JP2009271059A - ガス検出器及びガス検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度なガス濃度の検出を安定して行うことができるガス検出器及びガス検出システムを提供する。
【解決手段】
ガス検出器１は、ガスを通流させるためのガス通流孔１６が形成されたケーシング１２と、正極、負極、当該正極及び負極に接触する電解液、並びに酸素を透過するための酸素透過膜を有し、ケーシング１２内に配設されたガルバニ電池式酸素センサ２３とを備え、ケーシング１２は、前記導入される際に作業現場外と作業現場内とにわたって延びるケーブル１４の一端と接続されており、さらに、ケーシング１２には、ケーシング１２を作業現場内の水面付近に浮かす浮き部材１３が配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素等のガスを検出するガス検出器及びそのガス検出器を備えたガス検出システムに関する。

マンホール内及びタンク内等の作業現場においては、空気中の酸素濃度が低下したり、硫化水素及び一酸化炭素等の有毒ガスが相当量発生したりする等、人体にとって有害な環境が生じ得る。したがって、その作業現場における作業員の保護を図るために、当該現場における空気中の酸素濃度及び有毒ガスの濃度を検出する必要があり、そのためのガス検出器が種々提案されている。
このようなガス検出器には所定長のケーブルが接続されており、そのケーブルを用いて、ガス検出器を地上からマンホール内に導入することにより、作業現場における空気中の酸素濃度等を検出することが可能となる。

上記のようなガス検出器においては、酸素濃度を検出するためのセンサとして、正極と負極と電解液と酸素透過膜とを備えてなるガルバニ電池式酸素センサが広く用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。このようなガルバニ電池式酸素センサを用いることにより、安価で高性能なガス検出器を得ることができる。

特開２００２−３５０３８４号公報

しかしながら、ガルバニ電池式酸素センサの場合、傾斜した姿勢では、電極と電解液との接触状態を安定して保持することができなくなる等の理由から、酸素濃度を精確に検出することができなくなるおそれがあるという問題がある。特に、マンホール内等の作業現場において水が溜まっている場合においては、安定した姿勢を保つことが困難となり、高精度なガス検出を実現し難い。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができるガス検出器及びそのガス検出器を備えたガス検出システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のガス検出器は、作業現場外からその下方に位置する作業現場内に導入され、当該作業現場における酸素を含むガスを検出するものであり、ガスを通流させるためのガス通流孔が形成されたケーシングと、正極、負極、当該正極及び負極に接触する電解液、並びに酸素を透過するための酸素透過膜を有し、前記ケーシング内に配設されたガルバニ電池式酸素センサとを備え、前記ケーシングが、前記導入される際に前記作業現場外と前記作業現場内とにわたって延びるケーブルの一端と接続されており、前記ケーシングには、当該ケーシングを前記作業現場内の水面付近に浮かす浮き部材が配設されている。

このような構成により、作業現場内に水が溜まっているような場合であっても、ガルバニ電池式酸素センサが傾斜姿勢をとるのを防止することができるため、高精度なガス検出を安定して行うことが可能になる。

上記態様において、前記ケーシングには、前記ガルバニ電池式酸素センサが傾斜姿勢をとるのを規制する脚部がさらに設けられていてもよい。

また、上記態様において、前記ケーシング内には、可燃性ガスを検出する可燃性ガスセンサ、硫化水素を検出する硫化水素ガスセンサ、及び一酸化炭素を検出する一酸化炭素センサがさらに設けられていてもよい。

また、上記態様のガス検出器が、作業現場における水を検知する水センサをさらに備えていてもよい。

また、上記態様のガス検出器における前記ケーシングが、一端が当該ケーシングの上面を貫通してその内部に連通する管体を具備しており、前記管体の他端が下向きに開口することにより前記ガス通流孔が形成されていてもよい。

また、上記態様のガス検出器における前記管体が逆U字状をなしており、その一端が前記ケーシングの内部に連通し、その他端が下向きに開口していてもよい。

また、本発明の一の態様のガス検出システムは、上記態様のガス検出器と、当該ガス検出器と前記ケーブルを介して接続され、当該ガス検出器によるガスの検知結果に応じて、前記作業現場外に対して警告を発する警告出力部を有するガス検出装置とを備えている。

本発明に係るガス検出器及びガス検出システムによれば、作業現場内に水が溜まっているような場合であっても、高精度なガス濃度検出を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るガス検出器の構成を示す正面図。 本発明の実施の形態１に係るガス検出システムの構成を示す模式図。 本発明の実施の形態２に係るガス検出器に設けられる脚部の構成を示す斜視図。 脚部を備える本発明の実施の形態２に係るガス検出器の構成を示す正面図。 本発明の実施の形態２に係るガス検出器の構成を示す平面図。 本発明の実施の形態３に係るガス検出器の構成を示す正面図。 本発明の実施の形態３に係るガス検出器の構成を示す平面図。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）

図１は、本発明の実施の形態１に係るガス検出器の構成を示す正面図である。図１に示すとおり、本実施の形態のガス検出器１は、筒状のケーシング１２と、ケーシング１２の下面及び下部側面を覆うように設けられた台座１３と、ケーシング１２の上面に取り付けられたパイロットランプ１５，１５と、ケーシング１２の内部に配設された後述する各種のセンサを収容するセンサ収容部２０とから構成されている。
なお、このケーシング１２をその軸線と直角な平面で切断した場合、その断面形状は円形である。同様にして、台座１３をその軸線と直角な平面で切断した場合の断面形状も円形となっている。

ケーシング１２の正面の略中央部には、ケーシング１２内と連通したガス通流孔１６が複数設けられている。また、その背面の略中央部にも、ガス通流孔１６と対向する位置に、同様のガス通流孔（図示せず）が複数形成されている。
ケーシング１２内であって、複数のガス通流孔１６と対向する位置には、ファン２１が取り付けられている。このファン２１が作動することにより、ケーシング１２の正面に設けられたガス通流孔１６を介してケーシング１２外の空気がケーシング１２内に吸入され、また、その背面に設けられたガス通流孔を介してケーシング１２内からケーシング１２外への排気が行われる。

このようにケーシング１２内に空気を送り込むことにより、ケーシング１２の内部に配設された各種のセンサが作業現場における空気のガス濃度を検出することができる。なお、本実施の形態が備えるファン２１を設けることなく、自然の吸気によってガス濃度の検出を行うことも可能である。ファン２１を設けるか否かを決定する基準の一つとして、ガス通流孔１６の大きさを挙げることができる。ガス通流孔１６が大きければファン２１は不要であり、小さければ必要になる。作業現場に溜まっている水がケーシング１２内に浸入することを防止するという観点からは、通流孔１６をできる限り小さくした上でファン２１を設けるという構成が選択され得る。

センサ収容部２０の内部における上半部には、空気中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素センサ２２と同じく酸素の濃度を検出する酸素センサ２３とが左右に並設されている。また、同じく下半部には、空気中の可燃性ガス（メタン、プロパン及びブタン等）の濃度を検出する可燃性ガスセンサ２４と同じく硫化水素の濃度を検出する硫化水素センサ２５とが左右に並設されている。

これらの各種のセンサは公知の構造のものであって、一酸化炭素センサ２２及び硫化水素センサ２５は低電位電解式のセンサであり、可燃性ガスセンサ２４は接触燃焼式のセンサである。また、酸素センサ２３は、金からなる正極と、鉛からなる負極と、これらの正極及び負極に接触する電解液と、酸素を透過するための酸素透過膜とにより構成される隔膜ガルバニ電池式のセンサである。

なお、これらの一酸化炭素センサ２２、酸素センサ２３、可燃性ガスセンサ２４、及び硫化水素センサ２５は、図示しないプリント基板に電気的に接続されており、このプリント基板に設けられた制御回路（図示せず）に対してガスの検出結果を出力するように構成されている。

また、上記のパイロットランプ１５，１５もこのプリント基板に電気的に接続されており、上記の各種のセンサの検出結果に応じて上記制御回路により点灯／消灯の動作が制御されるように構成されている。具体的には、制御回路の駆動制御によって、通常は一方のパイロットランプ１５が例えば青色光で点灯する一方で、一酸化炭素センサ２２、可燃性ガスセンサ２４及び硫化水素センサ２５のいずれかのセンサが所定の閾値を超えた異常なガス濃度を検出したり、酸素センサ２３が所定の閾値を下回る酸素濃度を検出したりした場合には、他方のパイロットランプ１５が例えば赤色光で点灯する。このようなパイロットランプ１５，１５の点灯動作により、作業現場において作業している作業員に対して警告を発することが可能になる。

なお、パイロットランプ１５の数は２個に限らず、これより少なくても多くてもよい。例えば、一酸化炭素センサ２２、酸素センサ２３、可燃性ガスセンサ２４、及び硫化水素センサ２５のそれぞれと対応する４個のパイロットランプを設けて、各センサの検出結果に応じて各パイロットランプを点灯するようにしてもよい。

ケーシング１２の上面に形成された貫通孔を介して、センサ収容部２０とケーブル１４の一端とが電気的に接続されている。また、ケーブル１４は、ケーシング１２の上面に設けられた補助リング１７により固定されている。なお、ケーブル１４の他端は、後述するガス検出装置と接続されている。
このケーブル１４は、センサ収容部２０のプリント基板に対して電力を供給するため、及びそのプリント基板に接続された各種のセンサによる検出結果を後述するガス検出装置に出力するため等に用いられる。

ケーシング１２の下面には、水の存在を検出するための水センサ２６が設けられている。この水センサ２６は２つの電極を備えており、これらの電極は、ケーシング１２の下面に設けられた貫通孔を通して、ケーシング１２の外部に露出している。
水センサ２６は、これらの電極が水中に位置したときに当該電極間の導通状態を検知することによって水の存在を検出する。なお、水センサ２６は、センサ収容部２０内に設けられた上記プリント基板と電気的に接続されており、水の存在を検出したときに当該プリント基板に設けられた上記制御回路に対して検出結果を出力するように構成されている。

台座１３は、ポリプロピレン樹脂製であり、水に対する浮力を有している。ガス検出器１が水中に位置する場合、この台座１３によってケーシング１２を水面付近に浮かすことができる。
なお、台座１３の下部には、水センサ２６をガス検出器１の外部に露出させるための円筒状の空洞部３１が設けられている。ガス検出器１が水中に位置する場合、空洞部３１を通してガス検出器１の外部に露出されている水センサ２６の電極が水に曝されることになるため、水センサ２６が水の存在を検出することができる。

図２は、本発明の実施の形態１に係るガス検出システムの構成を示す模式図である。本実施の形態のガス検出システムは、上述したように構成されたガス検出器１と、そのガス検出器１とケーブル１４を介して接続されたガス検出装置２とから構成される。

ガス検出装置２は、ガス検出器１より出力されたガス濃度の検出結果に応じて警告を発するためのパイロットランプ５０と、その検出結果を数値にて表示する表示パネル５１とを備えている。また、ガス検出装置２は、図示しない電力源を備えており、ケーブル１４を介して、ガス検出器１のプリント基板に対して電力を供給する。

図２に示すとおり、使用状態においては、ガス検出装置２は作業現場外４０の例えば道路上等に配置される。そして、そのガス検出装置２とケーブル１４を介して接続されているガス検出器１は、マンホール４２を介して、作業現場外４０の下方に位置する作業現場内に導入され、作業現場における空気中の一酸化炭素、酸素、可燃性ガス及び硫化水素の濃度の検出を行う。
ケーブル１４は所定長の長さを有しており、ガス検出器１が作業現場外４０から作業現場内４１に導入される際に、作業現場外４０と作業現場内４１とにわたって延びるように配置される。

ガス検出器１が作業現場内４１に導入された場合であって、作業現場に水が溜まっているとき、ガス検出器１は、台座１３の水に対する浮力により、その上下位置を保持しながら水中に浮いた状態となる。そのため、センサ収容部２０に収容されている酸素センサ２３は傾斜姿勢をとるのを防止することができる。これにより、酸素センサ２３が備える電極と電解液との接触状態を保つことができるため、高精度な酸素濃度の検出を安定して行うことが可能になる。

また、このようにガス検出器１が水中に浮いた状態になれば、ガス検出器１が備える各種のセンサが浸水するのを防止することができるため、これらセンサの保護を図ることができる。その結果、ガス濃度の検出を安定して精確に行うことができるようになる。

ガス検出器１において一酸化炭素、酸素、可燃性ガス及び硫化水素の濃度の検出を行った結果、酸素濃度が所定の閾値を下回った場合またはその他のガスの濃度が所定の閾値を超えた場合、ガス検出装置２においてパイロットランプ５０を点灯することにより、作業現場外４０にいる作業員に対して警告を発する。この場合、上述したように、ガス検出器１０が備えるパイロットランプ１５も特定の色で点灯することになるため、作業現場内４１にいる作業員に対しても警告を発することができる。

また、ガス検出器１において、水センサ２６が水を検出した場合、その検出結果がガス検出器１からガス検出装置２に対して送信される。これにより、作業現場に水が溜まっていることをガス検出装置２側で知ることができ、作業員が作業現場内４１に向かう前に作業現場の状況を確認することができる。

なお、このように作業現場に水が溜まっていることを作業現場外４０にて知ることができた場合に作業員がケーブル１４を作業現場内４１へ垂らすのを止めることによって、ガス検出器１が水面でバランスを崩すのを防止することができるため、ケーシング１２内への水の浸入を回避することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１のガス検出器の構成に脚部を加えたものである。この脚部を設けることにより、作業現場に水が溜まっておらず且つ当該作業現場が傾斜面を有しているような場合であっても、ガス検出器の姿勢を安定させることができ、高精度なガス濃度検出を実現することができる。

図３は、本発明の実施の形態２に係るガス検出器に設けられる脚部の構成を示す斜視図である。図３に示すとおり、脚部７０は、略円環状の基体７１を備えており、この基体７１の外周面の互いに１２０度離れた３箇所には、互いに離間対向した一対の突出板７３，７３が一体的に突設されている。そして、この一対の突出板７３，７３のそれぞれには、支軸７２が架設されている。

脚部７０は、基体７１の下方に延びる３本の棒状の脚７４を備えている。これらの脚７４は、基体７１に設けられた一対の突出板７３，７３のそれぞれに支軸７２を介して回動可能に設けられている。
また、脚７４の下端部は外側に向かってＬ字状に湾曲しており、これにより、脚部７０をより安定して自立させることができる。

図４は、上記のように構成された脚部７０を備える本発明の実施の形態２に係るガス検出器１０の構成を示す正面図である。脚部７０を構成する基体７１は、ケーシング１２の外側面に嵌合される内径を有している。そして、図４に示すとおり、基体７１は、台座１３の上端付近でケーシング１２の外側面に嵌合され固定されている。

台座１３には、脚部７０を構成する脚７４の幅よりも幅広の溝部８０が３つ形成されている。使用状態にない場合、脚部７０の３本の脚７４は、これらの溝部８０内に収容されている。そして、ガス検出器１０が作業現場内に導入されて作業現場に設置されたときに、図５に示すように、３本の脚７４が、基端側の支軸７２を中心とする一方向への回動によって基体７１から１２０度間隔の３方向に向かって延在した状態となる。このとき、脚７４それぞれの上端部が基体７１と接触することにより、回動角度が規制される。このような脚部７０の動作により、ガス検出器１０は、作業現場の設置面に安定した状態で自立することになる。

なお、本実施の形態のガス検出器１０のその他の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

上述したとおり、本実施の形態のガス検出器１０は、脚部７０を備えることにより安定して自立することができる。このガス検出器１０の場合、作業現場に水が溜まっているときは台座１３の作用により水中に浮いた状態となるため酸素センサ２３の姿勢を安定させることができ、また、作業現場に水が溜まっていないときは脚部７０の作用により安定して自立することができるため酸素センサ２３の姿勢を安定させることができる。その結果、酸素センサ２３が備える電極と電解液との接触状態を保つことができるため、高精度な酸素濃度の検出を安定して行うことが可能になる。

なお、本実施の形態における脚部７０は、基体７１とその基体７１に取り付けられた３本の脚７４とで構成されているが、脚部７０の構成はこのような態様に限定されるわけではない。４本以上の脚を備えていてもよく、また、軸方向に伸縮自在な脚等を備えることにより高さ調整が可能なような構成であってもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１の場合とガス通流孔の位置等が異なるものである。
図６は、本発明の実施の形態３に係るガス検出器の構成を示す正面図である。また、図７は、本発明の実施の形態３に係るガス検出器の構成を示す平面図である。
図６及び図７に示すように、本実施の形態のガス検出器９０は、実施の形態１の場合と異なり、ケーシング１２の正面及び背面にガス通流孔が形成されておらず、その代わりに、一端がケーシング１２の上面を貫通してその内部に連通し、他端が下向きに開口した管体９１，９２をケーシング１２が具備している。これら管体９１及び９２の他端の開口が、実施の形態１におけるガス通流孔に相当する。

管体９１は、図中の左側の端部がケーシング１２の上面を貫通して内部に連通しており、右側の端部が下向きに開口している。他方、管体９２は、図中の右側の端部がケーシング１２の上面を貫通して内部に連通しており、左側の端部が下向きに開口している。

ケーシング１２内の管体９１との連通箇所にはファン９３が取り付けられている。このファン９３が作動することにより、管体９１の他端の開口からケーシング１２外の空気が吸入され、管体９１内を通過してケーシング１２内に送り込まれる。また、ケーシング１２内の空気が管体９２内を通過し、管体９２の他端の開口からケーシング１２外へ排出される。

このようにケーシング１２内に空気を送り込むことにより、ケーシング１２の内部に配設された各種のセンサが作業現場における空気のガス濃度を検出することができる。なお、ファン９３を設けずに自然吸気によってガス濃度の検出を行うことが可能である点は、実施の形態１の場合と同様である。

本実施の形態のガス検出器９０のその他の構成については、実施の形態１の場合と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

上記のように下向きに開口された端部を有する管体９１及び９２をケーシング１２が具備することによって、作業現場内に水が溜まっていたり、降雨等により上方から作業現場内に水が浸入したりする場合であっても、ケーシング１２内に水が浸入することを防止することができる。ケーシング１２内に水が浸入した場合は各センサが正しい検出をできなくなるおそれがあるが、本実施の形態においてはそのような水の浸入を防止することができるため、高精度な検出を維持することができる。

なお、本実施の形態では管体９１及び９２が逆Ｕ字状をなしているが、この形状に限定されるわけではなく、一端がケーシング１２内と連通しており、他端が下向きに開口していればよい。したがって、途中で折れ曲がっているような形状であってもよく、途中に直線状の部分を有しているような形状であってもよい。

（その他の実施の形態）
上記の各実施の形態においては、一酸化炭素、可燃性ガス及び硫化水素の何れかのガスの濃度が閾値を超えたり、酸素濃度が閾値を下回ったりした場合に、作業員に警告を発する手段として、パイロットランプを用いているが、これに限定されるわけではない。例えば、ブザー音を出力する音声出力装置をガス検出器及び／又はガス検出装置が備え、この音声出力装置により出力されるブザー音によって、作業員に警告を発するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、ガス検出器とガス検出装置とがケーブルを介して通信しているが、無線信号を用いることにより通信するように構成されていてもよい。さらに、このように無線信号を用いることによって、ガス検出器から作業員が携帯する携帯型端末装置にガスの検出結果を送信するような構成であってもよい。これ以外にも、例えばケーブルを介してガス検出器からガスの検出結果の入力を受けたガス検出装置から当該携帯型端末装置に当該検出結果を送信するような構成であってもよい。
このように、作業員が携帯する携帯型端末装置に対してガス検出器の検出結果が送信される構成の場合、作業員が作業現場外及び作業現場内の何れにいる場合であっても、即座に検出結果を確認することができる。これにより、ガス濃度が異常な値を示すような危険な状況が生じている場合、作業員は迅速に対応することができるようになる。

また、上記の各実施の形態においては、ガス検出器が備える台座がポリプロピレン樹脂で構成されているが、水に対して浮力を有する材質であれば、他のもので構成されていてもよいことは言うまでもない。さらに、台座の形状も上記の構成に限定されるわけではなく、ガス検出器が水中に浮かんだ状態を保持できれば他の構成であってもよい。
このように、ガス検出器を水中に浮かんだ状態に保持するような構成であればよいので、ガス検出器の下方に位置する台座ではなく、その他の部位に設けられる浮き部材を備える構成であってもよい。

また、上記の各実施の形態におけるガス検出装置が、ブロアー及び送気用ホースを備え、これらを用いて作業現場外から作業現場内へ空気を送り込む機能を備えていてもよい。この場合、例えば光触媒フィルター等によって清浄化された空気を送り込むようにすることもできる。
さらに、ガス検出装置が吸気用ホースを備えることにより、作業現場内から作業現場外への吸気を行うような構成も考えられる。ここで、吸気された空気を光触媒フィルター等によって清浄化することにより、作業現場における粉塵等を除去することができる。

なお、上記の各実施の形態は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明のガス検出器及びガス検出システムは、マンホール内等の作業現場における空気中のガス濃度を検出するガス検出器及びガス検出システムなどとして有用である。

１ ガス検出器
２ ガス検出装置
１０ ガス検出器
１２ ケーシング
１３ 台座
１４ ケーブル
１５ パイロットランプ
１６ ガス通流孔
２０ センサ収容部
２１ ファン
２２ 一酸化炭素センサ
２３ 酸素センサ
２４ 可燃性ガスセンサ
２５ 硫化水素センサ
２６ 水センサ
３１ 空洞部
４０ 作業現場外
４１ 作業現場内
４２ マンホール
５０ パイロットランプ
５１ 表示パネル
７０ 脚部
７１ 基体
７２ 支軸
７３ 突出板
７４ 脚
８０ 溝部
９０ ガス検出器
９１，９２ 管体
９３ ファン

Claims (7)

1. 作業現場外からその下方に位置する作業現場内に導入され、当該作業現場における酸素を含むガスを検出するガス検出器において、
   ガスを通流させるためのガス通流孔が形成されたケーシングと、
   正極、負極、当該正極及び負極に接触する電解液、並びに酸素を透過するための酸素透過膜を有し、前記ケーシング内に配設されたガルバニ電池式酸素センサとを備え、
   前記ケーシングは、前記導入される際に前記作業現場外と前記作業現場内とにわたって延びるケーブルの一端と接続されており、
   前記ケーシングには、当該ケーシングを前記作業現場内の水面付近に浮かす浮き部材が配設されている、ガス検出器。
2. 前記ケーシングには、前記ガルバニ電池式酸素センサが傾斜姿勢をとるのを規制する脚部がさらに設けられている、請求項１に記載のガス検出器。
3. 前記ケーシング内には、可燃性ガスを検出する可燃性ガスセンサ、硫化水素を検出する硫化水素ガスセンサ、及び一酸化炭素を検出する一酸化炭素センサがさらに設けられている、請求項１または２に記載のガス検出器。
4. 作業現場における水を検知する水センサをさらに備える、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のガス検出器。
5. 前記ケーシングは、一端が当該ケーシングの上面を貫通してその内部に連通する管体を具備しており、前記管体の他端が下向きに開口することにより前記ガス通流孔が形成されている、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のガス検出器。
6. 前記管体は逆Ｕ字状をなしており、その一端が前記ケーシングの内部に連通し、その他端が下向きに開口している、請求項５に記載のガス検出器。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のガス検出器と、
   当該ガス検出器と前記ケーブルを介して接続され、当該ガス検出器によるガスの検知結果に応じて、前記作業現場外に対して警告を発する警告出力部を有するガス検出装置とを備える、ガス検出システム。

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