JP2008204240A - ガス警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気化学式ＣＯセンサ１を用いたいガス警報器において、電池４０の消耗電流を低減するとともに、ガス濃度の急激な上昇にも追従して適正な警報出力のタイミングを確保する。
【解決手段】ＣＯセンサ１及びマイクロコンピュータ１０で検出される検出濃度（ガス濃度）を、５００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、１０００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満、２０００ｐｐｍ以上の４つの区分に分類する。ガス濃度の測定を行うサンプリング処理の周期を、４つの区分に対応して、３０秒、１５秒、１０秒、５秒に設定する。測定されるガス濃度が低濃度のときサンプリング処理の周期を長くし、高濃度になるほどサンプリング処理の周期を短くする。各サンプリング周期に対応して、サンプリング回数のデータをＥＥＰＲＯＭ５０に記憶しておき、通信インターフェース６０から外部機器１００に出力して動作状況を確認できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサにより周辺雰囲気中の対象ガス濃度を測定し、該測定したガス濃度に応じて警報を出力するガス警報器、特にプロトン導電体膜を用いた電気化学式ガスセンサを備えたガス警報器のように電池によって長期間駆動するのに適したガス警報器に関する。

燃焼機器の不完全燃焼等によるＣＯガスを検出し警報するＣＯ警報器のように、周辺雰囲気中のＣＯ濃度を測定する装置として、従来から、電気化学式ＣＯセンサを内蔵したものが知られている。

図３に断面図で示すように、この電気化学式ＣＯセンサ１は、内部に水５が収容された金属缶２の上部開口４にプロトン導電体膜３を設置して、その対極３２を金属缶２内に露出させると共に、反対側の検知極３１にガス吸着フィルタ８ｃを内蔵した金属キャップ８を重ねて金属缶２の上部開口４にかしめ固定して構成されている。

上述した構成の電気化学式ＣＯセンサ１では、周辺雰囲気中のＣＯが、金属キャップ８の導入孔８ａから内部に導入されて、活性炭やシリカゲル、ゼオライト等からなるガス吸着フィルタ８ｃや導出孔８ｂ、そして、金属キャップ８とプロトン導電体膜３との間に介設した金属製の拡散防止板７の拡散制御孔７ａを通過して検知極３１に到達し、ここで、対極３２側からプロトン導電体膜３に供給される金属缶２内の水５の水分を利用した酸化反応を起こして、検知極３１にプロトン（２Ｈ⁺ ）と電子（２ｅ^- ）を発生させる。

検知極３１に発生した電子（２ｅ^- ）はプロトン導電体膜３の内部を通過できないので検知極３１に滞留し、一方、プロトン（２Ｈ⁺ ）は、プロトン導電体膜３の内部を通過して対極３２に移動し、ここで、容器２内の酸素と還元反応を起こして、対極３２に水（Ｈ₂ Ｏ）を生成する。

したがって、検知極３１と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属キャップ８と、拡散防止板７を介して対極３２と電気的に接続されてそのターミナルとして機能する金属缶２との間に負荷（図示せず）を接続すると、検知極３１に滞留した電子（２ｅ^- ）の対極３２に向かう流れが負荷に生じ、これにより対極３２から負荷を経て検知極３１に向かう短絡電流の流れが生じるので、この負荷に流れる短絡電流を電流−電圧変換することで、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号が得られる（例えば特許文献１，２）。

このような検出原理の構成による電気化学式ＣＯセンサ１は、それ自身では、周辺雰囲気中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度信号を生成するために外部からの電力供給を必要としないことから、電池によって長期間駆動する必要のあるＣＯ警報器での利用に適している。

また、ガス警報器においては、常時、ガス濃度を測定しているわけではなく、ある一定のサンプリング周期で測定を行っている。例えば、５秒間隔、３０秒間隔、１分間隔のようにサンプリング処理によりガス濃度を測定し、そのつど演算処理、警報判定処理を行うように動作している。
特開２００４−１７０１０１号公報 特開２００４−２７９２９３号公報

前記のように、従来の電気化学式ＣＯセンサは電池によって駆動するガス警報器に適しているが、電池の本数をなるべく少ない本数でしかも必要な寿命を実現するために、できるだけ消費電流を抑えることが要求される。このためにも、前記のようにサンプリング処理によりガス濃度を測定するようにしている。

そこで、ガス濃度測定のサンプリング周期を長くすれば消費電流を抑えることができるが、その反面、サンプリング周期を長くすると、測定間隔が長くなってしまうので、急激な濃度上昇に対応できずに警報を行うタイミングが遅れる可能性がある。

本発明は、上記のような問題点に着目し、消費電流を抑えながら急激な濃度上昇にも対応できるようにしたガス警報器を提供することを課題とする。

請求項１のガス警報器は、雰囲気の対象ガスのガス濃度を測定して、該測定したガス濃度に応じて警報を出力するガス警報器において、前記対象ガスのガス濃度の測定レンジを複数区分に区分けして、各区分に対してガス濃度が高濃度なものほど短いサンプリング周期を対応させ、測定したガス濃度に応じた区分のサンプリング周期をその後のガス濃度測定のサンプリング周期として設定するとともに、異なる複数のサンプリング周期にそれぞれ対応して、該サンプリング周期で前記ガス濃度を測定した回数を記憶手段に記憶することを特徴とする。

請求項２のガス警報器は、請求項１に記載のガス警報器であって、情報を外部に出力する外部出力手段を備え、外部機器に対して、前記記憶手段に記憶したサンプリング周期毎の測定回数の情報を出力することを特徴とする。

請求項１のガス警報器によれば、測定されるガス濃度が低濃度であるときはサンプリング周期が長くなるので、ガス警報器全体として消費電流を抑えることができ、かつ、測定されるガス濃度が高濃度であるときはサンプリング周期が短くなるので、急激な濃度上昇にも十分追従して、適正なタイミングで警報を出力することができる。また、消費電流も抑えることができるので、ガス濃度を測定するガスセンサとして電池駆動が可能な電気化学式ＣＯセンサを用いる場合に好適である。

また、ガス濃度の測定レンジを区分した各区分の濃度に対応するサンプリング周期を選択するだけでよいので、サンプリング周期の設定が容易になる。

また、サンプリング周期毎に、そのサンプリング周期にてガス濃度を測定した回数を不揮発性メモリ等の記憶手段に記憶しているので、この記憶内容によりサンプリング周期に対応する測定回数（サンプリング回数）を確認することができる。したがって、例えば早めに電池が消耗した場合のメンテナンス時、あるいは定期的なメンテナンス時に、短いサンプリング周期での測定回数が多いことから、ガス濃度が高くなる傾向を確認することができる。また、電池の消耗の原因が測定回数が多いことにあることを容易に確認でき、ユーザ等にその原因を納得させることもできる。

請求以降２のガス警報器によれば、請求項１の効果に加えて、上記サンプリング周期に対応する測定回数の情報をハンディコンピュータ等の外部機器により確認することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係るガス警報器の要部ブロック図である。図に示すように、ガス警報器は、ガスセンサとしてのＣＯセンサ１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１０、増幅回路２０、音声警報出力回路３０、当該ガス警報器の各部に電源を供給する電池４０、不揮発性メモリ（記憶手段）としてのＥＥＰＲＯＭ５０及び外部出力手段としての通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）６０を備えている。なお、ＣＯセンサ１は、例えば前掲の図３に示す電気化学式センサ１であり、ＣＯ濃度に応じて発生する電流を電圧に変換して、増幅回路２０を
介してマイコン１０に出力する。

マイコン１０は、処理プログラムに従って各種の処理を行うＣＰＵ１０ａと、ＣＰＵ１０ａが行う処理のプログラムなどを格納したＲＯＭ１０ｂと、ＣＰＵ１０ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有するＲＡＭ１０ｃ、所定のレジスタに設定された時間の計測あるいは日時、時刻等を計時するためのタイマ１０ｄ等で構成されており、これらの各要素はバスラインによって接続されている。そして、マイコン１０は、タイマ１０ｄに設定したサンプリング周期により、ＣＯセンサ１から増幅回路２０を介して出力される電圧信号によりＣＯのガス濃度を計測し、そのガス濃度が警報設定点以上となった時に音声警報出力回路３０から警報を発し、警報解除設定点以下になったときに警報を停止する。

また、この実施形態では、濃度測定を行うサンプリング周期として、５秒、１０秒、１５秒及び３０秒の４種類あり、ＲＡＭ１０ｃには、各サンプリング周期に対応する記憶領域として、５秒サンプリング回数、１０秒サンプリング回数、１５秒サンプリング回数及び３０秒サンプリング回数の各レジスタが設定されている。そして、濃度測定のサンプリング周期毎に、そのサンプリング周期での測定回数を各レジスタで計数し、各サンプリング周期に対応するサンプリング回数をＥＥＰＲＯＭ５０に記憶する。また、通信インターフェース６０には外部機器１００を接続したり、無線や赤外線で通信したりすることができ、ＥＥＰＲＯＭ５０に記憶したサンプリング周期に対応するサンプリング回数を外部機器１００で読み取り、この外部機器１００でサンプリング回数の履歴を確認することで、短いサンプリング周期のサンプリング回数が多くなれば、ＣＯが多く発生するような機器があることが判るので、その機器の交換、メンテナンスの目安となり、事故の未然防止となる。また、利用者に換気を促す客観的なデータとして提示でき、意識を高めることでも、事故防止となる。

なお、ＣＯは、燃焼器具を正常な状態で使用しても発生することが知られており、特に、鍋、やかん等の調理器具を用いて、お湯を沸かす場合に、冷たい調理器具が暖まるまでの間にＣＯが発生するので、ＣＯ濃度（ガス濃度）が警報設定点を超えてもすぐには警報の発生を行わず、予め定めた遅延時間経過後も警報設定点を越えている状態が継続した場合に、警報を発生するようにしてもよい。

図２は実施形態のガス警報器におけるＣＰＵ１０ａの制御プログラムの要部フローチャートであり、同図に基づいて動作を説明する。図２は濃度検出処理のフローチャートである。先ず、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１でタイマ１０ｄに設定されているサンプリング時間（サンプリング周期）が経過するのを監視する。サンプリング時間が経過すれば、ステップＳ２でＣＯセンサ１による濃度の検出を開始し、ステップＳ３で濃度検出が完了したかを監視する。濃度検出が完了すれば、ステップＳ４で濃度演算処理を行い、ステップＳ５で警報を行うが必要な状態か否かの警報判定を行う。なお、警報が必要であれば警報を出力し、警報が必要でなければ警報を解除等を行う。

次に、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８で、検出濃度の値がどの区分に属するかを判断する。すなわち、検出濃度が、２０００ｐｐｍ以上であるか、１０００ｐｐｍ以上で２０００ｐｐｍ未満であるか、５００ｐｐｍ以上で１０００ｐｐｍ未満であるか、５００ｐｐｍ未満であるか、をそれぞれ判定する。

そして、検出濃度が２０００ｐｐｍ以上であれば、ステップＳ９でサンプリング周期を５秒に設定し、ステップＳ１０で５秒サンプリング回数レジスタをインクリメント（「＋＝１」と表記）し、ステップＳ１７に進む。検出濃度が１０００ｐｐｍ以上で２０００ｐｐｍ未満であれば、ステップＳ１１でサンプリング周期を１０秒に設定し、ステップＳ１２で１０秒サンプリング回数レジスタをインクリメントし、ステップＳ１７に進む。

また、検出濃度が５００ｐｐｍ以上で１０００ｐｐｍ未満であれば、ステップＳ１３でサンプリング周期を１５秒に設定し、ステップＳ１４で１５秒サンプリング回数レジスタをインクリメントし、ステップＳ１７に進む。検出濃度が５００ｐｐｍ未満であれば、ステップＳ１５でサンプリング周期を３０秒に設定し、ステップＳ１６で３０秒サンプリング回数レジスタをインクリメントし、ステップＳ１７に進む。そして、ステップＳ１７で、各サンプリング回数レジスタの内容をＥＥＰＲＯＭ５０の対応する記憶領域に記憶（回数保存）し、ステップＳ１に戻る。

以上のように、ＣＯセンサ１で検出される検出濃度（ガス濃度）を、５００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、１０００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満、２０００ｐｐｍ以上の４つの区分に区分け（分類）し、ガス濃度が高くなるほど、警報監視を行うサンプリング処理の周期を短くしているので、ガス濃度が低濃度のときは電池４０の消費電流を低減することができ、かつ、ガス濃度が高濃度になったときは即座に警報の判定を行うので、急激な濃度上昇にも追従でき、適正なタイミングで警報を出力することができる。

また、ＥＥＰＲＯＭ５０には、サンプリング周期に対応して、そのサンプリング周期にて濃度検出を行った回数のデータが記憶されている。したがって、定期的なメンテナンス時に、このデータによりサンプリング周期毎のサンプリング回数を調べることにより、ガス濃度の濃さや濃度上昇の具合など、その警報器が設置されている環境の状況、あるいは警報器の動作状況を確認することができる。また、電池４０が消耗してメンテナンスを行う場合なども、サンプリング回数を調べることにより、サンプリング回数が多いことから電池の消耗が激しいという状況などを確認することもでき、ユーザに環境とともにアドバイスすることもできる。なお、このサンプリング回数の確認には、例えば外部機器１００としてハンディーパソコン等を用い、データを収集して、ディスプレイに回数を表示するようにしてもよいし、警報器自体に表示手段を設けるようにしてもよい。

なお、以上の実施形態ではガス濃度を複数の区分に区分けして、各区分に対応するサンプリング周期を設定しているが、ガス濃度に対応して実質的に連続的に変化するような細かな区分けによりサンプリング周期を設定するようにしてもよい。この場合でも、対応するサンプリング周期におけるサンプリング回数をＥＥＰＲＯＭに記憶する。

また、実施形態におけるガスセンサは、図３に示す電池駆動が可能な電気化学式センサ１の場合であり、消費電流の低減という効果を得るのに好適であるが、ガスセンサはこれに限らず、半導体式等でもよい。

本発明の実施形態に係るガス警報器の要部ブロック図である。 本発明の実施形態におけるサンプリング処理のフローチャートである。 本発明に係る電気化学式ＣＯセンサの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 電気化学式ＣＯセンサ
１０ マイクロコンピュータ
１０ａ ＣＰＵ
１０ｂ ＲＯＭ
１０ｃ ＲＡＭ
１０ｄ タイマ
３０ 音声警報出力回路
４０ 電池
５０ ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）
６０ 通信インターフェース（外部出力手段）

Claims (2)

1. 雰囲気の対象ガスのガス濃度を測定して、該測定したガス濃度に応じて警報を出力するガス警報器において、
   前記対象ガスのガス濃度の測定レンジを複数区分に区分けして、各区分に対してガス濃度が高濃度なものほど短いサンプリング周期を対応させ、
   測定したガス濃度に応じた区分のサンプリング周期をその後のガス濃度測定のサンプリング周期として設定するとともに、異なる複数のサンプリング周期にそれぞれ対応して、該サンプリング周期で前記ガス濃度を測定した回数を記憶手段に記憶することを特徴とするガス警報器。
2. 情報を外部に出力する外部出力手段を備え、外部機器に対して、前記記憶手段に記憶したサンプリング周期毎の測定回数の情報を出力することを特徴とする請求項１に記載のガス警報器。

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