JP5481153B2

JP5481153B2 - 警報器

Info

Publication number: JP5481153B2
Application number: JP2009237652A
Authority: JP
Inventors: 英樹高橋; 裕正高島; 良春名川; 和宏犬塚; 唯宣中島; 尚史小澤
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011086074A

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（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。

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、周囲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、前記ガスセンサの故障診断に適した環境であるか否かを判定する環境判定手段と、設定された特定時刻の診断タイミングになると定期診断処理を開始する定期診断手段とを備え、前記定期診断手段は、定期診断処理を開始すると、前記環境判定手段で環境を判定し、故障診断に適した環境でなければ所定時間待機して再度環境判定手段で環境を判定し、故障診断に適した環境となると前記自己診断手段で故障診断を行うとともに、該故障診断を行った特定時刻のタイミングを次回の診断タイミングとして設定更新するようにしたことを特徴とする。

請求項２の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記環境判定手段は、対象ガスのガス濃度が所定レベル以下となったことを、前記故障診断に適した環境と判定することを特徴とする。

請求項３の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記環境判定手段は、周囲温度が氷点を超えていることを、前記故障診断に適した環境と判定することを特徴とする。

請求項４の警報器は、請求項１に記載の警報器であって、前記環境判定手段は、対象ガ
スのガス濃度が所定レベル以下となり、かつ、周囲温度が氷点を超えていることを、前記
故障診断に適した環境と判定することを特徴とする。
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、前記特定時刻のタイミングが２４時間の倍数周期であることを特徴とする。

請求項１の警報器によれば、環境判定手段でガスセンサの故障診断に適した環境を判定し、その適した環境となった特定時刻のタイミングで故障診断を行うので、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。また、その故障診断に適した環境のタイミングに対応する特定時刻において、以後、環境を判定しながら故障診断を行うとともに故障診断に適した環境となった診断タイミングを更新するので、その後も常時適正なタイミングで速やかに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、請求項１の効果に加えて、ＣＯガスなどの対象ガスのガス濃度が所定レベル以下で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、請求項１の効果に加えて、周囲温度が氷点を超えている時点で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タイミングで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とを防止しながら、故障診断を行うことができる。
請求項５の警報器によれば、請求項１乃至４と同様の効果が得られる。

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監視タイマ割り込み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１実施例の定期診断タイマ割り込み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実施例の定期診断タイマ割り込み処理の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実施例の定期診断タイマ割り込み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、監視タイマによる割り込み処理（図２）により所定のサンプリング周期でＣＯガスの監視処理を行う。この処理では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「自己診断手段」に相当し、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。

上記の故障診断は定期診断タイマによる割り込み処理により行う。当該ガス警報器が設置場所に設置されたときから前記監視タイマと定期診断タイマによる計時が開示され、それぞれのタイマがタイムアップする毎に割り込み処理が行われる。故障診断の処理では、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により、故障診断に適した環境となっているかを判定し、故障診断に適した環境となっている場合（そのタイミングで）故障診断を行う。そして、以下の各実施例のように、故障診断に適した環境となって故障診断を行うと、定期診断タイマを０起点にリセットすることにより、そのタイミングの時刻を特定時刻として設定する。そして、その後、定期診断タイマがタイムアップする（０起点となる）毎に、割り込み処理によりその特定時刻でＣＯセンサ１の故障診断を行う。

なお、マイコン１０及び該マイコン１０が実行する定期診断タイマによる割り込み処理が「定期診断手段」に相当する。また、マイコン１０及び該マイコン１０が実行する後述のステップＳ１１の判定処理、ステップＳ２１の判定処理、ステップＳ３１及びＳ３３の判定処理が、それぞれ「環境判定手段」に相当する。

図２はマイコン１０が実行する監視タイマ割り込み処理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。まず、ステップＳ１で、ＣＯ濃度の計測及び演算を行い、ステップＳ２でＣＯ濃度が警報点に達したかを判定する。警報点に達したらステップＳ３で警報を出力し、元のルーチンに復帰する。警報点に達していなければ警報を停止して元のルーチンに復帰する。

（第１実施例）図３はマイコン１０が実行する第１実施例の定期診断タイマ割り込み処理の要部フローチャートである。まず、ステップＳ１１で、ＣＯセンサ１で検出されるＣＯ濃度が５０ｐｐｍ（所定レベル）以上かを判定する。５０ｐｐｍ以上であれば、ステップＳ１２で１時間経過するまで待機し、１時間経過するとステップＳ１１に戻る。一方、５０ｐｐｍ未満であれば、ステップＳ１３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Ｓ１４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れば、ステップＳ１５で故障警報を開始して元のルーチンに復帰する。故障が検出されていなければ、ステップＳ１６で、次回の定期診断用にこの特定時刻において定期診断タイマ（２４時間タイマ）を０起点（０時）にリセットし、元のルーチンに復帰する。この現在時点で０起点にリセットすることが現在の時刻を特定時刻として設定することに相当する。

このように、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満となったときはＣＯガスが故障診断に影響しない環境であり、誤検知を防止して故障診断を行うことができる。そして、この時点で定期診断タイマを０起点にセットすることにより、このＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満となった時点を特定時刻とすることができ、次の定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときは、通常は特定時刻の故障診断に適した環境で故障診断を行うことになる。しかし、この定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときに、故障診断に適した環境となっていなければ（ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以上の場合）、定期診断タイマの０起点（特定時刻）は故障診断を行う毎に更新される。

（第２実施例）図４はマイコン１０が実行する第２実施例の定期診断タイマ割り込み処理の要部フローチャートである。まず、ステップＳ２１で、温度センサ２０で検出される周囲温度が氷点を超えているかを判定する。氷点を超えていなければ（氷点以下であれば）、ステップＳ２２で１時間経過するまで待機し、１時間経過するとステップＳ２１に戻る。一方、氷点を超えていれば、ステップＳ２３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Ｓ２４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れば、ステップＳ２５で故障警報を開始して元のルーチンに復帰する。故障が検出されていなければ、ステップＳ２６で、次回の定期診断用にこの特定時刻において定期診断タイマ（２４時間タイマ）を０起点（０時）にリセットし、元のルーチンに復帰する。この現在時点で０起点にリセットすることが現在の時刻を特定時刻として設定することに相当する。

このように、周囲温度が氷点を超えていると、水の凍結による故障診断に影響しないので、誤検知を防止して故障診断を行うことができる。そして、この時点で定期診断タイマを０起点にセットすることにより、この氷点を超えた時点を特定時刻とすることができ、次の定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときは、通常は特定時刻の故障診断に適した環境で故障診断を行うことになる。しかし、この定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときに、故障診断に適した環境となっていなければ（氷点以下の場合）、定期診断タイマの０起点（特定時刻）は故障診断を行う毎に更新される。

（第３実施例）図５はマイコン１０が実行する第３実施例の定期診断タイマ割り込み処理の要部フローチャートである。まず、ステップＳ３１で、ＣＯセンサ１で検出されるＣＯ濃度が５０ｐｐｍ（所定レベル）以上かを判定する。５０ｐｐｍ以上であれば、ステップＳ３２で１時間経過するまで待機し、１時間経過するとステップＳ３１に戻る。一方、５０ｐｐｍ未満であれば、ステップＳ３３で、温度センサ２０で検出される周囲温度が氷点を超えているかを判定する。氷点を超えていなければ（氷点以下であれば）ステップＳ３２に進み、氷点を超えていれば、ステップＳ３４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Ｓ３５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れば、ステップＳ３６で故障警報を開始して元のルーチンに復帰する。故障が検出されていなければ、ステップＳ３７で、次回の定期診断用にこの特定時刻において定期診断タイマ（２４時間タイマ）を０起点（０時）にリセットし、元のルーチンに復帰する。この現在時点で０起点にリセットすることが現在の時刻を特定時刻として設定することに相当する。

このように、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満で、かつ、周囲温度が氷点を超えていると、ＣＯガスによる誤検知を防止するとともに、水の凍結による誤検知を防止して、故障診断を行うことができる。そして、この時点で定期診断タイマを０起点にセットすることにより、このＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満で、かつ、周囲温度が氷点を超えた時点を特定時刻とすることができ、次の定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときは、通常は特定時刻の故障診断に適した環境で故障診断を行うことになる。しかし、この定期診断タイマ割り込み処理が実行されるときに、故障診断に適した環境となっていなければ（ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ以上の場合あるいは氷点以下の場合）、定期診断タイマの０起点（特定時刻）は故障診断を行う毎に更新される。

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濃度は例えば１２時間を周期とする波形で変動しており、そのＣＯ濃度の値は日周期の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、設置時から２４時間後で検出したＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満になっておらず故障診断を行わない。その後、１時間経過して検出したＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満になっており、この時点で故障診断を行う。そして、このときの時刻が特定時刻となり、定期診断タイマが０基点にリセットされる。これにより、定期診断タイマで次の特定時刻（２４時間後）のタイミングとなり、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満で故障診断が行われる。

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。環境温度は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、設置時から２４時間後で検出した周囲温度が氷点以下となっており故障診断を行わない。その後、１時間経過して検出した周囲温度が氷点を超えており、この時点で故障診断を行う。そして、このときの時刻が特定時刻となり、定期診断タイマが０基点にリセットされる。これにより、定期診断タイマで次の特定時刻（２４時間後）のタイミングとなり、周囲温度が氷点を超えている環境で故障診断が行われる。

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。温度の変化は図７と同様である。この例では、設置時から２４時間後で検出した周囲温度が氷点以下で、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満になっておらず、故障診断を行わない。その後、３時間経過したときに、周囲温度が氷点を超え、かつ、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満になっており、この時点で故障診断を行う。そして、このときの時刻が特定時刻となり、定期診断タイマが０基点にリセットされる。これにより、定期診断タイマで次の特定時刻（２４時間後）のタイミングとなり、周囲温度が氷点を超えていて、かつ、ＣＯ濃度が５０ｐｐｍ未満となる環境で故障診断が行われる。

以上の各実施例のように、定期診断タイマは、ステップＳ１６，Ｓ２６，Ｓ３７において、故障診断に適した環境となった特定時刻に０起点にリセットされる。すなわち、各実施例のフローチャートの処理を繰り返す毎に０起点のリセットにより、次に故障診断のタイミングとなる特定時刻が更新される。このように、特定時刻を更新することにより、常時、故障診断に適した環境で故障診断を行うことができる。

以上の実施例では、定期診断タイマは２４時間タイマであるが、２４時間の倍数となるタイマにより、２日に１回、３日に１回、…のように、日周囲以外のタイミングで故障診断を行うようにしてもよい。また、故障診断に適した環境となったか否かの判断は、１周期で行うようにしているが、これに限らず定期診断タイマの時間より短い時間であればその他の周期でもよい。

１ＣＯ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

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、
前記ガスセンサの故障診断に適した環境であるか否かを判定する環境判定手段と、
設定された特定時刻の診断タイミングになると定期診断処理を開始する定期診断手段とを備え、
前記定期診断手段は、定期診断処理を開始すると、前記環境判定手段で環境を判定し、故障診断に適した環境でなければ所定時間待機して再度環境判定手段で環境を判定し、故障診断に適した環境となると前記自己診断手段で故障診断を行うとともに、該故障診断を行った特定時刻のタイミングを次回の診断タイミングとして設定更新するようにしたことを特徴とする警報器。
前記環境判定手段は、対象ガスのガス濃度が所定レベル以下となったことを、前記故障診断に適した環境と判定することを特徴とする請求項１に記載の警報器。
前記環境判定手段は、周囲温度が氷点を超えていることを、前記故障診断に適した環境と判定することを特徴とする請求項１に記載の警報器。
前記環境判定手段は、対象ガスのガス濃度が所定レベル以下となり、かつ、周囲温度が氷点を超えていることを、前記故障診断に適した環境と判定することを特徴とする請求項１に記載の警報器。
前記特定時刻のタイミングが２４時間の倍数周期である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。