JP3546097B2 - Ｃｏセンサ - Google Patents

Description

【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ＣＯ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前記のように排気トップ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、この流速の流れの差によって、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ＣＯ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、第１の発明は、センサ基台の表面側に立設された仕切り板を間にして検出素子と比較素子とが該仕切り板によって仕切られて配置されて成る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、前記カバーの先端側には被検ガスの流れの経路の上流側となる前記仕切り板の長手方向の一端側に対応した位置に入口開口が、下流側となる前記仕切り板の長手方向の他端側に対応した位置に出口開口がそれぞれ設けられてカバーの先端側内部空間を前記入口開口から入った被検ガスの前記仕切り板の長手方向に流れる流れを減速して前記出口開口へ導く被検ガスの減速導入室と成し、カバー内部の先端側とセンサ基台側の境界領域は連通孔をもった区画壁で区画してカバーのセンサ基台側空間を減速導入室から入り込む被検ガスを拡散する拡散室と成し、前記ＣＯ検出機構部は拡散室内に設けられて、室内に拡散された被検ガスを検出することを特徴として構成されている。
【００１５】
また、前記第１の発明の構成を備えていることを前提として、前記被検ガスの減速導入室と拡散室を区画する区画壁は、第２の発明においては、金属メッシュによって構成されていることを特徴とし、第３の発明においては、金属メッシュとフィルタ材の積層体により構成したことを特徴とし、第４の発明においては、フィルタ材の表裏両側を金属メッシュで挟んだサンドイッチ状の積層体とし、フィルタ材には目詰まり担保用の複数の孔を貫通形成したことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明のＣＯセンサは例えば、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、カバー先端側の入口開口から絞られてカバー先端側の減速導入室に入り込み、さらに減速導入室から絞られて出口開口から排出される。このことで、排気ガスの流れは減速されて減速導入室に導かれる。
【００１７】
この減速導入室側から拡散室側へ排気ガスが入り込むが、排気ガスは、減速導入室で減速された流れとなり、しかも、減速導入室の入口開口から出口開口に向かう流れの向きと、減速導入室から拡散室に向かう方向は異なる方向であるために、減速導入室から拡散室に向かう排気ガスの流れはさらに小さくなり、しかも、拡散室に入り込むときには、区画壁の連通孔を通るために、流速が殆どない状態で拡散室に入り込む。拡散室内では排気ガスがほとんど流速が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、本明細書中の被検ガスとは、検出対象となる物質を含む検査対象となるガスである。
【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、二重構造と成し、背の高い外側カバー３５ａの内側に、背の低い内側カバー３５ｂを嵌め込んで、二重構造のカバー３５としている。
【００２１】
外側カバー３５ａの先端側の周壁には、排気ガスの流れの経路の上流側位置に入口開口３６が形成され、下流側位置に出口開口３７が形成されて、外側カバー３５ａと内側カバー３５ｂとに囲まれたカバー３５の先端側内部空間は排気ガスの減速導入室３８となっており、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。
【００２２】
カバー３５内空間の先端側と基端側の境界領域は区画壁として機能する内側カバー３５ｂの頂壁（区画壁）４０によって区画され、カバー３５の基端側空間は拡散室４１となっている。この拡散室４１内に前記ＣＯ検出機構部３が形成されている。
【００２３】
減速導入室３８と拡散室４１を区画する区画壁４０には、例えば、直径が約１ｍｍの微小連通孔４２が複数開けられており、減速導入室３８に導入された排気ガスはこの微小連通孔４２を通して拡散室４１へ入り込むようになっている。
【００２４】
図１の例では、内側カバー３５ｂは金属性のカバーにより形成されており、この金属性カバーの頂壁（区画壁）４０に微小連通孔４２が穿設により形成されているが、区画壁４０およびその微小連通孔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、内側カバー３５ｂ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）微小網目の金属のメッシュ４３を用いて形成し、このメッシュ４３の網目孔を微小連通孔としてもよく、あるいは、図２の（ｂ）に示すように、区画壁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）にメッシュ４３を積層した積層体によって形成し、メッシュ４３の孔とフィルタ材４４の内部微小隙間空間を微小連通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の例えば直径１ｍｍ程度の小径孔４５を形成した構成としてもよく、区画壁４０は様々な形態で構成し得る。さらに孔形状は限定されない。
【００２５】
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。このとき、排気ガスは入口開口３６から絞られて流速導入室３８内に入り込み、この減速導入室３８から再び絞られて出口開口３７を通って流出する。排気ガスの流速は入口開口３６および出口開口３７で絞られるので、減速されて減速導入室３８内に導入される。
【００２６】
減速導入室３８から拡散室４１に入り込む排気ガスの流れの向きは、前記入口開口３６と出口開口３７を結ぶ減速導入室３８内の排気ガスの流れの向きと異なる直交方向の向きとなるため、減速導入室３８から拡散室４１に向かう排気ガスの流れはさらに減速された流れとなり、しかも、区画壁４０の微小連通孔４２を通るために、その微小連通孔４２を通るときにさらに減速され、拡散室４１に入るときには殆ど排気ガスの流速がない状態となり、拡散室４１内では殆ど流速が零の状態で拡散し、比較素子および検出素子５に触れる。
【００２７】
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。
【００２８】
減速導入室３８と拡散室４１の区画壁４０を図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、区画壁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１１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拡散室４１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。
【００２９】
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から拡散室４１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側から拡散室４１側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。
【００３０】
また、本実施例においては、外側カバー３５ａに内側カバー３５ｂを嵌め込むだけで流速導入室３８と拡散室４１が区画壁４０に区画されて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。
【００３１】
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、排気ガスの流れの経路に沿って形成するカバー先端側の入口開口３６と出口開口３７をカバー３５の先端頂壁４６に形成したことであり、それ以外の構成は前記第１の実施例と同様である。
【００３２】
一般に、ＣＯセンサ９は排気側の空間内に例えば図８に示す如く、横向きに取り付けられる場合が殆どであり、このような横向きの取り付け状態にあっては、燃焼運転に際し、排気室の内側と外側とで温度差が生じ、この温度差のために、ＣＯセンサの取り付け壁面１８に結露によって水滴が発生することがある。前記第１の実施例のように入口開口３６と出口開口３７をカバー３５の周壁に設けた場合には、結露の水滴が出口開口３７（ＣＯセンサ９を横向きに取り付けた場合、出口開口３７が上側となる）から減速導入室３８内に入り込むという心配や、出口開口３７の口径を小さくすると、水滴が出口開口３７を塞いでしまうという虞れが生じるが、第２の実施例の如く、入口開口３６と出口開口３７を先端頂壁４６に設けることで、そのような問題を解消することができる。もちろん、図示はされていないが、入口開口を図１に示す如くカバー３５の周壁に形成し、出口開口３７を図３に示す如くカバー３５の先端頂壁４６に形成した場合も、第２の実施例と同様の効果を奏することができる。
【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を受け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、本実施例ではＣＯセンサを排気ガス中に設けて排気ガス中のＣＯ濃度を検出したが、本発明のＣＯセンサは給気ガスやその他のガス中に設けてＣＯ濃度の検出を行うことができるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、ＣＯ検出機構部を覆うカバーの先端側内部空間を減速導入室と成し、カバーの基端側内部空間を拡散室と成し、この減速導入室と拡散室とを微小連通孔をもった区画壁で区画する構成としたので、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の方向が減速導入室への排気ガスの導入方向と異なる方向になることで、減速導入室から拡散室に向かう排気ガスの流れがさらに減速され、その上に、拡散室に入り込む際に、区画壁の微小連通孔を通ることで、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ＣＯ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、減速導入室と拡散室を区画する区画壁にフィルタ材を用いた構成のものにあっては、減速導入室から拡散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拡散室内に入り込むので、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、前記区画壁として、フィルタ材の表裏両側をメッシュで挟んでサンドイッチ状に形成し、フィルタ材に目詰まり担保の複数の小径孔を貫通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、減速導入室から排気ガスを小径孔を通して拡散室内に拡散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。
【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】減速導入室と拡散室を区画する区画壁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
３６ 入口開口
３７ 出口開口
３８ 減速導入室
４０ 頂壁（区画壁）
４１ 拡散室
４２ 微小連通孔

Claims (4)

1. センサ基台の表面側に立設された仕切り板を間にして検出素子と比較素子とが該仕切り板によって仕切られて配置されて成る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、前記カバーの先端側には被検ガスの流れの経路の上流側となる前記仕切り板の長手方向の一端側に対応した位置に入口開口が、下流側となる前記仕切り板の長手方向の他端側に対応した位置に出口開口がそれぞれ設けられてカバーの先端側内部空間を前記入口開口から入った被検ガスの前記仕切り板の長手方向に流れる流れを減速して前記出口開口へ導く被検ガスの減速導入室と成し、カバー内部の先端側とセンサ基台側の境界領域は連通孔をもった区画壁で区画してカバーのセンサ基台側空間を減速導入室から入り込む被検ガスを拡散する拡散室と成し、前記ＣＯ検出機構部は拡散室内に設けられて、室内に拡散された被検ガスを検出することを特徴とするＣＯセンサ。
2. 被検ガスの減速導入室と拡散室を区画する区画壁は金属メッシュによって構成されている請求項１記載のＣＯセンサ。
3. 被検ガスの減速導入室と拡散室を区画する区画壁は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記載のＣＯセンサ。
4. 被検ガスの減速導入室と拡散室を区画する区画壁はフィルタ材の表裏両側を金属メッシュで挟んだサンドイッチ状の積層体から成り、フィルタ材には目詰まり担保用の複数の孔が貫通形成されている請求項１記載のＣＯセンサ。

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