電気化学センサの寿命判定方法および電気化学センサの寿命判定装置並びにＣＯ警報器
【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の寿命を判定する電気化学式センサの寿命判定方法および寿命判定装置並びにＣＯ警報器を提供すること。
【解決手段】温度検出手段２１で検出した電気化学式センサ１の周囲温度が複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を累積時間計測手段２２ｃ−２で計測し、演算手段２２ａ−１で、各温度区分の累積時間に、記憶手段２２ｃ−１に記憶した各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する。各温度区分の累積時間の総時間が、水枯渇の予測時間に達したと第１の判定手段２２ａ−２で判定され、総水減少量が水減少量しきい値以上になったと第２の判定手段２２ａ−３で判定されたとき、報知手段２３で電気化学式センサ１の寿命を報知する。
【解決手段】温度検出手段２１で検出した電気化学式センサ１の周囲温度が複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を累積時間計測手段２２ｃ−２で計測し、演算手段２２ａ−１で、各温度区分の累積時間に、記憶手段２２ｃ−１に記憶した各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する。各温度区分の累積時間の総時間が、水枯渇の予測時間に達したと第１の判定手段２２ａ−２で判定され、総水減少量が水減少量しきい値以上になったと第２の判定手段２２ａ−３で判定されたとき、報知手段２３で電気化学式センサ１の寿命を報知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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センサの寿命判定方法および寿命判定装置並びにＣＯ警報器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＯ（一酸化炭素）警報器に使用されるＣＯセンサは、ほとんど半導体式ＣＯセンサである。半導体式ＣＯセンサは、固体電解質膜、たとえば高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサと全く異なり、水を使用せず、全固体型であるため、水蒸散の問題が生じない。
【０００３】
これに対して、一般家庭、食堂やレストラン等においてＣＯ監視用に使用されるようになってきた電気化学センサでは、固体電解質膜とする高分子プロトン導電体のイオン導電性を維持するために、水が用いられている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１４６９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気化学式センサのように反応あるいは性能の維持に水を必要とするセンサにおいては、使用環境の代表的な条件より必要年数分の水をタンク内に保持するよう設計されているが、想定外の温度条件下で使用した場合、センサの寿命が短くなる可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、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の寿命を判定する電気化学式センサの寿命判定方法および寿命判定装置並びにＣＯ警報器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、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の寿命判定方法であって、前記電気化学式センサの周囲温度を検出し、検出された前記周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、求められた各温度区分の累積時間の総時間が、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、前記判定結果に基づき前記電気化学式センサの寿命を判定することを特徴とする電気化学式センサの寿命判定方法に存する。
【０００７】
請求項１記載の発明においては、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の周囲温度を検出し、検出された周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求める。求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求める。求められた各温度区分の累積時間の総時間が、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、その判定結果に基づき電気化学式センサの寿命を判定する。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、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の寿命判定装置であって、前記電気化学式センサ１の周囲温度を検出する温度検出手段２１と、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め記憶した記憶手段２２ｃ−１と、前記温度検出手段２１で検出された前記周囲温度が、前記各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段２２ｃ−２と、前記累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段２２ａ−１と、前記演算手段２２ａ−１で算出された前記総時間が前記記憶手段２２ｃ−１に記憶されている前記時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段２２ａ−２と、前記第１の判定手段２２ａ−２により前記総時間が前記時間しきい値に達したと判定された場合、前記演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が前記記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段２２ａ−３と、前記第２の判定手段２２ａ−３で前記総水減少量が前記水減少量しきい値以上になったと判定された場合、前記電気化学式センサの寿命を報知する報知手段２３とを備えたことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置に存する。
【０００９】
請求項２記載の発明においては、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１の周囲温度を温度検出手段２１で検出する。記憶手段２２ｃ−１には、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とが予め記憶されている。温度検出手段２１で検出された周囲温度が、各温度区分に属する累積時間を累積時間計測手段２２ｃ−２で計測する。演算手段２２ａ−１で、累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する。演算手段２２ａ−１で算出された総時間が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている時間しきい値に達したか否かを第１の判定手段２２ａ−２で判定する。第１の判定手段２２ａ−２により総時間が時間しきい値に達したと判定された場合、演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを第２の判定手段２２ａ−３で判定する。第２の判定手段２２ａ−３で総水減少量が水減少量しきい値以上になったと判定された場合、電気化学式センサの寿命を報知手段２３で報知する。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項２記載の電気化学式センサの寿命判定装置において、前記水減少量しきい値は、前記電気化学式センサの製造時注水量に設定されていることを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置に存する。
【００１１】
請求項３記載の発明においては、水減少量しきい値は、電気化学式センサの製造時注水量に設定されている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えたことを特徴とするＣＯ警報器に存する。
【００１３】
請求項４記載の発明においては、ＣＯ警報器は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、電気化学式センサの寿命判定方法は、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の周囲温度を検出し、検出された周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、求められた各温度区分の累積時間の総時間が、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、判定結果に基づき電気化学式センサの寿命を判定するので、電気化学式センサの水の残存量を予測し、水枯渇による寿命を報知することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、電気化学式センサの寿命判定装置は、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１の周囲温度を検出する温度検出手段２１と、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め記憶した記憶手段２２ｃ−１と、温度検出手段２１で検出された周囲温度が、各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段２２ｃ−２と、累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段２２ａ−１と、演算手段２２ａ−１で算出された総時間が時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段２２ａ−２と、第１の判定手段２２ａ−２により総時間が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている時間しきい値に達したと判定された場合、演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段２２ａ−３と、第２の判定手段２２ａ−３で総水減少量が水減少量しきい値以上になったと判定された場合、電気化学式センサの寿命を報知する報知手段２３とを備えているので、電気化学式センサの水の残存量を予測して、水枯渇による寿命を判定し、報知することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、水減少量しきい値は、電気化学式センサの製造時水注入量に設定されているので、蒸散により水が製造時注水量だけ減少して水の枯渇に至るときの電気化学式センサの寿命を報知することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、ＣＯ警報器は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えているので、電気化学式センサの寿命を報知するので、不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図２は、電気化学式センサの構造例を示す図である。電気化学式センサ１は、水タンク２、ワッシャ３、センサ素子４、ガスケット８および活性炭フィルタ９からなる。
【００２０】
水タンク２には、蒸留水１１が貯留されている。ワッシャ３は、水タンク２の上方に形成された凹部２ａに支持され、水蒸気供給口３ａが形成されている。センサ素子４は、バッキング レイヤ（対極）５、固体電解質膜である高分子プロトン導電体６およびバッキングレイヤ（検知極）７の積層構造からなり、ワッシャ３の上に配置されている。活性炭フィルタ９は、内部に活性炭１０が充填されると共に、上部にガス入口９ａ、底部にガス拡散口９ｂが形成されており、水タンク２の凹部２ａの上方をパッキングするガスケット８にはめ込まれている。
【００２１】
上述の構成を有する電気化学式センサ１において、雰囲気中にＣＯが存在すると、センサ素子４の検知極７および対極５において、それぞれ下記の反応が起こる。
検知極 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（１）
対極 ２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ・・・（２）
【００２２】
拡散制御用のピンホール（ガス拡散口９ｂ）および透過性のバッキング レイヤ７，５を設けているため、電気化学式センサ１の出力（検知極７から対極５へ流れる電流）Ｉは、式（３）で表される。
Ｉ＝Ｆ×（Ａ／σ）×Ｄ×Ｃ×Ｎ・・・（３）
【００２３】
ここで、Ｆはファラデー定数、Ａは拡散膜（高分子プロトン導電体）の表面積、Ｄはガス拡散係数、Ｃはガス濃度、σは拡散膜（高分子プロトン導電体）の厚み、Ｎは反応電子数である。
【００２４】
Ｆｉｃｋの第１法則から絶対温度Ｔでの単位時間当たりの水蒸散量を導く。絶対温度Ｔでの水蒸散量Δｍ（Ｔ）は式（４）で表される。
Δｍ（Ｔ）＝Δｍ（Ｔ25）＊（Ｔ／Ｔ25）2 ＊［ΔＰ（Ｔ）／ΔＰ（Ｔ25）］・・・（４）
【００２５】
ここで、Ｔ25は常温２５℃に相当する絶対温度（＝２９８）、ΔＰ（Ｔ）は、絶対温度Ｔでの水タンク２内外の水蒸気の分圧差であり、水タンク２内部の水蒸気分圧はほぼ飽和水蒸気圧と等しく、水タンク２外部の水蒸気圧は２５℃、５０％の絶対湿度と同様な水蒸気圧と仮定する。Δｍ（Ｔ25）は、絶対温度Ｔ25時の水蒸散量、ΔＰ（Ｔ25）は、絶対温度Ｔ25時の水タンク２内外の水蒸気の分圧差である。
【００２６】
図３は、式（４）に基づいた水減少量の計算値および実測値を示すグラフである。横軸は、絶対温度Ｔに対応する摂氏温度（℃）、縦軸は、常温２５℃における水減少量に対する絶対温度Ｔに対応する摂氏温度（℃）での水減少量の割合を示す。図３では、電気化学式センサ１の水蒸散量の温度依存性の実測値と計算値との比較が示されている。実測値の測定条件は、平均温湿度２５℃、５０％ＲＨの実験室内に設置した恒温槽に電気化学式センサを収納し、恒温槽内の温度および湿度を２５℃（恒温槽内温度） ｆｒｅｅ（湿度）、４２℃ ｆｒｅｅ、５０℃ ｆｒｅｅ、６２℃ ｆｒｅｅ、７０℃ ｆｒｅｅ、８０℃ ｆｒｅｅの場合に実測した。
【００２７】
図３に示されるように、実測値は、計算値と良く一致しているので、使用温度範囲中において任意温度での水タンク２の水蒸散量を式（４）から算出することができる。電気化学式センサ１の使用時、周囲温度が絶対温度Ｔになっている時間がｎ（Ｔ）とした場合、水の蒸散総量Ｍは、以下の式（５）のように表される。
Ｍ＝Σｎ（Ｔ）＊Δｍ（Ｔ）・・・（５）
【００２８】
本発明では、この水タンク２の水蒸散総量Ｍを、電気化学式センサ１の製造時のタンクへの注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と比較し、もしＭ≧Ｍ（Ｗ）であれば、水が枯渇になっていると判断してセンサ寿命を報知する。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置を備えたＣＯ警報器のブロック図である。ＣＯ警報器は、高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサ１、温度センサ２１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２２および警報部２３から構成される。
【００３０】
温度センサ２１は、温度検出手段として働き、電気化学センサ１の近傍に設置され、電気化学センサ１の周囲温度を検出する。マイコン２２は、予め定めたプログラムにしたがって各種の制御および処理等を行うＣＰＵ２２ａと、ＣＰＵ２２ａのためのプログラム等を格納したＲＯＭ２２ｂと、各種データを格納するとともに、ＣＰＵ２２ａの処理作業に必要なエリアを有するＲＡＭ２２ｃ等を内蔵している。マイコン２２には、電気化学式センサ１からの検出出力と、温度センサ２１からの温度検出信号が入力される。また、マイコン２２は、ブザー等からなる警報部２３へ警報信号を出力する。
【００３１】
ＣＰＵ２２ａは、請求項における演算手段２２ａ−１、第１の判定手段２２ａ−２および第２の判定手段２２ａ−３として働く。ＲＡＭ２２ｃは、請求項における記憶手段２２ｃ−１として働き、上記式（４）により求められた、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサ１の製造時注水量が所定量まで減少する予測時間Ｔｐと、電気化学式センサ１の製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と、ＣＯしきい値とを予め記憶している。温度区分は、たとえば、５℃間隔で区分される。各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、各温度区分における最高温度において上記式（４）により計算された単位時間当たりの水蒸散量に設定される。予測時間Ｔｐは、たとえば、電気化学式センサ１の製造完成時から水タンク２内の蒸留水が枯渇する直前まで（たとえば、蒸留水の残存量が製造時注水量の１％になるまで）の経過時間を予測して設定される。例として、この予測時間Ｔｐは、家庭用ＣＯ警報器の保証年数（５年）に一致するように設定される。水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）は、たとえば、製造時注水量と同一の値に設定される。また、ＲＡＭ２２ｃは、累積時間計測手段２２ｃ−２として働き、後述の第１〜第１２のタイマ機能を有する。
【００３２】
上述の構成において、ＣＰＵ２２ａは、電気化学式センサ１からＣＯ検出出力が入力されると、ＣＯ検出出力がＲＡＭ２２ｃに予め記憶されているＣＯしきい値以上になった場合、警報部２３へ警報信号を出力し、警報部２３よりＣＯ警報を報知する。
【００３３】
また、ＣＰＵ２２ａは、温度センサ２１からの温度検出信号を所定のサンプリングタイミングで取り込み、温度検出信号に基づき検出した周囲温度に応じて、ＲＡＭ２２ｃに予め記憶されている、低温から高温まで変化する周囲温度を複数の温度区分に区分した各温度区分における単位時間当たりの水減少量（式（４）により計算）に基づき、検出した周囲温度が各温度区分に属していた時間を累積した累積時間から水蒸散量を算出して積算し、この水蒸散量の積算値と、予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）（たとえば、製造時の水タンク２への蒸留水注入量）とを比較し、水が枯渇になっているかを判断する。水が枯渇になっていると判断した場合は、警報部２３より警報を発する。
【００３４】
図５は、図４のＣＯ警報器における電気化学式センサ１の寿命判定処理を示すフローチャートである。まず、温度センサ２１により電気化学式センサ１の周囲温度を所定のサンプリングタイミングで検出し（ステップＳ１）、次に、検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２０℃以下の温度区分（以下、２０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦２０℃）か否かを判定し（ステップＳ２）、２０℃区分に属していれば（ステップＳ２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が２０℃区分に属している累積時間ｔ１をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１のタイマでカウントし、カウント値を第１のタイマエリアに記憶する（ステップＳ３）。
【００３５】
検出した周囲温度が２０℃区分に属していなければ（ステップＳ２のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２０℃を超えて２５℃以下の温度区分（以下、２５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦２５℃）か否かを判定し（ステップＳ４）、２５℃区分に属していれば（ステップＳ４のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が２５℃区分に属している累積時間ｔ２をＲＡＭ２２ｃに設けられた第２のタイマでカウントし、カウント値を第２のタイマエリアに記憶する（ステップＳ５）。
【００３６】
検出した周囲温度が２５℃区分に属していなければ（ステップＳ４のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２５度を超えて３０℃以下の温度区分（以下、３０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦３０℃）か否かを判定し（ステップＳ６）、３０℃区分に属していれば（ステップＳ６のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が３０℃区分に属している累積時間ｔ３をＲＡＭ２２ｃに設けられた第３のタイマでカウントし、カウント値を第３のタイマエリアに記憶する（ステップＳ７）。
【００３７】
検出した周囲温度が３０℃区分に属していなければ（ステップＳ６のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが３０℃を超えて３５℃以下の温度区分（以下、３５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦３５℃）か否かを判定し（ステップＳ８）、３５℃区分に属していれば（ステップＳ８のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が３５℃区分に属している累積時間ｔ４をＲＡＭ２２ｃに設けられた第４のタイマでカウントし、カウント値を第４のタイマエリアに記憶する（ステップＳ９）。
【００３８】
検出した周囲温度が３５℃区分に属していなければ（ステップＳ８のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが３５度を超えて４０℃以下の温度区分（以下、４０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦４０℃）か否かを判定し（ステップＳ１０）、４０℃区分に属していれば（ステップＳ１０のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が４０℃区分に属している累積時間ｔ５をＲＡＭ２２ｃに設けられた第５のタイマでカウントし、カウント値を第５のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１１）。
【００３９】
検出した周囲温度が４０℃区分に属していなければ（ステップＳ１０のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが４０℃を超えて４５℃以下の温度区分（以下、４５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦４５℃）か否かを判定し（ステップＳ１２）、４５℃区分に属していれば（ステップＳ１２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が４５℃区分に属している累積ｔ６をＲＡＭ２２ｃに設けられた第６のタイマでカウントし、カウント値を第６のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１３）。
【００４０】
検出した周囲温度が４５℃区分に属していなければ（ステップＳ１２のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが４５℃を超えて５０℃以下の温度区分（以下、５０℃区分という）（Ｔｃ≦５０℃）か否かを判定し（ステップＳ１４）、５０℃区分に属していれば（ステップＳ１４のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が５０℃区分に属している累積時間ｔ７をＲＡＭ２２ｃに設けられた第７のタイマでカウントし、カウント値を第７のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１５）。
【００４１】
検出した周囲温度が５０℃区分に属していなければ（ステップＳ１４のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが５０℃を超えて５５℃以下の温度区分（以下、５５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦５５℃）か否かを判定し（ステップＳ１６）、５５℃区分に属していれば（ステップＳ１６のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が５５℃区分に属している累積時間ｔ８をＲＡＭ２２ｃに設けられた第８のタイマでカウントし、カウント値を第８のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１７）。
【００４２】
検出した周囲温度が５５℃区分に属していなければ（ステップＳ１６のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが５５℃を超えて６０℃以下の温度区分（以下、６０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦６０℃）か否かを判定し（ステップＳ１８）、６０℃区分に属していれば（ステップＳ１８のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が６０℃区分に属している累積時間ｔ９をＲＡＭ２２ｃに設けられた第９のタイマでカウントし、カウント値を第９のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１９）。
【００４３】
検出した周囲温度が６０℃区分に属していなければ（ステップＳ１８のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが６０℃を超えて６５℃以下の温度区分（以下、６５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦６５℃）か否かを判定し（ステップＳ２０）、６５℃区分に属していれば（ステップＳ２０のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が６５℃区分に属している累積時間ｔ１０をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１０のタイマでカウントし、カウント値を第１０のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２１）。
【００４４】
検出した周囲温度が６５℃区分に属しなければ（ステップＳ２０のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが６５℃を超えて７０℃以下の温度区分（以下、７０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦７０℃）か否かを判定し（ステップＳ２２）、７０℃区分に属していれば（ステップＳ２２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が７０℃区分に属している累積時間ｔ１１をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１１のタイマでカウントし、カウント値を第１１のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２３）。
【００４５】
検出した周囲温度が７０℃区分に属していなければ（ステップＳ２２のＮｏ）、次いで、周囲温度が７０℃超区分に属している累積時間ｔ１２をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１２のタイマでカウントし、カウント値を第１２のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２５）。
【００４６】
次に、第１〜第１２のタイマでカウントした累積時間ｔ１〜ｔ１２の総時間ｔ（＝Σｔi （ｉ＝１〜１２））を算出し、算出した総時間が予め設定されＲＡＭ２２ｃに記憶されている予測時間Ｔｐに達した（ｔ＝Ｔｐ）か否かを判定する（ステップＳ２６）。総時間ｔが予測時間Ｔｐに達していなければ（ステップＳ２６のＮｏ）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ２５の作業が繰り返される。
【００４７】
一方、総時間ｔが予測時間Ｔｐに達していれば（ステップＳ２６のＹｅｓ）、次いで、各タイマでカウントした累積時間ｔ１〜ｔ１２に各温度区分における単位時間当たりの水減少量（式（４）により計算）を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和（総水減少量）が上記式（５）により算出され、算出された総水減少量Ｍ（＝Σ（ｍi ×ｔi ）（ｉ＝１〜１２）が、予め設定されＲＡＭ２２ｃに記憶されている水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）以上になった（Ｍ≧Ｍ（Ｗ））か否かを判定する（ステップＳ２７）。なお、ｍi は、式（４）で求められ、予めＲＡＭ２２ｃに記憶されている各温度区分における単位時間当たりの水減少量である。また、各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、たとえば、当該温度区分における最高温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量に設定されている。すなわち、２０℃区分〜７０℃区分は、それぞれ温度区分における最高温度２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃の場合に求められた単位時間当たりの水蒸散量を適用する。
【００４８】
Ｍ≧Ｍ（Ｗ）であれば（ステップＳ２７のＹｅｓ）、水が枯渇になっていると判断して警報部２３よりセンサ寿命に達したことを報知する（ステップＳ２８）。
【００４９】
また、Ｍ≧Ｍ（Ｗ）でなければ（ステップＳ２７のＮｏ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ２７の作業を繰り返す。
【００５０】
このように、周囲温度を検出し、検出した周囲温度の各温度区分における水減少量を、各温度区分における単位時間あたりの水減少量に基づいて算出し、各温度区分において算出した水減少量を積算し、積算値と水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）（たとえば、製造時注水量）と比較し、水が枯渇になっているかを判断するので、プロトン導電体を用いた電気化学センサの寿命を報知することができ、不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【００５１】
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００５２】
たとえば、上述の実施の形態では、各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、当該温度区分における最高温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量を適用しているが、これに限らず、当該温度区分における中間温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量等を適用しても良い。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、温度区分を一定の温度間隔、たとえば５℃毎に区分しているが、これに限らず、１℃毎や１０℃毎のように他の温度間隔で区分しても良い。また、温度区分は、一定温度間隔ではなく、たとえば、ＣＯ警報器を使用する環境の温度分布に応じて、発生頻度の高い温度領域については、狭い温度間隔の温度区分とし、発生頻度の低い温度領域については広い温度間隔の温度区分とすることもできる。
【００５４】
また、上述の実施の形態では、各温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサ１の製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、電気化学式センサ１の製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と、ＣＯしきい値とがＲＡＭ２２ｃに予め記憶されているが、これに代えて、ＥＥＰＲＯＭ等の外部メモリの記憶手段に記憶しても良い。
【００５５】
また、上述の実施の形態では、水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）を電気化学式センサ１の設計仕様に基づく製造時の注水量に設定しているが、これに限らず、たとえば、製造時注水量よりわずかに少ない値（たとえば、製造時注水量の９９％）に設定しても良い。この場合には、水の枯渇が事前に判定されるので、センサの寿命が予測でき、事前に寿命の報知を行うことができ、ＣＯ警報器における不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【００５６】
また、上述の実施の形態では、ＣＯ警報器に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＯ検知器、ＣＯ監視器、ＣＯ濃度計等にも応用可能である。その場合、予測時間Ｔｐは、応用される機器の保証年数に合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置の基本構成図である。
【図２】高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。
【図３】水減少量の計算値および実測値を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置を備えたＣＯ警報器のブロック図である。
【図５】図２のＣＯ警報器における電気化学式センサの寿命判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電気化学式センサ
２１ 温度センサ（温度検出手段）
２２ａ ＣＰＵ（演算手段、第１の判定手段、第２の判定手段）
２２ａ−１ 演算手段
２２ａ−２ 第１の判定手段
２２ａ−３ 第２の判定手段
２２ｃ ＲＡＭ（記憶手段、累積時間計測手段）
２２ｃ−１ 記憶手段
２２ｃ−２ 累積時間計測手段
２３ 警報部（報知手段）
【技術分野】
【０００１】
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センサの寿命判定方法および寿命判定装置並びにＣＯ警報器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＯ（一酸化炭素）警報器に使用されるＣＯセンサは、ほとんど半導体式ＣＯセンサである。半導体式ＣＯセンサは、固体電解質膜、たとえば高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサと全く異なり、水を使用せず、全固体型であるため、水蒸散の問題が生じない。
【０００３】
これに対して、一般家庭、食堂やレストラン等においてＣＯ監視用に使用されるようになってきた電気化学センサでは、固体電解質膜とする高分子プロトン導電体のイオン導電性を維持するために、水が用いられている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１４６９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気化学式センサのように反応あるいは性能の維持に水を必要とするセンサにおいては、使用環境の代表的な条件より必要年数分の水をタンク内に保持するよう設計されているが、想定外の温度条件下で使用した場合、センサの寿命が短くなる可能性がある。
【０００５】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、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の寿命を判定する電気化学式センサの寿命判定方法および寿命判定装置並びにＣＯ警報器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、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の寿命判定方法であって、前記電気化学式センサの周囲温度を検出し、検出された前記周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、求められた各温度区分の累積時間の総時間が、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、前記判定結果に基づき前記電気化学式センサの寿命を判定することを特徴とする電気化学式センサの寿命判定方法に存する。
【０００７】
請求項１記載の発明においては、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の周囲温度を検出し、検出された周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求める。求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求める。求められた各温度区分の累積時間の総時間が、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、その判定結果に基づき電気化学式センサの寿命を判定する。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、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の寿命判定装置であって、前記電気化学式センサ１の周囲温度を検出する温度検出手段２１と、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め記憶した記憶手段２２ｃ−１と、前記温度検出手段２１で検出された前記周囲温度が、前記各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段２２ｃ−２と、前記累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段２２ａ−１と、前記演算手段２２ａ−１で算出された前記総時間が前記記憶手段２２ｃ−１に記憶されている前記時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段２２ａ−２と、前記第１の判定手段２２ａ−２により前記総時間が前記時間しきい値に達したと判定された場合、前記演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が前記記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段２２ａ−３と、前記第２の判定手段２２ａ−３で前記総水減少量が前記水減少量しきい値以上になったと判定された場合、前記電気化学式センサの寿命を報知する報知手段２３とを備えたことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置に存する。
【０００９】
請求項２記載の発明においては、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１の周囲温度を温度検出手段２１で検出する。記憶手段２２ｃ−１には、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とが予め記憶されている。温度検出手段２１で検出された周囲温度が、各温度区分に属する累積時間を累積時間計測手段２２ｃ−２で計測する。演算手段２２ａ−１で、累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する。演算手段２２ａ−１で算出された総時間が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている時間しきい値に達したか否かを第１の判定手段２２ａ−２で判定する。第１の判定手段２２ａ−２により総時間が時間しきい値に達したと判定された場合、演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを第２の判定手段２２ａ−３で判定する。第２の判定手段２２ａ−３で総水減少量が水減少量しきい値以上になったと判定された場合、電気化学式センサの寿命を報知手段２３で報知する。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項２記載の電気化学式センサの寿命判定装置において、前記水減少量しきい値は、前記電気化学式センサの製造時注水量に設定されていることを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置に存する。
【００１１】
請求項３記載の発明においては、水減少量しきい値は、電気化学式センサの製造時注水量に設定されている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えたことを特徴とするＣＯ警報器に存する。
【００１３】
請求項４記載の発明においては、ＣＯ警報器は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、電気化学式センサの寿命判定方法は、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の周囲温度を検出し、検出された周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、求められた各温度区分の累積時間の総時間が、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、判定結果に基づき電気化学式センサの寿命を判定するので、電気化学式センサの水の残存量を予測し、水枯渇による寿命を報知することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、電気化学式センサの寿命判定装置は、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１の周囲温度を検出する温度検出手段２１と、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め記憶した記憶手段２２ｃ−１と、温度検出手段２１で検出された周囲温度が、各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段２２ｃ−２と、累積時間計測手段２２ｃ−２で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段２２ａ−１と、演算手段２２ａ−１で算出された総時間が時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段２２ａ−２と、第１の判定手段２２ａ−２により総時間が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている時間しきい値に達したと判定された場合、演算手段２２ａ−１で算出された総水減少量が記憶手段２２ｃ−１に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段２２ａ−３と、第２の判定手段２２ａ−３で総水減少量が水減少量しきい値以上になったと判定された場合、電気化学式センサの寿命を報知する報知手段２３とを備えているので、電気化学式センサの水の残存量を予測して、水枯渇による寿命を判定し、報知することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、水減少量しきい値は、電気化学式センサの製造時水注入量に設定されているので、蒸散により水が製造時注水量だけ減少して水の枯渇に至るときの電気化学式センサの寿命を報知することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、ＣＯ警報器は、電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えているので、電気化学式センサの寿命を報知するので、不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図２は、電気化学式センサの構造例を示す図である。電気化学式センサ１は、水タンク２、ワッシャ３、センサ素子４、ガスケット８および活性炭フィルタ９からなる。
【００２０】
水タンク２には、蒸留水１１が貯留されている。ワッシャ３は、水タンク２の上方に形成された凹部２ａに支持され、水蒸気供給口３ａが形成されている。センサ素子４は、バッキング レイヤ（対極）５、固体電解質膜である高分子プロトン導電体６およびバッキングレイヤ（検知極）７の積層構造からなり、ワッシャ３の上に配置されている。活性炭フィルタ９は、内部に活性炭１０が充填されると共に、上部にガス入口９ａ、底部にガス拡散口９ｂが形成されており、水タンク２の凹部２ａの上方をパッキングするガスケット８にはめ込まれている。
【００２１】
上述の構成を有する電気化学式センサ１において、雰囲気中にＣＯが存在すると、センサ素子４の検知極７および対極５において、それぞれ下記の反応が起こる。
検知極 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（１）
対極 ２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ・・・（２）
【００２２】
拡散制御用のピンホール（ガス拡散口９ｂ）および透過性のバッキング レイヤ７，５を設けているため、電気化学式センサ１の出力（検知極７から対極５へ流れる電流）Ｉは、式（３）で表される。
Ｉ＝Ｆ×（Ａ／σ）×Ｄ×Ｃ×Ｎ・・・（３）
【００２３】
ここで、Ｆはファラデー定数、Ａは拡散膜（高分子プロトン導電体）の表面積、Ｄはガス拡散係数、Ｃはガス濃度、σは拡散膜（高分子プロトン導電体）の厚み、Ｎは反応電子数である。
【００２４】
Ｆｉｃｋの第１法則から絶対温度Ｔでの単位時間当たりの水蒸散量を導く。絶対温度Ｔでの水蒸散量Δｍ（Ｔ）は式（４）で表される。
Δｍ（Ｔ）＝Δｍ（Ｔ25）＊（Ｔ／Ｔ25）2 ＊［ΔＰ（Ｔ）／ΔＰ（Ｔ25）］・・・（４）
【００２５】
ここで、Ｔ25は常温２５℃に相当する絶対温度（＝２９８）、ΔＰ（Ｔ）は、絶対温度Ｔでの水タンク２内外の水蒸気の分圧差であり、水タンク２内部の水蒸気分圧はほぼ飽和水蒸気圧と等しく、水タンク２外部の水蒸気圧は２５℃、５０％の絶対湿度と同様な水蒸気圧と仮定する。Δｍ（Ｔ25）は、絶対温度Ｔ25時の水蒸散量、ΔＰ（Ｔ25）は、絶対温度Ｔ25時の水タンク２内外の水蒸気の分圧差である。
【００２６】
図３は、式（４）に基づいた水減少量の計算値および実測値を示すグラフである。横軸は、絶対温度Ｔに対応する摂氏温度（℃）、縦軸は、常温２５℃における水減少量に対する絶対温度Ｔに対応する摂氏温度（℃）での水減少量の割合を示す。図３では、電気化学式センサ１の水蒸散量の温度依存性の実測値と計算値との比較が示されている。実測値の測定条件は、平均温湿度２５℃、５０％ＲＨの実験室内に設置した恒温槽に電気化学式センサを収納し、恒温槽内の温度および湿度を２５℃（恒温槽内温度） ｆｒｅｅ（湿度）、４２℃ ｆｒｅｅ、５０℃ ｆｒｅｅ、６２℃ ｆｒｅｅ、７０℃ ｆｒｅｅ、８０℃ ｆｒｅｅの場合に実測した。
【００２７】
図３に示されるように、実測値は、計算値と良く一致しているので、使用温度範囲中において任意温度での水タンク２の水蒸散量を式（４）から算出することができる。電気化学式センサ１の使用時、周囲温度が絶対温度Ｔになっている時間がｎ（Ｔ）とした場合、水の蒸散総量Ｍは、以下の式（５）のように表される。
Ｍ＝Σｎ（Ｔ）＊Δｍ（Ｔ）・・・（５）
【００２８】
本発明では、この水タンク２の水蒸散総量Ｍを、電気化学式センサ１の製造時のタンクへの注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と比較し、もしＭ≧Ｍ（Ｗ）であれば、水が枯渇になっていると判断してセンサ寿命を報知する。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置を備えたＣＯ警報器のブロック図である。ＣＯ警報器は、高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサ１、温度センサ２１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２２および警報部２３から構成される。
【００３０】
温度センサ２１は、温度検出手段として働き、電気化学センサ１の近傍に設置され、電気化学センサ１の周囲温度を検出する。マイコン２２は、予め定めたプログラムにしたがって各種の制御および処理等を行うＣＰＵ２２ａと、ＣＰＵ２２ａのためのプログラム等を格納したＲＯＭ２２ｂと、各種データを格納するとともに、ＣＰＵ２２ａの処理作業に必要なエリアを有するＲＡＭ２２ｃ等を内蔵している。マイコン２２には、電気化学式センサ１からの検出出力と、温度センサ２１からの温度検出信号が入力される。また、マイコン２２は、ブザー等からなる警報部２３へ警報信号を出力する。
【００３１】
ＣＰＵ２２ａは、請求項における演算手段２２ａ−１、第１の判定手段２２ａ−２および第２の判定手段２２ａ−３として働く。ＲＡＭ２２ｃは、請求項における記憶手段２２ｃ−１として働き、上記式（４）により求められた、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサ１の製造時注水量が所定量まで減少する予測時間Ｔｐと、電気化学式センサ１の製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と、ＣＯしきい値とを予め記憶している。温度区分は、たとえば、５℃間隔で区分される。各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、各温度区分における最高温度において上記式（４）により計算された単位時間当たりの水蒸散量に設定される。予測時間Ｔｐは、たとえば、電気化学式センサ１の製造完成時から水タンク２内の蒸留水が枯渇する直前まで（たとえば、蒸留水の残存量が製造時注水量の１％になるまで）の経過時間を予測して設定される。例として、この予測時間Ｔｐは、家庭用ＣＯ警報器の保証年数（５年）に一致するように設定される。水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）は、たとえば、製造時注水量と同一の値に設定される。また、ＲＡＭ２２ｃは、累積時間計測手段２２ｃ−２として働き、後述の第１〜第１２のタイマ機能を有する。
【００３２】
上述の構成において、ＣＰＵ２２ａは、電気化学式センサ１からＣＯ検出出力が入力されると、ＣＯ検出出力がＲＡＭ２２ｃに予め記憶されているＣＯしきい値以上になった場合、警報部２３へ警報信号を出力し、警報部２３よりＣＯ警報を報知する。
【００３３】
また、ＣＰＵ２２ａは、温度センサ２１からの温度検出信号を所定のサンプリングタイミングで取り込み、温度検出信号に基づき検出した周囲温度に応じて、ＲＡＭ２２ｃに予め記憶されている、低温から高温まで変化する周囲温度を複数の温度区分に区分した各温度区分における単位時間当たりの水減少量（式（４）により計算）に基づき、検出した周囲温度が各温度区分に属していた時間を累積した累積時間から水蒸散量を算出して積算し、この水蒸散量の積算値と、予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）（たとえば、製造時の水タンク２への蒸留水注入量）とを比較し、水が枯渇になっているかを判断する。水が枯渇になっていると判断した場合は、警報部２３より警報を発する。
【００３４】
図５は、図４のＣＯ警報器における電気化学式センサ１の寿命判定処理を示すフローチャートである。まず、温度センサ２１により電気化学式センサ１の周囲温度を所定のサンプリングタイミングで検出し（ステップＳ１）、次に、検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２０℃以下の温度区分（以下、２０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦２０℃）か否かを判定し（ステップＳ２）、２０℃区分に属していれば（ステップＳ２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が２０℃区分に属している累積時間ｔ１をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１のタイマでカウントし、カウント値を第１のタイマエリアに記憶する（ステップＳ３）。
【００３５】
検出した周囲温度が２０℃区分に属していなければ（ステップＳ２のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２０℃を超えて２５℃以下の温度区分（以下、２５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦２５℃）か否かを判定し（ステップＳ４）、２５℃区分に属していれば（ステップＳ４のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が２５℃区分に属している累積時間ｔ２をＲＡＭ２２ｃに設けられた第２のタイマでカウントし、カウント値を第２のタイマエリアに記憶する（ステップＳ５）。
【００３６】
検出した周囲温度が２５℃区分に属していなければ（ステップＳ４のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが２５度を超えて３０℃以下の温度区分（以下、３０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦３０℃）か否かを判定し（ステップＳ６）、３０℃区分に属していれば（ステップＳ６のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が３０℃区分に属している累積時間ｔ３をＲＡＭ２２ｃに設けられた第３のタイマでカウントし、カウント値を第３のタイマエリアに記憶する（ステップＳ７）。
【００３７】
検出した周囲温度が３０℃区分に属していなければ（ステップＳ６のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが３０℃を超えて３５℃以下の温度区分（以下、３５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦３５℃）か否かを判定し（ステップＳ８）、３５℃区分に属していれば（ステップＳ８のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が３５℃区分に属している累積時間ｔ４をＲＡＭ２２ｃに設けられた第４のタイマでカウントし、カウント値を第４のタイマエリアに記憶する（ステップＳ９）。
【００３８】
検出した周囲温度が３５℃区分に属していなければ（ステップＳ８のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが３５度を超えて４０℃以下の温度区分（以下、４０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦４０℃）か否かを判定し（ステップＳ１０）、４０℃区分に属していれば（ステップＳ１０のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が４０℃区分に属している累積時間ｔ５をＲＡＭ２２ｃに設けられた第５のタイマでカウントし、カウント値を第５のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１１）。
【００３９】
検出した周囲温度が４０℃区分に属していなければ（ステップＳ１０のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが４０℃を超えて４５℃以下の温度区分（以下、４５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦４５℃）か否かを判定し（ステップＳ１２）、４５℃区分に属していれば（ステップＳ１２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が４５℃区分に属している累積ｔ６をＲＡＭ２２ｃに設けられた第６のタイマでカウントし、カウント値を第６のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１３）。
【００４０】
検出した周囲温度が４５℃区分に属していなければ（ステップＳ１２のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが４５℃を超えて５０℃以下の温度区分（以下、５０℃区分という）（Ｔｃ≦５０℃）か否かを判定し（ステップＳ１４）、５０℃区分に属していれば（ステップＳ１４のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が５０℃区分に属している累積時間ｔ７をＲＡＭ２２ｃに設けられた第７のタイマでカウントし、カウント値を第７のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１５）。
【００４１】
検出した周囲温度が５０℃区分に属していなければ（ステップＳ１４のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが５０℃を超えて５５℃以下の温度区分（以下、５５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦５５℃）か否かを判定し（ステップＳ１６）、５５℃区分に属していれば（ステップＳ１６のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が５５℃区分に属している累積時間ｔ８をＲＡＭ２２ｃに設けられた第８のタイマでカウントし、カウント値を第８のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１７）。
【００４２】
検出した周囲温度が５５℃区分に属していなければ（ステップＳ１６のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが５５℃を超えて６０℃以下の温度区分（以下、６０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦６０℃）か否かを判定し（ステップＳ１８）、６０℃区分に属していれば（ステップＳ１８のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が６０℃区分に属している累積時間ｔ９をＲＡＭ２２ｃに設けられた第９のタイマでカウントし、カウント値を第９のタイマエリアに記憶する（ステップＳ１９）。
【００４３】
検出した周囲温度が６０℃区分に属していなければ（ステップＳ１８のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが６０℃を超えて６５℃以下の温度区分（以下、６５℃区分という）に属している（Ｔｃ≦６５℃）か否かを判定し（ステップＳ２０）、６５℃区分に属していれば（ステップＳ２０のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が６５℃区分に属している累積時間ｔ１０をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１０のタイマでカウントし、カウント値を第１０のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２１）。
【００４４】
検出した周囲温度が６５℃区分に属しなければ（ステップＳ２０のＮｏ）、次いで検出した周囲温度（摂氏）Ｔｃが６５℃を超えて７０℃以下の温度区分（以下、７０℃区分という）に属している（Ｔｃ≦７０℃）か否かを判定し（ステップＳ２２）、７０℃区分に属していれば（ステップＳ２２のＹｅｓ）、次いで、周囲温度が７０℃区分に属している累積時間ｔ１１をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１１のタイマでカウントし、カウント値を第１１のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２３）。
【００４５】
検出した周囲温度が７０℃区分に属していなければ（ステップＳ２２のＮｏ）、次いで、周囲温度が７０℃超区分に属している累積時間ｔ１２をＲＡＭ２２ｃに設けられた第１２のタイマでカウントし、カウント値を第１２のタイマエリアに記憶する（ステップＳ２５）。
【００４６】
次に、第１〜第１２のタイマでカウントした累積時間ｔ１〜ｔ１２の総時間ｔ（＝Σｔi （ｉ＝１〜１２））を算出し、算出した総時間が予め設定されＲＡＭ２２ｃに記憶されている予測時間Ｔｐに達した（ｔ＝Ｔｐ）か否かを判定する（ステップＳ２６）。総時間ｔが予測時間Ｔｐに達していなければ（ステップＳ２６のＮｏ）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ２５の作業が繰り返される。
【００４７】
一方、総時間ｔが予測時間Ｔｐに達していれば（ステップＳ２６のＹｅｓ）、次いで、各タイマでカウントした累積時間ｔ１〜ｔ１２に各温度区分における単位時間当たりの水減少量（式（４）により計算）を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和（総水減少量）が上記式（５）により算出され、算出された総水減少量Ｍ（＝Σ（ｍi ×ｔi ）（ｉ＝１〜１２）が、予め設定されＲＡＭ２２ｃに記憶されている水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）以上になった（Ｍ≧Ｍ（Ｗ））か否かを判定する（ステップＳ２７）。なお、ｍi は、式（４）で求められ、予めＲＡＭ２２ｃに記憶されている各温度区分における単位時間当たりの水減少量である。また、各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、たとえば、当該温度区分における最高温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量に設定されている。すなわち、２０℃区分〜７０℃区分は、それぞれ温度区分における最高温度２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃の場合に求められた単位時間当たりの水蒸散量を適用する。
【００４８】
Ｍ≧Ｍ（Ｗ）であれば（ステップＳ２７のＹｅｓ）、水が枯渇になっていると判断して警報部２３よりセンサ寿命に達したことを報知する（ステップＳ２８）。
【００４９】
また、Ｍ≧Ｍ（Ｗ）でなければ（ステップＳ２７のＮｏ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ２７の作業を繰り返す。
【００５０】
このように、周囲温度を検出し、検出した周囲温度の各温度区分における水減少量を、各温度区分における単位時間あたりの水減少量に基づいて算出し、各温度区分において算出した水減少量を積算し、積算値と水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）（たとえば、製造時注水量）と比較し、水が枯渇になっているかを判断するので、プロトン導電体を用いた電気化学センサの寿命を報知することができ、不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【００５１】
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００５２】
たとえば、上述の実施の形態では、各温度区分における単位時間当たりの水減少量は、当該温度区分における最高温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量を適用しているが、これに限らず、当該温度区分における中間温度において上記式（４）により求められた単位時間当たりの水蒸散量等を適用しても良い。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、温度区分を一定の温度間隔、たとえば５℃毎に区分しているが、これに限らず、１℃毎や１０℃毎のように他の温度間隔で区分しても良い。また、温度区分は、一定温度間隔ではなく、たとえば、ＣＯ警報器を使用する環境の温度分布に応じて、発生頻度の高い温度領域については、狭い温度間隔の温度区分とし、発生頻度の低い温度領域については広い温度間隔の温度区分とすることもできる。
【００５４】
また、上述の実施の形態では、各温度区分における単位時間当たりの水減少量と、電気化学式センサ１の製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、電気化学式センサ１の製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）と、ＣＯしきい値とがＲＡＭ２２ｃに予め記憶されているが、これに代えて、ＥＥＰＲＯＭ等の外部メモリの記憶手段に記憶しても良い。
【００５５】
また、上述の実施の形態では、水減少量しきい値Ｍ（Ｗ）を電気化学式センサ１の設計仕様に基づく製造時の注水量に設定しているが、これに限らず、たとえば、製造時注水量よりわずかに少ない値（たとえば、製造時注水量の９９％）に設定しても良い。この場合には、水の枯渇が事前に判定されるので、センサの寿命が予測でき、事前に寿命の報知を行うことができ、ＣＯ警報器における不警報によるＣＯ中毒事故を防止することができる。
【００５６】
また、上述の実施の形態では、ＣＯ警報器に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＯ検知器、ＣＯ監視器、ＣＯ濃度計等にも応用可能である。その場合、予測時間Ｔｐは、応用される機器の保証年数に合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置の基本構成図である。
【図２】高分子プロトン導電体を用いた電気化学式センサの構造例を示す図である。
【図３】水減少量の計算値および実測値を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る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の寿命判定方法を実施する寿命判定装置を備えたＣＯ警報器のブロック図である。
【図５】図２のＣＯ警報器における電気化学式センサの寿命判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電気化学式センサ
２１ 温度センサ（温度検出手段）
２２ａ ＣＰＵ（演算手段、第１の判定手段、第２の判定手段）
２２ａ−１ 演算手段
２２ａ−２ 第１の判定手段
２２ａ−３ 第２の判定手段
２２ｃ ＲＡＭ（記憶手段、累積時間計測手段）
２２ｃ−１ 記憶手段
２２ｃ−２ 累積時間計測手段
２３ 警報部（報知手段）
【特許請求の範囲】
【請求項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の寿命判定方法であって、
前記電気化学式センサの周囲温度を検出し、
検出された前記周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、
求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、
求められた各温度区分の累積時間の総時間が、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、
前記判定結果に基づき前記電気化学式センサの寿命を判定する
ことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定方法。
【請求項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の寿命判定装置であって、
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、
任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め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、前記各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段と、
前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された前記総時間が前記記憶手段に記憶されている前記時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により前記総時間が前記時間しきい値に達したと判定された場合、前記演算手段で算出された総水減少量が前記記憶手段に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第２の判定手段で前記総水減少量が前記水減少量しきい値以上になったと判定された場合、前記電気化学式センサの寿命を報知する報知手段と
を備えたことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置。
【請求項３】
請求項２記載の電気化学式センサの寿命判定装置において、
前記水減少量しきい値は、前記電気化学式センサの製造時注水量に設定されていることを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置。
【請求項４】
電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えたことを特徴とするＣＯ警報器。
【請求項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の寿命判定方法であって、
前記電気化学式センサの周囲温度を検出し、
検出された前記周囲温度が、任意の温度間隔で区分した複数の温度区分における各温度区分に属する累積時間を求め、
求められた各温度区分の累積時間に、各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算した各温度区分における累積水減少量の総和を求め、
求められた各温度区分の累積時間の総時間が、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間に達した時、求められた総水減少量が、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値以上になったか否かを判定し、
前記判定結果に基づき前記電気化学式センサの寿命を判定する
ことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定方法。
【請求項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の寿命判定装置であって、
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、
任意の温度間隔で区分した複数の温度区分の各々の温度区分における単位時間当たりの水減少量と、前記電気化学式センサの製造時注水量が所定量まで減少する予測時間と、前記電気化学式センサの製造時注水量に応じて予め設定された水減少量しきい値とを予め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、前記各温度区分に属する累積時間を計測する累積時間計測手段と、
前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間を加算して総時間を算出すると共に、前記累積時間計測手段で計測された各温度区分の累積時間に前記各温度区分における単位時間当たりの水減少量を乗算して各温度区分における累積水減少量を算出し、各温度区分における累積水減少量の総和を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された前記総時間が前記記憶手段に記憶されている前記時間しきい値に達したか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により前記総時間が前記時間しきい値に達したと判定された場合、前記演算手段で算出された総水減少量が前記記憶手段に記憶されている水減少量しきい値以上になったか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第２の判定手段で前記総水減少量が前記水減少量しきい値以上になったと判定された場合、前記電気化学式センサの寿命を報知する報知手段と
を備えたことを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置。
【請求項３】
請求項２記載の電気化学式センサの寿命判定装置において、
前記水減少量しきい値は、前記電気化学式センサの製造時注水量に設定されていることを特徴とする電気化学式センサの寿命判定装置。
【請求項４】
電気化学式センサと、請求項２または３記載の電気化学式センサの寿命判定装置を備えたことを特徴とするＣＯ警報器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４０４８３（Ｐ２００７−２４０４８３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６７１４１（Ｐ２００６−６７１４１）
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１３日（２００６．３．１３）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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