WO2019163232A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2019163232A1
WO2019163232A1 PCT/JP2018/043587 JP2018043587W WO2019163232A1 WO 2019163232 A1 WO2019163232 A1 WO 2019163232A1 JP 2018043587 W JP2018043587 W JP 2018043587W WO 2019163232 A1 WO2019163232 A1 WO 2019163232A1
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WO
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gas
gas sensor
connection member
space
pipe
Prior art date
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PCT/JP2018/043587
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大昌 伊藤
西山　寛幸
達典 伊藤
高倉　雅博
青山　惠哉
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日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
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    • 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
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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.
  • a gas sensor that detects the concentration of a first gas component contained in a gas to be measured is known (Patent Document 1).
  • Some gas sensors include a gas conversion unit and a gas detection unit.
  • the gas conversion unit converts at least a part of the first gas component contained in the gas to be measured into the second gas component, and adjusts the partial pressure ratio between the first gas component and the second gas component.
  • the gas detection unit is supplied with the post-passage gas that has passed through the gas conversion unit, and enters an activated state in which the second gas component can be detected. Changes its characteristic.
  • This gas sensor can detect the concentration of the first gas component by calculating the concentration of the first gas component in the gas to be measured based on the concentration of the second gas component in the post-passage gas detected by the gas detector.
  • a gas sensor for example, there is a gas sensor that converts NO as a first gas component contained in a measurement gas into NO 2 as a second gas component, and detects the concentration of NO contained in the measurement gas. .
  • the detection accuracy of the gas sensor may be reduced as the first gas component is detected over a long period of time. That is, since the reducing gas contained in the gas to be measured is combusted when passing through the gas conversion unit, the reducing gas is hardly contained in the post-passage gas. If such a gas after passing is supplied to the gas detection unit, the oxygen defect portion in the gas detection unit is lost, the detection function in the gas detection unit is impaired, and the detection accuracy of the gas sensor may be reduced. is there.
  • a tube made of a polymer material capable of generating a reducing gas by receiving heat in the gas flow path of the gas after passage between the gas conversion unit and the gas detection unit The method of supplying reducing gas from a tube with respect to gas after passage by using is mentioned.
  • an object of the present disclosure is to provide a gas sensor that can suppress a decrease in detection accuracy over a long period of time.
  • One aspect of the present disclosure is a gas sensor including a conversion unit, a detection unit, a connection member, and a housing.
  • the conversion unit converts the first gas component in the measurement gas into the second gas component.
  • the detector comes into contact with the post-passage gas that is the gas to be measured that has passed through the converter, and the electrical characteristics change according to the concentration of the second gas component in the gas to be measured.
  • the connection member constitutes a gas flow path of the gas after passage between the conversion unit and the detection unit.
  • the housing accommodates the conversion unit, the detection unit, and the connection member.
  • the connecting member includes a specific portion configured using a polymer material capable of generating a reducing gas by receiving heat.
  • the “reducing gas” is a gas that is different from the first gas component and the second gas component and has reducibility.
  • the housing is a space different from the arrangement space for the conversion part and the detection part, and has a closed space for accommodating at least a part of the connection member. At least a part of the specific portion of the connecting member is accommodated in the closed space.
  • the portion provided in the closed space among the specific portions of the connection member is not in direct contact with the outside air (for example, the atmosphere) of the housing, so that it is difficult to exchange heat with the outside air.
  • the specific part of the connection member can stably maintain a high temperature as compared with a configuration in which heat exchange with the outside air is easy, and can maintain a longer period in which reducing gas can be generated. Is possible. *
  • this gas sensor can maintain the state which supplies a required amount of reducing gas with respect to the gas after passage over a long period of time conventionally, and can suppress that the detection accuracy of a gas sensor falls.
  • the gas sensor of the present disclosure may include a discharge pipe that extends from the conversion unit and reaches the connection member.
  • the discharge pipe is made of a material having higher thermal conductivity than each of the housing and the connection member.
  • this gas sensor can increase the amount of heat from the conversion section to the connection member via the discharge pipe, and can easily maintain the connection member at a high temperature stably, so that the detection accuracy of the gas sensor is reduced. Can be suppressed.
  • the discharge pipe may be made of a metal material.
  • the heat conductivity of a discharge pipe can be made higher than each heat conductivity of a housing and a connection member.
  • the polymer material in the specific portion of the connection member may be a polymer material containing fluorine.
  • the connection member can effectively generate a reducing gas by receiving heat.
  • a heat insulating material may be disposed in the closed space.
  • the portion provided in the closed space among the specific portions of the connection member becomes more difficult to exchange heat with the outside air, and thus it becomes easier to maintain a high temperature more stably. It is possible to maintain a state in which reducing gas is generated over a long period of time. Thereby, the state which supplies reducing gas with respect to gas after passage from a connection member can be maintained over a long period of time, and it can control that the detection accuracy of a gas sensor falls.
  • the conversion unit may include a conversion unit heater for heating itself
  • the detection unit may include a detection unit heater for heating itself.
  • the conversion section and the detection section are heated by the conversion section heater and the detection section heater, so that the closed space provided in the housing can maintain a high temperature more stably and can generate reducing gas. It becomes possible to maintain a long situation.
  • the conversion unit and the detection unit may have such a configuration as an example. Thereby, the state which supplies reducing gas with respect to gas after passage can be maintained over a longer period than before, and it can control that the detection accuracy of a gas sensor falls.
  • the gas sensor 1 is used, for example, for the purpose of measuring an extremely low concentration (several ppb to several hundred ppb level) of NO in the breath G (measured gas G) for asthma diagnosis.
  • the gas sensor 1 includes a main body 90, a detection unit 10, a conversion unit 30, and a gas flow pipe 60.
  • the main body 90 is provided as a box-shaped housing.
  • the main body 90 is configured using a resin material.
  • the main body 90 accommodates the detection unit 10, the conversion unit 30, and the gas flow pipe 60 therein. *
  • the main body 90 includes a first member 91 and a second member 92.
  • the first member 91 and the second member 92 are integrally assembled with a screw 93 to form the main body 90.
  • the main body 90 includes a detection unit space 90a, a conversion unit space 90b, and a circulation pipe space 90c.
  • the detection unit space 90a is a space in which the detection unit 10 is arranged.
  • the conversion unit space 90b is a space in which the conversion unit 30 is arranged.
  • the flow pipe space 90c is a space in which the gas flow pipe 60 is disposed. *
  • the detection unit 10 is connected to a cylindrical cassette connector 19.
  • the cassette connector 19 is configured to be connectable to an external device (not shown) via a lead wire 19a and a connection connector 19b.
  • a detection signal output from the detection unit 10 is output from the cassette connector 19 to an external device via the lead wire 19a and the connection connector 19b.
  • the detection unit 10 includes a detection heater (not shown) that generates heat when energized. Heater power to the detection heater is supplied from an external device to the detection heater via the connection connector 19b, the lead wire 19a, and the cassette connector 19. *
  • the conversion unit 30 is connected to a cylindrical cassette connector 39.
  • the cassette connector 39 is configured to be connectable to an external device (not shown) via a lead wire 39a and a connection connector 39b.
  • the conversion unit 30 includes a second heater 51 (see FIG. 4) that generates heat when energized. Heater power to the second heater 51 is supplied from the external device to the second heater 51 via the connection connector 39b, the lead wire 39a, and the cassette connector 39.
  • the detection unit 10 includes an introduction pipe 12a for introducing the exhaled breath G after conversion, and a discharge pipe 11a for discharging the exhaled breath G after detection.
  • the conversion unit 30 includes a pipe 31a (also referred to as an introduction pipe 31a) for introducing exhalation G, and a pipe 32b (also referred to as an exhaust pipe 32b) for discharging the exhaled breath G after conversion.
  • the introduction pipe 31a and the discharge pipe 32b are each made of a metal material (for example, stainless steel). *
  • exhaled gas G is introduced into the conversion unit 30 through the sub-pipes 85, 84, and 83, exits the conversion unit 30, and then is introduced into the detection unit 10 through the gas distribution pipe 60.
  • the exhalation G is discharged to the outside through the auxiliary pipe 81 connected to the detection unit 10.
  • the gas flow pipe 60 is a tube formed entirely of a polymer material (fluorine rubber, fluoroelastomer, etc.) containing fluorine.
  • This polymer material has a characteristic of generating a reducing gas (for example, an organic compound gas such as benzaldehyde) by receiving heat.
  • a reducing gas for example, an organic compound gas such as benzaldehyde
  • the gas sensor 1 includes a first heat insulating material 71, a second heat insulating material 72, and a third heat insulating material 73 inside the main body 90.
  • the 1st heat insulating material 71, the 2nd heat insulating material 72, and the 3rd heat insulating material 73 are comprised, for example using glass fiber. *
  • the 1st heat insulating material 71 and the 2nd heat insulating material 72 are arrange
  • the 1st heat insulating material 71 is a shape arrange
  • the second heat insulating material 72 has a plate shape and is disposed below the first heat insulating material 71.
  • the 3rd heat insulating material 73 is arrange
  • the 3rd heat insulating material 73 is plate shape, is arrange
  • the detection unit 10 includes a first plate part 11, a sealing material 13 (gasket 13), a ceramic wiring substrate 15, a sealing material 14 (gasket 14), a second plate part 12, Are stacked in this order.
  • the 1st board part 11 is formed with the metal material (for example, stainless steel), and is provided with the discharge pipe 11a for discharging the exhalation G.
  • the 2nd board part 12 is formed with the metal material (for example, stainless steel), and is provided with the inlet tube 12a for introducing the exhalation G.
  • Each of the sealing materials 13 and 14 has a rectangular frame shape.
  • the ceramic wiring board 15 includes an opening 15h formed at the center of the rectangular plate shape and a narrow base end portion 15e protruding from one side of the rectangular plate shape. *
  • the detection unit 10 includes an element unit 20 and energization members 16 and 17.
  • the element unit 20 is disposed inside the opening 15 h of the ceramic wiring substrate 15.
  • the energizing members 16 and 17 are members formed of a conductive material, and the element unit 20 is suspended and fixed in the opening 15h.
  • the first plate portion 11, the sealing material 13, the ceramic wiring substrate 15, the sealing material 14, and the second plate portion 12 are laminated in this order, and are fastened and fixed using bolts 10 a and nuts 10 b, The sealing members 13 and 14 are pressed between the second plate portion 12 and the ceramic wiring substrate 15 is sealed.
  • the detection unit 10 is configured to introduce the exhalation G from the introduction tube 12a, and after the exhalation G contacts the element unit 20 to detect the concentration of a specific component, the exhalation G is discharged to the outside from the discharge tube 11a.
  • the introduction pipe 12a and the discharge pipe 11a are made of a metal material (for example, stainless steel). *
  • the element unit 20 includes a rectangular plate-shaped substrate 21, a first heater 22 disposed on the upper surface (surface facing upward in the drawing) side of the substrate 21, a detection element 23 disposed on the lower surface side of the substrate 21, have.
  • the element unit 20 has an integrated structure in which the detection element 23 and the first heater 22 are stacked on the top and bottom of the substrate 21.
  • the sensing element 23 comes into contact with the expired gas G that has passed through the conversion unit 30 and the electrical characteristics thereof change according to the concentration of NO 2 (second gas component) in the expired gas G.
  • the 1st heater 22 heats detection element 23 to the 1st temperature which is operating temperature by generating heat by energization.
  • the output terminal of the detection element 23 and the energization terminal of the first heater 22 are electrically connected to the lead portion of the ceramic wiring substrate 15 via the energization members 16 and 17.
  • the temperature sensor for measuring the temperature of the 1st heater 22 is arrange
  • the substrate 21 can be a ceramic substrate, for example.
  • the sensing element 23 can be formed, for example, as a mixed potential sensor (nitrogen oxide sensor) using a solid electrolyte body and a pair of electrodes made of different materials disposed on the surface of the solid electrolyte body.
  • the first heater 22 can be formed as a meandering pattern.
  • a plurality of conductive pad portions 15p are arranged on the front and back surfaces of the base end portion 15e of the ceramic wiring board 15.
  • the plurality of conductive pad portions 15p are electrically connected to the detection element 23 and the first heater 22 via the lead portions and the energization members 16 and 17, respectively.
  • the conductive pad portion 15p on the back side of the ceramic wiring board 15 is not shown. *
  • the electrical signal output from the detection element 23 is output to the cassette connector 19 via a conductive pad portion formed on the back side of the ceramic wiring substrate 15 and is output to an external device via the cassette connector 19.
  • the electric power supplied from the external device is supplied to the conductive pad portion 15p formed on the surface side of the ceramic wiring substrate 15 via the cassette connector 19, and is supplied to the first heater 22 via the conductive pad portion 15p. .
  • electricity supply to the 1st heater 22 is performed and the 1st heater 22 generates heat.
  • the conversion unit 30 includes a rectangular plate-shaped upper lid 31, a rectangular frame-shaped spacer 33 a 1, a rectangular plate-shaped upper catalyst support unit 35 a 1 in which the catalyst 41 is applied and formed on both surfaces thereof, A spacer 33a2, a rectangular plate-shaped upper catalyst support portion 35b1 on which the catalyst 42 is applied and formed on one surface (the surface facing the upper side in the figure), and a narrow base end portion 50e protrudes from one side of the rectangular plate shape.
  • the heater substrate 50, the lower catalyst support part 35b2 having a rectangular plate shape on which the catalyst 42 is applied and formed on one side (the side facing the lower side in the figure), the spacer 33a3, and the catalyst 41 are applied and formed on both sides.
  • the rectangular plate-shaped lower catalyst support portion 35a2, the spacer 33a4, and the rectangular plate-shaped lower lid 32 are laminated in this order.
  • the spacers 33a1 to 33a4 have the same shape and are collectively referred to as the spacer 33a.
  • the upper catalyst support part 35a1 and the lower catalyst support part 35a2 have the same shape, and are collectively referred to as the catalyst support part 35a.
  • the upper catalyst support portion 35b1 and the lower catalyst support portion 35b2 have the same shape, and are collectively referred to as the catalyst support portion 35b. *
  • Each member 31, 32, 33 a, 35 a, 35 b, 50 is made of, for example, ceramic, and the members are laminated in an airtight manner via, for example, a glass or inorganic adhesive layer. ing. *
  • the upper lid 31 is configured by attaching a pipe 31a (introduction pipe 31a) extending along the through hole to a through hole (not shown) provided in a part of the rectangular plate.
  • the pipe 31 a rises to the outside from the through hole, then bends 90 degrees along the plate surface of the upper lid 31, and one bent end extends toward the base end portion 50 e of the heater substrate 50.
  • the lower lid 32 includes a through hole 32a provided in a part of the rectangular plate, and a pipe 32b (discharge pipe 32b) extending from the through hole 32a.
  • the pipe 32 b rises outside from the through hole 32 a, and then bends 90 degrees along the plate surface of the lower lid 32, and one bent end extends in a direction opposite to the base end portion 50 e of the heater substrate 50. . *
  • the pipe 31a attached to the upper lid 31 forms an exhalation G introduction pipe
  • the pipe 32b forms an exhaust pipe.
  • the catalyst 41 is applied and formed in a substantially rectangular shape at a position corresponding to the inside of the internal space of the spacers 33a1 and 33a2.
  • the upper catalyst support portion 35a1 has a slit-shaped opening 35s in a region adjacent to one side of the catalyst 41.
  • the exhaled gas G introduced from the pipe 31a contacts the upper catalyst 41 in the inner space of the spacer 33a1, and then contacts the lower catalyst 41 in the inner space of the spacer 33a2 through the opening 35s.
  • the catalyst 42 is applied and formed in a substantially rectangular shape at a position corresponding to the inside of the internal space of the spacer 33a2.
  • the upper catalyst support portion 35b1 has a round hole-shaped opening 35h at the center of one side of the catalyst 42 (obliquely upper right side in the figure).
  • the exhaled gas G contacts the catalyst 42 in the internal space of the spacer 33a2, and then flows downward through the opening 35h.
  • the opposite surface of the upper catalyst support portion 35b1 contacts the heater substrate 50.
  • the second heater 51 having a meandering pattern formed on the surface of the heater substrate 50 generates heat
  • the upper catalyst support portion 35b1 and the catalyst 42 are brought to a second temperature different from the first temperature via the heater substrate 50. Heated.
  • a temperature sensor (not shown) for detecting the heating temperature of the second heater 51 is arranged in a form having a predetermined pattern.
  • the heater substrate 50 includes a round hole-shaped opening 50 h that overlaps the opening 35 h.
  • the exhalation G that has passed through the opening 35h flows downward through the opening 50h. *
  • the catalysts 41 and 42 a known catalyst material that converts the first gas component contained in the expiration gas G into the second gas component, for example, converts NO in the expiration gas G into NO 2 can be used.
  • the catalysts 41 and 42 adjust the partial pressure ratio between NO and NO 2 in the exhalation G.
  • a plurality of conductive pad portions 50p are arranged on the surface of the base end portion 50e of the heater substrate 50, respectively.
  • the plurality of conductive pad portions 50p are electrically connected to the second heater 51 and a temperature sensor (not shown) through lead portions, respectively.
  • the electric power supplied from the external device is supplied to the conductive pad portion 50p formed on the front surface side of the heater substrate 50 through the cassette connector 39, and is supplied to the second heater 51 through the conductive pad portion 50p. Thereby, electricity supply to the 2nd heater 51 is performed and the 2nd heater 51 generates heat.
  • the lower catalyst support portion 35b2 is in contact with the lower surface (the surface facing the lower side of the drawing) of the heater substrate 50, and the upper catalyst support portion 35b1 is connected to the lower surface (the surface facing the lower side of the drawing) of the lower catalyst support portion 35b2.
  • the catalyst 42 is applied and formed in a substantially rectangular shape.
  • the lower catalyst support 35b2 on the lower side of the heater substrate 50, the spacer 33a3, the lower catalyst support 35a2, the spacer 33a4, and the lower lid 32 are arranged on the upper catalyst support 35b1 on the upper side of the heater substrate 50 via the heater substrate 50.
  • the spacer 33a2, the upper catalyst support 35a1, the spacer 33a1, and the upper lid 31 are arranged symmetrically and perform substantially the same function, and thus detailed description thereof is omitted. *
  • the exhaled gas G flowing downward through the opening 50h and the opening 35h of the lower catalyst support 35b2 comes into contact with the catalyst 42 in the internal space of the spacer 33a3, and then the upper catalyst 41 in the lower catalyst support 35a2. Contact with. Thereafter, the expiratory gas G contacts the lower catalyst 41 in the lower catalyst support portion 35a2 in the inner space of the spacer 33a4 through the opening 35s, and is discharged from the pipe 32b.
  • the expiratory gas G contacts the catalyst heated to the second temperature, and the first gas component (specifically NO) contained in the expiratory gas G is the second gas component (specifically NO 2 ).
  • the gas flow pipe 60 is disposed in the flow pipe space 90 c in the main body 90.
  • FIG. 5 while showing the internal structure of the gas sensor 1 (main-body part 90) typically, the typical cross section of the gas distribution pipe 60 and the subpipe 81 is shown.
  • An inlet end 60 a of the gas flow pipe 60 is connected to the discharge pipe 32 b of the conversion unit 30, and an outlet end 60 b of the gas flow pipe 60 is connected to the introduction pipe 12 a of the detection unit 10. That is, the gas flow pipe 60 constitutes a gas flow path for the exhalation G between the conversion unit 30 and the detection unit 10.
  • the gas flow pipe 60 is arranged such that the heat generated by the second heater 51 of the conversion unit 30 is conducted through the discharge pipe 32b. Further, the gas flow pipe 60 is arranged so that the amount of heat generated by the first heater 22 of the detection unit 10 conducts heat through the introduction pipe 12a. That is, the gas distribution pipe 60 is arranged in the distribution pipe space 90c in a state where it can receive heat from each of the conversion unit 30 and the detection unit 10. *
  • the gas flow pipe 60 is configured using a polymer material containing fluorine. For this reason, the gas flow pipe 60 receives a reducing gas (for example, an organic compound gas such as benzaldehyde) generated from the polymer material by the heat received from the conversion unit 30 and the detection unit 10 into the exhalation gas G flowing in itself.
  • a reducing gas for example, an organic compound gas such as benzaldehyde
  • the reducing gas refers to a gas different from the first gas component (specifically NO) and the second gas component (specifically NO 2 ).
  • the main body 90 includes the circulation pipe space 90c provided separately from the detection unit space 90a and the conversion unit space 90b.
  • the circulation pipe space 90 c is formed as a closed space inside the main body 90, and is a space where gas does not enter and exit from the outside of the main body 90.
  • the flow pipe space 90c is a space in which the amount of heat does not move due to the gas flowing in and out of the main body 90.
  • the gas circulation pipe 60 In the gas sensor 1 having such a configuration, a portion of the gas circulation pipe 60 provided in the circulation pipe space 90c does not directly contact the outside air (for example, the atmosphere) of the main body 90, and therefore heat exchange is performed between the outside air. Difficult configuration. For this reason, the gas circulation pipe 60 can stably maintain a high temperature as compared with the configuration in which heat exchange with the outside air is easy, and can maintain a longer period in which a necessary amount of reducing gas can be generated. It becomes possible. *
  • the thermal conductivity of the polymer material forming the gas flow pipe 60 is 0.228 [W / (m ⁇ K)], and the thermal conductivity of the metal material forming the discharge pipe 32b is 16.7 [W / (M ⁇ K)], and the thermal conductivity of the resin material forming the main body 90 is 0.299 [W / (m ⁇ K)]. That is, the discharge pipe 32b is made of a material having higher thermal conductivity than each of the gas flow pipe 60 and the main body 90.
  • the gas flow pipe 60 can stably maintain a high temperature as compared with a configuration in which heat exchange with the outside air is easy, and a necessary amount of reduction is achieved. It is possible to maintain a longer state in which a sex gas can be generated.
  • the gas sensor 1 can maintain the state which supplies reducing gas with respect to the expiration
  • the discharge pipe 32 b is made of a material having higher thermal conductivity than each of the gas flow pipe 60 and the main body 90.
  • the gas sensor 1 can increase the amount of heat from the conversion unit 30 to the gas circulation pipe 60 via the discharge pipe 32b, and has a structure in which the temperature of the gas circulation pipe 60 can be stably maintained. It can suppress that a precision falls.
  • the gas sensor 1 corresponds to an example of a gas sensor
  • the conversion unit 30 corresponds to an example of a conversion unit
  • the detection unit 10 corresponds to an example of a detection unit
  • the gas flow pipe 60 corresponds to an example of a connection member
  • the main body 90 Corresponds to an example of a housing
  • the flow pipe space 90c corresponds to an example of a closed space
  • the discharge pipe 32b corresponds to an example of a discharge pipe.
  • the entire gas distribution pipe 60 corresponds to a specific portion of the connection member.
  • the catalyst 41 and the catalyst 42 correspond to an example of a catalyst part
  • the second heater 51 corresponds to an example of a conversion part heater
  • the detection element 23 corresponds to an example of a detection element
  • the first heater 22 corresponds to an example of a detection part heater. It corresponds to an example.
  • the second gas sensor 1 a includes a heat insulation surrounding member 61 disposed in the flow pipe space 90 c of the main body 90.
  • the second gas sensor 1 a includes a heat insulating surrounding member 61 that surrounds the gas flow pipe 60.
  • the heat insulating enclosure member 61 is made of a heat insulating material (glass fiber or the like).
  • the heat insulation surrounding member 61 is configured to cover at least a region of the gas flow pipe 60 from a connection portion with the discharge pipe 32b to a connection portion with the introduction pipe 12a.
  • the heat insulating enclosure member 61 is disposed inside a closed space (a circulation pipe space 90 c) that houses a part of the gas circulation pipe 60. *
  • the gas flow pipe 60 covered by the heat insulating enclosure member 61 is not in direct contact with the outside air (for example, the atmosphere) of the main body 90, so heat is generated between the outside air. It is a configuration that is difficult to exchange, and a configuration that makes it difficult to exchange heat with the gas disposed in the flow pipe space 90c. For this reason, since the gas flow pipe 60 becomes more difficult to exchange heat with the outside air, the gas circulation pipe 60 can maintain a higher temperature more stably than the configuration that easily exchanges heat with the outside air. It is possible to maintain a longer period in which reducing gas can be generated. *
  • the 2nd gas sensor 1a can maintain the state which supplies reducing gas with respect to the expiration
  • the second gas sensor 1a corresponds to an example of a gas sensor
  • the heat insulating surrounding member 61 corresponds to an example of a heat insulating material.
  • a third gas sensor 1c including a second gas circulation pipe 63 having a long path dimension will be described.
  • the third gas sensor 1 c includes a second gas circulation pipe 63 instead of the gas circulation pipe 60 of the first embodiment.
  • the second gas circulation pipe 63 is formed to have a larger path size than the gas circulation pipe 60 of the first embodiment, and is arranged in a spiral shape in the circulation pipe space 90c. Since the second gas circulation pipe 63 has a long path size, a large contact area with the exhalation G flowing inside can be secured, and the amount of heat received from the exhalation G increases. Accordingly, the amount of heat released from the second gas flow pipe 63 to the flow pipe space 90c is increased, and the state where the temperature of the flow pipe space 90c is high can be stably maintained.
  • the third gas sensor 1c having such a configuration has the same effects as the gas sensor 1 of the first embodiment, and further can maintain the temperature of the flow pipe space 90c more stably, thereby generating reducing gas. It becomes possible to maintain a long situation.
  • the 3rd gas sensor 1c can maintain the state which supplies reducing gas with respect to the expiration
  • the third gas sensor 1c corresponds to an example of a gas sensor
  • the second gas flow pipe 63 corresponds to an example of a connection member.
  • the discharge pipe of the conversion part and the discharge pipe of the detection part are not limited to metal materials, and are made of a material other than the metal material and having a higher thermal conductivity than the connection member (gas flow pipe). May be. *
  • connection member (the gas flow pipe 60, the second gas flow pipe 63) has been described with respect to a form that is entirely composed of a polymer material.
  • the present invention is not limited to such a form. Further, a form in which a part (specific part) of the connecting member is made of a polymer material may be used. *
  • connection member gas distribution pipe 60
  • a heat insulating material may be filled (arranged) in a space other than the connection member (gas flow pipe 60) in the closed space (flow pipe space 90c).
  • the portion provided in the closed space among the specific portions of the connection member is more difficult to exchange heat with the outside air.
  • the state which supplies reducing gas with respect to gas after passage from a connection member can be maintained over a long period of time, and it can control that the detection accuracy of a gas sensor falls.
  • each of the above embodiments may be shared by a plurality of components, or the function of a plurality of components may be exhibited by one component.
  • at least a part of the configuration of each of the above embodiments may be added to or replaced with the configuration of the other above embodiments.
  • all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.

Abstract

検出精度の低下を長期間にわたって抑制できるガスセンサを提供する。本開示の一態様は、変換部と、検知部と、接続部材と、ハウジングと、を備えるガスセンサである。接続部材は、受熱により還元性ガスを発生可能な高分子材料を用いて構成された特定部分を備える。ハウジングは、変換部および検知部の配置空間とは別の空間であって接続部材の少なくとも一部を収容する閉空間を有している。接続部材の特定部分のうち閉空間に設けられる部分は、ハウジングの外気と直接接しないため、外気との間で熱交換し難い構成となる。接続部材の特定部分は、外気との間で熱交換しやすい構成に比べて安定的に高い温度を維持することができ、還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することができ、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。

Description

ガスセンサ
本開示は、ガスセンサに関する。
被測定ガスに含まれる第１ガス成分の濃度を検出するガスセンサが知られている（特許文献１）。

　ガスセンサとしては、ガス変換部と、ガス検出部と、を備えるものがある。ガス変換部は、被測定ガスに含まれる第１ガス成分のうち少なくとも一部を第２ガス成分に変換し、第１ガス成分と第２ガス成分との分圧比を調整する。ガス検出部は、ガス変換部を通過した通過後ガスが供給されるとともに、第２ガス成分を検出可能な活性化状態になることにより、通過後ガスにおける第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する。　
このガスセンサは、ガス検出部で検出した通過後ガスにおける第２ガス成分の濃度に基づいて被測定ガスにおける第１ガス成分の濃度を演算することで、第１ガス成分の濃度を検出できる。　
このようなガスセンサとしては、例えば、被測定ガスに含まれる第１ガス成分としてのＮＯを第２ガス成分としてのＮＯ２に変換し、被測定ガスに含まれるＮＯの濃度を検出するものがある。
特開平１０－３００７０２号公報
しかし、上記技術においては、長期間にわたり第１ガス成分の検出を行うことに伴い、ガスセンサの検知精度が低下する可能性がある。

　つまり、被測定ガスに含まれる還元性ガスはガス変換部を通過する際に燃焼されるため、通過後ガスには還元性ガスがほとんど含まれない状態となる。このような通過後ガスがガス検出部に供給されると、ガス検出部における酸素欠陥部分が失われてしまい、ガス検出部における検出機能が損なわれて、ガスセンサの検知精度が低下する可能性がある。　
このような検知精度低下を抑制する方法として、ガス変換部とガス検出部との間における通過後ガスのガス流路に、受熱により還元性ガスを発生することが可能な高分子材料からなるチューブを用いることで、通過後ガスに対してチューブから還元性ガスを供給する方法が挙げられる。　
しかし、この方法であっても、チューブがガスセンサの使用中に安定して受熱されないと、還元性ガスの供給量が変化して、ガスセンサの検知精度の低下を長期間にわたって抑制できない可能性がある。　
そこで、本開示は、検知精度の低下を長期間にわたって抑制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、変換部と、検知部と、接続部材と、ハウジングと、を備えるガスセンサである。

　変換部は、被測定ガス中の第１ガス成分を第２ガス成分に変換する。検知部は、変換部を通過した被測定ガスである通過後ガスに接触し、被測定ガス中の第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する。　
接続部材は、変換部と検知部との間における通過後ガスのガス流路を構成する。ハウジングは、変換部、検知部、接続部材を収容する。

　接続部材は、受熱により、還元性ガスを発生可能な高分子材料を用いて構成された特定部分を備える。なお、ここでの「還元性ガス」は、第１ガス成分および第２ガス成分とは異なり、且つ還元性を有するガスである。ハウジングは、変換部および検知部の配置空間とは別の空間であって、接続部材の少なくとも一部を収容する閉空間を有している。接続部材は、特定部分の少なくとも一部が閉空間に収容されている。　
このガスセンサにおいては、接続部材の特定部分のうち閉空間に設けられる部分は、ハウジングの外気（例えば、大気）と直接接しないため、外気との間で熱交換し難い構成となる。このため、接続部材の特定部分は、外気との間で熱交換がしやすい構成に比べて安定的に高い温度を維持することができ、還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
これにより、このガスセンサは、通過後ガスに対して必要量の還元性ガスを供給する状態を、従来よりも長期にわたり維持することができ、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。　
次に、本開示のガスセンサにおいては、変換部から延設されて接続部材に至る排出管を備えてもよい。排出管は、ハウジングおよび接続部材のそれぞれよりも熱伝導率が高い材料で構成されている。　
このような排出管を備えることで、変換部から排出管を介した熱伝導が良好となる。これにより、このガスセンサは、変換部から排出管を介して接続部材に至る熱量を増大でき、接続部材を安定的に高い温度に維持しやすい構造となるため、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。　
次に、上記の排出管を備える本開示のガスセンサにおいては、排出管は金属材料で構成されてもよい。このように排出管を金属材料で構成することで、排出管の熱伝導率をハウジングおよび接続部材のそれぞれの熱伝導率よりも高くすることができる。　
次に、本開示のガスセンサにおいては、接続部材の特定部分における高分子材料は、フッ素を含有する高分子材料でもよい。このように、フッ素を含有する高分子材料を用いることで、接続部材は受熱により還元性ガスを効果的に発生可能となる。　
次に、本開示のガスセンサにおいては、閉空間には断熱材料が配置されてもよい。

　このような構成のガスセンサにおいては、接続部材の特定部分のうち閉空間に設けられる部分は、より一層、外気との間で熱交換し難くなるため、さらに安定的に高い温度を維持し易くなり、還元性ガスを発生する状況を長期にわたり維持することが可能となる。これにより、通過後ガスに対して接続部材から還元性ガスを供給する状態を、さらに長期にわたり維持することができ、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。　
次に、本開示のガスセンサにおいては、変換部は自身を加熱するための変換部用ヒータを備えてもよく、検知部は自身を加熱するための検知部用ヒータを備えてもよい。

　変換部用ヒータおよび検知部用ヒータにより変換部および検知部が加熱されることで、ハウジングに設けられた閉空間は、より安定的に高い温度を維持することができ、還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
変換部および検知部は、一例として、このような構成であってもよい。これにより、通過後ガスに対して還元性ガスを供給する状態を、従来よりも長期にわたり維持することができ、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。
ガスセンサの内部構造を表す断面図である。 ガスセンサの分解斜視図である。 検知部の分解斜視図である。 変換部の分解斜視図である。 ガスセンサ（本体部）の内部におけるガス流通管の配置状態を模式的に表した説明図である。 第２ガスセンサ（本体部）の内部におけるガス流通管の配置状態を模式的に表した説明図である。 第３ガスセンサ（本体部）の内部におけるガス流通管の配置状態を模式的に表した説明図である。
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。

　尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。　
［１．第１実施形態］



　［１－１．全体構成］



　第１実施形態として、ガスセンサ１（呼気センサ１）について説明する。　
ガスセンサ１は、例えば、喘息診断のために、呼気Ｇ（被測定ガスＧ）中の極低濃度(数ppb～数百ppbレベル)のＮＯを測定する用途に用いられる。



　図１および図２に示すように、ガスセンサ１は、本体部９０と、検知部１０と、変換部３０と、ガス流通管６０と、を備える。　
本体部９０は、箱状に形成されたハウジングとして備えられている。本体部９０は、樹脂材料を用いて構成される。本体部９０は、検知部１０、変換部３０、ガス流通管６０を内部に収容する。　
本体部９０は、図２に示すように、第１部材９１と、第２部材９２と、を備える。第１部材９１および第２部材９２は、ネジ９３により一体に組み付けられることで、本体部９０を形成する。　
本体部９０は、自身の内部に、検知部用空間９０ａ、変換部用空間９０ｂ、流通管用空間９０ｃを備える。検知部用空間９０ａは、検知部１０が配置される空間である。変換部用空間９０ｂは、変換部３０が配置される空間である。流通管用空間９０ｃは、ガス流通管６０が配置される空間である。　
検知部１０は、筒状のカセットコネクタ１９が接続されている。カセットコネクタ１９は、リード線１９ａおよび接続コネクタ１９ｂを介して外部機器（図示省略）に接続可能に構成されている。検知部１０から出力される検知信号は、カセットコネクタ１９からリード線１９ａおよび接続コネクタ１９ｂを介して外部機器に出力される。検知部１０は、通電により発熱する検知用ヒータ（図示省略）を備えている。検知用ヒータへのヒータ電力は、外部機器から接続コネクタ１９ｂ、リード線１９ａ、カセットコネクタ１９を介して検知用ヒータに供給される。　
変換部３０は、筒状のカセットコネクタ３９が接続されている。カセットコネクタ３９は、リード線３９ａおよび接続コネクタ３９ｂを介して外部機器（図示省略）に接続可能に構成されている。変換部３０は、後述するが、通電による発熱する第２ヒータ５１（図４参照）を備えている。第２ヒータ５１へのヒータ電力は、外部機器から接続コネクタ３９ｂ、リード線３９ａ、カセットコネクタ３９を介して第２ヒータ５１に供給される。　
検知部１０は、変換後の呼気Ｇを導入するための導入管１２ａと、検知後の呼気Ｇを排出するための排出管１１ａとを備えている。変換部３０は、呼気Ｇを導入するためのパイプ３１ａ（導入管３１ａともいう）と、変換後の呼気Ｇを排出するためのパイプ３２ｂ（排出管３２ｂともいう）と、を備えている。導入管３１ａおよび排出管３２ｂは、それぞれ金属材料（例えば、ステンレス）で構成されている。　
図２に示すように、呼気Ｇは、副配管８５，８４，８３を介して変換部３０に導入され、変換部３０を出た後、ガス流通管６０を経由して検知部１０に導入される。呼気Ｇ中の特定成分が検知部１０で検出された後、呼気Ｇは、検知部１０に接続された副配管８１を介して外部に排出される。　
ガス流通管６０は、全体がフッ素を含有する高分子材料（フッ素ゴム、フルオロエラストマーなど）で形成されたチューブである。この高分子材料は、受熱により還元性ガス（例えば、ベンズアルデヒドなどの有機化合物ガス）を発生する特性を有している。　
図１および図２に示すように、ガスセンサ１は、本体部９０の内部に、第１断熱材７１、第２断熱材７２、第３断熱材７３を備える。第１断熱材７１、第２断熱材７２、第３断熱材７３は、例えばガラス繊維を用いて構成される。　
第１断熱材７１および第２断熱材７２は、変換部用空間９０ｂに配置される。第１断熱材７１は、変換部３０の上側、横側、下側に配置される形状であり、変換部３０と本体部９０とを断熱するために備えられている。第２断熱材７２は、板状であり、第１断熱材７１の下側に配置されている。第３断熱材７３は、検知部用空間９０ａに配置される。第３断熱材７３は、板状であり、検知部１０の下側に配置されて、検知部１０と変換部用空間９０ｂとを断熱するために備えられている。　
［１－２．検知部］



　図３に示すように、検知部１０は、第１板部１１と、シール材１３（ガスケット１３）と、セラミック配線基板１５と、シール材１４（ガスケット１４）と、第２板部１２と、がこの順に積層されて構成されている。　
第１板部１１は、金属材料（例えば、ステンレス）で形成されており、呼気Ｇを排出するための排出管１１ａを備える。第２板部１２は、金属材料（例えば、ステンレス）で形成されており、呼気Ｇを導入するための導入管１２ａを備える。シール材１３、１４は、それぞれ矩形枠状である。セラミック配線基板１５は、矩形板状の中央に形成される開口部１５ｈと、矩形板状の一辺から突出する狭幅の基端部１５ｅと、を備える。　
検知部１０は、素子部２０と、通電部材１６，１７と、を備えている。素子部２０は、セラミック配線基板１５の開口部１５ｈの内部に配置される。通電部材１６，１７は、導電性材料で形成された部材であり、素子部２０を開口部１５ｈに宙吊り固定している。　
第１板部１１、シール材１３、セラミック配線基板１５、シール材１４、第２板部１２をこの順に積層し、ボルト１０ａおよびナット１０ｂを用いて締め付け固定することで、第１板部１１と第２板部１２との間でシール材１３、１４が押圧されてセラミック配線基板１５がシールされる。　
検知部１０は、呼気Ｇを導入管１２ａから導入し、呼気Ｇが素子部２０に接触して特定成分の濃度を検出した後、呼気Ｇを排出管１１ａから外部に排出する構成である。導入管１２ａおよび排出管１１ａは、金属材料（例えば、ステンレス）で構成されている。　
素子部２０は、矩形板状の基板２１と、基板２１の上面（図の上方に向く面）側に配置された第１ヒータ２２と、基板２１の下面側に配置された検知素子２３と、を有している。素子部２０は、検知素子２３と第１ヒータ２２が基板２１の上下に積層された一体構造となっている。　
検知素子２３は、変換部３０を通過した呼気Ｇに接触すると共に呼気Ｇ中のＮＯ２（第２ガス成分）の濃度に応じて電気的特性が変化する。第１ヒータ２２は、通電により発熱することで、検知素子２３を動作温度である第１温度に加熱する。検知素子２３の出力端子、及び第１ヒータ２２の通電端子は、通電部材１６，１７を介してセラミック配線基板１５のリード部に電気的に接続されている。なお、基板２１のうち第１ヒータ２２が配置される面には、第１ヒータ２２の温度を測定するための温度センサが所定のパターンを有する形態で配置されている。　
基板２１は、例えばセラミック基板とすることができる。検知素子２３は、例えば固体電解質体と、固体電解質体の表面に配置された異なる材料で構成された一対の電極を用いた混成電位型のセンサ（窒素酸化物センサ）として形成することができる。第１ヒータ２２は、蛇行状をなすパターンとして形成することができる。なお、検知素子２３としては、金属酸化物半導体と一対の電極とを備える抵抗変化型センサを適用してもよい。　
セラミック配線基板１５の基端部１５ｅの表面および裏面には、導電パッド部１５ｐが複数配置されている。複数の導電パッド部１５ｐは、それぞれリード部および通電部材１６，１７を介して、検知素子２３および第１ヒータ２２に電気的に接続される。なお、セラミック配線基板１５の裏面側の導電パッド部１５ｐについては、図示を省略している。　
検知素子２３から出力された電気信号は、セラミック配線基板１５の裏面側に形成された導電パッド部を介してカセットコネクタ１９に出力され、カセットコネクタ１９を介して外部機器に出力される。外部機器から供給された電力は、カセットコネクタ１９を介してセラミック配線基板１５の表面側に形成された導電パッド部１５ｐに供給され、その導電パッド部１５ｐを介して第１ヒータ２２に供給される。これにより、第１ヒータ２２への通電が行われ、第１ヒータ２２が発熱する。　
［１－３．変換部］



　図４に示すように、変換部３０は、矩形板状の上蓋３１と、矩形枠状のスペーサ３３ａ１と、触媒４１が自身の両面に塗布形成された矩形板状の上側触媒支持部３５ａ１と、スペーサ３３ａ２と、触媒４２が自身の片面（図の上側に向く面）に塗布形成された矩形板状の上側触媒支持部３５ｂ１と、矩形板状の一辺から狭幅の基端部５０ｅが突出するヒータ基板５０と、触媒４２が自身の片面（図の下側を向く面）に塗布形成された矩形板状の下側触媒支持部３５ｂ２と、スペーサ３３ａ３と、触媒４１が自身の両面に塗布形成された矩形板状の下側触媒支持部３５ａ２と、スペーサ３３ａ４と、矩形板状の下蓋３２とが、この順で積層して構成されている。　
スペーサ３３ａ１～３３ａ４は同一形状であり、まとめてスペーサ３３ａとも表記する。上側触媒支持部３５ａ１および下側触媒支持部３５ａ２は同一形状であり、まとめて触媒支持部３５ａとも表記する。上側触媒支持部３５ｂ１および下側触媒支持部３５ｂ２は同一形状であり、まとめて触媒支持部３５ｂとも表記する。　
各部材３１、３２、３３ａ、３５ａ、３５ｂ、５０は、例えばセラミックを用いて構成されており、各部材の間は、例えばガラスまたは無機系の接着剤層を介して気密に接着されて積層されている。　
上蓋３１は、矩形板の一部に設けた貫通孔（図示省略）に、貫通孔に沿って延びるパイプ３１ａ（導入管３１ａ）を取付けて構成されている。パイプ３１ａは、貫通孔から外部に立ち上がった後、上蓋３１の板面に沿って９０度曲がり、その屈曲した一端はヒータ基板５０の基端部５０ｅへ向けて延びている。　
下蓋３２は、矩形板の一部に設けた貫通孔３２ａと、貫通孔３２ａから延びるパイプ３２ｂ（排出管３２ｂ）と、を備えている。パイプ３２ｂは、貫通孔３２ａから外部に立ち上がった後、下蓋３２の板面に沿って９０度曲がり、その屈曲した一端はヒータ基板５０の基端部５０ｅとは反対方向へ向けて延びている。　
本実施形態では、上蓋３１に取り付けられたパイプ３１ａが呼気Ｇの導入管をなし、パイプ３２ｂが排出管をなしている。　上側触媒支持部３５ａ１の両面には、それぞれスペーサ３３ａ１、３３ａ２の内部空間の内側に相当する位置に、それぞれ触媒４１が略矩形状に塗布形成されている。上側触媒支持部３５ａ１は、触媒４１の一辺に隣接する領域にスリット状の開口部３５ｓを有している。パイプ３１ａから導入された呼気Ｇは、スペーサ３３ａ１の内部空間で上側の触媒４１と接触した後、開口部３５ｓを通ってスペーサ３３ａ２の内部空間で下側の触媒４１と接触する。　
上側触媒支持部３５ｂ１の片面（図の上側に向く面）には、スペーサ３３ａ２の内部空間の内側に相当する位置に、触媒４２が略矩形状に塗布形成されている。上側触媒支持部３５ｂ１は、触媒４２の一辺（図の斜め右上側）の中央に丸穴状の開口部３５ｈを有している。呼気Ｇは、スペーサ３３ａ２の内部空間で触媒４２と接触した後、開口部３５ｈを通って下方へ流れる。　
上側触媒支持部３５ｂ１の反対面はヒータ基板５０に接触する。ヒータ基板５０の表面に形成された蛇行状のパターンを有する第２ヒータ５１の発熱に伴い、ヒータ基板５０を介して上側触媒支持部３５ｂ１および触媒４２が、第１温度とは異なる第２温度に加熱される。ヒータ基板５０の裏面には、第２ヒータ５１の加熱温度を検出するための温度センサ（図示せず）が所定のパターンを有する形態で配置されている。ヒータ基板５０は、開口部３５ｈと重なる丸穴状の開口部５０ｈを備える。開口部３５ｈを通った呼気Ｇは、開口部５０ｈを介して下方へ流れる。　
触媒４２の加熱に伴い、触媒４２が面しているスペーサ３３ａ２の内部空間の呼気Ｇ、ひいてはスペーサ３３ａ２に面している触媒４１も加熱される。触媒４１の熱は上側触媒支持部３５ａ１から反対面（上面）の触媒４１にも伝わる。　
触媒４１、４２は、呼気Ｇに含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換し、例えば呼気Ｇ中のＮＯをＮＯ２に変換する公知の触媒材料を用いることができる。触媒４１、４２は、呼気Ｇ中のＮＯとＮＯ２との分圧比を調整する。　
ヒータ基板５０の基端部５０ｅの表面には、それぞれ導電パッド部５０ｐが複数配置されている。複数の導電パッド部５０ｐは、それぞれリード部を介して第２ヒータ５１、温度センサ（図示せず）に電気的に接続される。　
外部機器から供給された電力は、カセットコネクタ３９を介してヒータ基板５０の表面側に形成された導電パッド部５０ｐに供給され、その導電パッド部５０ｐを介して第２ヒータ５１に供給される。これにより、第２ヒータ５１への通電が行われ、第２ヒータ５１が発熱する。　
ヒータ基板５０の下面（図の下側に向く面）に下側触媒支持部３５ｂ２が接触し、下側触媒支持部３５ｂ２の下面（図の下側に向く面）には、上側触媒支持部３５ｂ１と同様に触媒４２が略矩形状に塗布形成されている。　
ヒータ基板５０の下側の下側触媒支持部３５ｂ２、スペーサ３３ａ３、下側触媒支持部３５ａ２、スペーサ３３ａ４、下蓋３２は、ヒータ基板５０を介して、ヒータ基板５０の上側の上側触媒支持部３５ｂ１、スペーサ３３ａ２、上側触媒支持部３５ａ１、スペーサ３３ａ１、上蓋３１と対称に配置されており、実質的に同一の機能を果たすので、詳しい説明は省略する。　
開口部５０ｈ、及び下側触媒支持部３５ｂ２の開口部３５ｈを介して下方へ流れた呼気Ｇは、スペーサ３３ａ３の内部空間で触媒４２と接触した後、下側触媒支持部３５ａ２における上側の触媒４１と接触する。その後、呼気Ｇは、開口部３５ｓを通ってスペーサ３３ａ４の内部空間で下側触媒支持部３５ａ２における下側の触媒４１と接触し、パイプ３２ｂから排出される。　
以上のようにして、第２温度に加熱された触媒に呼気Ｇが接触し、呼気Ｇに含まれる第１ガス成分（具体的にはＮＯ）が第２ガス成分（具体的にはＮＯ２）に変換される。



　［１－４．ガス流通管］



　図５に模式的に表すように、ガス流通管６０は、本体部９０のうち流通管用空間９０ｃに配置されている。　
図５では、ガスセンサ１（本体部９０）の内部構造を模式的に表すとともに、ガス流通管６０および副配管８１の模式的断面を表している。

　ガス流通管６０の入口端部６０ａは、変換部３０の排出管３２ｂに接続され、ガス流通管６０の出口端部６０ｂは、検知部１０の導入管１２ａに接続されている。つまり、ガス流通管６０は、変換部３０と検知部１０との間における呼気Ｇのガス流路を構成する。　
ガス流通管６０は、変換部３０の第２ヒータ５１で発生した熱量が排出管３２ｂを介して熱伝導するように配置されている。また、ガス流通管６０は、検知部１０の第１ヒータ２２で発生した熱量が導入管１２ａを介して熱伝導するように配置されている。つまり、ガス流通管６０は、変換部３０および検知部１０のそれぞれから受熱できる状態で流通管用空間９０ｃに配置されている。　
ガス流通管６０は、上述のとおり、フッ素を含有する高分子材料を用いて構成されている。このため、ガス流通管６０は、変換部３０および検知部１０からの受熱により、高分子材料から発生した還元性ガス（例えば、ベンズアルデヒドなどの有機化合物ガス）を、自身の内部を流れる呼気Ｇに供給できる。なお、ここでいう還元性ガスは、第１ガス成分（具体的にはＮＯ）および第２ガス成分（具体的にはＮＯ２）とは異なるガスを指すものである。　
本体部９０は、上述のように、検知部用空間９０ａおよび変換部用空間９０ｂとは別に設けられた流通管用空間９０ｃを備える。流通管用空間９０ｃは、本体部９０の内部に閉空間として形成されており、本体部９０の外部との間でガスの出入りが生じない空間である。つまり、流通管用空間９０ｃは、本体部９０の外部との間でのガスの出入りに起因する熱量の移動が生じない空間である。　
このような構成のガスセンサ１においては、ガス流通管６０のうち流通管用空間９０ｃに設けられる部分は、本体部９０の外気（例えば、大気）と直接接しないため、外気との間で熱交換し難い構成となる。このため、ガス流通管６０は、外気との間で熱交換しやすい構成に比べて安定的に高い温度を維持することができ、必要量の還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
ガス流通管６０を形成する高分子材料の熱伝導率は、０．２２８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、排出管３２ｂを形成する金属材料の熱伝導率は、１６．７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、本体部９０を形成する樹脂材料の熱伝導率は、０．２９９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。つまり、排出管３２ｂは、ガス流通管６０および本体部９０のそれぞれよりも熱伝導率が高い材料で構成されている。　
［１－５．効果］



　以上説明したように、本実施形態のガスセンサ１においては、ガス流通管６０は、外気との間で熱交換しやすい構成に比べて安定的に高い温度を維持することができ、必要量の還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
これにより、ガスセンサ１は、変換部３０を通過した呼気Ｇ（通過後ガス）に対して還元性ガスを供給する状態を、従来よりも長期にわたり維持することができ、ガスセンサ１の検知精度が低下することを抑制できる。　
次に、ガスセンサ１においては、排出管３２ｂは、ガス流通管６０および本体部９０のそれぞれよりも熱伝導率が高い材料で構成されている。このような排出管３２ｂを備えることで、変換部３０から排出管３２ｂを介してガス流通管６０に至る経路での熱伝導が良好となる。　
これにより、ガスセンサ１は、変換部３０から排出管３２ｂを介してガス流通管６０に至る熱量を増大でき、ガス流通管６０を安定的に温度を維持しやすい構造となるため、ガスセンサ１の検知精度が低下することを抑制できる。　
［１－６．文言の対応関係］



　ここで、文言の対応関係について説明する。



　ガスセンサ１がガスセンサの一例に相当し、変換部３０が変換部の一例に相当し、検知部１０が検知部の一例に相当し、ガス流通管６０が接続部材の一例に相当し、本体部９０がハウジングの一例に相当し、流通管用空間９０ｃが閉空間の一例に相当し、排出管３２ｂが排出管の一例に相当する。ガス流通管６０の全体が接続部材の特定部分に相当する。　
触媒４１および触媒４２が触媒部の一例に相当し、第２ヒータ５１が変換部用ヒータの一例に相当し、検知素子２３が検知素子の一例に相当し、第１ヒータ２２が検知部用ヒータの一例に相当する。　
［２．第２実施形態］



　第２実施形態として、閉空間に断熱包囲部材を備える第２ガスセンサ１ａについて説明する。　
なお、第２実施形態のうち、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。

　図６に模式的に示すように、第２ガスセンサ１ａは、本体部９０の流通管用空間９０ｃに配置された断熱包囲部材６１を備えている。　
図６では、第２ガスセンサ１ａ（本体部９０）の内部構造を模式的に表すとともに、ガス流通管６０、断熱包囲部材６１および副配管８１の模式的断面を表している。

　第２ガスセンサ１ａは、ガス流通管６０を取り囲む断熱包囲部材６１を備えている。　
断熱包囲部材６１は、断熱材料（ガラス繊維など）で構成されている。断熱包囲部材６１は、ガス流通管６０のうち排出管３２ｂとの接続部分から導入管１２ａとの接続部分までの領域を少なくとも覆うように構成されている。断熱包囲部材６１は、ガス流通管６０の一部を収容する閉空間（流通管用空間９０ｃ）の内部に配置されている。　
このような構成の第２ガスセンサ１ａにおいては、ガス流通管６０のうち断熱包囲部材６１に覆われる部分は、本体部９０の外気（例えば、大気）と直接接しないため、外気との間で熱交換し難い構成であり、かつ、流通管用空間９０ｃに配置されるガスとの間でも熱交換し難い構成となる。このため、ガス流通管６０は、より一層、外気との間で熱交換し難くなるため、外気との間で熱交換しやすい構成に比べてさらに安定的に高い温度を維持することができ、還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
これにより、第２ガスセンサ１ａは、変換部３０を通過した呼気Ｇ（通過後ガス）に対して還元性ガスを供給する状態を、従来よりもさらに長期にわたり維持することができ、第２ガスセンサ１ａの検知精度が低下することを抑制できる。　
ここで、文言の対応関係について説明する。第２ガスセンサ１ａがガスセンサの一例に相当し、断熱包囲部材６１が断熱材料の一例に相当する。

　［３．第３実施形態］

　第３実施形態として、経路寸法が長い第２ガス流通管６３を備える第３ガスセンサ１ｃについて説明する。　
なお、第３実施形態のうち、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明する。

　図７に模式的に示すように、第３ガスセンサ１ｃは、第１実施形態のガス流通管６０に代えて、第２ガス流通管６３を備えている。　
図７では、第３ガスセンサ１ｃ（本体部９０）の内部構造を模式的に表すとともに、第２ガス流通管６３および副配管８１の模式的断面を表している。



　第２ガス流通管６３は、第１実施形態のガス流通管６０よりも経路寸法が大きく形成されており、流通管用空間９０ｃにおいて螺旋状に配置されている。第２ガス流通管６３は、経路寸法が長いため、内部を流れる呼気Ｇとの接触面積を大きく確保でき、呼気Ｇからの受熱量が大きくなる。これに伴い、第２ガス流通管６３から流通管用空間９０ｃへの放熱量が大きくなり、流通管用空間９０ｃの温度が高い状態を安定的に維持することができる。　
このような構成の第３ガスセンサ１ｃは、第１実施形態のガスセンサ１と同様の効果を奏するとともに、さらに、流通管用空間９０ｃの温度をより安定的に高く維持できることで、還元性ガスを発生可能な状況をより長く維持することが可能となる。　
これにより、第３ガスセンサ１ｃは、変換部３０を通過した呼気Ｇ（通過後ガス）に対して還元性ガスを供給する状態を、従来よりも長期にわたり維持することができ、第３ガスセンサ１ｃの検知精度が低下することを抑制できる。　
ここで、文言の対応関係について説明する。第３ガスセンサ１ｃがガスセンサの一例に相当し、第２ガス流通管６３が接続部材の一例に相当する。



　［４．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ものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。　
例えば、変換部の排出管および検知部の排出管は、金属材料に限られることはなく、金属材料以外の材料であって接続部材（ガス流通管）よりも熱伝導率が高い材料で構成しても良い。　
次に、上記実施形態では、接続部材（ガス流通管６０、第２ガス流通管６３）として、全体が高分子材料で構成される形態について説明したが、このような形態に限られることはなく、接続部材の一部（特定部分）が高分子材料で構成される形態であっても良い。　
また、閉空間（流通管用空間９０ｃ）に配置された接続部材（ガス流通管６０）に対して、断熱包囲部材６１を設けても良い。あるいは、閉空間（流通管用空間９０ｃ）のうち接続部材（ガス流通管６０）以外の空間に断熱材を充填（配置）しても良い。このような構成のガスセンサにおいては、接続部材の特定部分のうち閉空間に設けられる部分は、より一層、外気との間で熱交換しがたくなるため、さらに安定的に高い温度を維持し易くなり、還元性ガスを発生する状況を長期にわたり維持することが可能となる。これにより、通過後ガスに対して接続部材から還元性ガスを供給する状態を、さらに長期にわたり維持することができ、ガスセンサの検知精度が低下することを抑制できる。　
次に、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各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（呼気センサ）、１ａ…第２ガスセンサ、１ｃ…第３ガスセンサ、１０…検知部、１１ａ…排出管、１２ａ…導入管、２２…第１ヒータ、２３…検知素子、３０…変換部、３１ａ…パイプ（導入管）、３２ｂ…パイプ（排出管）、４１…触媒、４２…触媒、５１…第２ヒータ、６０…ガス流通管、６１…断熱包囲部材、６３…第２ガス流通管、９０…本体部、９０ａ…検知部用空間、９０ｂ…変換部用空間、９０ｃ…流通管用空間。

Claims (6)

  1. 被測定ガス中の第１ガス成分を第２ガス成分に変換する変換部と、



    　前記変換部を通過した前記被測定ガスである通過後ガスに接触し、前記被測定ガス中の前記第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知部と、



    　前記変換部と前記検知部との間における前記通過後ガスのガス流路を構成する接続部材と、



    　前記変換部、前記検知部、前記接続部材を収容するハウジングと、



    　を備えるガスセンサであって、



    　前記接続部材は、受熱により、前記第１ガス成分および第２ガス成分とは異なり且つ還元性を有する還元性ガスを発生可能な高分子材料を用いて構成された特定部分を備えており、



    　前記ハウジングは、前記変換部および前記検知部の配置空間とは別の空間であって、前記接続部材の少なくとも一部を収容する閉空間を有しており、



    　前記接続部材は、前記特定部分の少なくとも一部が前記閉空間に収容されている、



    　ガスセンサ。
  2. 請求項１に記載のガスセンサであって、



    　前記変換部から延設されて前記接続部材に至る排出管を備えており、



    　前記排出管は、前記ハウジングおよび前記接続部材のそれぞれよりも熱伝導率が高い材料で構成されている、



    　ガスセンサ。


  3. 請求項２に記載のガスセンサであって、



    　前記排出管は、金属材料で構成されている、



    　ガスセンサ。
  4. 請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のガスセンサであって、



    　前記接続部材の前記特定部分における前記高分子材料は、フッ素を含有する高分子材料である、



    　ガスセンサ。
  5. 請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガスセンサであって、



    　前記閉空間には、断熱材料が配置されている、



    　ガスセンサ。
  6. 請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のガスセンサであって、



    　前記変換部は、自身を加熱するための変換部用ヒータを備え、



    　前記検知部は、自身を加熱するための検知部用ヒータを備える、



    　ガスセンサ。
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