JP3162957B2 - Ｃｏセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置の排気側に設
けられて排気ガス中の一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の濃
度を検出するＣＯセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスや石油を燃料とする給湯器、風呂
釜、暖房機等の燃焼装置の排気トップ（燃焼室の排気
側）には、燃焼室から出る排気ガス（燃焼排気ガス）中
のＣＯ濃度（ＣＯガス濃度）を検出するＣＯセンサが設
けられており、ＣＯセンサにより排気ガス中のＣＯ濃度
を検出して、ＣＯ検出濃度が所定の基準濃度を越えたと
きに警報を発したり、燃料供給遮断等の安全動作が行わ
れるようになっている。

【０００３】この種のＣＯセンサの一例が図４および図
５に示されている。これらの図において、センサ基台１
の上面（表面側）には３対の端子ピン２が突設され、各
対の端子ピン間に、例えば直径数10μｍの細い白金線を
介して、ＣＯガスに感応しない比較素子４と、ＣＯガス
に感応する検出素子５と、温度検出素子12が設けられて
（この温度検出素子12は省略される場合もある）ＣＯ検
出機構部３が形成され、比較素子４と検出素子５は仕切
り板６によって仕切られている。なお、比較素子４と検
出素子５は図７に示すように、抵抗ブリッジ回路に組み
込まれている。

【０００４】検出素子５は、図６に示すように、抵抗線
として機能する白金線の中央部にコイル形状部分13を形
成し、このコイル形状部分13を、例えば白金、パラジウ
ム、ロジウム等の適宜の触媒を含有させたセラミック材
料で覆ってボール状（球状）に形成したものであり、比
較素子４は、同様に、白金線の中央部に形成したコイル
形状部分13を触媒を含有しないセラミック材料により覆
ってボール状に形成したものである。

【０００５】これら比較素子４と検出素子５の周りは、
上下両端側が開口された筒状のグラスウール７に覆わ
れ、さらに、その外側は、金属カバー21により覆われて
いる。この金属カバー21の周壁内面には羽根状の板20が
切り起こしにより形成されており、切り起こし開口11か
ら排気ガスが内部に入り込むように形成されている。

【０００６】センサ基台１の裏面側には端子ピンの結線
パターンが形成された基板が設けられ、この基板の導体
結線パターンには燃焼装置のＣＯ安全動作を行う回路等
にセンサ信号を出力するためのリード線が接続される
が、これら基板の図示は省略されている。

【０００７】この種のＣＯセンサの使用時においては、
比較素子４および検出素子５はリード線、端子ピン２を
介しての通電により約200 ℃に加熱されており、この状
態で検出素子５にＣＯガスが接触すると、触媒による接
触燃焼反応が生じ、この反応により検出素子５の温度が
上昇して電気抵抗が大きくなり、接触燃焼反応を起こさ
ない比較素子４との抵抗バランスが崩れ、この抵抗バラ
ンスの崩れに応じてＣＯセンサの抵抗ブリッジ回路から
取り出される電圧の変化が生じ、その変化に基づいてＣ
Ｏガス濃度が検出される。なお、このとき、温度検出素
子12により検出される温度情報に基づいて、ＣＯセンサ
出力の温度補正が行われる。

【０００８】図８は燃焼装置として一般的に知られてい
る給湯器の排気側にＣＯセンサ９を設置したセンサ使用
例を示したものである。ＣＯセンサ９は排気トップ８の
隅部に形成された排気ガスの流速減速室17内に設置され
る。この種の給湯器には燃焼制御装置33が設けられてお
り、この燃焼制御装置33の制御により、燃焼室29内のノ
ズルホルダ24にガス管25から燃料ガスが供給され、一
方、燃焼ファン23の回転により、空気が図の矢印Ｂに示
すように吸気部30から装置内に入って図示されていない
バーナ側に空気が送り込まれ、この空気と前記燃料ガス
とによりバーナの燃焼が行われ、給水管26から熱交換器
22に供給される水が熱交換器22を通ってバーナ燃焼によ
り加熱され、湯となって、給湯管28から台所等の所望の
場所に供給されるようになっている。そして、このよう
な燃焼動作により発生した燃焼排気ガスが排気トップ８
に流れ、排気ガス中のＣＯ濃度がＣＯセンサ９によって
検出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ＣＯセンサ９を給湯器
に設置する場合、かつては、図９に示すように、排気通
路中に前記図８に示すような流速減速室17を設けること
なく、ＣＯセンサ９を排気通路の壁面に直接取り付けて
いた。しかしながら、ＣＯセンサ９を排気通路に直接む
き出しの状態で取り付けた場合には、ＣＯセンサ９に排
気ガスの流れが強く当たり、ＣＯセンサ９の切り起こし
開口11から速い流れとなって金属カバー21内に入り込
み、しかも、排気ガスの流れは切り起こし開口11の板20
に沿って流れるため、渦を伴った流れとなってＣＯ検出
機構部３の比較素子４および検出素子５に接触する。こ
のとき、排気ガスの流れが速く、かつ、その流れに乱れ
があるために、比較素子４と検出素子５に触れる流速に
大きな差が生じ、この流速の差によって、排気ガスと比
較素子４の温度差に伴う熱交換量と、排気ガスと検出素
子５の温度差に伴う熱交換量とのバランスが崩れ、これ
に起因する比較素子４と検出素子５の抵抗変化の差がＣ
Ｏ検出成分として取り出されてしまうため、正確なＣＯ
検出濃度を検出することができなくなるという問題があ
った。

【００１０】そこで、最近においては、前記図８に示し
たように、給湯器の排気トップ８の隅部に流速減速室17
を形成し、排気ガスの流れを減速して室17内に取り込
み、その上で、減速した排気ガスの流れを切り起こし開
口11からＣＯ検出機構部３に導くようにして比較素子４
と検出素子５側とに大きな流速の差が生じないようにし
ている。

【００１１】しかしながら、前記減速流速室17は、排気
トップ８の内壁面に区画板34を溶接等により接合して作
製するという煩雑な作業となり、給湯器の生産性が落
ち、給湯器のコストアップを招くという問題があった。

【００１２】また、流速減速室17は排気トップ８の隅部
等、作製する場所が限られてしまい、ＣＯセンサ９を望
む位置に設置できなくなるという不都合があった。

【００１３】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、給湯器等の燃焼装置
側に流速減速室を設けることを要せず、排気側通路の望
む位置に設置して正確なＣＯ濃度を検出することができ
るＣＯセンサを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、発
明は、センサ基台面上にＣＯ濃度を検出するＣＯ検出機
構部が形成され、このＣＯ検出機構部がカバーによって
覆われているＣＯセンサにおいて、前記カバーは先端が
開口されて形成され、カバー先端の開口は被検ガスの流
れを減速して導入する流速減速部材によって覆われると
ともに、カバーの先端側は縮径されてその内部空間が減
速導入室とされ、この減速導入室に隣接連通するカバー
基端側の空間が拡散室として形成されており、前記ＣＯ
検出機構部は拡散室内に形成されていることを特徴とし
て構成されている。

【００１５】また、前記拡散室の壁には拡散室内での排
気ガスの拡散量を調整する拡散量調整孔が形成されてい
ることも本発明の特徴的な構成であり、さらに、流速減
速部材は１枚以上の金属メッシュによって形成するか、
又はフィルタ材の片面若しくは両面に金属メッシュを積
層した積層体により形成すること、さらには、そのフィ
ルタ材には複数の貫通孔を形成すること、さらに、カバ
ーは筒状に形成されていることも本発明の特徴的な構成
である。

【００１６】

【作用】本発明のＣＯセンサは給湯器等の燃焼装置の排
気側の望む位置に設置される。燃焼によって発生する排
気ガスはＣＯセンサのカバーに当たる。そして、排気ガ
スはカバー先端側の流速減速部材を通るときに減速され
て減速導入室に入り込む。

【００１７】この減速導入室から拡散室側へ入った排気
ガスは流速が殆どない状態で拡散しながらＣＯ検出機構
部に達するので、ＣＯ検出機構部においては、排気ガス
の流れの乱れに起因する誤差成分が生じないため、排気
ガスの流速ばらつきの影響を受けない正確なＣＯ濃度の
検出が可能となる。なお、本明細書中で、被検ガスは検
査対象となる物質を含む検査対象となるガスをいう。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係るＣＯセンサの実施例を図
面に基づいて説明する。なお、本実施例の説明におい
て、従来例と同一の名称部分には同一符号を付し、その
重複説明は省略する。図１には本発明の第１の実施例が
示されている。この実施例も、前記図４および図５に示
す従来例と同様に、センサ基台１の表面側に複数のピン
２が突設されて、一対の端子ピン２間に比較素子４が、
他の一対の端子ピン間に検出素子５が、さらに必要に応
じ、他の一対の端子ピン２間に温度検出素子12が配設さ
れてＣＯ検出機構部３が形成されており、比較素子４と
検出素子５は仕切り板６により仕切られた構造となって
いる。この実施例では、従来例のグラスウール７は省略
されているが、もちろん、必要に応じグラスウール７を
設けたものでもよい。

【００１９】本実施例ではセンサ基台１の表面側の端縁
部に段部34が形成され、この段部に金属製等のカバー35
が被せられている。そして、カバー35の外側にセンサ取
り付け板37の筒部39が嵌合され、センサ取り付け板37は
センサ基台１に圧入等の適宜の手段により固定されてい
る。

【００２０】本実施例において特徴的なことは、前記図
８の給湯器側に設けられる減速導入室17と同一の機能を
ＣＯセンサのカバー35内に形成したことである。すなわ
ち、カバー35は、筒状に形成され、その筒壁の先端は開
口されている。筒壁の先方側には縮径段部46が形成され
て、その縮径段部46から先端側にかけての筒壁は縮径さ
れた筒部となっており、縮径筒壁47の先端開口は流速減
速部材40によって閉鎖されており、カバー35の内部に縮
径筒部内部空間の減速導入室38と、この減速導入室38に
隣接連通するカバー35の基端側の拡散室41とが形成され
ている。前記比較素子４および検出素子５等により形成
されるＣＯ検出機構部３は拡散室41内に収容形成される
構造となっている。この減速導入室38は前記給湯器側に
設けられている流速減速室17と同等の機能を持つ。

【００２１】カバー35の先端開口を閉鎖する流速減速部
材40には、例えば、直径が約１mmの微小流入孔42が複数
開けられており、排気ガスはこの微小流入孔42を通して
減速導入室38へ入り込むようになっている。

【００２２】図１の例では、流速減速部材40は金属板に
微小流入孔42が穿設により形成されているが、流速減速
部材40およびその微小流入孔42は様々な形態で構成可能
であり、例えば、図２の（ａ）に示すように、流速減速
部材40を１枚あるいは２枚以上重合わせた（図示の例で
は２枚重られている）微小網目の金属メッシュ43を用い
て形成し、この金属メッシュ43の網目孔を微小流入孔と
してもよく、あるいは、図２の（ｂ）に示すように、流
速減速部材40を、ガラス濾紙等のフィルタ材44の片面又
は表裏両面（図示の例では表裏両面）に微小網目の金属
メッシュ43を積層した積層体によって形成し、金属メッ
シュ43の網目孔とフィルタ材44の内部微小隙間空間を微
小流入孔として構成してもよく、さらには、図２の
（ｃ）に示すように、ガラス濾紙等のフィルタ材44の表
裏両側を微小網目の金属メッシュ43でサンドイッチ状に
挟んだ積層体と成し、フィルタ材44に複数の目詰まり担
保用の例えば直径１mm程度の小穴貫通孔45を形成した構
成としてもよく、流速減速部材40は様々な形態で構成し
得る。

【００２３】本実施例のＣＯセンサは給湯器等の燃焼装
置の排気側の望む位置に従来例の流速減速室17を要する
ことなく取り付けられる。燃焼運転によって排気ガスの
流れがＣＯセンサに当たると、排気ガスは流速減速部材
40を通って減速導入室38内に導入される。

【００２４】減速導入室38に入り込む排気ガスは流速減
速部材40の微小流入孔42を通るときに減速され、しか
も、カバー35はセンサ基台１に密閉状態で固定され、カ
バー35の筒壁には流出孔が形成されていないために、減
速導入室38に向かう排気ガスの流れの勢いはカバー35内
空間のダンパー作用によって失われるので、減速導入室
38に入り込む排気ガスの流速は非常に小さなものとな
る。そして、流速導入室38側から拡散室41側に向かう排
気ガスの流れは、前記拡散室41内のダンパー作用により
殆ど流速がない状態となり、拡散室41内では排気ガスは
ほぼ流速が零の状態で拡散し、比較素子４および検出素
子５に触れる。

【００２５】したがって、比較素子４と検出素子５に触
れる排気ガスの流れに差が生じるということがなく、排
気ガスの流速に起因する誤差成分を生じることなく排気
ガス中のＣＯ濃度を正確に検出できるという優れた効果
を奏することができる。

【００２６】流速減速部材４０を図１の金属板ではな
く、図２の（ａ）に示すようなメッシュによって構成し
た場合も、同様な効果を奏することとなり、また、流速
減速部材４０を図２の（ｂ）に示すものに構成した場合
には、フィルタ材４４の内部隙間空間が非常に狭く、排
気ガスはフィルタ材４４を通って染み出すように入り込
むので、排気ガスの減速効果はさらにアップされ、排気
ガスの流速による影響を完璧に防止することができる。

【００２７】このように、フィルタ部材44を用いること
により、排気ガスの流速を完璧に減速できるが、ＣＯセ
ンサを長期にわたって使用しているうちに、ごみ等によ
りフィルタ材44が目詰まりする虞れがあり、目詰まりし
た場合には、減速導入室38内に排気ガスが殆ど入り込め
なくなるという虞れが生じる。この点、図２の（ｃ）に
示すように、フィルタ材44に小径孔（小穴貫通孔）45を
形成した構成とすることにより、たとえ、フィルタ材44
が目詰まりしても、小径孔45を通して減速導入室38へ排
気ガスが入り込むことができるようになり、フィルタ材
44が目詰まりするという最悪の事態になっても、排気ガ
スのＣＯ濃度の検出を支障なく行うことが可能となる。

【００２８】また、本実施例においては、筒状カバー35
の先方側に縮径段部46を形成し、縮径筒壁47の先端開口
を流速減速部材40で覆うだけで、流速導入室38と拡散室
41を形成できることとなり、従来の如く、給湯器等の燃
焼装置の排気トップ８側に減速流速室17を形成する場合
に比べ、その製造作業は極めて簡易となり、これによ
り、ＣＯセンサを装備した燃焼装置の大幅な製造の効率
化とコスト低減を図ることが可能となる。

【００２９】図３には本発明の第２の実施例が示されて
いる。この実施例が前記第１の実施例と異なる特徴的な
ことは、拡散室41の筒壁に拡散室内での排気ガスの拡散
量を調整する拡散量調整孔48を設けたことであり、それ
以外の構成は前記第１の実施例と同様である。

【００３０】前記第１の実施例では、カバー35の筒壁に
は排気ガスの出口開口が設けられていないために、カバ
ー35内空間のダンパー作用により、流速減速部材40から
入り込んだ排気ガスはカバー35の基端側に向けて奥深く
入り込むことができなくなる場合が生じる。特に、ＣＯ
検出機構部３の設置領域と減速導入室38との距離が離れ
すぎると、排気ガスがＣＯ検出機構部３に拡散し難くな
るので、減速導入室38の縮径直径の大きさや、流速減速
部材40からＣＯ検出機構部３までの距離を適切な値に設
定する必要がある。

【００３１】これに対し、第２の実施例では、拡散室41
の筒壁に拡散量調整孔48が設けられているので、この拡
散量調整孔48がカバー35内に入った排気ガスの流出開口
として機能するので、カバー35内に入り込んだ排気ガス
を奥深く導入することができるようになる。

【００３２】しかも、拡散量調整孔48の設置位置や、設
置する孔の数や、孔の大きさを調整することにより、流
速減速部材40から拡散量調整孔48に向けて流れる排気ガ
ス量およびその流れの勢いを自在に調整することが可能
となり、減速導入室38の形状や、ＣＯ検出機構部３と流
速減速部材40との距離に応じ、ＣＯ検出機構部３に触れ
る排気ガスの拡散量が最適となるように、排気ガスの拡
散量を自在に調整できるという効果が得られる。

【００３３】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記各実施例では接触燃焼式のＣＯセンサを例にして説明
したが、本発明のＣＯセンサは、排気ガスの流速の影響
が問題となる他の様々なタイプのＣＯセンサ（例えば固
定電解式のＣＯセンサ）にも適用されるものである。

【００３４】また、金属メッシュは金属ファイバーを積
層させたものであればよく、必ずしも網目等に織り込ま
れたものに限らない。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、センサ基台に被せられる筒状
のカバーの先方側を縮径して、筒壁の先端開口を流速減
速部材によって閉鎖し、縮径筒壁内部空間を減速導入室
と成し、ＣＯ検出機構部が収容されるカバー35の基端側
内部空間を拡散室としたので、排気ガスの速い流れの中
にＣＯセンサを設置した場合においても、排気ガスは流
速減速部材を通して減速されて減速導入室内に導入され
る。そして、減速導入室から拡散室に向かう流れは拡散
室側のダンパー作用によってさらに減速される結果、拡
散室内では排気ガスは殆ど流速がない状態となってＣＯ
検出機構部に拡散することとなる。したがって、ＣＯ検
出機構部でＣＯ濃度を検出する際、排気ガスの流れの影
響によってＣＯ検出の誤差成分が発生するということを
防止でき、排気ガス中のＣＯ濃度を高精度、かつ、高信
頼性の下で検出することが可能となる。

【００３６】しかも、本発明では、ＣＯセンサ自体にＣ
Ｏガスの流れの減速手段をもつので、従来例の如く、燃
焼装置の排気側に排気ガスの流れを減速する流速減速室
を設けるという手間隙を省略でき、これにより、ＣＯセ
ンサを装備した燃焼装置の生産効率を高め、装置のコス
ト低減を図ることが可能となる。しかも、本発明のＣＯ
センサは前記の如く、燃焼装置側に流速減速室を設ける
必要がないため、ＣＯセンサの設置場所が限定されると
いうこともなくなり、望みの位置にＣＯセンサを設置で
きることとなり、非常に好都合である。

【００３７】さらに、カバーの先端縮径筒孔を閉鎖する
流速減速部材にフィルタ材を用いた構成のものにあって
は、減速導入室に入り込む排気ガスはフィルタ材の内部
から染み出す態様で入り込むので、排気ガスの流速は完
璧に零に近い状態となり、排気ガスの流速の影響をより
一層確実に除去することができる。

【００３８】さらに、前記流速減速部材を構成するフィ
ルタ材に複数の小穴貫通孔を形成した構成のものにあっ
ては、たとえ、フィルタ材が目詰まりを起こしても、排
気ガスを小穴貫通孔を通して減速導入室内に導入するこ
とができ、フィルタ材が目詰まりしても、支障なく排気
ガス中のＣＯ濃度を検出できるという効果が得られる。

【００３９】さらに、拡散室の筒壁に拡散量調整孔を形
成した構成にあっては、減速導入室から拡散室に入り込
む排気ガスの流れを調整して、拡散室内での排気ガスの
拡散量を拡散量調整孔の孔の大きさや、孔の数や、その
孔の設置位置等により自在に調整することが可能とな
り、排気ガスの拡散量を最適量に調整してＣＯ濃度を検
出できるという画期的な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成説明図である。

【図２】カバー35の筒孔先端を閉鎖する流速減速部材の
各種構成例を示す説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す説明図である。

【図４】従来のＣＯセンサの構成説明図である。

【図５】図４に示したＣＯセンサの分解斜視図である。

【図６】比較素子および検出素子の構成説明図である。

【図７】ＣＯセンサの一般的な回路図である。

【図８】ＣＯセンサの給湯器における使用例を示す説明
図である。

【図９】ＣＯセンサの給湯器への他の取り付け例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ センサ基台 ３ ＣＯ検出機構部 ４ 比較素子 ５ 検出素子 35 カバー 38 減速導入室 40 流速減速部材 41 拡散室 42 微小連通孔 48 拡散量調整孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重岡 卓二 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株 式会社ガスター内 (72)発明者 安形 和俊 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎 計器株式会社内 (72)発明者 ▲荻▼野 薫 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎 計器株式会社内 (72)発明者 大石 和広 静岡県天竜市二俣町南鹿島23番地 矢崎 計器株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−103927（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−71161（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−62360（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ基台面上にＣＯ濃度を検出するＣ
   Ｏ検出機構部が形成され、このＣＯ検出機構部がカバー
   によって覆われているＣＯセンサにおいて、前記カバー
   は先端が開口されて形成され、カバー先端の開口は被検
   ガスの流れを減速して導入する流速減速部材によって覆
   われるとともに、カバーの先端側は縮径されてその内部
   空間が減速導入室とされ、この減速導入室に隣接連通す
   るカバー基端側の空間が拡散室として形成されており、
   前記ＣＯ検出機構部は拡散室内に形成されているＣＯセ
   ンサ。
2. 【請求項２】 拡散室の壁には拡散室内での排気ガスの
   拡散量を調整する拡散量調整孔が形成されている請求項
   １記載のＣＯセンサ。
3. 【請求項３】 流速減速部材は１枚以上の金属メッシュ
   によって構成されている請求項１又は請求項２記載のＣ
   Ｏセンサ。
4. 【請求項４】 流速減速部材はフィルタ材の片面若しく
   は両面に金属メッシュを積層した金属メッシュとフィル
   タ材の積層体によって構成されている請求項１又は請求
   項２記載のＣＯセンサ。
5. 【請求項５】 フィルタ材には複数の貫通孔が形成され
   ている請求項４記載のＣＯセンサ。
6. 【請求項６】 カバーは筒状に形成されている請求項１
   乃至請求項５のいずれか１つに記載のＣＯセンサ。