JP2005274505A - 炭酸ガス濃度測定装置、炭酸ガス濃度測定方法、ならびに燃焼機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外気中の炭酸ガス濃度を高精度に測定することが可能な燃焼機器を提供する。
【解決手段】 暖房用の火炎に基づく燃焼熱によって加熱されることにより赤外線Ｒを放出する赤外線放出板４０Ａと、その赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒの強度の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する測定ユニット４０Ｂとを含むように、暖房機器に搭載された炭酸ガスセンサ４０を構成する。熱エネルギーを光エネルギーに変換する非電力消費型の赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）を使用して赤外線Ｒを放出させることが可能なため、電気エネルギーを光エネルギーに変換する電力消費型の赤外線源（例えばフィラメント電球などの光源）を使用していた従来の場合とは異なり、電気的変動要因（例えば乾電池の消耗）に起因して赤外線Ｒの放出強度が経時的に変動しにくくなり、燃焼熱の熱エネルギーが維持されている限りにおいて赤外線Ｒの放出強度が安定化する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、外気中の炭酸ガス濃度を測定するために使用される炭酸ガス濃度測定装置、外気中の炭酸ガス濃度を測定するための炭酸ガス濃度測定方法、ならびに炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を使用した炭酸ガス濃度測定機能を備えた燃焼機器に関する。

従来より、燃焼熱を利用して各種効果を発揮する多様な燃焼機器が知られている。この燃焼機器としては、例えば、燃焼熱を利用して暖房効果を発揮する暖房機器が世界的に広く使用されており、この暖房機器としては、使用地域の気候等の条件に応じた暖房性能を有する多様な種類のものが知られている。この暖房機器に関しては、近年、本来の暖房機能以外に、安全基準や環境保全等の観点から新たな機能も要望されている。

一例を挙げれば、欧州では、暖房機器として、青炎バーナやホワイトフレームを利用した石油ストーブが広く使用されており、この種の暖房機器に関して、地球温暖化現象の進行を欧州規模で抑制することを目的として、炭酸ガス（二酸化炭素）濃度を測定することが要望されている。この炭酸ガス濃度の測定機能を備えた暖房機器は、必要に応じて外気、すなわち石油ストーブが使用されている室内空気中の炭酸ガス濃度を測定しており、その炭酸ガス濃度が規定値以上となったときに、ユーザにより停止させられている。

炭酸ガス濃度の測定機構に関しては、従来から既にいくつかの技術が知られている。具体的には、例えば、炭酸ガスに対する赤外線の被吸収特性、すなわち炭酸ガスが固有の波長域の赤外線を吸収する性質を利用して炭酸ガス濃度を測定する機構が知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。この種の炭酸ガス濃度の測定機構では、フィラメント電球などの赤外線源（光源）から外気中に放出された赤外線を受光素子（赤外線センサ）において受光し、その赤外線の強度変化（光源から放出された赤外線の放出強度と赤外線センサにおいて検出された赤外線の検出強度との差異）に基づいて炭酸ガスに対する赤外線の被吸収率を演算することにより、外気中の炭酸ガス濃度を測定している。上記したフィラメント電球などの光源は、一般に、乾電池などを使用して駆動可能になっている。この種の炭酸ガス濃度の測定機構は、炭酸ガスセンサとして既に商品化されており、この炭酸ガスセンサを備えた暖房機器も併せて商品化されている。
特開平０５−０６０６８７号公報 株式会社ガステックホームページ 「二酸化炭素センサ ＣＯ２−１０３Ｒ」 インターネット ＜URL:http://www.gastec.co.jp/seihin/sensa/red_sensa.htm＞

ところで、暖房機器に炭酸ガス濃度の測定機構を搭載させた場合には、当然ながら、炭酸ガス濃度を高精度に測定するために、その炭酸ガス濃度の測定精度を確保する必要がある。しかしながら、従来の炭酸ガス濃度の測定機構では、電気エネルギーを光エネルギーに変換して赤外線を放出する電力消費型の赤外線源（例えばフィラメント電球などの光源）を使用している構成的要因に基づき、炭酸ガス濃度の測定精度が劣化し得るという問題があった。具体的には、従来の炭酸ガスの測定機構では、赤外線源としての光源が乾電池駆動している関係上、その乾電池の消耗具合に依存して赤外線の放出強度が経時的に変動し得るため、その赤外線の放出強度の変動に起因して炭酸ガス濃度の測定結果に誤差が含まれるおそれがあった。

なお、従来の炭酸ガス濃度の測定機構に関して上記した問題を改善するためには、例えば、赤外線の放出強度の変動に起因して炭酸ガス濃度の測定結果に誤差が含まれないようにするために、その赤外線の放出強度が変動しないような頻度で乾電池を交換すればよいが、この乾電池交換を要する対策は、頻繁に乾電池を交換しなければならない点において手間を要すると共に不経済である。また、上記した他、例えば、赤外線の放出強度の変動に起因して炭酸ガス濃度の測定結果に誤差が含まれることを見越して、補正演算用の回路を使用して誤差を解消するように炭酸ガス濃度の測定結果を補正する対策も考えられるが、この補正演算用の回路を使用した対策は、新たに補正演算用の回路を搭載しなければならない点において暖房機器の構成が煩雑化すると共にコストアップを招いてしまう。

確認までに、炭酸ガス濃度の測定機構を搭載した暖房機器に関して、フィラメント電球などの光源から放出される赤外線の放出強度が経時的に変動しないようにするためには、例えば、乾電池を使用して光源を駆動させずに、コンセントなどの電気的特性が安定な電源を使用して光源を駆動させればよいが、上記した石油ストーブに代表される移動型の暖房機器、すなわち根本的にコンセントを使用せずに移動自在に使用されることを前提としている暖房機器は、当然ながら、必ずしもコンセントが設置されている場所で使用されるとは限らないため、上記したように、フィラメント電球などの光源を乾電池駆動させている限り、炭酸ガス濃度の測定結果に誤差が含まれ得る。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、外気中の炭酸ガス濃度を高精度に測定することが可能な炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、本発明の炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を使用し、外気中の炭酸ガス濃度を高精度に測定することが可能な燃焼機器を提供することにある。

本発明に係る炭酸ガス濃度測定装置は、炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定するものであり、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から放出された赤外線の強度を検出する第１の赤外線強度検出手段と、少なくとも第１の赤外線強度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する演算手段とを備えたものである。

本発明に係る炭酸ガス濃度測定方法は、炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定する方法であり、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から放出された赤外線の強度を検出し、その赤外線の強度の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算するようにしたものである。

本発明に係る炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法では、炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定するために、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から赤外線が放出され、その赤外線の強度の検出結果（赤外線の強度変化）に基づいて炭酸ガス濃度が演算される。この場合には、燃焼熱の熱エネルギーを赤外線発生用のエネルギーとして流用することにより赤外線源から赤外線が放出され、すなわち熱エネルギーを光エネルギーに変換する非電力消費型の赤外線源を使用して赤外線が放出されるため、電気エネルギーを光エネルギーに変換する電力消費型の赤外線源（例えばフィラメント電球などの光源）を使用して赤外線を放出させていた従来の場合とは異なり、電気的変動要因（例えば乾電池の消耗）に起因して赤外線の放出強度が経時的に変動しにくくなる。これにより、燃焼熱の熱エネルギーが維持されている限りにおいて赤外線の放出強度が安定化され、上記した電気的変動要因に起因して炭酸ガス濃度に誤差が含まれなくなるため、外気中の炭酸ガス濃度の測定精度が向上する。

本発明に係る燃焼機器は、炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定機能を備えたものであり、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線を放出する赤外線源と、赤外線源から放出された赤外線の強度を検出する赤外線強度検出手段と、赤外線強度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する演算手段とを備えたものである。

本発明に係る燃焼機器では、本発明の炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を使用することにより、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から赤外線が放出され、その赤外線の強度の検出結果に基づいて炭酸ガスの濃度が演算されるため、上記したように、赤外線の放出強度の安定化に基づいて外気中の炭酸ガス濃度測定精度が向上する。なお、「外気」とは、燃焼機器の周辺空気、すなわち燃焼機器が使用されている室内の空気である。

本発明に係る炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法によれば、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から赤外線が放出され、その赤外線の強度の検出結果に基づいて外気中の炭酸ガス濃度が演算されることに基づき、炭酸ガス濃度の測定精度が向上するため、外気中の炭酸ガスの濃度を高精度に測定することができる。これにより、これらの炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を使用して、外気中の炭酸ガス濃度を高精度に測定することが可能な燃焼機器を具現化することができる。

また、本発明に係る燃焼機器によれば、本発明の炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法を使用して炭酸ガス濃度が演算されることに基づき、その炭酸ガス濃度の測定精度が向上するため、外気中の炭酸ガス濃度を高精度に測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る燃焼機器としての暖房機器の構成について説明する。図１は暖房機器の外観構成を模式的に表しており、図２は図１に示した暖房機器の断面構成を模式的に表している。なお、本発明の「炭酸ガス濃度測定装置」は本実施の形態の暖房機器に搭載されるものであると共に、本発明の「炭酸ガス濃度測定方法」は本実施の形態の暖房機器の動作に基づいて実現されるものであるため、それらの「炭酸ガス濃度測定装置」および「炭酸ガス濃度測定方法」に関しては以下で併せて説明する。

本実施の形態に係る暖房機器は、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度を測定し、より具体的には炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気Ｇ中の炭酸ガス濃度を測定する機能を有するものである。この暖房機器は、例えば、移動型の石油ストーブであり、図１および図２に示したように、主に、タンク１０上に配置された外筒２０の周囲を囲むようにガード３０が設置されており、そのガード３０に炭酸ガスセンサ４０が取り付けられた構成を有している。この外筒２０には、上蓋２３が設けられている。また、外筒２０の内部には、暖房用の火炎Ｆを安定化させるための内炎板２１、芯外筒２４および外炎板２５が収納されている。なお、図２では、ガード３０の図示を省略している。

タンク１０は、例えば灯油などの燃料１１を貯蔵するための貯蔵部材であると共に、外筒２０を支持するための支持部材である。このタンク１０には、例えば、空気導入用の導入口１０Ｋが下面に設けられていると共に、暖房機器の暖房能力（いわゆる火力）を調整するためのダイヤル式のつまみ１２が表面に設けられている。この暖房機器では、例えば、タンク１０に貯蔵されている燃料１１に気化芯１３の一端が浸漬されていると共にその気化芯１３の他端が内炎板２１の近傍まで延設されており、その気化芯１３を利用して気化された燃料１１が着火されることにより火炎Ｆが生じるようになっている。なお、タンク１０には、例えば、給油口や油量メータ（いずれも図示せず）なども設けられている。

外筒２０は、上記した内炎板２１、芯外筒２４および外炎板２５を収納するための筒状の外装部材であると共に、燃焼熱によって加熱される被加熱部材である。この外筒２０には、例えば、暖房機器の燃焼状態を視認可能とするための窓２２が設けられている。なお、外筒２０には、例えば、内筒や内炎板押さえ（いずれも図示せず）なども収納されている。この外筒２０に収納されている内炎板２１は、気流を安定に維持して火炎Ｆを安定化させることにより、上記したように、暖房機器の燃焼状態を安定化させるものである。

ガード３０は、暖房機器を使用するユーザが誤って外筒２０に触れることを防止するための防護部材である。このガード３０は、例えば、外筒２０の延在方向に沿って延在する複数の線状部材が両端近傍において２つのリング状部材を介して固定された略網状構造を有している。

炭酸ガスセンサ４０は、炭酸ガスを含む外気Ｇ、すなわち暖房機器の周辺空気（暖房機器が使用されている室内の空気）中の炭酸ガス濃度を測定するために使用される炭酸ガス濃度測定装置である。この炭酸ガスセンサ４０は、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から放出された赤外線を利用して炭酸ガス濃度を測定するものであり、具体的には、例えば、炭酸ガス濃度を測定するために、燃焼熱によって加熱されることにより後述する赤外線放出板４０Ａ（図３参照）から放出された赤外線を利用するものである。特に、炭酸ガスセンサ４０は、例えば、ガード３０に取り付けられることにより支持されており、必要に応じて自由に着脱可能になっている。

次に、図１〜図３を参照して、暖房機器の主要部の構成について説明する。図３は、図１および図２に示した炭酸ガスセンサ４０およびその周辺部の断面構成を拡大して表している。なお、図３では、図示内容を簡略化するために、外筒２０および炭酸ガスセンサ４０のみを図示しており、他の内炎板２１およびガード３０等の図示を省略している。

炭酸ガスセンサ４０は、例えば、図１〜図３に示したように、燃焼熱、具体的には暖房機器において生じる暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱によって加熱されることにより赤外線Ｒを放出する赤外線源としての赤外線放出板４０Ａと、この赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを検出することにより炭酸ガス濃度を測定する測定ユニット４０Ｂとを含んで構成されている。赤外線放出板４０Ａと測定ユニット４０Ｂとの間には、外気Ｇを通過させるための外気流路６０が設けられており、例えば、室内の自然対流現象を利用して外気Ｇを外気流路６０に導くようになっている。この外気流路６０の幅、すなわち赤外線放出板４０Ａと測定ユニット４０Ｂとの間の間隔は、例えば、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを測定ユニット４０Ｂにおいて十分に検出可能な限り、自由に設定可能である。なお、外気Ｇを外気流路６０に導く方法は必ずしも自然対流に限らず、例えば、暖房機器が吸気・排気機構を有している場合には、その吸気・排気機構を利用して自然的または機械的（強制的）に外気Ｇを外気流路６０に導くようにしてもよい。

赤外線放出板４０Ａは、例えば、外筒２０の外壁面に取り付けられた板状の赤外線放出部材である。この赤外線放出板４０Ａは、例えば、接着剤などを介して外筒２０に貼り付けられており、燃焼熱の熱伝導現象、すなわち燃焼熱が外筒２０を経由して赤外線放出板４０Ａに直接的に伝導する現象を利用して加熱されることにより赤外線Ｒを放出するものである。赤外線放出板４０Ａは、例えば、燃焼熱によって加熱されることにより赤外線Ｒを放出可能な材料により構成されており、具体的にはグラファイト、ガラス（ケイ素酸化物）または金属酸化物などにより構成されている。この金属酸化物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリウム（Ｎａ）またはリチウム（Ｌｉ）などの金属の酸化物が挙げられる。この赤外線放出板４０Ａの構成材料としては、例えば、放射率が高い上、その放射率と波長との間の相関が既知である材料が好ましい。特に、赤外線放出板４０Ａの立体的構造としては、例えば、表面が平滑でない凹凸構造が好ましい。なお、赤外線放出板４０Ａは必ずしも外筒２０に取り付けられている必要はなく、例えば、赤外線放出板４０Ａが外筒２０から離間されて配置されており、その赤外線放出板４０Ａが燃焼熱の熱放射現象、すなわち燃焼熱が外筒２０と赤外線放出板４０Ａとの間の空間を経由して間接的に伝導する現象を利用して加熱されるようにしてもよい。

測定ユニット４０Ｂは、例えば、ケース４１の内部に、赤外線Ｒを波長分離するフィルタ４２と、このフィルタ４２において波長分離された赤外線Ｒ（Ｒ１）の強度を検出する赤外線センサ４３と、赤外線放出板４０Ａの温度を検出する温度センサ４６と、炭酸ガスセンサ４０全体を制御する制御回路４７とが収納された構成を有している。この温度センサ４６は、例えば、フィルタ４２と同様に赤外線Ｒを波長分離するフィルタ４４と、このフィルタ４４において波長分離された赤外線Ｒ（Ｒ２）の強度を検出する赤外線センサ４５とを含んで構成されている。すなわち、フィルタ４２、赤外線センサ４３、温度センサ４６（フィルタ４４，赤外線センサ４５）および制御回路４７は一括してケース４１に収納されており、すなわちケース４１に収納された状態で測定ユニット４０Ｂとしてユニット化されている。

ケース４１は、赤外線センサ４３および制御回路４７を含む一連の炭酸ガス濃度測定用のデバイスを収納し、それらのデバイスを周囲から空間的に分離する収納部材であり、より具体的には、赤外線センサ４３および制御回路４７を含む一連の炭酸ガス濃度測定用のデバイスが周囲から熱や光などの影響を受けることを防止するものである。ここでは、ケース４１に、上記した赤外線センサ４３および制御回路４７と共に、フィルタ４２および温度センサ４６（フィルタ４４，赤外線センサ４５）も収納されている。このケース４１には、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを導き入れるための開口（導入口）４１Ｋが設けられている。上記した「熱の影響」とは、例えば、外気流路６０を流れる外気Ｇの気流に起因する影響や、赤外線放出板４０Ａ以外の物体（例えば外筒２０）から放出される不要な赤外線に起因する影響などである。また、「光の影響」とは、火炎Ｆの光に起因する影響や、暖房機器が使用されている室内の照明光に起因する影響などである。このケース４１の構成材料としては、例えば、熱伝導性が低い上、光透過性が低い材料が好ましい。特に、ケース４１の表面には、例えば、上記した不要な赤外線を反射させるために、金鍍金などのコーティング処理が施されていてもよい。また、ケース４１には、例えば、そのケース４１自体が加熱されることにより温度上昇することを防止するために、ヒートシンク機構やラジエータ機構が設けられていてもよい。

フィルタ４２は、赤外線放出板４０Ａから放出されることにより外気流路６０を経由して測定ユニット４０Ｂへ導かれた赤外線Ｒを波長域Ｗ１（第１の波長域）に波長分離し、すなわち赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１を選択的に透過させることにより赤外線センサ４３へ導く光学フィルタ（第１の光学フィルタ）である。このフィルタ４２は、例えば、波長域Ｗ１以外の波長域に赤外線吸収特性を有するバンドパスフィルタにより構成されている。上記した波長域Ｗ１は、赤外線Ｒの全波長域のうちの炭酸ガスに吸収されやすい波長を含む波長域であり、例えば、４．２６μｍまたは４．４３μｍのいずれかの波長を含む波長域である。これらの２つの波長域はいずれも使用可能であるが、例えば、２つの波長域の間で炭酸ガスに対する赤外線の被吸収率を比較すると、その被吸収率は４．４３μｍの波長を含む波長域よりも４．２６μｍの波長を含む波長域において高くなるため、一般には、炭酸ガス濃度が低濃度（例えば１％以下）の場合には４．２６μｍの波長を含む波長域を使用し、高濃度（例えば１０％以上）の場合には４．４３μｍの波長を含む波長域を使用するのが好ましい。

赤外線センサ４３は、赤外線Ｒの強度を検出する赤外線強度検出手段（第１の赤外線強度検出手段）であり、具体的にはフィルタ４２において波長域Ｗ１に波長分離された赤外線Ｒ１の強度を検出するものである。この赤外線センサ４３は、例えば、サーモパイルなどの熱起電力型素子、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）などの焦電素子、あるいはセレン化鉛（ＰｂＳｅ）セルなどの光導電素子により構成されている。

温度センサ４６は、赤外線Ｒの強度を検出することにより赤外線放出板４０Ａの温度を検出する温度検出手段（第１の温度検出手段）である。フィルタ４４は、赤外線放出板４０Ａから放出されることにより外気流路６０を経由して測定ユニット４０Ｂへ導かれた赤外線Ｒを上記した波長域Ｗ１とは異なる波長域Ｗ２（第２の波長域；Ｗ２≠Ｗ１）に波長分離し、すなわち赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２を選択的に透過させることにより赤外線センサ４５へ導く光学フィルタ（第２の光学フィルタ）である。このフィルタ４４は、例えば、波長域Ｗ２以外の波長域に赤外線吸収特性を有するバンドパスフィルタ、具体的には５．５０μｍ以上の波長域に赤外線透過特性を有するローパスフィルタにより構成されている。上記した波長域Ｗ２は、赤外線Ｒの全波長域のうちの炭酸ガスに吸収されにくい波長を含む波長域である。特に、波長域Ｗ２としては、例えば、上記したように炭酸ガスに吸収されにくい上、その炭酸ガス以外の他の吸収源（例えば外気中の水分など）に吸収されにくい波長を含む波長域が好ましく、波長域Ｗ２の一例を挙げれば、３．００μｍの波長を含む波長域である。なお、波長域Ｗ２は必ずしも３．００μｍの波長を含む波長域に限らず、波長域Ｗ１と重複しない波長範囲において自由に設定可能である。

赤外線センサ４５は、赤外線Ｒの強度を検出することにより赤外線放出板４０Ａの温度を検出するために使用される赤外線強度検出手段（第２の赤外線強度検出手段）であり、具体的にはフィルタ４４において波長域Ｗ２に波長分離された赤外線Ｒ２の強度を検出するものである。この赤外線センサ４５は、例えば、サーモパイルなどの熱起電力型素子により構成されている。

制御回路４７は、炭酸ガスセンサ４０全体を制御するためのものであり、特に、少なくとも赤外線センサ４３の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する演算手段である。この制御回路４７は、例えば、赤外線センサ４３の検出結果と共に温度センサ４６（赤外線センサ４５）の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算するようになっている。

次に、図１〜図４を参照して、制御回路４７の詳細な構成について説明する。図４は、制御回路４７のブロック構成を表している。なお、図４では、制御回路４７を構成する一連の構成要素と共に、図３に示した赤外線センサ４３および温度センサ４６を併せて示している。

制御回路４７は、例えば、図４に示したように、制御回路４７の制御主体であるコントローラ４７１と、各種情報を記憶するためのメモリ４７２と、赤外線センサ４３の出力信号を増幅するアンプ４７３と、その赤外線センサ４３の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４７４と、温度センサ４６の出力信号を増幅するアンプ４７５と、その温度センサ４６の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４７６と、警告音を鳴らすブザー４７７とを含んで構成されている。

コントローラ４７１は、メモリ４７２から必要に応じてデータを読み出すことにより、そのデータと共に赤外線センサ４３の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）などの制御デバイスにより構成されている。このコントローラ４７１は、例えば、上記したように、赤外線センサ４３の検出結果と共に温度センサ４６の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するものであり、具体的には温度センサ４６により検出された赤外線放出板４０Ａの温度Ｔに基づき、その赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒの放出強度ＳＰを演算することにより、その赤外線Ｒの放出強度ＳＰに基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するようになっている。特に、コントローラ４７１は、例えば、炭酸ガス濃度Ｃを演算すると、その炭酸ガス濃度Ｃを評価するための基準値（基準濃度ＣＳ；例えばＣＳ＝１％）と炭酸ガス濃度Ｃとを比較することにより、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上（Ｃ≧ＣＳ）となったときにブザー４７７を作動させるようになっている。

メモリ４７２は、コントローラ４７１が炭酸ガス濃度Ｃを演算するために必要なデータを記憶しており、例えば、レジスタ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ）などの記憶デバイスにより構成されている。このメモリ４７２には、例えば、上記した基準濃度ＣＳ、プランクの式を利用して赤外線Ｒの放出強度ＳＰを演算するために必要な赤外線放出板４０Ａの放射率Ｈ、ならびに後述する赤外線Ｒ１の被吸収率Ｐと炭酸ガス濃度Ｃとの間の相関を表すテーブルデータＤなどがあらかじめ定数として記憶されている。

ブザー４７７は、コントローラ４７１から出力される作動信号に基づいて作動し、必要に応じて警告音を鳴らすものである。

次に、図１〜図４を参照して、暖房機器の動作について説明する。なお、本発明の炭酸ガス濃度測定方法は、以下で説明する暖房機器の動作に基づいて実現される。

この暖房機器では、炭酸ガスセンサ４０を構成する赤外線放出板４０Ａと測定ユニット４０Ｂ（フィルタ４２，赤外線センサ４３，温度センサ４６（フィルタ４４，赤外線センサ４５））との間に以下の光学的原理が成立する。すなわち、気化芯１３を利用して気化された燃料１１が着火されることにより火炎Ｆが発生し、その火炎Ｆに基づいて燃焼熱が生じると、その燃焼熱によって外筒２０が加熱され、すなわち燃焼熱が外筒２０を経由して伝導することにより赤外線放出板４０Ａが加熱されるため、その赤外線放出板４０Ａから測定ユニット４０Ｂへ向けて赤外線Ｒが放出される。赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒが外気流路６０を経由して測定ユニット４０Ｂへ導かれ、すなわち赤外線Ｒが導入口４１Ｋを通じてケース４１内のフィルタ４２へ導かれると、その赤外線Ｒがフィルタ４２において波長分離されるため、赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１が選択的に赤外線センサ４３へ導かれる。これにより、赤外線センサ４３において赤外線Ｒ１の強度（検出強度）Ｓが検出される。一方、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒが導入口４１Ｋを通じてケース４１内のフィルタ４４へ導かれると、その赤外線Ｒがフィルタ４４において波長分離されるため、赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２が選択的に赤外線センサ４５へ導かれる。これにより、赤外線センサ４５において赤外線Ｒ２の強度が検出されるため、温度センサ４６において赤外線Ｒ２の強度に基づいて赤外線放出板４０Ａの温度Ｔが検出される。

制御回路４７のコントローラ４７１は、以下の手順を経て、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃを演算する。すなわち、まず、温度センサ４６（赤外線センサ４５）において検出された赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを取得すると、メモリ４７２から赤外線放出板４０Ａの放射率Ｈを読み出し、プランクの式を利用して温度Ｔおよび放射率Ｈに基づいて赤外線Ｒ１の放出強度ＳＰを演算する。この「放出強度ＳＰ」とは、赤外線放出板４０Ａから放出された直後の赤外線Ｒ１の強度（初期強度）であり、すなわち炭酸ガスに吸収される前の赤外線Ｒ１の強度（最大強度）である。続いて、赤外線センサ４３において検出された赤外線Ｒ１の検出強度Ｓと先に演算した放出強度ＳＰとに基づき、放出強度ＳＰに対する検出強度Ｓの減少率、すなわち炭酸ガスに対する赤外線Ｒ１の被吸収率Ｐを演算する。最後に、メモリ４７２からテーブルデータＤを読み出し、そのテーブルデータＤを参照して被吸収率Ｐに対応する炭酸ガス濃度Ｃを特定する。これにより、赤外線センサ４３の検出結果および温度センサ４６（赤外線センサ４５）の検出結果に基づいて外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃが演算される。

炭酸ガス濃度Ｃを演算したコントローラ４７１は、メモリ４７２から基準濃度ＣＳを読み出すことにより炭酸ガス濃度Ｃと比較し、その炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったとき（Ｃ≧ＣＳ）にブザー４７７を作動させる。これにより、ブザー４７７が警告音を鳴らすため、その警告音を合図にしてユーザにより暖房機器が停止させられる。

本実施の形態に係る暖房機器では、炭酸ガスに対する赤外線Ｒの被吸収現象を利用して外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃを測定する測定機構として、暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱を利用して赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒを放出させることにより、その赤外線Ｒの強度の検出結果（赤外線Ｒ１の強度変化）に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算する炭酸ガスセンサ４０を備えるようにしたので、燃焼熱の熱エネルギーを赤外線発生用のエネルギーとして流用することにより赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒが放出され、すなわち熱エネルギーを光エネルギーに変換する非電力消費型の赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）を使用して赤外線Ｒが放出される。この場合には、上記「背景技術」の項において説明した従来の炭酸ガス濃度の測定機構、すなわち電気エネルギーを光エネルギーに変換する電力消費型の赤外線源（例えばフィラメント電球などの光源）を使用していた場合とは異なり、例えば乾電池の消耗などの電気的変動要因に起因して赤外線Ｒの放出強度が経時的に変動しにくくなる。これにより、燃焼熱の熱エネルギーが維持されている限りにおいて赤外線Ｒの放出強度が安定化され、上記した電気的変動要因に起因して炭酸ガス濃度Ｃに誤差が含まれにくくなるため、その炭酸ガス濃度Ｃの測定精度が向上する。したがって、本実施の形態では、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃを高精度に測定することができる。

また、本実施の形態では、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを波長域Ｗ１に波長分離するフィルタ４２を備え、そのフィルタ４２の波長分離作用を利用して赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１を選択的に赤外線センサ４３へ導くようにしたので、その赤外線センサ４３において、炭酸ガス濃度Ｃを測定するために必要な波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１が選択的に検出される。したがって、赤外線センサ４３において赤外線Ｒ１の強度を安定かつ容易に検出することができる。

この場合には、特に、上記したように炭酸ガス濃度Ｃを測定するために必要な波長域Ｗ１、すなわち炭酸ガスに対する被吸収性が高い特定の波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１の強度に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するようにしたので、炭酸ガスに対する被吸収性が低い波長域の赤外線の強度に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算する場合と比較して、炭酸ガスに対する被吸収性に基づく赤外線Ｒ１の検出感度が向上する。したがって、炭酸ガス濃度Ｃをより高精度に測定することができる。

また、本実施の形態では、赤外線センサ４３をケース４１に収納し、その赤外線センサ４３を周囲から空間的に分離するようにしたので、そのケース４１の存在に基づき、赤外線センサ４３が周囲から熱や光の影響を受けにくくなる。この場合には、赤外線センサ４３をケース４１に収納させずに露出させる場合と比較して、赤外線センサ４３の検出結果に上記した熱や光の影響に起因する誤差が含まれにくくなるため、その赤外線センサ４３の検出精度が向上する。したがって、赤外線センサ４３において赤外線Ｒ１の強度を高精度に検出することができる。この場合には、例えば、上記したように、ケース４１に不要な赤外線を反射させるためのコーティング処理を施したり、あるいはケース４１に温度上昇を防止するためのヒートシンク機構やラジエータ機構を設けるようにすれば、赤外線センサ４３の検出精度をより向上させることができる。もちろん、赤外線センサ４３に関して上記した効果は、その赤外線センサ４３と共にケース４１に収納されている温度センサ４６（赤外線センサ４５）に関しても同様に得られるため、その温度センサ４６（赤外線センサ４５）において赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを高精度に検出することもできる。

また、本実施の形態では、赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを検出する温度センサ４６（赤外線センサ４５）を備え、制御回路４７のコントローラ４７１が赤外線センサ４３の検出結果（赤外線Ｒ１の検出強度Ｓ）と共に温度センサ４６（赤外線センサ４５）の検出結果（赤外線放出板４０Ａの温度Ｔ）に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するようにしたので、上記したように、炭酸ガス濃度Ｃの演算過程において、プランクの式を利用することにより赤外線センサ４３の温度Ｔに基づいて赤外線Ｒの放出強度ＳＰが特定される。この場合には、温度センサ４６（赤外線センサ４５）の検出結果を加味せずに赤外線センサ４３の検出結果のみに基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算し、すなわち赤外線放出板４０Ａから放出される赤外線Ｒの放出強度ＳＰを不変の定数として扱うことにより炭酸ガス濃度Ｃを演算する場合とは異なり、例えば暖房能力（いわゆる火力）の変化等に基づいて赤外線Ｒの放出強度ＳＰが変動したとしても、その放出強度ＳＰの変動分を加味して炭酸ガス濃度Ｃが演算されるため、炭酸ガス濃度Ｃの測定精度がより向上する。したがって、炭酸ガス濃度Ｃをより高精度に測定することができる。

この場合には、特に、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを波長域Ｗ１とは異なる波長域Ｗ２に波長分離するフィルタ４４を含むように温度センサ４６を構成し、そのフィルタ４４の波長分離作用を利用して赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２を選択的に赤外線センサ４５へ導くようにしたので、その赤外線センサ４５において炭酸ガス濃度Ｃを測定するために必要な波長域Ｗ１以外の波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２が選択的に検出される。したがって、炭酸ガスに対する被吸収性が低い波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２に基づいて赤外線放出板４０Ａの温度Ｔが検出されるため、温度センサ４６（赤外線センサ４５）において赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを検出する際に、炭酸ガスに対する被吸収性の影響を受けにくくなる。したがって、温度センサ４６（赤外線センサ４５）において赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを安定、容易かつ高精度に検出することができる。

また、本実施の形態では、上記したように、暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱を利用して赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒを放出させることにより、例えば、暖房機器の着火時にのみ乾電池が使用されるため、赤外線Ｒを放出させるために乾電池が使用される場合と比較して、乾電池が長寿命化（省電力化）する。したがって、乾電池の消耗に起因して暖房機器（具体的には例えば制御回路４７）が動作不能になったり、あるいは着火不能になることを抑制することができる。この場合には、特に、上記した乾電池の長寿命化に基づき、乾電池の交換頻度が減少するため、１シーズン（いわゆる一冬期間）に渡って電池交換を行わずに暖房機器を稼働させることが可能となり、すなわち暖房機器の使用に関する利便性を向上させることができる。

また、上記した他、本実施の形態に係る炭酸ガスセンサ４０または炭酸ガス濃度測定方法では、暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱を利用して赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）から赤外線Ｒを放出させることにより、その赤外線Ｒの強度の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度Ｃを演算するようにしたので、上記したように、炭酸ガス濃度Ｃの測定精度が向上する結果、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃを高精度に測定することができる。これにより、この炭酸ガスセンサ４０または炭酸ガス濃度測定方法を使用することにより、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃを高精度に測定することが可能な暖房機器を具現化することができる。

なお、本実施の形態では、赤外線源として板状の赤外線放出板４０Ａを備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、赤外線源の態様は自由に変更可能である。具体的には、例えば、赤外線源は上記した板状の部材に代えてシート状の部材であってもよいし、あるいは外筒２０の表面に塗布された塗膜であってもよい。これらのいずれの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図３に示したように、互いに異なる２つの波長域Ｗ１，Ｗ２の赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を検出するために、２つの赤外線Ｒ１，Ｒ２に対応して２つのフィルタ４２，４４および２つの赤外線センサ４３，４５を備えるように炭酸ガスセンサ４０（測定ユニット４０Ｂ）を構成することにより、それらの２つの赤外線センサ４３，４５を使用して赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を別個に検出するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。具体的には、図３に示した２つのフィルタ４２，４４および２つの赤外線センサ４３，４５に代えて、例えば、図５に示したように、１つのフィルタ１４２および１つの赤外線センサ１４３を備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成することにより、その１つの赤外線センサ１４３を使用して赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を一括して検出するようにしてもよい。フィルタ１４２は、例えば、波長分離の波長域（選択的に透過させる波長域）を必要に応じて互いに異なる複数の波長域に切り替え可能な可変フィルタにより構成されている。具体的には、フィルタ１４２は、例えば、赤外線Ｒを２つの波長域Ｗ１，Ｗ２の赤外線Ｒ１，Ｒ２に可変的に波長分離するものであり、すなわち上記実施の形態において説明した２つのフィルタ４２，４４の役割を一括して担うものである。赤外線センサ１４３は、フィルタ１４２において波長分離された赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を検出するものであり、上記実施の形態において説明した赤外線センサ４３，４５の役割を一括して担うものである。この赤外線センサ１４３は、例えば、赤外線センサ４５と同様の構成を有している。これらのフィルタ１４２および赤外線センサ１４３を備えた炭酸ガスセンサ４０では、フィルタ１４２の波長分離の波長域が波長域Ｗ１に設定されている状態において赤外線Ｒが導かれると、そのフィルタ１４２の波長分離作用を利用して赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ１の赤外線Ｒ１が選択的に赤外線センサ１４３へ導かれ、その赤外線センサ１４３において赤外線Ｒ１の強度が検出されると共に、フィルタ１４２の波長分離の波長域が波長域Ｗ１から波長域Ｗ２へ切り替えられた状態において赤外線Ｒが導かれると、そのフィルタ１４２の波長分離作用を利用して赤外線Ｒのうちの波長域Ｗ２の赤外線Ｒ２が選択的に赤外線センサ１４３へ導かれ、その赤外線センサ１４３において赤外線Ｒ２の強度が検出される。したがって、この炭酸ガスセンサ４０においても赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を検出することが可能なため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図５に示した炭酸ガスセンサ４０に関する上記以外の構成は、図３に示した場合と同様である。

参考までに、具体的に図面を参照して説明しないが、図５に示したように、１つの赤外線センサ１４３を使用して赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を一括して検出する場合には、例えば、可変フィルタにより構成されたフィルタ１４２に代えて、上記実施の形態において説明した２つのフィルタ４２，４４（図３参照）を搭載し、必要に応じて各フィルタ４２，４４の位置を赤外線センサ１４３に対向させるように交互に切り替えることが可能なターレット式のフィルタ機構を備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成してもよい。この場合においても、フィルタ機構を使用してフィルタ４２，４４の位置を切り替えることにより、それらのフィルタ４２，４４の波長分離作用を利用して赤外線センサ１４３において赤外線Ｒ１，Ｒ２の強度を検出することが可能なため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図３に示したように、温度検出用センサ（温度センサ４６）を赤外線放出板４０Ａから離間させて配置し、すなわち非接触型の温度検出用センサ（温度センサ４６）を使用することにより、その非接触型の温度検出用センサ（温度センサ４６）において赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを間接的に検出するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。具体的には、非接触型の温度検出用センサ（温度センサ４６）に代えて、例えば、図６に示したように、接触型の温度検出用センサ（温度センサ４８）を備えるように炭酸ガスセンサ（測定ユニット４０Ｂ）を構成することにより、その接触型の温度検出用センサ（温度センサ４８）を使用して赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを直接的に検出するようにしてもよい。この温度センサ４８は、例えば、赤外線放出板４０Ａの表面に取り付けられ、具体的には赤外線放出板４０Ａに貼り付けられており、サーミスタなどの抵抗変化型素子や熱電対などの熱起電力型素子により構成されている。なお、当然ながら、非接触型の温度センサ４６に代えて接触型の温度センサ４８を使用する場合には、図３に示した温度センサ４６（フィルタ４４，赤外線センサ４５）は不要となる。この温度センサ４８を備えた炭酸ガスセンサ４０においても赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを測定することが可能なため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。確認までに、図６では、温度センサ４８を制御回路４７に接続させるための配線を示していないが、その配線の引き回し方は自由に設定可能である。なお、図６に示した炭酸ガスセンサ４０に関する上記以外の構成は、図３に示した場合と同様である。

また、本実施の形態では、図３に示したように、赤外線Ｒを放出する赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）を備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、炭酸ガスセンサ４０とは別個に赤外線源が確保される場合には、その赤外線源を備えないように炭酸ガスセンサ４０を構成してもよい。具体的には、例えば、図７に示したように、暖房機器において発生した暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱によって加熱されることにより外筒２０から赤外線Ｒが放出され、すなわち外筒２０が赤外線源として機能し得る場合には、その外筒２０を赤外線源として使用することが可能である。この炭酸ガスセンサ４０においても、外筒２０から放出された赤外線Ｒを利用することにより上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図７に示した炭酸ガスセンサ４０に関する上記以外の構成は、図３に示した場合と同様である。

参考までに、具体的に図面を参照して説明しないが、図７に示したように、炭酸ガスセンサ４０とは別個の赤外線源を使用する場合には、暖房機器において発生した暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱によって加熱されることにより赤外線Ｒを放出し得る限り、その赤外線源は自由に変更可能である。具体的には、例えば、炭酸ガスセンサ４０を外筒２０の下側（例えば、図２に示した導入口１０Ｋ内）に設置することにより、内炎板２１を赤外線源として使用してもよい。この場合においても、燃焼時に内炎板２１が加熱されることにより、その内炎板２１から赤外線Ｒが放出されるため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図４に示したように、ブザー４７７を備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成し、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときに制御回路４７のコントローラ４７１がブザー４７７を作動させることによりユーザに注意を促すようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときにコントローラ４７１がブザー４７７を作動させたのち、そのコントローラ４７１が暖房機器を強制的に停止させるようにしてもよい。このコントローラ４７１が暖房機器を強制的に停止させる機構としては、例えば、電気的な信号処理を使用し、アクチュエータを作動させて気化芯１３を下げる（内炎板２１から遠ざける）ことにより暖房機器の燃焼動作を停止させるようにしてもよいし、あるいはリレー回路を使用し、電動消火機構を作動させるようにしてもよい。この場合には、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときに暖房機器を停止させることにより、その暖房機器から引き続き炭酸ガスが発生しなくなるため、外気Ｇ中の炭酸ガス濃度Ｃが過剰に増加することを防止することができる。

また、本実施の形態では、図４に示したように、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときに作動する作動主体としてブザー４７７を備えるように炭酸ガスセンサ４０（測定ユニット４０Ｂ）を構成し、そのブザー４７７が警告音を鳴らすことにより炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となった旨をユーザに伝達するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となった旨をユーザに伝達し得る限り、上記した作動主体は自由に変更可能である。具体的には、例えば、ブザー４７７に代えてランプや表示パネルを備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成することにより、炭酸ガスの濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときにランプを点灯させたり、あるいは表示パネルに警告メッセージを表示するようにしてもよい。これらのランプや表示パネルは、例えば、ユーザが視認しやすいように、ケース４１の表面に取り付けられるのが好ましい。この場合においても、ランプの点灯時に発生する光や表示パネルに表示される警告メッセージを利用して、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となった旨をユーザに伝達することができる。なお、表示パネルを備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成する場合には、例えば、上記したように表示パネルに警告メッセージを表示させる他、その表示パネルに炭酸ガス濃度Ｃをリアルタイムで表示するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、炭酸ガス濃度Ｃの測定精度を向上させるための構成例として、上記したように、赤外線放出板４０Ａの温度Ｔを検出する温度センサ４６を備えるように炭酸ガスセンサ４０（測定ユニット４０Ｂ）を構成することにより、その赤外線放出板４０Ａの温度Ｔに基づいて赤外線Ｒの放出強度ＳＰを演算し、その放出強度ＳＰを加味して炭酸ガス濃度Ｃを演算するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、炭酸ガス濃度Ｃの要求測定精度を満たす限り、炭酸ガスセンサ４０の構成は自由に変更可能である。

具体的には、第１に、例えば、図８に示したように、赤外線センサ４３の温度を検出する温度センサ４９を新たに備えるように炭酸ガスセンサ４０を構成し、その温度センサ４９において検出された赤外線センサ４３の温度を加味することにより炭酸ガス濃度Ｃを演算するようにしてもよい。この温度センサ４９は、上記したように、赤外線センサ４３の温度を検出する温度検出手段（第２の温度検出手段）であり、例えば、図６に示した温度センサ４８と同様の構成を有している。この温度センサ４９を備えた炭酸ガスセンサ４０では、暖房機器において発生した暖房用の火炎Ｆに基づく燃焼熱の影響を受けて加熱されることにより赤外線センサ４３の温度が上昇し、その赤外線センサ４３の温度上昇に起因して赤外線Ｒ１の検出強度に誤差が含まれたとしても、温度センサ４９において検出される赤外線センサ４３の温度と赤外線Ｒ１の検出強度に含まれる誤差との間の相関関係を把握しておけば、その相関関係に基づいて赤外線センサ４３の温度に対応する誤差を特定することが可能なため、その誤差を解消するように炭酸ガス濃度Ｃを補正することにより、炭酸ガス濃度Ｃの測定精度を向上させることができる。なお、図８に示した炭酸ガスセンサ４０に関する上記以外の構成は、図３に示した場合と同様である。

参考までに、図８に示したように、新たに温度センサを設ける場合には、必ずしも赤外線センサ４３の温度を検出する温度センサ４９に限らず、その赤外線センサ４３以外の他の構成要素の温度を検出する温度センサを設けるようにしてもよい。具体的には、例えば、制御回路４７、ケース４１、あるいはケース４１内の雰囲気温度を検出する温度センサを設けるようにしてもよい。これらのいずれの場合においても、図８に示した場合と同様に温度上昇に起因する誤差を解消するように炭酸ガス濃度Ｃを補正することが可能なため、炭酸ガス濃度Ｃの測定精度を向上させることができる。

また、第２に、例えば、図９に示したように、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒの光路を覆う光路筒５０を備えるように炭酸ガスセンサ４０（測定ユニット４０Ｂ）を構成してもよい。この光路筒５０は、上記したように赤外線Ｒの光路を覆うことにより、その赤外線Ｒの光路を周囲から空間的に分離する被覆部材であり、例えば、ケース４１の構成材料と同様の材料により構成されている。この光路筒５０は、例えば、一端側においてケース４１に連結されていると共に、他端側において赤外線放出板４０Ａから離間されている。なお、光路筒５０は必ずしも赤外線放出板４０Ａから離間されている必要はなく、例えば、暖房機器の稼働中に高温化する赤外線放出板４０Ａに接触させた場合においても光路筒５０が熔解等しないようであれば、その光路筒５０は赤外線放出板４０Ａに接触していてもよい。特に、光路筒５０を赤外線放出板４０Ａに接触させることにより、その赤外線放出板４０Ａを利用して光路筒５０を支持する場合には、例えば、上記実施の形態において説明したようにガード３０を利用してケース４１を支持する代わりに、赤外線放出板４０Ａにより支持された光路筒５０を利用してケース４１を支持するようにしてもよい。この光路筒５０には、例えば、外気流路６０に対応する箇所に、赤外線Ｒの光路を通して外気Ｇを通過させるための通気口５０Ｋが設けられている。この通気口５０Ｋが設けられた光路筒５０の構造としては、例えば、光路筒５０内に不要な熱や光が浸入することを防止しつつ、外気流路６０を通じて外気Ｇを円滑に通過させるために、外気流路６０に対応する箇所において外気Ｇを外気流路６０の延在方向に対して斜めに通過させることが可能な多孔構造が好ましい。なお、通気口５０Ｋは光路筒５０の周囲全体に設けられていてもよいし、あるいは光路筒５０の周囲に部分的に設けられていてもよい。この光路筒５０を備えた炭酸ガスセンサ４０では、光路筒５０の存在に基づき、赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒを外気流路６０を経由して測定ユニット４０Ｂへ導きつつ、その外気流路６０を通じて不要な熱や光が測定ユニット４０Ｂへ導かれることを防止することが可能であり、すなわち上記した不要な熱や光の影響を受けて赤外線センサ４３および温度センサ４６（赤外線センサ４５）の検出結果に誤差が含まれることを防止することが可能なため、赤外線センサ４３において赤外線Ｒ１の強度をより高精度に検出することができると共に、温度センサ４６（赤外線センサ４５）において赤外線放出板４０Ａの温度Ｔをより高精度に検出することができる。なお、図９に示した炭酸ガスセンサ４０に関する上記以外の構成は、図３に示した場合と同様である。

また、本実施の形態では、上記したように、炭酸ガス濃度Ｃを高精度に測定する観点から、電力消費型の赤外線源（例えばフィラメント電球）に代えて、非電力消費型の赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）のみを備えるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。具体的には、例えば、図１０に示したように、非電力消費型の赤外線源（赤外線放出板４０Ａ）に加えて、電力消費型の赤外線源（光源５１）を備えるようにしてもよい。この光源５１は、燃焼熱によって加熱されずに赤外線Ｒを放出する補助赤外線源であり、例えば、炭酸ガスセンサ４０と並列配置され、フィラメント電球などにより構成されている。この場合には、例えば、光源５１から外筒２０へ向けて放出された赤外線Ｒを炭酸ガスセンサ４０（測定ユニット４０Ｂ）へ導くために、外筒２０に赤外線放出板４０Ａと共に反射板５２を並列させて貼り付けるのが好ましい。これらの光源５１および反射板５２を備えた炭酸ガスセンサ４０では、暖房機器が稼働している場合、すなわち赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒが放出されている場合には、赤外線センサ４３が赤外線放出板４０Ａから放出された赤外線Ｒの強度を検出するが、暖房機器が停止している場合、すなわち赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒが放出されていない場合には、その赤外線放出板４０Ａに代えて光源５１から赤外線Ｒが放出されると、赤外線センサ４３が反射板５２を介して導かれた赤外線Ｒの強度を検出する。この場合には、例えば、炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ以上となったときにユーザが暖房機器を停止させたため、赤外線放出板４０Ａから赤外線Ｒが放出されていない場合に、臨時に光源５１から赤外線Ｒが放出されることにより、その赤外線Ｒを利用して炭酸ガス濃度Ｃが測定されるため、ユーザが炭酸ガス濃度Ｃに基づいて暖房機器を再稼働させることが可能か否か、すなわち炭酸ガス濃度Ｃが基準濃度ＣＳ未満になったか否かを判断することが可能になる。具体的には、例えば、上記したように、ケース４１に表示パネルを設け、その表示パネルに炭酸ガス濃度Ｃをリアルタイムで表示しておけば、暖房機器を停止させたのちに再稼働させたいユーザは、表示パネルに表示された炭酸ガス濃度Ｃに基づいて、暖房機器を再稼働させることが可能か否かを判断することができる。なお、電力消費型の赤外線源として光源５１を使用する場合に関して補足すれば、その光源５１を使用すると、当然ながら光源５１を使用した分だけ電力が消費されることとなるが、上記したように、光源５１はあくまでも暖房機器が停止している場合に予備の赤外線源として一時的に使用されるものであるため、光源５１を赤外線源として常時使用する場合と比較すると、その光源５１の使用に伴う電力消費量は著しく低くなる。

なお、確認までに補足しておくと、上記実施の形態において説明した炭酸ガスセンサ４０の構成、ならびに炭酸ガスセンサ４０の構成に関して上記した一連の変形例は、それそれ単独で炭酸ガスセンサ４０に適用されるようにしてもよいし、あるいは２つ以上組み合わされて炭酸ガスセンサ４０に適用されるようにしてもよい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態では、本発明の燃焼機器を石油ストーブなどの暖房機器に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、本発明の燃焼機器を石油ストーブ以外の他の暖房機器に適用してもよいし、あるいは暖房機器以外の他の機器に適用してもよい。この「他の暖房機器」としては、例えば、石炭ストーブや暖炉などが挙げられる。また、「他の機器」としては、例えば、ボイラや溶鉱炉などが挙げられる。これらの他の暖房機器や他の機器に本発明の燃焼機器を適用した場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る炭酸ガス濃度測定装置または炭酸ガス濃度測定方法は、例えば暖房機器（例えば石油ストーブ）などの燃焼機器に適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る燃焼機器としての暖房機器の外観構成を表す外観図である。 図１に示した暖房機器の断面構成を表す断面図である。 図１に示した暖房機器の主要部の断面構成を拡大して表す断面図である。 制御回路のブロック構成を表すブロック図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第１の変形例を表す断面図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第２の変形例を表す断面図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第３の変形例を表す断面図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第４の変形例を表す断面図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第５の変形例を表す断面図である。 炭酸ガスセンサの構成に関する第６の変形例を表す断面図である。

符号の説明

１０…タンク、１０Ｋ，４１Ｋ…導入口、１１…燃料、１２…つまみ、１３…気化芯、２０…外筒、２１…内炎板、２２…窓、２３…上蓋、２４…芯外筒、２５…外炎板、３０…ガード、４０…炭酸ガスセンサ、４０Ａ…赤外線放出板、４０Ｂ…測定ユニット、４１…ケース、４１Ｋ…導入口、４２，４４，１４２…フィルタ、４３，４５，１４３…赤外線センサ、４６，４８，４９…温度センサ、４７…制御回路、５０…光路筒、５０Ｋ…通気口、５１…光源、５２…反射板、６０…外気流路、４７１…コントローラ、４７２…メモリ、４７３，４７５…アンプ、４７４，４７６…Ａ／Ｄ変換器、４７７…ブザー、Ｃ…炭酸ガス濃度、ＣＳ…基準濃度、Ｄ…テーブルデータ、Ｆ…火炎、Ｇ…外気、Ｈ…放射率、Ｐ…被吸収率、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…赤外線、Ｓ…検出強度、ＳＰ…放出強度、Ｔ…温度。

Claims (18)

1. 炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定装置であって、
   燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から放出された赤外線の強度を検出する第１の赤外線強度検出手段と、
   少なくとも前記第１の赤外線強度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する演算手段と
   を備えたことを特徴とする炭酸ガス濃度測定装置。
2. さらに、前記赤外線源から放出された赤外線のうちの第１の波長域の赤外線を選択的に透過させることにより前記第１の赤外線強度検出手段へ導く第１の光学フィルタを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ガス濃度測定装置。
3. 前記第１の光学フィルタが、前記第１の波長域として４．２６μｍまたは４．４３μｍの波長を含む波長域の赤外線を選択的に透過させるものである
   ことを特徴とする請求項２記載の炭酸ガス濃度測定装置。
4. 前記赤外線源が燃焼機器であり、
   前記第１の赤外線強度検出手段および前記演算手段が前記燃焼機器に取り付け可能になっている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
5. 前記燃焼熱が、前記燃焼機器において生じる火炎に基づくものであり、
   前記赤外線源が、前記燃焼機器の一部を構成すると共に前記燃焼熱によって加熱される被加熱部材である
   ことを特徴とする請求項４記載の炭酸ガス濃度測定装置。
6. さらに、前記赤外線源を備え、
   前記第１の赤外線強度検出手段および前記演算手段が燃焼機器に取り付け可能になっている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
7. 前記燃焼熱が、前記燃焼機器において生じる火炎に基づくものであり、
   前記赤外線源が、前記燃焼機器の一部を構成すると共に前記燃焼熱によって加熱される被加熱部材、に取り付けられた赤外線放出部材である
   ことを特徴とする請求項６記載の炭酸ガス濃度測定装置。
8. 前記赤外線源と前記第１の赤外線強度検出手段との間に外気を通過させるための外気流路が設けられており、
   前記第１の赤外線強度検出手段が、前記外気流路を経由して導かれた赤外線の強度を検出するものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
9. さらに、前記赤外線源の温度を検出する第１の温度検出手段を備え、
   前記演算手段が、前記第１の赤外線強度検出手段の検出結果と共に前記第１の温度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算するものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
10. 前記第１の温度検出手段が、
    前記赤外線源から放出された赤外線の強度を検出する第２の赤外線強度検出手段と、
    前記赤外線源から放出された赤外線のうち、前記第１の赤外線強度検出手段において検出される第１の波長域とは異なる第２の波長域の赤外線を選択的に透過させることにより前記第２の赤外線強度検出手段へ導く第２の光学フィルタと、を含んで構成されている
    ことを特徴とする請求項９記載の炭酸ガス濃度測定装置。
11. さらに、前記第１の赤外線強度検出手段の温度を検出する第２の温度検出手段を備え、
    前記演算手段が、前記第１の赤外線強度検出手段の検出結果と共に前記第２の温度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算するものである
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
12. さらに、前記第１の赤外線強度検出手段および前記演算手段を収納し、それらの第１の赤外線強度検出手段および演算手段を周囲から空間的に分離する収納部材を備えた
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
13. さらに、前記赤外線源から放出された赤外線の光路を覆い、その赤外線の光路を周囲から空間的に分離する被覆部材を備えた
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
14. 前記被覆部材には、赤外線の光路を通して外気を通過させるための通気口が設けられている
    ことを特徴とする請求項１３記載の炭酸ガス濃度測定装置。
15. さらに、前記燃焼熱によって加熱されずに赤外線を放出する補助赤外線源を備え、
    前記第１の赤外線強度検出手段が、前記赤外線源に代えて前記補助赤外線源から赤外線が放出されているときに、その補助赤外線源から放出された赤外線の強度を検出するものである
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の炭酸ガス濃度測定装置。
16. 炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定方法であって、
    燃焼熱によって加熱されることにより赤外線源から放出された赤外線の強度を検出し、その赤外線の強度の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する
    ことを特徴とする炭酸ガス濃度測定方法。
17. 炭酸ガスに対する赤外線の被吸収現象を利用して外気中の炭酸ガス濃度を測定する炭酸ガス濃度測定機能を備えた燃焼機器であって、
    燃焼熱によって加熱されることにより赤外線を放出する赤外線源と、
    前記赤外線源から放出された赤外線の強度を検出する赤外線強度検出手段と、
    前記赤外線強度検出手段の検出結果に基づいて炭酸ガス濃度を演算する演算手段と
    を備えたことを特徴とする燃焼機器。
18. 前記燃焼熱が、暖房用の火炎に基づくものである
    ことを特徴とする請求項１７記載の燃焼機器。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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