JP2011043370A - 警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、センサ寿命を縮める前に注意を促す。
【解決手段】マイコン１０によりＣＯセンサ１１でＣＯ濃度を検出する。検出濃度が予め設定された警報濃度になると警報を発生する。サーミスタ１２でＣＯセンサ１１の周囲温度を検出する。周囲温度が使用温度範囲より高い温度となっている時間を累積する。累積時間が所定の設定時間閾値に達したら、使用温度が適正でない旨を報知する。または、使用温度範囲より高温側の複数の温度区分毎に単位時間当たりの単位蒸散量を記憶しておき、温度区分毎の累算時間に水蒸散量を乗算し、各温度区分にわたる乗算値の総和を算出する。この総和が所定の設定乗算閾値に達したら、使用温度が適正でない旨を報知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＯ（一酸化炭素）濃度を検出するＣＯセンサなどのように、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器に関する。

従来、ＣＯ警報器として、例えば特開２００７−２４０４８３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この警報器は、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えたものである。そして、電気化学式センサの水の蒸散によるセンサ寿命を予測して報知するものである。また、例えば特開平８−２３３７７０号公報（特許文献２）には、電気化学的な酸化還元反応を利用したガスセンサにおいて、該ガスセンサの寿命が尽きたことを検出して報知する技術が開示されている。

特開２００７−２４０４８３号公報 特開平８−２３３７７０号公報

特許文献１のものは、電気化学式センサ中の水の単位時間当たりの蒸散量がセンサの周囲温度に依存することから、複数の温度区分毎の蒸散量を考慮し、経過時間と周囲温度及び蒸散量から総水減少量を算出し、この総水減少量が閾値に達したら、センサの寿命を報知するようにしている。また、特許文献２のものは、センサの検出感度の劣化速度が周囲温度に依存することから、周囲温度からその時点での劣化速度を求め、この劣化速度に対応するデータを経時的に積算し、この積算値が所定の条件に達したときにセンサの寿命末期と判断して報知するようにしている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のものは、いずれもセンサの寿命末期において報知するようにしているため、その時点ではセンサの劣化により警報器自体が警報できなかったり、警報が遅くなる可能性が高くなる。

本発明は、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを用いた警報器において、電気化学式センサが故障する前にユーザに使用温度が適正でないことを報知して、警報ができなくなる事態や警報が遅れる事態を回避することを課題とする。

請求項１の警報器は、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲を記憶した記憶手段と、前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲外の高温となっている場合、該高温となっている時間を累積する時間累積手段と、前記時間累積手段で累積された累積時間に基づいて前記電気化学式センサが劣化する前に使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の警報器は、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲と、該使用温度範囲外の高温となっている時間の所定の累積時間であって前記電気化学式センサが劣化しない時間に対応する予め設定された設定時間閾値とを記憶した記憶手段と、前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲外の高温となっている場合、該高温となっている時間を累積する時間累積手段と、前記時間累積手段で累積された累積時間が前記設定時間閾値に達したと判定されたときに、使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項３の警報器は、固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲と、該使用温度範囲より高温側の複数の温度区分における単位時間当たりの単位蒸散量と、前記電気化学式センサが劣化しない水蒸散量に相当する予め設定された設定蒸散量閾値とを記憶した記憶手段と、前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲より高温となっている場合、該高温となっている時間を前記温度区分毎に累積する時間累積手段と、前記時間累積手段で累積された各温度区分における累積時間に該温度区分における単位時間当たりの単位蒸散量を乗算し、温度区分毎の該乗算値の各温度区分にわたる総和を算出し、該総和が前記設定蒸散量閾値に達したと判定されたときに、使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の警報器によれば、周囲温度が予め設定されている使用温度範囲より高温のとき、ＣＯセンサ等の電気化学式センサが故障となる前に、使用温度が適正でない旨を報知するので、電気化学式センサの劣化により警報しなかったり、警報が遅くなったりすることを防ぐことができる。

請求項２の警報器によれば、請求項１と同様な効果が得られる。

請求項３の警報器によれば、周囲温度が予め設定されている使用温度範囲より高温のとき、複数の温度区分毎に単位蒸散量を加味した総蒸散量に応じて、ＣＯセンサ等の電気化学式センサが故障となる前に、使用温度が適正でない旨を報知するので、電気化学式センサの劣化により警報しなかったり、警報が遅くなったりすることを防ぐことができるとともに、さらに精度の高いタイミングでお知らせを行うことができる。

本発明の実施形態のガス警報器の要部ブロック図である。 実施形態におけるＣＯセンサの構造例を示す図である。 実施形態における第１実施例のマイコンの制御を示す要部フローチャートである。 実施形態における第２実施例に係る温度と水蒸散量の関係を示す図である。 実施形態における第２実施例のマイコンの制御を示す要部フローチャートである。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る警報器としてのＣＯ警報器のブロック図であり、このＣＯ警報器は、マイコン１０、高分子プロトン導電体を用いたＣＯセンサ１１、温度検出手段としてのサーミスタ１２、記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ１３、警報時に点灯するＬＥＤ表示部１４、警報時や後述のお知らせを行うときにユーザに対して音声やメッセージ等を発生する音声出力回路１５及びスピーカ１６等を備えている。なお、マイコン１０の処理は以下の各実施例によって異なるが、ブロック図は同様である。

サーミスタ１２は温度検出手段として働き、ＣＯセンサ１１の近傍に設置され、ＣＯセンサ１１の周囲温度を検出する。なお、このサーミスタ１２は温度補償を行うために従来の警報器においても備えているものである。マイコン１０は、予め定めたプログラムに従って各種の制御および処理等を行うＣＰＵ１０ａと、ＣＰＵ１０ａのためのプログラム等を格納したＲＯＭ１０ｂと、各種データを格納するとともに、ＣＰＵ１０ａの処理作業に必要なエリアを有するＲＡＭ１０ｃ等を内蔵している。マイコン１０には、ＣＯセンサ１１からの検出出力と、サーミスタ１２からの温度検出信号が入力される。なお、マイコン１０が後述のプログラムを実行することにより実現する機能が、時間累積手段、及び制御手段に対応する。また、ＲＡＭ１０ｃは所定のタイマ領域で経過時間をカウントすることによりタイマとして機能し、周囲温度が条件に達したときの経過時間を累積する。

記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ１３には、ＣＯ濃度に応じて警報を発生する閾値となる予め決められた警報濃度のデータ、当該ＣＯ警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲のデータ等が記憶されている。さらに、第１実施例の場合には、ＥＥＰＲＯＭ１３には、使用温度範囲外の高温となっている時間の所定の累積時間であってＣＯセンサ１１が劣化しない時間に対応する予め設定された設定時間閾値（ｔｐ）のデータが記憶されている。また、第２実施例の場合には、ＥＥＰＲＯＭ１３には、使用温度範囲より高温側の複数の温度区分における単位時間当たりの水蒸散量である後述の「単位蒸散量」のデータと、ＣＯセンサが劣化しない水蒸散量に相当する予め設定された「設定蒸散量閾値」のデータが記憶されている。

図２はＣＯセンサ１１の構造例を示す図である。ＣＯセンサ１１は、水タンク１、ワッシャ２、センサ素子３、ガスケット７および活性炭フィルタ８からなる。水タンク１には、蒸留水Ａが貯留されている。ワッシャ２は、水タンク１の上方に形成された凹部１ａに支持され、水蒸気供給口２ａが形成されている。センサ素子３は、バッキングレイヤ（対極）４、固体電解質膜である高分子プロトン導電体５およびバッキングレイヤ（検知極）６の積層構造からなり、ワッシャ２の上に配置されている。活性炭フィルタ８は、内部に活性炭９が充填されるとともに、上部にガス入口８ａ、底部にガス拡散口８ｂが形成されており、水タンク１の凹部１ａの上方をパッキングするガスケット７にはめ込まれている。上記蒸留水Ａは高分子プロトン導電体５（固体電解質膜）のイオン導電性を維持するために充填されている。

以上の構成により、雰囲気中にＣＯガスが存在すると、センサ素子３の検知極６および対極４において、それぞれ下記の反応が起こる。検知極６ではＣＯと水が反応して電子が検知極６に供給されて水素イオン（プロトン）が発生する。このプロトンは高分子プロトン導電体５を介して対極４に供給され、対極４では電子が供給されて水素イオンと酸素が化合して水が生成される。この反応により、ＣＯセンサ１１の出力（検知極６から対極４へ流れる電流）は、ＣＯガスのガス濃度に応じたものとなる。

水タンク１内の蒸留水Ａの蒸散量は周囲温度に影響されるので、このＣＯ警報器の使用に適した温度の範囲（使用温度範囲）は、例えば０℃〜５０℃と設定されている。例えば、周囲温度が６０℃の環境が２４時間連続して続くことは通常の使用条件では有り得ない。しかし、業務用厨房に取り付けられ、燃焼機器のすぐ近く等の不適切な場所に設置される可能性もある。そこで、この周囲温度に応じてユーザに対して使用状態が不適切であることを音声等でお知らせする。

（第１実施例）図３は実施形態に係るＣＰＵ１１が実行する第１実施例の制御プログラムの要部フローチャートである。なお、以下の各実施例において、図示しないメインルーチンにおいてＣＯガスのガス濃度を検出してＣＯガスに対する警報処理等が行われている。そして、図３の処理は図示しないこのメインルーチンに対して所定のタイミングで発生する割り込み信号による割り込み処理として実行される。まず、ステップＳ１でサーミスタ１２によりＣＯセンサ１１の周囲温度を検出し、ステップＳ２で、検出した周囲温度Ｔが５０℃を超えているかを判定する。５０℃以下であれば、ステップＳ３で経過時間ｔ（タイマのカウント値）をクリアし、ステップＳ４で５０℃以下が所定時間継続されたかを判定する。この判定は、後述のお知らせ（報知）を行った場合の停止処理に対応しており、５０℃以下が所定時間継続していればステップＳ５でお知らせを停止する。

ステップＳ２で、検出した周囲温度Ｔが５０℃を超えていれば、ステップＳ６で経過時間ｔをカウントし、ステップＳ７で経過時間ｔが設定時間閾値ｔｐ以上であるかを判定する。設定時間閾値ｔｐ以上でなければそのままメインルーチンに復帰し、設定時間閾値ｔｐ以上であれば、ステップＳ８で「使用温度範囲外で使用されています。」等のメッセージを音声により発生するとともに、ＬＥＤ表示部１４で点灯表示し、高温使用であるお知らせを行って、メインルーチンに復帰する。

以上のように、この第１実施例では、周囲温度Ｔが使用温度範囲の上限５０℃を超えている時間が設定時間閾値ｔｐだけ継続したら、高温使用のお知らせを行う。そして、例えばＣＯ警報器の設置場所を変更して、５０℃以下が所定時間継続したら、お知らせが停止される。なお、お知らせは、別途の停止スイッチ等の操作により停止するようにしてもよい。上記設定時間閾値ｔｐは周囲温度Ｔが５０℃を超えて使用されていてもＣＯセンサ１１が劣化しないうちにお知らせを行うような時間（請求項２の「設定時間閾値」）であり、例えば設定時間閾値ｔｐ＝１０時間である。

（第２実施例）ここで、ＣＯセンサ１１内の水の蒸散量は周囲温度により変動する。周囲温度が高ければ高い程、蒸散量は増加する。図４はＣＯセンサ１１における温度と水蒸散量の関係を示す図であり、周囲温度に対して測定時間を２０分としたときのこの測定時間当たりの水蒸散量とを示している。図に示すように、例えば周囲温度が５５℃の場合、測定時間（この例では２０分）での水蒸散量ｙは、
ｙ＝0.0124×EXP(0.0559×55) ＝0.268[mg/20分]
であるので１分当たりの水蒸散量は、
0.268mg/20分＝0.0134mg
として算出でき、この量はＣＯセンサ１１内の水の全体量の
0.0134mg/5.75g×100＝0.000233％
に相当する。この量を「単位蒸散量」とする。

上記単位蒸散量は周囲温度Ｔにより変化する。そこで、この実施例では、使用温度範囲０℃〜５０℃を超える温度範囲を複数の温度区分に区分する。すなわち５０℃＜Ｔ≦５５℃の範囲の「５５℃区分」、５５℃＜Ｔ≦６０℃の「６０℃区分」、６０℃＜Ｔ≦６５℃の「６５℃区分」、６５℃＜Ｔ≦７０℃の「７０℃区分」、７０℃＜Ｔの「７０℃超区分」に区分し、温度区分毎にその区分に対応する上記単位蒸散量ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５が予め求められている。そして、これらの単位蒸散量のデータが前記ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶されている。

また、ＲＡＭ１０ｃには各温度区分に対応するタイマ領域があり、各温度区分毎に経過時間をカウントし、周囲温度がその温度区分に属している間の経過時間を累積する。なお、５５℃区分、６０℃区分、６５℃区分、７０℃区分」、７０℃超区分の各累積時間をそれぞれ、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５とする。そして、その温度区分の単位蒸散量に各温度区分の累積時間を乗算してその乗算値である「区間蒸散量」を求め、各温度区分の区間蒸散量の総和を求める。その総和（「総蒸散量Ｖ」とする。）が予め設定された「設定蒸散量閾値ｖｐ」に達すると、前記実施例１と同様に高温使用のお知らせを行う。なお設定蒸散量閾値ｖｐは、ＣＯセンサ１１が劣化しない水蒸散量に相当する値である。

図５はＣＰＵ１１が実行する第２実施例の制御プログラムの要部フローチャートである。この処理は図示しないメインルーチン（警報処理等）に対して所定のタイミングで発生する割り込み信号による割り込み処理として実行される。まず、ステップＳ１１でサーミスタ１２によりＣＯセンサ１１の周囲温度を検出し、ステップＳ１２で、検出した周囲温度Ｔが５０℃を超えているかを判定する。５０℃以下であれば、ステップＳ１３で５０℃以下が所定時間継続されたかを判定する。この判定は、前記同様にお知らせを行った場合の停止処理に対応しており、５０℃以下が所定時間継続していればステップＳ１４でお知らせを停止する。

ステップＳ１２で、検出した周囲温度Ｔが５０℃を超えていれば、ステップＳ１５〜Ｓ１８でそれぞれ温度区分を判定する。そして、５５℃区分であればステップＳ１９で５５℃時間ｔ１をカウントし、６０℃区分であればステップＳ２０で６０℃時間ｔ２をカウントし、６５℃区分であればステップＳ２１で６５℃時間ｔ３をカウントし、７０℃区分であればステップＳ２２で７０℃時間ｔ４をカウントし、７０℃超区分であればステップＳ２３で７０℃超時間ｔ５をカウントし、それぞれステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、総蒸散量Ｖ（すなわち、温度区間毎に単位蒸散量ａｎと累積時間ｔｎを乗算した乗算値の各温度区間にわたる総和）が、設定蒸散量閾値ｖｐ以上であるかを判定する。設定蒸散量閾値ｖｐ以上でなければそのままメインルーチンに復帰し、設定蒸散量閾値ｖｐ以上であれば、ステップＳ２５で「使用温度範囲外で使用されています。」等のメッセージを音声により発生するとともに、ＬＥＤ表示部１４で点灯表示し、高温使用であるお知らせを行って、メインルーチンに復帰する。

例えば、周囲温度が５３℃でその中に６０分放置されていたとすると、６０℃区分の単位蒸散量は前記の0.000233％で、その累積時間ｔ１は６０分であるので、区分蒸散量は
ｔ１×0.000233＝ 0.01398[％]
となる。この区分蒸散量の総和を総蒸散量Ｖとし、この値が例えば１０［％］（設定蒸散量閾値ｖｐ）を超えた時点でお知らせをする。例えば、警報器の使用期間が６年で、警報器の出荷時の水の全体量が５．７５ｇで、６年の使用で水が５ｇ必要であれば、
5g/5.75g＝87[％]
であるので、１０［％］の設定蒸散量閾値ｖｐでお知らせを行うようにする。

以上のように、この第２実施例では、複数の温度区分毎に単位蒸散量を加味して総蒸散量Ｖを求め、この総蒸散量に応じて高温使用のお知らせをするようにしているので、さらに精度の高いタイミングでお知らせを行うことができる。なお、ＣＯ警報器の設置場所を変更して５０℃以下が所定時間継続したらお知らせが停止される。また、このお知らせは、別途の停止スイッチの操作により停止するようにしてもよい。上記設定蒸散量閾値ｖｐは周囲温度Ｔが５０℃を超えて使用されていてもＣＯセンサ１１が劣化しないうちにお知らせを行うような蒸散量である。

このように、従来の警報器のようにＣＯセンサが故障したことを報知するのではなく、ＣＯセンサ１１が故障となる前に、高温使用のお知らせを行うので、ＣＯセンサの劣化により警報しなかったり、警報が遅くなったりすることを防ぐことができる。

１０ マイコン（時間累積手段、制御手段）
１１ ＣＯセンサ（電気化学式センサ）
１２ サーミスタ（温度検出手段）
Ａ 蒸留水

Claims (3)

1. 固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、
   前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、
   当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲を記憶した記憶手段と、
   前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲外の高温となっている場合、該高温となっている時間を累積する時間累積手段と、
   前記時間累積手段で累積された累積時間に基づいて前記電気化学式センサが劣化する前に使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする警報器。
2. 固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、
   前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、
   当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲と、該使用温度範囲外の高温となっている時間の所定の累積時間であって前記電気化学式センサが劣化しない時間に対応する予め設定された設定時間閾値とを記憶した記憶手段と、
   前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲外の高温となっている場合、該高温となっている時間を累積する時間累積手段と、
   前記時間累積手段で累積された累積時間が前記設定時間閾値に達したと判定されたときに、使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする警報器。
3. 固体電解質膜のイオン導電性を維持するために水を使用する電気化学式センサを備えた警報器において、
   前記電気化学式センサの周囲温度を検出する温度検出手段と、
   当該警報器の使用に適した温度の範囲を示す予め設定された使用温度範囲と、該使用温度範囲より高温側の複数の温度区分における単位時間当たりの単位蒸散量と、前記電気化学式センサが劣化しない水蒸散量に相当する予め設定された設定蒸散量閾値とを記憶した記憶手段と、
   前記温度検出手段で検出された前記周囲温度が前記使用温度範囲より高温となっている場合、該高温となっている時間を前記温度区分毎に累積する時間累積手段と、
   前記時間累積手段で累積された各温度区分における累積時間に該温度区分における単位時間当たりの単位蒸散量を乗算し、温度区分毎の該乗算値の各温度区分にわたる総和を算出し、該総和が前記設定蒸散量閾値に達したと判定されたときに、使用温度が適正でない旨を報知する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする警報器。

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