WO2019138712A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2019138712A1
WO2019138712A1 PCT/JP2018/043599 JP2018043599W WO2019138712A1 WO 2019138712 A1 WO2019138712 A1 WO 2019138712A1 JP 2018043599 W JP2018043599 W JP 2018043599W WO 2019138712 A1 WO2019138712 A1 WO 2019138712A1
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gas
catalyst
discharge
path
sensor element
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PCT/JP2018/043599
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裕一郎 塙
増田　健
井上　剛
上木　正聡
七田　貴史
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日本特殊陶業株式会社
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    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath

Definitions

  • the present disclosure relates to a gas sensor.
  • Patent Document 1 As a gas sensor for measuring the concentration of a specific component in a gas to be measured, it is known to measure the concentration of a gas component with a sensor element after chemically changing the component in the gas using a catalyst (see Patent Document 1) .
  • the catalyst converts a gas component to be measured into a component detectable by the sensor element by a chemical change, and removes miscellaneous gas components contained in the object to be measured by a chemical change such as combustion.
  • the catalyst functions by being heated by a heater.
  • An aspect of the present disclosure is to provide a gas sensor capable of suppressing bias in temperature distribution of a catalyst and reducing power consumption.
  • the gas sensor includes a catalyst unit, a sensor element, a heater, an introduction path, an exhaust path, and a partition wall.
  • the catalyst unit chemically changes the components contained in the measurement gas.
  • the sensor element is configured to detect a specific component in the gas to be measured which has passed through the catalyst portion.
  • the heater is configured to heat at least the catalyst portion.
  • the introduction path is configured to introduce the measurement gas into the catalyst portion.
  • the discharge path is configured to discharge the gas to be measured which has passed through the sensor element.
  • the partition wall divides the introduction passage and the discharge passage, and a communication hole from the introduction passage to the discharge passage is provided.
  • the catalyst portion is disposed on the surface on the introduction path side of the partition wall so as to be separated from the inner surface of the introduction path.
  • the catalyst portion is supported by the partition wall and is separated from the inner surface of the introduction path in contact with the outside air, the thermal resistance between the catalyst portion and the introduction path can be increased.
  • the bias of the temperature distribution of the catalyst can be suppressed, and the heating efficiency of the catalyst portion can be enhanced to reduce the power consumption of the gas sensor.
  • the sensor element may be disposed on the surface on the discharge passage side of the partition wall, spaced apart from the inner surface of the discharge passage. According to such a configuration, as with the catalyst portion, the sensor element can be efficiently heated, so the power consumption of the gas sensor can be further reduced.
  • the heater may be configured to heat the catalyst portion and the sensor element. According to such a configuration, since the catalyst portion and the sensor element can be simultaneously heated by one heater, the power consumption of the gas sensor can be further reduced. In addition, the structure of the gas sensor can be simplified.
  • the thermal conductivity of the partition may be smaller than the thermal conductivity of the introduction path and the discharge path. According to such a configuration, heat conduction via the partition wall from the catalyst portion to the introduction path or the discharge path is suppressed. As a result, the power consumption of the gas sensor can be further reduced.
  • the thickness of the portion of the partition where the catalyst portion is disposed may be smaller than the thickness of the other portion. According to such a configuration, since the heat conduction of the portion of the partition where the catalyst is disposed is rate-limited as compared to the other portions, the heat conduction from the catalyst portion to the introduction path or discharge path is Be suppressed. As a result, the power consumption of the gas sensor can be further reduced.
  • the thermal conductivity of the portion of the partition where the catalyst portion is disposed may be smaller than the thermal conductivity of the portion of the partition fixed to the introduction path and the discharge path. According to such a configuration, since the heat conduction of the portion of the partition where the catalyst is disposed is rate-limited as compared to the other portions, the heat conduction from the catalyst portion to the introduction path or discharge path is Be suppressed. As a result, the power consumption of the gas sensor can be further reduced.
  • the sensor element may be disposed on the surface on the discharge path side of the partition wall.
  • the discharge path may constitute a flow path of the gas to be measured and may have a chamber for storing the sensor element.
  • the chamber may have an inner wall arranged to face the partition wall, and an outlet provided on the inner wall and in communication with the outside of the chamber.
  • the detection unit for detecting the measurement gas in the sensor element may be included in the gas flow area formed by a group of straight lines connecting a point on the communication hole and a point on the discharge port . According to such a configuration, the flow of the measured gas in the vicinity of the detection portion of the sensor element can be homogenized. As a result, the concentration of the gas to be measured in the vicinity of the detection portion of the sensor element rapidly changes, and the responsiveness of the gas sensor is improved.
  • the chamber may further include an auxiliary flow passage that communicates the outlet with the outside of the chamber.
  • the auxiliary flow channel may guide the gas to be measured in a direction intersecting the flow direction of the gas to be measured from the communication hole to the discharge port.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a gas sensor of an embodiment different from FIGS. 1 to 4
  • FIG. 5B is a schematic plan view showing a gas flow area S of the gas sensor of FIG. 5A
  • 6A is a schematic cross-sectional view showing a gas sensor according to an embodiment different from FIGS. 1 to 5
  • FIG. 6B is a schematic plan view showing a gas flow area S of the gas sensor of FIG. 6A.
  • the gas sensor 1 shown in FIG. 1 is a gas sensor for measuring the concentration of the gas component contained in the measurement gas G.
  • gas components to be measured by the gas sensor 1 include nitrogen oxides (NOx) and carbon dioxide.
  • the gas sensor 1 can be used in fields such as environmental management, process management, and medical care.
  • the gas sensor 1 can be suitably used for measurement of a gas containing extremely low concentration of NOx, particularly at a level of several ppb to several hundreds ppb, specifically, for asthma diagnosis.
  • the gas sensor 1 includes an introduction passage 2, an exhaust passage 3, a partition 4, a seal member 5, a catalyst unit 6, a sensor element 7, and one heater 8.
  • the introduction path 2 introduces and supplies the measurement gas G to the catalyst unit 6.
  • the discharge path 3 discharges the measurement gas G that has passed through the sensor element 7.
  • the gas to be measured G in the present embodiment is exhalation.
  • the introduction passage 2 and the discharge passage 3 are respectively formed by piping, a casing, or a combination thereof. That is, the inner surfaces 2B and 3B of the introduction passage 2 and the discharge passage 3 are formed by the inner surface of the pipe or the casing.
  • the introduction passage 2 and the discharge passage 3 are made of, for example, metal.
  • Partition wall and sealing material The partition wall 4 is sandwiched between the introduction passage 2 and the discharge passage 3, and is arranged to separate the introduction passage 2 and the discharge passage 3.
  • the partition 4 is disposed between the flange 2A provided at the end of the pipe constituting the introduction passage 2 and the flange 3A provided at the end of the pipe constituting the discharge passage 3 There is. Further, a ring-shaped seal member 5 is disposed between the partition wall 4 and the two flanges 2A and 3A, respectively, to ensure airtightness.
  • the partition wall 4 is sandwiched in the thickness direction by the flange 2 A of the introduction passage 2 and the flange 3 A of the discharge passage 3 via the two sealing members 5.
  • the flange 2A of the introduction passage 2 and the flange 3A of the discharge passage 3 are fixed, for example, by fastening in the thickness direction.
  • a gasket containing a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene as a main component is used as the sealing material 5.
  • a part of the partition 4 extends to the outside of the flange 2A of the introduction passage 2 and the flange 3A of the discharge passage 3.
  • the sealing material 5 may not necessarily be disposed between the partition wall 4 and the flanges 2A and 3A.
  • the partition wall 4 is provided with a communication hole 4A from the introduction passage 2 to the discharge passage 3.
  • the to-be-measured gas G supplied to the introduction path 2 passes through the catalyst portion 6, the communication hole 4A of the partition 4 and the sensor element 7 in this order, and is discharged from the discharge path 3 to the outside.
  • the communication holes 4A in the partition wall 4 itself the measurement gas G that has passed through the catalyst portion 6 is directly supplied to the sensor element 7. Therefore, it is not necessary to adopt a configuration in which the cylindrical gas flow pipe for circulating the measurement gas G from the introduction path 2 to the discharge path 3 is bypassed.
  • the partition 4 has a wire disposed on the surface or inside thereof.
  • the wiring is for connecting the sensor element 7 and the heater 8 to an external circuit, and has an electrode pad.
  • the sensor element 7 and the heater 8 are electrically connected to the electrode pad by resistance welding, bonding or the like.
  • the material of the partition 4 is not particularly limited as long as the thermal conductivity of the partition 4 is smaller than the thermal conductivity of the members constituting the introduction passage 2 and the discharge passage 3.
  • the partition 4 has, for example, a ceramic as a main component.
  • main component means a component contained at 80% by mass or more.
  • an insulating ceramic for example, alumina
  • the thickness of the partition 4 is constant.
  • the catalyst unit 6 chemically changes the components contained in the measurement gas G. This chemical change involves converting one component to another component and burning one component. Specifically, the catalyst unit 6 converts a component whose concentration is to be measured by the gas sensor 1 into a component detectable by the sensor element 7. In addition, the catalyst unit 6 burns a component whose concentration is not measured by the gas sensor 1. For example, in the case of asthma diagnosis, the catalyst unit 6 converts NO to be measured into NO 2, and at the same time, trace amounts of reducing gas contained in the gas to be measured G (breath), such as CO, H 2 and VOC. Burn it.
  • reducing gas contained in the gas to be measured G such as CO, H 2 and VOC. Burn it.
  • the catalyst unit 6 is disposed in the introduction passage 2. Specifically, the catalyst portion 6 is disposed on the surface of the partition wall 4 on the side of the introduction passage 2 so as to be separated from the inner surface 2B of the introduction passage 2.
  • the catalyst portion 6 is fixed to the partition 4 by, for example, an adhesive or a bonding means such as glass.
  • the catalyst portion 6 has a catalyst and a base portion supporting the catalyst.
  • an introduction port 6A opened toward the introduction path 2 and a discharge port 6B connected to the communication hole 4A of the partition wall 4 are formed.
  • a gas flow path 6C extending from the inlet 6A to the outlet 6B is formed.
  • the catalyst is disposed on the inner surface of at least the gas flow channel 6C of the base portion.
  • the base portion of the catalyst portion 6 contains, for example, a ceramic such as alumina as a main component.
  • the catalyst of the catalyst part 6 is suitably selected according to a use or temperature.
  • the catalyst for example, noble metals such as platinum, rhodium and gold, supports obtained by supporting particles of such noble metals on, for example, ⁇ alumina and zeolite, or metal oxides such as manganese oxide, cobalt oxide and tin oxide are used. Ru.
  • the gas flow path 6C of the catalyst unit 6 is formed by laminating a plurality of ceramic substrates provided with through holes or notches at different positions. Therefore, the gas channel 6C can be formed in a slit shape. Further, by designing the planar pattern of each ceramic substrate, it is possible to realize a three-dimensional zigzag gas flow path 6C, a gas flow path 6C in which a plurality of flow paths are arranged in parallel, and the like.
  • the catalyst portion 6 is obtained, for example, by forming a base portion by stacking and baking a plurality of ceramic green sheets, injecting a catalyst slurry into the base portion, and drying and baking the catalyst slurry.
  • a catalyst slurry may be applied or printed on each ceramic substrate, and after drying and firing the catalyst slurry, a plurality of ceramic substrates may be adhered with glass or the like.
  • a pellet-like porous material on which a catalyst is supported may be inserted into the inside of the base portion, or a network-like porous portion is formed in the inside of the base portion by a template method, and a catalyst slurry is injected. , And may be dried and fired.
  • the sensor element 7 detects a specific component (that is, a component to be measured) in the measurement gas G which has passed through the catalyst unit 6.
  • the sensor element 7 is arranged in the discharge path 3. Specifically, the sensor element 7 is disposed on the surface of the partition wall 4 on the side of the discharge passage 3 so as to be separated from the inner surface 3B of the discharge passage 3.
  • the sensor element 7 is fixed to the partition 4 by an adhesive or a bonding means such as glass, for example.
  • the sensor element 7 has a mixed potential type detection body, and the detection body is mounted on a base substrate made of ceramic.
  • the sensor element 7 may further have a temperature measuring resistor.
  • the mixed potential type detection body is not described in detail because it is known, for example, has a solid electrolyte body made of zirconia and electrodes made of different materials, and outputs the potential difference between these electrodes as a sensor signal It has composition.
  • the detection body of the sensor element 7 is not limited to this, and a detection body made of a metal oxide semiconductor whose resistance changes due to the presence of a gas component to be detected, or a capacitance change type detection body is used May be
  • the detection body and the resistance for temperature measurement are electrically connected to the wiring formed in the partition wall 4, and power is supplied from the outside.
  • the heater 8 is a single heater, and heats the catalyst unit 6 and the sensor element 7 simultaneously.
  • the heater 8 is disposed in the sensor element 7.
  • temperature control of the sensor element 7 that needs to be temperature controlled at a temperature higher than that of the catalyst portion 6 becomes possible.
  • the heater 8 is formed of, for example, metal wiring such as platinum (that is, load resistance), and is disposed at a portion closer to the partition 4 than the sensing body in the base substrate of the sensor element 7.
  • the heater 8 is electrically connected to the wiring formed in the partition 4 and generates heat when power is supplied from the outside.
  • the catalyst portion 6 is heated by the heater 8 through the partition wall 4. Therefore, the power consumption of the gas sensor 1 is reduced because it is not necessary to heat the entire introduction path 2 in order to heat the catalyst portion 6.
  • the sensor element 7 Since the sensor element 7 is disposed apart from the inner surface 3B of the discharge passage 3, the sensor element 7 can be efficiently heated as in the catalyst portion 6. As a result, the power consumption of the gas sensor 1 can be further reduced.
  • the thermal conductivity of the partition wall 4 is smaller than the thermal conductivity of the members constituting the introduction passage 2 and the discharge passage 3 so that the partition 4 from the catalyst portion 6 to the introduction passage 2 or the discharge passage 3 Heat conduction is suppressed. As a result, the power consumption of the gas sensor 1 can be further reduced.
  • the gas sensor 11 shown in FIG. 2 is a gas sensor for measuring the concentration of the gas component contained in the measurement gas G.
  • the gas sensor 11 includes an introduction passage 2, an exhaust passage 3, a partition 14, a seal member 5, a catalyst unit 6, a sensor element 7, and one heater 8.
  • the introduction passage 2, the discharge passage 3, the sealing material 5, the catalyst unit 6, the sensor element 7, and the heater 8 are the same as the gas sensor 1 of FIG.
  • the partition wall 14 is obtained by making the thickness of the catalyst placement portion 14B in which the catalyst portion 6 is disposed smaller than the thickness of other portions. In other words, the catalyst portion 6 is fixed to the catalyst placement portion 14B which is thinner than the other portions in the partition wall 14.
  • the partition wall 14 is provided with a communication hole 14A from the introduction passage 2 to the discharge passage 3 in the catalyst placement portion 14B. Further, the sensor element 7 and the heater 8 are disposed on the surface of the catalyst placement portion 14B opposite to the catalyst portion 6.
  • the catalyst placement portion 14B is separated from the introduction passage 2 and the discharge passage 3. That is, the portion of the partition wall 14 sandwiched by the introduction passage 2 and the discharge passage 3 has a thickness larger than that of the catalyst placement portion 14B.
  • the gas sensor 21 shown in FIG. 3 is a gas sensor for measuring the concentration of the gas component contained in the measurement gas G.
  • the gas sensor 21 includes an introduction passage 2, an exhaust passage 3, a partition 24, a seal member 5, a catalyst unit 6, a sensor element 7, and one heater 8.
  • the introduction passage 2, the discharge passage 3, the sealing material 5, the catalyst unit 6, the sensor element 7, and the heater 8 are the same as the gas sensor 1 of FIG.
  • the partition wall 24 has a support portion 24A sandwiched between the introduction path 2 and the discharge path 3 and a catalyst placement portion 24B in which the catalyst portion 6 is disposed.
  • the support portion 24A is provided with a through hole 24C at the radial center of the introduction path 2 and the discharge path 3 of the partition wall 4 of FIG.
  • the catalyst placement portion 24B is disposed so as to overlap the support portion 24A in the thickness direction so as to close the through holes 24C of the support portion 24A.
  • the catalyst placement portion 24B is provided with a communication hole 24D from the introduction passage 2 to the discharge passage 3. Also, the sensor element 7 and the heater 8 are disposed in the catalyst placement portion 24B.
  • the catalyst placement portion 24B has a thermal conductivity smaller than that of a portion of the support portion 24A sandwiched by the flange 2A of the introduction passage 2 and the flange 3A of the discharge passage 3. That is, the thermal conductivity of the portion of the partition 24 where the catalyst portion 6 is disposed is smaller than the thermal conductivity of the portion of the partition 24 fixed to the introduction passage 2 and the discharge passage 3.
  • the material of the catalyst placement portion 24B is not particularly limited as long as the thermal conductivity is smaller than the portion fixed to the introduction passage 2 and the discharge passage 3 in the partition wall 24.
  • ceramic such as zirconia or mullite is the catalyst placement portion It is suitable as a main component of 24B.
  • partition wall 24 having the support portion 24A and the catalyst placement portion 24B, the heat from the catalyst portion 6 to the introduction path 2 or the discharge path 3 can be maintained while maintaining the support strength by the introduction path 2 and the discharge path 3 of the partition 24 Conduction can be suppressed.
  • the gas sensor 31 shown in FIG. 4 is a gas sensor for measuring the concentration of the gas component contained in the measurement gas G.
  • the gas sensor 31 includes an introduction passage 12, an exhaust passage 13, a partition 14, a seal member 5, a catalyst unit 6, a sensor element 7, and one heater 8.
  • the seal member 5, the catalyst portion 6, the sensor element 7, and the heater 8 are the same as the gas sensor 1 of FIG. 1, and the partition walls 14 are the same as the gas sensor 11 of FIG. Description is omitted.
  • the introduction passage 12 introduces the measurement gas G into the catalyst unit 6.
  • the introduction passage 12 has a pipe 12A, a chamber 12B, and a flange 12C.
  • the pipe 12A is connected to the chamber 12B.
  • the chamber 12B has an inlet 121 for connection to the pipe 12A and an opening 122 provided at a location different from the inlet 121.
  • the opening 122 is closed by a partition 14 to which the catalyst portion 6 and the sensor element 7 are attached.
  • the chamber 12B constitutes a flow path of the measurement gas G and constitutes a space for storing the catalyst portion 6.
  • a flange 12C is disposed at the periphery of the opening of the chamber 12B.
  • the catalyst portion 6 is disposed apart from the inner surface 12D of the chamber 12B.
  • the exhaust path 13 exhausts the measured gas G that has passed through the sensor element 7 to the outside.
  • the discharge path 13 has a pipe 13A, a chamber 13B, and a flange 13C.
  • the chamber 13B of the discharge passage 13 has an inner wall 131, a discharge port 132, and an opening 133.
  • the inner wall 131 is disposed to face the partition wall 14.
  • the inner surface of the inner wall 131 is parallel to the surface on the discharge path 13 side of the partition 14 (that is, the surface on which the sensor element 7 is disposed).
  • the exhaust port 132 communicates with the outside of the chamber 13B, and discharges the measurement gas G to the outside of the chamber 13B.
  • the opening 133 is provided at a position different from the discharge port 132.
  • the opening 133 is closed by the partition wall 14.
  • the chamber 13B constitutes a flow path of the measurement gas G and constitutes a space for storing the sensor element 7.
  • the sensor element 7 is disposed apart from the inner surface 13D of the chamber 13B.
  • the exhaust port 132 is provided on the side wall 134 intersecting the inner wall 131, but the exhaust port 132 may be provided on the inner wall 131 as in the gas sensor 31A shown in FIG. 5A.
  • the discharge port 132 is disposed on the opposite side of the communication hole 14A with the sensor element 7 in between as viewed from the thickness direction of the partition wall 14.
  • the longitudinal direction is the direction perpendicular to the flow direction of the measurement gas G, that is, the direction connecting the center of gravity of the communication hole 14A and the center of gravity of the outlet 132 (hereinafter also referred to as "width direction"). It has a rectangular planar shape.
  • the length (that is, the width) D1 along the longitudinal direction of the communication hole 14A is larger than the width D0 of the detection portion 7A of the sensor element 7.
  • the discharge port 132 is a perfect circle whose diameter is smaller than the width of the detection part 7A of the sensor element 7.
  • the detection unit 7A is a portion of the sensor element 7 that substantially detects the measurement gas G, that is, a portion in which a detection body is disposed.
  • the detection unit 7A is a portion in which the solid electrolyte and the electrode are disposed.
  • the detection portion 7A of the sensor element 7 is included in the gas flow area S formed by a group of straight lines connecting a point on the communication hole 14A and a point on the discharge port 132. That is, the gas flow area S is a projection obtained by projecting the communication hole 14A and the discharge port 132 on the surface of the partition wall 14, two end points in the width direction of the communication hole 14A (that is, the two outermost points in the width direction) This is an area sandwiched by two line segments respectively connecting the two end points in the width direction of the discharge port 132.
  • the gas flow area S is a projection of the substantial flow path of the measurement gas G on the surface of the partition wall 14.
  • the chamber 13B of the discharge passage 13 may further include an auxiliary flow passage 135 that communicates the discharge port 132 with the outside of the chamber 13B.
  • the exhaust port 132 communicates with the outside of the chamber 13B via the auxiliary flow path 135.
  • the auxiliary flow path 135 is configured to guide the measurement gas G in a direction intersecting the flow direction of the measurement gas G between the communication hole 14A and the discharge port 132. Specifically, in the auxiliary flow channel 135, the measurement gas G flows in the opposite direction to the flow direction of the measurement gas G from the communication hole 14A to the discharge port 132 and in parallel with the surface of the partition wall 14. That is, the discharge path of the measurement gas G is folded back by the auxiliary flow path 135.
  • the auxiliary flow path 135 is connected to the pipe 13A, and the outlet 132 is not directly connected to the pipe 13A. Therefore, the shape of the discharge port 132 can be designed arbitrarily.
  • the discharge port 132 has the same shape as the communication hole 14A (that is, a rectangular shape extending in the width direction). Further, the width D2 of the discharge port 132 is larger than the width D0 of the detection portion 7A of the sensor element 7. Therefore, the gas flow area S formed between the exhaust port 132 and the communication hole 14A is a quadrangle including the detection unit 7A.
  • the gas sensor 31 of FIG. 4, the gas sensor 31A of FIG. 5A, and the chamber 12B of the introduction passage 12 and the chamber 13B of the discharge passage 13 in the gas sensor 31B of FIG. 6A may be made of metal or ceramic as a main component.
  • the chamber 12B of the introduction path 12 and the chamber 13B of the discharge path 13 can be formed by laminating a plurality of ceramic substrates provided with openings having different shapes.
  • the chamber 13B of the gas sensor 31B can be formed by overlapping and baking four ceramic green sheets 101 to 104 provided with the openings O shown in FIG.
  • connection between the chamber 12B and the pipe 12A in the introduction path 12 and connection between the chamber 13B and the pipe 13A in the discharge path 13 for example, welding, brazing or the like can be used.
  • the shape of the discharge port 132 can be designed to an arbitrary shape in consideration of the flow of the measurement gas G. As a result, the gas flow area S including the detection unit 7A can be formed easily and reliably.
  • the narrowing of the flow path of the measurement gas G becomes gentle. Therefore, the flow of the measurement gas G in the detection unit 7A can be further homogenized.
  • the sensor element 7 does not necessarily have to be spaced apart from the inner surfaces 3B and 13B of the discharge paths 3 and 13. Further, the sensor element 7 does not necessarily have to be disposed on the partition walls 4, 14 and 24.
  • the heater 8 is disposed between the sensor element 7 and the partitions 4, 14, 24, inside the catalyst unit 6, or between the catalyst unit 6 and the partitions 4, 14, 24. It may be done.
  • the gas sensor may also include a first heater that heats the catalyst unit 6 and a second heater that heats the sensor element 7.
  • the partition walls 4, 14, 24 may not be held between the introduction passage 2 and the discharge passage 3 via the sealing material 5.
  • the partition walls 4, 14, 24 and the two flanges 2A, 3A are adhered to ensure airtightness.
  • the partition walls 4, 14, 24 may be fixed to the inner surface of the pipe constituting the introduction path 2 or the discharge path 3 or the inner surface of the casing by means such as adhesion.
  • the function of one component in the above embodiment may be distributed as a plurality of components, or the function of a plurality of components may be integrated into one component.
  • part of the configuration of the above embodiment may be omitted.
  • at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment.
  • all the aspects contained in the technical thought specified from the wording as described in a claim are an embodiment of this indication.

Abstract

触媒の温度分布の偏りを抑制し、かつ消費電力を低減できるガスセンサを提供する。本開示は、被測定ガスに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。ガスセンサは、触媒部と、センサ素子と、ヒータと、導入路と、排出路と、隔壁と、を備える。触媒部は、被測定ガスに含まれる成分を化学変化させる。センサ素子は、触媒部を通過した被測定ガス中の特定成分を検知するように構成される。ヒータは、少なくとも触媒部を加熱するように構成される。導入路は、触媒部に被測定ガスを導入するように構成される。排出路は、センサ素子を通過した被測定ガスを排出するように構成される。隔壁は、導入路と排出路とを仕切ると共に、導入路から排出路への連通孔が設けられる。また、触媒部は、隔壁の導入路側の表面に、導入路の内面と離間して配置される。

Description

ガスセンサ
本開示は、ガスセンサに関する。
被測定ガス中の特定成分の濃度を測定するガスセンサとして、触媒を用いてガス中の成分を化学変化させた後に、センサ素子によってガス成分濃度を測定するものが公知である（特許文献１参照）。　
特許文献１のガスセンサでは、触媒によって測定対象のガス成分を化学変化によってセンサ素子が検知可能な成分に変換すると共に、被測定対象に含まれる雑ガス成分を燃焼等の化学変化によって除去する。この触媒は、ヒータによって加熱されることで機能する。
特開平１０－３００７０２号公報
特許文献１のガスセンサでは、触媒が配管と接触しているため、配管から外気への放熱が生じる。そのため、触媒の温度分布が偏ることで被測定ガス中の化学変化が不十分となって、ガスセンサの計測精度が低下しやすい。また、触媒を加熱するためのエネルギーが大きくなるので、ガスセンサの消費電力が増大する。　
本開示の一局面は、触媒の温度分布の偏りを抑制し、かつ消費電力を低減できるガスセンサを提供することを目的とする。
本開示の一態様は、被測定ガスに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサである。ガスセンサは、触媒部と、センサ素子と、ヒータと、導入路と、排出路と、隔壁と、を備える。触媒部は、被測定ガスに含まれる成分を化学変化させる。センサ素子は、触媒部を通過した被測定ガス中の特定成分を検知するように構成される。ヒータは、少なくとも触媒部を加熱するように構成される。導入路は、触媒部に被測定ガスを導入するように構成される。排出路は、センサ素子を通過した被測定ガスを排出するように構成される。隔壁は、導入路と排出路とを仕切ると共に、導入路から排出路への連通孔が設けられる。また、触媒部は、隔壁の導入路側の表面に、導入路の内面と離間して配置される。　
このような構成によれば、触媒部が隔壁によって支持され、かつ外気に接触する導入路の内面とは離間されるため、触媒部と導入路との間の熱抵抗を大きくできる。その結果、触媒の温度分布の偏りを抑制すると共に、触媒部の加熱効率を高めてガスセンサの消費電力を低減することができる。　
本開示の一態様では、センサ素子は、隔壁の排出路側の表面に、排出路の内面と離間して配置されてもよい。このような構成によれば、触媒部と同様に、センサ素子も効率よく加熱することができるので、ガスセンサの消費電力をさらに低減できる。　
本開示の一態様では、ヒータは、触媒部とセンサ素子とを加熱するように構成されてもよい。このような構成によれば、１つのヒータで触媒部とセンサ素子とを同時に加熱できるため、ガスセンサの消費電力をさらに低減できる。また、ガスセンサの構造を簡素化することができる。　
本開示の一態様では、隔壁の熱伝導率は、導入路及び排出路の熱伝導率よりも小さくてもよい。このような構成によれば、触媒部から導入路又は排出路への隔壁を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサの消費電力をさらに低減できる。　
本開示の一態様では、隔壁における触媒部が配置された部分の厚みは、他の部分の厚みよりも小さくてもよい。このような構成によれば、隔壁のうちで触媒が配置される部分の熱伝導が他の部位に比較して律速するため、触媒部から導入路又は排出路への隔壁を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサの消費電力をさらに低減できる。　
本開示の一態様では、隔壁における触媒部が配置された部分の熱伝導率は、隔壁のうち導入路及び排出路に固定される部分の熱伝導率よりも小さくてもよい。このような構成によれば、隔壁のうちで触媒が配置される部分の熱伝導が他の部位に比較して律速するため、触媒部から導入路又は排出路への隔壁を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサの消費電力をさらに低減できる。　
本開示の一態様では、センサ素子は、隔壁の排出路側の表面に配置されてもよい。排出路は、被測定ガスの流路を構成すると共に、センサ素子を格納するチャンバを有してもよい。チャンバは、隔壁と対向するように配置された内壁と、内壁に設けられ、チャンバの外部と連通する排出口と、を有してもよい。隔壁の厚み方向から視て、センサ素子のうち被測定ガスを検知する検知部は、連通孔上の点と排出口上の点とを結ぶ直線群が形成するガス流れ領域に包含されてもよい。このような構成によれば、センサ素子の検知部近傍における被測定ガスの流れを均質化できる。その結果、センサ素子の検知部近傍における被測定ガスの濃度が速やかに変化し、ガスセンサの応答性が向上する。　
本開示の一態様では、チャンバは、排出口とチャンバの外部とを連通する補助流路をさらに有してもよい。補助流路は、連通孔から排出口までの被測定ガスの流れ方向と交差する方向に被測定ガスを誘導してもよい。このような構成によれば、排出口からチャンバの外部に被測定ガスが直接排出されないため、排出口の形状を被測定ガスの流れを考慮した任意の形状に設計できる。その結果、容易かつ確実に、検知部を包含するガス流れ領域を形成することができる。
実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図１とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図１及び図２とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図１、図２及び図３とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図である。 図５Ａは、図１ないし図４とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図であり、図５Ｂは、図５Ａのガスセンサのガス流れ領域Ｓを示す模式的な平面図である。 図６Ａは、図１ないし図５とは異なる実施形態のガスセンサを示す模式的な断面図であり、図６Ｂは、図６Ａのガスセンサのガス流れ領域Ｓを示す模式的な平面図である。 図６Ａのガスセンサにおける排出路のチャンバを構成するセラミックグリーンシートの展開図である。
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。

　［１．第１実施形態］

　［１－１．構成］

　図１に示すガスセンサ１は、被測定ガスＧに含まれるガス成分の濃度を測定するためのガスセンサである。ガスセンサ１の測定対象のガス成分としては、窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素等が挙げられる。　
ガスセンサ１は、環境管理、プロセス管理、医療等の分野に使用できる。ガスセンサ１は、特に数ｐｐｂから数百ｐｐｂレベルの極低濃度のＮＯｘを含むガスの測定、具体的には喘息診断に好適に使用できる。　
ガスセンサ１は、図１に示すように、導入路２と、排出路３と、隔壁４と、シール材５と、触媒部６と、センサ素子７と、１つのヒータ８とを備える。　
＜導入路及び排出路＞

　導入路２は、触媒部６に被測定ガスＧを導入及び供給する。排出路３は、センサ素子７を通過した被測定ガスＧを排出する。なお、本実施形態での被測定ガスＧは呼気である。　
導入路２及び排出路３は、それぞれ、配管、ケーシング又はこれらの組み合わせによって構成される。つまり、導入路２及び排出路３の内面２Ｂ，３Ｂは、配管又はケーシングの内面で構成される。導入路２及び排出路３は、例えば金属で構成される。　
＜隔壁及びシール材＞

　隔壁４は、導入路２と排出路３とに挟持され、導入路２と排出路３とを仕切るように配置されている。　
具体的には、隔壁４は、導入路２を構成する配管の端部に設けられたフランジ２Ａと、排出路３を構成する配管の端部に設けられたフランジ３Ａとの間に配置されている。また、隔壁４と２つのフランジ２Ａ，３Ａとの間には、それぞれリング状のシール材５が配置され、気密が確保されている。　
つまり、隔壁４は、２つのシール材５を介して、導入路２のフランジ２Ａと、排出路３のフランジ３Ａとによって厚み方向に挟持されている。導入路２のフランジ２Ａと、排出路３のフランジ３Ａとは、例えば、厚み方向の締結によって固定されている。シール材５としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を主成分とするガスケットが使用される。　
なお、隔壁４の一部は、導入路２のフランジ２Ａ及び排出路３のフランジ３Ａの外側まで延伸している。また、シール材５は隔壁４とフランジ２Ａ，３Ａとの間に必ずしも配置されなくてもよい。　
隔壁４には、導入路２から排出路３への連通孔４Ａが設けられている。導入路２に供給された被測定ガスＧは、触媒部６、隔壁４の連通孔４Ａ、及びセンサ素子７をこの順に通過し、排出路３から外部に排出される。隔壁４自体に連通孔４Ａを設けることで、触媒部６を通過した被測定ガスＧは、センサ素子７に対して直接供給される。そのため、導入路２から排出路３に対して被測定ガスＧを流通するための筒状のガス流通管を迂回させる構成を採る必要がない。　
さらに、隔壁４は、その表面又は内部に配置された配線を有する。この配線は、センサ素子７及びヒータ８と外部回路とを接続するためのものであり、電極パッドを有する。電極パッドには、センサ素子７及びヒータ８が、抵抗溶接、ボンディング等によって電気的に接続されている。　
隔壁４の材質は、隔壁４の熱伝導率が導入路２及び排出路３を構成する部材の熱伝導率よりも小さくなれば、特に限定されない。隔壁４は例えばセラミックを主成分とする。ここで、「主成分」とは、８０質量％以上含有される成分を意味する。また、隔壁４に用いるセラミックとしては絶縁性セラミック（例えば、アルミナ）が好ましい。なお、本実施形態では、隔壁４の厚みは一定である。　
＜触媒部＞

　触媒部６は、被測定ガスＧが含む成分を化学変化させる。この化学変化には、ある成分を他の成分に変換することや、ある成分を燃焼させることが含まれる。具体的には、触媒部６は、ガスセンサ１が濃度を測定する成分をセンサ素子７が検知可能な成分に変換する。また、触媒部６は、ガスセンサ１が濃度を測定しない成分を燃焼する。例えば、喘息診断の場合では、触媒部６は、測定対象であるＮＯをＮＯ２に変換すると共に、ＣＯ、Ｈ２、ＶＯＣ等、被測定ガスＧ（呼気）中に含まれる微量の還元ガスを燃焼させる。　
触媒部６は、導入路２内に配置されている。具体的には、触媒部６は、隔壁４の導入路２側の表面に、導入路２の内面２Ｂと離間して配置されている。触媒部６は、例えば接着剤やガラス等の接着手段によって隔壁４に固定されている。　
触媒部６は、触媒と、触媒を担持する基体部とを有する。基体部には、導入路２に向かって開口した導入口６Ａと、隔壁４の連通孔４Ａに接続された排出口６Ｂとが形成されている。また、基体部内には、導入口６Ａから排出口６Ｂに至るガス流路６Ｃが形成されている。触媒は、基体部の少なくともガス流路６Ｃの内面に配置されている。　
触媒部６の基体部は、例えばアルミナ等のセラミックを主成分とする。触媒部６の触媒は、用途や温度に応じて適宜選択される。触媒としては、例えば白金、ロジウム、金等の貴金属、それら貴金属の粒子を例えばγアルミナやゼオライトに担持させた担持体、又は、例えば酸化マンガン、酸化コバルト、酸化錫等の金属酸化物が使用される。　
触媒部６のガス流路６Ｃは、貫通孔又は切欠きをそれぞれ異なる位置に設けた複数のセラミック基板を積層することで形成されている。したがって、ガス流路６Ｃはスリット状に形成することができる。また、各セラミック基板の平面パターンの設計により、立体的なジグザグ状のガス流路６Ｃ、複数の流路が並列に配置されたガス流路６Ｃ等が実現できる。　
触媒部６は、例えば、複数のセラミックグリーンシートを重ね合わせて焼成することで基体部を形成し、この基体部に触媒スラリーを注入し、触媒スラリーを乾燥及び焼成することで得られる。また、各セラミック基板に触媒スラリーを塗布又は印刷し、触媒スラリーを乾燥及び焼成した後、ガラス等で複数のセラミック基板を接着してもよい。さらに、ペレット状の多孔質体に触媒を担持させたものを基体部の内部に挿入してもよいし、基体部の内部にテンプレート法によって網目状の多孔質部を形成し、触媒スラリーを注入、乾燥及び焼成してもよい。　
＜センサ素子＞

　センサ素子７は、触媒部６を通過した被測定ガスＧ中の特定成分（つまり測定対象成分）を検知する。センサ素子７は、排出路３内に配置されている。具体的には、センサ素子７は、隔壁４の排出路３側の表面に、排出路３の内面３Ｂと離間して配置されている。センサ素子７は、例えば接着剤やガラス等の接着手段によって隔壁４に固定されている。　
センサ素子７は、混成電位式の検知体を有し、検知体はセラミックからなるベース基板に搭載されている。センサ素子７は、さらに測温用抵抗体を有してもよい。混成電位式の検知体は、公知であるため詳述はしないが、例えば、ジルコニアからなる固体電解質体と、それぞれ異なる材料からなる電極とを有し、これら電極間の電位差をセンサ信号として出力する構成を有する。なお、センサ素子７の検知体としては、これに限定されず、検知対象のガス成分の存在により自身の抵抗が変化する金属酸化物半導体からなる検知体や、容量変化型の検知体を使用してもよい。　
検知体及び測温用抵抗体は、隔壁４に形成された配線に電気的に接続され、外部から電力が供給される。　
＜ヒータ＞

　ヒータ８は、単体のヒータであり、触媒部６とセンサ素子７とを同時に加熱する。本実施形態では、ヒータ８は、センサ素子７内に配置されている。ヒータ８をセンサ素子７内に配置することで、触媒部６よりも高温で温度制御を行う必要のあるセンサ素子７の温度制御が可能となる。なお、測温用抵抗体からの出力を用いてヒータ８の通電制御を行うことで、センサ素子７の温度制御を精度の高いものにすることも可能である。　
ヒータ８は、例えば白金等の金属配線（つまり負荷抵抗）によって構成され、センサ素子７のベース基板のうち、検知体よりも隔壁４に近い部分に配置されている。ヒータ８は、隔壁４に形成された配線に電気的に接続され、外部から電力が供給されることで発熱する。　
本実施形態では、触媒部６は、隔壁４を介してヒータ８によって加熱される。そのため、触媒部６を加熱するために導入路２全体を加熱する必要がないため、ガスセンサ１の消費電力が低減される。　
［１－２．効果］

　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（１ａ）触媒部６が隔壁４によって支持され、かつ外気に接触する導入路２の内面２Ｂとは離間されるため、触媒部６と導入路２との間の熱抵抗を大きくできる。その結果、触媒の温度分布の偏りを抑制すると共に、触媒部６の加熱効率を高めてガスセンサ１の消費電力を低減することができる。　
（１ｂ）センサ素子７が排出路３の内面３Ｂと離間して配置されることで、触媒部６と同様に、センサ素子７も効率よく加熱することができる。その結果、ガスセンサ１の消費電力をさらに低減できる。　
（１ｃ）１つのヒータ８で触媒部６とセンサ素子７とを同時に加熱することで、ガスセンサ１の消費電力をさらに低減できる。また、ガスセンサ１の構造を簡素化することができる。　
（１ｄ）隔壁４の熱伝導率が、導入路２及び排出路３を構成する部材の熱伝導率よりも小さいことで、触媒部６から導入路２又は排出路３への隔壁４を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサ１の消費電力をさらに低減できる。　
［２．第２実施形態］

　［２－１．構成］

　図２に示すガスセンサ１１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれるガス成分の濃度を測定するためのガスセンサである。　
ガスセンサ１１は、導入路２と、排出路３と、隔壁１４と、シール材５と、触媒部６と、センサ素子７と、１つのヒータ８とを備える。導入路２、排出路３、シール材５、触媒部６、センサ素子７、及びヒータ８は、図１のガスセンサ１と同じものであるため、同一符号を付して説明を省略する。　
隔壁１４は、図１の隔壁４において、触媒部６が配置された触媒配置部１４Ｂの厚みを他の部分の厚みよりも小さくしたものである。換言すれば、触媒部６は、隔壁１４において他の部分よりも薄肉化された触媒配置部１４Ｂに固定されている。　
隔壁１４は、触媒配置部１４Ｂに導入路２から排出路３への連通孔１４Ａが設けられている。また、センサ素子７及びヒータ８は触媒配置部１４Ｂの触媒部６とは反対側の面に配置されている。　
なお、触媒配置部１４Ｂは、導入路２及び排出路３から離間している。つまり、隔壁１４のうち、導入路２及び排出路３によって挟持される部分は、触媒配置部１４Ｂよりも厚みが大きい。　
［２－２．効果］

　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（２ａ）隔壁１４のうちで触媒配置部１４Ｂの熱伝導が他の部位の熱伝導に比較して律速する。そのため、触媒配置部１４Ｂの厚みを他の部分よりも小さくすることで、触媒部６から導入路２又は排出路３への隔壁１４を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサ１１の消費電力をさらに低減できる。　
［３．第３実施形態］

　［３－１．構成］

　図３に示すガスセンサ２１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれるガス成分の濃度を測定するためのガスセンサである。　
ガスセンサ２１は、導入路２と、排出路３と、隔壁２４と、シール材５と、触媒部６と、センサ素子７と、１つのヒータ８とを備える。導入路２、排出路３、シール材５、触媒部６、センサ素子７、及びヒータ８は、図１のガスセンサ１と同じものであるため、同一符号を付して説明を省略する。　
隔壁２４は、導入路２と排出路３とに挟持される支持部２４Ａと、触媒部６が配置される触媒配置部２４Ｂとを有する。支持部２４Ａは、図１の隔壁４の導入路２及び排出路３の径方向の中心部分に貫通孔２４Ｃを設けたものである。　
触媒配置部２４Ｂは、支持部２４Ａの貫通孔２４Ｃを塞ぐように、支持部２４Ａに厚み方向に重ねられて配置されている。触媒配置部２４Ｂには、導入路２から排出路３への連通孔２４Ｄが設けられている。また、センサ素子７及びヒータ８は触媒配置部２４Ｂに配置されている。　
触媒配置部２４Ｂは、支持部２４Ａのうち導入路２のフランジ２Ａ及び排出路３のフランジ３Ａに挟まれる部分よりも熱伝導率が小さい。つまり、隔壁２４における触媒部６が配置された部分の熱伝導率は、隔壁２４のうち導入路２及び排出路３に固定される部分の熱伝導率よりも小さい。　
触媒配置部２４Ｂの材質は、隔壁２４のうち導入路２及び排出路３に固定される部分よりも熱伝導率が小さくなれば特に限定されないが、例えば、ジルコニア、ムライト等のセラミックが触媒配置部２４Ｂの主成分として好適である。　
［３－２．効果］

　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（３ａ）隔壁２４のうちで触媒配置部２４Ｂの熱伝導が隔壁２４のうち導入路２及び排出路３に固定される部分（つまり支持部２４Ａ）の熱伝導に比較して律速する。そのため、触媒配置部２４Ｂの熱伝導率を支持部２４Ａよりも小さくすることで、触媒部６から導入路２又は排出路３への隔壁２４を経由した熱伝導が抑制される。その結果、ガスセンサ２１の消費電力をさらに低減できる。　
また、隔壁２４が支持部２４Ａと触媒配置部２４Ｂとを有することで、隔壁２４の導入路２及び排出路３による支持強度を保ちつつ、触媒部６から導入路２又は排出路３への熱伝導を抑制することができる。　
［４．第４実施形態］

　［４－１．構成］

　図４に示すガスセンサ３１は、図１に示すガスセンサ１と同様、被測定ガスＧに含まれるガス成分の濃度を測定するためのガスセンサである。　
ガスセンサ３１は、導入路１２と、排出路１３と、隔壁１４と、シール材５と、触媒部６と、センサ素子７と、１つのヒータ８とを備える。シール材５、触媒部６、センサ素子７、及びヒータ８は、図１のガスセンサ１と同じものであり、隔壁１４は、図２のガスセンサ１１と同じものであるため、それぞれ同一符号を付して説明を省略する。　
導入路１２は、触媒部６に被測定ガスＧを導入する。導入路１２は、配管１２Ａと、チャンバ１２Ｂと、フランジ１２Ｃとを有する。配管１２Ａはチャンバ１２Ｂに接続されている。　
チャンバ１２Ｂは、配管１２Ａとの接続用の導入口１２１と、導入口１２１とは別の個所に設けられた開口１２２とを有する。開口１２２は、触媒部６及びセンサ素子７が取り付けられた隔壁１４によって塞がれている。　
このように、チャンバ１２Ｂは、被測定ガスＧの流路を構成すると共に、触媒部６を格納する空間を構成している。また、チャンバ１２Ｂの開口の周縁にはフランジ１２Ｃが配置されている。触媒部６は、チャンバ１２Ｂの内面１２Ｄと離間して配置されている。　
排出路１３は、センサ素子７を通過した被測定ガスＧを外部に排出する。排出路１３は、配管１３Ａと、チャンバ１３Ｂと、フランジ１３Ｃとを有する。排出路１３のチャンバ１３Ｂは、内壁１３１と、排出口１３２と、開口１３３とを有する。　
内壁１３１は、隔壁１４と対向するように配置されている。内壁１３１の内面は、隔壁１４の排出路１３側の表面（つまりセンサ素子７が配置された表面）と平行である。排出口１３２は、チャンバ１３Ｂの外部と連通し、被測定ガスＧをチャンバ１３Ｂの外部に排出する。開口１３３は、排出口１３２とは別の個所に設けられている。開口１３３は、隔壁１４によって塞がれている。　
このように、チャンバ１３Ｂは、被測定ガスＧの流路を構成すると共に、センサ素子７を格納する空間を構成している。センサ素子７は、チャンバ１３Ｂの内面１３Ｄと離間して配置されている。　
図４のガスセンサ３１では、排出口１３２は、内壁１３１と交差する側壁１３４に設けられているが、図５Ａに示すガスセンサ３１Ａのように、排出口１３２は内壁１３１に設けられてもよい。　
ガスセンサ３１Ａでは、排出口１３２は、図５Ｂに示すように、隔壁１４の厚み方向から視て、センサ素子７を挟んで連通孔１４Ａの反対側に配置されている。連通孔１４Ａは、被測定ガスＧの流れ方向、つまり、連通孔１４Ａの重心と排出口１３２の重心とを結ぶ方向と垂直な方向（以下、「幅方向」ともいう。）が長手方向となる長方形状の平面形状を有する。連通孔１４Ａの長手方向に沿った長さ（つまり幅）Ｄ１は、センサ素子７の検知部７Ａの幅Ｄ０よりも大きい。一方、排出口１３２は、径がセンサ素子７の検知部７Ａの幅よりも小さい真円形である。　
ここで、検知部７Ａは、センサ素子７のうち被測定ガスＧを実質的に検知する部分、つまり、検知体が配置されている部分である。例えば混成電位式のセンサ素子７の場合では、検知部７Ａは、固体電解質及び電極が配置されている部分である。　
隔壁１４の厚み方向から視て、センサ素子７の検知部７Ａは、連通孔１４Ａ上の点と排出口１３２上の点とを結ぶ直線群が形成するガス流れ領域Ｓに包含されている。つまり、ガス流れ領域Ｓは、連通孔１４Ａ及び排出口１３２を隔壁１４の表面に投影した投影図において、連通孔１４Ａの幅方向における２つの端点（つまり幅方向で最も外側の２点）と、排出口１３２の幅方向における２つの端点とをそれぞれ結ぶ２つの線分に挟まれた領域である。ガス流れ領域Ｓは、被測定ガスＧの実質的な流路を隔壁１４の表面に投影したものである。　
さらに、図６Ａに示すガスセンサ３１Ｂのように、排出路１３のチャンバ１３Ｂは、排出口１３２とチャンバ１３Ｂの外部とを連通する補助流路１３５をさらに有してもよい。ガスセンサ３１Ｂでは、排出口１３２は、補助流路１３５を介してチャンバ１３Ｂの外部に連通している。　
補助流路１３５は、連通孔１４Ａから排出口１３２まで間の被測定ガスＧの流れ方向と交差する方向に被測定ガスＧを誘導するように構成される。具体的には、補助流路１３５では、連通孔１４Ａから排出口１３２まで間の被測定ガスＧの流れ方向と逆向きで、かつ隔壁１４の表面と平行に被測定ガスＧが流れる。つまり、補助流路１３５によって、被測定ガスＧの排出経路が折り返されている。　
ガスセンサ３１Ｂでは、補助流路１３５が配管１３Ａに連結されており、排出口１３２は配管１３Ａには直接連結されていない。そのため、排出口１３２の形状は任意に設計できる。図６Ｂでは、排出口１３２は、連通孔１４Ａと同じ形状（つまり、幅方向に延伸する長方形状）である。また、排出口１３２の幅Ｄ２は、センサ素子７の検知部７Ａの幅Ｄ０よりも大きい。そのため、排出口１３２と連通孔１４Ａとの間に形成されるガス流れ領域Ｓは、検知部７Ａを包含する四角形となる。　
図４のガスセンサ３１、図５Ａのガスセンサ３１Ａ及び図６Ａのガスセンサ３１Ｂにおける導入路１２のチャンバ１２Ｂ及び排出路１３のチャンバ１３Ｂは、金属で構成されてもよいし、セラミックを主成分としてもよい。　
また、導入路１２のチャンバ１２Ｂ及び排出路１３のチャンバ１３Ｂは、形状の異なる開口を設けた複数のセラミック基板を積層することで形成できる。例えば、ガスセンサ３１Ｂのチャンバ１３Ｂは、図７に示す開口Ｏがそれぞれ設けられた４枚のセラミックグリーンシート１０１～１０４を重ね合わせて焼成することで形成できる。　
導入路１２におけるチャンバ１２Ｂと配管１２Ａとの接続、及び排出路１３におけるチャンバ１３Ｂと配管１３Ａとの接続には、例えば、溶接、ロウ付け等を用いることができる。　
［４－２．効果］

　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

　（４ａ）検知部７Ａがガス流れ領域Ｓに包含されることで、センサ素子７の検知部７Ａ近傍における被測定ガスＧの流れを均質化できる。その結果、センサ素子７の検知部７Ａ近傍における被測定ガスＧの濃度が速やかに変化し、ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂの応答性が向上する。　
（４ｂ）補助流路１３５を設けることによって、排出口１３２の形状を被測定ガスＧの流れを考慮した任意の形状に設計できる。その結果、容易かつ確実に、検知部７Ａを包含するガス流れ領域Ｓを形成することができる。　
また、連通孔１４Ａからチャンバ１３Ｂの外部（つまり配管１３Ａの入口）までの距離が大きくなることで、被測定ガスＧの流路の狭まりが緩やかになる。そのため、検知部７Ａにおける被測定ガスＧの流れをより均質化できる。　
［５．他の実施形態］

　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。　
（５ａ）上記実施形態のガスセンサにおいて、センサ素子７は必ずしも排出路３，１３の内面３Ｂ，１３Ｂと離間して配置される必要はない。また、センサ素子７は、必ずしも隔壁４，１４，２４上に配置される必要はない。　
（５ｂ）上記実施形態のガスセンサにおいて、ヒータ８は、センサ素子７と隔壁４，１４，２４との間、触媒部６の内部、又は触媒部６と隔壁４，１４，２４との間に配置されてもよい。また、ガスセンサは、触媒部６を加熱する第１ヒータと、センサ素子７を加熱する第２ヒータとを備えてもよい。　
（５ｃ）上記実施形態のガスセンサにおいて、隔壁４，１４，２４は、シール材５を介して導入路２と排出路３とに挟持されなくてもよい。例えば、シール材５に代えて、接着剤やガラス等の接着手段を用いることによって、隔壁４，１４，２４と２つのフランジ２Ａ，３Ａとの間を接着させて気密を確保するようにしてもよい。その他に、例えば、隔壁４，１４，２４は、導入路２又は排出路３を構成する配管の内面や、ケーシングの内面に接着等の手段で固定されてもよい。　
（５ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１…ガスセンサ、２…導入路、２Ａ…フランジ、２Ｂ…内面、３…排出路、

　３Ａ…フランジ、３Ｂ…内面、４…隔壁、４Ａ…連通孔、５…シール材、６…触媒部、

　６Ａ…導入口、６Ｂ…排出口、６Ｃ…ガス流路、７…センサ素子、７Ａ…検知部、

　８…ヒータ、１１…ガスセンサ、１２…導入路、１２Ａ…配管、１２Ｂ…チャンバ、

　１２Ｃ…フランジ、１２Ｄ…内面、１３…排出路、１３Ａ…配管、

　１３Ｂ…チャンバ、１３Ｃ…フランジ、１３Ｄ…内面、１４…隔壁、１４Ａ…連通孔、

　１４Ｂ…触媒配置部、２１…ガスセンサ、２４…隔壁、２４Ａ…支持部、

　２４Ｂ…触媒配置部、２４Ｃ…貫通孔、２４Ｄ…連通孔、

　３１，３１Ａ，３１Ｂ…ガスセンサ、１３１…内壁、１３２…排出口、１３３…開口、

　１３４…側壁、１３５…補助流路。

Claims (8)

  1. 被測定ガスに含まれる成分の濃度を測定するためのガスセンサであって、

    　被測定ガスに含まれる成分を化学変化させる触媒部と、

    　前記触媒部を通過した前記被測定ガス中の特定成分を検知するように構成されたセンサ素子と、

    　少なくとも前記触媒部を加熱するように構成されたヒータと、

    　前記触媒部に前記被測定ガスを導入するように構成された導入路と、

    　前記センサ素子を通過した前記被測定ガスを排出するように構成された排出路と、

    　前記導入路と前記排出路とを仕切ると共に、前記導入路から前記排出路への連通孔が設けられた隔壁と、

    　を備え、

    　前記触媒部は、前記隔壁の前記導入路側の表面に、前記導入路の内面と離間して配置される、ガスセンサ。
  2. 前記センサ素子は、前記隔壁の前記排出路側の表面に、前記排出路の内面と離間して配置される、請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 前記ヒータは、前記触媒部と前記センサ素子とを加熱するように構成される、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
  4. 前記隔壁の熱伝導率は、前記導入路及び前記排出路の熱伝導率よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  5. 前記隔壁における前記触媒部が配置された部分の厚みは、他の部分の厚みよりも小さい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  6. 前記隔壁における前記触媒部が配置された部分の熱伝導率は、前記隔壁のうち前記導入路及び前記排出路に固定される部分の熱伝導率よりも小さい、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  7. 前記センサ素子は、前記隔壁の前記排出路側の表面に配置され、

    　前記排出路は、前記被測定ガスの流路を構成すると共に、前記センサ素子を格納するチャンバを有し、

    　前記チャンバは、

    　前記隔壁と対向するように配置された内壁と、

    　前記内壁に設けられ、前記チャンバの外部と連通する排出口と、

    　を有し、

    　前記隔壁の厚み方向から視て、前記センサ素子のうち前記被測定ガスを検知する検知部は、前記連通孔上の点と前記排出口上の点とを結ぶ直線群が形成するガス流れ領域に包含される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  8. 前記チャンバは、前記排出口と前記チャンバの外部とを連通する補助流路をさらに有し、

    　前記補助流路は、前記連通孔から前記排出口までの前記被測定ガスの流れ方向と交差する方向に前記被測定ガスを誘導する、請求項７に記載のガスセンサ。
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