JP6654416B2 - ガスセンサ - 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所定のガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
アンモニアの分解性を有する物質を含んでおり、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形成し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口を含む外部から前記センサ素子室への入口側ガス流路を形成する保護カバーと、
を備え、
前記保護カバーは、前記入口側ガス流路に面する部分の表面積S1と、前記センサ素子室のうち前記素子室入口から前記ガス導入口までの前記被測定ガスの最短流路である素子室内流路に面する部分の表面積S2と、の和であるガス被触表面積Sが450mm2以上1145mm2以下である、
ものである。
図3〜7に示したガスセンサ100のうち保護カバー120を備えない状態のガスセンサを実験例1とした。
図3〜7に示したガスセンサ100を実験例2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7.7mmとした。第2部材135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4.5mm、第2円筒部136の内径が9.7mm、先端部138の軸方向長さが4.9mm、先端部138の底面の径が3.0mmとした。素子室入口127に関して、距離A1は0.59mm、距離A2は1.5mm、距離A3は3.1mm、距離A4,A5,A7はいずれも1.0mm、距離A6は1.2mm、距離Lは4mmとした。断面積G2は22.3mm2とした。素子室出口138aの径は1.5mmとした。距離B1は−6.3mmとした(断面積G3=1.77mm2)。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5.85mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部143の軸方向長さが8.9mm(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが8.5mm)、胴部143の外径が14.6mm、先端部146の軸方向長さが9.6mm、先端部146の外径が8.7mmとした。外側入口144aは、径1mm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(断面積G1=9.42mm2)。外側出口147aは、径1mmの横孔147bを3個、径1mmの縦孔147cを3個、それぞれ交互に等間隔(隣接する孔のなす角が60°)に形成した(断面積G4=4.71mm2)。距離B2は2.7mmとした。保護カバー120の材質は、SUS301Sとした。表面積S1は1052.78mm2、表面積S2は24.94mm2、ガス被触表面積Sは1077.72mm2とした。面積比αは19.7とした。また、ガスセンサ100のセンサ素子110は、幅(図5における左右長さ)が4mm、厚さ(図5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円筒部136の軸方向長さを1mm長くした(5.5mm)点以外は、実験例2と同様のガスセンサ100を実験例3とした。なお、距離A3が4.1mm、距離Lが5mmであり、表面積S1は1115.58mm2、ガス被触表面積Sは1140.52mm2となった。
第2円筒部136の軸方向長さを1mm短くした(3.5mm)点以外は、実験例2と同様のガスセンサ100を実験例4とした。なお、距離A3が2.1mm、距離Lが3mmであり、表面積S1は989.98mm2、ガス被触表面積Sは1014.92mm2となった。
第2円筒部136が突出部136aを備えず、第2円筒部136の軸方向長さを2.1mmとし、ハウジング102の軸方向長さを長くし、大径部142の軸方向長さを長くし(8.6mm)、胴部143の軸方向長さを短くし(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが6.2mm)た点以外は、実験例2と同様のガスセンサ100を実験例5とした。なお、距離A3が0.25mm、距離Lが1.5mmであり、表面積S1は789.93mm2、ガス被触表面積Sは814.87mm2となった。
図8に示したガスセンサ200を実験例6とした。具体的には、内側保護カバー230は、軸方向長さが17.7mm、第1胴部234の軸方向長さが5.4mm、第1胴部234の外径が11.8mm、第2胴部236の軸方向長さが5.6mm、第2胴部236の外径が8.2mm、先端部238の軸方向長さが4.9mm、先端部238の外径が5.9mmとした。6個の素子室入口227の各々の外部開口面積は0.396mm2とした(断面積G2=2.38mm2)。また、距離A1が6.2mm、距離A2が3.6mm、距離A6が1.8mmとした。規制部材227aの規制面と素子室入口227の外側開口面とのなす角θ1は、38°とした。規制部材227aの上下の高さ(図8の上下の高さ)は1.15mmとした。素子室出口238aは、径1mmの横孔とした(断面積G3=3.14mm2)。外側保護カバー240は、外側入口244aとして径1mmの角孔244dを6個等間隔に形成し(断面積G1=4.71mm2)、外側出口247aとして径1.2mmの角孔247dを6個等間隔に形成した(断面積G4=6.78mm2)。距離B1は−5.7mm、距離B2は2.7mmとした。表面積S1は868.67mm2、表面積S2は281.15mm2、ガス被触表面積Sは1149.82mm2とした。面積比αは10.74とした。それ以外の部分は実験例2と同じとした。
図10に示したガスセンサ300を実験例7とした。具体的には、内側保護カバー330は、第1円筒部334の軸方向長さが5.4mm、第1円筒部334の外径が7.70mm、第2部材335の軸方向長さが5.75mm、第2円筒部336の外径が8.23mm、折り返し部339の軸方向長さが1.8mm、折り返し部339の内径がR0.6mmとした。6個の素子室入口227の各々の外部開口面積は全て同じとし、断面積G2=2.87mm2とした。また、距離A1が6.0mm、距離A2(=距離A6)が1.8mmとした。規制部材227aの規制面と素子室入口227の外側開口面とのなす角θ1は、38°とした。規制部材227aの上下の高さ(図8の上下の高さ)は1.15mmとした。素子室出口138aは、径1mmの横孔とした(断面積G3=0.79mm2)。外側保護カバー340は、外側入口344aとして径1mmの横孔344bを6個等間隔に形成し(断面積G1=4.71mm2)、外側出口347aとして径1mmの横孔347bを6個等間隔に形成した(断面積G4=4.71mm2)。距離B1は−6.3mm、距離B2は2.6mmとした。表面積S1は972.57mm2、表面積S2は178.14mm2、ガス被触表面積Sは1150.72mm2とした。面積比αは2.25とした。それ以外の部分は実験例2と同じとした。
外側入口144a及び外側出口147aの径をいずれも0.8mmとした点以外は実験例2と同じガスセンサ100を実験例8とした。なお、距離A3が3.0mm、表面積S1は1053.16mm2、ガス被触表面積Sは1078.10mm2、断面積G1は6.03mm2、断面積G4は3.01mm2となった。面積比αは19.7となった。
外側入口144a及び外側出口147aの径をいずれも1.2mmとした点以外は実験例2と同じガスセンサ100を実験例9とした。なお、距離A3が3.2mm、表面積S1は1051.65mm2、ガス被触表面積Sは1076.59mm2、断面積G1は13.56mm2、断面積G4は6.78mm2、面積比αは19.7となった。
内側保護カバー130の距離A4,A5,A7を1.5mmとし、第2円筒部136が突出部136aを備えないものとした点以外は実験例2と同じガスセンサ100を実験例10とした。表面積S1は1028.29mm2、表面積S2は24.00mm2、ガス被触表面積Sは1052.29mm2、断面積G1は9.42mm2、断面積G2は38.64mm2、断面積G3は1.77mm2、断面積G4は4.71mm2、面積比αは34.20となった。
内側保護カバー130の距離A4,A5,A7を0.5mmとし、第2円筒部136が突出部136aを備えないものとした点以外は実験例2と同じガスセンサ100を実験例10とした。表面積S1は1056.87mm2、表面積S2は25.89mm2、ガス被触表面積Sは1082.76mm2、断面積G1は9.42mm2、断面積G2は14.45mm2、断面積G3は1.77mm2、断面積G4は4.71mm2、面積比αは12.79となった。
第1円筒部134の軸方向長さを0.5mm短くし(7.9mm)、第1円筒部134の外径を0.5mm大きくした(8.2mm)た点以外は、実験例2と同様のガスセンサ100を実験例12とした。なお、距離A1は1.1mm、距離A4,A5,A7は0.75mm、表面積S1は1042.74mm2、表面積S2は40.95mm2、ガス被触表面積Sは1083.69mm2、断面積G2は17.20mm2、面積比αは15.22となった。
実験例1〜12について、NOx濃度の検出感度に対するアンモニア濃度の相対検出感度比[%]を測定した。具体的には、以下のように測定を行った。まず、実験例1のガスセンサをそれぞれ図2と同様に配管(直径20mm)に取り付けた。そして、この配管内に図2と同様の向きに測定条件1のガスを流し、ガスセンサの出力が安定したあとの出力値(センサ素子110内のNOx濃度に応じた電流値)を測定した。同様に、測定条件2〜4についてもガスセンサの出力値を測定した。そして、表1の表1の欄外に示す式により検出感度比を測定した。実験例2〜12についても、同様に検出感度比を測定した。測定条件1〜4を表2に示す。また、実験例1〜12の相対検出感度比[%](実験例1の検出感度比を100%としたときの検出感度比の値)を表1に示した。なお、実験例2〜4,6,7,12については、複数回の測定を行った検出感度比の平均値に基づいて相対検出感度比を導出した。実験例2〜4,6,7,12については、相対検出感度比の最大値と最小値についても表1に示した。ここで、保護カバーと接触して被測定ガス中のアンモニアが分解されるほど、表1の欄外に示す式の分子が小さくなるため、検出感度比は小さい値になる。また、実験例1は保護カバーを備えないため、保護カバーによるアンモニアの分解は生じず検出感度比は最大になる。そのため、相対検出感度比[%]が100%(実験例1の検出感度比)に近いほど、保護カバーによる被測定ガス中のアンモニアの分解が抑制されていることを意味する。
Claims (6)
- 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所定のガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
アンモニアの分解性を有する物質を含んでおり、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形成し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口を含む外部から前記センサ素子室への入口側ガス流路を形成する保護カバーと、
を備え、
前記保護カバーは、前記入口側ガス流路に面する部分の表面積S1と、前記センサ素子室のうち前記素子室入口から前記ガス導入口までの前記被測定ガスの最短流路である素子室内流路に面する部分の表面積S2と、の和であるガス被触表面積Sが450mm2以上1145mm2以下である、
ガスセンサ。 - 前記保護カバーは、前記センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口を含む前記センサ素子室から外部への出口側ガス流路を形成し、
前記保護カバーは、前記ガス導入口からの距離A1が−1.5mm以上の位置に前記素子室入口が形成され(ただし、距離A1は前記センサ素子の後端−先端方向の距離であり、先端から後端へ向かう方向を正とする)、前記ガス導入口よりも前記センサ素子の先端方向の位置に前記素子室出口が形成されている、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記保護カバーは、前記センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口を含む前記センサ素子室から外部への出口側ガス流路を形成し、内側保護カバーと該内側保護カバーの外側に配設された外側保護カバーとを有し、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子室と、前記素子室入口と、前記素子室出口とを形成し、
前記外側保護カバーは、前記被測定ガスの外部からの入口であり前記入口側ガス流路の一部を構成する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り前記出口側ガス流路の一部を構成する1以上の外側出口と、を形成し、
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入口側ガス流路の一部であり前記外側入口と前記素子室入口との間に位置する第1ガス室と、両者の間の空間として前記出口側ガス流路の一部であり前記外側出口と前記素子室出口との間に位置し前記第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成している、
請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 面積比αが値12以上値35以下である
(ただし、面積比α=断面積G2×断面積G3×断面積G4/断面積G1,
断面積G1[mm2]:前記外側入口の各々における前記被測定ガスの流れに垂直な断面積の和,
断面積G2[mm2]:前記素子室入口の各々における前記被測定ガスの流れに垂直な断面積の和,
断面積G3[mm2]:前記素子室出口の各々における前記被測定ガスの流れに垂直な断面積の和,
断面積G4[mm2]:前記外側出口の各々における前記被測定ガスの流れに垂直な断面積の和)、
請求項3に記載のガスセンサ。 - 前記保護カバーは、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センサ素子の後端から先端へ向かう方向に開口するように該素子室入口を形成している、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記保護カバーは、前記アンモニアの分解性を有する物質としてクロムとニッケルとの少なくとも一方を含む金属で形成されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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