JP7465739B2 - ガスセンサ及び保護カバー - Google Patents
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Description
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路として機能する第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路として機能し該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子を囲む筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記内側保護カバーの軸方向に平行且つ前記センサ素子の前記先端から後端に向かう方向を上方向とし、前記センサ素子の前記後端から前記先端に向かう方向を下方向として、前記第1ガス室は、前記外側保護カバーと前記第2部材との間の空間であり前記外側入口から前記上方向に向かう前記被測定ガスの流路として機能する第1空間と、前記第2部材の上端よりも上方且つ前記外側保護カバーと前記第1部材との間の空間であり前記第1空間から前記素子室入口までの前記被測定ガスの流路として機能する第2空間と、を有し、
前記第2空間における、前記被測定ガスが前記第2部材の直上を前記第2部材の外側から内側へ向かって通過する際の流路断面積である断面積Csが14.0mm2以上であり、
前記第2空間における前記内側保護カバーの周方向に垂直な断面積である断面積Dsが0.5mm2以上6.4mm2以下である、
ものである。
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子、を保護するための保護カバーであって、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口を内部に配置するためのセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路として機能する第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路として機能し該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記内側保護カバーは、筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記内側保護カバーの軸方向に平行且つ前記外側保護カバーの底部から該底部とは反対側に向かう方向を上方向とし、前記外側保護カバーの該底部とは反対側から該底部に向かう方向を下方向として、前記第1ガス室は、前記外側保護カバーと前記第2部材との間の空間であり前記外側入口から前記上方向に向かう前記被測定ガスの流路として機能する第1空間と、前記第2部材の上端よりも上方且つ前記外側保護カバーと前記第1部材との間の空間であり前記第1空間から前記素子室入口までの前記被測定ガスの流路として機能する第2空間と、を有し、
前記第2空間における、前記被測定ガスが前記第2部材の直上を前記第2部材の外側から内側へ向かって通過する際の流路断面積である断面積Csが14.0mm2以上であり、
前記第2空間における前記内側保護カバーの周方向に垂直な断面積である断面積Dsが0.5mm2以上6.4mm2以下である、
ものである。
図8~10に示したガスセンサ200を実験例1とした。具体的には、内側保護カバー230の第1部材131は、板厚が0.3mm、軸方向長さが10.2mm、大径部132の軸方向長さが1.8mm、大径部132の外径が14.4mm、第1円筒部134の軸方向長さが8.4mm、第1円筒部134の外径が8.48mm、第1円筒部134の外径の半径Br2が4.24mmとした。第2部材235は、板厚が0.3mm、軸方向長さが11.5mm、第2円筒部136の軸方向長さが4.941mm、第2円筒部136の内径が9.7mm、第2円筒部136の外径の半径Ar2が5.15mm、第2円筒部136の内径の半径Br1が4.85mm、先端部238の軸方向長さが4.9mm、先端部238の底面の径が3.0mmとした。素子室出口238aの径は1.5mmとした。外側保護カバー240は、板厚が0.4mm、軸方向長さが24.35mm、大径部142の軸方向長さが5.75mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部143の軸方向長さが9.0mm(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが8.7mm)、胴部143の外径が14.6mm、胴部143の内径の半径Ar1が6.9mm、先端部246の軸方向長さが9.6mm、先端部246の外径が8.7mmとした。外側入口144aは、径1.5mmの横孔144bを6個、径1mmの縦孔144cを6個、それぞれ交互に等間隔(隣接する孔のなす角が30°)に形成した。外側出口247aは横孔を備えず、縦孔247cを6個備えるものとし、縦孔247cの径は1mmとした。保護カバー220の材質は、SUS310Sとした。また、ガスセンサ200のセンサ素子110は、幅(図4における左右長さ)が4mm、厚さ(図4における上下長さ)が1.5mmとした。多孔質保護層110aはアルミナ多孔質体とし、厚さは400μmとした。第2空間122bの高さCは3.759mmとし、断面積Asは66.2mm2とし、断面積Bsは15.9mm2とし、断面積Csは114.5mm2とし、断面積Dsは10.0mm2とした。断面積比As/Bsは4.2とし、第2空間122bの体積Vは349.94mm3とした。
第2円筒部136の軸方向長さを長くする(6.5mm)ことで高さCを2.2mmにした点以外は、実験例1と同じガスセンサ200を実験例2とした。実験例2では、断面積Asは66.2mm2とし、断面積Bsは15.9mm2とし、断面積Csは67.0mm2とし、断面積Dsは5.9mm2とし、断面積比As/Bsは4.2とし、体積Vは204.80mm3とした。
図3~7に示したガスセンサ100を実験例3とした。具体的には、内側保護カバー130の第1部材131は、板厚が0.3mm、軸方向長さが10.2mm、大径部132の軸方向長さが1.8mm、大径部132の外径が14.4mm、第1円筒部134の軸方向長さが8.4mm、第1円筒部134の外径が8.48mm、第1円筒部134の外径の半径Br2が4.24mmとした。第2部材135は、板厚が0.3mm、軸方向長さが15.1mm、第2円筒部136の軸方向長さが7.326mm、第2円筒部136の内径が9.7mm、第2円筒部136の外径の半径Ar2が5.15mm、第2円筒部136の内径の半径Br1が4.85mm、先端部138の軸方向長さが4.9mm、先端部138の側部138dの外径が5.6mmとした。素子室出口138aは、径1.5mmの横孔138bを4個、等間隔に形成した。外側保護カバー140は、板厚が0.4mm、軸方向長さが24.35mm、大径部142の軸方向長さが5.75mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部143の軸方向長さが9.0mm(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが8.7mm)、胴部143の外径が14.6mm、胴部143の内径の半径Ar1が6.9mm、先端部146の軸方向長さが9.6mm、先端部146の側部146aの軸方向長さが6.9mm、先端部146の外径が8.7mm、先端部146の底部146bの径が2.6mmとした。外側入口144aは、径1.5mmの横孔144bを6個、径1.0mmの縦孔144cを6個、それぞれ交互に等間隔に形成した。外側出口147a(縦孔147c)の径は、2.0mmとした。保護カバー120の材質は、SUS310Sとした。また、ガスセンサ100のセンサ素子110は、幅(図4における左右長さ)が4mm、厚さ(図4における上下長さ)が1.5mmとした。多孔質保護層110aはアルミナ多孔質体とし、厚さは400μmとした。実験例3では、高さCは1.374mmとし、断面積Asは66.2mm2とし、断面積Bsは15.9mm2とし、断面積Csは41.9mm2とし、断面積Dsは3.7mm2とし、断面積比As/Bsは4.2とし、体積Vは127.91mm3とした。
第2円筒部136の軸方向長さを長くする(8.015mm)ことで高さCを0.685mmにした点以外は、実験例3と同じガスセンサ100を実験例4とした。実験例4では、断面積Asは66.2mm2とし、断面積Bsは15.9mm2とし、断面積Csは20.9mm2とし、断面積Dsは1.8mm2とし、断面積比As/Bsは4.2とし、体積Vは63.77mm3とした。
第2円筒部136の径を変更して半径Ar2を5.3mmとし半径Br1を5.0mmとした点以外は、実験例1~4の各々と同じガスセンサを、実験例5~8とした。
第2円筒部136の径を変更して半径Ar2を5.45mmとし半径Br1を5.15mmとした点以外は、実験例1~4の各々と同じガスセンサを、実験例9~12とした。
第2円筒部136の径を変更して半径Ar2を5.6mmとし半径Br1を5.3mmとした点以外は、実験例1~4の各々と同じガスセンサを、実験例13~16とした。
第2円筒部136の径を変更して半径Ar2を5.75mmとし半径Br1を5.45mmとした点以外は、実験例1~3の各々と同じガスセンサを、実験例17~19とした。
実験例1~19のガスセンサをそれぞれ図1,2と同様に配管に取り付けた。大気に酸素を混合して任意の酸素濃度に調節したガスを被測定ガスとし、この被測定ガスを配管内に流速0.73m/sで流した。そして、配管内に流す被測定ガスの酸素濃度を23.6%から20.9%に変化させた場合における、センサ素子の出力の時間変化を調べた。酸素濃度を変化させる直前のセンサ素子の出力値を0%、酸素濃度の変化後にセンサ素子の出力が変化して安定したときの出力値を100%として、出力値が10%を越えたときから90%を越えるまでの経過時間を特定ガス濃度検出の応答時間(sec)とした。この応答時間が短いほど特定ガス濃度検出の応答性が高いことを意味する。応答時間の測定は、各実験例について複数回行い、各々の平均値を各実験例についての応答時間とした。実験例1~19の各々について、被測定ガスの流速を1m/sとした場合についても、同様に応答時間の測定を行った。実験例1~4の各々について、被測定ガスの流速を2m/s及び4m/sとした場合についても、同様に応答時間の測定を行った。また、実験例1,2については、被測定ガスの流速を8m/sとした場合についても、同様に応答時間の測定を行った。
Claims (9)
- 被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路として機能する第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路として機能し該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子を囲む筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記内側保護カバーの軸方向に平行且つ前記センサ素子の前記先端から後端に向かう方向を上方向とし、前記センサ素子の前記後端から前記先端に向かう方向を下方向として、前記第1ガス室は、前記外側保護カバーと前記第2部材との間の空間であり前記外側入口から前記上方向に向かう前記被測定ガスの流路として機能する第1空間と、前記第2部材の上端よりも上方且つ前記外側保護カバーと前記第1部材との間の空間であり前記第1空間から前記素子室入口までの前記被測定ガスの流路として機能する第2空間と、を有し、
前記第2空間における、前記被測定ガスが前記第2部材の直上を前記第2部材の外側から内側へ向かって通過する際の流路断面積である断面積Csが14.0mm2以上であり、
前記第2空間における前記内側保護カバーの周方向に垂直な断面積である断面積Dsが0.5mm2以上6.4mm2以下である、
ガスセンサ。 - 前記断面積Csが22.9mm2以上である、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記断面積Dsが5.0mm2以下である、
請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記第1空間から前記第2空間への前記被測定ガスの流入口である第2空間入口の断面積Asと前記1以上の素子室入口の合計断面積である断面積Bsとの断面積比As/Bsが1.41以上4.70以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記第1空間から前記第2空間への前記被測定ガスの流入口である第2空間入口の断面積Asが47.3mm2以上68.1mm2以下である、
請求項1~4のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記1以上の素子室入口の合計断面積である断面積Bsが14.5mm2以上33.4mm2以下である、
請求項1~5のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記第1部材及び前記第2部材は、前記素子室入口のうち前記センサ素子室側の開口部である素子側開口部が前記下方向に向けて開口するように該素子室入口を形成している、
請求項1~6のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記第1部材は、前記センサ素子を囲む第1円筒部を有しており、
前記第2部材は、前記第1円筒部よりも大径の第2円筒部を有しており、
前記素子室入口は、前記第1円筒部の外周面と前記第2円筒部の内周面との間の円筒状の隙間である、
請求項1~7のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子、を保護するための保護カバーであって、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口を内部に配置するためのセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路として機能する第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路として機能し該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記内側保護カバーは、筒状の第1部材と、該第1部材を囲む筒状の第2部材とを有し、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成しており、
前記内側保護カバーの軸方向に平行且つ前記外側保護カバーの底部から該底部とは反対側に向かう方向を上方向とし、前記外側保護カバーの該底部とは反対側から該底部に向かう方向を下方向として、前記第1ガス室は、前記外側保護カバーと前記第2部材との間の空間であり前記外側入口から前記上方向に向かう前記被測定ガスの流路として機能する第1空間と、前記第2部材の上端よりも上方且つ前記外側保護カバーと前記第1部材との間の空間であり前記第1空間から前記素子室入口までの前記被測定ガスの流路として機能する第2空間と、を有し、
前記第2空間における、前記被測定ガスが前記第2部材の直上を前記第2部材の外側から内側へ向かって通過する際の流路断面積である断面積Csが14.0mm2以上であり、
前記第2空間における前記内側保護カバーの周方向に垂直な断面積である断面積Dsが0.5mm2以上6.4mm2以下である、
保護カバー。
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