特開 2024-146326 気体流量調整機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024146326

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】気体流量調整機構

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20241004BHJP

   G01N 25/18 20060101ALN20241004BHJP

【ＦＩ】

G01N27/18

G01N25/18 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023059153

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000133526

【氏名又は名称】株式会社チノー

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 翼

(72)【発明者】

【氏名】梅島 康秀

【テーマコード（参考）】

2G040

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G040AA03

2G040AB09

2G040BA02

2G040BA23

2G040CA01

2G040DA01

2G040FA02

2G060AA01

2G060AE19

2G060AF07

2G060BA05

2G060BB02

2G060BC00

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】熱伝導式のセンサでは、配管のガス流量が多くなると、センサの測定素子の温度低下が大きくなり、適切な測定ができないことが問題となっていた。
【解決手段】測定対象気体の物理量を測定する測定部と、測定対象気体が流れる本体流路管と、本体流路管から分岐し測定部へ測定対象流体を導入する導入管と、導入管内から本体流路管内にかけて設置され、導入管と平行する上下方向に可動できる様にして、本体流路管の流路断面の流路面積を増減させ、測定部へ導入される測定対象流体の流量を制御する気体導入量制御板とからなる気体流量調整機構を提供する。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象気体の物理量を測定する測定部と、
測定対象気体が流れる本体流路管と、
本体流路管から分岐し測定部へ測定対象流体を導入する導入管と、
導入管内から本体流路管内にかけて設置され、導入管と平行する上下方向に可動し、本体流路管の流路断面の流路面積を増減させ、測定部へ導入される測定対象流体の流量を制御する気体導入量制御板と、
からなる気体流量調整機構。

【請求項2】

前記気体導入量制御板は、一部が可動することで本体流路管の流路面積を増減させる請求項１に記載の気体流量調整機構。

【請求項3】

前記気体導入量制御盤は、本体流路管内の流体の圧損を減らすための流路孔を有する請求項１または２に記載の気体流量調整機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱伝導式センサへの気体流量を調整する機構に関する。

【背景技術】

【0002】

熱伝導を利用したセンサは、加熱した検知素子の近傍を流れる気体により、検知素子に生じた温度変化を計測することで、測定を行う。近年の半導体加工技術を利用したマイクロマシニング技術を利用することにより検知素子の小型化が可能になり、ガスセンサや湿度センサに利用されている。

【0003】

例えば、特開２００８－２３３０５７（特許文献１）には、真空度、気体や液体の流量などの物理量を計測するための高感度、高精度、計測範囲拡大ができるような熱伝導型センサとこれを用いた熱伝導型計測装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－２３３０５７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

熱伝導式センサでは、小型化した検知素子が採用されていることより、検知素子の近傍を流れる気体の流量が設計の想定より多くなると、検知素子の温度変化が大きくなり、正確な測定ができなくなる問題点があった。例えば、熱伝導式ガスセンサは、水素などの可燃性の気体を検出するために使われることが多く、熱伝導式ガスセンサの近傍では、気体が自然拡散状態で存在することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そこで、配管から熱伝導式センサへの流れる気体流量を調節することで、熱伝導式センサを適切に動作できるようにする機構が必要となる。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された気体流量調整機構は、測定対象気体の物理量を測定する測定部と、測定対象気体が流れる本体流路管と、本体流路管から分岐し測定部へ測定対象流体を導入する導入管と、導入管内から本体流路管内にかけて設置され、導入管と平行する上下方向に可動し、本体流路管の流路断面の流路面積を増減させ、測定部へ導入される測定対象流体の流量を制御する気体導入量制御板と、からなることを特徴とする。

【0008】

本発明の請求項２に記載された、気体流量調整機構は、一部が可動することで本体流路管の流路面積を増減させることを特徴とする。

【0009】

本発明の請求項３に記載された、気体流量調整機構は、本体流路管内の流体の圧損を減らすための流路孔を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明により、配管に大流量の気体が流れていても、その気体に関する物理量を測定する熱伝導式センサを設計値通りに動作させることを可能とする気体流量調整機構を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本発明の実施例の側面図

【図1B】本発明の実施例の内部構造の概念図

【図2】気体導入量制御板による流速変化のシミュレーション結果

【図3】変形例1

【図4】変形例２

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。

【0013】

本実施例では、熱伝導式ガスセンサで配管内の気体を分析する実施形態について説明する。本実施例においては、配管からの気体は図の左側方向から導入され、センサを経由して、右側方向に配管から出て行く構成で説明する。

【0014】

図１Ａは本実施例の側面図である。具体的には、本体流路管内および導入管で気体が流れる方向に平行な面から見たときの概念図になる。ガスセンサやガスセンサの制御基板などを有する測定部１０１、配管から流れてきた気体を測定部１０１へ導入する測定気体導入管と、測定部１０１を通過した気体が導出される測定気体導出管を有する導入管１０２、配管から流れてきた気体が気体導入管から測定部へ向かう気体と、測定部に向かわずに通過する気体に分岐する本体流路管１０３、配管からの気体が入る導入口１０４、本体流路管１０３と測定部を通過した気体の両方が、配管へ戻る導出口１０５がある。なお、導入口１０４と導出口１０５は、配管と直接接続してもよいし、バイパス管を介して接続してもどちらでもよい。

【0015】

測定部１０１と導入管１０２、導入管１０２と本体流路管１０３、本体流路管と導入口１０４，導出口１０５は、継ぎ手などを介して、密閉性を確保した状態で接続される。

【0016】

図１Ｂは図１Ａの一部を断面にして、内部構造を示した概念図である。具体的には、測定部、導入管、本体流路管の中央の断面になっている。図１Ａと同じ符号は同じ物を示している。導入口１０４から入ってきた気体は、気体導入量制御板１０６により流れを阻害され、測定気体導入口１０７に向かう。測定気体導入口に１０７に入った気体は測定室１０８へ入る。測定室１０８には、センサ１０９があり、センサを通過した気体は、測定気体導出管１１０を通り、導出口１０５より本体流路管１０２へ戻る構成となっている。

【0017】

図２は、本発明の気体導入量制御板の効果をシミュレーションした結果で、条件は「各配管を、φ3/4”T字継手に接続した際、図中下から上に、1L/minの空気を導入」である。

【0018】

表の上段は、気体導入量制御板の状態を表している。図１Bで、ａの方向から気体導入制御板１０６を見ている状態となる。表の下段は、導入管に設けられた測定気体導入管と測定気体導出管を示している。図１Bで、bの方向から導入管１０２を見た状態となる。図１と同様に、気体は図の左側から入り、測定気体導入管から測定部へ向かい、測定部を通過した気体が、測定気体導出管からでて、図の右側から配管へ向かうので、左側が測定気体導入管で、右側が測定気体導出管となる。（A）は気体導入量制御板がない状態。（B）から（D）は矩形状の気体導入量制御板を測定気体導入管と測定気体導出管の間に設け、気体導入量制御板の幅を変えた状態。図２中の点線は、気体導入量制御板を示している。

【0019】

測定気体導入管、測定気体導出管の内部の色が濃いほど、気体導入量制御板の内部の色が濃いほど、管内を流れる気体の流速が大きいことを示す。（A）のように、気体導入量制御板がないと流速がほとんど生じない。（B）、（Ｃ）、（Ｄ）と気体導入量制御板の幅が大きくなるほど、測定気体導入管へ向かう気体の流速が高くなる。流速が高くなることで、より多くの気体が測定気体導入管へ流れる。

【0020】

図３は、気体導入量制御板の変形例を示している。図１Bでａの方向から気体導入制御板１０６を見ている状態となる。いずれの図においても、斜線入りの円が本体流路管で気体が通過する領域を表している。白くなっている部分は、気体導入量制御板で流れが阻害される領域となる。気体導入量制御板は固定部３０１と変化部３０２の組み合わせで構成される。点線部分は、変化部３０２が動いたことで、図１Bのａの方向から見えなくなっている部分を示す。（Ａ）は固定部の中に、矩形の開口部が設けられており、矩形の開口部を変化部の矩形の板を動かすことで、流れを阻害する領域の大きさを調整する。（Ａ－１）は開口部を最も大きくした状態、（Ａ－２）は開口部を閉じた状態を表している。（Ｂ）は、固定部が真ん中にあり、その両側を変化部となり、流れを阻害する領域の面積を調節する。（Ｂ－１）は、流れを阻害する領域を最大にした状態、（Ｂ－２）は流れを阻害する領域を最小にした状態を示す。（Ｃ）は、（Ａ）に対して、開口部を円形にした構成、（Ｄ）は（Ａ）に対して、変化部の板の形状を台形にした構成を示す。本発明においては、熱伝導式センサに必要な流量の気体を測定部に流すことを目的にしているので、本体流路管においても配管を完全にふさぐことがないように気体導入量制御板を構成する。そのため、（D）のような構成も適用できる。

【0021】

このように気体導入量制御板を可動させることで、本体流路管の断面積を変化させることが可能になり、導入管への気体流量を調整できるようになる。なお、本発明では、配管の直径や気体の流量などに基づき、適切な測定値が出るよう気体導入量制御板を調整し、センサの動作中に気体導入量制御板の設定を変更しない。そうすることで、センサ使用中に、異常な測定値が発生したときに、異常であることを検出できる。

【0022】

図４は、配管に対する測定部の取り付け方の変形例である。図1と同様に、気体が流れる方向に対して垂直の方向から見た図になる。気体の流れる方向は図中の矢印で示した。測定部４０１、導入管４０２，気体導入量制御板４０３、本体流路管４０４を簡易的に図示している。配管内の気体は、図の左から右に流れるのは、他の実施例と同様である。（A）は測定部４０１を本体流路管に対して斜めに配置することで、測定部を設置するスペースが少ない場合に有効である。また、気体導入量制御板の先端部を曲げて、配管に対して垂直に近づけることで、気体導入量制御板がまっすぐな場合よりも気体の流れを阻害する効果が高められる。（B）は測定部を本体流路管に対して下方に配置したもので、測定対象の気体の密度が高い場合に有効である。

【符号の説明】

【0023】

測定部１０１
導入管１０２
本体流路管１０３
導入口１０４
導出口１０５
気体導入量制御板１０６
測定気体導入口１０７
測定室１０８
センサ１０９
測定気体導出管１１０

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】