JP6481764B2

JP6481764B2 - ガス濃度検出装置

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Description

本発明は、ガス濃度検出装置に関する。

流動する測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定可能なガス濃度検出装置が開示された文献として、たとえば特開２００２−３５０３８０号公報（特許文献１）が挙げられる。

特許文献１に開示のガス濃度検出装置は、ガスセンサを搭載する回路基板を収容するガス検知部と、これに接続される導入管部とを備える。ガスセンサは、導入管部がガス検知部に接続される接続孔に対向するように配置される。ガス検知部内において、ガスセンサの周囲は、導入管部に連通する筒状の断熱シールゴムによって囲まれている。導入管部側に位置する断熱シールゴムの開口部近傍には、不織布が設けられている。導入管部の内部には、仕切板が設けられている。

仕切板によって導入管内を２分割することにより、所定の方向に流動する測定対象ガスの流速が導入管部の前方で速くなった場合であっても、仕切板で測定対象ガスが２分されて導入されるため、ガスセンサ近傍での測定対象ガスの流速の増加を抑制し、ガスセンサの検出感度の変化を抑制することができる。

特開２００２−３５０３８０号公報

所定の方向に測定対象ガスが流動する環境下に導入管部を設置した場合には、導入管部から見て風向上流側が正圧となり、導入管部から見て風向下流側が負圧となる。このように、導入管部の風向上流側と風向下流側にて差圧が生じるため、導入管部の内部を仕切板にて２分割した場合には、２分された導入管部のうち風向上流側に近い一方側から測定対象ガスが導入され、２分された導入管部のうち風向下流側に近い他方側から測定対象ガスが導出される。

特許文献１に開示のガス濃度検出装置にあっては、導入管部の軸方向における仕切板の一端は、導入管部の先端を通る開口面と同一平面上に位置し、導入管部の軸方向における仕切板の他端は、導入管の根元を通る開口面よりも内側に位置する。このため、仕切部の他端とガスセンサとの間には、相当程度広い空間が形成され、この空間を介して２分された導入管部のうちの一方側から導入された測定対象ガスの大部分が、２分された導入管部のうちの他方側に流れて込んでしまう。

これにより、ガス検知部に導入された測定対象ガスをガス検知部内にまんべんなく周回させることが困難となり、測定対象ガスに含まれる特定ガスの正確な濃度を測定することが困難であった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ハウジング内において測定対象ガスを効率よく周回させることができるガス濃度検出装置を提供することにある。

本発明に基づくガス濃度検出装置は、流動する測定対象ガスを取り込んで上記測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するものであって、上記特定ガスの濃度を測定するガス濃度検出器と、上記ガス濃度検出器を内部に収容するハウジングと、上記ハウジングの底部から外部に向けて突出するように設けられ、外部から上記ハウジングの内部に上記測定対象ガスを導入し、かつ、上記ハウジングから外部に向けて上記測定対象ガスを導出するための風向案内板部と、を備え、上記ハウジングは、上記測定対象ガスが導入される導入孔と、上記測定対象ガスが導出される導出孔とを含み、上記導入孔および上記導出孔は、上記風向案内板部を挟み込むように上記ハウジングの底部に設けられ、上記ガス濃度検出器は、少なくとも一部が上記風向案内板部に対向するとともに、上記ハウジングの上記底部に対向するように上記ハウジングの上記底部から所定の距離を持って配置され、上記ガス濃度検出器と上記ハウジングの上記底部との間に形成される空間を、上記導入孔側の空間と上記導出孔側の空間とに仕切る仕切部が設けられている。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記仕切部は、上記風向案内板部から連続して延在するように設けられていてもよい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記仕切部は、上記ガス濃度検出器に当接していてもよい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記ガス濃度検出器は、上記風向案内板部に向けて突出する突出部を有していてもよく、上記仕切部は、上記突出部を含んでいてもよい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置は、上記導入孔および上記導出孔に連通するとともに、上記ハウジングの上記底部から外部に向けて突出する管状部材をさらに備えていてもよい。この場合には、上記風向案内板部は、管状部材の内部を通じ、上記ハウジングが位置する側とは反対側に位置する上記管状部材の一端よりも外部に向けて突出するように設けられていることが好ましい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記風向案内板部は、上記管状部材に固定されていてもよい。この場合には、上記管状部材は、上記ハウジングに着脱可能に接続されることが好ましい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記ガス濃度検出器は、内部に赤外線の光路を有するとともに上記光路と外部の空間とを連通させる連通部が設けられた光路部材と、上記光路に設置された赤外線照射素子と、赤外線受光素子と、を含み、上記連通部を介して上記光路に導入された上記測定対象ガスに上記赤外線照射素子を用いて赤外線を照射し、上記測定対象ガスに照射された赤外線を上記赤外線受光素子にて受光することにより、上記測定対象ガスに含まれる上記特定ガスの濃度を検出する非分散型赤外線吸収式のガス濃度検出器であることが好ましい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記ガス濃度検出器は、上記光路部材が搭載されている基板部をさらに含んでいてもよく、上記ガス濃度検出器は、上記基板部における上記光路部材が搭載されていない側の主面が、上記ハウジングの上記底部に対向するように配置されていてもよい。

上記本発明に基づくガス濃度検出装置にあっては、上記ガス濃度検出器は、上記光路部材が搭載されている基板部をさらに含んでいてもよく、上記ガス濃度検出器は、上記基板部における上記光路部材が搭載されている側の主面が、上記ハウジングの上記底部に対向するように配置されていてもよい。

本発明によれば、ハウジング内において測定対象ガスを効率よく周回させることができるガス濃度検出装置を提供することができる。

実施の形態１に係るガス濃度検出装置の分解斜視図である。実施の形態１に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。実施の形態１に係るガス濃度検出器の概略図である。実施の形態１に係るガス濃度検出器の回路構成図である。実施の形態１に係る風向案内板部および管状部材を先端側から見た斜視図である。実施の形態１に係る風向案内板部および管状部材を根元側から見た斜視図である。実施の形態１に係るガス濃度検出装置に測定対象ガスが導入される様子およびガス濃度検出装置から測定対象ガスが導出される様子を示す図である。比較例におけるガス濃度検出装置に測定対象ガスが導入される様子およびガス濃度検出装置から測定対象ガスが導出される様子を示す図である。実施の形態２に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。実施の形態３に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。実施の形態４に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。本発明の効果を検証するために行なった検証実験の条件および結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
（ガス濃度検出装置）
図１は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置の分解斜視図である。図２は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１について説明する。

図１および図２に示すように、ガス濃度検出装置１は、流動する測定対象ガスを取り込んで測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定する装置である。ガス濃度検出装置１は、たとえば、ＢＥＭＳ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）において二酸化炭素の濃度に基づく換気量の制御や、植物の栽培施設等において屋内の二酸化炭素の濃度を所定の範囲内に収める制御等に用いられる。

ガス濃度検出装置１は、ハウジング３０、ガス濃度検出器４０、管状部材８０、風向案内板部９１、および仕切部９２を備える。

ハウジング３０は、第１ハウジングおよび第２ハウジング２０を含む。ガス濃度検出器４０を内部に収容する。ハウジング３０には、外部から測定対象ガスが導入される導入口１５が設けられている。当該導入口１５には、管状部材８０が接続される。

第１ハウジング１０は、一端１０ａ側に位置するひとつの主面が開口した箱形状を有する。第１ハウジング１０は、底部１１と、底部１１の周縁に接続される周壁部１２と、開口部１３と、周壁部１２から外側に向けて突出する第１の係合部１４を有する。

第２ハウジング２０は、開口部１３を開閉可能に閉塞する。第２ハウジング２０は、本体部２１と、当該本体部に設けられた第２の係合部２３とを有する。

第２の係合部２３は、着脱自在に第１ハウジング１０の第１の係合部１４に係合する。第２の係合部２３が第１の係合部１４に係合することにより、第１ハウジング１０内が第２ハウジング２０に密閉される。

ガス濃度検出器４０は、非分散型赤外線吸収方式（ＮＤＩＲ方式）のガス濃度検出器である。ガス濃度検出器４０による濃度の検出対象となる気体は、たとえば二酸化炭素である。

ガス濃度検出器４０は、内部に赤外線の光路を有するとともに光路と外部の空間と連通させる連通部４６が設けられた光路部材４４と、光路に設置された赤外線照射素子としての光源５０（図３参照）および赤外線受光素子として焦電センサ５４（図３参照）とを備え、連通部４６を介して光路に導入された測定対象ガスに光源５０を用いて赤外線を照射し、測定対象ガスに照射された赤外線を焦電センサ５４にて受光することにより、測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出する。

ガス濃度検出器４０は、基板部としての回路基板４２をさらに含む。回路基板４２は板状であり、光路部材４４が搭載されている側の主面４２ｂと、光路部材４４が搭載されていない側の主面４２ａとを備える。ガス濃度検出器４０は、回路基板４２における光路部材４４が搭載されていない側の主面４２ａが、第１ハウジング１０の底部１１に対向するように配置されている。ガス濃度検出器４０は、第１ハウジング１０の底部１１から所定の距離を持って配置されている。なお、ガス濃度検出器４０の詳細な構成については、図３および図４を用いて後述する。

管状部材８０は、一端８０ａと他端８０ｂとを備える筒状形状を有する。管状部材８０は、ダクト１００とハウジング３０とを接続する。管状部材８０は、着脱自在にダクト１００に取り付けられるとともに、着脱自在にハウジング３０に取り付けられる。なお、管状部材８０は、射出成形等によりハウジング３０と一体に成形されていてもよい。

管状部材８０の一端８０ａ側は、ダクト１００の貫通孔１０１に接続される。管状部材８０の一端８０ａは、ダクト１００に接続された状態において、ダクト１００の内部に向けて突出していてもよい。

管状部材８０の他端８０ｂ側は、ハウジング３０の導入口１５に接続される。管状部材８０は、ハウジング３０に接続された状態において、第１ハウジング１０の底部１１から外部に向けて突出する。管状部材８０の他端８０ｂは、ハウジング３０に接続された状態において、ハウジング３０の内部に向けて突出していてもよい。

管状部材８０は、径方向外側に向かって突出するフランジ部８１を有する。フランジ部８１は、管状部材８０の一端８０ａ側に設けられている。フランジ部８１は、管状部材８０がダクト１００に接続された状態において、ダクト１００の外周面に当接する。

風向案内板部９１は、たとえば、板状形状を有する。風向案内板部９１は、管状部材８０の筒軸方向に沿って延在する。風向案内板部９１は、第１ハウジング１０の底部１１から、管状部材８０の内部を通じ、管状部材８０の一端８０ａよりも外部に向けて突出するように設けられている。風向案内板部９１は、外部からハウジング３０の内部に測定対象ガスを導入し、かつ、ハウジング３０の内部から外部に向けて測定対象ガスを導出するための部位である。

風向案内板部９１における管状部材８０の一端８０ａから外部に向けて突出している側の先端は、ダクト１００の内部に位置する。

所定の方向に測定対象ガスが流動する環境下に、風向案内板部９１を配置した場合には、風向案内板部９１から見て風向上流側が正圧となり、風向案内板部９１から見て風向下流側が負圧となる。風向案内板部９１は、測定対象ガスの流動方向と交差するように設けられている。風向案内板部９１から見て、風向上流側と風向下流側にて差圧が生じることにより、風向案内板部９１は、管状部材８０の内部を、測定対象ガスをハウジング３０の内部に導入するための導入部８２と、測定対象ガスをハウジング３０の外部に導出するための導出部８３とに区画する。

また、風向案内板部９１は、導入口１５を、測定対象ガスが導入される導入孔１６と、測定対象ガスが導出される導出孔１７とに区画する。導入孔１６および導出孔１７は、風向案内板部９１を挟み込むように第１ハウジング１０の底部１１（ハウジング３０の底部）に設けられる。導入孔１６は、上述の導入部８２に連通し、導出孔１７は、上述の導出部８３に連通する。

仕切部９２は、ガス濃度検出器４０とハウジング３０の底部１１との間に形成される空間を、導入孔１６側の空間と導出孔１７側の空間とに実質的に仕切る。仕切部９２は、風向案内板部９１から連続して延在するように設けられている。仕切部９２は、回路基板４２の主面４２ａに近接するように設けられることが好ましく、回路基板４２の主面４２ａに当接するように設けられることがより好ましい。

風向案内板部９１から見て風向上流側を流動する測定対象ガスの一部は、上記差圧によって管状部材８０の導入部に引き込まれる。管状部材８０の導入部に引き込まれた測定対象ガスは、導入孔１６を通ってハウジング３０内に導入される。ハウジング３０内に導入された測定対象ガスは、ハウジング３０内を周回する際に、光路部材４４に設けられた連通部４６を通って光路部材４４内に侵入する。当該光路部材４４内に侵入した測定対象ガスは、上記連通部４６を通ってハウジング３０内に放出される。なお、連通部４６以外に光路部材４４に他の連通部が設けられている場合には、光路部材４４内に侵入した測定対象ガスは、連通部４６および他の連通部を通ってハウジング３０内に放出される。そして、導出孔１７および管状部材８０の導出部８３を順に通って、ダクト１００内に導出される。

（ガス濃度検出器）
図３は、本実施の形態に係るガス濃度検出器の概略図である。図３を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出器４０について説明する。

図３に示すように、ガス濃度検出器４０は、ガスの濃度の検出動作を行う濃度検出部６０（図４参照）と、ガスの温度を検出する温度検出部であるサーミスタ５８と、回路基板４２とを含む。光路部材４４は、回路基板４２の一方の面上の所定の位置に設けられる。濃度検出部６０の構成部品およびサーミスタ５８は、光路部材４４の内部の所定の位置に設けられる。

濃度検出部６０は、光源５０と、焦電センサ５４と、複数種類のフィルタを切り替える切替装置６２とを含む。

光源５０は、フィラメントランプである。しかしながら、光源５０は、少なくとも赤外線を含む波長を放射する光源であれば、たとえばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の赤外線を放射する光源であってもよい。光源５０は、所定の周期で点滅するように制御される。光源５０は、光路部材４４の一部である保持台によって保持される。光源５０は、焦電センサ５４と所定の距離だけ離間した位置に設けられる。光源５０は、焦電センサ５４に向けて赤外線を放射する。光源５０が赤外線を放射することによって光源５０と焦電センサ５４との間には光路部４８が形成される。具体的には、光路部４８は、光路部材４４の内壁面が光源５０から放射された赤外線を反射することによって形成される。

保持台の断面形状は、焦電センサ５４側に開いた半楕円形状である。半楕円形状の内側は、鏡面とされる。すなわち、保持台は、楕円ミラーの一部である。光源５０は、保持台の半楕円形状の焦点位置に設けられる。また、光路部材４４にも楕円ミラーの一部が形成される。図３に示すように、光源５０と焦電センサ５４とは対向した位置関係ではなく、図３の紙面上下方向にずれた位置関係で向き合っている。光路部材４４の内壁面は反射率の高い部材からなる。光路部材４４の内壁面は、光源５０から放射された赤外線が焦電センサ５４に向かう光路部４８が形成されるように予め向き（角度）が定められる。そのため、光源５０から放射された赤外線は、光路部４８を通過して焦電センサ５４に入射したり、あるいは、保持台の形成される鏡面を反射した後、光路部４８を通過して焦電センサ５４に入射したりする。

焦電センサ５４は、バルクセラミックスを用いた焦電型赤外線センサである。焦電センサ５４には、光源５０から放射される赤外線を受光する部分である入射窓５６が光源５０に向けて設けられている。

切替装置６２は、光源５０と焦電センサ５４との間に設けられる。切替装置６２は、後述する切替駆動回路７８からの制御信号に基づいて第１バンドパスフィルタ（不図示）または、第２バンドパスフィルタ（不図示）を光源５０と焦電センサとの間の光路上に配置する。切替装置６２は、たとえば、モータ等のアクチュエータであって、第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタとを切り替える。

第１バンドパスフィルタは、二酸化炭素の吸収率が高い波長である、４．２６μｍの近傍を含む第１波長帯の赤外線を通過させるフィルタである。焦電センサ５４は、切替装置６２によって第１バンドパスフィルタが光路上に配置されている場合には、光源５０から放射された赤外線のうち第１波長帯の赤外線を受光する。そして、焦電センサ５４の出力値から二酸化炭素の濃度に換算する。

第２バンドパスフィルタ６６は、第１波長帯と異なる波長帯であって、かつ、濃度の検出対象となる気体の吸収率が低い波長（たとえば、３．９μｍ）を含む第２波長帯の赤外線を通過させるフィルタである。焦電センサ５４は、切替装置６２によって第２バンドパスフィルタ６６が光路上に配置されている場合には、光源５０から放射された赤外線のうち第２波長帯の赤外線を受光する。

サーミスタ５８は、焦電センサ５４の近傍に設けられ、回路基板４２に固定される。サーミスタ５８においては、駆動回路７０から電圧が印加されることにより定電流が流れ、定電流が流れたときに生じる電圧が出力電圧として駆動回路７０において検出される。

光路部材４４は、濃度検出部６０の構成部品およびサーミスタ５８を覆うように設けられ、回路基板４２に固定される。光路部材４４には、光路部材４４の外部からガスを取り入れたり、光路部材４４の内部のガスを排出したりするための連通部４６が設けられる。連通部４６には、エアフィルタが設けられる。

ガス濃度検出器４０による二酸化炭素の濃度の検出は、連通部４６から光路部材４４の内部に気体が取り入れられた状態で行われる。光源５０から焦電センサ５４に向けて赤外線が放射されると、放射された赤外線は、焦電センサ５４において受光される。焦電センサ５４は、赤外線の受光に応じて電圧を出力する。

第１バンドパスフィルタが光路上に配置されている場合、焦電センサ５４から出力される電圧は、光路部４８における二酸化炭素の濃度によって異なる。これは、光源５０から放射される赤外線のうち第１バンドパスフィルタを通過する第１波長帯の赤外線が光路部４８上の二酸化炭素により吸収されるため、二酸化炭素の濃度により、光源５０から第１バンドパスフィルタを経由して焦電センサ５４に到達する赤外線の量も変化するためである（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則）。

第２バンドパスフィルタが光路上に配置されている場合、焦電センサ５４から出力される電圧は、光路部４８における二酸化炭素の濃度に応じて変化することはない。これは、光源５０から放射される赤外線のうち第２バンドパスフィルタを通過する第２波長帯の赤外線が二酸化炭素やその他の気体によりほとんど吸収されないためである。

一方、光路上に配置されているフィルタが第１バンドパスフィルタであるか第２バンドパスフィルタであるかに関わらず、焦電センサ５４から出力される電圧は、温度に応じて変化する特性を有する。

図４は、本実施の形態に係るガス濃度検出器の回路構成図である。図４を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出器４０の回路構成について説明する。

図４に示すように、回路基板４０に形成された駆動回路７０は、増幅回路７２と、ＡＤ変換回路７４と、濃度変換処理回路７６と、切替駆動回路７８とを含む。なお、図４に示すガス濃度検出器４０の回路構成は、一例であり、図４に示される回路構成に限定されるものではない。

増幅回路７２は、たとえば、アンプ等によって構成され、濃度検出部６０の濃度検出信号（出力電圧）の信号強度を増幅する。

ＡＤ変換回路７４は、増幅回路７２において信号強度が増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、信号強度の増幅やアナログ信号からデジタル信号への変換は、周知の技術を用いればよい。

濃度変換処理回路７６は、ＡＤ変換回路７４において変換されたデジタル信号に対して所定の処理を実施することによって光路部材４４の内部に取り入れられた気体に含まれる二酸化炭素の濃度を算出する。なお、本実施の形態において、濃度変換処理回路７６は、たとえば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）によって実現される。

ＣＰＵは、図示しない記憶部に記憶されたプログラムを実行することによって、所定の演算処理や制御処理を実行する。ＣＰＵは、たとえば、二酸化炭素の濃度を算出する演算処理に加えて、光源５０を点灯させる制御処理やサーミスタ５８に電圧を印加する制御処理と、切替装置６２を動作させて第１バンドパスフィルタまたは第２バンドパスフィルタを光源５０と焦電センサ５４との間の光路上に配置する制御処理とを実行する。

ＣＰＵは、切替装置６２を動作させる場合に駆動指令を切替駆動回路７８に出力する。切替駆動回路７８は、ＣＰＵから受信した駆動指令に従って制御信号を生成し、切替装置６２に出力する。

ガス濃度検出器４０にて特定ガス（二酸化炭素）の濃度を検出するに際して、サーミスタ５８から温度検出信号を取得するとともに、焦電センサ５４の出力値を取得する。取得された焦電センサ５４の出力値に対して、ノイズ除去、増幅処理、およびデジタルデータ変換処理といった所定の信号処理を実行する。サーミスタからの温度検出信号に基づいて算出されたサーミスタ温度と焦電センサ５４の出力値とから二酸化炭素の濃度を算出する。

具体的には、ガス濃度検出器４０は、焦電センサ５４の出力値Ｖと予め取得された第１検量線と第２検量線とに基づいて二酸化炭素の濃度を算出する。

第１検量線は、予め定められた基準温度における二酸化炭素の濃度と焦電センサ５４の出力値Ｖを基準出力値Ｖ_０で規格化した値（Ｖ／Ｖ_０）との関係を示す。基準出力値Ｖ_０は、二酸化炭素の濃度が予め定められた基準濃度（たとえば、０ｐｐｍ）である場合における、サーミスタ温度Ｔｈに対応した焦電センサ５４の出力値である。第２検量線は、予め定められた基準濃度（たとえば、０ｐｐｍ）におけるサーミスタ温度Ｔｈと基準出力値Ｖ_０との関係を示す。

なお、第１検量線に関するデータおよび第２検量線に関するデータは、ガス濃度検出器４０の製造時において予め取得されて、駆動回路７０に設けられるメモリ等の記憶媒体に記憶される。

サーミスタ温度Ｔｈを算出して、第２検量線に基づいて、基準出力値Ｖ_０を算出し、算出された基準出力値Ｖ_０と焦電センサ５４の出力値Ｖと第１検量線とに基づいて、特定ガス（二酸化炭素）の濃度を算出することができる。

（風向案内板部、補強部および仕切部）
図５および図６は、本実施の形態に係る風向案内板部および管状部材を先端側ならびに根元側から見た斜視図である。図５および図６を参照して、本実施の形態に係る風向案内板部９１および風向案内板部９１の周囲の構成について説明する。

図５に示すように、風向案内板部９１の先端は、管状部材８０の一端８０ａから外部に向けて突出している。管状部材８０内において、風向案内板部９１の両側面部は、管状部材８０の内壁に接続されている。風向案内板部９１の管状部材８０の一端８０ａから外部に向けて突出している部分は、一対の補強部９３によって強固に管状部材８０に固定されている。

一対の補強部９３は、風向案内板部９１の両側面部を挟み込むように設けられている。一対の補強部９３は、管状部材８０の一端８０ａから外部に向けて突出するように設けられている。一対の補強部９３のそれぞれは、板状形状を有する。一対の補強部９３は、風向案内板部９１に対して略直交するように設けられている。風向案内板部９１の延在方向（管状部材８０の筒軸方向）から見た場合に、一対の補強部９３および風向案内板部９１は、Ｈ型形状を有する。

図６に示すように、管状部材８０の他端８０ｂは、円環形状を有し、同一平面上に位置する。仕切部９２は、当該他端８０ｂを通る管状部材８０の開口面から回路基板４２の主面４２ａ（図６において不図示）に向けて突出するように設けられている。仕切部９２は、板状形状を有する。仕切部９２は、たとえば射出成形等により風向案内板部９１と一体に成形されている。

なお、管状部材８０の他端８０ｂが曲面上にある場合には、仕切部は、主面４２ａに平行であり、かつ、他端８０ｂのうち回路基板４２の主面４２ａから最も離れた部分を通過する平面から、当該主面４２ａに向けて突出するように設けられる。

（測定対象ガスの流れ）
図７は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置に測定対象ガスが導入される様子およびガス濃度検出装置から測定対象ガスが導出される様子を示す図である。

図７は、シミュレーションによって流速を算出して得られた図である。図７においては、領域Ｒ１から領域Ｒ５の順に流速が遅くなっている。

管状部材８０に導入された測定対象ガスは、回路基板４２側に向かうにつれて流速が低下していく。本実施の形態においては、仕切部９２が設けられていることにより、導入孔１６を通過してハウジング３０内に導入された測定対象ガスは、図中矢印ＡＲ１に示すように、ハウジング３０内部を周回するように移動する。

ハウジング３０内部を周回して導出孔１７近傍に到達した測定対象ガスは、管状部材８０の一端８０ａにおける送風下流側が負圧になっていることから、図中矢印ＡＲ２に示すように、導出孔１７から吸気され、管状部材８０内の導出部を通過して、ダクト１００に導出される。

（比較例における測定対象ガスの流れ）
図８は、比較例におけるガス濃度検出装置に測定対象ガスが導入される様子およびガス濃度検出装置から測定対象ガスが導出される様子を示す図である。

比較例におけるガス濃度検出装置１Ｘは、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して仕切部が設けられていない点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

図８は、シミュレーションによって流速を算出して得られた図である。図８においても、領域Ｒ１から領域Ｒ５の順に流速が遅くなっている。

管状部材８０に導入された測定対象ガスは、回路基板４２側に向かうにつれて流速が低下していく。比較例においては、仕切部が設けられていないため、ガス濃度検出器４０とハウジング３０の底部１１との間に形成される空間が導入孔１６側の空間と導出孔１７側の空間と仕切られていない。

このため、導入孔１６を通過してハウジング３０内に導入された測定対象ガスの大部分は、風向案内板部９１の先端側において生じる風向上流側と風向下流側との圧力差の影響を大きく受ける。

導入孔１６を通過してハウジング３０内に導入された測定対象ガスの大部分は、図中矢印ＡＲ３に示すように、ハウジング３０内部を周回することなく、直接導出孔１７に向けて移動する。

（比較例と比較した実施の形態の効果）
本実施の形態のように、ガス濃度検出器４０とハウジング３０の底部１１との間に形成される空間を、導入孔１６側の空間と導出孔１７側の空間とに実質的に仕切る仕切部９２を設けることにより、導入口１５近傍において、風向案内板部９１の先端側において生じる風向上流側と風向下流側との圧力差の影響を軽減することができる。

これにより、導入孔１６からハウジング３０内に導入された測定対象ガスが、ハウジング３０内を周回することなく、直接的に導出孔１７に向かうことを抑制できる。この結果、ハウジング３０内が新たに導入された対象ガスに置換されるまでの時間が短くなる。したがって、ハウジング内において測定対象ガスを効率よく周回させることができる。

（実施の形態２）
（ガス濃度検出装置）
図９は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。図９を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ａについて説明する。

図９に示すように、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ａは、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して、仕切部９２Ａの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

ガス濃度検出器４０は、風向案内板部９１に向けて突出する突出部４９Ａを有し、本実施の形態における仕切部９２Ａは、この突出部４９Ａによって構成されている。

突出部４９Ａは、板状形状を有する。突出部４９Ａは、たとえば樹脂部材によって構成されている。突出部４９Ａは、回路基板４２の光路部材４４が搭載されていない側の主面４２ａに設けられている。突出部４９Ａは、主面４２ａの法線方向に延在するように設けられている。

突出部４９Ａは、風向案内板部９１に対向するように設けられている。突出部４９Ａの先端は、風向案内板部９１の根元に近接することが好ましく、風向案内板部９１の根元に当接することが好ましい。

このような構成を有する場合であっても、ガス濃度検出器４０とハウジング３０の底部１１との間に形成される空間を、導入孔１６側の空間と導出孔１７側の空間とに実質的に仕切ることができる。これにより、導入口１５近傍において、風向案内板部９１の先端側において生じる風向上流側と風向下流側との圧力差の影響を軽減することができる。

このため、導入孔１６からハウジング３０内に導入された測定対象ガスが、ハウジング３０内を周回することなく直接的に導出孔１７に向かうことを抑制でき、この結果、ハウジング内において測定対象ガスを効率よく周回させることができる。

（実施の形態３）
（ガス濃度検出装置）
図１０は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。図１０を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ｂについて説明する。

図１０に示すように、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ｂは、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して、仕切部９２Ｂの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

仕切部９２は、風向案内板部９１から連続して延在するように設けられている部分９５と、ガス濃度検出器４０に設けられ、風向案内板部９１に向けて突出する突出部４９Ａとを含むように構成されている。

風向案内板部９１から連続して延在するように設けられている部分９５は、実施の形態１に係る仕切部９２とほぼ同様の構成を有する。この場合において、風向案内板部９１から連続して延在するように設けられている部分９５と、突出部４９Ａとは近接することが好ましく、当接することがより好ましい。

（実施の形態４）
（ガス濃度検出装置）
図１１は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置をダクトに設置した設置状態を示す概略断面図である。図１１を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ｃについて説明する。

図１１に示すように、本実施の形態に係るガス濃度検出装置１Ｃは、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して、ハウジング３０内に収容されているガス濃度検出器４０の向きが相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

ガス濃度検出器４０は、回路基板４２の光路部材４４が搭載されている側の主面４２ｂが、第１ハウジング１０の底部１１に対向するように配置されている。ガス濃度検出器４０は、光路部材４４が仕切部９２に対向するように配置されている。仕切部９２は、光路部材４４に近接するように設けられることが好ましく、光路部材４４に当接するように設けられることがより好ましい。

なお、ガス濃度検出器４０は、光路部材４４から露出する回路基板４２の主面４２ｂが仕切部９２に対向するように配置されていてもよい。この場合には、仕切部９２は、回路基板４２の主面４２ｂに近接することが好ましく、回路基板４２の主面４２ｂに当接することが好ましい。

（検証実験）
図１２は、本発明の効果を検証するために行なった検証実験の条件および結果を示す図である。

図１２は、シミュレーションによって得られた算出結果である。比較例１、比較例２におけるガス濃度検出装置および実施例１に係るガス濃度検出装置を配置して、ハウジング３０内が新たな測定対象ガスに置換されるまでの時間（ガス入替り時間）、およびハウジング３０内に導入される測定対象ガスの流速を算出した。測定対象ガスの流速は、導入孔１６近傍の位置にて算出した。

ハウジング３０内が新たな測定対象ガスに置換されるまでの時間を測定するに際しては、ハウジング３０内における二酸化炭素の濃度を０ｐｐｍにして、このハウジング３０内に、測定対象ガスを導入した。この際、ダクト１００内を流れる測定対象ガスの流速を１．３ｍ／ｓとし、測定対象ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を５５０ｐｐｍとした。

ハウジング３０内が新たな測定対象ガスに置換されるまでの時間としては、測定対象ガスがハウジング３０内に導入されてから、ハウジング３０内の二酸化炭素の濃度が測定対象ガスに含まれる二酸化炭素の濃度の９０％である４９５ｐｐｍに到達するまでの時間を算出した。

比較例１におけるガス濃度検出装置としては、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して仕切部が設けられていないものとした。比較例１におけるガス濃度検出装置において、管状部材８０の一端８０ａからダクト１００内へ突出する部分の風向案内板部９１の長さを５０ｍｍとした。

比較例２におけるガス濃度検出装置としては、実施の形態１に係るガス濃度検出装置１と比較して仕切部が設けられていないものとした。比較例１におけるガス濃度検出装置において、管状部材８０の一端８０ａからダクト１００内へ突出する部分の風向案内板部９１の長さを２００ｍｍとした。

実施例１におけるガス濃度検出装置としては、実施の形態１に係るガス濃度検出装置と同様の構成を有するものとした。実施例１に係るガス濃度検出装置において、管状部材８０の一端８０ａからダクト１００内へ突出する部分の風向案内板部９１の長さを５０ｍｍとした。

比較例１においては、ハウジング３０内に導入される測定対象ガスの流速は、０．８２ｍ／ｓであり、測定対象ガスが置換される時間（ガス入替り時間）は、９５ｓであった。

比較例２においては、ハウジング３０内に導入される測定対象ガスの流速は、０．９８ｍ／ｓであり、測定対象ガスが置換される時間（ガス入替り時間）は、７５ｓであった。比較例２においては、比較例１よりも良好な結果が得られた。これは、風向案内板部９１の長さを長くしたため、ハウジング３０内に流れ込む流速が速くなったためである。

実施例１においては、ハウジング３０内に導入される測定対象ガスの流速は、０．８０ｍ／ｓであり、測定対象ガスが置換される時間（ガス入替り時間）は、３０ｓであった。測定対象ガスが置換される時間が短く、良好な結果が得られた。

以上のようなシミュレーション結果から、比較例１と比較例２とを比較して、管状部材８０の一端８０ａからダクト１００内へ突出する部分の風向案内板部９１の長さを長くすることにより、ハウジング３０内に導入される測定対象ガスの流速を速くすることが可能となることが言える。

比較例１および比較例２は、実施例１と比較して、仕切部が設けられていないことから、導入孔から導入された測定対象ガスの大部分がハウジング３０を周回せずに導出孔から導出されるため、ハウジング３０内部を周回する測定対象ガスが少なく、測定対象ガスが置換される時間が長くなったと言える。

以上のように、仕切部９２を設けることにより、測定対象ガスを効率よくハウジング内を周回させることができることが可能になると言える。

また、仕切部９２を設けることにより、風向案内板部９１の長さを長くすることなく、測定対象ガスが置換させる時間を短縮することができた。これにより、風向案内板部９１の長さを短くできるため、ガス濃度検出装置１をコンパクトに構成することができると言える。

さらに、風向案内板部９１を固定した管状部材８０を、ハウジング３０に対して着脱可能に接続できる構成とすることにより、設置前の状態におけるガス濃度検出装置１をコンパクトにすることができる。

なお、上述の実施の形態では、ガス濃度検出装置による濃度の検出対象となる気体（特定ガス）は、二酸化炭素であったが、検出対象となる気体は、二酸化炭素に特に限定されるものではない。たとえば、一酸化炭素やＣＨ_４やＮＯ_ｘ等のガスであってもよい。また、濃度検出対象が二酸化炭素以外の気体である場合には、第１波長帯は、濃度の検出対象となる気体の種類に応じた波長（すなわち、濃度の検出対象となる気体の吸収率が高い波長）を基準とした波長帯が選択される。

なお、上述の実施の形態では、切替装置が切替駆動回路からの制御信号に基づいて第１バンドパスフィルタまたは第２バンドパスフィルタを光源と焦電センサとの間の光路上に配置し、機械的にフィルタの切り替えを行なっていた。フィルタは、光路上に、検出対象のガスによって他の波長帯よりも赤外線が吸収される程度が高い第１波長帯と、第１波長帯よりも赤外線が吸収される程度が低い第２波長帯とのうちのいずれか一方を選択して通過させるフィルタであればよく、２つのフィルタを選択するものに限定されるものではない。第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタに代えて、例えばファブリペローフィルタを光源と焦電センサとの間の光路上に配置し、電気的にフィルタの切り替えを行なってもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｘガス濃度検出装置、１０第１ハウジング、１１底部、１２周壁部、１３開口部、１４第１の係合部、１５導入口、１６導入孔、１７導出孔、２０第２ハウジング、２１本体部、２３第２の係合部、３０ハウジング、４０ガス濃度検出器、４２回路基板、４４光路部材、４６連通部、４８光路部、４９Ａ突出部、５０光源、５４焦電センサ、５６入射窓、５８サーミスタ、６０濃度検出部、６２切替装置、７０駆動回路、７２増幅回路、７４変換回路、７６濃度変換処理回路、７８切替駆動回路、８０管状部材、８１フランジ部、８２導入部、８３導出部、９１，９１Ａ風向案内板部、９２，９２Ａ，９２Ｂ仕切部、９３補強部、１００ダクト、１０１貫通孔、９１１第１板状部、９１２第２板状部。

Claims

流動する測定対象ガスを取り込んで前記測定対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するガス濃度検出装置であって、
板状の回路基板を有し、前記特定ガスの濃度を測定するガス濃度検出器と、
底部および当該底部に対向する天井部とを有し、前記ガス濃度検出器を内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングの前記底部から外部に向けて突出するように設けられ、外部から前記ハウジングの内部に前記測定対象ガスを導入し、かつ、前記ハウジングの内部から外部に向けて前記測定対象ガスを導出するための風向案内板部と、を備え、
前記ハウジングは、前記測定対象ガスが導入される導入孔と、前記測定対象ガスが導出される導出孔とを含み、
前記導入孔および前記導出孔は、前記風向案内板部を挟み込むように前記ハウジングの底部に設けられ、
前記ガス濃度検出器は、前記回路基板の一方主面が前記風向案内板部に対向するとともに、前記ハウジングの前記底部および前記天井部に対向するように前記ハウジングの前記底部から所定の距離を持って配置され、
前記ガス濃度検出器と前記ハウジングの前記底部との間に形成される空間を、前記導入孔側の空間と前記導出孔側の空間とに仕切る仕切部が設けられている、ガス濃度検出装置。
前記仕切部は、前記風向案内板部から連続して延在するように設けられている、請求項１に記載のガス濃度検出装置。
前記仕切部は、前記ガス濃度検出器に当接する、請求項２に記載のガス濃度検出装置。
前記ガス濃度検出器は、前記風向案内板部に向けて突出する突出部を有し、
前記仕切部は、前記突出部を含む、請求項１から３のいずれかに記載のガス濃度検出装置。
前記導入孔および前記導出孔に連通するとともに、前記ハウジングの前記底部から外部に向けて突出する管状部材をさらに備え、
前記風向案内板部は、前記管状部材の内部を通じ、前記ハウジングが位置する側とは反対側に位置する前記管状部材の一端よりも外部に向けて突出するように設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
前記風向案内板部は、前記管状部材に固定され、
前記管状部材は、前記ハウジングに着脱可能に接続される、請求項５に記載のガス濃度検出装置。
前記ガス濃度検出器は、前記回路基板に搭載され、内部に赤外線の光路を有するとともに前記光路と外部の空間とを連通させる連通部が設けられた光路部材と、前記光路に設置された赤外線照射素子と、赤外線受光素子と、を含み、前記連通部を介して前記光路に導入された前記測定対象ガスに前記赤外線照射素子を用いて赤外線を照射し、前記測定対象ガスに照射された赤外線を前記赤外線受光素子にて受光することにより、前記測定対象ガスに含まれる前記特定ガスの濃度を検出する非分散型赤外線吸収式のガス濃度検出器である、請求項１から６のいずれか１項に記載のガス濃度検出装置。
前記ガス濃度検出器は、前記回路基板における前記光路部材が搭載されていない側の主面が、前記ハウジングの前記底部に対向するように配置されている、請求項７に記載のガス濃度検出装置。
前記ガス濃度検出器は、前記回路基板における前記光路部材が搭載されている側の主面が、前記ハウジングの前記底部に対向するように配置されている、請求項７に記載のガス濃度検出装置。