(57)【要約】【課題】ヒータＯＦＦ後においてもガス検出素子周りの結露を防止することができるガスセンサを提供することにある。【解決手段】ガスセンサ１は、ガスを検出するガス検出素子２と、ガスが取り込まれるガス検出室１０と、ガス検出室を過熱するヒータ１１とを有する。ガス検出室１０は、筒状構造で、ヒータ１１を保持するヒータホルダ９と、ヒータホルダの底部を封止する位置に設けられたプレート７とから構成される。ヒータホルダ９及びプレート７は、低熱伝導率ＰＰＳにより構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを検出するガス検出素子と、前記ガスが取り込まれるガス検出室と、該ガス検出室を過熱するヒータとを有するガスセンサであって、
ヒータＯＦＦ後でも前記ガス検出室内の温度を検出ガスの温度以上に高く維持できる保温部を備える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、
前記保温部は、前記ガス検出室の周囲および一部を低熱伝導率材料若しくは高比熱材料で囲む構造であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項２記載のガスセンサにおいて、
前記ガス検出室は、筒状構造で、前記ヒータを保持するヒータホルダと、該ヒータホルダの底部を封止する位置に設けられたプレートとから構成され、
前記ヒータホルダ及び前記プレートを低熱伝導率材料若しくは高比熱材料で構成したことを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項３記載のガスセンサにおいて、
前記低熱伝導率材料は、低熱伝導率樹脂であり、
前記高比熱材料は、高比熱金属若しくは高比熱樹脂であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項４記載のガスセンサにおいて、
前記低熱伝導率材料は、低熱伝導率ＰＰＳ、または低熱伝導率ＰＢＴであり、
前記高比熱材料は、高比熱金属若しくは高比熱樹脂であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記保温部は、前記ガス検出室の周囲に設けられた空気層であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のガスセンサにおいて、
前記ガス検出室は、筒状構造であり、前記ヒータを保持するヒータホルダと、該ヒータホルダの底部を封止する位置に設けられたプレートとから構成され、
前記ヒータホルダの外周に形成された溝部に前記ヒータが保持されるとともに、該溝部に前記空気層が設けられることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】
請求項６記載のガスセンサにおいて、
前記ガス検出室は、筒状構造であり、前記ヒータを保持するヒータホルダと、該ヒータホルダの底部を封止する位置に設けられたプレートとから構成され、
前記ヒータホルダの内部に設けられた気泡により、前記空気層を形成することを特徴とするガスセンサ。
【請求項９】
請求項２記載のガスセンサにおいて、
前記保温部の低熱伝導率材料及び高比熱材料は、充填材若しくはエポキシ接着剤であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１０】
請求項２記載のガスセンサにおいて、
前記ガス検出室を保持するケースと、該ケースの上方に設置されるカバーとから構成され、
前記ケースは前記低熱伝導率材料よりも熱伝導率の高い材料により構成し、
前記カバーは低熱伝導率材料若しくは高比熱材料により構成することを特徴とするガスセンサ。
【請求項１１】
請求項１０記載のガスセンサにおいて、
前記ケースは高熱伝導率のＰＰＳにより構成し、
前記カバーは低熱伝導率ＰＰＳ若しくは低熱伝導率ＰＢＴにより構成することを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに係り、特に、結露防止に好適な構成を有するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば高温高湿環境下で検知対象ガスに含まれる可燃性ガスを検出するガスセンサとして、撥水膜を備え、ガス検出素子周辺に結露発生を防止するためにヒータを備え、ガス検出室内部の結露発生を防止するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、ガスセンサに備えたヒータによって、ガス検出室、及びガス検出素子周辺を加熱することで、ガス検出室内の相対湿度が抑えられる為、ガス検出素子周辺の結露を防止することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３９１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のものでは、ヒータＯＦＦ後はガス検出素子および周辺の部材温度がガス温度より低くなり、ガス検出素子周辺が結露する。さらに、０℃以下の環境では氷結し、ガス検出素子周辺の結露によって次回センサ起動時の起動時間、ガスセンサのガス検出精度、ガス検出素子の寿命、感度に影響を与える恐れがあった。
【０００５】
本発明の目的は、ヒータＯＦＦ後においてもガス検出素子周りの結露を防止することができるガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスを検出するガス検出素子と、前記ガスが取り込まれるガス検出室と、該ガス検出室を過熱するヒータとを有するガスセンサであって、ヒータＯＦＦ後でも前記ガス検出室内の温度を検出ガスの温度以上に高く維持できる保温部を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、ヒータＯＦＦ後においてもガス検出素子周りの結露を防止することができるものとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ヒータＯＦＦ後においてもガス検出素子周りの結露を防止することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態によるガスセンサの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガスセンサの結露対策の効果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態によるガスセンサの構成及び動作について説明する。本実施形態は、高温高湿環境下におけるガス濃度を測定するためのセンサに、本発明を適用したものである。
【００１０】
最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態によるガスセンサの全体構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態によるガスセンサの全体構成を示す断面図である。
＜ガスセンサの構成＞
図１に示すように、本実施形態のガスセンサ１は、高温高湿環境下において、ガスが流れる配管１５に設置されて用いられる。ガスセンサ１には、例えば触媒燃焼式、触媒酸化式、半導体，固体電解質式，熱伝導式または超音波型の各種センサが何れも使用できる。
【００１１】
ガスセンサ１は、ガス検知素子２と、ステム３と、キャップ４と、ガス検知素子ホルダ５と、フランジ６と、プレート７Ａ，７Ｂと、ヒータホルダ９と、ヒータ１１と、撥水膜１２と、ケース１３と、カバー１４とからなる。なお、符号８は空気層であり、符号１０はガス検知室である。
【００１２】
ガス検知素子２は、前述のように、触媒燃焼式、触媒酸化式、半導体，固体電解質式，熱伝導式または超音波型により対象ガスを検知する。ステム３には、ガス検知素子２が溶接される。ガス検知素子ホルダ５には、ステム３が固定される。ステム３及びガス検知素子２はキャップ４によって覆われ、キャップ４は、ガス検出素子ホルダ５に取り付けられる。
【００１３】
ヒータホルダ９は、金属製であり、円筒形状である。ヒータホルダ９の上部の外周部には、全周に亘って溝が形成される。ヒータ１１は、細長い帯状であり、外周に樹脂材が用いられ、内部にヒータとなる導電部材が封止されたフレキシブルなシート状のものでである。ヒータ１１の長手方向の長さは、ヒータホルダ９の円筒形状の外周の全長にほぼ等しいものである。ヒータ１１の幅は、ヒータホルダ９の溝の高さ方向よりも僅かに狭くなっている。ヒータ１１は、ヒータホルダ９の上部外周に形成された溝の中に配置され、ヒータホルダ９の溝に沿って全周に亘って配置される。ヒータ１１は、ヒータホルダ９によって保持される。
【００１４】
ヒータホルダ９の溝部には、円環状のフランジ６が取り付けられる。フランジ６は、ヒータホルダ９をケース１３に取り付けるために用いられる。フランジ６の内周側、具体的には、ヒータホルダ９の上部の溝に設置されたヒータ１１の外周と、フランジ６の内周との間には、空間が設けられ、この空間には空気が存在するため、空気層８が設けられている。
【００１５】
ガス検出素子ホルダ５は、第１プレート７Ａに取り付けられる。第１プレート７Ａは、ヒータホルダ９の上部の取り付けられる。第１プレート７Ａの上部には、隙間を介して、第２プレート７Ｂが取り付けられる。第１プレート７Ａと第２プレート７Ｂとの間の空間には、空気が存在するため、空気層８が設けられている。
【００１６】
フランジ６は、ケース１３に取り付けられている。ケース１３の上部には、カバー１４が取り付けられている。ケース１４の下部であって、配管１５を流れるガスに接する側には、撥水膜１２が取り付けられている。
【００１７】
ヒータホルダ９の内側であって、ガス検知素子２が配置された空間が、ガス検知室１０である。
【００１８】
ここで、熱の流れについて説明する。配管１５を流れるガスは高温であり、配管１５も加熱されている。従って、配管１５の熱は、ケース１３，ヒータホルダ９を介して、ガス検知室１０の内部に伝熱される。このとき、できるだけ配管１５の熱がガス検知室１０に伝熱されやすいように、ケース１３，ヒータホルダ９の材料を選択する。一方、ヒータ１１の外周部には、フランジ６が配置され、また、第１のプレート７Ａの外周には、第２のプレート７Ｂが配置される。カバーの下側の空間は、ガス検知素子２を用いてガスを検知したり、ヒータ９に通電するための電子回路が配置される。電子回路が配置される空間は、ヒータ９の温度よりは低温である。従って、結露を防止するには、ヒータ９の熱が、フランジ６や第２のプレート７Ｂを介して、電子回路が配置される空間に伝熱されにくいようにするため、フランジ６や第２のプレート７Ｂの材料が選択される。このとき、空気層８も、熱を遮断するために用いられる。
【００１９】
以下、各部の具体的な構成について説明する。  
＜ヒータホルダ＞
ヒータホルダ９の内周側には、ガス検出室１０が設けられる。ヒータホルダ９は、ガス検出素子２が取り付けられたガス検出素子ホルダ５と撥水膜１２、ヒータ１１が取り付けられる大きさと円筒体として形成される。ヒータホルダ９は、フランジ６によって挟み込むこと又は囲むことによって固定し、ケース１３へ取り付けられる。
【００２０】
ヒータホルダ９は、ヒータ１１の熱をガス検出室１０内に伝え易くする為に、高熱伝導率材料を用いる。ヒータホルダ９に用いる高熱伝導率材料には、金属が好ましいが、金属に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良いものである。
【００２１】
撥水膜１２は、配管１５から飛来する水滴等が直接ガス検出素子２へ付着しないように保護する役目をする。撥水膜１２はガスを透過しつつ、液体を透過しない膜で構成されている。
【００２２】
ガス検出素子２は、ガス検出素子ホルダ５に一体成型されたステム３に取付けられている。ガス検出素子２が取り付けられたガス検出素子ホルダ５は、ヒータホルダ９に取付けられる。ガス検出室内１０には、ガス検出素子２とガス検出素子ホルダ５に取り付けられたキャップ４が露出する。
【００２３】
ヒータ１１は、ヒータホルダ９の外周部、ガス検出室内１０周部、撥水膜１２周辺の何れにも設置することができる。また、コンデンサ等を備えた回路により、ヒータ１１のスイッチを遅らせてＯＦＦする機能を設けることで、ガス検出室内１０を保温することができる。
【００２４】
＜フランジ、プレート＞
ヒータホルダ９に取付けられたヒータ１１の周囲は、低熱伝導率材料又は高比熱材料を用いたフランジ６、上部にはプレート７（７Ａ，７Ｂ）等によって囲まれている。ヒータ１１とフランジ６の間、ヒータホルダ９の上部とプレート７の間には、空気層８等の低熱伝導率材や低熱伝導率の充填材で構成され、ヒータ１１の熱が直接フランジ６に伝熱しないようにする。また、フランジ６、プレート７、空気層８等は組合わせて用いても良いものである。
【００２５】
フランジ６、プレート７の低熱伝導率材料は、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、その他樹脂材や、樹脂に限らずその他の低熱伝導率材料を用いても良い。また、低熱伝導率の充填材やエポキシ接着剤等を用いても良い。また、ヒータ１１とフランジ６の間、ヒータホルダ９上部とプレート７の間の空気層８は凹部を設けた部材で囲むことや、囲む部材内部に気泡を備える等の方法等を用いても良い。
【００２６】
また、フランジ６、プレート７の高比熱材料は金属や樹脂等が好ましいが、その他高比熱材料を用いても良い。また、フランジ６、プレート７に低熱伝導率材料、高比熱材料、または空気層８を備える構造を組合わせて用いても良い。
【００２７】
＜ケース＞
ケース１３には、フランジ６等で固定されたヒータホルダ９が取付けられる。また、ケース１３には、ガス検出素子２及び、ヒータ１１を駆動するセンサ回路等が収容され、カバー１４によって閉じられている。ケース１３は、高熱伝導率材料を用いて配管１５からの熱を受熱し易くすることで、ヒータ１１のＯＦＦ後には配管１５から受熱し易くすることでセンサ筐体全体の温度を保つ役目をする。ケース１３に使用する高熱伝導率材料は、フランジ６やプレート７に用いるＰＰＳやＰＢＴよりも熱伝導率の高いＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、樹脂に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良い。例えば、フランジ６やプレート７に用いるＰＰＳの熱伝導率を０．６７Ｗ／ｍ２・Ｋとすると、ケース１３に用いるＰＰＳとして、熱伝導率が０．３２Ｗ／ｍ２・Ｋのものを用いる。また、２種類以上の高熱伝導率材料を組合わせて用いても良い。
【００２８】
＜カバー＞
カバー１４はケース１３上部に取り付けられ、ケース１３内に取り付けられるセンサ回路、ヒータホルダ９を物理的に保護している。
【００２９】
カバー１４に低熱伝導率材料を用いることで、ガスセンサ１の内部からの熱逃げを抑え、センサ筐体全体の温度を保つ役目をする。カバー１４に用いる低熱伝導率材料は、ＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材が好ましいが、その他樹脂材や、樹脂に限らずその他の低熱伝導率材料を用いても良い。また、カバー１４に高比熱材料を用いることで、カバー１４から熱をセンサ筐体全体へ伝え、全体の温度を保つ役目をする。前記カバー１４の高比熱材料は金属や樹脂材が好ましいが、金属、樹脂材に限らずその他の高比熱材料を用いても良い。
【００３０】
＜キャップ＞
ガス検出素子ホルダ５に取り付けるキャップ４には、撥水膜１２を透過したガスと蒸気は、ガス検出素子２に触れる前にキャップ４に触れることでキャップ４に結露を集中的に発生させ、ガス検出素子２での結露量を減少させる役目をする。
【００３１】
キャップ４には高熱伝導率材料を用い、検出ガス、蒸気よりも温度が低くなりやすい状態にすることが好ましい。キャップ４の高熱伝導率材料は黄銅やアルミ、ステンレスなどの金属が好ましいが、その他金属や、金属に限らずその他の高熱伝導率材料を用いても良い。
【００３２】
前述の構成を有するガスセンサ１は、図１に示す様に高温高湿のガス、蒸気が流れる配管１５内に臨ませる様にして取り付けられている。
【００３３】
ガスセンサ１が起動するとヒータ１１が起動し、ヒータホルダ９を過熱し始める。センサ起動中はヒータ１１によりガス検出室１０内温度が高くなるため、相対湿度が低くなり、ガス検出室１０内の結露を防止することができる。
【００３４】
次に、ヒータ１１がＯＦＦになると、ガス検出素子２及びガス検出室１０内の温度が下がり始め、検出ガス温度よりもガス検出素子２の温度、ガス検出室１０内の温度が低くなると結露が発生する。そこで、ヒータ１１ＯＦＦ後でもガス検出素子２、ガス検出室１０内をガス温度と同等かあるいは高く維持するために、ヒータホルダ９からの熱逃げを抑え結露を防止する。
【００３５】
本実施形態のガスセンサ１の結露防止構造によれば、低熱伝導率材料で形成され、ヒータホルダ９との間に空気層を持つフランジ６及びプレート７をヒータホルダ９の周囲に取り付けることでヒータホルダ９からの熱逃げを抑え、ヒータホルダ９の温度を保温することで結露を防止することができる。また、高比熱材料でヒータホルダ９の周囲を囲むことで、ヒータ１１ＯＦＦ後においてもヒータホルダ９の温度を保温し、結露を防止することができる。
【００３６】
ガスセンサ１で、ガス検出室１０が納められるケース１３に高熱伝導率材料を用い、ガスセンサ１が取り付けられるガスが流れる配管１５から受熱し易くすることで、ケース１３全体を保温し、ガス検出素子２およびガス検出室１０内の結露を防止することができる。
【００３７】
また、ケース１３の上方に設置されるカバー１４に低熱伝導率材料または高比熱材料を用い、ケース１３全体を保温することで結露を防止することができる。
【００３８】
ここで、図２を用いて、本発明の一実施形態によるガスセンサの結露対策の効果について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態によるガスセンサの結露対策の効果の説明図である。
【００３９】
図２は、ヒータＯＦＦ後の、本実施形態による結露対策品と、従来の結露未対策品のガス温度とガス検出室内温度の温度差を示している。図２において、横軸は時間を示し、時間０分にヒータをオフしている。縦軸は、温度差（ガス検出室内温度−ガス温度）を示している。温度差が「正」とは、ガス検出室内温度がガス温度よりも高いことを示し、この場合結露は防止される。
【００４０】
ここで、本実施形態の結露対策品は、熱伝導率０．３２Ｗ／ｍ２・ＫのＰＰＳ製フランジ６を使用しており、フランジ６には空気層０．５ｍｍを設けている。従来の結露未対策品は熱伝導率０．６７Ｗ／ｍ２・ＫのＰＰＳ製フランジを用いている。結露未対策品は、ガス検出室内温度がガス温度よりも低いため、結露が発生するが、本実施形態の結露対策品は、ガス検出室内温度がガス温度よりも同等かそれ以上にできるため、結露を防止することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ガスセンサにおけるヒータＯＦＦ後にもガス温度よりもガス検出素子及びガス検出素子周辺、ガス検出室内の温度を高く維持できるため結露が防止され、ガス検出素子の延命、ガス検出素子の感度劣化を抑えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…ガスセンサ
２…ガス検出素子
３…ステム
４…キャップ
５…ガス検出素子ホルダ
６…フランジ
７…プレート
８…空気層
９…ヒータホルダ
１０…ガス検出室
１１…ヒータ
１２…撥水膜
１３…ケース
１４…カバー
１５…配管
【図１】
2013113733.tif 000003
【図２】
2013113733.tif 000004