JP5059394B2

JP5059394B2 - ガス警報器

Info

Publication number: JP5059394B2
Application number: JP2006336638A
Authority: JP
Inventors: 一茂笹崎; 和行守谷; 彰一田中
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP2008152322A

Description

本発明は、例えばプロトン導電体膜を用いた電気化学式ガスセンサのように、水容器に蓄えた水の水分を利用した反応により雰囲気の対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサを備え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４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（Ｈ₂Ｏ）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）。

また、上記同様に水容器に蓄えた水の水分を利用するガスセンサとして、２つの電極間にイオン伝導固体電解膜を備えるとともに、イオン伝導固体電解膜に一定の相対湿度を維持するように水を充填した水容器を備えたガスセンサがある（例えば特許文献３）。
特開２００４−１７０１０１号公報特開２００４−２７９２９３号公報特開２０００−１４６９０８号公報

前記電気化学式ＣＯセンサは、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。その反面、ＣＯセンサ１は水５を使ってＣＯ濃度を検出しているので、水５が蒸発などにより減少すると検知極３２ａに充分に水５が供給できなくなり、正確にＣＯ濃度を検出できないという問題がある。そこで、従来、ＣＯセンサ１の充放電の特性を利用して水の減少を検出する自己診断を行うものがある。

しかしながら、特に極低温環境において、金属缶２の上部開口４のかしめ部分等に侵入した水が凝固して膨張し、電極と導電体膜の接触が離れ、断線と同様な現象を起こすことがある。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。すなわち、水が十分に有るにもかかわらず自己診断でエラーとなることがある。なお、この自己診断によるエラーは水の枯渇を検出するもの、すなわち警報器の劣化を判断するものであるため、多くの警報器ではこのエラーが発生した場合には以後復帰することがなく不都合が生じる。

本発明は、上記のような問題点に着目し、自己診断による不本意なエラー発生を防止して管理のし易い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、水容器に蓄えた水の水分を利用した反応により雰囲気の対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサを備えたガス警報器において、前記ガスセンサの異常を検出する自己診断機能を有するとともに、前記ガスセンサの温度を判断して前記自己診断機能の実行と該自己診断機能の禁止とを選択的に実行する処理ステップを有し、該ガスセンサの温度が氷点以下でないと判断されたときは前記処理ステップの処理タイミングを第１タイミングに設定して該処理ステップにより自己診断機能の実行を選択し、該ガスセンサの温度が氷点以下であると判断されたときは該処理ステップの処理タイミングを第１タイミングより短い第２タイミングに設定して該処理ステップにより自己診断機能の禁止を選択し、さらに、ガスセンサの温度が氷点を超えた場合には、自己診断を実行するとともに、その後、当該自己診断の処理を第１タイミングにて実行することを特徴とする。

なお、ガスセンサの温度が氷点以下でるか否かの判断は、ガスセンサの雰囲気の温度を検出して判断してもよいし、ガスセンサ自体の温度を検出して判断してもよい。

請求項１のガス警報器によれば、ガスセンサにおける水が凝固するときは自己診断機能が禁止されるので、水の凝固による断線状態でもエラーとなることがなく、また、常温に戻って水が解ける状態では、自己診断機能により水容器中の水の枯渇を検出することができ、適正な自己診断を行うことができる。

また、自己診断機能を禁止しているときには、短い処理タイミングで温度判断及び自己診断の実行と禁止の選択を行うことになるので、常温になったときにその温度変化に即座に追従して、素早く通常の自己診断機能を実行する状態に戻れる。

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４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。

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。

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。そこで、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の減少の有無を検知する。そして、検知結果が正常範囲内になければ劣化であると判断し、劣化が生じている場合はその旨を図示しない表示手段を使って報知する。

図２及び図３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は警報監視処理のフローチャートであり、この警報監視処理は例えば３０秒毎の所定のサンプリング周期で起動される。先ず、ＣＰＵ１０ａは、ステップＳ１で温度センサ２０の検出信号により温度を計測し、ステップＳ２でＣＯセンサ１の出力に基づいてガス濃度を測定し、ステップＳ３で所定の演算処理を行う。そして、ステップＳ４で警報が必要な状態か否かを判定し、必要であればステップＳ５で警報を出力して１回の処理を終了する。警報が必要でなければ、ステップＳ６で警報状態であれば警報を解除し、１回の処理を終了する。

図３は自己診断処理のフローチャートであり、この図３の自己診断処理はタイマ１０ｄに設定される設定時間を周期として起動される。なお、初期状態では設定時間は５０時間に設定されている。先ず、ステップＳ１１で、前記ステップＳ１で計測した直近の計測温度が０℃以下であるか否かを判定する。この計測温度は、前記所定のサンプリング周期により温度センサ２０で計測している温度であるが、その内の直近の計測温度により判定する。計測温度が０℃以下でなければ、ＣＯセンサ１の温度が氷点以下ではないと判断し、ステップＳ１２で、自己診断回路３０に指示を出力して自己診断を行う。そして、ステップＳ１３でタイマ１０ｄの設定時間を５０時間に設定し、１回の処理を終了する。ステップＳ１１で、計測温度が０℃以下であれば、ＣＯセンサ１の温度が氷点以下であると判断し、ステップＳ１４でタイマ１０ｄの設定時間を１時間に設定し、１回の処理を終了する。

以上のように、ＣＯセンサ１の温度が氷点以下でないと判断されるときは、当該自己診断処理が５０時間毎に繰り返され、そのつど氷点以下でなければ自己診断が実行される。一方、ＣＯセンサ１の温度が氷点以下であると判断されるときは、自己診断が禁止されるとともに、当該自己診断処理（すなわち温度判定）が１時間毎に繰り返される。そして、ＣＯセンサ１の温度が氷点を超えた場合には、自己診断が実行されるとともに、その後、当該自己診断処理が５０時間毎に繰り返されるように設定される。

したがって、ＣＯセンサ１における水５が、かしめ部分等で凝固した場合、自己診断が禁止されるので、断線状態による不用意なエラーを生じることがない。なお、ＣＯセンサ１で水の凝固が発生していてＣＯセンサ１自体でガス濃度を検出できなくなっていたとしても、このような氷点以下の温度では、ＣＯガスの発生は考えられないので、特に問題はない。また、温度が氷点を超えれば、ＣＯセンサ１の水の凝固も解けるので、ＣＯセンサ１が正常に戻り、通常の警報及び自己診断を行うことができる。

なお、自己診断処理は通常は５０時間毎に行っているが、当該ガス警報器の出荷モード解除後や、リセット直後、あるいは電源投入直後に初期故障チェックを行い、このときにも自己診断を行うようにしている。この場合に、ＣＯセンサ１の温度が氷点以下であると判断された場合には自己診断は禁止されるが、この初期故障チェック時には自己診断が禁止されても、初期故障チェック自体は正常に終了したものとして処理する。

以上の実施形態ではガスセンサとして、図４に示す電気化学式センサ１を例に説明したが、例えば、前記特許文献３のようなセンサなど、水容器に蓄えた水の水分を利用した反応により雰囲気の対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサに適用できることはいうまでもない。

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警報監視処理のフローチャートである。本発明の実施形態における自己診断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
２金属缶
５水
１０マイクロコンピュータ
１０ａＣＰＵ
１０ｂＲＯＭ
１０ｃＲＡＭ
１０ｄタイマ
２０温度センサ
３０自己診断回路
５０音声警報出力回路
６０電池

Claims

水容器に蓄えた水の水分を利用した反応により雰囲気の対象ガス濃度を検出する電気化学式ガスセンサを備えたガス警報器において、
前記ガスセンサの異常を検出する自己診断機能を有するとともに、
前記ガスセンサの温度を判断して前記自己診断機能の実行と該自己診断機能の禁止とを選択的に実行する処理ステップを有し、
該ガスセンサの温度が氷点以下でないと判断されたときは前記処理ステップの処理タイミングを第１タイミングに設定して該処理ステップにより自己診断機能の実行を選択し、該ガスセンサの温度が氷点以下であると判断されたときは該処理ステップの処理タイミングを第１タイミングより短い第２タイミングに設定して該処理ステップにより自己診断機能の禁止を選択し、さらに、ガスセンサの温度が氷点を超えた場合には、自己診断を実行するとともに、その後、当該自己診断の処理を第１タイミングにて実行することを特徴とするガス警報器。