KR101693532B1 - 질소 산화물 센서 - Google Patents
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Abstract
질소산화물 센서가 제공된다. 질소산화물 센서는 고체전해질 층, 고체전해질 층의 일단에 위치하여 외부의 배기가스가 유입되는 유입면 및 배기가스가 배출되는 배출면을 포함하고, 배기가스 내 불순물의 포집량을 증가시키기 위해서 유입면의 면적은 배출면의 면적보다 크고, 유입면에서 배출면으로 갈수록 면적이 점차 작아지며 길이방향으로 연장 형성되어 고체전해질 층의 일 단부보다 돌출 형성된 제1 확산통로, 제1 확산통로와 연통되어 제1 확산통로를 통과한 배기가스 중 산소 분압을 제어하는 제1 캐비티, 제1 캐비티에 형성된 내측 펌핑 전극 및 제1 캐비티와 다른 위치에 형성된 외측 펌핑 전극을 포함하여, 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 제1 펌핑 전극, 제1 캐비티에 연통되어 제1 캐비티를 통과한 질소산화물을 질소와 산소 이온으로 분해시키는 제2 캐비티, 제2 캐비티에 형성된 검지전극 및 제2 캐비티와 다른 위치에 형성되고, 일단부가 대기와 연통된 에어덕트 내부에 설치되는 기준전극을 포함하여, 검지전극과 기준전극 사이의 전압을 제어하여 산소 이온을 검지전극으로 이동시킴으로써 발생되는 전류로부터 질소산화물의 농도를 측정한다.
Description
본 발명은 질소산화물 센서에 관한 것이다.
질소 산화물 가스는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 아산화질소(N2O)를 포함하여 NOx로서 표시한다. 이 중 일산화질소는 질소산화물의 약 80%를 차지하여, 일산화질소 및 이산화질소가 질소산화물 가스의 대부분을 차지한다.
화석연료에 의한 지구 온난화의 방지를 위해 이산화탄소의 배출량을 억제 하는 것에 대한 요구가 증가하고 있고 이것에 대응하여 연비 또한 향상시킬 필요가 있다. 이러한 요구와 함께 질소산화물 센서에 대한 연구가 증가하고 있다.
기존의 질소산화물 가스의 농도를 측정하는 방법으로는 평형전위를 이용하는 방법, NOx가스 분해에 의한 산소 전류 측정 방법, 혼합전위 방법 등이 있다.
평형 전위를 이용하는 방법에서는 전기 화학적 셀은 고체 전해질에 고체상태의 질산염을 감지전극으로 형성하고 고체 전해질 내의 이온의 활동도를 일정하게 하는 귀금속을 전극으로 형성하여 전기 화학적 셀에서 발생하는 기전력을 이용하여 질소산화물의 농도를 측정한다.
NOx가스 분해에 의한 산소 전류 측정 방법은 펌핑셀을 이용하여 NOx가스를 분해하여 얻어진 산소이온에 의한 전류를 측정하여 질소산화물 농도를 측정하는 방법이다.
혼합전위 방법에서는 고체 전해질의 일면에 금속산화물로 감지전극을 형성하고, 고체 전해질의 타면에 기준전극을 형성해 감지전극과 기준전극 사이의 전위차를 측정한다. 이때, 감지전극은 질소산화물과 산소에 대한 반응성을 가지나 기준전극은 산소에만 반응성을 갖고 있어 가스 중에 포함된 질소산화물 농도에 따라 감지전극과 기준전극간의 전위차가 발생하게 되고 이 전위차를 측정함으로써 질소산화물 농도를 측정한다.
그런데, 종래의 질소 산화물 센서는 피독 물질이 외부에서 미량이라도 유입되면 성능에 치명적인 문제가 발생한다.
본 발명은 외부에 존재하는 유해 물질의 유입을 방지하는 질소산화물 센서를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 고체전해질 층; 상기 고체전해질 층의 일단에 위치하여 외부의 배기가스가 유입되는 유입면 및 배기가스가 배출되는 배출면을 포함하고, 상기 배기가스 내 불순물의 포집량을 증가시키기 위해서 상기 유입면의 면적은 상기 배출면의 면적보다 크고, 상기 유입면에서 상기 배출면으로 갈수록 면적이 점차 작아지며 길이방향으로 연장 형성되어 상기 고체전해질 층의 일 단부보다 돌출 형성되며 상기 유입면과 상기 배출면이 평행하게 형성된 사다리꼴 형상인 제1 확산통로; 상기 제1 확산통로와 연통되어 상기 제1 확산통로를 통과한 배기가스 중 산소 분압을 제어하는 제1 캐비티; 상기 제1 캐비티에 형성된 내측 펌핑 전극 및 상기 제1 캐비티와 다른 위치에 형성된 외측 펌핑 전극을 포함하여, 상기 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 제1 펌핑 전극; 상기 제1 캐비티에 연통되어 상기 제1 캐비티를 통과한 질소산화물을 질소와 산소 이온으로 분해시키는 제2 캐비티; 일단은 상기 제1 캐비티와 연결되고 타단은 상기 제2 캐비티와 연결되어 상기 제1 캐비티를 통과한 배기가스를 소정의 확산 저항아래에서 상기 제2 캐비티로 이끌며, 단면적이 상기 제1 확산통로의 유입면의 단면적보다 작게 형성된 제2 확산통로; 상기 제2 캐비티에 형성된 검지전극 및 상기 제2 캐비티와 다른 위치에 형성되고, 일단부가 대기와 연통된 에어덕트 내부에 설치되는 기준전극;을 포함하여, 상기 검지전극과 기준전극 사이의 전압을 제어하여 상기 산소 이온을 상기 검지전극으로 이동시킴으로써 발생되는 전류로부터 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 센서를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 고체전해질 층; 상기 고체전해질 층의 일단에 위치하여 외부의 배기가스가 유입되는 유입면 및 배기가스가 배출되는 배출면을 포함하고, 상기 배기가스 내 불순물의 포집량을 증가시키기 위해서 상기 유입면의 면적은 상기 배출면의 면적보다 크고, 상기 유입면에서 상기 배출면으로 갈수록 면적이 점차 작아지며 길이방향으로 연장 형성되어 상기 고체전해질 층의 일 단부보다 돌출 형성되며 다공질의 고체 전해질이고, 상기 유입면과 상기 배출면이 평행하게 형성된 사다리꼴 형상인 제1 확산통로; 상기 제1 확산통로와 연통되어 상기 제1 확산통로를 통과한 배기가스 중 산소 분압을 제어하는 제1 캐비티; 상기 제1 캐비티에 형성된 내측 펌핑 전극 및 상기 제1 캐비티와 다른 위치에 형성된 외측 펌핑 전극을 포함하여, 상기 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 제1 펌핑 전극; 상기 제1 캐비티에 연통되어 상기 제1 캐비티를 통과한 질소산화물을 질소와 산소 이온으로 분해시키는 제2 캐비티; 일단은 상기 제1 캐비티와 연결되고 타단은 상기 제2 캐비티와 연결되며, 내부에 형성된 기공의 지름을 조절함으로써 상기 제1 캐비티를 통과한 배기가스의 확산 속도를 조절하며, 단면적이 상기 제1 확산통로의 유입면의 단면적보다 작게 형성되고, 다공질의 고체 전해질인 제2 확산통로; 상기 제2 캐비티에 형성된 검지전극 및 상기 제2 캐비티와 다른 위치에 형성되고, 일단부가 대기와 연통된 에어덕트 내부에 설치되는 기준전극;을 포함하여, 상기 검지전극과 기준전극 사이의 전압을 제어하여 상기 산소 이온을 상기 검지전극으로 이동시킴으로써 발생되는 전류로부터 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 센서를 제공한다.
삭제
또한, 상기 제1 확산통로 내부에는 환원제가 포함되어 이산화질소를 일산화질소로 환원시킬 수 있다.
또한, 상기 고체전해질 층 내부에 위치된 히터부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 캐비티에 형성된 제2 펌핑 전극을 포함하여 상기 외측 펌핑 전극과 제2 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시킬 수 있다.
삭제
또한, 상기 내측 펌핑 전극은 제1 캐비티의 일측에 설치되어 산소를 제거하도록 하는 제1 전극 및 상기 제1 캐비티의 타측에 설치되고, 상기 제1 전극과 연결된 제2 전극을 포함하여 상기 제2 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시킬 수 있다.
삭제
또한, 상기 고체전해질 층은 복수개의 기판층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서는 제1 확산통로가 길이방향으로 연장되어 피독 물질의 포집을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에서 A-A선의 단면도이다.
도 4는 도 1에서 A-A선의 단면의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에서 A-A선의 단면도이다.
도 4는 도 1에서 A-A선의 단면의 변형예를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 센서(1)는 제1 확산통로(5), 제1 캐비티(7), 제1 펌핑 전극(15), 제2 확산통로(9), 제2 캐비티(11), 제2 펌핑 전극(25), 검지 전극(21), 기준 전극(23), 고체전해질 층(3), 히터부(27), 에어 덕트(13)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 센서(1)는 제1 확산통로(5)가 길이방향으로 연장 형성되어 피독 물질의 포집을 증가시켜 피독 물질의 유입을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 고체전해질 층(3)은 평판 형상의 직사각형 구조로 한 개의 층 또는 복수개의 기판층(3a~3f)이 순서대로 적층되어 이루어질 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 고체전해질 층(3)은 치밀한 기밀의 산소이온 전도성 재질로서 제1 기판층(3a), 제2 기판층(3b), 제3 기판층(3c), 제4 기판층(3d), 제5 기판층(3e), 제6 기판층(3f)이 적층될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
고체전해질 층(3)은 산화 지르코늄 등의 산소이온 전도성의 고체전해질을 이용하여 형성되고 고체 전해질 층의 적층물을 일체로 소결함으로써 제조될 수 있다.
이때, 산소는 전해질이 산화 이온으로 전도될 수 있기 때문에 고체전해질 층(3)을 통과하여 펌핑된다. 또한, 고체전해질 층(3)은 각 층간에는 도시되지 않았지만 절연층이 적층되어 전기나 열에 의해 변성되지 않도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 확산통로(5)는 배기가스가 제일 먼저 통과하는 곳으로서 고체 전해질 층의 일단부인 좌측에 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 제5 기판층(3e)의 좌측 단부에 위치할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 1 및 2를 참조하면, 제1 확산통로(5)는 일단은 배기가스가 유입되는 외부에 노출되고 타단은 제1 캐비티(7)와 연통되어 소정의 확산 저항아래에 질소산화물을 포함하는 배기가스를 제1 캐비티(7) 내로 이끌어 넣을 수 있다.
이때, 제1 확산 통로(5)는 단면적, 단면의 형상, 길이 등을 변경함으로써 질소산화물 농도의 검출 감도를 조절할 수 있다.
한편, 제1 확산통로(5)는 다공질의 고체전해질로서 다공질체가 가지는 확산저항에 의해 피독 물질 등이 질소 산화물 센서 내부로 유입되는 것을 방지하고, 배기가스의 맥동으로 인한 신호의 불균일성을 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 확산통로(5)는 단면이 원형 또는 직사각형 및 나팔형상일 수 있으나 이에 한정되지 않고 시트가 적층되어 형성될 수 있으며 내부에는 기공(5c)을 포함할 수 있다.
따라서, 제1 확산통로(5)는 기공(5c)의 지름이 크면 배기가스의 확산속도가 증가하고 기공의 지름이 작으면 배기가스의 확산속도를 감소시켜 기공의 지름에 따라서 배기가스의 확산속도를 조절할 수 있다.
제1 확산통로(5)는 외부의 배기가스에 노출되어 배기가스가 유입되는 유입면(5a)과 제1 캐비티(7)와 연결되어 배기가스를 제1 캐비티(7)로 이끄는 배출면(5b)을 포함할 수 있다.
이때, 제1 확산통로(5)는 유입면(5a)의 면적을 배출면(5b)의 면적보다 크게 하여 피독 물질 등이 질소산화물 센서(1) 내부로 유입되는 현상을 방지하여 질소산화물 센서(1)의 성능을 유지할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제1 확산통로(5)가 길이방향으로 연장 형성되어 제4 기판층(3d) 및 제6 기판층(3f)의 좌측 단부보다 돌출 형성되어 외부로 노출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서(1)는 제1 확산통로(5)가 길이방향으로 연장 형성되어 피독 물질이 내부로 유입되는 현상을 방지하여 질소산화물 센서의 성능을 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 확산통로(5)의 내부에는 질소산화물 농도측정의 정확성을 높이기 위해서 환원제가 포함될 수 있다. 이때, 이산화질소는 일산화질소에 비해 분자량이 크기 때문에 확산속도가 느려 질소산화물 농도 측정의 부정확성을 야기시키므로 환원제는 이산화질소를 일산화질소로 환원시킨다. 따라서 제1 확산통로(5) 내부에 포함된 환원제는 질소산화물 농도의 측정 감도를 개선시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 캐비티(7)는 배기가스의 확산 방향인 제1 확산통로(5)의 일단에서 우측방향으로 연장되어 형성되고 제1 확산통로를 통과한 배기가스에 잔존하는 산소 분압을 조정하는 공간이다.
이때, 내측 펌핑 전극(17)과 기준 전극(23) 사이의 전압이 일정한 값이 되도록 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극(19) 사이의 전압을 제어함으로써 제1 캐비티(7)의 산소 분압을 제어하여 제2 캐비티(11)에 유입되는 배기가스 중 산소 분압이 일정하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제1 캐비티(7)에서는 제1 펌핑 전극(15)을 통해 배기가스 중 잔존하는 산소의 농도를 일정 수준 이하로 제거할 수 있다. 이때 제1 펌핑 전극(15)은 내측 펌핑 전극(17) 및 외측 펌핑 전극(19)을 포함할 수 있고, 배기가스에서 산소 성분을 펌핑하기 위한 전압을 제어한다.
이때, 내측 펌핑 전극(17) 및 외측 펌핑 전극(19)은 서로 접속되어 제1 펌핑 전극(15)을 형성할 수 있다. 제1 펌핑 전극(15)은 배기가스 중 산소를 제거하여 산소 분압을 낮춘다.
이때, 제1 펌핑 전극(15)에서 배기가스에 존재하는 산소가 충분히 제거되지 못하면 이 산소가 검지 전극(21)에 도달한 후 이온화되어 노이즈로 작용하게 된다. 따라서 질소 산화물의 농도가 실제보다 크게 측정될 수 있다.
반면, 제1 펌핑 전극(15)에서 배기가스에 존재하는 산소가 과도하게 제거되면 질소 산화물이 내측 펌핑 전극(17) 또는 제2 펌핑 전극(25)에서 환원되어 질소와 산소로 분해되어 노이즈로 작용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 내측 펌핑 전극(17)은 제1 확산통로(5)를 통해 배기가스가 유입되는 제1 캐비티(7)의 상부 및 하부측에 한 쌍으로 배치될 수 있고 그 사이를 연결할 수 있으나 이에 한정되지 않고 제1 캐비티의 일측, 예를 들어 상부측 또는 하부측에만 배치될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 내측 펌핑 전극(17)은 제1 캐비티(7)의 상부측에 설치된 제1 전극(17a) 및 하부측에 설치된 제2 전극(17b)을 포함할 수 있으며 직사각형 형상의 다공질 서멧 전극으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 내측 펌핑 전극(17)은 제1 전극(17a) 및 제2 전극(17b) 사이를 연결하는 연결전극(17c)을 포함할 수 있다. 이때, 일 실시예로서 제1 전극(17a)에서 산소를 펌핑하고 제2 전극(17b)과 외측 펌핑 전극(19) 사이에 전류가 흐르도록 할 수 있다.
또한 외측 펌핑 전극(19)은 내측 펌핑 전극(17) 즉, 제1 전극(17a) 또는 제2 전극(17b)과 대응할 수 있고 고체 전해질 층(3)의 상측면에 접하게 설치되며, 단면이 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 내측 펌핑 전극(17) 및 외측 펌핑 전극(19)은 질소산화물에 대한 환원 능력이 약하거나 없는 재질로 사용될 수 있다.
이때, 내측 펌핑 전극(17) 및 외측 펌핑 전극(19) 간에 외부의 가변 전원에서 소정의 전압을 인가해서 외측 펌핑 전극(19)으로부터 내측 펌핑 전극(17)의 방향으로 전류가 흐르도록 하여 제1 캐비티(7)의 산소를 외부공간으로 퍼낼 수 있다.
또한 제1 펌핑 전극(15)은 내측 펌핑 전극(17) 및 외측 펌핑 전극(19)간에 통전에 의해 제1 캐비티(7)의 배기가스에 존재하는 산소를 펌핑하여 즉, 산소 이온의 이동을 가능하게 하여 제1 캐비티(7) 내부에 있는 가스의 산소 분압을 낮춘다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제2 확산통로(9)는 일단은 제1 캐비티(7)를 통과한 가스가 유입되도록 제1 캐비티와 연결되고 타단은 제2 캐비티(11)와 연통되어 배기가스를 소정의 확산 저항아래에서 제2 캐비티(11)로 이끈다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제2 확산통로(5)는 다공질의 고체전해질로서 다공질체가 가지는 확산저항에 의해 피독 물질 등이 질소 산화물 센서 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제2 확산통로(9)는 단면이 원형 또는 직사각형일 수 있으나 이에 한정되지 않고 시트가 적층되어 형성될 수 있으며 내부에는 기공(9a)을 포함할 수 있다.
따라서, 제2 확산통로(9)는 기공(9a)의 지름이 크면 배기가스의 확산속도가 증가하고 기공의 지름이 작으면 배기가스의 확산속도를 감소시켜 기공의 지름에 따라서 배기가스의 확산속도를 조절할 수 있다.
이때, 제2 확산통로(9)는 단면적, 단면의 형상, 길이 등을 변경함으로써, 질소산화물 농도의 검출 감도를 조절할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제2 캐비티(11)는 제2 확산통로(9)에서부터 우측 방향으로 연장 형성되고 단면이 직사각형 또는 원형으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 이때, 제2 캐비티(11)는 제2 확산통로(9)를 통과한 가스에 대하여 산소 분압을 미세 조정하는 공간이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 센서(1)는 제2 펌핑 전극(25)과 기준 전극(23)사이의 전압이 일정한 값이 되도록 외측 펌핑 전극(19)과 내측 펌핑 전극(17) 사이의 전압을 제어하여 제2 캐비티(11) 내부에 존재하는 산소 분압이 일정하도록 한다.
이때, 산소 분압은 질소산화물이 환원되지 않는 범위까지 산소를 제거하여 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 검지 전극(21)은 질소산화물의 환원 촉매를 포함하여 질소산화물이 질소와 산소로 분해가 이루어지도록 한다. 이때 산소는 이온화되어 검지 전극(21)과 기준 전극(23) 사이에 걸린 전압에 의해 기준 전극에 도달한다.
이러한 산소 이온의 이동에 의해 발생한 전류(Ip)로부터 질소산화물의 농도를 측정할 수 있다. 이때 전류(Ip)의 값은 질소산화물의 농도에 의존하여 변화하기 때문이다.
도 3을 참조하면, 에어 덕트(13)는 고체전해질 층(3)의 우측 단부, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 기판층(3c)의 우측 단부에 위치하여, 제1 캐비티(7) 및 제2 캐비티(11)와는 독립적으로 기준 가스가 유입되는 통로이다. 이때, 에어 덕트(13)는 길이방향으로 연장되어 형성되고, 일단부가 개구되어 대기와 연통될 수 있다.
한편, 에어 덕트(13)는 대기와 접촉하는 부위에 도시되지는 않았으나 개구부가 형성될 수 있고 이 개구부를 통해서 기준 가스인 대기가 에어 덕트(13) 내부로 들어올 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 검지 전극(21)은 제2 캐비티(11)의 하측면, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 제4 기판층(3d)의 상측면에 접하게 설치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
검지 전극(21)은 질소산화물을 환원할 수 있는 촉매를 함유할 수 있으며 다공질 서멧 전극으로 이루어질 수 있다. 이때, 서멧이란 세라믹스와 금속의 조합으로 구성된 소결재료이다.
한편, 검지 전극(21)은 제2 캐비티(11)의 가스 중에 존재하는 질소산화물을 환원되게 할 수 있는 환원촉매로서도 기능할 수 있다. 이를 통해 질소산화물이 질소와 산소로 분해되어 이때 산소가 발생한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 기준 전극(23)은 산소 농도 분압 측정의 기준이 되고, 에어 덕트(13)의 상측면 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 제4 기판층(3d)의 하측면에 접하게 설치될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제2 펌핑 전극(25)은 제1 펌핑 전극(15)에서 제거되지 않은 산소를 2차로 제거할 수 있다. 제2 펌핑 전극(25)은 도 3에 도시된 바와 같이, 내측 펌핑 전극(17)에서 우측방향으로 소정의 거리로 이격되도록 제2 캐비티(11) 상부측, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 제6 기판층(3f)의 하측면에 접하게 설치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 제2 펌핑 전극(25)은 내측 펌핑 전극(17)과 같이 질소산화물에 대한 환원 능력이 약하거나 없는 재질로 사용될 수 있다.
한편, 제2 펌핑 전극(25)과 기준 전극(23)사이의 전압이 일정한 값이 되도록 제2 펌핑 전극(25)과 외측 펌핑 전극(19) 사이에 전압을 제어하여 제2 캐비티(11)의 산소 농도를 적절하게 유지할 수 있다.
또한, 제2 펌핑 전극(25)은 제2 캐비티(11)의 질소산화물이 분해되지 않는 범위 즉, 질소산화물 측정에 실질적인 영향이 없는 낮은 산소 농도가 되도록 일정하게 배기가스 중의 산소를 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 센서(1)의 히터부(27)는 고체 전해질 층(3)의 하부 측 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기판층(3a) 및 제2 기판층(3b) 사이에 설치되고, 히터부의 상하면에는 고체 전해질 층과의 전기적 절연을 얻기 위해서 절연층(27a) 사이에 위치할 수 있다.
이때, 히터부(27)는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 센서(1)가 원활하게 작동하기 위한 온도까지 높일 수 있다. 이는 고체전해질 층(3)이 안정화 지르코니아일 때 산소의 이온 전도성은 350도 이상의 온도에서 발현되는데 이때 히터부(27)는 질소산화물 센서가 350도 이상이 되도록 열을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 센서(1)는 제1 확산통로(5)는 길이방향으로 연장 형성되어 피독 물질이 내부에 유입되지 않도록 하여 성능을 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 질소 산화물 센서 3: 고체 전해질 층
5: 제1 확산 통로 5a : 유입면
5b : 배출면 5c : 제1 확산통로의 기공
7 : 제1 캐비티 9 : 제2 확산통로
9a : 제2 확산통로의 기공 11 : 제2 캐비티
13 : 에어 덕트 15 : 제1 펌핑 전극
17 : 내측 펌핑 전극 17a : 제1 전극
17b : 제2 전극 17c : 연결전극
19 : 외측 펌핑 전극 21 : 검지 전극
23 : 기준 전극 25 : 제2 펌핑 전극
27 : 히터부 27a : 절연층
5: 제1 확산 통로 5a : 유입면
5b : 배출면 5c : 제1 확산통로의 기공
7 : 제1 캐비티 9 : 제2 확산통로
9a : 제2 확산통로의 기공 11 : 제2 캐비티
13 : 에어 덕트 15 : 제1 펌핑 전극
17 : 내측 펌핑 전극 17a : 제1 전극
17b : 제2 전극 17c : 연결전극
19 : 외측 펌핑 전극 21 : 검지 전극
23 : 기준 전극 25 : 제2 펌핑 전극
27 : 히터부 27a : 절연층
Claims (10)
- 고체전해질 층;
상기 고체전해질 층의 일단에 위치하여 외부의 배기가스가 유입되는 유입면 및 배기가스가 배출되는 배출면을 포함하고, 상기 배기가스 내 불순물의 포집량을 증가시키기 위해서 상기 유입면의 면적은 상기 배출면의 면적보다 크고, 상기 유입면에서 상기 배출면으로 갈수록 면적이 점차 작아지며 길이방향으로 연장 형성되어 상기 고체전해질 층의 일 단부보다 돌출 형성되며 상기 유입면과 상기 배출면이 평행하게 형성된 사다리꼴 형상인 제1 확산통로;
상기 제1 확산통로와 연통되어 상기 제1 확산통로를 통과한 배기가스 중 산소 분압을 제어하는 제1 캐비티;
상기 제1 캐비티에 형성된 내측 펌핑 전극 및 상기 제1 캐비티와 다른 위치에 형성된 외측 펌핑 전극을 포함하여, 상기 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 제1 펌핑 전극;
상기 제1 캐비티에 연통되어 상기 제1 캐비티를 통과한 질소산화물을 질소와 산소 이온으로 분해시키는 제2 캐비티;
일단은 상기 제1 캐비티와 연결되고 타단은 상기 제2 캐비티와 연결되어 상기 제1 캐비티를 통과한 배기가스를 소정의 확산 저항아래에서 상기 제2 캐비티로 이끌며, 단면적이 상기 제1 확산통로의 유입면의 단면적보다 작게 형성된 제2 확산통로;
상기 제2 캐비티에 형성된 검지전극 및
상기 제2 캐비티와 다른 위치에 형성되고, 일단부가 대기와 연통된 에어덕트 내부에 설치되는 기준전극;을 포함하여,
상기 검지전극과 기준전극 사이의 전압을 제어하여 상기 산소 이온을 상기 검지전극으로 이동시킴으로써 발생되는 전류로부터 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 센서. - 삭제
- 고체전해질 층;
상기 고체전해질 층의 일단에 위치하여 외부의 배기가스가 유입되는 유입면 및 배기가스가 배출되는 배출면을 포함하고, 상기 배기가스 내 불순물의 포집량을 증가시키기 위해서 상기 유입면의 면적은 상기 배출면의 면적보다 크고, 상기 유입면에서 상기 배출면으로 갈수록 면적이 점차 작아지며 길이방향으로 연장 형성되어 상기 고체전해질 층의 일 단부보다 돌출 형성되며 다공질의 고체 전해질이고, 상기 유입면과 상기 배출면이 평행하게 형성된 사다리꼴 형상인 제1 확산통로;
상기 제1 확산통로와 연통되어 상기 제1 확산통로를 통과한 배기가스 중 산소 분압을 제어하는 제1 캐비티;
상기 제1 캐비티에 형성된 내측 펌핑 전극 및 상기 제1 캐비티와 다른 위치에 형성된 외측 펌핑 전극을 포함하여, 상기 내측 펌핑 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 제1 펌핑 전극;
상기 제1 캐비티에 연통되어 상기 제1 캐비티를 통과한 질소산화물을 질소와 산소 이온으로 분해시키는 제2 캐비티;
일단은 상기 제1 캐비티와 연결되고 타단은 상기 제2 캐비티와 연결되며, 내부에 형성된 기공의 지름을 조절함으로써 상기 제1 캐비티를 통과한 배기가스의 확산 속도를 조절하며, 단면적이 상기 제1 확산통로의 유입면의 단면적보다 작게 형성되고, 다공질의 고체 전해질인 제2 확산통로;
상기 제2 캐비티에 형성된 검지전극 및
상기 제2 캐비티와 다른 위치에 형성되고, 일단부가 대기와 연통된 에어덕트 내부에 설치되는 기준전극;을 포함하여,
상기 검지전극과 기준전극 사이의 전압을 제어하여 상기 산소 이온을 상기 검지전극으로 이동시킴으로써 발생되는 전류로부터 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 센서. - 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 제1 확산통로 내부에는 환원제가 포함되어 이산화질소를 일산화질소로 환원시키는 질소 산화물 센서. - 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 고체전해질 층 내부에 위치된 히터부를 포함하는 질소산화물 센서. - 삭제
- 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 제2 캐비티에 형성된 제2 펌핑 전극을 포함하여 상기 외측 펌핑 전극과 상기 제2 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 질소 산화물 센서. - 제7 항에 있어서,
상기 내측 펌핑 전극은 제1 캐비티의 일측에 설치되어 산소를 제거하도록 하는 제1 전극 및 상기 제1 캐비티의 타측에 설치되고, 상기 제1 전극과 연결된 제2 전극을 포함하여 상기 제2 전극과 외측 펌핑 전극 사이의 전압을 제어하여 배기가스 중 산소를 제거시키는 질소산화물 센서. - 삭제
- 제7 항에 있어서,
상기 고체전해질 층은 복수개의 기판층으로 이루어진 질소산화물 센서.
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|---|---|---|---|
| KR1020140153810A KR101693532B1 (ko) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 질소 산화물 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140153810A KR101693532B1 (ko) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 질소 산화물 센서 |
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|---|---|
| KR20160054709A KR20160054709A (ko) | 2016-05-17 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010101697A (ja) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサとその製造方法 |
| JP2011039041A (ja) * | 2009-07-17 | 2011-02-24 | Ngk Insulators Ltd | アンモニア濃度検出センサ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3335802B2 (ja) * | 1995-07-19 | 2002-10-21 | 日本碍子株式会社 | ガス分析方法及びそのための装置 |
| JP3537983B2 (ja) * | 1996-03-21 | 2004-06-14 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
-
2014
- 2014-11-06 KR KR1020140153810A patent/KR101693532B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160054709A (ko) | 2016-05-17 |
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