CN100350237C

CN100350237C - 质子导体气体传感器

Info

Publication number: CN100350237C
Application number: CNB038182815A
Authority: CN
Inventors: 井上智弘; 大越秀树; 兼安一成
Original assignee: Figaro Engineering Inc
Current assignee: Figaro Engineering Inc
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: US20060120924A1; CN1672042A; AU2003252275A1; WO2004011923A1; US7393505B2

Abstract

在蓄水槽中使用即使在高温下也不会溶胶化的凝胶体，使质子导体气体传感器的高温耐久性提高。向二氧化硅的微粒子加水，同时施加剪切力并搅拌而使其凝胶化。把该凝胶体(34)收纳在质子导体气体传感器(2)的蓄水槽中，并从水蒸气导入孔(30)供给至MEA(10)。

Description

质子导体气体传感器

技术领域

本发明涉及质子导体气体传感器，特别是涉及其蓄水槽。

背景技术

专利文献1：特开2000-146908(美国专利6200443)

专利文献2：美国专利5650,054

专利文献3：美国专利4820,386

专利文献4：特开2002-350393

专利文献1～3公开了具有蓄水槽的质子导体气体传感器的结构。在专利文献1中，分别在质子导体膜的内外设置检测电极和对电极(対極)作为MEA(membrane electrode assembly：膜电极组件)，由疏水性的多孔的导电性碳片夹住MEA。上下的碳片由具有开口的一对金属板夹着，并由密封垫片固定在蓄水槽的金属罐上。蓄水槽的水蒸气从下部金属板的开口经疏水性的碳片到达对电极，周围氛围气从上部金属板的开口到达检测电极。由此检测电极和对电极发生必需的电极反应，根据电动势及电流值，可以检测出周围氛围气中的检测对象气体。

但是在蓄水槽中收纳液体的水时，由于蓄水槽温度的急剧上升会导致蓄水槽内的空气膨胀，产生水被挤出的问题。因此考虑使水凝胶化(专利文献3)，但由于在聚丙烯酸系等吸水性聚合物中含有Na⁺等金属离子，因此会产生污染MEA的问题。发明者因此研究了把天然高分子作为胶凝剂，但发现在高温下凝胶体会溶胶化，对传感器输出产生影响。因此，需要金属离子含有量少且高温下不溶胶化的凝胶体。此外为了延长蓄水槽的有效寿命，优选可以保持水的量大的胶凝剂。

在专利文献2中，把金属罐的下部作为蓄水槽，在其上部配置垫圈，把MEA置于垫圈上，在MEA的上侧配置盖子。其结果，金属罐被连接至对电极，盖子被连接至检测电极。

发明内容

发明的课题

本发明的课题为：通过在蓄水槽中使用即使高温也不会溶胶化的凝胶体，提高质子导体气体传感器的高温耐久性。

在本发明追加的课题为：提供胶凝剂的具体的组成。

在本发明追加的课题为：不需要MEA和蓄水槽侧的金属板之间的疏水性碳片。

在本发明追加的课题为：在除去MEA和金属板之间的疏水性碳片时，利用蓄水槽侧的金属板设置气体的分配路径。

本发明的课题还有：减小质子导体气体传感器的输出偏差。

本发明的课题还有：提供质子导体气体传感器的新结构。

发明的构成

本发明为一种传感器，在具有由质子导体膜、检测电极和对电极构成的MEA的传感器主体上，从蓄水槽供给水蒸气，其特征在于，利用在分散介质的水中使分散体的无机微粒子分散而形成的凝胶体，在上述蓄水槽中蓄水。

无机粒子的组成是任意的，但优选的是，制造无机微粒子容易的二氧化硅微粒子，特别是作为保水量大的胶凝剂，优选的是，在气相中分解硅的化合物的所谓干式法的二氧化硅。

此外优选的是，上述传感器主体，除了上述MEA之外，还具有在蓄水槽侧有开口的金属板，并且使MEA与上述金属板直接接触。金属板的种类，从对质子导体膜中的磺酸等的耐蚀性的点上，优选的是不锈钢或钛及钛合金。

特别优选的是，在上述金属板的MEA侧表面上设置气体分配用的凹凸。凹凸的形状任意，例如在金属板的周边侧和中心侧之间，设置气体流路。

发明的作用和效果

在本发明中，对质子导体气体传感器的蓄水槽使用凝胶化了的水，对其胶凝剂使用二氧化硅或氧化铝等无机微粒子。这种胶凝剂一次粒子直径例如约为5～50nm，凝胶化后，一次粒子连锁为链状，形成网状的结构体(网状结构)。水在网内保持，胶凝剂的链与链之间被分散介质的水充满。并且在连续相的水中胶凝剂的链网状地存在，通过该网而凝胶化。

在这种胶凝剂中例如具有二氧化硅的微粒子、氧化铝的微粒子或二氧化钛的微粒子等，特别优选的是通过在气相中分解硅、铝、钛等的化合物的所谓干式法得到的。由干式法得到的胶凝剂，可以使金属离子的含有量极小例如在数ppm以下，即使在湿式法的情况下，也可以通过选择制造条件使金属离子的含有量极小。这是因为：与使用了丙烯酸聚合物等合成高分子的胶凝剂不同，并不是利用起因于聚合物中的金属离子的浸透压力而使水凝胶化。此外，使用无机微粒子作为胶凝剂的凝胶体，与把合成高分子或天然高分子作为胶凝剂的情况不同，即使在70℃下也不会溶胶化。因此，很少出现污染MEA的问题，使气体传感器的高温耐久性提高。进而由于不含营养成分因而杂菌不会繁殖，因此无需防腐剂，就不需要考虑由于防腐剂而产生的MEA的污染。

把由干式法得到的无机微粒子作为胶凝剂时，由少量的胶凝剂就可以保持大量的水。例如在干式法二氧化硅的情况下，可以使凝胶体中胶凝剂的量为10～30wt％，甚至18～25wt％，凝胶体中大部分为水。相对于此，一般的硅胶通过湿式法制造，例如把硅酸纳在水中加水分解，调整一次粒子直径或比表面积来制造。湿式法的硅胶用作吸附剂等，能够保持的水的量为凝胶体干燥重量的10wt％以下。因此在蓄水槽中只能储蓄少量的水，气体传感器的寿命或水的补给的间隔变短。

胶凝剂的制法是任意的，但可以使用硅的气相化合物的热分解、例如SiCl₄或SiHCl₃的水蒸气等的热分解等制造。在气相中的热分解得到的粒子大致为球状，粒子直径极小，例如约为5～50nm。胶凝剂的组成优选的是，例如通过气相化合物的热分解得到微粒子，特别优选的是使用了可以通过SiCl₄等的热分解制造的二氧化硅微粒子的胶凝剂。

使蓄水槽的水凝胶化后，不会出现液体的水到达MEA的问题，在MEA及配置于其蓄水槽侧的金属板之间，不需要疏水性碳片。疏水性碳片为燃料电池用的高价的部件，如果可以不需要的话，就可以降低质子导体气体传感器的成本。

如CO传感器、NH₃传感器、H₂S传感器等，检测氢以外的气体时，需要降低氢的灵敏度。发明者使MEA的对电极直接与蓄水槽侧的金属板接触后，对CO等的氢的相对灵敏度增加。而在金属板的表面设置凹凸后，可以减小氢的相对灵敏度。

在MEA的蓄水槽侧配置对电极时，若使对电极直接与金属板接触，且金属板的表面为镜面或者平滑的话，则在对电极与金属板之间难以产生氢的扩散路径。对此，在金属板的表面设置凹凸后，该凹凸变为氢的扩散路径，绕入对电极侧的氢通过凹凸扩散至对电极侧的几乎整个面，与检测电极侧的氢的灵敏度相互消除，可以降低氢的灵敏度。此外，在蓄水槽侧设置检测电极时，使用金属板表面的凹凸，可以把检测对象气体分配至检测电极的几乎整个面。

根据发明者的经验，由于质子导体膜或其电极不在正确的位置，或没有均匀地控制向质子导体膜的气体的扩散等，质子导体气体传感器的灵敏度产生偏差。其中，若为质子导体膜等的位置的原因，由于传感器输出的变动剧烈，与其说是偏差，倒不如说气体传感器故障。由于传感器输出与扩散的容易程度呈比例，因此扩散的控制不均成为传感器输出的偏差的原因。该要素为传感器输出的偏差中的最大的原因。

其中在盖子上均匀地设置小径的气体导入孔控制扩散很困难，但在与盖子分开的金属板上设置正确直径的气体导入孔控制扩散就比较容易。因此在本发明中，可以降低气体传感器的输出偏差。

在本发明的质子导体气体传感器中，把MEA和其上下一对导电板夹在树脂制成的环状部件上，凸缘从上下按压固定。在该气体传感器中，由于可以通过使环状部件受热变形形成并制造至少一方的凸缘，因此不需要填隙。因此没有因填隙而产生的MEA的位置偏离，此外由于也不需要螺丝固定，因此可以得到小型且低成本的质子导体气体传感器。

在这种质子导体气体传感器的制造方法中，例如在树脂制成的环状部件上设置MEA和上下一对导电板，使该部件受热变形，夹住上下一对导电板，因此无需填隙或螺丝固定就可以制造质子导体气体传感器。

附图说明

图1为实施例的质子导体气体传感器的剖面图。

图2为表示从实施例的质子导体气体传感器中的封孔体至MEA的部件的图。

图3为以俯视图及水平剖面视图表示实施例的质子导体气体传感器中的下部金属板的图。

图4为变形例的下部金属板的俯视图。

图5为下部金属板的其他的变形例的俯视图。

图6为表示其他的变形例中的扩散控制板和上部碳片的图。

图7为表示图6的变形例中的传感器主体的剖面图。

图8为表示实施例的质子导体气体传感器的装配工序的工序图。

图9为表示实施例的质子导体气体传感器的70℃的耐久特性的特性图。

图10为表示现有例的质子导体气体传感器的70℃的耐久特性的特性图。

图11为第二实施例的质子导体气体传感器中的传感器主体的剖面图。

图12为表示第二实施例中的传感器主体的分解状态的图。

图13为表示第二实施例中的传感器主体的组装工序的图。

具体实施方式

图1～图9表示实施例及其变形。在图1～图3中，2为质子导体气体传感器，4为传感器主体，由MEA 10、扩散控制板12以及封孔体14和金属垫圈28构成。MEA 10，如图2所示，在质子导体膜42的扩散控制板12侧设置有检测电极44，在垫圈28侧设置有对电极46。另外可以交换检测电极与对电极的配置，此时，也可以在质子导体膜42上设置贯通孔，把周围氛围气供给至检测电极，从周围氛围气中密封对电极侧。此时，在垫圈28设置后述的水蒸气导入孔30，把来自蓄水槽的水蒸气供给至检测电极。

扩散控制板12由不锈钢或钛等的薄板构成，厚度例如大约为0.1mm，利用冲孔等设置直径大约0.1mm的扩散控制孔26。也可以使用碳氟树脂等气体透过性膜代替金属的扩散控制板12进行扩散控制。封孔体14在扩散控制板12的上游侧，用于除去作为催化剂中毒物质及导致错误通报的气体，由金属的盖子16和金属的底板18构成，在其中间填充有由吸附气体用的活性炭、硅胶、沸石等构成的过滤材料20。该硅胶为二氧化硅呈连续相、用于吸附气体的一般的硅胶。此外在一般的硅胶中，能够保持的水的量为凝胶体的干燥重量的10％以下。另外，保水量是指：例如在倒置装有凝胶体的容器时，即使经过1天以上也可以不流出而保持的水的量。

在底板18的例如中央部有开22，在盖子16的侧面设置有开口24，沿着封孔体14的轴方向不重叠地配置开口22和开口24。并且优选的是设置多个开口22、24的至少一方。如此把过滤材料20的全部区域用作过滤，延长其寿命。垫圈28由不锈钢或钛等金属板构成，与扩散控制板12相比壁厚例如为0.5mm，在一处～多处设置水蒸气导入孔30，把来自蓄水槽的水蒸气供给至对电极。使水蒸气导入孔30的直径例如为大约0.5mm，比扩散控制孔26大。

32为金属罐，34为把粉末状的干式法的二氧化硅作为胶凝剂、将纯水凝胶化的凝胶体，为立方体状、圆柱状等适宜的形状。36为凹部，支撑金属垫圈28，38为密封垫片，配置于封孔体14和金属罐32之间。并且通过填缝金属罐32的上部，将传感器主体相对金属罐32固定，使封孔体14与金属罐32绝缘，进行在传感器4各部分的电导通与密封。

图2、图3表示传感器主体各部分的结构，在扩散控制板12的周围氛围气侧具有封孔体14，在扩散控制板12的MEA 10侧的底面上，例如放射状地配置有与扩散控制孔26连通的多个沟槽40。沟槽40沿着扩散控制板12的表面分配从扩散控制孔26供给的周围氛围气，并供给至检测电极的各部分。另外，沟槽40为任意的形状，也可以与扩散控制孔26连通，利用扩散控制板12表面的凹凸形成气体的流路。

在垫圈28侧，从与MEA 10重叠的位置的稍稍外周侧向水蒸气导入孔30侧设置多个沟槽48。在此，使沟槽48与水蒸气导入孔30连通，但也可以如图4的垫圈50那样，不使沟槽52与水蒸气导入孔30连通。沟槽48、52，把从扩散控制孔26至MEA 10的外侧扩散的氢，再度沿着垫圈28等的表面供给至对电极。

氢由于扩散系数大从而密封困难，因此可以在MEA 10的外周迂回从而到达沟槽48、52。相对于此，作为检测对象的CO等由于扩散系数小，因此几乎可以忽视经MEA 10外周的扩散。氢被从沟槽48、52供给至对电极侧时，检测电极侧的氢灵敏度与对电极侧的氢灵敏度互相消除，可以降低相对CO等检测对象气体的氢的相对灵敏度。另外，在此使检测对象为CO，但也可以为氨、H₂S、NO_x、SO_x等。此外，设置于垫圈的凹凸不限于沟槽，可以为任意的形状，也可以为能够从MEA 10的周围向对电极侧扩散氢的流路。例如在图5的垫圈54，设置滚花状的沟槽56，使氢扩散。

在实施例中，在扩散控制板12上设置沟槽40以供给检测对象气体，但也可以在扩散控制板12与MEA 10之间配置碳片以供给周围氛围气。在图6、图7中表示这种例子。64为不锈钢或钛等金属的扩散控制板，在其中央部通过冲孔等设置直径大约0.1mm的扩散控制孔26。使封孔体14的底板例如为厚度0.5mm的不锈钢，通过蚀刻设置直径大约0.1mm的扩散控制孔，即通过蚀刻设置直径为深度的1/5的孔。如此，由于蚀刻精度不足，气体传感器的输出分布出现标准偏差，变为在图6、图7的实施例中的输出分布的3～4倍。与封孔体14分开设置比封孔体的底板壁薄的扩散控制板64等，通过冲孔等设置比底板等的开口直径小的扩散控制孔26，由此得到均一的气体传感器的输出。在扩散控制板64与MEA 10之间设置碳片66。碳片66为壁厚大约数10～100μm的部件，多孔且具有疏水性，并且具有导电性。此外，碳片也可以设置在MEA 10与垫圈28之间。这种情况下，不需垫圈28等的沟槽。

图8表示气体传感器2的装配顺序。作为二氧化硅的微粒子，使用在气相中水解SiCl₄得到的二氧化硅的微粒子。该微粒子的粒子直径大约为5～50nm，呈球状。此外，由于在气相中进行热分解，因此Na离子等的含有量极少，干燥时的容积密度为50～100g/L，比表面积为大约200m²/g。

向该二氧化硅的微粒子加水，同时利用みずほ工業(株)制的超搅拌机(ゥルトラミキサ一)施加剪切力并搅拌。其间，由于剪切力，二氧化硅微粒子的网破裂，表观的粒子直径从10～100μm减少至例如1μm或1μm以下，结束搅拌并静置，由触变性而凝胶化。通过静置，凝胶剂粒子的表观的平均粒子直径再次增加到10μm或10μm以上。这表示二氧化硅微粒子的链由于搅拌而破裂，而通过静置则链再度成长而形成网。并且，保持有液态的水，其充满重新形成的网的内部，也就是二氧化硅的链与链之间。得到的凝胶体稳定，即使放置也不会溶胶化，所得到的凝胶体或形状不变，或被剪切为圆柱状、立方体状等希望的形状，并被收纳到金属罐内。凝胶体的组成例如为20wt％的干式二氧化硅微粒子、80wt％的水。并且在金属罐的凹陷部的上部设置垫圈、MEA以及扩散控制板，设置封孔体和密封垫片，填隙金属罐。然后检查完成的气体传感器。

图9、图10中表示质子导体气体传感器的高温耐久性。图9表示图1～图3的实施例的气体传感器2的特性，以最大/最小的范围表示10个气体传感器的输出。图10表示5个传感器的输出分布，其中的传感器使用了淀粉系的多糖类的角叉菜胶作为胶凝剂。另外，在实施例中加入胶凝剂的4倍重量的水，而在现有例中加入了胶凝剂的5倍重量的水。把这些传感器在70℃的氛围气中保管，有时取出至常温常湿的氛围气，测定了在CO 300ppm中的输出。纵轴的输出为放大电路的输出，实际上为任意单位。

在实施例中，即使在70℃下经过40天以上，在输出上也没有出现很大的变化。相对于此在图10的现有例中，大约5天后就发现输出降低，经过20天以上时，所有传感器的输出与初始值相比变动了很大。然后，分解高温耐久后的传感器以研究凝胶体时，在实施例中凝胶体的形状仍为初始的形状，但在现有例中凝胶体的形状破裂，被认为在高温下凝胶体溶胶化。并且溶胶化的凝胶体从水蒸气导入孔向MEA浸入，传感器的特性发生变化。

除此以外，发明者还使用聚丙烯酸等合成高分子系的胶凝剂试作了气体传感器。在这种气体传感器中，在70℃下老化数日以上后，对CO的输出不可逆转的降低了。此外，合成高分子系的胶凝剂，由于大量含有Na⁺离子等碱金属离子，溶胶化时MEA会被金属离子污染。

在角叉菜胶等天然高分子胶凝剂中，以手指触摸凝胶体在室温放置1周后，会发现杂菌扩散到凝胶体的全部。相对于此，在把微粒子的二氧化硅作为胶凝剂的凝胶体中，即使以手指触摸，杂菌也仅在该位置繁殖，而并不扩散到其他的位置。这意味着：把无机物的微粒子作为胶凝剂时，在胶凝剂中不存在杂菌的能源，因此不能增殖。在如此使用了无机物的微粒子的胶凝剂中，无需添加防腐剂。

作为胶凝剂的示例表示了干式法的二氧化硅，但并不限于此。胶凝剂，优选的是，为无机物，因此无需防腐剂且在高温下难以溶胶化，并且碱金属离子等金属离子及氯离子等阴离子的含有量少，例如这些的合计在100wtppm以下，保水能力高，例如使凝胶体中的胶凝剂的干燥重量为30wt％以下，即使倒置凝胶体，凝胶体也不会流出。从结构方面看，优选的是，胶凝剂的微粒子连锁为链状构成网，在网的内部收纳水。此时，水存在于链与链之间。因此，可以通过搅拌等使加入了胶凝剂的水溶胶化，而通过其后的静置或加热等凝胶化。制造时的凝胶体状的胶凝剂浓度，例如为10～30wt％，优选的是18～25wt％。从材料方面看，在胶凝剂中除了干式法的二氧化硅之外，还有干式法的氧化铝。

另外，一般用作干燥剂的硅胶，是通过加水分解硅酸钠得到的，大量含有Na⁺离子等杂质。此外，可以保持的水的量少，为硅胶的干燥重量的10wt％以下。质子导体气体传感器的寿命依赖于从蓄水槽供给的水蒸气的量，因此使用含水率低的凝胶体是不实用的。

实施例2

图11～图13表示第二实施例。在这些图中，102为传感器主体，使用了MEA 104，该MEA 104在质子导体膜106一侧的表面上设置了对电极108，在另一侧的表面上设置了检测电极110。质子导体膜106使用固体高分子质子导体的膜等。在MEA 104的检测电极110侧的表面上层积碳膜112，在对电极108侧的表面上层积碳膜114。碳膜112、114，例如为把多孔的碳片通过碳氟树脂等疏水化了的导电性的多孔膜，进行向检测电极110及对电极108的气体的分配，以及与后述的金属板118、122的导电性接触。检测电极110侧的碳膜112把氛围气中的气体分配到检测电极110，对电极108侧的碳膜114把来自蓄水槽的水蒸气分配到对电极108。另外也可以不设置对电极108侧的碳膜114。

116为环状弹性体，例如使用聚氨酯类的弹性材料。118、122为金属板，例如使用不锈钢或钛的薄板等，120为在对电极108侧的金属板118上设置的开口，从如图1所示的蓄水槽导入水蒸气。124为在检测电极110侧的金属板122上设置的扩散控制孔。弹性体116在金属板118、122之间，密封MEA 104的周边，防止周围氛围气从检测电极110侧向对电极108侧的绕入，或周围氛围气等从后述的主体罩140与金属板118、122的间隙的绕入。

对电极108侧的金属板118例如使用壁厚约0.5mm的金属板，开口120例如直径约为0.5mm，通过蚀刻或冲压的冲孔等形成。扩散控制孔124的孔径的精度非常重要，为比开口120小的开口。因此使检测电极110侧的金属板122比金属板118薄，例如由壁厚约0.1mm的金属板构成，扩散控制孔124，为了增加孔径的精度，由冲压的冲孔形成。另外，由于金属板122的壁厚较小，因此也可以通过蚀刻形成扩散控制孔124，但与冲孔相比，由于过量蚀刻或蚀刻不足，孔径的偏差增加。

126为封孔体，由金属盖子128和下部金属板130构成，在其间填充活性炭、硅胶或沸石等过滤材料132，从气体导入孔134、136把周围的氛围气供给至扩散控制孔24。并且通过过滤材料132除去成为中毒气体或导致错误通报的气体。气体导入孔134、136，至少其中之一配置在从封孔体126的轴方向中心离开的位置，其中在封孔体126的轴方向中心配置气体导入孔134，在金属盖子128的侧面设置多个气体导入孔136。如此全体地使用过滤材料132，使其寿命延长。另外，也可以不设置下部金属板130，而通过直接焊接等在金属盖子128上安装设置了扩散控制孔124的金属板122。

140为树脂制成的主体罩，为环状的部件，树脂的材料优选的是使用热可塑性树脂，例如使用聚丙烯、ABS、尼龙、丙稀树脂、聚碳酸酯等。主体罩140也可以使用热硬性树脂，但在热变形前成型为环状比较困难。主体罩140也可以使用橡胶态的树脂，通过橡胶的弹力从上下按压金属板118、122，但橡胶态的树脂在70℃的高温下暴露时产生气体，会对MEA 104产生影响。

142为主体罩140的底部，在主体罩140成形时从最初就成形为这种形状。144为侧部，145为其内侧的沟槽部，146为传感器主体102组装时通过热变形设置的顶部。主体罩140，在侧部144内侧的沟槽部145，收纳了从金属板118到下部金属板130，通过作为一对凸缘的底部142和顶部146将其夹住，通过底部142和顶部146之间的按压力固定封孔体126～金属板118，同时确保其间的气密性和电连接。

在热可塑性树脂的软化温度附近加热主体罩140的上部，同时对封孔体126侧施加力，则主体罩140的上部热变形而形成顶部146。由于随着其后的冷却顶部146收缩，因此产生从顶部146向底部142的按压力。通过这些按压力，确保下部金属板130和金属板122的电气接触，同样地确保金属板122和碳膜112、碳膜112和检测电极110间的电连接。与之相同，确保金属板118和碳膜114、以及碳膜114和对电极8间的电连接。此外，通过顶部146和底部142间的按压力确保气密性，例如可以遮断通过例如下部金属板130的周边及金属板118的周边等绕入的气体。

由于利用顶部146的热变形后的按压力固定传感器主体102，因此没有如填隙等施加冲击。在发明者的经验中，利用填隙把MEA 104及碳膜112、114等定位于金属板118、122之间，则碳膜112、114及MEA 104以约5％的频度发生位置偏移。发生了位置偏移的传感器变为劣质品，但由于在利用热变形时并没有机械性冲击，因此不会发生这种问题。此外，通过利用了热变形后的收缩力的按压，可以沿着下部金属板130和金属板118的周方向大致均匀地施加压力。

图12中表示传感器102的主要部分的分解状态，在靠近MEA 104的检测电极110处有碳膜112，在靠近对电极108处有碳膜114。碳膜112、114及MEA 104，分别为膜厚约数十微米的部件，直径相同，环状弹性体116环绕在其周围。在碳膜114的下侧有厚金属板118，设置直径大的开口120。相对于此，在碳膜112的上侧有薄金属板122，通过冲孔加工设置直径约0.1mm的扩散控制孔124。然后与金属板122重叠，配置封孔体126。

图13表示传感器主体102的装配工序。在罩的底部142上设置MEA 104和碳膜112、114、金属板118、122以及封孔体126。然后向下部金属板130侧加热罩的上部并且按压，则通过热变形形成顶部146。由此向主体罩140的装配结束，罩140冷却后，由于顶部146的收缩力，而在底部142和顶部146之间产生上述按压力。并且通过该按压力对传感器主体102的各部件进行定位，确保电接触及必要的气密性。

在实施例中事先形成底部142，然后在传感器主体102组装时使顶部146热变形，但也可以相反地事先形成顶部146，然后在传感器主体102组装时使底部142热变形。此外，封孔体126为用于收纳过滤材料132的部件，也可以不特别设置，此外，不需要把封孔体126与金属板118、122等一体地组装到主体罩140上。

Claims

1.一种质子导体气体传感器，在具有由质子导体膜、检测电极和对电极构成的MEA的传感器主体上，从蓄水槽供给水蒸气，其特征在于，

在所述MEA的蓄水槽的相反侧，设置具有用于导入周围氛围气的开口的盖子，在该盖子和MEA之间，配置具有扩散控制孔的薄板，该扩散控制孔与盖子的开口连通且比盖子的开口的直径小。

2.根据权利要求1所述的质子导体气体传感器，其特征在于，

利用在分散介质的水中使分散体的无机微粒子分散而形成的凝胶体，在上述蓄水槽中蓄水。

3.根据权利要求2所述的质子导体气体传感器，其特征在于，

所述凝胶体中的无机微粒子为二氧化硅的微粒子。

4.根据权利要求3所述的质子导体气体传感器，其特征在于，

所述二氧化硅的微粒子是在气相中加热分解硅化合物得到的。

5.根据权利要求1所述的质子导体气体传感器，其特征在于，

所述传感器主体，除了所述MEA之外，还具有在蓄水槽侧有开口的金属板，且使MEA与所述金属板直接接触。

6.根据权利要求5所述的质子导体气体传感器，其特征在于，在所述金属板的MEA侧的表面上设置分配气体用的凹凸。

7.根据权利要求1所述的质子导体气体传感器，其特征在于，

在所述传感器主体，MEA被夹在上下一对导电板之间，

由在环的内侧具有上下一对凸缘和其间具有沟槽的树脂制成的环状部件，保持所述上下一对导电板的周缘部，并利用上下环状部件的凸缘按压而固定导电板和MEA。