JP2011086073A - 警報器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯセンサ備えたＣＯ警報器において、ＣＯセンサ１の故障を診断して故障警報を行う際に、故障の誤検知を防止する。
【解決手段】マイコン１０によりＣＯセンサ１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。警報器の設置後に２４時間のＣＯ濃度のデータや温度データを監視して記憶する。記憶した２４時間分のＣＯ濃度の内、ＣＯ濃度が最小値となった時点を特定時刻とする。または、記憶した２４時間分の温度データの内、温度データが最大値となった時点を特定時刻とする。または、２４時間分のＣＯ濃度と温度データの内、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下で温度データが０℃を超えるような時点を特定時刻とする。その後、日周期で特定時刻となったとき自己診断回路３０でＣＯセンサ１の故障診断を行う。ＣＯガスの影響、水の凍結の影響を回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、警報器に係り、特に、水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によって対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサに故障があるか否かを自己診断する警報器に関する。

従来、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、電気化学式ＣＯセンサ（ガスセンサ）を内蔵したものが知られている。図９は電気化学式ＣＯセンサの一例を示す断面図であり、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（水容器）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。

この電気化学式のＣＯセンサ１では、周辺雰囲気中のＣＯガス（対象ガス）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、金属缶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。

ところで、上述したＣＯセンサを用いたＣＯ警報器において、従来より、金属缶２中の水が減少する「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障を検出する自己診断を行っている（例えば特許文献１，２）。このＣＯセンサ１の自己診断は、このＣＯセンサ１を一種のコンデンサとみなし、その放電時の電流波形が「水なし」、「断線」、「短絡」といった故障によって正常時とは異なることを利用して行っている。

前述のＣＯセンサの自己診断時に、ＣＯセンサ（ＣＯ警報器）の周囲にＣＯガスが存在すると、ＣＯセンサを流れる充放電電流はそのＣＯ濃度により変動する。このため、実際の設置環境において、ＣＯガス存在中に出荷モードを解除した場合、ＣＯガスを検出し、故障として誤検知してしまうという問題があった。この問題を解決するために特許文献３のものでは、出荷モード解除時にＣＯガスの存在を検出した場合には、出荷モード解除を停止し、報知するという提案がなされている。また、ＣＯセンサの自己診断を行う際に、周囲温度を検出し、検出温度が氷点以下の場合には自己診断を禁止するようにしたガス警報器がある（特許文献４）。この特許文献４のものは、特に極低温環境において、ＣＯセンサの水が凝固して断線と同様な現象を起こすことがあり、このような現象があっても低温から常温に戻ればセンサは正常に戻るにもかかわらず、自己診断で故障として誤検知してしまうのを回避するものである。

特開２００８−３０９７１１号公報 特開２００８−３０９７１３号公報 特開２００８−３０９７１２号公報 特開２００８−１５２３２２号公報

前述の従来の警報器にあっては、ＣＯセンサが初期正常状態でＣＯガスが存在していた場合、故障として誤検知して出荷モード解除が停止されてしまい、ＣＯセンサが正常であるにもかかわらず、クレーム品として返却されてしまうという問題がある。また、この故障診断は、氷点下では誤検知するおそれがある。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、ＣＯセンサに故障があるか否かを自己診断する警報器において、ＣＯガスが発生する可能性のある環境において、自己診断を適正なタイミングで実行して誤検知を防止することを課題とする。

請求項１の警報器は、水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によってプロトン導電体膜を挟む検知極と対極との間に流れる電流が対象ガスのガス濃度に応じて変化する電気化学式ガスセンサと、該ガスセンサの充電及び放電を行って該ガスセンサの故障診断を行う自己診断手段と、を有する警報器において、設置時から１日間の環境を監視して、前記ガスセンサの故障診断に適した環境となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。特定時刻を記憶した後、その特定時刻の他で行う自己診断は、請求項５のように特定時刻を基点として日周期でもよいが、この日周期に限らず、特定時刻を基点として２４時間の倍数のタイミングであればいつでもよい。例えば週周期、月周期等でもよい。また、この特定時刻を基点とする自己診断の周期は任意に変更するものでもよい。

請求項２の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記設置時から１日間の対象ガスのガス濃度を監視して、該ガス濃度が最小値となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。

請求項３の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記設置時から１日間の周囲温度を監視して、該周囲温度が最大値となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。

請求項４の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記設置時から１日間の対象ガスのガス濃度と周囲温度を監視して、該ガス濃度が所定レベル以下でかつ周囲温度が氷点を超えている時点の特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。

請求項５の警報器は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の警報器であって、前記特定時刻を基点として日周期のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする。

請求項６の警報器は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の警報器であって、前記特定時刻を初回に記憶した後、所定期間の経過により、再度１日間の環境を監視して、前記ガスセンサの故障診断に適した環境となった特定時刻を設定更新するようにしたことを特徴とする。

請求項１の警報器によれば、ガスセンサの故障診断に適した環境となる特定時刻に故障診断を行うので、対象ガスの存在による故障の誤検知を防止しながら、故障診断を行うことができる。

請求項２の警報器によれば、ＣＯガスなどの対象ガスのガス濃度が最小値となる特定時刻に故障診断を行うので、対象ガスの存在による故障の誤検知を防止しながら、故障診断を行うことができる。

請求項３の警報器によれば、周囲温度が最大値となる通常は氷点を超える特定時刻に故障診断を行うので、水の凍結による故障の誤検知を防止しながら、故障診断を行うことができる。

請求項４の警報器によれば、ＣＯガスなどの対象ガスのガス濃度が所定レベル以下で、かつ周囲温度が氷点を超える特定時刻に故障診断を行うので、対象ガスの存在による故障の誤検知と、水の凍結による故障の誤検知を防止しながら、故障診断を行うことができ、さらに精度高く誤検知を防止できる。

請求項５の警報器によれば、請求項１乃至４の効果に加えて、２４時間タイマの規定を特定時刻として１日のタイミングで、故障診断を行うようにできるので制御が簡単になる。

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。 実施形態におけるマイコンが実行する通常モード時の制御プログラムの要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第１実施例の設置時のＣＯ濃度監視処理の要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第２実施例の設置時の環境温度監視処理の要部フローチャートである。 実施形態におけるマイコンが実行する第３実施例の設置時のＣＯ濃度、環境温度監視処理の要部フローチャートである。 第１実施例によるＣＯ濃度の計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。 第２実施例による温度データの計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。 第３実施例によるＣＯ濃度及び温度データの計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。 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。

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、サーミスタ等の温度センサ２０、自己診断回路３０、増幅回路４０、音声警報出力回路５０及び当該ガス警報器の各部に電源を供給する電池６０を備えている。なお、ＣＯセンサ１は、例えば前掲の図９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４０を介してマイコン１０に出力する。また、温度センサ２０は当該ガス警報器の図示しない本体ケース内の温度を検出するものであり、その温度検出信号をマイコン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、所定のサンプリング周期により、ＣＯセンサ１から増幅回路４０を介して出力される電圧信号によりＣＯガス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５０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。

自己診断回路３０はマイコン１０からの指示によりＣＯセンサ１の自己診断を実行する回路である。この自己診断回路３０によるＣＯセンサ１の自己診断は、このＣＯセンサ１を一種のコンデンサとみなし、その充放電特性が水の量に応じて異なることを利用している。自己診断回路３０は、ＣＯセンサ１を充電する充電回路や、充電及び放電の切換動作を行うためのトランジスタスイッチ等を備えている。そして、自己診断回路３０はマイコン１０からの指示により、ＣＯセンサ１に抵抗を通じて充電した後、放電し、放電電流を電圧に変換し、増幅回路４０を介してマイコン１０に出力する。そして、マイコン１０はその放電カーブを検出する。この放電カーブは、ガスセンサ１に水が減少していない正常時と、水が減少した劣化時とでは異なっている。また、ガスセンサ１における短絡、断線等の故障時にも放電カーブが正常時と異なっている。したがって、マイコン１０は検出される放電カーブを正常時の放電カーブと比較して「水なし」、「短絡」、「断線」の故障を診断する。そして、故障と判定されると図示しない表示手段を使って報知する。

上記の故障診断は、当該警報器が設置場所に設置されたときから１日の間、周囲の環境を監視し、ＣＯセンサ１で検出されるＣＯ濃度や、温度センサ２０で検出される周囲温度を記録する。そして、以下の各実施例のように、その１日の記録の中で、ＣＯセンサ１の故障検出に適した環境となった時刻を特定時刻として設定し、マイコン１０が２４時間タイマにより日周期でその特定時刻となるときにＣＯセンサ１の故障診断を行う。

図２はマイコン１０が実行する通常モード時の制御プログラムの要部フローチャートであり、この処理は後述の第１〜第３実施例に共通な処理である。この処理は２４時間タイマの基点を上記特定時刻に設定し、この２４時間タイマで診断のタイミングを取るようにしている。まず、ステップＳ１で、２４時間タイマにより現タイミングが診断のタイミングであるか（特定時刻であるか）を判定し、診断のタイミングでなければステップＳ２で、ＣＯガスの監視（及び警報）、あるいはその他の処理を行ってステップＳ１に戻る。現タイミングが診断のタイミングであれば、ステップＳ３で、自己診断回路３０に指示を出力して故障診断を行う。そして、ステップＳ４で故障が検出されているかを判定し、故障が検出されていなければ、ステップＳ５で故障警報を解除し、故障が検出されていれば、ステップＳ６で故障警報を開始して処理を終了する。

（第１実施例）図３はマイコン１０が実行する第１実施例の設置時のＣＯ濃度監視処理の要部フローチャートであり、当該ガス警報器を設置場所に設置したときに例えば出荷モード解除したことにより実行する。この第１実施例では、２４時間の間、ＣＯ濃度を監視して記録する。まず、ステップＳ１１で２４時間監視タイマをスタートし、ステップＳ１２でＣＯセンサ１によりＣＯ濃度を計測して、ステップＳ１３で２４時間が経過するのを監視し、２４時間分のＣＯ濃度を記憶していく。そして、２４時間が経過したら、ステップ１４で、記憶したＣＯ濃度の内でＣＯ濃度の最小値を記録した（最小値となった）時間（時刻）を特定時刻Ｔｍ１として記憶する。次に、ステップＳ１５で、特定時刻Ｔｍ１を基点（０時）として２４時間タイマをセットして処理を終了する。これにより、それ以降に２４時間タイマにより特定時刻Ｔｍ１となると、前記図２の処理により診断のタイミングと判定されて故障診断が行われる。

（第２実施例）図４はマイコン１０が実行する第２実施例の設置時の環境温度監視処理の要部フローチャートであり、前記同様に出荷モード解除したことにより実行する。この第２実施例では、２４時間の間、環境温度を監視して記録する。まず、ステップＳ２１で２４時間監視タイマをスタートし、ステップＳ３２で温度センサ２０により温度データを計測して、ステップＳ２３で２４時間が経過するのを監視し、２４時間分の温度データを記憶していく。そして、２４時間が経過したら、ステップ２４で、記憶した温度データの内で温度の最大値を記録した時間（時刻）を特定時刻Ｔｍ２として記憶する。次に、ステップＳ２５で、特定時刻Ｔｍ２を基点（０時）として２４時間タイマをセットして処理を終了する。これにより、それ以降に２４時間タイマにより特定時刻Ｔｍ２となると、前記図２の処理により診断のタイミングと判定されて故障診断が行われる。

（第３実施例）図５はマイコン１０が実行する第３実施例の設置時のＣＯ濃度、環境温度監視処理の要部フローチャートであり、前記同様に出荷モード解除したことにより実行する。この第３実施例では、２４時間の間、ＣＯ濃度と環境温度を監視して記録する。まず、ステップＳ３１で２４時間監視タイマをスタートし、ステップＳ３２でＣＯセンサ１によりＣＯ濃度を計測し、ステップＳ３３で温度センサ２０により温度データを計測して、ステップＳ３４で２４時間が経過するのを監視し、２４時間分のＣＯ濃度と温度データを記憶していく。そして、２４時間が経過したら、ステップ３５で、記憶したＣＯ濃度の内でＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下で、かつ、温度が０℃を超えたことを記録した時間（時刻）を特定時刻Ｔｍ３として記憶する。次に、ステップＳ３６で、特定時刻Ｔｍ３を基点（０時）として２４時間タイマをセットして処理を終了する。これにより、それ以降に２４時間タイマにより特定時刻Ｔｍ３となると、前記図２の処理により診断のタイミングと判定されて故障診断が行われる。

図６は第１実施例によるＣＯ濃度の計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。ＣＯ濃度は２４時間を周期とする波形で変動しており、そのＣＯ濃度の値は日周期内で同じ時刻で同様な値となっている。これは、通常の設置環境において、ＣＯガスの発生状況はガス器具等を使用している時間帯に増加し、使用しない時間帯に減少し、このような状況は一般家庭や業務用厨房など日周期で繰り返される人の活動に起因しているものと考えられる。この例では、設置後２１時間前後でＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下になり、２１時間のときにＣＯ濃度が最も低くなっている。したがって、この設置後２１時間経過のときに、２４時間内のＣＯ濃度が最小値となり、この時刻が特定時刻として記憶される。そして、この特定時刻が故障診断のタイミングとなり、２４時間毎に、この最もＣＯ濃度が低くなるタイミングで故障診断が行われる。このように、ＣＯ濃度が最小値となるタイミングでは、ＣＯガスの影響を極力抑えて故障診断をすることができるので、誤検出を防止することができる。

図７は第２実施例による温度データの計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。環境温度も２４時間を周期とする波形で変動しており、その温度データは日周期内で同じ時刻で同様な値となっている。これも、通常の設置環境において、人の活動状況や日中と夜間の繰り返しに起因しているものと考えられる。この例では、設置後１６時間当たりで温度が最大値となっている。したがって、この設置後１６時間経過のときに、２４時間内の温度が最大値となり、この時刻が特定時刻として記憶される。そして、この特定時刻が故障診断のタイミングとなり、２４時間毎に、この最もＣＯ濃度が低くなるタイミングで故障診断が行われる。このように、温度が最大値となっているタイミングでは、通常は十分に氷点を超えてるので、水の凍結を回避して故障診断を行うので、誤検出を防止することができる。

図８は第３実施例によるＣＯ濃度及び温度データの計測値に対する特定時刻と故障診断のタイミングの例を示す図である。ＣＯ濃度の変化と温度の変化は図６及び図７と同様である。なお、設置のタイミングは図７と同様である。この例では、設置後１９時間前後でＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下になり、この設置後１９時間前後では温度が０℃を超えている。したがって、この設置後１９時間経過のときに、２４時間内の温度が最大値となり、この時刻が特定時刻として記憶される。そして、この特定時刻が故障診断のタイミングとなり、２４時間毎に、この最もＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以下で、かつ、温度が０℃を超えているタイミングで故障診断が行われる。したがって、ＣＯガスの影響を抑え、水の凍結を避けて故障診断を行うことができるので、さらに誤検出を防止することができる。

以上の実施形態では、故障診断のタイミングを規定する特定時刻を設定する処理を設置時直後に実施するようにしているが、これに加えて例えば１ヶ月後に再度２４時間のデータ計測を行って特定時刻を設定更新するようにしてもよいし、定期的に設定更新するようにしてもよい。

１ ＣＯセンサ（ガスセンサ）
１０ マイコン
２０ 温度センサ
３０ 自己診断回路

Claims (6)

1. 水を収容する水容器からの水蒸気と対象ガスとの反応によってプロトン導電体膜を挟む検知極と対極との間に流れる電流が対象ガスのガス濃度に応じて変化する電気化学式ガスセンサと、該ガスセンサの充電及び放電を行って該ガスセンサの故障診断を行う自己診断手段と、を有する警報器において、
   設置時から１日間の環境を監視して、前記ガスセンサの故障診断に適した環境となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする警報器。
2. 前記設置時から１日間の対象ガスのガス濃度を監視して、該ガス濃度が最小値となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の警報器。
3. 前記設置時から１日間の周囲温度を監視して、該周囲温度が最大値となった特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の警報器。
4. 前記設置時から１日間の対象ガスのガス濃度と周囲温度を監視して、該ガス濃度が所定レベル以下でかつ周囲温度が氷点を超えている時点の特定時刻を記憶し、以後、該特定時刻のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の警報器。
5. 前記特定時刻を基点として日周期のタイミングで前記自己診断手段によりガスセンサの故障診断を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の警報器。
6. 前記特定時刻を初回に記憶した後、所定期間の経過により、再度１日間の環境を監視して、前記ガスセンサの故障診断に適した環境となった特定時刻を設定更新するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の警報器。

Images