JP4401743B2 - 挿入形ガス検知器 - Google Patents

Description

本発明は、先端にセンサを取り付けた基板を導入管に挿入し、該導入管を設備の外側から内部空間内に挿入して設置し、該導入管内に気体を導いて管内の前記センサで該気体の物理量を検知するタイプの挿入形ガス検知器に係る。特に本発明は、当該設備の壁体から離れた内部空間の中央部などで気体の検知を行ないたい場合に有効であり、当該位置に直接センサを配置するために長い基板を導入管内に設けて導入管の先端にセンサを配置する必要がなく、短い基板でも対応可能な構造であるため、製造コストが安価で済むという特徴を有している。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
下記特許文献１には、検出器本体に保護管を突設し、この保護管の先端部内にセンサを収容し、この保護管をパネルに形成した挿入孔から測定対象空間内に挿入して温度、湿度等の物理量を測定する挿入形検出器が記載されている。特に、この挿入形検出器は、パネルへの取付部と保護管の外周を囲む筒部とを有するブラケットを備えており、保護管の外周面と筒部の内周面との間には隙間を設け、この隙間の検出器本体側が閉塞されると共に反対側が測定空間に連通された構造とされている。この隙間により測定対象空間に対する保護管の挿入長さを実質的に増加できるので、外部環境からの影響を増加させることなく保護管自身の全長を短縮したり径を大きくすることができる。保護管の全長を短縮すると加工性や取付作業性を向上でき、保護管の径を大きくすると保護管の機械的強度を向上できる。また、保護管の全長を短縮したり径を大きくする必要がない場合には、保護管の全長および径を従来通りとすれば、外部環境からの影響を極めて微少にすることができ、検出精度の向上を図ることができる。

下記特許文献２には、内部に流体が流れるダクト内に検知部を挿入して流体の粉体成分を測定するダクト用粉体検知装置が開示されている。この装置は、検知部から流入した流体を粉体検知装置の粉体計測部へ導く流入経路と、この粉体計測部から該検知部を経由してダクト内へ戻す流出経路とで、経路中の断面積の平均値である平均断面積が異なることを特徴としている。検知部は筒体であって、内部で流入経路と流出経路とに区分する少なくとも１つの隔壁が備えられている。この筒体の外壁に設けられた流入経路につながる流入口総面積と、前記流出経路につながる流出口総面積とが異なる。このダクト用粉体検知装置によれば、粉塵の滞留が少なく、検知部のメンテナンス性が優れている。

また、下記特許文献２中には、他の従来技術として、Yamatake社製のCY8000c 型（商品型番）粉塵濃度測定装置が記載されている。これは、先端が閉塞した筒体で形成したノズル筒をセンサ本体と接続し、ノズル筒の内部に隔壁を設けて吸気側と排気側とに等分で仕切っている。そして吸気側と排気側とには筒壁に多数の同径の開口部を同数一列に設け、吸気側と排気側とは同面積で開口している。

ところで、本願発明の発明者等は、上述したような構造のガス検知器とは基本構造が異なる挿入形ガス検知器を新たに開発した。図８を参照してその基本構造を説明すると、まず測定用回路が形成された細長い測定用のセンサ基板１００の先端にセンサ１０１を取り付けて電気的に接続し、このセンサ基板１００をセンサ１０１を先にして導入管１０２内に挿入する。この導入管１０２は、空調用のダクト１０３等の設備の外側から内部の空間内に挿入して設置するものであり、主基板を内蔵する検知器の本体１０４はダクト１０３の壁体の外面に取り付けられる。そして、ダクト１０３内に配置された導入管１０２の先端には、配置されたセンサ１０１に対応して互いに反対の位置に気体の入口と出口１０５がそれぞれ形成されている。なお、出口１０５を隠れ線で示した都合上、手前側の入口は図示していないが、出口１０５と対応する位置に同形、同数形成されている。従って、導入管１０２の入口をダクト１０３内で気体の上流側に向ければ、ダクト１０３内を流れる気体は導入管１０２の入口から入って直接センサ１０１に当たり、センサ１０１は気体中の特定成分等を検知し、気体はその後出口１０５から出て行く。

特許第３１１７８８２号公報 特開２００２３３３３９６号公報

しかしながら、図８に示した挿入形ガス検知器にも、次に説明するような改善すべき点があった。すなわち、このような挿入形ガス検知器は、ビル等の空調設備においてダクトに挿入して設置することにより、ダクト中を流れる空気中の二酸化炭素量の管理等に使用されるものである。ダクト内には気体の流れがあるため、このような用途の場合には、その測定位置は測定結果の安定性・均一性を考慮してダクトのなるべく中心付近とすることが好ましく、各種の規格等においてもダクトの中心で測定する気体を採取することが規定される場合がある。

しかし、センサ基板に接続したセンサを空気の出入口がある導入管の先端に設けた構造では、ダクトの中心の空気を測定しようとすると、センサが設けられた導入管の先端をダクトの中心に配置しなければならないから、ダクトが大きいと導入管も長くなり、従って導入管の先端に配置するセンサを取り付けるためのセンサ基板も長くなる。このように、センサを取り付けるセンサ基板が大きくなるため、製造コストが大きくなり価格の高い挿入形ガス検知器となってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、先端にセンサを取り付けたセンサ基板を導入管に挿入し、該導入管を設備の外側から内部空間内に挿入して設置するタイプの挿入形ガス検知器において、導入管による気体の採取位置とセンサの配置位置とを離すことによりセンサを取り付けるセンサ基板のサイズを可及的に縮小して製造コストを低減させつつ、採取した気体を確実にセンサに導いて精度の高い検知を行なうことができる構造の挿入形ガス検知器を提供することを目的としている。

請求項１に記載された挿入形ガス検知器は、基面に形成された取り付け孔から内部空間に挿入されて該内部空間の流体を管内に導く導入管と、該導入管の内部に挿入されたセンサ基板の先端に取り付けられて前記流体の物理量を検知する検知センサとを備えた挿入形ガス検知器において、
前記導入管の先端部に流体を管内に導くための導入孔を形成し、前記導入管の先端部よりも前記基面に近い側に流体を管外に導くための排出孔を前記導入孔の反対側のみに形成し、前記検知センサを前記排出孔に近接して前記排出孔よりも前記基面に近い側に配置することにより、前記内部空間での流体の流れによって前記導入管内で流体が前記導入孔から前記検知センサに向かうように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載された挿入形ガス検知器は、請求項１記載の挿入形ガス検知器において、前記導入孔は、前記内部空間における流体の流れ方向の上流を向いて開口しており、前記排出孔は、前記内部空間における流体の流れ方向の下流を向いて開口していることを特徴としている。

請求項３に記載された挿入形ガス検知器は、請求項２記載の挿入形ガス検知器において、前記内部空間に挿入された状態の前記導入管に対して前記センサ基板を交換可能としたことを特徴としている。

請求項４に記載された挿入形ガス検知器は、請求項３記載の挿入形ガス検知器において、前記導入管の内面に気密に接する円盤型の外形を有し、前記センサ基板が気密に貫通する孔が形成されたシール部材を有することを特徴としている。

請求項５に記載された挿入形ガス検知器は、請求項４記載の挿入形ガス検知器において、前記導入管の前記導入孔にフィルタを着脱自在に設けたことを特徴としている。

請求項１に記載された挿入形ガス検知器によれば、導入管による流体の採取位置と検知センサの配置位置とが離れているので、流体の採取位置に応じて導入管の長さが長くなった場合でも、検知センサを導入管の先端部に配置する必要がなく、センサ基板の長さを短くできるので、製造コストを低減させることができる。

また、このように流体の導入位置と検知センサが離れていても、前記内部空間での流体の流れを利用して前記導入管内で前記導入孔から前記排出孔に向かう流体の流れが生じ、この流れに乗って流体が前記検知センサに確実に当たって十分な反応が得られるので、流体中の検出しようとする成分等を十分な精度で検出することができる。この際、所望位置で採取した流体を検知センサまで運ぶのに、元々流体が有していた流れのエネルギーを利用するので、別途動力源を必要とするポンプ等は不要である。

請求項２に記載された挿入形ガス検知器によれば、請求項１記載の挿入形ガス検知器の効果に加え、内部空間内の流体は、上流から導入孔に直接流入し、導入管内を流れて排出孔から直接下流に向けて排出されていくので、検知センサに流体を十分に供給することができ、検知の精度が高くなる。

請求項３に記載された挿入形ガス検知器によれば、請求項２記載の挿入形ガス検知器の効果に加え、導入管を内部空間に挿入したままの状態で、導入管に対してセンサ基板を交換することができるので、センサやセンサ基板が故障した場合等に短い時間で交換作業を終了させることができ、メンテナンス製が良好である。

請求項４に記載された挿入形ガス検知器によれば、請求項３記載の挿入形ガス検知器の効果に加え、導入管の内面とセンサ基板の間をシール部材で確実にシールする構成なので、シール部材を適当な位置に配することにより、導入管内に導いた流体をセンサのみに供給して回路が構成されたセンサ基板には必要以上には流体が当たらないようにすることができる。

請求項５に記載された挿入形ガス検知器によれば、請求項４記載の挿入形ガス検知器の効果に加え、導入管の導入孔にフィルタを設けたので内部空間内で流体とともに流れる異物等が導入管内に入るのを防止し、また係る異物等でフィルタに目詰まりが発生した場合には容易に交換することができ、メンテナンス性が良好である。

以下、本発明を実施するために特許出願人が出願時点で最良と思う本発明の実施の形態（以下本例とも呼ぶ）を図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本例の挿入形ガス検知器の断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視図、図３は図１のＢ矢視図、図４は図１の位置Ｃにおける一部を切り欠いた拡大斜視図、図５は図１のＤ−Ｄ切断線における拡大断面図、図６は本例の挿入形ガス検知器のダクトに対する取り付け状態を示す一部を断面として示した正面図、図７は本例の部品である取り付けフランジの図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。

本例の挿入形ガス検知器は、例えば空調設備におけるダクトのように、内部を被検知対象である気体が流れるようになっている設備において、その設備の壁体に貫通孔を設けて外部から内部に管状の検知部分を挿入し、当該設備内を流れる気体の特定成分の濃度等の物理量を検知しようとする装置である。

図１及び図６に示すように、挿入形ガス検知器１は、被検知領域である内部空間の流体を検知センサ２に導くための導入管３を有している。導入管３は、ダクト４の壁体５から内部に挿入した際に、ダクト４の中央部分に流れる気体を採取できるように、当該部分まで到達するような長さを有している。

図６に示すように、導入管３の先端部には、ダクト４の中央部分を流れる気体を管内に導くための導入孔６が形成されており、また図１及び図６に示すように、導入管３の先端部よりも後端部に近く、かつ前記導入孔６とは反対の側には、導入孔６から一旦管内に導入した気体を管外に導くための排出孔７が形成されている。

図１に示すように、導入管３の内部には、前記排出孔７よりも後端部に近い側に前記排出孔７に近接して検知センサ２が配置されている。この検知センサ２は、センサ基板８の先端部に取り付けられている。センサ基板８は、検知センサ２が出力する信号の出力等の処理を行なう測定用基板の機能を有するものであり、その形状は導入管３に挿入しうる細長い矩形状であって、その先端に前記検知センサ２が機械的及び電気的に接続されている。

図１に示すように、導入管３の後端部には短管状の接続部９が外挿されて該導入管３と一体に固定されており、この接続部９は略直方体状の本体ケース１０の前面中央の取り付け孔１０ａを貫通してねじ等の固定手段で該本体ケース１０に一体に固定されている。

また、図１及び図２に示すように、導入管３の後端部の開口において、センサ基板８の後端部には、センサ基板８に垂直に配置された主基板１１がコネクタ接続されており、該主基板１１はねじ等の固定手段で前記接続部９に固定されている。従って、導入管３とセンサ基板８と主基板１１と接続部９と本体ケース１０は、一体に組み立てられている。そして、図１及び図３に示すように本体ケース１０の開口した後面側には蓋ケース１２が取り付けられて固定されている。

なお、主基板１１は、センサ基板８を介して伝えられた検知センサ２からの信号を処理して出力する機能を有し、図２に示すように必要な信号を外部に出力するための外部端子結線台１３を備え、図１及び図３に示すように主基板１１に設けられて蓋ケース１２の外から観察可能なＬＥＤ等の発光表示手段１４を備えている。この発光表示手段１４によって、検知された結果が安全状態にあること又は警報状態にあることを、それぞれ緑・黄色（又は赤）等の色彩で表示することができる。

図１及び図４に示すように、このセンサ基板８の先端部と導入管３の内面との間には、シール部材１５が設けられている。このシール部材１５は、導入管３の内面に気密に接する円盤型の外形を有しており、かつセンサ基板８が気密に貫通するスリット状の孔１５ａが形成されている。また、シール部材１５はセンサ基板８に形成された溝部に係合しており、シール性が一層高められている。従って、導入管３内に導かれた気体は検知センサ２のみに供給され、回路が構成されたセンサ基板８には不必要に気体が当たることはなく、導入管３の後端部側に気体が漏れることもない。

挿入形ガス検知器１の導入管３の先端部は開口しており、図１及び図５に示すように導入管３の開口３ａには導入孔６を内側から覆うようにフィルタ部材１６が着脱可能に挿入されて設けられている。フィルタ部材１６は、導入管３の開口３ａに対応するサイズの円板形の蓋体１７と、蓋体１７の下面に垂直に突出して設けられた複数本の挿入脚１８と、これら挿入脚１８の間に設けられたフィルタ材料１９とを有している。

また、図５に示すように、挿入脚１８の間には先端に係止部２１を有する複数本の係止棒２０が突設されており、フィルタ部材１６を導入管３の開口３ａに挿入して所定位置まで押込むと、これら係止棒２０が導入管３の先端部に設けられた係止孔２２に係合し、フィルタ部材１６が導入管３に装着される。

このフィルタ部材１６を導入管３から外すには、導入管３をダクト４等から一旦外し、係止孔２２から飛び出た係止棒２０の係止部２１を導入管３の外側から小型ドライバー等で内方に押込み、同時に蓋体１７を摘んで引き出せばよい。このように、フィルタ部材１６は容易に交換できるので、使用中に目詰まりしたら交換することができる。

本例の挿入形ガス検知器１を、空調設備における気体の流通経路であるダクト４の壁体５を取り付け用の基面とし、ここに取り付ける場合の構造を、図６及び図７を参照して説明する。
図６に示すように、空調用のダクト４の壁体５の外面には断熱材２５が巻かれている。断熱材２５の一部を除去し、当該部分の壁体５に貫通孔を設け、当該貫通孔に取り付けフランジ３０を固定する。取り付けフランジ３０は、図７に示すようにフランジ部３１と、フランジ部３１と一体に形成された縦割れスリット３２を有する筒型の保持部３３と、縦割れスリット３２に設けられた一対の対向する調整板３４，３４及びこれを連結する調整手段３５とを有する。

図６に示すように、挿入形ガス検知器１の導入管３を取り付けフランジ３０の保持部３３に挿入し、必要な長さだけ差し込んだら調整手段３５を締めて導入管３を取り付けフランジ３０に固定する。導入管３を壁体５の貫通孔に差し込み、この取り付けフランジ３０のフランジ部３１を壁体５の外面に当接させて固定手段でフランジ部３１と壁体５を固定する。これによって、挿入形ガス検知器１は、導入管３がダクト４内に所定の寸法だけ突出した状態でダクト４に取り付けられる。なお、本例ではダクト４の中心部に導入管３の先端の導入孔６が来るように設定した。

挿入形ガス検知器１は、導入孔６がダクト４の内部空間における流体の流れ方向の上流を向いて開口し、排出孔７がダクト４の内部空間における流体の流れ方向の下流を向いて開口するように設置される。

図３に示すように、蓋ケース１２の表面には、導入管３の導入孔６から気体が流入する向き又は排出孔７から気体が流出する向き（気体の流れの向き）を表す矢印４０が表示されているので、導入管３を取り付けフランジ３０に差し込む際又は導入管３を差し込んだ取り付けフランジ３０をダクト４の壁体５に固定する際に、この矢印４０とダクト４内を実際に流れている気体の向きを考慮して取り付け方向を決めれば、ダクト４内において導入管３の導入孔６を上流側に向け、排出孔７を下流側に向けることができる。

次に、以上の構成における作用及び効果を説明する。
本例によれば、導入孔６と排出孔７は共に直径の等しい丸孔であり、同数の２個ずつ形成されて導入側と排出側の各開口面積が等しく設定されており、気体が当たる側とその反対側とに段違いで形成されているので、測定対象である気体が元々有している流れの力を利用することができる。

すなわち、ダクト４の内部空間で流れる気体が導入孔６から導入管３内に入ると、この気体は導入管３内を流れて排出孔７に向かい、該排出孔７に近接した検知センサ２の検知部に衝突し、その後気体は排出孔７から出て再びダクト４の内部空間に排出されることとなる。

ここで導入管３内を流れる気体の状態は均一で安定しており、排出孔７の直近に設けられた検知センサ２には均一かつ安定した状態で気体が接触することができるので、気体と検知センサ２の検出素子との間には気体中の特定成分を検出するのに適当な接触状態が実現され、気体中の特定成分の検出が良好に行なわれる。

このように、本例では、導入管３の先端部に設けた導入孔６から気体を取り入れ、導入管３の後端部に設けた検知センサ２まで気体を流して検知を行なうので、検知センサ２を導入管３の先端に設けるためにセンサ基板８を長くする必要がない。すなわち導入管３による気体の採取位置と検知センサ２の配置位置とが離れているので、流体の採取位置をダクト４の中央に設定するために導入管３を相応に長く設定した場合でも、検知センサ２を導入管３の先端部に配置する必要がなく、センサ基板８の長さを短くできるので、製造コストを低減させることができる。

また、本例の挿入形ガス検知器１によれば、ダクト４の中央部を流れる気体を導入管３の先端部に設けた導入孔６で採集し、この気体が元から有する流れの力を利用して導入管３内の基端部側に向けて安定して送ることができ、気体を検知センサ２に好ましい状態で当てることによってガス成分（例えば二酸化炭素）の検知を精密に行なうことができる。

従って、ダクト４内の気体を離れた位置に送るために動力源が必要なポンプ等を用いる必要もなく、簡単な構成で所望位置の気体を採集して検知センサ２に送ることができる。

また、この検知でガス濃度が基準値内である場合には、蓋ケース１２の発光表示手段１４で安全表示を行ない、またガス濃度が基準値を越えた場合には、発光表示手段１４が警告表示を行ない、観察者に報知することができる。

また、本例の挿入形ガス検知器１では、導入管３をダクト４の内部空間に挿入したままの状態で、蓋ケース１２を外して主基板１１をセンサ基板８及び接続部９から外せば、検知センサ２が取り付けられたセンサ基板８を導入管３から抜き取ることができ、必要に応じて交換することも可能である。また、交換する部位は、一体化した検知センサ２とセンサ基板８からなる最小限度のユニットのみであり、安価に構成できる。

また、必要によっては、取り付けフランジ３０の調整手段３５を緩めることにより、ダクト４に取り付けた取り付けフランジ３０から挿入形ガス検知器１を抜き取ることなく、挿入形ガス検知器１をを押し引きすることによってダクト４内に突出する導入管３の長さを調整し、又は挿入形ガス検知器１をを取り付けフランジ３０に対して回転させることによってダクト４内における導入管３の導入孔６及び排出孔７の向きを調節することができる。

図１は本例の挿入形ガス検知器１の断面図である。 図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視図である。 図３は図１におけるＢ矢視図である。 図４は図１の位置Ｃにおける一部を切り欠いた拡大斜視図である。 図５は図１のＤ−Ｄ切断線における拡大断面図である。 図６は本例の挿入形ガス検知器１のダクト４に対する取り付け状態を示す一部を断面として示した正面図である。 図７は本例の部品である取り付けフランジ３０の図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 図８は従来の挿入形ガス検知器１の模式的断面図である。

符号の説明

１…挿入形ガス検知器、
２…検知センサ、
３…導入管、
４…ダクト、
５…基面としての壁体、
６…導入孔、
７…排出孔、
８…センサ基板、
１０…本体ケース、
１２…蓋ケース、
１５…シール部材、
１６…フィルタ部材、
１９…フィルタ材料、
３０…取り付けフランジ

Claims (5)

1. 基面に形成された取り付け孔から内部空間に挿入されて該内部空間の流体を管内に導く導入管と、該導入管の内部に挿入されたセンサ基板の先端に取り付けられて前記流体の物理量を検知する検知センサとを備えた挿入形ガス検知器において、
   前記導入管の先端部に流体を管内に導くための導入孔を形成し、前記導入管の先端部よりも前記基面に近い側に流体を管外に導くための排出孔を前記導入孔の反対側のみに形成し、前記検知センサを前記排出孔に近接して前記排出孔よりも前記基面に近い側に配置することにより、前記内部空間での流体の流れによって前記導入管内で流体が前記導入孔から前記検知センサに向かうように構成したことを特徴とする挿入形ガス検知器。
2. 前記導入孔は、前記内部空間における流体の流れ方向の上流を向いて開口しており、前記排出孔は、前記内部空間における流体の流れ方向の下流を向いて開口していることを特徴とする請求項１記載の挿入形ガス検知器。
3. 前記内部空間に挿入された状態の前記導入管に対して前記センサ基板を交換可能としたことを特徴とする請求項２記載の挿入形ガス検知器。
4. 前記導入管の内面に気密に接する円盤型の外形を有し、前記センサ基板が気密に貫通する孔が形成されたシール部材を有することを特徴とする請求項３記載の挿入形ガス検知器。
5. 前記導入管の前記導入孔にフィルタを着脱自在に設けたことを特徴とする請求項４記載の挿入形ガス検知器。

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