KR101375459B1 - 온도 센서 및 수소 충전 시스템 - Google Patents

온도 센서 및 수소 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

고압의 수소 분위기 하에서 내구성이 우수한 온도 센서를 제공한다.
본 발명의 온도 센서는, 산화물 소결체로 이루어지는 소자 본체(11)와, 소자 본체(11)에 전기적으로 접속되고, Pt 또는 Pt 합금으로 이루어지는 한 쌍의 리드선(13a, 13b)과, 소자 본체(11) 및 소자 본체(11)와 접속되는 부분을 포함하는 리드선(13a, 13b)의 일부를 봉지하는 봉지 유리(2)를 구비하며, 한 쌍의 리드선(13a, 13b)이, Pt, Pt와 Ir 및 Pd 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 합금, 및 Pd와 Ir의 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 수소 분위기 하에서 사용되는 온도 센서(10)이다.

Description

온도 센서 및 수소 충전 시스템{TEMPERATURE SENSOR AND HYDROGEN FILLING SYSTEM}
본 발명은 수소 가스가 충전된 용기 내의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서에 관한 것이다.
수소 가스 분위기의 온도를 검출하는 경우, 온도를 검출하는 센서 소자가 수소에 폭로됨으로써 환원되어 버려 검출 온도의 정밀도가 손상될 우려가 있다. 예컨대, 센서 소자로서 이용되는 서미스터(Thermally Sensitive Resistor)는, 수소에 의한 환원에 의해 센서 소자의 저항치가 높아지면, 검출 온도가 실제 온도보다도 낮게 출력된다.
수소 가스 분위기 하에서 생기는 환원에 의한 검출 온도의 어긋남에 대하여, 특허문헌 1은, 수소가 충전된 탱크에 복수의 온도 센서를 설치하여, 검출 온도가 높은 온도 센서의 출력을 기초로 다른 온도 센서의 출력을 보정하는 것이 제안되어 있다. 이 제안은, 수소에 의해 환원되어 있지 않은 센서 소자(온도 센서)는 저항치가 낮아 검출 온도가 높아지는 것에 착안한 것이다.
일본 특허공개 2010-266206호 공보
그런데, 특허문헌 1의 제안은, 복수의 다른 탱크 내에 각각 온도 센서가 설치되는 것을 전제로 하고 있어, 모든 온도 센서의 센서 소자가 동일한 정도로 환원되어 버리면 보정을 할 수 없게 된다. 따라서, 수소 가스 분위기 하에서 온도 센서를 구성하는 센서 소자의 특성 열화를 억제하는 것이 우선되는 과제라고 할 수 있다.
특허문헌 1에도 제시되어 있지만, 수소 가스 분위기가 구현되는 예로서, 연료 전지의 음극 활물질이 되는 수소를 저장하는 탱크를 들 수 있다. 현재 이 탱크 내의 압력은 법률의 규제에 의해 35MPa 이하가 되지만, 금후에는 상한을 예컨대 70MPa로 끌어올리려는 동향이 있다. 따라서, 이 경향에 대응하기 위해서는, 수소에 의한 환원뿐만 아니라 높은 압력에 폭로되는 것도 고려할 필요가 있다. 하나의 목표로서, 센서 소자가 압력 120MPa, 온도 -90 내지 150℃이고 수소 농도 100%인 분위기 하에서 내구성을 구비하는 것을 들 수 있다.
본 발명은 이러한 기술적 과제에 기초하여 이루어진 것으로, 고압의 수소 분위기 하에서의 내구성이 우수한 온도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그러한 온도 센서를 구비하는 수소 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 온도 센서는, 산화물 소결체로 이루어지는 서미스터 소자 본체와, 소자 본체에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 리드선과, 소자 본체 및 소자 본체와 접속되는 부분을 포함하는 리드선의 일부를 봉지하는 유리 봉지체를 구비하며, 한 쌍의 리드선이, Pt, Pt와 Ir 및 Pd 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 합금, 및 Pd와 Ir의 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 수소 분위기 하에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 리드선을 특정 재질로 함으로써 수소 분위기 하에서의 내구성을 현저히 향상시킬 수 있음을 새로이 발견한 것에 기초하고 있다.
한편, 각 합금에서의 Ir 및 Pd의 함유량은 20질량% 이하의 범위로 할 수 있다. 또한, 바람직하게는 Ir 및 Pd의 함유량은 5 내지 20질량%로 할 수 있고, 더 바람직하게는 8 내지 12질량%로 할 수 있다.
본 발명의 온도 센서는, 수소가 충전되는 용기와, 용기 내의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비하는 수소 충전 시스템에 이용함으로써, 용기 내의 수소 온도를 장기에 걸쳐 안정되게 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고압의 수소 분위기 하에서 내구성이 우수한 온도 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 온도 센서의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제 2 실시형태에 의한 온도 센서의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제 3 실시형태에 의한 온도 센서의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 수소 충전 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
[제 1 실시형태]
이하, 첨부 도면에 나타내는 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 실시형태에서의 온도 센서(10)는, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 서미스터 소자(1)와 봉지 유리(2)로 개략 구성되어 있다.
서미스터 소자(1)는, 그 전기 저항치의 온도계수가 큰 반도체 소자로 이루어지며, 저항치의 변화를 전압 변화로서 취출하기 위한 검출 회로(도시 안함)와 함께 이용함으로써, 자신이 놓여져 있는 환경의 온도를 검출하여 전기 신호로 이루어지는 온도 검출 신호를 발생시킨다.
봉지 유리(2)는, 서미스터 소자(1)를 봉지하여 기밀 상태로 유지함으로써, 환경 조건에 근거하는 화학적, 물리적 변화의 발생을 방지함과 더불어, 기계적으로 보호한다.
서미스터 소자(1)는 소자 본체(11)와 전극(12a, 12b)과 리드선(13a, 13b)을 구비하고 있다.
소자 본체(11)는 금속 산화물을 소결하여 평판 형상으로 성형한 것이 이용된다.
소자 본체(11)에 이용되는 산화물 소결체의 대표예를 이하에 나타낸다. 단, 본 발명은 이하의 산화물 소결체에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 지향하는 용도인 수소 가스(이하, 간단히 수소)의 저장 탱크에서는, 온도의 상한이 기껏해야 150℃이기 때문에, 고온용의 산화물 소결체를 이용할 필요가 없다. 따라서, 본 발명은 사용할 수 있는 금속 산화물의 선택지(選擇枝)가 넓다. 이 산화물 소결체는 65 내지 110×10-7/℃(30 내지 700℃, 이하 동일)의 선팽창계수를 나타낸다.
NTC(negative temperature coefficient) 서미스터로서 전형적인 스피넬 구조를 갖는 망간 산화물(Mn3O4)을 기본 조성으로 하는 산화물 소결체를 소자 본체(11)에 이용할 수 있다. 이 기본 구성에 M 원소(Ni, Co, Fe, Cu, Al 및 Cr 중 1종 또는 2종 이상)를 가한 MxMn3-xO4의 조성을 갖는 산화물 소결체를 소자 본체(11)에 이용할 수 있다. 추가로, V, B, Ba, Bi, Ca, La, Sb, Sr, Ti 및 Zr 중 1종 또는 2종 이상을 가할 수 있다.
또한, PTC(positive temperature coefficient) 서미스터로서 전형적인 페로브스카이트 구조를 갖는 복합 산화물, 예컨대 YCrO3를 기본 구성으로 하는 산화물 소결체를 소자 본체(11)에 이용할 수 있다.
전극(12a, 12b)은 판 형상을 이루는 소자 본체(11)의 표리면에 각각 형성되어 있다. 전극(12a, 12b)은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 및 이들의 합금으로부터 선택되는 소재로 구성된다.
리드선(13a, 13b)은 일단(一端)이 각각 전극(12a, 12b)에 접속되어 있고, 서미스터 소자(1)와 외부 회로를 접속시킨다. 리드선(13a, 13b)은 내열성이 있는 Pt, Pt와 이리듐(Ir)의 합금, Pt와 팔라듐(Pd)의 합금, 및 Pt와 Ir과 Pd의 합금으로부터 선택된다. 각 합금에서의 Ir 및 Pd의 함유량은 20질량%(이하, 간단히 %) 이하의 범위가 된다. Ir 및 Pd의 함유량은 바람직하게는 5 내지 20%, 더 바람직하게는 8 내지 12%이다. 리드선(13a, 13b)은 전극(12a, 12b)과 접속되는 측의 단부가 봉지 유리(2)에 봉지된다.
또한, 도 1(a)에 도시된 봉지 유리(2)는 비정질 유리 및 결정질 유리 중 어느 것이든 사용할 수 있다. 비정질 유리는 그의 유리 연화점이 300 내지 750℃의 범위인 것을, 또한 결정질 유리는 결정화 온도가 700 내지 1000℃의 범위인 것을 사용할 수 있다. 비정질 유리 및 결정질 유리의 선팽창계수는, 소자 본체(11)를 구성하는 산화물 소결체의 그것을 고려하여 65 내지 110×10-7/℃인 것이 바람직하다. 이들 특성을 구비하는 유리로서는, SiO2-PbO계 유리, SiO2-SrO2계 유리를 이용할 수 있다. 이는 물론 예시이고, 추가로 산화칼슘(CaO), 산화망간(MnO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것, 및 추가로 다른 산화물을 포함하는 것을 허용한다.
그런데, 온도 센서(10)는, 리드선(13a, 13b)이 Pt, Pt-Ir 합금, Pt-Pd 합금, 및 Pt-Ir-Pd 합금으로부터 선택되는 것, 그리고 서미스터 소자(1)를 봉지하여 기밀 상태로 유지하는 것을 봉지 유리(2)가 담당하는 것에 의해, 고압의 수소 분위기 하에서 우수한 내구성을 구비한다. 그 이유를 본 발명자들은 이하와 같다고 판단하고 있다.
본 발명자들은 수소 분위기 하에서 서미스터를 이용한 온도 센서의 검출 결과에 어긋남이 생기는 과정을 관찰했다. 즉, 통상, 서미스터로 이루어지는 소자 본체는 유리에 의해 봉지되어 있기 때문에, 봉지 상태가 확보되어 있는 한, 검출 결과에 어긋남은 생기지 않는다. 그런데, 본 발명자의 검토에 의하면, 극히 단시간에 어긋남이 생기는 것이 있고, 그것은 유리에 의한 소자 본체의 봉지 상태가 해제되는 것에 기인함을 확인했다. 특히, 리드선을 봉지하는 부분에 박리가 생김으로써, 그곳으로부터 수소가 봉지 유리의 내부로 침입하여 서미스터를 급격히 환원시킴을 확인했다. 이 박리는 리드선과 유리의 접합 기구에 근거하는 것으로 이해된다. 리드선이 듀메트선(구리 피복 니켈 강선)으로 이루어지는 경우, 봉지 유리와 리드선의 접합 계면에 구리(Cu), 산소(O) 및 규소(Si)가 공유 결합된 산화물이 생성됨으로써, 봉지 유리와 리드선이 밀착된다. 그런데, 수소 분위기 하에서는 이 산화물로부터도 산소를 빼앗기기 때문에, 공유 결합 자체가 파괴되어 봉지 유리와 리드선의 계면의 접합 강도가 소실된다. 고압 하인 것도 관여하여, 이 결합의 파괴는 단시간에 봉지 유리의 내부까지 진행되고, 최종적으로는 수소 폭로가 소자 본체(서미스터)까지 달하여 검출 어긋남을 일으킨다. 그래서, 본 실시형태에서는, 리드선(13a, 13b)을 Pt, Pt-Ir 합금, Pt-Pd 합금 및 Pt-Ir-Pd 합금으로부터 선택되는 소재로 구성하는 것으로 했다. 이들 소재는 화학적으로 안정적이기 때문에 봉지 유리와의 계면에 산화물이 생성되지 않으므로, 산화물을 개재하는 접합에 비하면 접합 강도 자체는 낮다. 그러나, 수소 폭로되어도 그 화학적인 안정 때문에 봉지 유리(2)와 리드선(13a, 13b)의 계면은 그때까지의 밀착 상태를 유지할 수 있다. 이에 더하여, 봉지 유리(2)는 수지에 비하여 강도가 높기 때문에, 온도 센서(10)가 고압 하에 놓여져도 봉지 유리(2)가 리드선(13a, 13b)을 봉지하는 상태를 유지할 수 있다.
이하, 온도 센서(10)의 제조 방법의 개략을 설명한다.
우선, 서미스터 소자(1)를 형성하는 소자 본체(11)는, 소정의 원료 분말을 소정의 배합 조성이 되도록 칭량하고, 이것에 물을 가하여 슬러리상으로 하고, 이것을 예컨대 지르코니아 볼과 함께 포트에 넣어, 볼 밀에 의해 혼합한다.
다음으로, 혼합 후의 슬러리를 스프레이 드라이어에 의해 건조하고, 얻어진 분말을 가소(假燒)한다. 가소 후의 분말에 물을 가하여 다시 슬러리상으로 하고, 지르코니아 볼과 함께 포트에 넣어, 볼 밀에 의해 분쇄한다. 분쇄 후의 분말은 스프레이 드라이에 의해 건조·과립화된다. 한편, 가소의 온도는 조성에 따라 적절히 설정된다.
다음으로, 냉간 정수압 프레스에 의해서, 원료 제작 공정에 의해 얻어진 분말로부터 원기둥 형상의 잉곳 프리폼을 작성하고, 이 잉곳 프리폼을 소결한다. 그리고, 얻어진 소결체를 절단하고, 추가로 연삭·연마하여 필요한 두께로 함으로써 환형 형상의 서미스터 웨이퍼를 형성한다.
이 서미스터 웨이퍼는, 그의 서미스터 특성을 안정화시키기 위해 어닐링할 수 있다. 어닐링 후의 서미스터 웨이퍼의 상하면에, 후막 또는 박막의 예컨대 백금 전극을 형성한다. 후막 전극은, 백금 분말에 유기 바인더 등을 혼합하여 제작한 페이스트를 서미스터 웨이퍼의 상하 양면에 도포하고, 건조한 후에 소결하여 형성한다. 또한, 박막 전극은 진공 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성한다.
이렇게 하여 전극 형성된 서미스터 웨이퍼를 다이싱에 의해 원하는 치수로 절단하여, 유리 봉지 소자에 이용하는 서미스터 칩으로 한다.
그 후, 미리 백금 페이스트를 선단에 도포한 한 쌍의 곧은 리드선을 서미스터 칩의 상하 전극에 접속하고, 백금 페이스트를 건조시킨 후, 소결함으로써, 도 1(b)에 도시된 서미스터 소자(1)를 얻는다.
다음으로, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 서미스터 소자(1)와, 리드선(13a, 13b)의 서미스터 소자(1)의 접속단 측을 덮도록 유리관(15)을 배치한다. 그 상태를 유지하면서 유리관(15)으로 덮이는 부분을 소정 온도로 가열된 노 내에 소정 시간만 삽입, 유지한다. 이 유지 동안에 유리관(15)을 충분히 용융시킨 후, 응고시킴으로써, 서미스터 소자(1) 및 리드선(13a, 13b)의 접속단을 봉지하는 봉지 유리(2)를 형성하여 도 1(a)의 온도 센서(10)를 얻는다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 제 2 실시형태에 의한 온도 센서(20)를 설명한다.
온도 센서(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 서미스터 소자(21)와 봉지 유리(22)와 봉지 보완체(23)로 개략 구성되어 있다. 온도 센서(20)는, 봉지 보완체(23)를 구비하는 점 및 봉지 유리(22)의 형태가 상이한 점에서 온도 센서(10)와 상이하지만, 서미스터 소자(21)는 제 1 실시형태의 서미스터 소자(1)와 구성이 동일하므로 그의 설명을 생략한다.
원기둥 형상의 부재인 봉지 보완체(23)는, 봉지 유리(22)가 유지되는 유지면(24)과, 리드선(13a, 13b)이 축선 방향으로 각각 관통되는 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)과, 리드선(13a, 13b)이 인출되는 인출면(26)을 구비하고 있다.
서미스터 소자(21)는 봉지 보완체(23)의 유지면(24) 측에 배치되며, 그의 리드선(13a, 13b)은 봉지 보완체(23)의 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)을 각각 관통하고, 인출면(26)의 외측으로 인출된다.
봉지 보완체(23)는, 리드선(13a, 13b)과 거의 같은 선팽창계수를 갖는 재료로 이루어지며, 리드선(13a, 13b)을 각각 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)에 삽통한 상태에서 봉지 유리(22)의 저부(23b)와 일체로 용융·접합된다. 따라서, 봉지 보완체(23)는, 서미스터 소자(21) 및 리드선(13a, 13b)의 서미스터 소자(21)와의 접속단 측을 기계적으로 보강한다.
봉지 보완체(23)는 그의 목적을 달성할 수 있는 소재, 예컨대 Al2O3 및 MgO·SiO2로 이루어지는 포스테라이트(2MgO·SiO2)로 구성할 수 있다. 이 세라믹스는 선팽창계수가 7.0 내지 9.6×10-6/℃ 정도이다.
또한, 이하에서 설명하는 바와 같이, 봉지 보완체(23)를 설치함으로써, 고압의 수소 폭로 하에서의 온도 센서(20)의 내구성을 제 1 실시형태의 온도 센서(10)보다도 향상시킬 수 있다.
봉지 유리(22)는 봉지 보완체(23)의 유지면(24)에 접합된다. 그 때문에, 봉지 유리(22)의 봉지단(22e)에서의 리드선(13a, 13b) 주위의 유리 두께를 제 1 실시형태에 비하여 두껍게 할 수 있다. 즉, 제 1 실시형태의 온도 센서(10)의 봉지 유리(2)는, 그의 제작 공정에 기인하여 도 1에 나타내는 바와 같이 타원체가 되기 때문에, 리드선(13a, 13b)이 인출되는 봉지단(2e)에서의 리드선(13a, 13b) 주위, 특히 타원체 외측의 봉지 유리(2)의 두께가 얇다. 이에 비하여, 제 2 실시형태는, 봉지단(22e)에서의 리드선(13a, 13b) 외측의 봉지 유리(22) 두께는 다른 부분과 동등한 두께로 할 수 있다. 더구나, 봉지 유리(22)의 봉지단(22e)에 이어지는 봉지 보완체(23)도 봉지 유리(22)와 동등 이상의 외경을 갖고 있다. 따라서, 제 2 실시형태에 의한 온도 센서(20)는 봉지단(22e) 주위의 기계적인 강도가 크기 때문에, 제 1 실시형태보다도 고압의 수소 폭로 하의 내성이 높다.
다음으로, 온도 센서(20)는, 이상적으로는, 봉지 유리(22)와 소자 본체(11)를 동축 상에 배치하면, 소자 본체(11)의 선단부(11a)와 봉지 유리(22)의 정상부(22a)의 거리, 즉 유리의 두께를 벌 수 있기 때문에 고압에 대한 내성이 높다. 그러나, 제 1 실시형태의 온도 센서(10)는, 유리관(15)을 용융, 응고시키는 공정에서 서미스터 소자(1)가 위치 어긋남을 일으켜, 봉지 유리(2)와 소자 본체(11)를 동축 상에 배치할 수 없을 우려가 있다. 그러면, 소자 본체(11)의 선단부(11a)와 봉지 유리(2)의 정상부(2a) 사이의 유리 두께가 얇아진다. 이에 반하여, 제 2 실시형태의 온도 센서(20)는, 리드선(13a, 13b)이 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)을 관통한 봉지 보완체(23)의 위치를 고정함으로써 소자 본체(11)의 위치를 유지할 수 있다. 그 때문에, 봉지 유리(22)와 소자 본체(11)를 동축 상에 배치하여, 소자 본체(11)의 선단부(11a)와 봉지 유리(22)의 정상부(22a) 사이의 유리 두께가 최대한의 두께로 확보되기 쉬워진다.
이하, 제 2 실시형태의 온도 센서(20)의 제조 방법을 설명한다. 한편, 도 1(b)에 나타내는 서미스터 소자(1)와 동일한 구성의 서미스터 소자(21)를 제작할 때까지는 제 1 실시형태와 동일하므로, 이하에서는 그 이후의 공정을 설명한다.
서미스터 소자(21)의 리드선(13a, 13b)의 소정 위치에, 봉지 유리(22)와 동일 조성의 유리 분말을 유기 바인더와 혼합하여 페이스트상으로 한 것을 도포한다. 이는, 후공정에서, 리드선(13a, 13b)을 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)에 관통시킨 상태에서 봉지 보완체(23)에 대하여 고정하기 위해서이다.
이어서, 봉지 보완체(23)의 리드선 삽통 구멍(25a, 25b)에 각각 리드선(13a, 13b)을 관통시켜, 미리 도포한 유리 페이스트의 소정 위치에 배치하고, 유리 페이스트를 건조시켜 고정한다(도 2(b)).
그 후, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 유리관(15)을 준비하고, 유리관(15)의 한쪽 절단면에 리드선(13a, 13b)에 도포한 것과 마찬가지의 유리 페이스트를 얇게 도포한 후, 봉지 보완체(23)의 유지면(24)에, 페이스트 도포면이 접하도록 유리관(15)을 맞댄다.
다음으로, 리드선(13a, 13b)이 연직이 되도록 유지한 상태에서, 유리관(15) 및 봉지 보완체(23)의 부분을 가열 노에 의해 가열하여 유리관(15)을 용융시켜, 서미스터 소자(1)와 리드선(13a, 13b)을 유리 봉지하여 봉지 유리(22)를 형성함과 더불어, 봉지 유리(22)의 일단부를 봉지 보완체(23)의 유지면(24)과 용착시킴으로써, 도 2(a)에 도시된 온도 센서(20)를 제작한다.
[제 3 실시형태]
다음으로, 제 3 실시형태에 의한 온도 센서(30)를 설명한다.
온도 센서(30)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 서미스터 소자(31)와 봉지 유리(32)로 개략 구성되고, 소자 본체(11), 리드선(13a, 13b) 및 봉지 유리(32)의 각각은 제 1 실시형태의 소자 본체(11), 리드선(13a, 13b) 및 봉지 유리(2)와 구성이 동일하다. 그러나, 제 1 실시형태는 리드선(13a, 13b)이 소자 본체(11)로부터 동일한 방향으로 인출되어 있는 데 반하여, 제 3 실시형태는 도 3에 나타내는 바와 같이, 리드선(13a, 13b)이 소자 본체(11)로부터 서로 다른 방향으로 인출되어 있다.
온도 센서(30)는, 리드선(13a, 13b)을 소자 본체(11)로부터 서로 다른 방향으로 1개씩 인출함으로써 소자 본체(11)를 기준으로 대칭 형상으로 함으로써, 역학적인 밸런스의 향상을 도모하고 있다. 그렇게 함으로써, 120×10-7/℃로 선팽창계수가 비교적 큰 Pd 합금(예컨대 Pd - 18% Ir 합금)을 리드선(13a, 13b)으로 사용할 수 있음을 본 발명자는 확인했다. Pd 합금의 리드선(13a, 13b)은 Pt 합금의 1/3 정도의 가격이어서, 비용적인 이점이 크다.
또한, 소자 본체(11)를 기준으로 대칭 형상으로 함으로써, 봉지 유리(32)를 설치할 때에 소자 본체(11)가 위치 어긋남을 일으키기 어려워져, 유리 두께가 얇은 부분이 생기기 어려워진다.
[제 4 실시형태]
이상 설명한 온도 센서(10(내지 30))를 이용한 수소 충전 시스템(100)을 제 4 실시형태로 하여 설명한다.
수소 충전 시스템(100)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 수소 충전용의 내압 구조를 갖는 탱크(101)와, 탱크(101)에 수소를 충전하기 위한 가스 유로를 구비한 공급관(102)과, 탱크(101)에 충전된 수소를 외부로 토출하기 위한 토출관(103)과, 탱크(101) 내의 온도를 검출하는 온도 센서(10)(또는 온도 센서(20) 또는 온도 센서(30))와, 탱크(101) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(104)와, 온도 센서(10)로부터 출력되는 측정 온도와 압력 센서(104)로부터 출력되는 측정 압력을 기초로 탱크(101) 내에 잔류하는 수소의 양을 구하는 잔량 산출부(105)와, 산출된 수소의 잔량을 표시하는 표시부(106)를 구비한다.
잔량 산출부(105)는, 검출된 탱크(101) 내의 온도, 압력을 보일·샤를의 법칙에 적용함으로써 탱크(101) 내의 수소 잔량(체적)을 구하고, 이어서 탱크(101)의 충전 한도(이른바 만(滿)탱크)에 대한 잔량의 비율을 구하고, 그것을 표시부(106)에 표시시킨다.
이상의 수소 충전 시스템(100)은, 예컨대 연료 전지를 전원으로 하는 전기 자동차에 탑재된다. 이 경우, 가스 스테이션에서 공급관(102)을 통해 탱크(101)에 수소를 충전하고, 주행 중에 잔량 산출부(105)로 탱크(101)에 잔류하는 수소의 양을 구함과 더불어, 표시부(106)에 그 잔량을 표시시킨다. 표시부(106)는 차실(車室) 내에 놓이고, 운전수는 표시부(106)에 표시된 수소의 잔량을 파악하면서 운전한다. 여기서는 탱크(101)를 1개만 나타내고 있지만, 복수개의 탱크(101)가 적재되는 경우가 있다. 그 경우, 수소 충전 시스템(100)은 탱크(101)의 개수에 따라 준비된다.
이상의 수소 충전 시스템(100)에 의하면, 온도 센서(10)는 고압의 수소 폭로 하에서도 내구성이 우수하기 때문에, 탱크(101) 내의 수소 잔량을 장기간에 걸쳐 정확히 구할 수 있다.
[실시예]
제 1 실시형태에 나타낸 형태의 온도 센서(10, 20, 30)를 제작하고, 수소 압력 120MPa, 100℃의 분위기 하에 노출시킨 후, 100μA의 전류를 통전하면서 전기 저항을 측정했다. 비교로서, 리드선으로 듀메트선을 이용한 것 이외는 제 1 실시형태에 나타낸 형태의 온도 센서(10)와 마찬가지의 온도 센서를 이용하여 마찬가지의 측정을 행했다. 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5는 25℃에서의 전기 저항을 기준으로 하는 전기 저항의 변화율을 나타내고 있다.
또한, 소자 본체(11), 리드선(13a, 13b), 봉지 유리(2)의 사양은 이하와 같다.
소자 본체: 80% Y - 8% Cr - 8% Mn - 4% Ca (몰%)
리드선: Pt - 10% Ir 합금선 (온도 센서(10))
Pt - 10% Ir 합금선 (온도 센서(20))
Pd - 18% Ir 합금선 (온도 센서(30))
듀메트선 (비교)
봉지 유리: 31% SiO2 - 59% PbO - 2% K2O (주성분)
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 온도 센서(10, 20, 30)는 50시간 정도 경과해도 저항치 변동이 거의 생기는 일 없이 양호했다.
10, 20, 30: 온도 센서
1, 21, 31: 서미스터 소자
2, 22, 32: 봉지 유리
11: 소자 본체
13a, 13b: 리드선
23: 봉지 보완체
100: 수소 충전 시스템
101: 탱크
102: 공급관
103: 토출관
104: 압력 센서
105: 잔량 산출부
106: 표시부

Claims (5)

  1. 산화물 소결체로 이루어지는 서미스터 소자 본체와,
    상기 소자 본체에 전기적으로 접속되고, Pt-Ir 합금, Pt-Pd 합금, Pt-Ir-Pd 합금 및 Pd-Ir 합금 중 어느 하나로 이루어지는 한 쌍의 리드선과,
    상기 소자 본체 및 상기 소자 본체와 접속되는 부분을 포함하는 상기 리드선의 일부를 봉지하는 유리 봉지체를 구비하며,
    상기 합금에서의 Ir 및 Pd의 함유량은 20질량% 이하의 범위에 있고,
    수소 분위기 하에서 사용되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금에서의 Ir 및 Pd의 함유량은 5 내지 20질량%인 온도 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금에서의 Ir 및 Pd의 함유량은 8 내지 12질량%인 온도 센서.
  5. 수소가 충전되는 용기와,
    상기 용기 내의 온도를 측정하는 온도 센서를 구비하고,
    상기 온도 센서가 제 1 항에 기재된 온도 센서인
    수소 충전 시스템.
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