JP2002116173A

JP2002116173A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2002116173A
Application number: JP2000306015A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Uno; 克彦宇野; Masao Maki; 正雄牧; Takashi Niwa; 孝丹羽; Kunihiro Tsuruta; 邦弘鶴田; Takahiro Umeda; 孝裕梅田; Makoto Shibuya; 誠澁谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスセンサ作動時の放熱を抑制し消費電力を
低減する。【解決手段】センサ本体１０の内部に設けられ所定の
ガスに感応するガス検知部１２及びこのガス検知部１２
を所定の温度に加熱するヒータ１５とからなるセンサ素
子１１と、センサ素子１１の周囲空間に拡散域１９を形
成するケース体１８と、ケース体１８に設けられ外気と
連通するガス取入れ口２０と、センサ素子１１とケース
体１８との間に設けられた断熱部材２４とを備えてい
る。これによって、熱伝導や、対流や、放射等による放
熱を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばガス燃焼機
器等からガス洩れが発生した場合や、室内燃焼機器の不
完全燃焼により発生する一酸化炭素を検知するガスセン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスセンサには種々の方式、形状
のものがあるが、その一例として図６に示すような形状
のものがある。図６において、センサ本体１の内部には
ガス検知部２が設定されている。３はガス検知部２が接
続された検出電極、４はガス検知部２を所定温度に昇温
するヒータ５が接続されたヒータ電極である。ガス検知
部２と検出電極３、ヒータ５とヒータ電極４は６で接続
されている。７は検出電極３、ヒータ電極４を固定する
ベース体、８はガス検知部２の周囲空間に拡散域を形成
する筒状のケース体、９はケース体８に設けられたガス
取入れ口であり、内側にステンレス等の金網が設置され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般にガスセンサは一
酸化炭素、メタン、プロパン、水素などに選択的に感応
し、ガス洩れ警報機や、ＣＯ警報機などの用途に用いら
れている。このようなセンサはヒータ５によってガス検
知部２を所定温度に昇温し、吸着したガスによって生じ
る起電力や抵抗値の変化でガス濃度を検知するものであ
る。したがって、ガス検知部２を所定温度に保持するた
めにヒータ５に通電する必要があった。特に給湯機器な
どの燃焼機器に組み込んで使用する場合は、燃焼機器の
使用直後からガス検知が可能な状態にするために、燃焼
機器を使用していないときにもヒータ５に通電しておく
必要があり、ヒータ５に常時通電してガスを検知する方
式のガスセンサでは定常状態においては、ガス検知部を
加熱する以外に対流、放射などで５０〜７０％程度の熱
が放熱されていることが明らかになっており、省電力化
の為にはこれらの放熱ロスを抑えることが必要である。
また、燃焼機器全体の待機電力を小さくするためにもガ
スセンサの省電力化が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明のガスセンサは、所定空間に臨んで設定され
たセンサ本体と、前記センサ本体の内部に設けられ所定
のガスに感応するガス検知部と前記ガス検知部を所定の
温度に加熱するヒータとからなるセンサ素子と、前記セ
ンサ素子が接続された電極と、前記電極を固定するベー
ス体と、前記センサ素子の周囲空間に拡散域を形成する
ケース体と、前記ケース体に設けられ外気と連通するガ
ス取入れ口と、前記センサ素子と前記ケース体との間に
設けられた断熱部材を有する構成としている。

【０００５】上記発明によれば、断熱部材により加熱状
態におけるガス検知部、ヒータからの熱伝導や放射や空
気の対流による放熱を抑制するので、消費電力を大幅に
低減することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は所定空間に臨んで設定さ
れたセンサ本体と、前記センサ本体の内部に設けられ所
定のガスに感応するガス検知部と前記ガス検知部を所定
の温度に加熱するヒータとからなるセンサ素子と、前記
センサ素子が接続された電極と、前記電極を固定するベ
ース体と、前記センサ素子の周囲空間に拡散域を形成す
るケース体と、前記ケース体に設けられ外気と連通する
ガス取入れ口と、前記センサ素子と前記ケース体との間
に設けられた断熱部材を有するようにガスセンサを構成
している。そして、断熱部材により加熱状態におけるガ
ス検知部、ヒータからの放射や空気の対流による放熱を
抑制するので、消費電力を大幅に低減することができ
る。

【０００７】また、前記の断熱部材は、前記センサ素子
を囲うとともに上方空間を閉塞するように構成してい
る。そして、断熱部材で上方空間を閉塞することによ
り、加熱された空気の対流による放熱を抑制するととも
に、対流空気からの熱伝導による放熱も抑制することが
できる。

【０００８】また、ケース体の下部側面または下面に設
けられ、外気と連通するガス取入れ口と、センサ素子と
前記ケース体との間にあり、前記ガス取り入れ口に対向
して開口部を設けた断熱部材を有するようにガスセンサ
を構成している。そして、ケース体の下部側面、または
下面からガスを取り入れる構成にしているので、加熱さ
れた空気の対流によるケース体外への流出を抑制するこ
とができる。

【０００９】また、センサ素子の位置をガス取り入れ口
及び断熱部材の開口部より上方となるようにガスセンサ
を構成している。そして、センサ素子が開口部より上方
位置としているので、加熱された空気の対流によるケー
ス体外への流出を効果的に抑制することができる。

【００１０】また、断熱部材の内面に反射部材を設けた
構成としている。そして、反射部材によりセンサ素子か
らの放射熱を遮断するので放射による放熱ロスも抑制す
ることができる。

【００１１】また、ヒータをセンサ素子の上面に設けた
構成としている。そして、放熱ロスの大きいヒータを上
面に設けることにより、対流による放熱ロスを抑制する
とともに、熱伝導および放射による放熱ロスも抑制する
ことができる。

【００１２】また、センサ素子上方の反射部材の内面は
曲面形状とした構成としている。そして、曲面形状とす
ることにより、センサ素子からの放射熱を効果的にセン
サ素子に反射するので放射による放熱ロスを抑制するこ
とができる。

【００１３】また、断熱部材の中に撥水成分を混入した
構成としている。そして、撥水成分を混入することによ
り断熱部材への水分の吸収、乾燥の繰り返しによる断熱
部材の構造破壊を抑制するとともに、水分による電気抵
抗の低下を抑制して、センサ出力への悪影響を抑制する
ことができる。

【００１４】また、断熱部材の中に反射率の大きな成分
を含有した構成にしている。そして、断熱部材自体に反
射性を持たせることにより、反射部材を設ける必要がな
く、放射による放熱ロスを抑制することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図３を
用いて説明する。

【００１６】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おけるガスセンサの断面図である。

【００１７】図１において、１０はセンサ本体で所定空
間、たとえば燃焼機器の熱交換器下流や一般居住空間
（図示せず）に臨ませて設定されている。センサ本体１
０内にはセンサ素子１１が収納されている。センサ本体
１０はガス検知部１２を有しており、このガス検知部１
２は検出電極１３にリード線１４で接続されている。ガ
ス検知部１２には種々の方式があるが、一般的に、接触
燃焼式、半導体式、熱線半導体式及び固体電解質式など
が用いられている。１５はガス検知部１２を所定の温度
に設定するためのヒータで、ガス検知部１２に併設され
ている。１６はヒータ電極で、ヒータ１５はリード線１
４によってヒータ電極１６に接続されている。

【００１８】また、１７は検出電極１３、ヒータ電極１
６を固定するベース体、１８はガス検知部１２の周囲空
間に拡散域１９を形成する筒状のケース体、２０はケー
ス体１８に設けられたガス取入れ口、２１はガス取入れ
口２０に設けられた制流体で、二重に重ねられた金網に
より構成されている。２２はベース体１７を固定する固
定金具、２３は検出電極１３およびヒータ電極１６の絶
縁性を確保するとともに固定金具２２、ベース体１７を
一体的に固定するポッティングである。２４はケース体
１８の内方に設定された断熱部材であり、拡散域１９を
介してセンサ素子１１を内包するように設定されてい
る。２５は検出電極１３およびヒータ電極１６を電源や
検出回路（図示せず）に接続する外部リード線である。

【００１９】以上の構成において電源（図示せず）をオ
ンにするとヒータ１５に通電されガス検知部１２が所定
の温度になると検知可能状態となる。ここでセンサ本体
１０が設置された空間の測定対象ガス（一酸化炭素、プ
ロパン、水素、各種臭気など）濃度が増加するとガス検
知部１２の出力が増加し、設定出力以上になると警報
（図示せず）を発する。一般的にガスセンサはガス洩れ
警報機や、ＣＯ警報機などの用途に用途に用いられてい
る。通常ガス検知部１２は安定した出力を得るために所
定温度に保持される。

【００２０】また、たとえば不完全燃焼防止装置などの
ように燃焼機器に組み込まれて使用される場合は、燃焼
機器の動作開始と同時にガスの検知を可能とするため
に、常時ヒータ１５に通電される場合もある。すなわち
燃焼機器が使用されていない時（待機時）も電力を供給
する必要がある。この待機時電力は実際のガス検知には
不要なものであり、極力少なくすることが望まれる。こ
の消費電力は結局はセンサ素子１１からの放熱量に等し
いから、センサ素子１１からの放熱量を抑えることが必
要である。

【００２１】本実施例では、ケース体１８の内方に拡散
域１９を介してセンサ素子１１を内包するように断熱部
材２４を設定しているので、熱伝導による放熱を低減す
ることができる。また、断熱部材２４は上方空間を閉塞
するようにするとともに、ガス取入れ口２０をケース体
１８下部に設け、このガス取入れ口２０に対向する位置
の断熱部材２４に開口部２６を設けている。

【００２２】また、センサ素子は、ガス取入れ口２０お
よび断熱部材２４の開口部２６より上方位置に設定する
構成としている。ヒータ１５によって加熱されたセンサ
素子１１の周囲の空気の対流による放熱を低減すること
ができる。

【００２３】（実施例２）図２は本発明の実施例２にお
けるガスセンサの要部断面図である。基本構成は図１と
同一であるので異なる点のみ説明する。

【００２４】断熱部材２４の内面に反射部材２７を有し
た構成にしている。反射部材２７は金属板の表面を鏡面
仕上げもしくは、表面を金めっきして構成しており断熱
部材２４の保持もかねている。反射部材２７によってセ
ンサ素子１１から放射される熱を反射するので実施例１
で示した熱伝導と対流による放熱の抑制に加え、放射に
よる放熱を抑制するので大幅な消費電力の低減を図るこ
とができる。

【００２５】（実施例３）図３は本発明の実施例３にお
けるガスセンサの要部断面図である。基本構成は図２と
同一であるので異なる点のみ説明する。

【００２６】センサ素子１１は感応部１２を下面に、ヒ
ータ１５を上面に配した構成としている。ガス取り入れ
口２０はセンサ素子１１より下方にあるのでこの構成に
より測定対象ガスが拡散してきた場合はガスに感応しや
すくなる。また、ヒータ１５が下面にある場合はヒータ
１５からの放射およびヒータ１５で加熱された空気がガ
ス取入れ口２０から大気中へ対流することによる放熱が
あった。ヒータ１５上面に配することにより加熱された
空気を拡散域１９に滞留させて大気中への放熱を抑制す
るので、断熱部材の熱伝導や放射に対する放熱の低減に
加え、滞留による放熱を低減させるので消費電力をさら
に低減させることができる。

【００２７】（実施例４）図４は本発明の実施例３の要
部断面図である。基本構成は実施例３と同一であるので
異なる点のみ説明する。図４では反射材２８の内面を略
球面形状としている。これによりヒータ１５からの放射
はほとんどがセンサ素子１１に反射され、センサ素子１
１の加熱に利用できるのでさらに加熱のための消費電力
を低下させることができる。

【００２８】図５は従来例と実施例１に対し、センサ素
子１１の温度を４５０℃に保持するための消費電力を示
したものである。断熱部材として熱伝導度が空気の熱伝
導度と同程度のものを用いた。従来例に対し大幅に消費
電力が低減されており本実施例の効果が明らかである。

【００２９】また、消費電力の低減には直接効果はない
が、断熱部材に撥水性を付与することによりガスセンサ
の耐久性や信頼性を向上させることが可能である。断熱
部材１の原料に撥水性はシランカップリング剤と反応さ
せて形成することができる。通常、断熱部材の微粒子を
繊維材もしくはたの結合材で成形したものが用いられる
が、水分を吸収した後乾燥すると毛細管圧力により収縮
が起こり、これが繰り返されると構造上の強度が低下し
割れが生じる。ガスセンサが燃焼機器に組み込まれる場
合はや湿度の高い環境下で使用される場合は、結露によ
り吸湿−乾燥の繰り返しが行われるので割れが生じて、
断熱部材が脱落したり、断熱効果が低下する危険性があ
る。撥水性を付与することにより、吸湿を防止して構造
上の強度を保持しガスセンサを長期間安定して使用する
ことが得きる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように請求項１から８記載の発明
によれば、ヒータによって加熱された空気を拡散域に滞
留させて大気中への対流による放熱を抑制するととも
に、断熱部材により滞留空気からの熱伝導による放熱も
抑制する。また反射材によってセンサ素子から放射によ
って放出される熱を再度センサ素子に反射させることに
より放射による放熱も抑制し、ヒータ加熱のための消費
電力を大幅に削減することができる。また、断熱部材に
撥水性を付与することにより、水分の影響に起因する収
縮による強度低下を防止し、長期間安定した使用が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるガスセンサの断面図

【図２】本発明の実施例２におけるガスセンサの断面図

【図３】本発明の実施例３におけるガスセンサの断面図

【図４】本発明の実施例４におけるガスセンサの断面図

【図５】ガスセンサの効果を示す比較特性図

【図６】従来のガスセンサの断面図

【符号の説明】

１０センサ本体１１センサ素子１２ガス検知部１３検出電極１４リード線１５ヒータ１６ヒータ電極１７ベース体１８ケース体１９拡散域２０ガス取入れ口２４断熱部材２６開口部２７、２８反射部材

フロントページの続き (72)発明者丹羽孝大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鶴田邦弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者梅田孝裕大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者澁谷誠大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2G046 AA05 AA11 AA19 AA21 BA02 BE01 BF05 BG02 BH02 BH08 BH10 DB04 DB05 DC09 DC14 EA12 EB06 2G060 AA01 AB03 AB08 AB17 AB18 AE19 AF07 AG01 BA01 BA03 BA05 BB02 BB08 BC07 BD06 HB05 HB06 HC07 HD07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定空間に臨んで設定されたセンサ本体
と、前記センサ本体の内部に設けられ所定のガスに感応
するガス検知部及び前記ガス検知部を所定の温度に加熱
するヒータとからなるセンサ素子と、前記センサ素子に
接続された電極と、前記電極を固定するベース体と、前
記センサ素子の周囲空間に拡散域を形成するケース体
と、前記ケース体に設けられ外気と連通するガス取入れ
口と、前記センサ素子と前記ケース体との間に設けられ
た断熱部材とを有するガスセンサ。
【請求項２】断熱部材は、センサ素子を囲うとともに
上方空間を閉塞するように設けられた請求項１記載のガ
スセンサ。
【請求項３】ガス取入れ口は、ケース体の下部に設け
られ、断熱部材は、前記ガス取り入れ口に連通した開口
部を有する請求項２記載のガスセンサ。
【請求項４】センサ素子は、ガス取り入れ口及び開口
部より上方に設けた請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】断熱部材の内面に反射部材を設けた請求
項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】ヒータをセンサ素子の上面に設けた請求
項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】センサ素子を囲う断熱部材の上方の内面
を曲面形状とした請求項２〜６のいずれか１項に記載の
ガスセンサ。
【請求項８】断熱部材に撥水成分を添加した請求項１
〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。