(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の防爆性能を有し、信頼性の高いガス流量検出を行うことのできる流量センサおよび流量センサを具えたセンサユニット並びにガス検出装置を提供する。【解決手段】流量センサは２つの開口を有するセンサケース１１と、センサケースの内部に配置された流量検知素子２０および温度補償素子２５と、センサケースの内面において各々の開口を覆うよう設けられた金網よりなるフレームアレスタ１５とを具えており、一方の開口が有底筒状のセンサケースの周壁に形成されていると共に他方の開口がセンサケースの端壁に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により加熱された抵抗発熱体の温度がガス流によって低下する温度変化の程度に基づいてガス流量を検出する流量センサであって、
一方がガス入口とされると共に他方がガス出口とされる２つの開口が形成されたセンサケースと、当該センサケースの内部に配置された、抵抗発熱体を具えた流量検知素子および温度補償素子と、当該センサケースの内面において前記各々の開口を覆うよう設けられたフレームアレスタとを具えており、当該フレームアレスタが金網よりなることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
前記センサケースは有底筒状であって、ガス入口とされる一方の開口が前記センサケースの周壁に形成されており、ガス出口とされる他方の開口が当該センサケースの端壁に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
【請求項３】
前記フレームアレスタは、前記センサケースの内面に一体に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量センサ。
【請求項４】
前記流量検知素子は、前記センサケースの軸方向における、前記一方の開口と対向するレベル位置に配置されており、前記温度補償素子は、当該流量検知素子のレベル位置よりセンサケースの端壁側のレベル位置に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流量センサ。
【請求項５】
各々凹所よりなる互いに独立したガスセンサ装着部および流量センサ装着部を有し、当該ガスセンサ装着部および当該流量センサ装着部の両者を区画する隔壁部分に、当該ガスセンサ装着部および当該流量センサ装着部を連通させるガス流通路が形成されたホルダーと、当該ホルダーのガスセンサ装着部に装着されたガスセンサと、当該ホルダーの流量センサ装着部に装着された、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の流量センサとを具えてなり、
当該流量センサにおける前記センサケースの周壁に形成された一方の開口が前記ホルダーにおけるガス流通路の開口に対向して位置されていることを特徴とするセンサユニット。
【請求項６】
前記流量センサの外周面と、前記流量センサ装着部の内周面との間の隙間の大きさが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項５に記載のセンサユニット。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のセンサユニットを具えてなることを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電により加熱された抵抗発熱体の温度がガス流によって低下する温度変化の程度に基づいてガス流量を検出する流量センサおよび当該流量センサを具えたセンサユニット並びにガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば吸引式のガス検出装置においては、被検ガスを検知対象ガスの種類またはガスセンサの特性等に応じた適正な流量でガス検知部に対して安定的に供給することが必要とされており、適宜の流量センサを用いてガス流量を監視することが行われている。流量センサとしては、例えば、ガス流により冷却され温度が下がる抵抗発熱体に対し、当該抵抗発熱体を所定の温度に保つように抵抗発熱体に供給される通電量の大きさに基づいて流量を測定する熱式流量センサが用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一方、可燃性のガスや蒸気を含む爆発性雰囲気の存在により、引火、爆発が発生し得る環境で使用される電子機器においては、所定の防爆性を有する防爆構造を具備していることが求められている。このような要請に対して、上記のような流量センサを防爆性を有するものとするためには、例えば、ガス透過性を有する金属焼結体をフレームアレスタ（火炎逸走防止部材）として用いて防爆構造を形成することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５１６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属焼結体よりなるフレームアレスタを用いて防爆構造の流量センサを構成した場合には、金属焼結体自体の通気抵抗が大きいことから、ガス検知素子が配置されたガス導入空間内にガスが流入しにくく、ガス流量を十分に高い信頼性をもって検出することができない、という問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、所定の防爆性能を有するものでありながら、信頼性の高いガス流量検出を行うことのできる流量センサを提供することにある。
本発明の他の目的は、流量センサに対してガスを確実に流入させることができると共に、流量センサによるガスセンサに対する熱的影響のないセンサユニットを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、ガスセンサを適正な動作状態に維持することができ、信頼性の高いガス検出を行うことのできるガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流量センサは、通電により加熱された抵抗発熱体の温度がガス流によって低下する温度変化の程度に基づいてガス流量を検出する流量センサであって、
一方がガス入口とされると共に他方がガス出口とされる２つの開口が形成されたセンサケースと、当該センサケースの内部に配置された、抵抗発熱体を具えた流量検知素子および温度補償素子と、当該センサケースの内面において前記各々の開口を覆うよう設けられたフレームアレスタとを具えており、当該フレームアレスタが金網よりなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の流量センサにおいては、前記センサケースは有底筒状であって、ガス入口とされる一方の開口が前記センサケースの周壁に形成されており、ガス出口とされる他方の開口が前記センサケースの端壁に形成された構成とされていることが好ましい。
【０００９】
さらにまた、本発明の流量センサにおいては、前記フレームアレスタは、前記センサケースの内面に一体に設けられた構成とされていることが好ましい。
【００１０】
さらにまた、本発明の流量センサにおいては、前記流量検知素子は、前記センサケースの軸方向における、前記一方の開口と対向するレベル位置に配置されており、前記温度補償素子は、当該流量検知素子のレベル位置よりセンサケースの端壁側のレベル位置に配置された構成とすることができる。
【００１１】
本発明のセンサユニットは、各々凹所よりなる互いに独立したガスセンサ装着部および流量センサ装着部を有し、当該ガスセンサ装着部および当該流量センサ装着部の両者を区画する隔壁部分に、当該ガスセンサ装着部および当該流量センサ装着部を連通させるガス流通路が形成されたホルダーと、当該ホルダーのガスセンサ装着部に装着されたガスセンサと、当該ホルダーの流量センサ装着部に装着された、上記の流量センサとを具えてなり、
当該流量センサにおける前記センサケースの周壁に形成された一方の開口が前記ホルダーにおけるガス流通路の開口に対向して位置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のセンサユニットにおいては、前記流量センサの外周面と、前記流量センサ装着部の内周面との間の隙間の大きさが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内である構成とされていることが好ましい。
【００１３】
本発明のガス検出装置は、上記のセンサユニットを具えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の流量センサによれば、フレームアレスタを構成する金網は、所定の防爆性能が維持される範囲内において、例えば金属焼結体より通気抵抗を小さいものとして構成することができるので、供給されるガスをセンサケース内に確実に流入させることができる。これにより、ガスを流量検知素子に確実に当てる（接触させる）ことができるため、出力信号の絶対値が大きくなってＳ／Ｎ比を向上させることができ、従って、ガス流量測定を高い精度で行うことができる。
【００１５】
一方の開口が有底筒状のセンサケースの周壁に形成されていると共に他方の開口が当該センサケースの端壁に形成された構成とされていることにより、センサケース内に流入されたガスの流線が特定されてセンサケースの軸方向に流れるので、ガスを流量検知素子に一層確実に当てる（接触させる）ことができ、上記効果を一層確実に得ることができる。
【００１６】
本発明のセンサユニットによれば、流量センサ装着部およびガスセンサ装着部が隔壁部分により区画されて互いに独立して形成されているので、ガスセンサが流量センサによる熱的影響を受けることを回避することができ、ガスセンサによる所期のガス検知を確実に行うことができる。また、ガスセンサおよび流量センサを互いに近接して配置することができるので、センサユニット自体を小型のものとして構成することができる。
さらにまた、流量センサの外周面と、前記流量センサ装着部の内周面との間の隙間の大きさが特定の範囲内に規制された構成とされていることにより、当該隙間が抵抗となるため、ガス流通路よりのガスが当該隙間に進入することを回避することができて、供給されるガスを確実に流量センサに流入させることができる。
【００１７】
本発明のガス検出装置によれば、上記流量センサによって、ガス検出装置内に流通するガス流量が監視されることにより、ガスセンサを適正な動作状態に維持することができ、信頼性の高いガス検出を行うことのできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の流量センサの一例における構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明のセンサユニットの一例における構成の概略を、流量センサおよびガスセンサを取り外した状態で、示す正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明のガス検出装置の一例における構成を示す正面図である。
【図７】本発明のガス検出装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
〔流量センサ〕
図１は、本発明の流量センサの一例における構成の概略を示す断面図である。
この流量センサ１０は、軸方向長さが外径寸法より大きい有底円筒状のセンサケース１１を具えている。このセンサケース１１は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂により構成されており、ガス入口を構成する一方の開口１２が周壁に形成されていると共に、ガス出口を構成する他方の開口１３が端壁に形成されている。
【００２１】
センサケース１１の内面には、金網よりなるフレームアレスタ（火炎逸走防止部材）１５が、一方の開口１２および他方の開口１３を覆うよう、例えばインサート成形によりセンサケース１１に一体に設けられている。
【００２２】
フレームアレスタ１５を構成する金網としては、気孔サイズ（目開き）が１５０〜５００μｍの範囲内にあるものが用いられることが好ましい。また、例えば２リットル／ｍｉｎの一定の流量でガス（例えば空気）を流したときの、ガス流入側の圧力上昇が例えば０〜０．３ｋＰａの範囲内にあるものが用いられることが好ましい。
このような金網によりフレームアレスタ１５が構成されていることにより、後述する実験例の結果に示すように、所定の防爆性能を確保しながら、十分な量のガスをセンサケース１１内に流入させることができて流量測定を高い精度で行うことができる。
【００２３】
センサケース１１の内部には、抵抗発熱体を具えた流量検知素子２０が、センサケース１１の軸方向における、一方の開口１２と対向するレベル位置に配置されていると共に、温度補償素子２５が、センサケース１１の軸方向における、流量検知素子２０のレベル位置よりセンサケース１１の端壁側のレベル位置に配置されている。
【００２４】
具体的には、センサケース１１の内部には、センサケース１１の開口端より軸方向内方側の位置に流量検知素子支持用ベース板２１が設けられていると共に、この流量検知素子支持用ベース板２１と軸方向に離間した位置に温度補償素子支持用ベース板２６が流量検知素子支持用ベース板２１と対向して設けられている。そして、流量検知素子２０は、流量検知素子支持用ベース板２１を気密に貫通して軸方向に延びるよう設けられた、例えばステンレス鋼よりなる端子ピン２８の先端部に固定されている。また、温度補償素子２５は、流量検知素子支持用ベース板２１および温度補償素子支持用ベース板２６を気密に貫通して軸方向に延びるよう設けられた、例えばステンレス鋼よりなる端子ピン２８の先端部に固定されている。各々の端子ピン２８の基端部は、センサケース１１の開口端より軸方向外方に突出している。
図１における２７は、温度補償素子２５の周囲を囲むよう設けられた有底円筒型のカバー部材であって、当該カバー部材２７と温度補償素子支持用ベース板２６とによって独立した空間を形成している。３０は、流量検知素子支持用ベース板２１の外面側のセンサケース１１内の空間に例えばエポキシ樹脂系接着剤が充填されて形成された閉塞部材である。
【００２５】
流量検知素子２０および温度補償素子２５としては、通電により発熱する、例えば白金またはその合金よりなる金属素線がコイル状に巻回されてなる抵抗体の周囲に、金属酸化物半導体、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2 ）などの酸化触媒がアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）担体と共に焼結されてなるものが用いられている。
【００２６】
上記の流量センサ１０においては、センサケース１１の一方の開口１２よりフレームアレスタ１５を介してセンサケース１１内に導入されるガスは、流量検知素子支持用ベース板２１と温度補償素子支持用ベース板２６との間に形成された空間を流通して流量検知素子と接触した後、センサケース１１の周壁の内面に沿って軸方向に流れ、フレームアレスタ１５を介して他方の開口１３より排出される。
流量測定にあっては、流量検知素子２０および温度補償素子２５が通電、加熱されることにより所定の温度に維持された状態（初期状態）において、ガス流により冷却される流量検知素子２０による検出温度が所定の温度に保たれるよう流量検知素子２０に供給される通電量の大きさに基づいて流量が測定される。この流量センサ１０によって検出可能なガス流量の最大値は、例えば５リットル／ｍｉｎ程度である。
【００２７】
而して、上記構成の流量センサ１０によれば、フレームアレスタ１５を構成する金網は、所定の防爆性能が維持される範囲内において、例えば金属焼結体より通気抵抗を小さいものとして構成することができるので、供給されるガスをセンサケース１１内に確実に流入させることができる。しかも、センサケース１１の周壁に形成された一方の開口１２および端壁に形成された他方の開口１３によって、センサケース１１内に流入されたガスの流線が特定されてガスがセンサケース１１の軸方向に流れるので、ガスを流量検知素子２０に確実に当てる（接触させる）ことができる。従って、出力信号の絶対値が大きくなってＳ／Ｎ比を向上させることができ、これにより、ガス流量測定を高い精度で行うことができる。
また、フレームアレスタ１５がセンサケース１１の内面に一体に設けられた構成とされていることにより、センサケース１１の一方の開口１２より供給されるガスを一層確実にセンサケース１１内に流入させることができる。
【００２８】
上記の流量センサ１０は、例えば、目的に応じて選択されるガスセンサとユニット化されて用いられる。
【００２９】
〔センサユニット〕
図２は、本発明のセンサユニットの一例における構成の概略を、流量センサおよびガスセンサを取り外した状態で、示す正面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は、図２におけるＢ−Ｂ線断面図、図５は、図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。
このセンサユニット４０は、各々例えば円柱状の凹所よりなる互いに独立したガスセンサ装着部４２および流量センサ装着部４３を有する、例えばポリプロピレンなどの樹脂材料よりなるホルダー４１を具えている。
ガスセンサ装着部４２および流量センサ装着部４３は、互いに近接した位置において並んで形成されており、後述するように、ガス検出装置におけるガス流路において、ガスセンサ装着部４２に装着されるガスセンサ５０が流量センサ装着部４３に装着される流量センサ１０よりガス流れ方向上流側に位置されるよう配管接続される（図７参照。）。そして、ガスセンサ装着部４２には、ガス導入用ニップル部４２ａが形成されており、流量センサ装着部４３には、ガス排出用ニップル部４３ａが形成されている。
【００３０】
ホルダー４１における、ガスセンサ装着部４２および流量センサ装着部４３の両者を区画する隔壁部分４５には、ガスセンサ装着部４２および流量センサ装着部４３を連通させるガス流通路４６が形成されている。
【００３１】
ガスセンサ装着部４２に装着されるガスセンサ５０としては、特に制限されるものではないが、この例においては、例えば、流量センサ１０と実質的に同一の外形形状を有する可燃性ガスセンサが用いられている。
【００３２】
この例におけるガスセンサ５０の構成について具体的に説明すると、このガスセンサ５０は、例えばステンレス鋼よりなる円筒状のセンサケース５１ａと、このセンサケース５１ａの一端側開口部に一体に設けられた、金属焼結体よりなる有底円筒状の火炎逸走防止部材５１ｂとを具えている。
火炎逸走防止部材５１ｂの内部には、火炎逸走防止部材５１ｂの開口端より軸方向内方側の位置に温度補償素子支持用ベース板５７が設けられていると共に、この温度補償素子支持用ベース板５７と軸方向に離間した位置にガス検知素子支持用ベース板５３が温度補償素子支持用ベース板５７と対向して設けられている。そして、温度補償素子５６は、温度補償素子支持用ベース板５７を気密に貫通して軸方向に延びるよう設けられた、例えばステンレス鋼よりなる端子ピン５８の先端部に固定されている。また、ガス検知素子５２は、温度補償素子支持用ベース板５７およびガス検知素子支持用ベース板５３を気密に貫通して軸方向に延びるよう設けられた、例えばステンレス鋼よりなる端子ピン５８の先端部に固定されている。各々の端子ピン５８の基端部は、センサケース５１Ａの他端側開口端より軸方向外方に突出している。図３乃至図５における５５は、ガス検知素子５２の周囲を囲むよう設けられた、有底円筒型のキャップである。
【００３３】
上記の流量センサ１０は、センサケース１１の周壁に形成された一方の開口１２がホルダー４１におけるガス流通路４６の開口に対向して位置された状態で装着されている。
流量センサ１０の装着状態においては、流量センサ１０の外周面と、流量センサ装着部４３の内周面との間に不可避的に隙間が形成されてしまうが、当該隙間の大きさが０．０５〜０．１５ｍｍの範囲内とされていることが好ましい。これにより、当該隙間が抵抗となるため、ガス流通路４６より供給されるガスが当該隙間に進入することを回避することができて、供給されるガスを確実に流量センサ１０に流入させることができる。
【００３４】
上記構成のセンサユニット４０によれば、流量センサ装着部４３およびガスセンサ装着部４２が隔壁部分４５により区画されて互いに独立して形成されているので、ガスセンサ５０が流量センサ１０による熱的影響を受けることを回避することができ、ガスセンサ５０による所期のガス検知を確実に行うことができる。また、ガスセンサ５０および流量センサ１０を互いに近接して配置することができるので、センサユニット４０自体を小型のものとして構成することができる。
【００３５】
上記のセンサユニット４０は、例えば、吸引式のガス検出装置におけるガス検知部を構成するためのものとして好適に用いられる。
【００３６】
＜ガス検出装置＞
図６は、本発明のガス検出装置の一例における構成を示す正面図、図７は、本発明のガス検出装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。
このガス検出装置６０は、上記のセンサユニット４０と、センサユニット４０にガスを供給する、例えば吸引ポンプ６１により構成されたガス供給手段とを具えており、ガス流路において、センサユニット４０におけるガスセンサ５０が流量センサ１０よりガス流れ方向上流側に位置されるよう配管接続されている。
このガス検出装置６０においては、例えば、ガス流量が低下したことが流量センサ１０によって検知された場合には、表示部６０ａに警報表示がなされる。
【００３７】
而して、上記のガス検出装置６０によれば、上記流量センサ１０によってガス検出装置６０内に流通されるガス流量が監視されることにより、ガスセンサ５０を適正な動作状態に維持することができる。
【００３８】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
＜実験例１＞
図１に示す構成に従って、互いに同一の構成を有する本発明に係る流量センサを５個作製した。
フレームアレスタ（１５）を構成する金網としては、材質がステンレス鋼、厚みが１．７ｍｍ、気孔サイズ（目開き）が５００μｍ（２リットル／ｍｉｎの一定の流量で空気を流したときの、ガス流入側の圧力上昇が０．３ｋＰａ）であるものを用いた。
センサケース（１１）におけるガス入口を構成する一方の開口（１２）の開口径をφ４ｍｍ、ガス出口を構成する他方の開口（１３）の開口径をφ４ｍｍとした。
また、フレームアレスタとして金網に代えて、金属焼結体を用いたことの他は、上記のものと同一の構成を有する比較用の流量センサを３個作製した。この比較用流量センサにおけるフレームアレスタを構成する金属焼結体は、２リットル／ｍｉｎの一定の流量で空気を流したときの、ガス流入側の圧力上昇が１．３〜１．９ｋＰａであるものである。
【００３９】
本発明に係る５個の流量センサおよび３個の比較用の流量センサの各々について、０．１〜１〔リットル／ｍｉｎ〕の流量範囲内において、供給する空気の流量を適宜に変更して、流量測定を行ったところ、本発明に係る流量センサによる出力値（５個の平均値）は、比較用の流量センサによる出力値（３個の平均値）の少なくとも２倍以上の大きさとなることが確認され、特に、ガス流量が例えば０．３リットル／ｍｉｎである場合には、本発明に係る流量センサによる出力値（５個の平均値）は、比較用の流量センサによる出力値（３個の平均値）の６倍以上の大きさとなることが確認された。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、流量センサにおいて、センサケースの端壁に形成された他方の開口がガス入口とされ、センサケースの周壁に形成された一方の開口がガス出口とされていてもよい。このような構成のものにおいては、温度補償素子をセンサケースの軸方向における一方の開口に対向するレベル位置に配置し、流量検出素子をセンサケースの軸方向における端壁側のレベル位置に配置した構成とすればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  流量センサ
１１  センサケース
１２  一方の開口（ガス入口）
１３  他方の開口（ガス出口）
１５  フレームアレスタ
２０  流量検知素子
２１  流量検知素子支持用ベース板
２５  温度補償素子
２６  温度補償素子支持用ベース板
２７  カバー部材
２８  端子ピン
３０  閉塞部材
４０  センサユニット
４１  ホルダー
４２  ガスセンサ装着部
４２ａ  ガス導入用ニップル部
４３  流量センサ装着部
４３ａ  ガス排出用ニップル部
４５  隔壁部分
４６  ガス流通路
５０  ガスセンサ
５１ａ  センサケース
５１ｂ  火炎逸走防止部材
５２  ガス検知素子
５３  ガス検知素子支持用ベース板
５５  キャップ
５６  温度補償素子
５７  温度補償素子支持用ベース板
５８  端子ピン
６０  ガス検出装置
６０ａ  表示部
６１  吸引ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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