CN115135983A - 具备形成有连接通路的壳体的气体探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体探测装置，所述气体探测装置包括：壳体，包括将感测对象气体引入到内部空间的开放部；传感器部，配置于所述壳体的内部空间；以及连接通路，连接在壳体以朝向所述壳体的内部空间开放的方式形成的第一开口和第二开口。根据本发明，具有如下效果：能够提供即使配置有传感器部的壳体内部空间的压力增加也能够以快的反应速度以及高的准确性测定气体浓度的气体探测装置。

Description

具备形成有连接通路的壳体的气体探测装置
技术领域
本申请主张以2020年5月12日的韩国专利申请第2020-0056689号为基础的优先权权益，并将该韩国专利申请的文件中所公开的所有内容作为本说明书的一部分包括。
本发明涉及气体探测装置，具体地涉及在壳体中形成有连接通路的气体探测装置。
背景技术
具有为了检测液体的特性或者特性变化而使用对溶解于液体内的溶解气体浓度进行测定的方法的情况。例如，对于将汽车发动机油、变压器的绝缘油等用于各种机械装置的油来说，随着劣化的进行，会产生氢气或者一氧化碳、乙炔气等增加等的溶解气体浓度的变化，因此若对这样的溶解气体浓度进行测定，则可以探测到油的劣化与否。实际上报道有变压器绝缘油若产生1000ppm以上的溶解氢气则存在爆炸的危险。另外，在核电领域中，可以通过测定溶解于水中的氧气或重氢气等的浓度来获悉管道的腐蚀或发电信息，并在金属产业领域中，可以通过测定熔融金属(Molten metal)中的溶解气体浓度来恒定地保持管理制造的金属质量。
为了测定溶解气体浓度，通常使用如下方法：采集液体样本之后从中提取溶解气体，然后采用气相色谱法(Gas chromatography)进行分析。但是，该方法具有如下局限性：不能在工业现场实时测定溶解气体浓度。
在韩国授权专利第1512189号中提案有如下技术：将具备利用固体电解质的传感器部的氢气传感器元件插入到油内对溶解氢气浓度进行检测。该技术虽然具有可以实时简单地测定溶解气体浓度的优点，但存在传感器部的感测电极直接接触到液体而容易发生劣化的问题。
在韩国公开专利第2016-0011722号中提案有如下技术：将在由壳体和气体分离膜形成的密闭空间内配置有传感器部的氢气传感器元件插入到液体内，从而传感器部的感测电极不直接暴露于液体的同时对通过气体分离膜渗透到密闭空间内的溶解氢气浓度进行测定。该技术具有可以抑制传感器部的感测电极劣化的同时实时简单地测定溶解气体浓度的优点。
但是，当在密闭空间内配置传感器部的感测电极时，可能由于密闭空间内的压力，溶解气体蒸发到密闭空间内而难以移动至传感器部的感测电极。尤其，气体传感器通常在利用加热器加热至高温的状态下工作，因此配置有传感器部的感测电极的密闭空间的内部压力进一步增加。由此，可能会使溶解气体从液体中蒸发而移动到传感器部的感测电极位置更加困难，其可能会成为迅速且准确地测定溶解气体浓度的障碍因素。
为了解决这样的问题，可以考虑如下方案：使得配置有传感器部的感测电极的壳体内部空间与外部空气连通，从而使得即使将传感器部加热到高温而压力也不会增加到大气压以上。但是，在此情况下，从液体中蒸发的溶解气体泄漏到外部空气，因此存在难以视为配置有传感器部的感测电极的内部空间的气体浓度准确地代表了液体内的溶解气体浓度的问题。
发明内容
本发明用于解决上述那样的问题，目的在于提供即使配置有传感器部的壳体内部空间的压力增加也能够以快的反应速度以及高的准确性测定气体浓度的气体探测装置。
本发明的目的不限于前述，可以通过下面的说明理解未提及的本发明的其它目的以及优点。
用于达到上述目的的根据本发明的实施例的气体探测装置的特征在于，包括：壳体，包括将感测对象气体引入到内部空间的开放部；传感器部，配置于所述壳体的内部空间；以及连接通路，连接在壳体以朝向所述壳体的内部空间开放的方式形成的第一开口和第二开口，所述气体探测装置可以还包括：加热器部，用于将所述传感器部加热到传感温度。
可以是，所述壳体的内部空间仅通过所述开放部与外部空气连通。
可以是，所述壳体的内部空间包括所述传感器部和所述开放部之间的第一内部空间和除所述第一内部空间以外的内部空间即第二内部空间而构成，所述第一开口朝向第一内部空间开放，所述第二开口朝向第二内部空间开放。
可以是，所述壳体是在长度方向一端部形成有所述开放部的中空的管状，所述传感器部以在具有比所述壳体的内径小的外径的框架的长度方向一端部固定的状态配置于所述壳体的内部空间，所述框架的长度方向另一端部在所述壳体固定成气体密封。由此，可以是，所述壳体的内壁和所述框架之间的空间形成所述第二内部空间，形成循环所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间的循环路径。
另外，可以是，所述壳体是在长度方向一端部形成有所述开放部的中空的管状，所述壳体的长度方向另一端部被盖部堵塞，所述传感器部以结合于所述壳体的内壁的状态配置于所述壳体的内部空间。在此，可以是，在所述壳体的内壁和所述传感器部之间存在间隙，由此，形成循环所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间的循环路径。
可以是，所述传感器部包括氢气传感器元件，所述氢气传感器元件包括：固体电解质；感测电极，形成于所述固体电解质的所述开放部方向的一面；以及基准电极，形成于所述固体电解质另一面，所述第一开口位于所述感测电极和所述开放部之间。
可以是，根据本发明的实施例的气体探测装置包括：壳体，是包括内部空间的中空的管状，并在长度方向下端部形成有朝向所述内部空间开放以引入感测对象气体的开放部；传感器部，配置于从所述壳体的长度方向上端部以及下端部均隔开预定距离的位置的内部空间，并形成为与所述开放部相向；以及加热器部，将所述传感器部加热到传感温度，所述壳体的内部空间以所述传感器部的感测电极为基准包括下方的第一内部空间和上方的第二内部空间而构成，在所述壳体中形成形成为朝向所述第一内部空间开放的第一开口和形成为朝向所述第二内部空间开放的第二开口，所述气体探测装置具备连接所述第一开口和所述第二开口的连接通路而形成通过所述开放部引入的感测对象气体沿着所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间循环的循环路径。
在此，可以是，所述传感器部以在直径比所述壳体的内径小的中空的管状的框架的下端部固定的状态配置于所述内部空间，所述框架的内部以与所述壳体的内部空间隔开的状态暴露于外部空气，所述传感器部还包括：基准电极，通过所述框架的内部暴露于外部空气。
或者，可以是，所述传感器部以边缘局部面积通过预定的结合部结合于所述壳体的内壁的方式配置于所述内部空间，在没有形成所述结合部的部分，在所述传感器部和所述壳体的内壁之间形成间隙，第一内部空间和第二内部空间通过所述间隙连通。
根据本发明，具备将以向传感器部上方以及下方的内部空间分别开放的方式在壳体形成的开口连接的连接通路，从而具有如下效果：可以提供即使配置有传感器部的壳体内部空间的压力增加也能够以快的反应速度以及高的准确性测定气体浓度的气体探测装置。
然而，本发明的效果不限于以上提及的，本发明所属技术领域中具有通常知识的人可以通过下面的记载而明确地理解未提及的其它效果。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的气体探测装置的概要截面图。
图2是根据本发明的第二实施例的气体探测装置的概要截面图。
图3是图2的A-A线截面图。
图4至图6是用于说明在本发明中可用作传感器部的氢气传感器元件的图。
图7以及图8是根据本发明的实施例的气体探测装置的使用例。
图9是利用根据本发明的实施例的气体探测装置测定气体浓度的结果。
图10是利用根据本发明的比较例的气体探测装置测定气体浓度的结果。
具体实施方式
以下，参照所附的附图来详细说明本发明的优选实施例，但本发明不限定或限制于实施例。在说明本发明的实施例时，针对对应的构成要件标注相同的名称以及相同的附图标记而进行说明。在说明本发明时，当判断为针对关联的公知技术的具体说明不必要地使本发明的主旨模糊时省略其详细说明。另外，当没有单独定义时，本说明书中所使用的术语应解释为本领域中具有通常知识的人通常所理解的内容。
图1是根据本发明的第一实施例的气体探测装置的概要截面图。参照图1进行说明，根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A包括：在一侧形成有开放部70的壳体10；配置于壳体10内的传感器部20；用于将传感器部20加热到传感温度的加热器部50；以及连接在壳体10形成的第一开口61和第二开口62的连接通路60。
壳体10可以提供为中空的管状。可以是，在壳体10的一侧(图1的下方侧)形成开放部70，开放部70提供引入感测对象气体的出入口。当气体探测装置1A用于测定测定环境内的气体浓度时，可以以开放部70与测定环境连通的方式设置壳体10。例如，当气体探测装置1A用于测定液体中的溶解气体浓度时，气体探测装置1A的壳体10可以设置成开放部70与液体存储容器连通或者设置成形成有开放部70的一端浸泡于液体内。从液体蒸发的溶解气体填满壳体10的内部空间30，传感器部20可以感测其。
传感器部20可以配置于壳体10内，并配置于在壳体10的长度方向(图1的上下方向)上从两侧端部隔开的位置。例示性地，如图1所示，传感器部20可以配置于从壳体10的开放部70侧的一端部在长度方向上隔开d1且从壳体10的另一端部在长度方向上隔开d2的位置。在此，传感器部20的位置可以是在传感器部20形成的感测电极的位置。
如此，为了将传感器部20配置于从壳体10的端部在长度方向上隔开的位置，传感器部20可以以固定于预定长度的框架22的一端(图1的下方侧)的状态设置于壳体10内。框架22可以由直径比壳体10小的管形成而使得在壳体10内壁和框架22之间在宽度方向(图1的左右方向)上形成间隙g。可以是，在框架22的一端部固定传感器部20，框架22的另一端部结合于壳体10。当传感器部20制作成管状时，框架22可以是包括在传感器部20中的结构。框架22和壳体10的结合可以使用粘接结合、螺纹结合、硬焊(brazing)等各种结合方式，不限于特定结合方式。另一方面，框架22和壳体10的结合可以是气体密封结合。为此，在框架22和壳体10的结合部分可以包括密封物质21。密封物质21可以由O型圈(O-ring)等具有弹性的高分子物质形成。或者，当框架22和壳体10粘接结合时，密封物质21可以是粘接物质。
将壳体10和框架22结合成气体密封，因此壳体10的内部空间30若除去开放部70的话可以形成与外部空气切断的密闭空间。或者，即使框架22和壳体10的结合不是气体密封结合，也可以通过堵塞壳体10的没有形成开放部70的另一侧(图1的上方部)的构造而将内部空间30形成为密闭空间。
壳体10的内部空间30可以通过设置传感器部20的位置来划分为第一内部空间31和第二内部空间32。可以是，第一内部空间31是壳体10的内部空间30中的传感器部20和开放部70之间的空间，第二内部空间32是壳体10的内部空间30中的除第一内部空间31以外的空间。在图1的实施例中，可以是，第一内部空间31是传感器部20的下侧内部空间，第二内部空间32是传感器部20的上侧内部空间，即通过框架22和壳体10内壁之间的间隙g形成的空间。在此，传感器部20的上侧和下侧可以以形成于传感器部20的感测电极的位置为基准来划分。
加热器部50是用于将传感器部20加热至传感温度的结构。传感温度可以根据传感器的种类而不同，可以是300℃以上。如图1中例示性所示，加热器部50可以具备在配置传感器部20的位置的壳体10外部缠绕的电阻加热式加热线圈来构成，但可以以不限于此的各种形态设置。例如，加热器部50可以配置于壳体10的内部，可以替代加热线圈而以印刷于预定基板的加热图案形态设置。另外，也可以用缠卷于框架22的加热线圈设置，或以内置于框架22或者传感器部20的形态设置。加热器部50不限于电阻加热式，也可以用加热灯、LED等光照射式加热器部设置。
当气体探测装置1A在高温环境下使用而不需要加热传感器部20时，可以省略加热器部50。例如，当用作测定高温的熔融金属内溶解气体浓度时，气体探测装置1A可以不包括加热器部50。
当气体探测装置1A连接到高压的测定环境时，或者为了测定液体内溶解气体而开放部70连接到液体存储容器时，内部空间30可以成为高压的空间。尤其，若利用加热器部50将传感器部20加热到高温，则内部空间30的压力可能会随着温度进一步增加。这样的压力增加可能会使得感测对象气体难以移动到传感器部20。
为了解决这样的问题，根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A形成连接通路60。具体地，在壳体10形成第一开口61以及第二开口62，将第一开口61和第二开口62用连接通路60连接。可以以第一开口61朝向第一内部空间31开放且第二开口62朝向第二内部空间32开放的方式，第一开口61和第二开口62形成于壳体10。以图1为基准进行说明，可以是，第一开口61比传感器部20形成于下侧，第二开口62比传感器部20形成于上侧。在此，传感器部20的上侧和下侧可以以形成于传感器部20的感测电极的位置为基准进行划分。
根据这样的构造，可以形成第一内部空间31的气体经过第一开口61、连接通路60、第二开口62以及第二内部空间32而再次进入第一内部空间31的循环路径。通过形成这样的循环路径，即使在传感器部20附近处于高压状态的情况下，通过开放部70引入到内部空间30的感测对象气体也可以更容易地移动到传感器部20侧。
图2是根据本发明的第二实施例的气体探测装置的概要截面图。参照图2进行说明，根据本发明的第二实施例的气体探测装置1B在不使用框架而将传感器部20配置于壳体10内的方面与根据第一实施例的气体探测装置1A存在区别。
根据本发明的第二实施例的气体探测装置1B包括：在一侧形成有开放部70的壳体10；配置于壳体10内的传感器部20；用于将传感器部20加热至传感温度的加热器部50；以及连接在壳体10中形成的第一开口61和第二开口62的连接通路60。
壳体10可以提供为一侧(图2的下方侧)开放的中空的管状。可以是开放的一侧形成开放部70且另一侧(图2的上方侧)被盖部12堵塞的构造。由此，壳体10的内部空间30若除去开放部70的话可以形成与外部空气切断的密闭空间。
传感器部20可以配置于壳体10的内部空间30，并配置于在壳体10的长度方向(图2的上下方向)上从两侧端部隔开的位置。传感器部20可以通过结合部23结合于壳体10的内部空间30。结合部23可以是粘接物质，但不限于此，可以使用能够将传感器部20配置于壳体10的内部空间30的各种结合方式。
壳体10的内部空间30可以通过设置传感器部20的位置来划分为第一内部空间31和第二内部空间32。可以是，第一内部空间31是壳体10的内部空间30中的传感器部20和开放部70之间的空间，第二内部空间32是壳体10的内部空间30中的除第一内部空间31以外的空间。在图2的实施例中，可以是，第一内部空间31是传感器部20的下侧内部空间，第二内部空间32是传感器部20的上侧内部空间，即盖部12和传感器部20之间的空间。在此，传感器部20的上侧和下侧可以以形成于传感器部20的感测电极的位置为基准进行划分。
加热器部50是用于将传感器部20加热至传感温度的结构，如图2中例示性所示，可以具备在配置传感器部20的位置的壳体10外部缠卷的电阻加热式加热线圈来构成，但可以以不限于此的各种形态设置。例如，加热器部50可以配置于壳体10的内部，可以替代加热线圈而以印刷于预定基板的加热图案形态设置。或者，也可以以内置于传感器部20的形态设置。加热器部50不限于电阻加热式，也可以用加热灯、LED等光照射式加热器部设置。
当气体探测装置1B在高温环境下使用而不需要加热传感器部20时，可以省略加热器部50。例如，当用作测定高温的熔融金属内溶解气体浓度时，气体探测装置1B可以不包括加热器部50。
在壳体10形成第一开口61以及第二开口62，第一开口61和第二开口62用连接通路60连接。可以以第一开口61朝向第一内部空间31开放且第二开口62朝向第二内部空间32开放的方式，第一开口61和第二开口62形成于壳体10。以图2为基准进行说明，可以是，第一开口61比传感器部20形成于下侧，第二开口62比传感器部20形成于上侧。在此，传感器部20的上侧和下侧可以以形成于传感器部20的感测电极的位置为基准进行划分。
可以是，虽然传感器部20通过结合部23结合于壳体10，但第一内部空间31和第二内部空间32不被结合部23以及传感器部20完全切断。例如，可以是，结合部23以使得传感器部20的边缘中的仅一部分面积结合于壳体10内壁的方式设置，使得在壳体10内壁和传感器部20之间形成间隙g。图3作为用于说明此的图，是图2的A-A线截面图。参照图3，可以是，结合部23仅形成于传感器部20的边缘中的4处，在没有形成结合部23的部分，在传感器部20和壳体10内壁之间形成预定的间隙g。由此，第一内部空间31和第二内部空间32之间的气体移动可以变得自如。除了如图3那样的结合构造以外，也可以由通气性物质形成结合部23或在传感器部20形成贯通孔(未图示)而使得第一内部空间31和第二内部空间32连通。
根据这样的构造，可以形成第一内部空间31的气体经过第一开口61、连接通路60、第二开口62以及第二内部空间32而再次进入第一内部空间31的循环路径。通过形成这样的循环路径，即使在传感器部20附近处于高压状态的情况下，通过开放部70引入到内部空间30的感测对象气体也可以更容易地移动到传感器部20侧。
根据本发明的实施例的用于气体探测装置1A、1B的传感器部20可以根据测定对象气体、适用用途等而使用各种气体传感器元件。根据测定对象气体，氢气传感器元件、一氧化碳传感器元件、碳氢化合物传感器元件等可以用作传感器部20。另外，根据其形态，球(pellet)形态、片(chip)形态、管(tube)形态等各种形态的传感器元件可以用作传感器部20。另外，根据气体探测原理，利用固体电解质(Solid Electrolyte)测定基于气体浓度的电动势(EMF；Electromotive force)变化的电化学式(Electrochemical type)传感器元件、利用根据气体浓度电阻发生变化的半导体物质的半导体式(Semiconductor type)传感器元件等可以用作传感器部20。
图4至图6是用于说明在本发明中可用作传感器部20的氢气传感器元件的图。
图4的传感器部20A尤其适合用于本发明的第一实施例(图1)的氢气探测装置的氢气传感器元件。参照图4进行说明，传感器部20A可以包括：接合有氧离子导体211和氢离子导体212的双重接合构造的固体电解质；在氧离子导体211的表面形成的基准电极213；以及在氢离子导体212的表面形成的感测电极214。
氧离子导体211可以使用在二氧化锆(ZrO2)中添加各种物质而制成的稳定二氧化锆，例如YSZ(Yttria stabilized zirconia；钇稳定氧化锆)、CSZ(calcium stabilizedzirconia：钙稳定氧化锆)、MSZ(Magnesium stabilized zirconia；树脂锚固剂)之类固体电解质或者添加Gd2O3等的CeO2系化合物等。氢离子导体212可以使用在具有ABO3形态的钙钛矿(perovskite)构造的物质的B位取代各种物质的物质，例如CaZr0.9In0.1O3-x等之类CaZrO3系、SrZr0.95Y0.05O3-x等之类SrZrO3系、SrCe0.95Yb0.05O3-x等之类SrCeO3系、BaCe0.9Nd0.1O3-x等之类BaCeO3系、BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3等之类Ti系化合物。
另外，基准电极213以及感测电极214可以由铂(Pt)等贵金属形成。
基准电极213和感测电极214通过引线与测定部90电连接，可以通过测定电动势来测定氢气浓度。在基准电极213和感测电极214之间测定到的电动势E与基准电极213侧的氧分压(PO2)以及感测电极214侧的氢分压(PH2)成立如下关系。
E＝Eo+A·log PH2+(A/2)·logPO2-------- (1)
在上式中，Eo和A是仅依赖于温度的常数，因此如果知道基准电极213侧的氧分压(PO2)，就可以通过测定电动势E来确定感测电极214侧的氢分压(PH2)。
可以通过将基准电极213暴露于大气中来固定基准电极213侧的氧分压(PO2)。即，一起参照图1和图4，将气体探测装置1A构成为，固定于传感器部20A的框架22利用密封物质21与壳体10结合成气体密封，基准电极213暴露于大气中，从而可以将基准电极213侧的氧分压(PO2)固定在空气中的氧分压即0.21气压。因此，可以通过测定基准电极213和感测电极214之间的电动势E而根据公式(1)来计算出感测电极214侧的氢分压(PH2)。
图5的传感器部20B是将基准电极213用氧分压固定用基准物质215覆盖而在热力学上固定氧分压(PO2)来替代将基准电极213暴露于大气中而固定氧分压(PO2)的构造，在这一点上与图4的传感器部20A存在区别。
氧分压固定用基准物质215可以使用Cu/CuO、Ni/NiO、Ti/TiO2、Fe/FeO、Cr/Cr2O3、Mo/MoO等金属和金属氧化物的混合体，或者Cu2O/CuO、FeO/Fe2O3等氧化程度不同的金属氧化物的混合体，若用这样的氧分压固定用基准物质215覆盖基准电极213，则可以在热力学上固定基准电极213侧的氧分压。即，基准电极213侧的氧分压是通过氧分压固定用基准物质215来确定而不是通过外部空气来确定，如参照图4进行说明的那样，可以测定基准电极213和感测电极214之间的电动势而根据公式(1)来计算出感测电极214侧的氢分压。
图5的传感器部20B可以还适合于根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A和根据第二实施例的气体探测装置1B中的任一个。为了防止氧分压固定用基准物质215受到外部空气或者内部空间30内的气体环境的影响，也可以追加具备用于将氧分压固定用基准物质215与外部空气切断的密封盖218。密封盖218可以由能够防止外部空气渗透的致密的陶瓷物质等形成，在外部空气影响微小的情况下，可以省略密封盖218。
图6的传感器部20C包括氢离子导体212、在氢离子导体212的两面分别形成的基准电极213及感测电极214、覆盖基准电极213的氢分压固定用基准物质216来形成。即，与图5的传感器部20B相比，区别在于没有氧离子导体，用氢分压固定用基准物质216代替氧分压固定用基准物质来覆盖基准电极213。
氢分压固定用基准物质216可以使用Ti/TiH2、Zr/ZrH2、Ca/CaH2、Nd/NdH2等金属和金属氢化物的混合相，为此，可以在热力学上固定基准电极213侧氢分压(P2，H2)。
图6的传感器部20C也可以测定基准电极213和感测电极214之间的电动势E而根据下面的能斯特(Nernst)公式来确定感测电极214侧的氢分压(P1，H2)。
E＝-(RT/2F)ln(P2，H2/P1，H2)---------- (2)
在上式(2)中，R是气体常数，F是法拉第常数，T是传感温度，都是常数，基准电极213的氢分压(P2，H2)也是通过氢分压固定用基准物质216确定的值，因此从测定到的电动势E值计算出感测电极214侧的氢分压(P1，H2)。
图6的传感器部20C也可以适合于根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A和根据第二实施例的气体探测装置1B中的任一个。为了防止氢分压固定用基准物质216受到外部空气或者内部空间30内的气体环境的影响，也可以追加具备用于将氢分压固定用基准物质216与外部空气切断的密封盖218。
根据本发明的实施例的气体探测装置可以为了测定液体内的溶解气体浓度而使用。
图7是为了测定容纳于液体存储容器100中的液体内的溶解气体浓度而使用本发明的气体探测装置的使用例。在图7中，将气体探测装置1的构造为主而简要示出，但根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A或者根据第二实施例的气体探测装置1B都可以使用。
参照图7，根据本发明的气体探测装置1可以通过端口110结合于液体存储容器100。如图示那样，端口110也可以形成于液体存储容器100的侧面，但不限于此，可以形成于液体存储容器100的上面或下面等各种位置。若将气体探测装置1通过端口110结合于液体存储容器100，则液体存储容器100内部和气体探测装置1的内部空间30彼此连通，容纳于液体存储容器100中的液体内的溶解气体可以蒸发而移动到内部空间30。
通常，气体对液体的溶解度遵循公式(3)的希伯特(Sievert)法则。
C＝k·Pgas---- (3)
C是溶解于液体中的溶解气体的浓度，k是依赖于气体种类、温度等的常数，Pgas是与液体相接的空间内的气体分压。即，溶解气体浓度(C)和与液体相接的空间内的气体分压(Pgas)成比例，当从液体蒸发到空间内的气体的蒸发速度和空间内部的气体溶解于液体的速度相同时会达到平衡状态。
根据这样的原理，若如图7那样，将本发明的气体探测装置1与液体存储容器100连接，则容纳于液体存储容器100中的液体中的溶解气体蒸发到气体探测装置1的内部空间30内而形成平衡。因此，可以通过利用传感器部20测定内部空间30内的气体浓度(气体分压)来知晓液体内的溶解气体浓度。
另一方面，随着液体存储容器100内的液体的压力，与液体存储容器100连接的气体探测装置1的内部空间30内部压力可能增加。即，容纳于液体存储容器100中的液体通过端口110移动到气体探测装置1的内部空间30而在气体探测装置1的内部空间30内可能形成液面120。由此，气体探测装置1的内部空间30内的气体体积可能收缩到内部空间30内部压力与液体的压力相同为止。
这样的内部空间30的内部压力增加可能导致从液体蒸发的气体难以移动至传感器部20的感测电极214。尤其，由于利用加热器部50将传感器部20加热至传感温度，内部空间30的内部压力进一步增加，由此溶解气体移动至感测电极214变得更难。其可能成为迅速且准确地测定溶解气体浓度的障碍因素。
但是，根据本发明的气体探测装置1是内部空间30内的气体可以沿着连接朝向第一内部空间31以及第二内部空间32分别开放的第一开口61和第二开口62的连接通路60进行循环，因此即使在内部空间30处于高压状态的情况下，通过开放部70引入的气体也能够顺畅地移动至感测电极214。由此，能够迅速且准确地测定溶解气体浓度。
在图7中，优选的是，液面120比第一开口61形成于低处，但也可以比第一开口61形成于高处。即，即使第一开口61浸没于液体中，从液体蒸发的溶解气体也可以通过连接通路60向第二开口62侧移动。然而，液面120应该比传感器部20形成于低处，因此优选的是，考虑液体压力等使用环境而设计壳体10的长度及/或端口110的高度。选择性地，为了防止传感器部20被液体污染，在端口110或者第一内部空间31可以配置透气过滤器。透气过滤器只要是仅气体透过而液体不能透过的结构，则不限定其材质和形态，例如可以是包括石墨、陶瓷粉、PTFE膜等而制造的气体透过膜。
图8是为了测定容纳于液体存储容器300中的液体中的溶解气体浓度而使用本发明的气体探测装置的另一使用例。液体存储容器300可以是变压器，容纳于液体存储容器300中的液体可以是变压器的绝缘油。
参照图8进行说明，在液体存储容器300中连接有用于液体循环的循环管道310。循环管道310具备阀门313、314以及循环马达320，并在阀门313、314开放的状态下驱动循环马达320，从而形成液体向图中用箭头表示的方向循环的循环路径。
在循环路径上具备测定罐330，构成为使得沿着循环管道310循环的液体经过测定罐330。即，在测定罐330内可以临时存储循环的液体。
根据本发明的气体探测装置1可以通过端口340与测定罐330结合。由此，从测定罐330内的液体中蒸发的溶解气体可以移动到气体探测装置1的内部空间30。为了防止液体移动到气体探测装置1，可以在端口340具备透气过滤器341。气体探测装置1是根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A和根据第二实施例的气体探测装置1B都能用。
图9是将根据本发明的第一实施例的气体探测装置1A连接到氢气浓度恒定保持在4％的测定环境后测定传感器部20的电动势E的结果。此时，传感器部20使用了图4的氢气传感器元件。即，传感器部20使用了氧离子导体211和氢离子导体212接合，在氧离子导体211形成基准电极213，在氢离子导体212形成感测电极214的电化学式氢气传感器。氧离子导体211和氢离子导体212分别使用了YSZ(Yttria stabilized zirco nia)和CaZr0.9In0.1O3-x，基准电极213和感测电极214由铂(Pt)形成。
在传感器部20连接热电偶(Thermocouple)来测定温度的同时利用加热器部50对传感器部20进行了加热，并随时间测定了温度及电动势的变化。如图9中确认到的那样，随着温度的升高，电动势持续上升，在约300℃以上的温度下测定到了约1.1V的稳定的电动势。
图10是为了比较而利用没有形成连接通路60的气体探测装置并在相同的条件下测定的结果。在图10中所使用的气体探测装置除了没有连接通路60以及第一、第二开口61、62的这一点外与图9中所使用的气体探测装置相同。参照图10可以确认到，虽然出现随着温度的上升而电动势增加的倾向，但与图9的结果相比，电动势值非常低且测定到不稳定。
从以上的结果可知，当使用本发明的气体探测装置时，可以迅速且准确地测定气体浓度。
以上，参照有限的实施例以及附图来进行了说明，但是通常的技术人员会显而易见在本发明的技术构思的范围内可以实施各种变形。例如，包含在本发明的气体探测装置中的连接通路可以设置多个。因此，本发明的保护范围应根据权利要求书的记载及其等同范围来确定。

Claims (13)

1.一种气体探测装置，其特征在于，包括：
壳体，包括将感测对象气体引入到内部空间的开放部；
传感器部，配置于所述壳体的内部空间；以及
连接通路，连接在壳体以朝向所述壳体的内部空间开放的方式形成的第一开口和第二开口。
2.根据权利要求1所述的气体探测装置，其特征在于，
所述气体探测装置还包括：
加热器部，用于将所述传感器部加热到传感温度。
3.根据权利要求1所述的气体探测装置，其特征在于，
所述壳体的内部空间仅通过所述开放部与外部空气连通。
4.根据权利要求1所述的气体探测装置，其特征在于，
所述壳体的内部空间包括所述传感器部和所述开放部之间的第一内部空间和除所述第一内部空间以外的内部空间即第二内部空间而构成，
所述第一开口朝向第一内部空间开放，所述第二开口朝向第二内部空间开放。
5.根据权利要求4所述的气体探测装置，其特征在于，
所述壳体是在长度方向一端部形成有所述开放部的中空的管状，
所述传感器部以在具有比所述壳体的内径小的外径的框架的长度方向一端部固定的状态配置于所述壳体的内部空间，
所述框架的长度方向另一端部在所述壳体固定成气体密封。
6.根据权利要求5所述的气体探测装置，其特征在于，
所述壳体的内壁和所述框架之间的空间形成所述第二内部空间，
形成循环所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间的循环路径。
7.根据权利要求4所述的气体探测装置，其特征在于，
所述壳体是在长度方向一端部形成有所述开放部的中空的管状，
所述壳体的长度方向另一端部被盖部堵塞，
所述传感器部以结合于所述壳体的内壁的状态配置于所述壳体的内部空间。
8.根据权利要求7所述的气体探测装置，其特征在于，
在所述壳体的内壁和所述传感器部之间存在间隙，
形成循环所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间的循环路径。
9.根据权利要求1所述的气体探测装置，其特征在于，
所述传感器部包括氢气传感器元件。
10.根据权利要求9所述的气体探测装置，其特征在于，
所述氢气传感器元件包括：
固体电解质；
感测电极，形成于所述固体电解质的所述开放部方向的一面；以及
基准电极，形成于所述固体电解质另一面，
所述第一开口位于所述感测电极和所述开放部之间。
11.一种气体探测装置，其特征在于，包括：
壳体，是包括内部空间的中空的管状，并在长度方向下端部形成有朝向所述内部空间开放以引入感测对象气体的开放部；
传感器部，配置于从所述壳体的长度方向上端部以及下端部均隔开预定距离的位置的内部空间，并形成为与所述开放部相向；以及
加热器部，将所述传感器部加热到传感温度，
所述壳体的内部空间以所述传感器部的感测电极为基准包括下方的第一内部空间和上方的第二内部空间而构成，
在所述壳体中形成形成为朝向所述第一内部空间开放的第一开口和形成为朝向所述第二内部空间开放的第二开口，
所述气体探测装置具备连接所述第一开口和所述第二开口的连接通路而形成通过所述开放部引入的感测对象气体沿着所述第一内部空间、所述第一开口、所述连接通路、所述第二开口以及所述第二内部空间循环的循环路径。
12.根据权利要求11所述的气体探测装置，其特征在于，
所述传感器部以在直径比所述壳体的内径小的中空的管状的框架的下端部固定的状态配置于所述内部空间，
所述框架的内部以与所述壳体的内部空间隔开的状态暴露于外部空气，
所述传感器部还包括：基准电极，通过所述框架的内部暴露于外部空气。
13.根据权利要求11所述的气体探测装置，其特征在于，
所述传感器部以边缘局部面积通过预定的结合部结合于所述壳体的内壁的方式配置于所述内部空间，
在没有形成所述结合部的部分，在所述传感器部和所述壳体的内壁之间形成间隙，第一内部空间和第二内部空间通过所述间隙连通。
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