば、３６０℃付近）で保持されるための通電加熱用のヒータ６を備え、この通電加熱時の感ガス体材料１３の層の電気抵抗値を測定するために、感ガス体材料１３の層と電気的に接するように検出電極１３ａを両端に設けている。

次に、上記構造のセンサ素子３によるガス検知特性について説明する。ここでは、ガス感度において最も良好であった、ＲｕをＷに対して２％添加したサンプルを代表例として述べる。図１１に示すように、特に炭素数６，７のアルデヒドに対して、１０ｐｐｍ程度の低濃度においても、極めて有意な感度を有していることが判る。しかも、エタノールに対する感度は同濃度のアルデヒド感度に比してはるかに小さく、料理酒などによる誤検出（誤報）の確率を低くすることが可能となる。尚、感度はセンサ素子３のエアレベル状態での抵抗値Ｒｓｏと上記濃度での抵抗値Ｒｓとの比で表わしている。

図１２は、図１０のセンサ素子３を油の加熱を行う箇所の真上１３０ｃｍの地点に設置し、２種の食用油脂（通常のサラダ油とオレイン酸リッチベニハナ油）を２４０℃まで加熱したときの油の温度とセンサ応答との関係を示している。ここで、縦軸はセンサ抵抗値Ｒｓ（Ω）の対数変換値、横軸は油の温度である。図１２から判るように、オレイン酸リッチベニハナ油のようなその熱分解ガスにアセトアルデヒド、ホルムアルデヒドといった成分を含有しない種類の油であっても、加熱時に大きな感度を有し、かつ、食用油脂の種類（通常のサラダ油とオレイン酸リッチベニハナ油）によらず、同等の高感度を得ることができる。

なお、図１２において油の温度の上昇とともに減少するセンサ抵抗値Ｒｓの対数変換値Ｌｏｇ（Ｒｓ）が、ある温度箇所でやや上がる傾向が見られるが、これは測定中の気流の影響であると考えられる。こういった気流の影響は油温予測精度に影響するが、実用に供し得る誤差範囲で、油温の推定や過熱状態にあるか否かの判定が可能となる。例えば、センサ抵抗値Ｒｓが５ｋΩ（対数変換値で、３．７０）を超えて下回ることで過熱状態にあることを判定する場合、気流の影響を加味しても、２２０℃〜２４０℃の幅程度の誤差であり、実用に供することができる。

図１３は、図１０のセンサ素子３を油の加熱を行う箇所の真上８３ｃｍの地点に設置し、天ぷら油を２５０℃まで加熱したときのセンサ抵抗値Ｒｓの対数値の応答特性を示している。ここで、縦軸はセンサ抵抗値Ｒｓ（Ω）の対数変換値、横軸は加熱時間である。図１３には、同じ設置位置におけるセンサ応答で、約１ヶ月のモニター試験において感度が大きかった各種調理の場合のセンサ応答も示している。図１３から、正常調理時の抵抗値は、２４０℃相当の抵抗値である１．９ｋΩ（対数変換値で、３．２８）よりも下回ることがないことが分かる。したがって、前記判定手段１０１を、センサ抵抗値Ｒｓが１．９ｋΩ（対数変換値Ｌｏｇ（Ｒｓ）＝３．２８）を超えて下回った場合に油脂が過熱状態にあると判定させるようにすれば、正常調理時と識別して油脂過熱に基づく警報を発することが可能となる。

また一方で、図１０のセンサ素子３を用いた場合には、センサ抵抗値Ｒｓの対数変換値Ｌｏｇ（Ｒｓ）において、０．１／分以上の減少が２分以上継続するか否かで、正常調理時と識別して油脂過熱に基づく警報を発することが可能となる。特に、上記の経時的変化の判定を、油の温度が２２０℃相当の抵抗値Ｒｓ＝３．１ｋΩ（対数変換値Ｌｏｇ（Ｒｓ）＝３．４９）を超えて下回った時点で開始し、Ｌｏｇ（Ｒｓ）の減少率として０．１／分以上の減少率が、２分を超えるか否かでもって、油の温度が異常か否かを判断した場合には、油の温度がより低い時点で、食用油脂が無人で加熱している状況を予測することが可能となり、セキュリティが向上する。

〔別参考形態・別実施形態〕
以下に別参考形態・実施形態を説明する。
上記第１参考形態では、センサ素子３の抵抗Ｒｓに直列に固定抵抗Ｒｏを接続して、固定抵抗Ｒｏの両端電圧Ｖｏのエアレベル電圧からの増分をセンサ素子３の出力として取り出したが、逆にセンサ素子３の抵抗Ｒｓの両端電圧のエアレベル電圧からの減少分をセンサ素子３の出力として取り出すようにしてもよい。従って、この別実施形態では、油温の上昇とともにセンサ出力は減少するので、センサ出力の減少した値が設定値を下回るか否か、及び、センサ出力の時間的な減少率が設定値以上である状態が設定時間以上継続するか否かを判断して、油脂の過熱状態を判定する。
さらに、センサ素子３の抵抗Ｒｓに直列に固定抵抗Ｒｏを接続する代わりに、図９に示すように、固定抵抗Ｒｏ，Ｒ２、可変抵抗Ｒ１とともにブリッジ回路を構成して、図のｅ−ｆ間の電圧値又は電流値を、センサ出力として取り出すようにしてもよい。

上記第１参考形態では、油温推定手段１００が推定した油温が設定温度を超えている場合に油脂の過熱状態を判定して、警報手段１１を警報作動させるようにしたが、これ以外に、推定した油温を数字表示器等に表示してもよい。この形態によれば、業務用等において、調理者が表示された油温の値を見て、油脂が過熱状態にあるかどうかを判断することになる。

上記第２参考形態及び第１実施形態では、前記判定手段１０１が、前記センサ素子３の出力からその抵抗値Ｒｓに対応する量Ｒｓ／Ｒｓｏを算出して、その抵抗値Ｒｓに対応する量Ｒｓ／Ｒｓｏを対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成したが、前記センサ素子３の出力からその抵抗値Ｒｓを算出して、その抵抗値Ｒｓを対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成してもよい。

上記参考形態及び第１実施形態では、センサ素子３を構成する感ガス層５又は感ガス体材料１３の主成分である酸化物半導体を、ｎ型半導体で構成したが、ｐ型半導体で構成してもよい。

油脂火災防止用ガス検知器の構造を示す側面断面図 油脂火災防止用ガス検知器のブロック図 第１参考形態に係るガス検知部の等価回路を示す図 油脂の過熱時に発生するガスの特性を示す図 油脂の過熱時に発生するガスの特性を示すグラフ 第１参考形態に係るガス検知器のガス検知特性を示すグラフ 第１参考形態に係るガス検知器のガス検知特性を示すグラフ 第２参考形態に係るガス検知器のガス検知特性を示すグラフ 別参考形態に係るガス検知部の等価回路を示す図 第１実施形態に係るガス検知器の構造を示す側面断面図 第１実施形態に係るガス検知器のガス種別感度を示す数表 第１実施形態に係るガス検知器のガス検知特性を示すグラフ 第１実施形態に係るガス検知器のガス検知特性を示すグラフ

３ センサ素子
５ 感ガス層
７ 触媒層
１１ 警報手段
１３ 感ガス体材料
１００ 温度推定手段
１０１ 判定手段

Claims (7)

1. 炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子と、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂の温度を推定する油温推定手段とを備え、前記センサ素子が、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される油脂火災防止用ガス検知器。
2. 炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子と、そのセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かの判定を行う判定手段とを備え、前記センサ素子が、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成される油脂火災防止用ガス検知器。
3. 前記判定手段が、前記センサ素子の出力の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている請求項２に記載の油脂火災防止用ガス検知器。
4. 前記判定手段が、前記センサ素子の出力からその抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を算出して、その抵抗値もしくは抵抗値に対応する量を対数変換した値の時間的な変化率が設定値以上である状態が設定時間以上継続したときに、油脂が過熱状態にあることを判定するように構成されている請求項２に記載の油脂火災防止用ガス検知器。
5. 前記判定手段が、前記センサ素子の出力が判定開始用の設定値を超えて変化しているときに、前記判定を行うように構成されている請求項２、３、４のいずれか一項に記載の油脂火災防止用ガス検知器。
6. 前記判定手段にて油脂の過熱状態が判定されたときに警報作動する警報手段を備え、その警報手段が作動可能又は作動不能のいずれかの状態に変更設定自在に構成されている請求項２、３、４、５のいずれか一項に記載の油脂火災防止用ガス検知器。
7. 炭素数２〜８のアルカンのうちの少なくとも１つのガス成分に感度を有するセンサ素子であって、酸化物半導体であるタングステン酸化物を主成分として、ＲｕをＷに対して元素比で０．５％〜５．０％の範囲で含有する１層構造の感ガス体材料より構成されるセンサ素子の出力情報に基づいて、油脂が過熱状態にあるか否かを判定する油脂火災防止用ガス検知方法。

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