JP6325288B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス検出装置に関する。

従来のガス検出装置は、ガス導入口から導入されるガスの圧力でガス検出装置の筐体内のガスを置換していた（特許文献１および２参照）。

国際公開第２００９／１４８１３４号パンフレット 特開２００８−０５１７０９号公報

従来のガス検出装置の構成では、筐体内でガスの滞留が発生し、これによってガスの検出速度が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、筐体内におけるガスの滞留を抑制することによって、ガス検出速度の低下を低減することが可能なガス検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ガス導入口とガス排出口とを備える筐体と、発光部および受光部と、を備えるガス検出装置であって、前記発光部および前記受光部は、それぞれ前記筐体との界面を有し、かつ前記発光部から出射された光が筐体内部の空間を介して前記受光部に入射する光路を成す様に配置されており、前記筐体は、移動可能な隔壁部を有し、前記隔壁部は、軸部と、前記ガス導入口に対して面部分がほぼ正対するように前記軸部に備えられた羽根板と、を備え、前記軸部を軸として前記羽根板が回転動作することで、前記ガス導入口から前記筐体内に導入されるガスを前記光路中に運び、かつ前記光路中のガスを前記ガス排出口に運ぶように動作可能であることを特徴とするガス検出装置である。

また、本発明の他の態様は、前記隔壁部は、常に前記筐体内の空間を２以上に分離するように構成されたことを特徴とするガス検出装置である。

また、本発明の他の態様は、前記隔壁部は、前記発光部および前記受光部のそれぞれと前記筐体との界面に接触する摺動部をさらに備えるガス検出装置である。

また、本発明の他の態様は、前記隔壁部は、前記光路を完全に遮断することが可能であるガス検出装置である。

また、本発明の他の態様は、前記隔壁部が前記光路を遮断していない時に、第１の受光部信号を取得し、かつ、前記隔壁部が前記光路を遮断している時に、第２の受光部信号を取得し、前記第１および第２の受光部の信号に基づき測定対象のガスの有無または濃度を演算する信号処理部を更に備えることを特徴とするガス検出装置である。

本発明によれば、ガス検出装置の筐体内の発光部と受光部との間の空間（光路中）に存在するガスが滞留することを大幅に抑制することができる。これにより、ガス検出速度の低下を軽減することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等の部分は同一符号によって示される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。

本実施形態のガス検出装置１は、ガス導入部１０２とガス排出部１０３とを有する筐体１０１と、発光素子１０４ａを備える発光部１０４と、受光素子１０７ａを備える受光部１０７と、２つの羽根板１１０およびブラシ部１１１を含んで回転動作が可能な隔壁部とを備える。

ガス検出装置１では、ガス導入部１０２から筐体１０１内部にガスが流入し、ガス排出部１０３から筐体１０１内部のガスが排出される。筐体１０１は、図１の例においては、全体としてある程度の厚みを有するＤ字形状（全体として、直方体と、底面が半円の柱体（以下、「半円柱」「半円柱部分」などという）とを組み合わせた形状）となっている。

また、本実施形態においては、発光素子１０４ａを備える発光部１０４と、受光素子１０７ａを備える受光部１０７は、それぞれ、筐体１０１の半円柱部分の曲面部分の外面に設置されている。発光部１０４および受光部１０７と、筐体１０１との間にはそれぞれ、界面１０６、１０９が形成されているとともに、筐体１０１の内部空間と、発光部１０４および受光部１０７の内部空間は、それぞれ独立している。また、発光部１０４と受光部１０７は、筐体１０１を介して対向して配置されており、発光部１０４から出射された光が筐体１０１を介して受光部１０７に入射する光路（図示しない）を形成している。

発光素子１０４ａから出射された光は、界面１０６を透過して、筐体１０１の内部を通過する際に筐体１０１内の検出ガスによって一部吸収された後、界面１０９を透過して、受光素子１０７ａに入射する。界面１０６および界面１０９は、筐体１０１内の検出ガスが発光部１０４と受光部１０７とに流入するのを防ぐと同時に、ＮＤＩＲ（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）方式における、所定の波長の赤外線を透過する光学フィルタを兼ねていてもよい。例えば、ＣＯ２センサの場合、Ｓｉ、Ｇｅを基材にすることが挙げられる。また、ガス検出装置１は、図１には図示されない信号処理部を備える。信号処理部は、受光素子１０７ａが受光した光を信号処理する機能を有する。

また、図１に示されるように、本実施形態のガス検出装置１においては、略長方形の２枚の羽根板１１０は、軸部１１２の軸方向に２枚の羽根板１１０の一辺がそれぞれ固着されるとともに、２枚の羽根板１１０の軸部１１２に固着された辺と平行する他方の辺に沿ってブラシ部１１１が備えられている。また、２枚の羽根板１１０は、軸部１１２を中心として、両板のなす角度が１８０度となるように配置されている。２枚の羽根板１１０は、軸部１１２を中心として筐体１１０内部で回転することが出来る（もしくは、１枚の羽根板を２つの等しい長方形状に分割する線を軸として回転するようになっていてもよい）。また、上述したように、２枚の羽根板１１０の先端には、それぞれ、摺動部として機能するブラシ部１１１が付されており、羽根板１１０が回転する際に、ブラシ部１１１の先端が筐体１０１の内面の一部に接触しつつ、界面１０６および界面１０９にも接触しながら回転する。

より詳細には、本実施形態においては、１８０度の角度をなす２枚の羽根板１１０とブラシ部１１１（および軸部１１２）の長さの合計は、筐体１０１のＤ字形状の直線部分の長さと略同一となっている。また、２枚の羽根板１１０は略長方形であり、軸部１１２の長さと、軸部１１２に固定されている２枚の羽根板１１０のそれぞれの辺の長さは同じ長さであり、かつ、筐体１０１の厚みと略同一となっている。また、筐体１０１内部のガス導入部１０２とガス排出部１０３の間に凸部１１４が存在するが（凸部１１４が存在することでガス導入部１０２とガス排出部１０３が構成されている、とも言える）。このような構成により、２枚の羽根板１１０によって、常に、筐体１０１内は２つの空間に分けられることになる。羽根板１１０が回転することによって、筐体１０１内部のガスの導入と排出が促され、結果、筐体１０１内には常に新しい検出ガスが流入するとともに、古いガスが排出されることになるが、ガス導入口１０２から筐体１０１内に導入されたガスは、もれなく光路中の方へ運ばれることとなるので、ガス検出の応答速度が向上することに加えて、ガス検出の精度も向上しうる。

また、ガス検出装置１においては、検出ガス内に含まれるゴミ等によって、界面１０６および界面１０９の筐体１０１側の面にゴミが付着して、発光部１０４から出射される光や、受光部１０７に入射する光が減少することにより、ガスセンサとしての感度が低下するという問題が発生しうる。しかしながら、本実施形態のガス検出装置によれば、ガス導入部１０２から流入した検出ガスによって２枚の羽根板１１０の一方が押され、筐体１０１の中心部に位置する軸部１１２を軸にして羽根板１１０が回転すると、羽根板１１０の先端にあるブラシ部１１１が筐体１０１の半円柱部分の内面に接触しながら回転する。これにより、界面１０６および界面１０９の筐体１０１側の表面に付着したゴミを除去することが可能となり、ガスセンサとして感度が低下することを軽減することができる。また、ガス検出装置１の耐久性が上がるとともに、メンテナンスフリーになるという利点もある。

以下、本実施形態のガス検出装置１の各構成についてさらに補足する。

（筐体）
ガス検出装置１の筐体１０１は、ガスが流入するためのガス導入部と、ガスが排出されるためのガス排出部とを備えていれば、その材質や形状等については特に問わない。例えば、図１に示される例では筐体１０１に凸部１１４が備えられていることで、ガス導入部１０２とガス排出部１０３とが形成されているが、例えば、全体が円形（円筒形）の筐体に２本のパイプを筐体に挿着することで、２本のパイプをガス導入部とガス排出部としてもよい。

また、筐体１０１は、ガスに対する腐食性や、発光部１０４から出射される光に対する透過性を考慮して、金属や樹脂等から適切な材料を選ぶことが出来る。

（隔壁部）
本実施形態においては、隔壁部は、回転動作することで、ガス導入部１０２から導入されたガスを筐体１０１内の光路中に運び、かつ筐体１０１の光路中に存在するガスをガス排出部１０３に運ぶように構成されている。本実施形態においては、隔壁部は円の軌跡を描くように回転動作するが、これに限定されるものではない。例えば、楕円の軌跡を描くように回転動作してもよいし、らせんに回転動作してもよい。回転動作することでガスの導入出効率および省スペース性が向上する。

（摺動部）
本実施形態においては、摺動部はブラシ状であったが、これに限定されるものではない。例えば、へら状などの形状であってもよい。また、摺動部の材質としては付着物除去の効率の観点から、柔軟性を有する部材が好ましく、例えば、ゴムや樹脂、薄膜上もしくは繊維状の金属などが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、様々な材質を採用することができる。

（発光部）
発光部１０４としては、検出対象となるガスが吸収しうる波長帯域の光を含む光を出射することが可能であればよい。発光部１０４の発光素子１０４ａは、検出対象であるガスの種類に応じて適切なものを選択すればよい。具体的には、例えば、タングステン電球や、ＬＥＤ、レーザーダイオード等が挙げられるが、これらに限定されない。

（受光部）
受光部１０７の受光素子１０７ａは、発光部１０４の発光素子１０４ａから出射される光を受光して検出することができるものを選択すればよい。受光部１０７の具体例としては、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、量子型赤外線センサなどが想定される。ただし、これらに限定されない。

また、発光部１０４が広帯域の光を出射するものである場合、検出対象ガスに対する検出感度を向上させる観点から、ガス検出装置１がさらに、光路中に特定の波長の光を選択的に通過させるローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等を備えていることが好ましい。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。本実施形態に係るガス検出装置１は、ガス導入部１０２とガス排出部１０３および凸部１１４を有する筐体１０１と、発光素子２０４ａを備える発光部２０４と、受光素子２０７ａを備える受光部２０７と、４つの羽根板２１０およびブラシ部２１１を含んで回転動作が可能な隔壁部とを備える。

本実施形態に係るガス検出装置と、第１の実施形態に係るガス検出装置との相違点は、発光部２０４および受光部２０７の配置が異なっている点、隔壁部が４枚の羽根板２１０によって構成される点、ブラシ部２１１の位置が異なっている点である。

より具体的には、隔壁部は、図２に示されるように、軸部１１２を中心として４枚の羽板２１０が十字型を形成するように配置されてことによって構成される。また、第１の実施形態に係るガス検出装置では、発光部２０４と受光部２０７とが、筐体１０１の半円柱部分の曲面部に、互いに対向するように設けられていた。しかしながら、本実施形態に係るガス検出装置においては、発光部２０４と受光部２０７は、筐体１０１の２つのＤ字型の面においてそれぞれ、互いに対向するように設けられている。また、発光部２０４および受光部２０７と、筐体１０１との間に、それぞれ、界面２０６、２０９が存在する。

さらに、第１の実施形態のガス検出装置では、ブラシ部は、略長方形の２枚の羽根板の軸部に固着された辺と平行する他方の辺に沿って設けられていたが、本実施形態に係るガス検出装置では、ブラシ部２１１は、略長方形の４枚の羽根板２１０の軸部１１２に固着された辺と略直角を成す２つの辺のそれぞれに沿うように設けられている。さらに、羽根板２１０の軸部１１２に固着されている辺の長さとブラシ部２１１の長さとを合算した長さは、筐体１０１のＤ字形状の厚みと略同一となっている。これにより、ガス導入部１０２から筐体１０１に流入するガスによって羽根板２１０が回転する際には、ブラシ部２１１が筐体１０１の２つのＤ字型の面の内側に接触しつつ羽根板２１０が回転する。よって、界面２０６および界面２０９の筐体１０１側の表面に付着したゴミを除去することが可能となり、ガスセンサとして感度が低下することを軽減することができる。

本実施形態のガス検出装置によれば、発光部２０４および受光部２０７がそれぞれ筐体１０１のＤ字型の面に、互いに対向するように、備えられている。この発光部２０４と受光部２０７との間の光路は第１の実施形態のガス検出装置の場合よりも短い。そして、羽根板２１０が光路を遮る際、第１の実施形態では光路を羽根板の面部分で遮るのに対し、本実施形態では、羽根板２１０の厚み（線）で遮ることとなる。これにより、隔壁部が光路を遮る時間はより短くなるため、隔壁部によって光路を遮られることによって発生しうる検出ノイズをより低減することが出来る。

また、隔壁部の形状は、発光素子２０４ａから受光素子２０７ａに到達する光路を完全に遮断することが出来る形状であると、より好適である。これにより、隔壁部が光路を完全に遮断していない時に受光部２０７における第１の信号を取得し、かつ、隔壁部が光路を完全に遮断している時に、受光部２０７における第２の信号を簡便に取得し、この第１および第２の信号に基づいてオフセットを除去することが可能になる。これにより、測定対象のガスの有無または濃度をより高精度に検出することが出来る。なお、図２に示される隔壁部の羽根板２１０は全体的にその厚みが一定となっているが、これに限定されない。羽根板２１０は、発光素子２０４ａから受光素子２０７ａまでの光路を完全に遮断することが出来る形状であればよい。例えば、羽根板２１０の先端に近い部分が界面２０６または／および界面２０９を完全に覆うような厚みとなっており、羽根板２１０の軸部１１２に近い部分はより薄くなっていてもよい。（後述する図３においても同様。）
より具体的には、例えば、ガス検出装置１が備える信号処理部（図示しない）は、筐体１０１内のガスの有無や濃度に影響されない状態における受光部２０７の信号、すなわち第２の信号を取得し、この第２の信号をオフセット信号として用いることにより、第１の信号に含まれる温度ドリフト成分等のオフセットを除去可能になるという効果を奏する。また、本実施形態のガス検出装置の隔壁部が連続的に動作可能である場合には、逐次、最新の第２の信号を取得可能となり、高精度にオフセット信号を除去することが出来るため、好適である。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す模式図である。本実施形態に係るガス検出装置１は、ガス導入部１０２とガス排出部１０３および凸部１１４を有する筐体１０１と、発光素子３０４ａと受光素子３０７ａとを備える受発光部３０４と、反射板３０５と、４つの羽根板２１０およびブラシ部２１１を含んで回転動作が可能な隔壁部とを備える。

本実施形態に係るガス検出装置と、第１および第２の実施形態に係るガス検出装置との相違点は、発光部および受光部が一体化しており（受発光部３０４）、かつ受発光部３０４と筐体１０１との界面３０９に対向する位置に反射板３０５を備えている点が異なっている。なお、本実施形態においては、図３に示されるように、受発光部３０４と反射板３０５は第２の実施形態と同様に、筐体１０１の２つのＤ字型の面にそれぞれ設けられているが、これに限定されるものはない。第１の実施形態のように、筐体１０１の半円柱部分の曲面部分において対向するように設けられていてもよい。

発光素子３０４ａから照射された赤外光は、界面３０９を透過し、筐体１０１を通過する際に、筐体１０１内のガスによって一部吸収された後、反射板３０５で反射され、再び筐体１０１内のガスによって一部吸収されて、受光素子３０７ａに入射する。よって、第２の実施形態に係るガス検出装置と比較すると、より小型化することが可能になるとともに、光路長が２倍となるために検出感度が向上する、という効果を奏する。

また、本実施形態に係るガス検出装置においても、第２の実施形態に係るガス検出装置と同様に、隔壁部は光路を完全に遮断することが出来るように構成されている。これにより、隔壁部が光路を完全に遮断していない時に第１の信号を受発光部３０４にて取得し、かつ、隔壁部が光路を完全に遮断している時に第２の信号を受発光部３０４にて取得する。これにより、第１および第２の信号に基づき、測定対象のガスの有無または濃度をより高精度に検出することが出来る。さらに、ブラシ部２１１や羽根板２１０の材質を発光素子３０４ａが出射する光に対して高反射率の材料とすることにより、第２の信号はガス濃度がゼロの時の出力を示すので、発光素子の経時劣化や環境温度等に伴う出力の変化分のオフセットをキャンセルすることも可能になるためより好ましい。

本発明は、ガス検出装置として好適である。

１ ガス検出装置
１０１ 筐体
１０２ ガス導入部
１０３ ガス排出部
１０４、２０４ 発光部
１０４ａ、２０４ａ、３０４ａ 発光素子
１０６、２０６ 界面
１０７、２０７ 受光部
１０７ａ、２０７ａ、３０７ａ 受光素子
１０９、２０９、３０９ 界面
１１０、２１０ 羽根板
１１１、２１１ ブラシ部
１１４ 凸部
３０４ 受発光部
３０５ 反射板

Claims (5)

1. ガス導入口とガス排出口とを備える筐体と、
   発光部および受光部と、を備えるガス検出装置であって、
   前記発光部および前記受光部は、それぞれ前記筐体との界面を有し、かつ前記発光部から出射された光が筐体内部の空間を介して前記受光部に入射する光路を成す様に配置されており、
   前記筐体は、移動可能な隔壁部を有し、
   前記隔壁部は、前記ガス導入口から流入するガスの流入方向に対して略垂直方向に設置される軸部と、前記軸部を軸として流入したガスによって回転可能なように備えられた羽根板と、を備え、前記軸部を軸として前記羽根板が回転動作することで、前記ガス導入口から前記筐体内に導入されるガスを前記光路中に運び、かつ前記光路中のガスを前記ガス排出口に運ぶように動作可能である
   ことを特徴とするガス検出装置。
2. 前記隔壁部は、常に前記筐体内の空間を２以上に分離するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
3. 前記隔壁部は、前記発光部および前記受光部のそれぞれと前記筐体との界面に接触する摺動部をさらに備える請求項１または２に記載のガス検出装置。
4. 前記隔壁部は、前記光路を完全に遮断することが可能である請求項１から３のいずれか一項に記載のガス検出装置。
5. 前記隔壁部が前記光路を遮断していない時に、第１の受光部の信号を取得し、かつ、
   前記隔壁部が前記光路を遮断している時に、第２の受光部の信号を取得し、
   前記第１および第２の受光部の信号に基づき測定対象のガスの有無または濃度を演算する信号処理部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス検出装置。

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