WO2022137438A1 - 匂い検出装置及び匂い検出方法 - Google Patents

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WO2022137438A1
WO2022137438A1 PCT/JP2020/048470 JP2020048470W WO2022137438A1 WO 2022137438 A1 WO2022137438 A1 WO 2022137438A1 JP 2020048470 W JP2020048470 W JP 2020048470W WO 2022137438 A1 WO2022137438 A1 WO 2022137438A1
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odor
suction port
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順二 尾下
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太陽誘電株式会社
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    • G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices

Definitions

  • the present invention relates to an odor detecting device and an odor detecting method for detecting an odor component in a gas.
  • the odor sensor is equipped with a sensitive film that adsorbs odor components in the gas.
  • the odor component can be detected by vibrating the sensitive membrane at a predetermined frequency and observing the frequency fluctuation due to the adsorption of the odor component.
  • Patent Document 1 discloses a technique of switching a flow path by a valve to switch between sample gas and cleaning air.
  • Patent Document 2 also discloses a technique capable of physically switching the flow path of the test fluid and the control fluid (cleaning gas).
  • Patent Document 3 discloses a technique of circulating clean gas at the time of cleaning the gas by switching the flow path by using the opening and closing of the valve.
  • Patent Document 4 discloses a technique for circulating clean gas (purge gas) during gas cleaning.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-170461 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-120561 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-39939 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-90484
  • the device is large-scale, and it is not easy to switch the valve.
  • the cleaning gas is required to have a stable component, but it cannot be said that it is sufficiently stable in air, and if a standard gas is separately prepared, the device becomes large-scale. ..
  • how to specifically control and circulate the green gas is not disclosed.
  • an object of the present invention is to provide an odor detecting device and an odor detecting method having a simple structure and a high cleaning effect.
  • the odor detection device includes a sensor chamber, a flow path, a first gas delivery section, and a second gas delivery section.
  • a sensor element is housed, a first suction port, a first discharge port provided at a position opposite to the first suction port via the sensor element, and a second suction port. It has a second discharge port provided at a position opposite to the second suction port via the sensor element.
  • the flow path has a filter inside, is connected to the second discharge port, and is connected to the second suction port.
  • the first gas delivery unit causes gas to flow into the sensor chamber from the first suction port and is discharged from the first discharge port.
  • the second gas delivery unit causes gas to flow from the sensor chamber into the flow path through the second discharge port, and from the flow path to the sensor chamber via the second suction port.
  • the detection device may be provided with the flow path in the upper part or the lower part of the sensor chamber.
  • the flow path may have a meandering shape.
  • the flow path has a first portion extending in the first direction, a second portion downstream of the first portion and extending in a second direction opposite to the first direction, and the second portion. It may have a third portion downstream of the two portions and extending in the first direction.
  • the sensor chamber communicates with the first chamber provided with the first suction port and the second suction port and the first chamber, and is provided with the first discharge port and the second discharge port. It may have a second chamber and a throttle portion that limits the flow of gas from the first chamber to the second chamber.
  • the detection device operates the first gas delivery unit and stops the second gas delivery unit, and the detection device stops the first gas delivery unit and operates the second gas delivery unit.
  • a control unit for switching the state of 2 may be further provided.
  • the odor detecting method includes a detection step and a cleaning step.
  • the first gas delivery section is driven, the second gas delivery section is stopped, the gas is flowed into the sensor chamber accommodating the sensor element for detecting the odor component from the first suction port, and the gas is discharged from the first discharge port. Discharge from.
  • the cleaning step the first gas delivery section is stopped, the second gas delivery section is driven, and the second discharge port provided in the sensor chamber and the second suction port provided in the sensor chamber are connected. Then, the gas is allowed to flow from the sensor chamber through the second discharge port into the flow path inside the filter for removing the odor component, and the gas is flown from the flow path into the sensor chamber via the second suction port. Inflow.
  • FIG. 1 is a perspective view of the odor detecting device 100 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of the odor detecting device 100 viewed from a direction different from that of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the odor detecting device 100
  • FIG. 4 is a schematic view showing a schematic configuration of the odor detecting device 100.
  • the three directions orthogonal to each other are the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
  • the odor detection device 100 includes a sensor chamber 171, a sensor element 154, a flow path 101, a first pump 152, a second pump 153, and a filter 181.
  • the sensor chamber 171 is provided with a first suction port 172, a second suction port 173, a first discharge port 174, and a second discharge port 175, and houses the sensor element 154.
  • the second discharge port 175 is connected to the second suction port 173 by the flow path 101.
  • the first pump 152 causes the gas to be measured to flow into the sensor chamber 171 from the first suction port 172 and discharges the gas from the first discharge port 174.
  • the second pump 153 causes the gas to flow from the sensor chamber 171 into the flow path 101 via the second discharge port 175, and the gas from the flow path 101 to the sensor chamber 171 via the second suction port 173.
  • the filter 181 is arranged in the flow path 101.
  • the gas to be measured is measured by the sensor element 154 in the sensor chamber, then cleaned by the filter 181 arranged in the flow path 101, and flows into the sensor chamber 171 again.
  • the gas (air) inside the sensor chamber 171 can be circulated a plurality of times, and the filter size can be reduced.
  • the filter 181 In order to clean the gas from the outside, it is necessary to clean the impurities at once, and the amount of the filter increases, but when it is circulated, it passes through the same filter 181 many times, so the amount of the filter 181 can be reduced.
  • the minute filter size can be reduced, and as a result, the size can be reduced. Since the degree of cleanliness increases each time it is circulated, the sensor can be refreshed with a cleaning gas with a high degree of cleanliness. Therefore, the life of the sensor element 154 can be extended.
  • the cleaning gas is required to have a stable cleanliness without being mixed with extra components, and this circulation can supply a stable gas.
  • FIG. 5 is a perspective view of the sensor unit 111
  • FIG. 6 is a perspective view of the sensor module 150.
  • the sensor unit 111 has a sensor housing 121.
  • the sensor housing 121 is a hollow box-shaped member that houses the sensor module 150.
  • the sensor housing 121 has a rectangular parallelepiped shape and has an upper surface 121a, a lower surface 121b, and a side surface 121c.
  • the upper surface 121a and the lower surface 121b are located opposite to each other.
  • the side surface 121c is composed of four surfaces.
  • the upper surface 121a is provided with a first opening 122 and a second opening 123.
  • a third opening 124 and a fourth opening 125 are provided on one surface of the side surface 121c. Gas enters through the first opening 122 and the second opening 123, and is discharged from the third opening 124 and the fourth opening 125.
  • the surface provided with the third opening 124 and the fourth opening 125 and the facing surface thereof may be made of aluminum, and the other surface may be made of resin.
  • the upper surface 121a and the lower surface 121b can be made of aluminum.
  • the sensor module 150 includes a case 151, a first pump 152, a second pump 153, and a sensor element 154.
  • 7 to 9 are views showing the internal structure of the sensor module 150
  • FIG. 7 is a perspective view of the case 151
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the sensor module 150
  • FIG. 9 is a plan view of the inside of the wiring board 161. It is a figure.
  • the case 151 has a wiring board 161 and a case main body 162, and is configured by combining these.
  • the wiring board 161 has a first main surface 161a on which the sensor element 154 is mounted, and a second main surface 161b on the opposite side thereof.
  • the first main surface 161a is an inner main surface facing the case main body 162, and the inner surface of the case main body 162 and the first main surface 161a of the wiring board 161 form an internal space.
  • the second main surface 161b is an outer main surface.
  • the wiring board 161 is a rectangular board having a long side in the X-axis direction, and is a double-sided wiring board having wiring layers formed on the first main surface 161a and the second main surface 161b.
  • the wiring board 161 is typically a glass epoxy board, but other boards having a rigid property such as a ceramic board and a metal board can be adopted.
  • the case body 162 has a shape in which one surface of a substantially rectangular parallelepiped is removed to form an opening. This opening is opened on the side in contact with the wiring board 161 and is provided with an opening end portion 162a. In the present embodiment, one surface parallel to the XY plane is removed to form an opening.
  • the opening end portion 162a which is the lower end portion of the side wall forming the opening of the case body 162, is adhesively fixed to the peripheral edge portion of the first main surface 161a of the wiring board 161 so as to maintain airtightness.
  • the case body 162 has a bottom portion 162b (space wall), and the bottom portion 162b is located at a position facing the first main surface 161a of the wiring board 161. In this way, the sensor chamber 171 is formed between the wiring board 161 and the case body 162.
  • the case body 162 is fixed to the wiring board 161 by a plurality of screws 155 (see FIG. 6).
  • a seal member packing or the like
  • the case body 162 is, for example, an injection molded body made of a synthetic resin material.
  • the type of resin material is not particularly limited, and is, for example, polytetrafluoroethylene.
  • Case 151 (see FIG. 6) has a sensor chamber 171, a first suction port 172, a second suction port 173, a first discharge port 174, and a second discharge port 175.
  • the first suction port 172 and the second suction port 173 are provided on the wiring board 161 and the first discharge port 174 and the second discharge port 175 are provided on the case main body 162.
  • the case 151 has no openings other than the first suction port 172, the second suction port 173, the first discharge port 174, and the second discharge port 175.
  • the sensor chamber 171 (see FIG. 8) has a first chamber 171a and a second chamber 171b.
  • the first chamber 171a is formed between the first main surface 161a and the bottom surface 162c
  • the second chamber 171b is formed between the first main surface 161a and the bottom surface 162d.
  • the first chamber 171a communicates with the first suction port 172 and the second suction port 173, and the second chamber 171b communicates with the first discharge port 174 and the second discharge port 175.
  • the distance D1 is the distance between the first main surface 161a and the bottom surface 162c in the first chamber 171a and the distance D2 is the distance between the first main surface 161a and the bottom surface 162d in the second chamber 171b.
  • a step portion 162e is formed at the boundary between the first chamber 171a and the second chamber 171b.
  • the step portion 162e is a wall surface extending along the Y-axis direction between the first suction port 172 and the second suction port 173 and the first discharge port 174 and the second discharge port 175, and is a wall surface extending from the first chamber 171a to the second chamber. It functions as a throttle that limits the flow path of the gas flowing to 171b.
  • the gas flowing into the first chamber 171a from the first suction port 172 or the second suction port 173 enters the first chamber 171a as a result of the inflow to the second chamber 171b being restricted by the step portion 162e. It diffuses isotropically in a turbulent state. Further, the gas flowing into the first chamber 171a flows into the second chamber 171b in a laminar flow state by the throttle by the step portion 162e.
  • the gas flowing into the first chamber 171a can be uniformly supplied over the entire area of the second chamber 171b regardless of the positions of the first suction port 172 and the second suction port 173. Further, since the first suction port 172 and the second suction port 173 are provided on the wiring board 161 so as to face the bottom portion (bottom surface 162c) of the first chamber 171a, the gas diffusion effect in the first chamber 171a is further enhanced. Can be enhanced.
  • the step portion 162e does not necessarily have to be provided, and the bottom surface 162c and the bottom surface 162d may be on the same surface. Further, even when the bottom surface 162c and the bottom surface 162d are on the same surface, a wall extending from the bottom portion 162b toward the first main surface 161a is provided between the bottom surface 162c and the bottom surface 162d to provide the same drawing function as the step portion 162e. You may have it.
  • the first suction port 172 and the second suction port 173 are through holes provided in the wiring board 161, respectively.
  • the shapes of the first suction port 172 and the second suction port 173 are not limited to the rectangular shape shown in the figure, and may be circular.
  • the first suction port 172 and the second suction port 173 are formed so as to be adjacent to one side (-X-axis direction side) of the wiring board 161 in the Y-axis direction. Can be.
  • the first discharge port 174 and the second discharge port 175 are through holes provided in the case body 162, respectively.
  • the shapes of the first discharge port 174 and the second discharge port 175 are not limited to the circular shape shown in the figure, and may be a rectangle or the like. Further, it is preferable that the first discharge port 174 and the second discharge port 175 have the same size. As shown in FIG. 9, the first discharge port 174 and the second discharge port 175 are formed on the side wall on the other side (+ X-axis direction side) of the case body 162 so as to be adjacent to the side wall in the Y-axis direction. Can be.
  • the positional relationship between the first suction port 172, the second suction port 173, the first discharge port 174, and the second discharge port 175 is not particularly limited, but the first suction port 172 and the first discharge port 174 are sensor elements in the sensor chamber 171. Those located on the opposite side of 154 are preferable. Further, it is preferable that the second suction port 173 and the second discharge port 175 are also located on opposite sides of the sensor element 154 in the sensor chamber 171. Specifically, as shown in FIG. 8, the first suction port 172 and the second suction port 173 are arranged close to one end in the longitudinal direction (X-axis direction) of the wiring board 161 and the first discharge port 174.
  • the second discharge port 175 may be provided on the side wall 162f joined to the other end of the wiring board 161 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the first pump 152 is provided in the first suction port 172, and sends gas from the first suction port 172 into the sensor chamber 171.
  • the second pump 153 is provided in the second suction port 173, and sends gas from the second suction port 173 into the sensor chamber 171.
  • the first pump 152 and the second pump 153 can be arranged on the second main surface 161b of the wiring board 161.
  • the types of the first pump 152 and the second pump 153 are not particularly limited, but those that do not easily allow gas to pass through while the operation is stopped are preferable, and a diaphragm pump is particularly preferable.
  • the odor detecting device 100 may include a device capable of delivering gas instead of the first pump 152. For example, it may have a fan. Further, the odor detecting device 100 may include a device capable of delivering gas instead of the second pump 153. For example, it may have a fan.
  • the sensor element 154 detects an odor component.
  • a QCM Quadrat Crystal Microbalance
  • the QCM sensor has a configuration in which a sensitive film for adsorbing a component to be detected is provided on the electrode surface of the crystal oscillator. When the component to be detected is adsorbed on the electrode surface of the crystal oscillator, the resonance frequency fluctuates (decreases) according to its mass, so that a slight mass change can be detected.
  • the QCM sensor can detect different components depending on the material of the sensitive film, and the sensor element 154 can detect different odor components.
  • the sensor element 154 may be a sensor other than the QCM sensor.
  • the odor component detected by the sensor element 154 is typically a relatively heavy molecule in the air such as a polymer compound, but is not particularly limited.
  • the odor component detected by the sensor element 154 is not limited to the component that can be sensed by humans, and may be any chemical species existing in the gas.
  • the sensor module 150 has eight sensor elements 154, and by using a different sensitive film for each sensor element 154, eight kinds of odor components can be detected.
  • the example is not limited to the example in which one type of odor component is detected by one sensor element 154, and one type of odor component may be detected by a plurality of sensor elements 154. Further, one sensor element 154 may be configured to be able to detect a plurality of types of odor components. In this case, it is preferable to use a sensitive film having different sensitivities depending on the odor component.
  • the sensor element 154 is mounted on the first main surface 161a of the wiring board 161 facing the sensor chamber 171.
  • eight sensor elements 154 are arranged in 2 rows and 4 columns is shown, but the layout is not limited to this. Further, the number of the sensor elements 154 is not limited to eight, and can be arbitrarily set according to the number of components to be detected, and may be one.
  • a temperature sensor 156 and a humidity sensor 157 may be mounted on the first main surface 161a of the wiring board 161, respectively.
  • the mounting area of the temperature sensor 156 and the humidity sensor 157 is not particularly limited, and in the present embodiment, the temperature sensor 156 and the humidity sensor 157 are arranged in an arbitrary area between the sensor element 154 and the first discharge port 174 and the second discharge port 175.
  • the output of the sensor element 154 is corrected based on the output of the temperature sensor 156.
  • the humidity sensor 157 may be used, for example, as a water vapor detection sensor.
  • a thermistor can be applied to the temperature sensor 156, and a QCM sensor having a sensitive film having an adsorptive property to water vapor can be applied to the humidity sensor 157.
  • control board 158 is installed on the second main surface 161b side of the wiring board 161.
  • a power supply circuit and a signal processing circuit are connected to the control board 158.
  • the control board 158 is electrically connected to the wiring board 161 and is required for each sensor element 154, the first pump 152, the second pump 153, the temperature sensor 156, and the humidity sensor 1157 via the wiring layer on the wiring board 161. Power supply.
  • the signal processing circuit detects the presence / absence, type, amount, etc. of the component to be detected in the sensor chamber 171 based on the outputs of each sensor element 154, temperature sensor 156, and humidity sensor 157.
  • other electronic components for example, drive circuits of the first pump 152 and the second pump 153 may be mounted on the control board 158.
  • Sensor module 150 has the configuration described below.
  • the sensor module 150 is housed in the sensor housing 121 (see FIG. 5) as described above, and is fixed to the sensor housing 121 with the wiring board 161 facing the upper surface 121a (opposite to FIG. 6).
  • the first suction port 172 is connected to the first opening 122 with the first pump 152 interposed therebetween
  • the second suction port 173 is connected to the second opening 123 with the second pump 153 interposed therebetween.
  • the first discharge port 174 is connected to the third opening 124
  • the second discharge port 175 is connected to the fourth opening 125.
  • the lower case 112 is a member that holds the sensor unit 111, and is made of, for example, resin. 10 is a perspective view of the lower case 112, and FIG. 11 is a perspective view of the lower case 112 as viewed from another direction. As shown in these figures, the lower case 112 has a bottom surface portion 112a, a side wall portion 112b, and a fixing portion 112c.
  • the bottom surface portion 112a is a flat plate-shaped portion and abuts on the lower surface portion 121b (see FIG. 5) of the sensor housing 121.
  • the side wall portion 112b is provided on the peripheral edge of the bottom surface portion 112a in a vertical plane shape with respect to the bottom surface portion 112a, and abuts on the side surface 121c of the sensor housing 121.
  • the fixing portion 112c is provided on the side wall portion 112b and is used for fixing to the upper case 113. Further, the side wall portion 112b is provided with an opening 131 and a tubular portion 132 adjacent to each other.
  • the opening 131 is an opening that penetrates the side wall portion 112b, and when the sensor unit 111 is housed in the lower case 112, it is connected to the third opening 124 (see FIG. 5).
  • the tubular portion 132 has a tube 132a, a tube opening 132b (see FIG. 11) and a tube opening 132c (see FIG. 10).
  • the pipe 132a connects the pipe opening 132b and the pipe opening 132c.
  • the pipe opening 132b is a pipe opening that penetrates the side wall portion 112b, and when the sensor unit 111 is housed in the lower case 112, it is connected to the fourth opening 125 (see FIG. 5).
  • the pipe opening 132c is a pipe opening facing upward (+ Z direction), and is connected to the pipe opening provided in the upper case 113.
  • the upper case 113 is a member that is connected to the lower case 112 and forms an introduction space and a flow path space, and is made of, for example, resin.
  • FIG. 12 is a perspective view of the upper case 113
  • FIG. 13 is a perspective view of the upper case 113 as viewed from another direction.
  • the upper case 113 has a bottom surface portion 113a, a side wall portion 113b, an inner wall portion 113c, a fixing portion 113d, and a fixing portion 113e.
  • the bottom surface portion 113a is a flat plate-shaped portion and abuts on the top surface portion 121a of the sensor housing 121 (see FIG. 5).
  • the bottom surface portion 113a is provided with a first opening 141 and a second opening 142.
  • the first opening 141 and the second opening 142 are openings that penetrate the bottom surface portion 113a, respectively.
  • the first opening 141 is connected to the first opening 122 of the sensor housing 121 when the upper case 113 is attached to the sensor unit 111.
  • the second opening 142 is connected to the second opening 123 of the sensor housing 121 when the upper case 113 is attached to the sensor unit 111.
  • the side wall portion 113b is provided on the peripheral edge of the bottom surface portion 113a in a vertical plane shape with respect to the bottom surface portion 113a, and abuts on the side surface 121c of the sensor housing 121.
  • the side wall portion 113b is provided with an opening 113f.
  • the inner wall portion 113c is provided inside the bottom surface portion 113a in a vertical plane shape with respect to the bottom surface portion 113a, and forms an introduction space and a flow path space described later together with the side wall portion 113b.
  • the fixing portion 113d is provided on the side wall portion 113b and is used for fixing to the lower case 112.
  • the fixing portion 113e is provided on the side wall portion 113b and is used for fixing to the lid 114.
  • the side wall portion 113b is provided with a tubular portion 144.
  • the tubular portion 144 has a tube 144a, a tube opening 144b (see FIG. 13) and a tube opening 144c (see FIG. 12).
  • the pipe 144a connects the pipe opening 144b and the pipe opening 144c.
  • the pipe opening 144b is a pipe opening facing downward (-Z direction), and is connected to the pipe opening 132c (see FIG. 10) of the lower case 112.
  • the pipe opening 144c is a pipe opening that penetrates the side wall portion 113b.
  • FIG. 12 shows the introduction space 143 and the flow path space 145 formed by the upper case 113.
  • the introduction space 143 is a space between the bottom surface portion 113a, the side wall portion 113b, the inner wall portion 113c, and the opening 113f, and communicates with the first opening 141.
  • the flow path space 145 is a space between the bottom surface portion 113a, the side wall portion 113b, and the inner wall portion 113c, and is isolated from the introduction space 143 by the inner wall portion 113c.
  • the flow path space 145 communicates with the pipe opening 144c and the second opening 142.
  • the lid 114 is a member that is joined to the upper case 113 and closes the upper surface of the upper case 113 (see FIG. 3), and is made of, for example, resin.
  • the flow path space 145 is sealed by the lid 114, and the introduction space 143 is sealed except for the opening 113f (see FIG. 12).
  • a sealing member such as packing may be arranged between the lid 114 and the upper case 113.
  • the lid 114 is a flat plate-shaped member and has a fixing portion 114a provided on the peripheral edge thereof. The fixing portion 114a is used for fixing to the upper case 113.
  • the filter 181 is housed in the flow path space 145 and removes an odor component from the gas flowing through the flow path space 145.
  • the filter 181 is a filter capable of removing at least an odor component to be detected by each sensor element 154.
  • FIG. 14 is a schematic view showing a filter 181 housed in the flow path space 145. As shown in the figure, the filter 181 can be accommodated over the entire flow path space 145. Further, the filter 181 may be accommodated only in a part of the flow path space 145, but a filter 181 that occupies most of the flow path space 145 is preferable.
  • the flow path 101 (see FIG. 4) is formed by the tubular portion 132 of the lower case 112, the tubular portion 144 of the upper case 113, and the flow path space 145.
  • FIG. 15 is a schematic view showing a part of the flow path 101. As shown in the figure, the tubular portion 132 of the lower case 112 and the tubular portion 144 of the upper case 113 are joined to each other, and the tube opening 132b (see FIG. 11) and the tube opening 144c (see FIG. 12) communicate with each other.
  • FIG. 16 is a perspective view showing the flow path 101 in the flow path space 145
  • FIG. 17 is a plan view showing the shape of the flow path 101 in the flow path space 145.
  • the flow path 101 includes a first portion 101a, a second portion 101b, and a third portion 101c in the flow path space 145.
  • the first portion 101a extends in one direction (+ Y-axis direction) parallel to the bottom surface portion 113a (XY plane).
  • the second portion 101b is downstream of the first portion 101a and extends in the direction opposite to that of the first portion 101a (in the ⁇ Y axis direction).
  • the third portion 101c is downstream of the second portion 101b and extends in the same direction as the first portion 101a (+ Y-axis direction).
  • the flow path space 145 is not limited to such a shape, and may have another shape in which the flow path from the pipe opening 144c to the second opening 142 can be realized.
  • the odor detecting device 100 has the above configuration. As shown in FIG. 3, in the odor detection device 100, the lower case 112, the sensor unit 111, the upper case 113, and the lid 114 are stacked in this order, and the fixing portion 112c and the fixing portion 113d, and the fixing portion 113e and the fixing portion 114a are screwed, respectively. It is formed by being fixed by fastening or the like.
  • the flow path 101 is provided in the upper part of the sensor chamber 171, it is possible to reduce the size of the odor detection device 100 while providing the flow path 101. Further, the flow path 101 can be provided in the lower part of the sensor chamber 171.
  • the size of the odor detecting device 100 is not particularly limited, but may be, for example, a length (X-axis direction) of 70 to 90 mm, a width (Y-axis direction) of 65 to 85 mm, and a height (Z-axis direction) of 50 to 70 mm.
  • a gas flow for odor detection (hereinafter, detection flow) and a gas flow for cleaning (hereinafter, cleaning flow).
  • FIG. 18 to 22 are schematic views showing a detection flow.
  • the first pump 152 is driven and the second pump 153 is stopped.
  • this state of the odor detecting device 100 is referred to as a first state.
  • the gas flows into the sensor chamber 171 from the first suction port 172 and is discharged from the first discharge port 174. More specifically, the gas flows into the introduction space 143 from the opening 113f (see FIG. 19), passes through the first opening 141 and the first opening 122 (see FIG. 20), and passes through the first suction port 172 (see FIG. 21). ) Flows into the sensor chamber 171. Further, it is discharged from the first discharge port 174 through the third opening 124 (see FIG. 20) and the opening 131 (see FIG. 22).
  • 23 to 27 are schematic views showing a cleaning flow.
  • the first pump 152 is stopped and the second pump 153 is driven.
  • this state of the odor detecting device 100 will be referred to as a second state.
  • the gas flows from the sensor chamber 171 into the flow path 101 through the second discharge port 175, and from the flow path 101 through the second suction port 173. It flows into the sensor chamber 171. Further, the sensor chamber 171 passes through the second discharge port 175 and flows into the flow path 101 again, and thereafter circulates between the flow path 101 and the sensor chamber 171.
  • the gas flows from the sensor chamber 171 through the second discharge port 175 (see FIG. 24) and the fourth opening 125 (see FIG. 25) into the flow path 101 (see FIGS. 15 and 16). .. Further, the flow path 101 passes through the second opening 142 and the second opening 123 (see FIG. 25), flows into the sensor chamber 171 and circulates.
  • the operation of the odor detecting device 100 will be described.
  • the odor detecting device 100 detects and cleans odor components.
  • the first pump 152 is driven and the second pump 153 is stopped (first state) to generate a detection flow (see FIG. 18).
  • the outside air in the vicinity of the odor detection device 100 is sucked into the sensor chamber 171.
  • the odorous component contained in the outside air is adsorbed on the sensitive film of each sensor element 154 and detected. After the detection of odorous components, cleaning is performed.
  • the first pump 152 is stopped and the second pump 153 is driven (second state) to generate a cleaning flow (see FIG. 23).
  • the gas in the sensor chamber 171 is sucked into the flow path 101, and the odorous component in the gas is removed by the filter 181.
  • the odor component adsorbed on the sensor element 154 is gradually desorbed from the sensor element 154 as the odor component in the gas is diluted, and is removed by the filter 181.
  • the gas passes through the flow path 101 many times and the odor component is removed by the filter 181. Therefore, the odor component adsorbed on the sensor element 154 is removed, and cleaning (refresh) is performed. Is completed. Thereby, a high cleaning effect can be obtained.
  • This cleaning refreshes the sensor element 154 and enables the next detection.
  • the odor detecting device 100 it is possible to switch between the inspection flow and the cleaning flow by switching between the first pump 152 and the second pump 153, and it is not necessary to switch the valve or the pipeline.
  • the switching between the first state and the second state may be performed by the user, or may be performed by a control unit capable of controlling the drive of the first pump 152 and the second pump 153, respectively.
  • the control unit may be mounted on the control board 158 (see FIG. 6), for example.
  • FIG. 27 is a schematic diagram of an odor detecting device 200 having a conventional structure.
  • the odor detection device 200 includes a sensor chamber 271, a sensor element 254, a flow path 201, a first pump 252, a second pump 253, and a filter 281.
  • the sensor chamber 271 is provided with a first suction port 272, a second suction port 273, and a discharge port 274, and houses the sensor element 254.
  • the flow path 201 is connected to the second suction port 273, and the filter 281 is arranged in the flow path 201.
  • the first pump 252 causes gas to flow into the sensor chamber 271 from the first suction port 272.
  • the second pump 253 passes the gas through the flow path 201 and flows into the sensor chamber 271 from the second suction port 273.
  • the odor detecting device 200 when the odor component is detected, the first pump 252 is driven and the second pump 253 is stopped. As a result, the outside air flows into the sensor chamber 271 from the first suction port 272 and is discharged from the discharge port 274.
  • the sensor element 254 adsorbs and detects an odor component in a gas.
  • cleaning is executed after detecting the odor component.
  • the first pump 252 is stopped and the second pump 253 is driven.
  • the outside air passes through the flow path 201, flows into the sensor chamber 271 from the second suction port 273, and is discharged from the discharge port 274.
  • the odor component is removed by the filter 281 and the sensor element 254 is cleaned by the gas from which the odor component is removed.
  • the filter 281 needs to be a powerful filter or a filter having a large size. Further, when the amount of the odor component contained in the outside air is large, the removal effect by the filter 281 becomes small, the cleaning time becomes long, and the life of the filter 281 becomes short.
  • the gas is circulated in the flow path 101 and the sensor chamber 171 in cleaning, and the odor component is removed by the filter 181. The more the circulation is repeated, the more the odor component is removed, and it becomes possible to supply a clean gas to the sensor element 154.
  • the amount of the odor component to be removed is only the amount contained in the sensor chamber 171 and the flow path 101 at the start of cleaning and the amount adsorbed on the sensor element 154, so that the amount is large as in the conventional structure.
  • the size of the filter 181 can be reduced and the life is extended.
  • the detection flow and the cleaning flow can be switched by selecting the pump to be driven, and the operation of a valve or the like is not required, so that the control is easy. Therefore, the odor detecting device 100 has a simple structure and a high cleaning effect.
  • the odor detection device 100 has a structure in which a sensor unit 111 having a sensor chamber 171 and an upper case 113 having a filter 181 are stacked. Therefore, it is possible to reduce the size of the device.
  • the gas flowing into the first chamber 171a can be uniformly supplied over the entire second chamber 171b.
  • the gas flowing into the first chamber 171a can be uniformly supplied over the entire second chamber 171b.
  • the odor detection device 100 is composed of a sensor unit 111, a lower case 112, an upper case 113, and a lid 114, but the present invention is not limited to this, and the schematic configuration shown in FIG. 4 may be realized by another configuration. It is possible. Further, the configuration shown in FIG. 4 can be modified to the extent that the above-mentioned detection flow and cleaning flow can be executed.
  • the first pump 152 is placed in the sensor chamber 171 (near the first suction port 172).
  • the second pump 153 may also be arranged in the sensor chamber 171 (near the second suction port 173). Further, the second pump 153 may be provided upstream of the filter 181 in the flow path 101.
  • the first discharge port 174 may be provided with a check valve for preventing the inflow of outside air.

Abstract

【課題】構造が単純でクリーニング効果が高い匂い検出装置及び匂い検出方法を提供すること。 【解決手段】本発明に係る匂い検出装置は、センサ室と、流路と、第１気体送出部と、第２気体送出部とを具備する。センサ室は、センサ素子が収容され、第１吸入口と、センサ素子を介して、第１吸入口と反対側の位置に設けられた第１排出口と、第２吸入口と、センサ素子を介して、第２吸入口と反対側の位置に設けられた第２排出口とを有する。流路は、フィルタが内部にあり、第２の排出口に接続され、第２の吸入口へ接続される。第１気体送出部は、第１吸入口からセンサ室内に気体を流入させ、第１排出口から排出させる。第２気体送出部は、センサ室から第２排出口を介して流路に気体を流入させ、流路から第２吸入口を介してセンサ室に気体を流入させる。

Description

匂い検出装置及び匂い検出方法
　本発明は、気体中の匂い成分を検出する匂い検出装置及び匂い検出方法に関する。
　匂いセンサは、気体中の匂い成分を吸着する感応膜を備える。感応膜を所定の周波数で振動させ、匂い成分の吸着による周波数変動を観測することで匂い成分を検出することができる。このような匂いセンサでは、匂い成分の測定後、次回の測定までに感応膜をクリーニングし、感応膜に吸着した匂い成分を除去する必要がある。
　例えば、特許文献１には、バルブにより流路を切り替え、サンプルガスとクリーニング用空気を切り替える技術が開示されている。また、特許文献２にも被検流体と対照流体（クリーニングガス）の流路を物理的に切り替えることが可能な技術が開示されている。さらに、特許文献３には、弁の開閉を用いて流路を切り替えることで、ガスのクリーニング時にクリーンガスを循環させる技術が開示されている。また、特許文献４には、ガスクリーニング時にクリーンガス（パージガス）を循環させる技術が開示されている。
特開平１０－１７０４６１号公報 特開２０１９－１２０５６１号公報 特開２００２－３９９３９号公報 特開２０１６－９０４８４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、装置が大掛かりとなっており、バルブの切り替えも容易ではない。また、特許文献２に記載の構成では、クリーニングガスは成分が安定していることが要求されるが、空気では十分安定しているとは言えず、別途標準ガスを準備すると装置が大掛かりとなる。さらに、特許文献３に記載の構成では、弁の開閉の制御が必要となる他、具体的な流路構造は開示されていない。また、特許文献４に記載の構成では、具体的にどのように制御してグリーンガスを循環させるかは開示されていない。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、構造が単純でクリーニング効果が高い匂い検出装置及び匂い検出方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る匂い検出装置は、センサ室と、流路と、第１気体送出部と、第２気体送出部とを具備する。
　上記センサ室は、センサ素子が収容され、第１吸入口と、上記センサ素子を介して、上記第１吸入口と反対側の位置に設けられた第１排出口と、第２吸入口と、上記センサ素子を介して、上記第２吸入口と反対側の位置に設けられた第２排出口とを有する。
　上記流路は、フィルタが内部にあり、上記第２の排出口に接続され、上記第２の吸入口へ接続される。
　上記第１気体送出部は、上記第１吸入口から上記センサ室内に気体を流入させ、上記第１排出口から排出させる。
　上記第２気体送出部は、上記センサ室から上記第２排出口を介して上記流路に気体を流入させ、上記流路から上記第２吸入口を介して上記センサ室に気体を流入させる。
　上記検出装置は、上記センサ室の上部または下部に上記流路が設けられていてもよい。
　上記流路は蛇行した形状を有してもよい。
　上記流路は、第１の方向に延伸する第１部分と、上記第1部分の下流であって上記第１の方向と反対方向である第２の方向に延伸する第２部分と、上記第２部分の下流であって上記第１の方向に延伸する第３部分を有してもよい。
　上記センサ室は、上記第１吸入口及び上記第２吸入口が設けられた第１のチャンバと、上記第１のチャンバと連通し、上記第１排出口及び上記第２排出口が設けられた第２のチャンバと、上記第１のチャンバから上記第２のチャンバへの気体の流れを制限する絞り部とを有してもよい。
　上記検出装置は、上記第１気体送出部を動作させ、上記第２気体送出部を停止させる第１の状態と、上記第１気体送出部を停止させ、上記第２気体送出部を動作させる第２の状態を切り替える制御部をさらに具備してもよい。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る匂い検出方法は、検出ステップと、クリーニングステップとを含む。
　上記検出ステップは、第１気体送出部を駆動し、第２気体送出部を停止させ、匂い成分を検出するセンサ素子を収容するセンサ室に第１吸入口から気体を流入させ、第１排出口から排出させる。
　上記クリーニングステップは、上記第１気体送出部を停止させ、上記第２気体送出部を駆動し、上記センサ室に設けられた第２排出口と上記センサ室に設けられた第２吸入口を接続して上記匂い成分を除去するフィルタが内部にある流路に上記センサ室から上記第２排出口を介して気体を流入させ、上記流路から上記第２吸入口を介して上記センサ室に気体を流入させる。
　以上のように本発明によれば、構造が単純でクリーニング効果が高い匂い検出装置及び匂い検出方法を提供することが可能である。
本発明の実施形態に係る匂い検出装置の斜視図である。 上記匂い検出装置を別方向から見た斜視図である。 上記匂い検出装置の分解斜視図である。 上記匂い検出装置の概略構成を示す模式図である。 上記匂い検出装置が備えるセンサユニットの斜視図である。 上記センサユニットが備えるセンサモジュールの斜視図である。 上記センサモジュールの一部を透視した斜視図である。 上記センサモジュールの断面図である。 上記センサモジュールが備える配線基板の平面図である。 上記匂い検出装置が備える下部ケースの斜視図である。 上記下部ケースを別方向から見た斜視図である。 上記匂い検出装置が備える上部ケースの斜視図である。 上記上部ケースを別方向から見た斜視図である。 上記上部ケース及びフィルタの斜視図である。 上記匂い検出装置が備える循環流路を示す斜視図である。 上記匂い検出装置が備える循環流路を示す斜視図である。 上記匂い検出装置が備える循環流路を示す平面図である。 上記匂い検出装置の検出フローを示す模式図である。 上記上部ケースにおける検出フローを示す模式図である。 上記上部センサユニットにおける検出フローを示す模式図である。 上記センサモジュールにおける検出フローを示す模式図である。 上記下部ケースにおける検出フローを示す模式図である。 上記匂い検出装置のクリーニングフローを示す模式図である。 上記センサモジュールにおけるクリーニングフローを示す模式図である。 上記センサユニットにおけるクリーニングフローを示す模式図である。 上記下部ケースにおけるクリーニングフローを示す模式図である。 本発明の比較例に係る匂い検出装置の概略構成を示す模式図である。
　本発明の実施形態に係る匂い検出装置について説明する。
　［匂い検出装置の構成］
　図１は本実施形態に係る匂い検出装置１００の斜視図であり、図２は図１とは別方向から見た匂い検出装置１００の斜視図である。図３は匂い検出装置１００の分解斜視図であり、図４は匂い検出装置１００の概略構成を示す模式図である。なお、各図において相互に直交する３方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向とする。
　先ず、概略図である図４を説明する。図４に示すように、匂い検出装置１００は、センサ室１７１、センサ素子１５４、流路１０１、第１ポンプ１５２、第２ポンプ１５３及びフィルタ１８１を備える。センサ室１７１には第１吸入口１７２、第２吸入口１７３、第１排出口１７４及び第２排出口１７５が設けられており、センサ素子１５４が収容されている。
　第２排出口１７５は流路１０１によって第２吸入口１７３と接続されている。第１ポンプ１５２は第１吸入口１７２からセンサ室１７１内に、測定対象の気体を流入させ、第１排出口１７４から排出させる。一方、第２ポンプ１５３は、センサ室１７１から第２排出口１７５を介して流路１０１に気体を流入させ、流路１０１から第２吸入口１７３を介してセンサ室１７１に気体を流入させる。フィルタ１８１は流路１０１内に配置されている。
　よって、測定対象の気体は、センサ室のセンサ素子１５４で測定され、その後、流路１０１内に配置されたフィルタ１８１で清浄化（クリーニング）されて、再度センサ室１７１に流入することになる。この様に、クリーニングする時には、センサ室１７１の内部の気体（空気）を複数回で循環させることができ、フィルタサイズを小さくできる。
　仮に外部からの気体をクリーニングするには、不純物を一度にクリーニングする必要があり、フィルタの量が多くなるが、循環させると何回も同じフィルタ１８１を通るため、フィルタ１８１の量を減らせ、その分のフィルタサイズを小さくでき、結果的には、サイズを小さくすることができる。循環させる度にクリーン度が増すため、クリーン度が高いクリーニングガスでセンサをリフレッシュできる。よって、センサ素子１５４の寿命を高めることができる。クリーニングガスは、余分な成分が混入されず、クリーン度が安定していることが要求されるが、この循環により、安定した気体を供給できる。
　これらの構成は、図３に示すセンサユニット１１１、下部ケース１１２、上部ケース１１３及び蓋１１４によって形成されている。センサユニット１１１は、センサモジュール１５０を内蔵する。図５はセンサユニット１１１の斜視図であり、図６はセンサモジュール１５０の斜視図である。
　センサユニット１１１は、センサ筐体１２１を有する。図５に示すように、センサ筐体１２１は、センサモジュール１５０を収容する中空の箱状部材である。センサ筐体１２１は、直方体形状を有し、上面１２１ａ、下面１２１ｂ及び側面１２１ｃを有する。上面１２１ａと下面１２１ｂは対向した位置にある。直方体形状の場合は、側面１２１ｃは４つの面からなる。
　上面１２１ａには第１開口１２２及び第２開口１２３が設けられている。側面１２１ｃの一面には、第３開口１２４及び第４開口１２５が設けられている。第１開口１２２及び第２開口１２３から気体が入り、第３開口１２４及び第４開口１２５から排出される。側面１２１ｃのうち第３開口１２４及び第４開口１２５が設けられた面とその対向面はアルミニウムからなり、他の面は樹脂からなるものとすることができる。上面１２１ａ及び下面１２１ｂはアルミニウムからなるものとすることができる。
　図６に示すように、センサモジュール１５０は、ケース１５１、第１ポンプ１５２、第２ポンプ１５３及びセンサ素子１５４を備える。図７乃至図９はセンサモジュール１５０の内部構造を示す図であり、図７は、ケース１５１を透視した斜視図、図８はセンサモジュール１５０の断面図、図９は配線基板１６１の内側の平面図である。図８に示すように、ケース１５１は、配線基板１６１と、ケース本体１６２とを有し、これらを組み合わせて構成される。
　図８に示すように配線基板１６１は、センサ素子１５４が搭載される第１主面１６１ａと、その反対側の第２主面１６１ｂとを有する。第１主面１６１ａは、ケース本体１６２と対向する内側の主面であり、ケース本体１６２の内面と配線基板１６１の第１主面１６１ａで内部空間を構成する。また、第２主面１６１ｂは、外側の主面である。
　配線基板１６１は、Ｘ軸方向を長辺とする矩形の基板であり、第１主面１６１ａおよび第２主面１６１ｂに形成された配線層を有する両面配線基板である。配線基板１６１は、典型的には、ガラスエポキシ基板であるが、これ以外にも、セラミック基板やメタル基板等の他のリジッド性を有する基板が採用可能である。
　ケース本体１６２は、略直方体の形状のうち１つの面が取り除かれて開口をなす形状のものである。この開口は、配線基板１６１と接する側が開口され、開口端部１６２ａが設けられている。本実施形態においては、Ｘ-Ｙ面に平行な一つの面が取り除かれて開口をなす形状である。このケース本体１６２の開口をなす側壁の下端部である開口端部１６２ａが、配線基板１６１の第１主面１６１ａの周縁部に気密性を保つように接着固定される。ケース本体１６２は、底部１６２ｂ（空間壁）を有し、底部１６２ｂは配線基板１６１の第１主面１６１ａと対向する位置にある。こうして、配線基板１６１とケース本体１６２との間にセンサ室１７１が形成される。
　本実施形態においてケース本体１６２は、複数のネジ１５５（図６参照）によって配線基板１６１と固定される。配線基板１６１の第１主面１６１ａとケース本体１６２の開口端部１６２ａとの間に図示しないシール部材（パッキンなど）が配置されることで、配線基板１６１とケース本体１６２との間の気密性が確保される。ケース本体１６２は、例えば、合成樹脂材料の射出成型体である。樹脂材料の種類は特に限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレンである。
　ケース１５１（図６参照）は、センサ室１７１、第１吸入口１７２、第２吸入口１７３、第１排出口１７４及び第２排出口１７５を有する。第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３は配線基板１６１に設けられ、第１排出口１７４及び第２排出口１７５はケース本体１６２に設けられる。ケース１５１は第１吸入口１７２、第２吸入口１７３、第１排出口１７４及び第２排出口１７５以外の開口を有しない。
　センサ室１７１（図８参照）は、第１チャンバ１７１ａと第２チャンバ１７１ｂとを有する。第１チャンバ１７１ａは、第１主面１６１ａと底面１６２ｃの間に形成され、第２チャンバ１７１ｂは第１主面１６１ａと底面１６２ｄの間に形成されている。第１チャンバ１７１ａは第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３と連通し、第２チャンバ１７１ｂは、第１排出口１７４及び第２排出口１７５と連通する。
　図８に示すように、第１チャンバ１７１ａにおける第１主面１６１ａと底面１６２ｃの距離を距離Ｄ１とし、第２チャンバ１７１ｂにおける第１主面１６１ａと底面１６２ｄの距離を距離Ｄ２とすると、距離Ｄ１は距離Ｄ２より大きいものとすることができる。これにより、第１チャンバ１７１ａと第２チャンバ１７１ｂの境界には段部１６２ｅが形成されている。
　段部１６２ｅは第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３と第１排出口１７４及び第２排出口１７５の間にＹ軸方向に沿って延伸する壁面であり、第１チャンバ１７１ａから第２チャンバ１７１ｂへ流れる気体の流路を制限する絞りとして機能する。
　具体的には、第１吸入口１７２又は第２吸入口１７３から第１チャンバ１７１ａに流入した気体は、段部１６２ｅにより第２チャンバ１７１ｂへの流入が制限される結果、第１チャンバ１７１ａ内を乱流状態で等方的に拡散する。さらに、第１チャンバ１７１ａに流入した気体は、段部１６２ｅによる絞りによって層流状態で第２チャンバ１７１ｂへ流入する。
　これにより、第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３の位置に関係なく、第１チャンバ１７１ａに流入した気体を第２チャンバ１７１ｂの全域にわたって均一に供給することができる。また、第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３が第１チャンバ１７１ａの底部（底面１６２ｃ）に対向するように配線基板１６１に設けられているため、第１チャンバ１７１ａにおける気体の拡散効果をより高めることができる。
　なお、段部１６２ｅは必ずしも設けられなくてもよく、底面１６２ｃと底面１６２ｄは同一面上であってもよい。また、底面１６２ｃと底面１６２ｄが同一面上の場合でも、底面１６２ｃと底面１６２ｄの間に、底部１６２ｂから第１主面１６１ａに向かって延伸する壁を設け、段部１６２ｅと同等の絞り機能を持たせてもよい。
　第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３は、それぞれ配線基板１６１に設けられた貫通孔である。第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３の形状は図示する矩形に限られず、円形であってもよい。第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３の形成位置は図９に示すように、配線基板１６１の一方側（－Ｘ軸方向側）の領域に、Ｙ軸方向に隣接するように設けられるものとすることができる。
　第１排出口１７４及び第２排出口１７５は、それぞれケース本体１６２に設けられた貫通孔である。第１排出口１７４及び第２排出口１７５の形状は図示する円形に限られず、矩形等であってもよい。また、第１排出口１７４と第２排出口１７５の大きさは同程度が好適である。第１排出口１７４及び第２排出口１７５の形成位置は、図９に示すように、ケース本体１６２の他方側（＋Ｘ軸方向側）の側壁に、Ｙ軸方向に隣接するように設けられるものとすることができる。
　第１吸入口１７２、第２吸入口１７３、第１排出口１７４及び第２排出口１７５の位置関係は特に限定されないが、第１吸入口１７２と第１排出口１７４はセンサ室１７１においてセンサ素子１５４を挟んで反対側に位置するものが好適である。また、第２吸入口１７３と第２排出口１７５もセンサ室１７１においてセンサ素子１５４を挟んで反対側に位置するものが好適である。具体的には、図８に示すように、第１吸入口１７２と第２吸入口１７３は、配線基板１６１の長手方向（Ｘ軸方向）の一端に近接して配置され、第１排出口１７４及び第２排出口１７５は配線基板１６１の長手方向（Ｘ軸方向）の他端に接合される側壁１６２ｆに設けられるものとすることができる。第１吸入口１７２及び第２吸入口１７３と、第１排出口１７４及び第２排出口１７５を、センサ素子１５４を介して反対側の位置とすることにより、センサ素子１５４に効率よく気体を流入させることができる。
　第１ポンプ１５２は、第１吸入口１７２に設けられ、第１吸入口１７２からセンサ室１７１内に気体を送出する。第２ポンプ１５３は、第２吸入口１７３に設けられ、第２吸入口１７３からセンサ室１７１内に気体を送出する。第１ポンプ１５２及び第２ポンプ１５３は、配線基板１６１の第２主面１６１ｂに配置することができる。第１ポンプ１５２及び第２ポンプ１５３の種類は特に限定されないが、動作停止中は気体を通しにくいものが好適であり、特にダイアフラムポンプが好適である。なお、匂い検出装置１００は、第１ポンプ１５２の代わりに気体の送出が可能なものを備えてもよい。例えば、ファンを備えていてもよい。また、匂い検出装置１００は、第２ポンプ１５３の代わりに気体の送出が可能なものを備えていてもよい。例えば、ファンを備えていてもよい。
　センサ素子１５４は、匂い成分を検出する。センサ素子１５４は、例えばＱＣＭ(Quartz Crystal Microbalance：水晶振動子マイクロバランス)センサを用いることができる。ＱＣＭセンサは、水晶振動子の電極表面に検出対象成分を吸着するための感応膜が設けられた構成を有する。水晶振動子の電極表面に検出対象成分が吸着すると、その質量に応じて共振周波数が変動する（下がる）ため、微量な質量変化を検出することができる。ＱＣＭセンサは感応膜の材料により異なる成分を検出することが可能であり、センサ素子１５４はそれぞれが異なる匂い成分を検出可能なものとすることができる。なお、センサ素子１５４は、ＱＣＭセンサ以外のセンサであってもよい。
　センサ素子１５４が検出する匂い成分は、典型的には高分子化合物等の空気中において比較的重い分子であるが、特に限定されない。センサ素子１５４が検出する匂い成分は人間が嗅覚で感知可能な成分に限られず、気体中に存在する化学種であればよい。
　センサモジュール１５０は８個のセンサ素子１５４を有し、センサ素子１５４毎に異なる感応膜が用いることにより、８種類の匂い成分が検出可能である。なお、１種類の匂い成分を１つのセンサ素子１５４で検出する例に限られず、１種類の匂い成分を複数のセンサ素子１５４で検出するようにしてもよい。また、１つのセンサ素子１５４で複数種の匂い成分を検出可能に構成されてもよい。この場合、匂い成分に応じて感度が異なる感応膜を用いるのが好ましい。
　センサ素子１５４は、センサ室１７１に面する配線基板１６１の第１主面１６１ａに搭載される。本実施形態では、８個のセンサ素子１５４が２行４列で配置された例を示しているが、レイアウトはこれに限られない。また、センサ素子１５４の数は８個に限られず、検出対象の成分の数に応じて任意に設定可能であり、１個であってもよい。
　配線基板１６１の第１主面１６１ａには、温度センサ１５６および湿度センサ１５７がそれぞれ搭載されてもよい。温度センサ１５６および湿度センサ１５７の実装領域は特に限定されず、本実施形態では、センサ素子１５４と第１排出口１７４及び第２排出口１７５の間の任意の領域に配置される。センサ素子１５４のＱＣＭ特性に温度依存性がある場合、温度センサ１５６の出力に基づいて当該センサ素子１５４の出力の補正が行われる。
　また、湿度センサ１５７は、例えば水蒸気の検出センサとして使用されてもよい。温度センサ１５６には例えばサーミスタが、湿度センサ１５７には例えば水蒸気に対して吸着性を有する感応膜を備えたＱＣＭセンサが適用可能である。
　図６に示すように、配線基板１６１の第２主面１６１ｂ側には制御基板１５８が設置される。制御基板１５８には電源回路や信号処理回路が接続されている。制御基板１５８は配線基板１６１と電気的に接続されており、配線基板１６１上の配線層を介して各センサ素子１５４、第１ポンプ１５２、第２ポンプ１５３、温度センサ１５６及び湿度センサ１１５７へ必要な電力を供給する。
　信号処理回路は、各センサ素子１５４、温度センサ１５６及び湿度センサ１５７の出力に基づいて、センサ室１７１内における検出対象成分の有無、種類、量などを検出する。なお、制御基板１５８には、上記素子あるいはセンサのほか、他の電子部品（例えば、第１ポンプ１５２及び第２ポンプ１５３の駆動回路等）が搭載されてもよい。
　センサモジュール１５０下記に述べる構成を有する。センサモジュール１５０は上記のようにセンサ筐体１２１（図５参照）に収容され、配線基板１６１が上面１２１ａ側となる向き（図６とは表裏反対）でセンサ筐体１２１に固定される。これにより、第１吸入口１７２は第１ポンプ１５２を挟んで第１開口１２２と接続され、第２吸入口１７３は第２ポンプ１５３を挟んで第２開口１２３と接続される。また、第１排出口１７４は第３開口１２４と接続され、第２排出口１７５は第４開口１２５と接続される。
　下部ケース１１２は、センサユニット１１１を保持する部材であり、例えば樹脂からなる。図１０は下部ケース１１２の斜視図であり、図１１は別方向から見た下部ケース１１２の斜視図である。これらの図に示すように下部ケース１１２は、底面部１１２ａ、側壁部１１２ｂ及び固定部１１２ｃを有する。
　底面部１１２ａは平板状部分であり、センサ筐体１２１の下面１２１ｂ（図５参照）に当接する。側壁部１１２ｂは、底面部１１２ａの周縁に底面部１１２ａに対して垂直面状に設けられ、センサ筐体１２１の側面１２１ｃに当接する。固定部１１２ｃは、側壁部１１２ｂに設けられ、上部ケース１１３との固定に用いられる。さらに、側壁部１１２ｂには、開口１３１と管状部１３２が隣接して設けられている。
　開口１３１は、側壁部１１２ｂを貫通する開口であり、センサユニット１１１が下部ケース１１２に収容されると、第３開口１２４（図５参照）に接続される。管状部１３２は、管１３２ａ、管口１３２ｂ（図１１参照）及び管口１３２ｃ（図１０参照）を有する。管１３２ａは管口１３２ｂと管口１３２ｃを接続する。管口１３２ｂは、側壁部１１２ｂを貫通する管口であり、センサユニット１１１が下部ケース１１２に収容されると、第４開口１２５（図５参照）に接続される。管口１３２ｃは、上方（＋Ｚ方向）に臨む管口であり、上部ケース１１３が備える管口と接続される。
　上部ケース１１３は、下部ケース１１２と接続され、導入空間及び流路空間を形成する部材であり、例えば樹脂からなる。図１２は上部ケース１１３の斜視図であり、図１３は別方向から見た上部ケース１１３の斜視図である。
　これらの図に示すように上部ケース１１３は、底面部１１３ａ、側壁部１１３ｂ、内壁部１１３ｃ、固定部１１３ｄ及び固定部１１３ｅを有する。底面部１１３ａは平板状部分であり、センサ筐体１２１（図５参照）の上面１２１ａに当接する。底面部１１３ａには、第１開口１４１及び第２開口１４２が設けられている。第１開口１４１及び第２開口１４２はそれぞれ底面部１１３ａを貫通する開口である。
　第１開口１４１は、上部ケース１１３がセンサユニット１１１に装着されると、センサ筐体１２１の第１開口１２２に接続される。第２開口１４２は、上部ケース１１３がセンサユニット１１１に装着されると、センサ筐体１２１の第２開口１２３に接続される。
　側壁部１１３ｂは、底面部１１３ａの周縁に底面部１１３ａに対して垂直面状に設けられ、センサ筐体１２１の側面１２１ｃに当接する。側壁部１１３ｂには開口１１３ｆが設けられている。内壁部１１３ｃは、底面部１１３ａの内部に底面部１１３ａに対して垂直面状に設けられ、側壁部１１３ｂと共に後述する導入空間及び流路空間を形成する。固定部１１３ｄは、側壁部１１３ｂに設けられ、下部ケース１１２との固定に用いられる。固定部１１３ｅは、側壁部１１３ｂに設けられ、蓋１１４との固定に用いられる。
　さらに、側壁部１１３ｂには、管状部１４４が設けられている。管状部１４４は、管１４４ａ、管口１４４ｂ（図１３参照）及び管口１４４ｃ（図１２参照）を有する。管１４４ａは管口１４４ｂと管口１４４ｃを接続する。管口１４４ｂは、下方（－Ｚ方向）に臨む管口であり、下部ケース１１２の管口１３２ｃ（図１０参照）と接続される。管口１４４ｃは、側壁部１１３ｂを貫通する管口である。
　図１２において、上部ケース１１３が形成する導入空間１４３及び流路空間１４５を示す。導入空間１４３は底面部１１３ａ、側壁部１１３ｂ、内壁部１１３ｃ及び開口１１３ｆの間の空間であり、第１開口１４１に連通する。流路空間１４５は、底面部１１３ａ、側壁部１１３ｂ及び内壁部１１３ｃの間の空間であり、内壁部１１３ｃによって導入空間１４３とは隔離されている。流路空間１４５は、管口１４４ｃ及び第２開口１４２に連通する。
　蓋１１４は、上部ケース１１３に接合され、上部ケース１１３の上面を閉塞する（図３参照）部材であり、例えば樹脂からなる。蓋１１４により、流路空間１４５は封止され、導入空間１４３は開口１１３ｆを除いて封止される（図１２参照）。なお、蓋１１４と上部ケース１１３の間には、パッキン等のシール部材が配置されてもよい。蓋１１４は平板状部材であり、周縁に設けられた固定部１１４ａを有する。固定部１１４ａは、上部ケース１１３との固定に用いられる。
　フィルタ１８１は、流路空間１４５に収容され、流路空間１４５を流れる気体から匂い成分を除去する。フィルタ１８１は、少なくとも各センサ素子１５４の検出対象である匂い成分を除去可能なフィルタである。図１４は、流路空間１４５に収容されたフィルタ１８１を示す模式図である。同図に示すようにフィルタ１８１は、流路空間１４５の全体にわたって収容されたものとすることができる。また、フィルタ１８１は、流路空間１４５の一部のみに収容されてもよいが、流路空間１４５の多くを占めるものが好適である。
　［流路について］
　匂い検出装置１００では、下部ケース１１２の管状部１３２、上部ケース１１３の管状部１４４及び流路空間１４５によって流路１０１（図４参照）が形成される。図１５は、流路１０１の一部を示す模式図である。同図に示すように、下部ケース１１２の管状部１３２と上部ケース１１３の管状部１４４が接合され、管口１３２ｂ（図１１参照）と管口１４４ｃ（図１２参照）が連通する。
　これにより、第２排出口１７５（図７参照）から管状部１３２、管状部１４４及び流路空間１４５を経由し、第２吸入口１７３に到る流路１０１（図４参照）が形成される。図１６は、流路空間１４５における流路１０１を示す斜視図であり、図１７は、流路空間１４５における流路１０１の形状を示す平面図である。
　図１７に示すように、流路１０１は流路空間１４５において、第１部分１０１ａ、第２部分１０１ｂ及び第３部分１０１ｃを含む。第１部分１０１ａは底面部１１３ａ（Ｘ－Ｙ平面）と平行な一方向（＋Ｙ軸方向）に延伸する。第２部分１０１ｂは第１部分１０１ａの下流であって、第１部分１０１ａとは反対方向（－Ｙ軸方向）に延伸する。第３部分１０１ｃは第２部分１０１ｂの下流であって第１部分１０１ａと同方向（＋Ｙ軸方向）に延伸する。
　このように流路１０１を蛇行した形状とすることにより、上部ケース１１３の大きさの範囲内で流路１０１の長さをできるだけ長くすることができる。なお、流路空間１４５はこのような形状に限られず、管口１４４ｃから第２開口１４２に到る流路が実現可能な他の形状であってもよい。
　匂い検出装置１００は以上のような構成を有する。図３に示すように、匂い検出装置１００は下部ケース１１２、センサユニット１１１、上部ケース１１３及び蓋１１４がこの順に積み重ねられ、固定部１１２ｃと固定部１１３ｄ、固定部１１３ｅと固定部１１４ａがそれぞれネジ留め等により固定されることにより形成される。
　この構造ではセンサ室１７１の上部に流路１０１が設けられるため、流路１０１を設けながら匂い検出装置１００のサイズを小型化することが可能である。また、流路１０１はセンサ室１７１の下部に設けることも可能である。匂い検出装置１００のサイズは特に限定されないが、例えば長さ（Ｘ軸方向）７０～９０ｍｍ、幅（Ｙ軸方向）６５～８５ｍｍ、高さ（Ｚ軸方向）５０～７０ｍｍとすることができる。
　［気体の流れについて］
　匂い検出装置１００では、匂い検出用の気体の流れ（以下、検出フロー）と、クリーニング用の気体の流れ（以下、クリーニングフロー）の２種類の気体の流れが形成される。
　図１８乃至図２２は、検出フローを示す模式図である。検出フローでは、第１ポンプ１５２が駆動され、第２ポンプ１５３は停止される。以下、匂い検出装置１００のこの状態を第１の状態とする。第１の状態では、図１８に矢印Ｆ１で示すように、気体は第１吸入口１７２からセンサ室１７１内に流入し、第１排出口１７４から排出される。より具体的には、気体は開口１１３ｆ（図１９参照）から導入空間１４３に流入し、第１開口１４１及び第１開口１２２（図２０参照）を通過して第１吸入口１７２（図２１参照）からセンサ室１７１内に流入する。さらに、第１排出口１７４から第３開口１２４（図２０参照）及び開口１３１（図２２参照）を通過して排出される。
　図２３乃至図２７は、クリーニングフローを示す模式図である。クリーニングフローでは、第１ポンプ１５２は停止され、第２ポンプ１５３が駆動される。以下、匂い検出装置１００のこの状態を第２の状態とする。第２の状態では、図２３に矢印Ｆ２で示すように、気体は、センサ室１７１から第２排出口１７５を介して流路１０１に流入し、流路１０１から第２吸入口１７３を介してセンサ室１７１に流入する。さらに、センサ室１７１から第２排出口１７５を通過して流路１０１に再度流入し、以降、流路１０１とセンサ室１７１を循環する。
　より具体的には、気体はセンサ室１７１から第２排出口１７５（図２４参照）及び第４開口１２５（図２５参照）を通過して流路１０１（図１５、図１６参照）に流入する。さらに、流路１０１から第２開口１４２及び第２開口１２３（図２５参照）を通過してセンサ室１７１に流入し、循環する。
　［匂い検出装置の動作］
　匂い検出装置１００の動作について説明する。匂い検出装置１００では匂い成分の検出とクリーニングを行う。匂い成分の検出では上記のように、第１ポンプ１５２を駆動し、第２ポンプ１５３を停止する（第１の状態）ことにより検出フロー（図１８参照）を発生させる。これにより、匂い検出装置１００の近傍の外気がセンサ室１７１内に吸入される。各センサ素子１５４の感応膜に外気に含まれる匂いの成分が吸着され、検出される。匂い成分の検出後、クリーニングが実行される。
　クリーニングでは上記のように、第１ポンプ１５２を停止し、第２ポンプ１５３を駆動する（第２の状態）ことによりクリーニングフロー（図２３参照）を発生させる。これにより、センサ室１７１内の気体は流路１０１に吸入され、気体中の匂い成分はフィルタ１８１により除去される。センサ素子１５４に吸着している匂い成分は気体中の匂い成分の希薄化に伴い、センサ素子１５４から次第に脱離し、フィルタ１８１により除去される。一定時間クリーニングを実行することにより、気体が何度も流路１０１を通過し、フィルタ１８１によって匂い成分が除去されるため、センサ素子１５４に吸着している匂い成分が除去され、クリーニング（リフレッシュ）が完了する。これにより、高いクリーニング効果を得ることができる。このクリーニングによりセンサ素子１５４がリフレッシュされ、次回の検出を行うことが可能となる。
　なお、検出フロー（図１８参照）の実行時においては、流路１０１は閉ざされた経路であるため気体が流れず、検出対象の匂い成分がフィルタ１８１により除去されることはない。また、クリーニングフロー（図２３参照）の実行時においては、第１排出口１７４又は停止中の第１ポンプ１５２を介してセンサ室１７１内に外気が入り得る。
　しかしながら、第１ポンプ１５２をダイアフラムポンプ等の停止中に気体を通しにくいものとすることにより、第１ポンプ１５２からの外気の流入を防止することができる。また、第１排出口１７４から外気が流入する場合も、センサ室１７１からの出口は第１ポンプ１５２のみであるため、第１ポンプ１５２を停止中に気体を通しにくいものとすることにより、センサ室１７１への外気の流入をほとんど防止することができる。
　したがって、匂い検出装置１００では、第１ポンプ１５２と第２ポンプ１５３の切り替えによって検査フローとクリーニングフローを切り替えることが可能であり、バルブや管路の切り替えが不要である。なお、第１の状態と第２の状態の切り替えはユーザが行ってもよく、第１ポンプ１５２と第２ポンプ１５３の駆動をそれぞれ制御することが可能な制御部によって行ってもよい。制御部は例えば、制御基板１５８（図６参照）に実装されるものとすることができる。
　［匂い検出装置の効果］
　匂い検出装置１００の効果を従来構造との比較の上で説明する。図２７は、従来構造を有する匂い検出装置２００の模式図である。同図に示すように匂い検出装置２００は、センサ室２７１、センサ素子２５４、流路２０１、第１ポンプ２５２、第２ポンプ２５３及びフィルタ２８１を備える。
　センサ室２７１には第１吸入口２７２、第２吸入口２７３及び排出口２７４が設けられており、センサ素子２５４が収容されている。流路２０１は第２吸入口２７３に接続されており、流路２０１中にはフィルタ２８１が配置されている。第１ポンプ２５２は第１吸入口２７２からセンサ室２７１内に気体を流入させる。第２ポンプ２５３は気体を、流路２０１を通過させて第２吸入口２７３からセンサ室２７１内に流入させる。
　匂い検出装置２００では、匂い成分の検出を実行する際、第１ポンプ２５２を駆動させ、第２ポンプ２５３を停止させる。これにより、外気は第１吸入口２７２からセンサ室２７１内に流入し、排出口２７４から排出される。センサ素子２５４は気体中の匂い成分を吸着し、検出する。
　匂い検出装置２００においても、匂い成分の検出後、クリーニングが実行される。クリーニングでは、第１ポンプ２５２を停止させ、第２ポンプ２５３を駆動させる。これにより、外気は流路２０１を通過して第２吸入口２７３からセンサ室２７１内に流入し、排出口２７４から排出される。外気が流路２０１を通過する際、フィルタ２８１により匂い成分が除去され、匂い成分が除去された気体によりセンサ素子２５４がクリーニングされる。
　ここで、匂い検出装置２００では上記のように、フィルタ２８１により流路２０１に流入する外気から匂い成分を除去する必要がある。除去すべき匂い成分の分量は環境によっては多量となり、クリーニング時間の経過に伴ってフィルタ２８１に吸着する匂い成分の分量も増加し続ける。このため、フィルタ２８１は強力なフィルタあるいはサイズが大きいフィルタとする必要がある。また、外気に含まれる匂い成分が多量の場合、フィルタ２８１による除去効果が小さくなり、クリーニング時間も長くなる上、フィルタ２８１の寿命も短くなる。
　一方、クリーニングに外気を利用せず、別途クリーンガスをセンサ室内に供給してクリーニングを行うことも可能である。この場合、バルブ等により検出用流路とクリーンガス流路を切り替える必要があり、装置が複雑で大掛かりとなる。
　これに対し、匂い検出装置１００では、クリーニングにおいて図２３に示すように、流路１０１とセンサ室１７１で気体を循環させ、フィルタ１８１により匂い成分を除去する。循環を重ねるほど匂い成分が除去され、クリーンな気体をセンサ素子１５４に供給することが可能となる。
　また、除去すべき匂い成分の分量はクリーニング開始時にセンサ室１７１及び流路１０１内に含まれていた分量と、センサ素子１５４に吸着している分量のみとなるため、従来構造のように多量とならず、フィルタ１８１のサイズを小さくすることができ、寿命も長くなる。さらに、検出フローとクリーニングフローは駆動するポンプの選択によって切り替えることが可能であり、バルブ等の操作が不要であるため、制御が容易である。したがって、匂い検出装置１００は、構造が単純でクリーニング効果が高いものである。
　加えて、匂い検出装置１００では、センサ室１７１を備えるセンサユニット１１１とフィルタ１８１を備える上部ケース１１３が積み重ねられた構造を有している。このため、装置の小型化が実現可能である。
　さらに、センサ室１７１において絞り機能を有する段部１６２ｅを設けることにより、第１チャンバ１７１ａに流入させた気体を第２チャンバ１７１ｂの全体にわたって均一に供給することができる。これにより、上記検出フローでは、外気を複数のセンサ素子１５４に均一に供給し、検出精度を向上させることが可能である。また、上記クリーニングフローでは、各センサ素子１５４に吸着している匂い成分を速やかに除去することが可能となる。
　［変形例］
　匂い検出装置１００はセンサユニット１１１、下部ケース１１２、上部ケース１１３及び蓋１１４によって構成されるものとしたが、これに限られず、図４に示す概略構成を実現可能な他の構成とすることも可能である。また、上述した検出フロー及びクリーニングフローを実行可能な範囲で図４に示す構成を変形することも可能であり、例えば、第１ポンプ１５２はセンサ室１７１の室内（第１吸入口１７２近傍）に配置してもよく、第２ポンプ１５３もセンサ室１７１の室内（第２吸入口１７３近傍）に配置してもよい。また、第２ポンプ１５３は流路１０１においてフィルタ１８１の上流に設けてもよい。さらに、第１排出口１７４には、外気の流入を防止する逆止弁を設けてもよい。
　１００…検出装置
　１０１…循環流路
　１１１…センサユニット
　１１２…下部ケース
　１１３…上部ケース
　１１４…蓋
　１５０…センサモジュール
　１５１…ケーシング
　１５２…第１ポンプ
　１５３…第２ポンプ
　１５４…センサ素子
　１７１…センサ室
　１７２…第１吸入口
　１７３…第２吸入口
　１７４…第１排出口
　１７５…第２排出口
　１８１…フィルタ

Claims (7)

  1. 　センサ素子が収容され、第１吸入口と、前記センサ素子を介して前記第１吸入口と反対側の位置に設けられた第１排出口と、第２吸入口と、前記センサ素子を介して前記第２吸入口と反対側の位置に設けられた第２排出口とを有するセンサ室と、
    　フィルタが内部にあり、前記第２の排出口に接続され、前記第２の吸入口へ接続される流路と、
    　前記第１吸入口から前記センサ室内に気体を流入させ、前記第１排出口から排出させる第１気体送出部と、
    　前記センサ室から前記第２排出口を介して前記流路に気体を流入させ、前記流路から前記第２吸入口を介して前記センサ室に気体を流入させる第２気体送出部と
    　を具備する匂い検出装置。
  2. 　請求項１に記載の匂い検出装置であって、
    　前記センサ室の上部または下部に前記流路が設けられる
    　匂い検出装置。
  3. 　請求項２に記載の匂い検出装置であって、
    　前記流路は蛇行した形状を有する
    　匂い検出装置。
  4. 　請求項３に記載の匂い検出装置であって、
    　前記流路は、第１の方向に延伸する第１部分と、前記第1部分の下流であって前記第１の方向と反対方向である第２の方向に延伸する第２部分と、前記第２部分の下流であって前記第１の方向に延伸する第３部分を有する
    　匂い検出装置。
  5. 　請求項１から４のうちいずれか1項に記載の匂い検出装置であって、
    　前記センサ室は、前記第１吸入口及び前記第２吸入口が設けられた第１のチャンバと、前記第１のチャンバと連通し、前記第１排出口及び前記第２排出口が設けられた第２のチャンバと、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの気体の流れを制限する絞り部とを有する
    　匂い検出装置。
  6. 　請求項１から５のうちいずれか1項に記載の匂い検出装置であって、
    　前記第１気体送出部を動作させ、前記第気体送出部を停止させる第１の状態と、前記第１気体送出部を停止させ、前記第２気体送出部を動作させる第２の状態を切り替える制御部と
    　をさらに具備する匂い検出装置。
  7. 　第１気体送出部を駆動し、第２気体送出部を停止させ、匂い成分を検出するセンサ素子を収容するセンサ室に第１吸入口から気体を流入させ、第１排出口から排出させる検出ステップと、
    　前記第１気体送出部を停止させ、前記第２気体送出部を駆動し、前記センサ室に設けられた第２排出口と前記センサ室に設けられた第２吸入口を接続して前記匂い成分を除去するフィルタが内部にある流路に前記センサ室から前記第２排出口を介して気体を流入させ、前記流路から前記第２吸入口を介して前記センサ室に気体を流入させるクリーニングステップと
    　を含む匂い検出方法。
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