(57)【要約】【課題】排ガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けないガスセンサおよびガスセンサ用撹拌装置を提供すること。【解決手段】本発明のガスセンサ２は、センサ素子２０と、該センサ素子２０が収納されるセンサ収納室１１Ｂと複数のガス導入口１１ｂが形成されたガス導入撹拌室１１Ａを備えたハウジングからなる撹拌装置１１とを備え、複数のガス導入口１１ｂから導入される、検知すべきガスがガス導入撹拌室１１Ａで撹拌されてセンサ素子２０に供給されるようにした。【選択図】図１
2008164307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子と、
該センサ素子が収納されるセンサ収納室と複数のガス導入口が形成されたガス導入撹拌室を備えたハウジングからなる撹拌装置とを備え、
前記複数のガス導入口から導入される、検知すべきガスが前記ガス導入撹拌室で撹拌されて前記センサ素子に供給されるようにしたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記ガス導入口は、斜めスリットで形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または２記載のガスセンサにおいて、
前記センサ素子は、高分子固体電解質膜の両面に検知極および対極を設けた電気化学式センサであることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
センサ素子を収納するためのセンサ収納室と、複数のガス導入口が形成されたガス導入撹拌室とを備え、
前記複数のガス導入口から導入される、検知すべきガスがガス導入撹拌室で撹拌されて前記センサ収納室に収納される前記センサ素子に供給されるようにしたことを特徴とするガスセンサ用撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサおよびガスセンサ用撹拌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯器等の燃焼器具の排気ガス中にＣＯセンサを配置し、万一燃焼器具が不完全燃焼した際に、ファンの回転数を上げて空気の供給量を増やすかまたは燃料ガスインプットを下げる等の制御をしたり、燃焼を停止したりする等の安全機能を付加した燃焼器具が市販されている。
【０００３】
燃焼器具の構造にもよるが、一般的に煙道排気ガス中のＣＯ濃度は、場所により偏在しており、一例として図５に、１６号ＦＥ式給湯器の煙道（内径６０ｍｍ）壁面からの距離毎のＣＯ濃度を示すが、場所によって２倍以上もムラがある場合がある。
【０００４】
排ガス検出用に使用されているガスセンサは、主に接触燃焼式ガスセンサであり、流速（風）による影響を受け易いため、センサ素子部に直接風が当たらない設計にする必要がある。そのため、「排ガスをなるべく撹拌したい」、「センサにはなるべく風を当てたくない」といった相反する要求を満足させるセンサ室構造を燃焼器具毎に設計する必要があった。
【０００５】
一方、排ガス検出用のガスセンサとして、プロトン導電体膜等の高分子固体電解質膜を有する電気化学式ガスセンサ（たとえば、特許文献１，２参照。）も利用可能であるが、上記に相反する要求を満足させることのできる構造を有するものはなかった。
【特許文献１】特開２００４−１７０１０１号公報
【特許文献１】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】
【０００６】
そこで本発明は、上記の課題に鑑み、排ガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けない構造を有するガスセンサおよび該ガスセンサ用の撹拌装置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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明のガスセンサは、センサ素子と、該センサ素子が収納されるセンサ収納室と複数のガス導入口が形成されたガス導入撹拌室を備えたハウジングからなる撹拌装置とを備え、前記複数のガス導入口から導入される、検知すべきガスが前記ガス導入撹拌室で撹拌されて前記センサ素子に供給されるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明においては、ガスセンサは、センサ素子と、該センサ素子が収納されるセンサ収納室と複数のガス導入口が形成されたガス導入撹拌室を備えたハウジングからなる撹拌装置とを備え、複数のガス導入口から導入される、検知すべきガスがガス導入撹拌室で撹拌されてセンサ素子に供給されるようにしている。それにより、検知すべきガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けずに、平均化されたガス濃度を検出することができる。
【０００９】
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、請求項１記載の電気化学式ガスセンサにおいて、前記ガス導入口は、斜めスリットで形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明においては、ガス導入口は、斜めスリットで形成されている。それにより、撹拌効果が高められる。
【００１１】
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１または２記載の電気化学式ガスセンサにおいて、前記センサ素子は、高分子固体電解質膜の両面に検知極および対極を設けた構造を有することを特徴とする
【００１２】
請求項３記載の発明においては、センサ素子は、高分子固体電解質膜の両面に検知極および対極を設けた構造を有する。それによりガスの濃度を低濃度から良好に検出することができる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明のガスセンサ用撹拌装置は、センサ素子２０を収納するためのセンサ収納室１１Ｂと、複数のガス導入口１１ｂが形成されたガス導入撹拌室１１Ａとを備え、前記複数のガス導入口１１ｂから導入される、検知すべきガスがガス導入撹拌室１１Ａで撹拌されて前記センサ収納室１１Ｂに収納される前記センサ素子２０に供給されるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明においては、センサ素子を収納するためのセンサ収納室と、複数のガス導入口が形成されたガス導入撹拌室とを備え、前記複数のガス導入口から導入される、検知すべきガスがガス導入撹拌室で撹拌されて前記センサ収納室に収納される前記センサ素子に供給されるようにしている。それにより、検知すべきガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けずに、平均化されたガス濃度のガスをセンサ素子に供給することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、検知すべきガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けずに、平均化されたガス濃度を検出することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、撹拌効果が高められる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、ガスの濃度を低濃度から良好に検出することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、検知すべきガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けずに、平均化されたガス濃度のガスをセンサ素子に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサおよびガスセンサ用ガス撹拌装置の構成を示す略断面図である。図１において、本実施形態のガスセンサ２は、たとえばＦＥ式給湯器の排気筒１の内側上部に固定されている。ガスセンサ２は、センサ素子２０を収納する、たとえば樹脂製円筒状のハウジングからなる撹拌装置１１を備えている。
【００２１】
センサ素子２０は、プロトン導電膜等の高分子固体電解質膜２１の両面に白金（Ｐｔ）を担持した電極である検知極２２および対極２３を設けた構造の電気化学式センサで構成され、撹拌装置１１に内蔵できるように、撹拌装置１１の内径より若干小さい外径を有する円筒状になっている。
【００２２】
撹拌装置１１の取付部１１ａの下側には、複数のガス導入口１１ｂが形成され、上側には、ガス排出口１１ｃが形成されている。センサ素子２０は、撹拌装置１１の中間付近の内側全周に間隔をおいて突出するように一体形成された複数の円弧状の取付部１１ａに、検知極２２が下側になるように固定され、それにより、撹拌装置１１の下部にガス導入撹拌室１１Ａが形成され、上部にセンサ収納室１１Ｂが形成されている。
【００２３】
ガスセンサ２は、図１に示すように排気筒１中の排ガスの流れ（矢印）に対して垂直方向に設置される。また、ガスセンサ２は、排気筒１内部のほぼ中央付近にガス導入口１１ｂが位置し、内壁面に近い場所で流れに対して反対側にガス排出口１１ｃが位置するように、排気筒１の上側内壁に設置される。このように設置されることにより、排ガス中のＣＯ濃度の平均的な値をサンプリングすることが可能となる。
【００２４】
上述の構成において、ガス導入撹拌室１１Ａ内に排気筒１内を流れる排ガスが導入される際、複数のガス導入口１１ｂより排ガスが導入されるのでガス導入撹拌室１１Ａ内で撹拌される。撹拌された排ガスは、その流速が減少させられ、ガスの流れに対して垂直な方向に面するセンサ素子２０の検知極２２に到達する。撹拌された排ガス中にＣＯが存在すると、センサ素子２０の検知極２２において、排ガス中の水分を利用した下記に示す酸化反応が起こり、検知極２２にプロトン（２Ｈ+ ）と電子（２ｅ- ）を発生させる。
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（１）
【００２５】
検知極２２に発生した電子（２ｅ- ）は、高分子固体電解質膜２１の内部を通過できないので検知極２２に滞留する。
【００２６】
一方、プロトン（２Ｈ+ ）は、高分子固体電解質膜２１の内部を通過して対極２３に移動し、ここでセンサ収納室１１Ｂ内の酸素と下記に示す還元反応を起こして、対極２３に水（Ｈ2 Ｏ）を生成する。
２Ｈ+ ＋Ｏ2 ／２＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ・・・・・（２）
【００２７】
したがって、検知極２２と対極２３との間に電圧（起電力）が生じる。そこで、検知極２２と対極２３にそれぞれ電気的に接続され撹拌装置１１の外部に引き出されたピン端子（図示しない）間に負荷（図示しない）を接続すると、検知極２２に滞留した電子（２ｅ- ）の対極２３に向かう流れが負荷に生じ、これにより、対極２３から負荷を経て検知極２２に向かって電流が流れるので、この電流を電流−電圧変換することで、排ガス中のＣＯ濃度に応じた電圧値のＣＯ濃度検出信号が得られる。
【００２８】
なお、ガス導入撹拌室１１Ａ内の排ガスは、円弧状の取付部１１ａ間の隙間と、ガスセンサ２におけるセンサ素子２０の外周と撹拌装置１１の内壁間の隙間とからセンサ収納室１１Ｂへ流出し、ガス排出口１１Ｃから排出される。
【００２９】
図２は、１６号ＦＥ給湯器の排気筒に本発明の電気化学式ガスセンサ２を設置し、排気トップ（排気筒の出口付近）におけるＣＯ濃度値とセンサ設置位置におけるＣＯ濃度値を比較した結果を示すグラフである。図２から、本発明の電気化学式ガスセンサ２は、排気筒１中の平均化されたＣＯ濃度を検出していることが分かる。また、本発明の電気化学式ガスセンサ２は、ガスの流速による影響を受けないので、給湯器の燃料ガスインプットが最大の時のｍａｘ燃焼や最小の時のｍｉｎ燃焼のように、燃焼器具の燃料ガスインプットを変更しても、検出されるＣＯ濃度は殆ど変わらないことが分かる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、検知すべきＣＯを含む排ガスは、複数のガス導入口１１ｂを有するガス導入撹拌室１１Ａ内で撹拌され、流速が減少して検知極２２に到達するので、排ガスを撹拌できかつ検知すべきガスの流速に影響を受けずに、排気筒１内の平均化されたＣＯ濃度を検出することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）次に図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気化学式ガスセンサの構成を示す要部断面図である。図３においては、ガス導入口１１ｂが、斜めスリット状に形成されており、その他の構成は図１と同じである。
【００３２】
ガス導入口１１ｂをこのような形状にし、排気筒１内の排ガスの流れ方向に対して角度を変えて排ガスをガス導入撹拌室１１Ａ内へ導入することにより、導入される排ガスの撹拌効果が高められる。
【００３３】
（第３の実施形態）次に図４は、本発明の第３の実施形態に係る電気化学式ガスセンサの構成を示す略断面図である。本実施形態においては、センサ素子２４は高分子固体電解質膜２１と検知極２２および対極２３を、検知極２２を露出するガス導入孔（図示しない）を有するボタン電池型のハウジング２４に内蔵し、検知極および対極２３にそれぞれ電気的に接続されハウジング２４の外部に引き出されたピン端子２５および２６を有する。ピン端子２５および２６は、ガス導入撹拌室１１Ａのガス排出口１１ｃ側の端部に固定される台座１２を貫通して撹拌装置１１外に引き出されている。
【００３４】
図４のガスセンサ２は、図１と同様に排気筒１中の排ガスの流れ（矢印）に対して垂直方向に設置される。また、ガスセンサ２は、排気筒１内部のほぼ中央付近にガス導入口１１ｂが位置し、内壁面に近い場所で流れに対して反対側にガス排出口１１ｃが位置するように、排気筒１の上側内壁にピン端子２５および２６を排気筒１の外部に貫通させて設置される。このように設置されることにより、図１と同様に、排ガス中のＣＯ濃度の平均的な値をサンプリングすることが可能となる。
【００３５】
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。
【００３６】
たとえば、ガス導入口１１ｂとガス排出口１１ｃの形状や数は、上述の実施形態に示したものに限らず、センサ内部を排ガスが通過する条件を満たすものであれば、どのようなものでも良い。
【００３７】
また、ガス導入口１１ｂの内側に、導入される排ガスで回転するファンを設け、撹拌効果を高めるようにしても良い。
【００３８】
また、上記の実施形態では、センサ素子２０は、電気化学式ガスセンサとしたが、これに限らず、接触燃焼式ガスセンサとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサおよびガスセンサ用ガス撹拌装置の構成を示す略断面図である。（第１の実施形態）
【図２】１６号ＦＥ給湯器の排気筒に本発明のガスセンサを設置し、排気トップ（排気筒の出口付近）におけるＣＯ濃度値とセンサ設置位置におけるＣＯ濃度値を比較した結果を示すグラフである。（第１の実施形態）
【図３】本発明の第２の実施形態に係るガスセンサの構成を示す要部断面図である。（第２の実施形態）
【図４】本発明の第３の実施形態に係るガスセンサの構成を示す略断面図である。（第３の実施形態）
【図５】１６号ＦＥ式給湯器の煙道壁面からの距離毎のＣＯ濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１      排気筒
２      ガスセンサ
１１    ハウジング
１１Ａ  ガス導入撹拌室
１１Ｂ  センサ収納室
１１ａ  取付部
１１ｂ  ガス導入口
１１ｃ  ガス排出口
１２    台座
２０    センサ素子
２１    高分子固体電解質膜
２２    検知極
２３    対極
【図１】
2008164307.tif 000003
【図２】
2008164307.tif 000004
【図３】
2008164307.tif 000005
【図４】
2008164307.tif 000006
【図５】
2008164307.tif 000007