CN102713585A - 气体传感器及使用它检测流体中含有的气体的方法和测定流体中含有的气体的浓度的方法、气体检测器以及气体浓度测定器 - Google Patents

气体传感器及使用它检测流体中含有的气体的方法和测定流体中含有的气体的浓度的方法、气体检测器以及气体浓度测定器 Download PDF

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菅野勉
酒井章裕
表笃志
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Abstract

本发明提供气体传感器及使用它检测流体中含有的气体的方法和测定流体中含有的气体的浓度的方法、气体检测器以及气体浓度测定器。该气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，该器件包括：沿着其轴方向的内部贯通孔；包括金属的多个第一杯状部件；包括热电变换材料的多个第二杯状部件；第一电极；和第二电极。第一、第二部件沿着上述轴方向交替地反复配置。第一、第二电极分别设置在器件的一端和另一端。第一部件具备第一内表面和第一外表面，在下端具备第一贯通孔，其截面积向下端的方向减少。第二部件具备第二内表面和第二外表面，在下端具备第二贯通孔，其截面积向下端的方向减少。内部贯通孔由多个第一、第二贯通孔构成。第一部件插入到相邻的一个第二部件，使得第一部件的第一外表面与该第二部件的第二内表面紧贴。相邻的另一个第二部件插入到第一部件，使得第一部件的第一内表面与该第二部件的第二外表面紧贴。催化剂层设置在内部贯通孔的内表面。

Description

气体传感器及使用它检测流体中含有的气体的方法和测定流体中含有的气体的浓度的方法、气体检测器以及气体浓度测定器
技术领域
本发明涉及气体传感器及使用它检测流体中含有的气体的方法和测定流体中含有的气体的浓度的方法、气体检测器以及气体浓度测定器。
背景技术
专利文献1、专利文献2和专利文献3公开有利用热电变换元件的气体传感器。
图17表示专利文献1的图1所示的气体传感器。该气体传感器在基板上具备热电变换元件和配置于其上的催化剂层。当所检测的气体吸附在催化剂层时，催化剂层产生热。热电变换元件将该热转换为电力，检测气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4002969号公报（无同族专利）
专利文献2：日本特开2005-098844号公报（无同族专利）
专利文献3：日本特开2005-098845号公报（无同族专利）
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供新的气体传感器。
用于解决问题的方法
本发明的检测气体的方法是使用气体传感器检测流体中含有的气体的方法，包括：
准备上述气体传感器的工序（a），其中，
上述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
上述管形状的热发电器件包括：
沿着上述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
上述多个第一杯状部件和上述多个第二杯状部件沿着上述轴方向交替地反复配置，
上述第一电极和上述第二电极分别设置在上述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
上述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与上述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与上述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
上述催化剂层设置在上述内部贯通孔的内表面；
向上述内部贯通孔供给上述流体，使上述第一电极和上述第二电极之间产生电压差的工序（b）；和
基于上述电压差检测上述流体中含有的气体的工序（c）。
本发明的检测气体的浓度的方法是使用气体传感器检测流体中含有的气体的浓度的方法，包括：
准备上述气体传感器的工序（a），其中，
上述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
上述管形状的热发电器件包括：
沿着上述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
上述多个第一杯状部件和上述多个第二杯状部件沿着上述轴方向交替地反复配置，
上述第一电极和上述第二电极分别设置在上述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
上述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与上述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与上述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
上述催化剂层设置在上述内部贯通孔的内表面；
向上述内部贯通孔供给上述流体，使上述第一电极和上述第二电极之间产生电压差的工序（b）；和
基于上述电压差计算上述流体中含有的气体的浓度的工序（c）。
本发明的气体接触器是检测流体中含有的气体的气体检测器，包括
气体传感器；和
通知部，其中，
上述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
上述管形状的热发电器件包括：
沿着上述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
上述多个第一杯状部件和上述多个第二杯状部件沿着上述轴方向交替地反复配置，
上述第一电极和上述第二电极分别设置在上述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
上述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与上述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与上述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
上述催化剂层设置在上述内部贯通孔的内表面，而且
上述通知部在上述第一电极与上述第二电极之间产生电压差时通知检测出了气体。
本发明的气体浓度测定器是测定流体中含有的气体的浓度的气体浓度测定器，包括：
气体传感器；
存储部；和
运算部，其中，
上述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
上述管形状的热发电器件包括：
沿着上述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
上述多个第一杯状部件和上述多个第二杯状部件沿着上述轴方向交替地反复配置，
上述第一电极和上述第二电极分别设置在上述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
上述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与上述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与上述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
上述催化剂层设置在上述内部贯通孔的内表面，而且
上述存储部存储上述第一电极与上述第二电极之间产生的电压差和上述气体的浓度之间的关系，
上述运算部电连接于上述第一电极与上述第二电极之间，
上述运算部参照上述存储部并基于上述第一电极与上述第二电极之间产生的电压差，计算上述气体的浓度。
本发明是一种气体传感器，包括：
催化剂层；和
管形状的热发电器件，其中，
上述管形状的热发电器件包括：
沿着上述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
上述多个第一杯状部件和上述多个第二杯状部件沿着上述轴方向交替地反复配置，
上述第一电极和上述第二电极分别设置在上述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
上述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与上述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与上述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
上述催化剂层设置在上述内部贯通孔的内表面。
发明的效果
本发明提供新的气体传感器。
附图说明
图1表示本实施方式中使用的管形状的热发电器件。
图2表示管形状的热发电器件的局部分解图。
图3表示一个第一杯状部件11。
图4表示一个第二杯状部件12。
图5是在图3描绘的A-A线截面图。
图6是在图4描绘的B-B线截面图。
图7表示制造管形状的热发电器件的方法的一个工序。
图8表示制造管形状的热发电器件的方法的一个工序。
图9是图8所示的管形状的热发电器件的分解图。
图10表示制造管形状的热发电器件的其它方法的一个工序。
图11表示制造管形状的热发电器件的其它方法的一个工序。
图12表示本实施方式中使用的其它管形状的热发电器件。
图13表示本实施方式的气体传感器的截面图。
图14表示本实施方式的其它气体传感器的截面图。
图15表示使用本实施方式的气体传感器的气体检测器。
图16表示使用本实施方式的气体传感器的浓度测定装置。
图17表示专利文献1的图1。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
本实施方式的气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件。催化剂层后述。
图1表示该管形状的热发电器件。
管形状的热发电器件包括内部贯通孔18、多个第一杯状部件11、多个第二杯状部件12、第一电极15和第二电极16。
内部贯通孔18沿着管形状的热发电器件的轴方向设置。该轴方向是由图1中描绘的箭头指示的方向。
第一电极15和第二电极16分别配置在管形状的热发电器件的一端和另一端。
各第一杯状部件11包括金属。该金属例如为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。优选为镍、钴、铜或铝。
各第二杯状部件12包括热电变换材料。该热电变换材料例如为Bi、Bi2Te3或PbTe。Bi2Te3能够含有Sb或Se。
图2表示管形状的热发电器件的局部分解图。如图2所示，三个第一杯状部件11a～11c和三个第二杯状部件12a～12c沿轴方向交替地反复配置。各上述第一杯状部件11具有相同的形状。各上述第二杯状部件12也具有相同的形状。
图3表示一个第一杯状部件11。如图3所示，第一杯状部件11具备第一内表面112和第一外表面111。第一杯状部件11在下端具备第一贯通孔113。在杯状部件11的上端具有开口。第一杯状部件11的截面积在其下端的方向减少。与第一杯状部件11的形状同样，第二杯状部件12也如图4所示那样具备第二内表面122、第二外表面121和第二通孔123。第二杯状部件12的截面积也向各第二杯状部件12的下端的方向减少。
如从图1～图4所能够明白的那样，内部贯通孔18由多个第一贯通孔113和多个第二贯通孔123构成。
如图2所示，第一杯状部件11b插入到相邻的一个第二杯状部件12b，使得第一杯状部件11b的第一外表面111b与相邻的一个第二杯状部件12b的第二内表面122b紧贴。
相邻的另一个第二杯状部件12a插入到第一杯状部件11b，使得第一杯状部件11b的第一内部112b与相邻的另一个第二杯状部件12a的第二外表面121a紧贴。
这样，一个第一杯状部件11与相邻的两个第二杯状部件12紧贴。同样，一个第二杯状部件12也与相邻的两个第一杯状部件11紧贴。
优选第一杯状部件11b的第一外表面111b与相邻的一个第二杯状部件12b的第二内表面122b接触。代替这种方式，能够利用被供给至第一杯状部件11b的第一外表面111b与相邻的一个第二杯状部件12b的第二内表面122之间的焊锡使得这些表面相互紧贴。
与上述说明同样，优选第一杯状部件11b的第一内表面112b与相邻的另一个第二杯状部件12a的第二外表面121a接触。代替这种方式，能够利用被供给至它们之间的焊锡使得这些表面相互紧贴。
在第一杯状部件11与第二杯状部件12之间不能存在间隙。这是因为，如后所述，当在内部贯通孔18流动流体时，间隙阻碍热电变换。进一步，从间隙漏出流体。根据需要，能够如上述那样在间隙填充焊锡。
第一杯状部件11的数量和第二杯状部件12的数量例如为100个以上1000个以下。
图5是图3中描绘的A-A线截面图。图6是图4中描绘的B-B线截面图。θ1和θ2分别表示第一杯状部件11和第二杯状部件12的倾斜角度。即，θ1表示由第一杯状部件11的截面积在其下端的方向去减少的部分与第一杯状部件11的轴方向形成的角度。同样，θ2表示由第二杯状部件12的截面积在其下端的方向去减少的部分与第二杯状部件12的轴方向形成的角度。θ1的值和θ2的值相等。θ1和θ2的值依据第一杯状部件11和第二杯状部件12的材料适当地调整。优选的θ1和θ2的值为5度以上45度以下。
内部贯通孔18的截面形状并无特别限定。管形状的热发电器件的截面形状也没有特别限定。
在第一杯状部件11的截面形状为圆的情况下，图5所示的dl1和ds1分别表示第一杯状部件11的上端和下端的宽度。第一杯状部件11具有高度h1和厚度T1。与图5的情况同样，图6所示的dl2、ds2、h2和T2分别表示第二杯状部件12的上端的宽度、下端的宽度、高度和厚度。
管形状的热发电器件的截面形状并无特别限定。管形状的热发电器件的截面例如为圆形、椭圆形或多角形。优选圆形。即，优选管形状的热发电器件为圆筒形状。
如图7所示，多个第一杯状部件11和多个第二杯状部件12交替地反复配置。之后，如图8和图9所示，在其一端和另一端分别接合第一电极15和第二电极16，从而制造管形状的热发电器件。图9是图8的分解图。
代替图8和图9所示的程序，能够如下所述那样将第一电极15和第二电极16接合。在图7之后，如图10所示，将其一端的一部分和另一端的一部分切除，使该一端和另一端平坦。之后，如图11所示，将板状的第一电极15和板状的第二电极16分别与一端和另一端接合，从而制造管形状的热发电器件。
以下，参照图13说明具备这样的管形状的热发电器件的气体传感器。图13表示图1所示的管形状的热发电器件的截面图。
如图13所示，催化剂层19设置在内部贯通孔18的内表面。在图13中，内部贯通孔18的内表面被催化剂层19覆盖。内部贯通孔18的内表面并不全部被催化剂层19覆盖。换言之，内部贯通孔18的内表面的一部分能够被催化剂层19覆盖。
在被检测或测定的气体为氢的情况下，催化剂层19包括含有铂或钯的陶瓷。陶瓷的优选材料例如为氧化铝。
在被检测或测定的气体为CO或NOX的情况下，催化剂层19包括含有铂或钯的陶瓷。陶瓷的优选材料例如为氧化锡或氧化锆。
在被检测或测定的气体为氢的情况下，催化剂层19包括铂层或钯层。在这种情况下，如图14所示，在内部贯通孔18和催化剂层19之间夹着电绝缘层21。
催化剂层19通过加热器被加热，使催化剂层19的活性增加。这能够提高气体的检测和气体的浓度测定的准确性。加热器能够配置在内部贯通孔18的内侧或外侧。
接着，在下面说明使用气体传感器检测气体的方法。
如图15所示，含有所检测的气体的流体84流至内部贯通孔18。气体被吸附在催化剂层，催化剂层19产生热。其结果是，在管型热发电器件的内表面与外表面之间产生温度差。该温度差被管型热发电器件变换为在第一电极15和第二电极16之间产生的电压差。这样，只要流体84含有所检测的气体，就能够在第一电极15与第二电极16之间产生电压差。相反，只要流体84不含有所检测的气体，在第一电极15与第二电极16之间就不产生电压差。
在图15，电灯87电连接于第一电极15与第二电极16之间。电压差使电灯87点亮。能够使用蜂鸣器代替电灯87。电灯87和蜂鸣器作为通知部发挥作用。本实施方式的气体检测器具备气体传感器和通知部。
以下对使用气体传感器测定流体中含有的气体的浓度的方法进行说明。
如图16所示，本实施方式的浓度测定器包括存储部89、运算部88和气体传感器。与图15的情况同样，流体84流至内部贯通孔18，产生电压差。由后述的实施例可知，本发明的发明人发现电压差与气体的浓度为成比例的关系。该关系被存储在存储部89。运算部88与第一电极15和第二电极16电连接。运算部88基于在这些电极之间产生的电压差、参照上述存储部89计算气体的浓度。这样计算出的气体的浓度能够输出至显示器或扬声器（均未图示）。
如图12所示，在管形状的热发电器件81，能够沿轴方向形成槽20。槽20能够为中空，但是能够根据需要在槽20中填充绝缘体。槽20的角度θ3优选为1度以上10度以下。
（实施例）
列举以下的实施例，对本发明进一步进行更详细的说明。
（实施例1A）
根据以下的表1，得到了图9所示的管形状的热发电器件81。
（表1）
  第一杯状部件11的材料   铜
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   Bi2Te3
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
管形状的热发电器件81的各端部由螺母固定。在该螺母与第一电极15之间插入有铬镍铁合金制的弹簧。管形状的热发电器件81被该弹簧向轴方向压缩，并且进入管形状的炉中。管形状的热发电器件81以500℃被加热2小时。
加热后，将管形状的热发电器件81冷却至室温。这样得到具有大致7毫米的外径、大致5毫米的内径、大致500毫米的长度的管形状的热发电器件81。将所得到的管形状的热发电器件81切断为五个部分。各部分具有100毫米的长度。
在氯化铂水溶液中添加氧化铝粉末，调制了催化剂溶液。将催化剂溶液添加至乙醇，调制了膏状材料。将该膏状材料涂敷在内部贯通孔18的内表面。接着，将这样得到的管形状的热发电器件81以200℃进行烧结，得到气体传感器。
将氢和氮的混合气体供给至内部贯通孔18，使用纳伏计（nanovoltmeter）测定在第一电极15与第二电极16之间产生的电压差。以下的表2表示氢的浓度和所产生的电压差。
（实施例1B～1C）
除了令θ1=θ2=30或60以外，进行了与实施例1A相同的测试。
（表2）
氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
实施例1A(θ=10)   16μV   0.16mV   1.6mV   4.5mV   9.8mV   28mV
实施例1B(θ=30)   7.2μV   70μV   0.7mV   2.0mV   4.3mV   12mV
实施例1C(θ=60)   2.4μV   25μV   0.25mV   0.7mV   1.5mV   4.3mV
从表2可知，电压差与氢浓度成比例。
对由实施例1A～1C得到的气体传感器的响应时间进行了测定。表3表示结果。响应时间由以下的等式（1）求得。根据本发明的发明人的测试，响应时间与氢浓度没有关系。
响应时间=从测定的开始起至与电压差等于在恒定状态产生的电压差的63.2%的时刻为止所需的时间。
（表3）
  实施例1A   实施例1B   实施例1C
响应时间（秒）   4.5   1.5   0.5
从表3可知，响应时间为4.5秒以下，是非常短的时间。
（实施例2A～2C）
根据以下的表4，与实施例1A～1C的情况同样地得到气体传感器。与实施例1A～1C不同，在实施例2A～2C，第一杯状部件11的材料为镍。结果在表5和表6表示。
（表4）
  第一杯状部件11的材料   镍
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   Bi2Te3
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
（表5）
 氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
 实施例2A(θ=10)   35μV   0.35mV   3.5mV   9.7mV   21mV   62mV
 实施例2B(θ=30)   28μV   0.27μV   2.8mV   7.7mV   16mV   49mV
 实施例2C(θ=60)   11μV   0.11mV   1.1mV   3.0mV   6.6mV   19mV
（表6）
  实施例2A   实施例2B   实施例2C
响应时间（秒）   4.5   1.5   0.5
（实施例3A～3C）
根据以下的表7，与实施例1A～1C的情况同样地得到气体传感器。与实施例1A～1C不同，在实施例3A～3C，第二杯状部件12的材料为PbTe。结果在表8和表9表示。
（表7）
  第一杯状部件11的材料   铜
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   PbTe
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
（表8）
氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
实施例3A(θ=10)   21μV   0.21mV   2.1mV   5.9mV   13mV   37mV
实施例3B(θ=30)   10μV   0.11mV   1.1mV   2.9mV   6.3mV   18mV
实施例3C(θ=60)   38μV   37μV   0.37mV   1.0mV   2.3mV   6.5mV
（表9）
  实施例3A   实施例3B   实施例3C
响应时间（秒）   1.0   不到0.5秒   不到0.5秒
（实施例4A～4C）
根据以下的表10，与实施例1A～1C的情况同样地得到气体传感器。与实施例1A～1C不同，在实施例4A～4C，第一杯状部件和第二杯状部件的材料分别为镍和PbTe。结果在表11和表12表示。
（表10）
  第一杯状部件11的材料   镍
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   PbTe
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
（表11）
氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
实施例2A(θ=10)   40μV   0.4mV   4mV   11mV   24mV   70mV
实施例2B(θ=30)   37μV   0.38mV   3.8mV   10.5mV   23mV   67mV
实施例2C(θ=60)   13μV   0.15mV   1.6mV   4.4mV   9.5mV   28mV
（表12）
  实施例4A   实施例4B   实施例4C
响应时间（秒）   2.5   1.0   不到0.5秒
（实施例5A～5C）
根据以下的表13，与实施例1A～1C的情况同样地得到气体传感器。与实施例1A～1C不同，在实施例5A～5C，第二杯状部件的材料为铋。结果在表14和表15表示。
（表13）
  第一杯状部件11的材料   铜
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   铋
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
（表14）
氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
实施例5A(θ=10)   2.3μV   25μV   0.26mV   0.7mV   1.5mV   4.5mV
实施例5B(θ=30)   2.0μV   21μV   0.22mV   0.6mV   1.3mV   3.8mV
实施例5C(θ=60)   8.4μV   87μV   88μV   0.24mV   0.5mV   1.5mV
（表15）
  实施例5A   实施例5B   实施例5C
响应时间（秒）   不到0.5秒   不到0.5秒   不到0.5秒
（实施例6A～6C）
根据以下的表16，与实施例1A～1C的情况同样地得到气体传感器。与实施例1A～1C不同，在实施例6A～6C，第一杯状部件和第二杯状部件的材料分别为镍和铋。结果在表17和表18表示。
（表16）
  第一杯状部件11的材料   镍
  第一杯状部件11的个数   199个
  dl1   7毫米
  ds1   5毫米
  h1   4毫米
  θ1   10度
  第二杯状部件12的材料   铋
  第二杯状部件12的个数   200个
  dl2   7毫米
  ds2   5毫米
  h2   3.2毫米
  θ2   10度
  第一电极15和第二电极16的材料   铜
（表17）
氢浓度（%）   0.001   0.01   0.1   0.5   1   3
实施例6A(θ=10)   2.3μV   25μV   0.24mV   0.66mV   1.4mV   4.2mV
实施例6B(θ=30)   4.0μV   41μV   0.4mV   1.1mV   2.4mV   7mV
实施例6C(θ=60)   2.2μV   21μV   0.23mV   0.64mV   1.3mV   3.9mV
（表18）
  实施例6A   实施例6B   实施例6C
响应时间（秒）   1.0   0.5   不到0.5秒
（比较例1）
根据专利文献1，得到气体传感器。具体而言，利用溅射法在氧化铝基板上形成了具有800纳米的厚度的SiGe薄膜。该氧化铝基板长20毫米、宽10毫米、厚0.5毫米。在SiGe薄膜的两端粘贴铟薄膜，形成了电极。进一步，如图17所示，在SiGe薄膜的表面的一半涂敷了催化剂层。该催化剂层形成为与实施例1A的催化剂层相同。
表19和表20表示这样得到的气体传感器的特性。
（表19）
 氢浓度（%）  0.1  0.5   1   3
 比较例1  0.9μV  30μV   0.17mV   0.5mV
（表20）
  比较例1
响应时间（秒）   大致20秒
本领域技术人员应该能够容易地理解，实施例1A～6C的气体传感器比比较例1的气体传感器优秀。
产业上的可利用性
本发明的气体传感器用于调整氢气浓度或用于检测氢气的泄露。作为一个例子，本发明的气体传感器组装于燃料电池。

Claims (72)

1.一种方法，其为使用气体传感器检测流体中含有的气体的方法，该方法的特征在于，包括：
准备所述气体传感器的工序（a），其中，
所述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
所述管形状的热发电器件包括：
沿着所述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
所述多个第一杯状部件和所述多个第二杯状部件沿着所述轴方向交替地反复配置，
所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
所述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
所述催化剂层设置在所述内部贯通孔的内表面；
向所述内部贯通孔供给所述流体，使所述第一电极和所述第二电极之间产生电压差的工序（b）；和
基于所述电压差检测所述流体中含有的气体的工序（c）。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜或铝。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述热电变换材料为Bi、Bi2Te3或PbTe。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述热电变换材料为含有Sb或Se的Bi2Te3。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面接触，而且
各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面接触。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面之间供给有焊锡，而且
在各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面之间供给有焊锡。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，满足以下的数学式：
5度≤θ1≤45度，
5度≤θ2≤45度，和
θ1=θ2，
其中，
θ1表示由第一杯状部件的截面积减少的部分与所述第一杯状部件的轴方向形成的角度，而且
θ2表示由第二杯状部件的截面积减少的部分与所述第二杯状部件的轴方向形成的角度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述气体是氢，
所述催化剂层包括铂或钯，而且
在所述内部贯通孔与所述催化剂层之间夹着电绝缘层。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述气体是氢，而且
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化铝。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述气体是CO或NOX，
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化锡或氧化锆。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
沿轴方向形成有槽。
15.一种方法，其为使用气体传感器检测流体中含有的气体的浓度的方法，该方法的特征在于，包括：
准备所述气体传感器的工序（a），其中，
所述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
所述管形状的热发电器件包括：
沿着所述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
所述多个第一杯状部件和所述多个第二杯状部件沿着所述轴方向交替地反复配置，
所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
所述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
所述催化剂层设置在所述内部贯通孔的内表面；
向所述内部贯通孔供给所述流体，使所述第一电极和所述第二电极之间产生电压差的工序（b）；和
基于所述电压差计算所述流体中含有的气体的浓度的工序（c）。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述气体的浓度与所述电压差成比例。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜或铝。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述热电变换材料为Bi、Bi2Te3或PbTe。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述热电变换材料为含有Sb或Se的Bi2Te3。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面接触，而且
各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面接触。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
在各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面之间供给有焊锡，而且
在各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面之间供给有焊锡。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，满足以下的数学式：
5度≤θ1≤45度，
5度≤θ2≤45度，和
θ1=θ2，
其中，
θ1表示由第一杯状部件的截面积减少的部分与所述第一杯状部件的轴方向形成的角度，而且
θ2表示由第二杯状部件的截面积减少的部分与所述第二杯状部件的轴方向形成的角度。
24.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述气体是氢，
所述催化剂层包括铂或钯，而且
在所述内部贯通孔与所述催化剂层之间夹着电绝缘层。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述气体是氢，而且
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化铝。
27.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
所述气体是CO或NOX，
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化锡或氧化锆。
29.如权利要求15所述的方法，其特征在于：
沿轴方向形成有槽。
30.一种气体检测器，其检测流体中含有的气体，该气体检测器的特征在于，包括：
气体传感器；和
通知部，其中，
所述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
所述管形状的热发电器件包括：
沿着所述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
所述多个第一杯状部件和所述多个第二杯状部件沿着所述轴方向交替地反复配置，
所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
所述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，
所述催化剂层设置在所述内部贯通孔的内表面，而且
所述通知部在所述第一电极与所述第二电极之间产生电压差时通知检测出了气体。
31.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。
32.如权利要求31所述的气体检测器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜或铝。
33.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述热电变换材料为Bi、Bi2Te3或PbTe。
34.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述热电变换材料为含有Sb或Se的Bi2Te3。
35.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面接触，而且
各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面接触。
36.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
在各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面之间供给有焊锡，而且
在各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面之间供给有焊锡。
37.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于，满足以下的数学式：
5度≤θ1≤45度，
5度≤θ2≤45度，和
θ1=θ2，
其中，
θ1表示由第一杯状部件的截面积减少的部分与所述第一杯状部件的轴方向形成的角度，而且
θ2表示由第二杯状部件的截面积减少的部分与所述第二杯状部件的轴方向形成的角度。
38.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述气体是氢，
所述催化剂层包括铂或钯，而且
在所述内部贯通孔与所述催化剂层之间夹着电绝缘层。
39.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述气体是氢，而且
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
40.如权利要求39所述的气体检测器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化铝。
41.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
所述气体是CO或NOX，
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
42.如权利要求41所述的气体检测器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化锡或氧化锆。
43.如权利要求30所述的气体检测器，其特征在于：
沿轴方向形成有槽。
44.一种气体浓度检测器，其测定流体中含有的气体的浓度，该气体浓度测定器的特征在于，包括：
气体传感器；
存储部；和
运算部，其中，
所述气体传感器具备催化剂层和管形状的热发电器件，
所述管形状的热发电器件包括：
沿着所述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
所述多个第一杯状部件和所述多个第二杯状部件沿着所述轴方向交替地反复配置，
所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
所述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
所述催化剂层设置在所述内部贯通孔的内表面，而且
所述存储部存储所述第一电极与所述第二电极之间产生的电压差和所述气体的浓度之间的关系，
所述运算部电连接于所述第一电极与所述第二电极之间，
所述运算部参照所述存储部并基于所述第一电极与所述第二电极之间产生的电压差，计算所述气体的浓度。
45.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述气体的浓度与所述电压差成比例。
46.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。
47.如权利要求46所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜或铝。
48.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述热电变换材料为Bi、Bi2Te3或PbTe。
49.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述热电变换材料为含有Sb或Se的Bi2Te3。
50.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面接触，而且
各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面接触。
51.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
在各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面之间供给有焊锡，而且
在各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面之间供给有焊锡。
52.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于，满足以下的数学式：
5度≤θ1≤45度，
5度≤θ2≤45度，和
θ1=θ2，
其中，
θ1表示由第一杯状部件的截面积减少的部分与所述第一杯状部件的轴方向形成的角度，而且
θ2表示由第二杯状部件的截面积减少的部分与所述第二杯状部件的轴方向形成的角度。
53.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述气体是氢，
所述催化剂层包括铂或钯，而且
在所述内部贯通孔与所述催化剂层之间夹着电绝缘层。
54.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述气体是氢，而且
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
55.如权利要求54所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化铝。
56.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述气体是CO或NOX，
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
57.如权利要求56所述的气体浓度测定器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化锡或氧化锆。
58.如权利要求44所述的气体浓度测定器，其特征在于：
沿轴方向形成有槽。
59.一种气体传感器，其特征在于，包括：
催化剂层；和
管形状的热发电器件，其中，
所述管形状的热发电器件包括：
沿着所述管形状的热发电器件的轴方向的内部贯通孔；
包括金属的多个第一杯状部件；
包括热电变换材料的多个第二杯状部件；
第一电极；和
第二电极，其中，
所述多个第一杯状部件和所述多个第二杯状部件沿着所述轴方向交替地反复配置，
所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述管形状的热发电器件的一端和另一端，
各第一杯状部件具备第一内表面和第一外表面，
各第一杯状部件在下端具备第一贯通孔，
各第一杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
各第二杯状部件具备第二内表面和第二外表面，
各第二杯状部件在下端具备第二贯通孔，
各第二杯状部件的截面积在其下端的方向减少，
所述内部贯通孔由多个第一贯通孔和多个第二贯通孔构成，
各第一杯状部件插入到相邻的一个第二杯状部件，使得各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面紧贴，
相邻的另一个第二杯状部件插入到各第一杯状部件，使得各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面紧贴，而且
所述催化剂层设置在所述内部贯通孔的内表面。
60.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜、铝、银、金或它们的合金。
61.如权利要求60所述的气体传感器，其特征在于：
所述金属为镍、钴、铜或铝。
62.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述热电变换材料为Bi、Bi2Te3或PbTe。
63.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述热电变换材料为含有Sb或Se的Bi2Te3。
64.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面接触，而且
各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面接触。
65.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
在各第一杯状部件的第一外表面与所述相邻的一个第二杯状部件的第二内表面之间供给有焊锡，而且
在各第一杯状部件的第一内表面与所述相邻的另一个第二杯状部件的第二外表面之间供给有焊锡。
66.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于，满足以下的数学式：
5度≤θ1≤45度，
5度≤θ2≤45度，和
θ1=θ2，
其中，
θ1表示由第一杯状部件的截面积减少的部分与所述第一杯状部件的轴方向形成的角度，而且
θ2表示由第二杯状部件的截面积减少的部分与所述第二杯状部件的轴方向形成的角度。
67.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述气体是氢，
所述催化剂层包括铂或钯，而且
在所述内部贯通孔与所述催化剂层之间夹着电绝缘层。
68.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述气体是氢，而且
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
69.如权利要求68所述的气体传感器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化铝。
70.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
所述气体是CO或NOX，
所述催化剂层包括含有铂或钯的陶瓷。
71.如权利要求70所述的气体传感器，其特征在于：
所述陶瓷包括氧化锡或氧化锆。
72.如权利要求59所述的气体传感器，其特征在于：
沿轴方向形成有槽。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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