KR102012473B1 - Electrochemical gas sensor having flexible curved electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대기 중의 가스를 검출하는 가스센서에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 전기화학적인 방법으로 가스를 검출하는 전기화학식 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor for detecting a gas in the atmosphere, and more particularly to an electrochemical gas sensor for detecting the gas by an electrochemical method.
일반적으로 대기 중에 존재하는 가스를 검출하는 가스센서는 주석산화물 등의 금속산화물 반도체 모재료에 촉매를 첨가한 반도체식 가스센서, 산화지르코니아를 주원료로 하는 고체전해질식 가스센서, 적외선의 흡수파장의 세기나 자외선의 발광특성 파장을 보는 광학식 가스센서, 가스의 전해질속에서 산화환원의 전극반응으로 발생하는 전류세기를 측정하는 전기화학식 가스센서 등으로 구분한다.In general, gas sensors for detecting gases in the atmosphere include semiconductor gas sensors in which a catalyst is added to a metal oxide semiconductor base material such as tin oxide, solid electrolyte gas sensors mainly composed of zirconia oxide, and absorption wavelength of infrared rays. (B) optical gas sensors for viewing the wavelengths of ultraviolet light emission characteristics, and electrochemical gas sensors for measuring the current intensity generated by the redox electrode reaction in the gas electrolyte.
이 중에서 전기화학식 가스센서는 가연성 가스와 독성가스 및 환경가스 등과 같은 대다수의 가스의 검출이 가능하며, 수 피피비(ppb)의 저농도까지 측정이 가능한 특징이 있기 때문에, 최근 사용량이 증가하고 있으며 그에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.Among them, the electrochemical gas sensor is capable of detecting a large number of gases such as flammable gas, toxic gas, and environmental gas, and can measure even low concentrations of PPP. There is also active research.
전기화학식 가스센서는 작업전극(working electrode)과 상대전극(count electrode) 및 기준전극(reference electrode)으로 구분되는 3개의 전극과 전해질을 포함하며, 작업전극과 기준전극 사이에 일정한 전위로 유지하면서 전해질에 대한 전해를 수행하고, 이때 작업전극과 상대전극 사이에 발생하는 전해전류 크기를 검출하여 가스유무와 그 농도를 검출한다. 이때, 검출하고자하는 가스종류에 따라 특정한 전위를 바꿈으로써 산화, 환원반응을 선택적으로 진행시켜 특정가스를 정량적으로 검지할 수 있다.The electrochemical gas sensor includes three electrodes and an electrolyte, which are divided into a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and the electrolyte is maintained at a constant potential between the working electrode and the reference electrode. The electrolysis is performed, and the presence or absence of gas and its concentration are detected by detecting the magnitude of the electrolytic current generated between the working electrode and the counter electrode. At this time, by changing the specific potential according to the type of gas to be detected, the specific gas can be quantitatively detected by selectively proceeding oxidation and reduction reactions.
한편, 전기화학식 가스센서의 검출감도, 반응속도, 간섭성, 재현성, 안전성, 수명 등을 높이기 위한 기술이 다수 개발되었으며, 대다수 전기화학식 가스센서는 전해액이 하나의 우물형 저장통으로 되어 있거나 혹은 저장통에 지지대가 설치된 것 또는 3전극이 겹쳐져 있으되 저장통 윗면에 평평하게 설치되어 있는 구조이다. 모두 공히 전극이 전해액에 접촉내지는 침습되게 하기위해 침지를 사용한다.On the other hand, a number of technologies have been developed to increase the detection sensitivity, reaction speed, coherence, reproducibility, safety, and lifespan of electrochemical gas sensors. Most electrochemical gas sensors have one well-type reservoir or electrolyte in a reservoir. The support is installed or the three electrodes are overlapping, but the structure is installed flat on the top of the reservoir. All use dipping to allow the electrode to come in contact with the electrolyte or to invade.
하지만, 이러한 기존의 구조는 전해액 저장통이 불필요한 공간으로 남든가 전극의 대면적화가 불가능하여 전기화학식 센서의 가스검지특성을 향상시키는데 어려움이 있다. However, such a conventional structure is difficult to improve the gas detection characteristics of the electrochemical sensor because the electrolyte reservoir is left as an unnecessary space or the large area of the electrode is impossible.
또한, 최근 가스센서의 소형화 경향이 강조되면서 충분한 검지 특성을 가지는 소형의 전기화학식 가스센서에 대한 요구가 높아지고 있으나, 종래의 구조에서는 소형화에 한계가 있는 실정이다. In addition, as the trend toward miniaturization of gas sensors has recently been emphasized, the demand for small electrochemical gas sensors having sufficient detection characteristics is increasing, but there is a limit in miniaturization in conventional structures.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 가스검지특성이 향상되며 소형화에 적합한 구조의 전기화학식 가스센서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide an electrochemical gas sensor having an improved gas detection characteristic and suitable for miniaturization.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서는, 내부에 빈 수용공간을 포함하고, 검지 대상 가스가 상기 수용공간에 유입될 수 있도록 구성된 케이스; 상기 수용공간에 위치하는 전해질; 상기 수용공간에 설치되고, 상기 전해질에 접촉하여 전해를 수행하는 동시에 검지 대상 가스가 전해질에 용해된 농도에 따라 발생하는 전류의 변화를 검출할 수 있는, 작업전극과 상대전극 및 기준전극을 포함하는 유연성 재질의 전극부; 및 상기 전극부의 전극 각각을 외부와 전기적으로 연결하는 3개의 금속전극을 포함하여 구성되고, 상기 케이스에는 상기 수용공간의 상면에서 하부로 돌출된 하나 이상의 상부 돌출부와 상기 수용공간의 하면에서 상부로 돌출된 하나 이상의 하부 돌출부를 구비하여, 상부 돌출부와 하부 돌출부에 의해서 상기 전극부가 1회 이상 휘어진 형상으로 상기 수용공간에 설치되며, 상기 상부 돌출부 또는 상기 하부 돌출부의 끝에는 고정용 돌기가 형성되고, 상기 고정용 돌기는 상기 전극부에 형성된 홈에 삽입되어 고정된 것을 특징으로 한다.Electrochemical gas sensor with a flexible curved electrode according to the present invention for achieving the above object, the case comprising an empty receiving space therein, the case configured to allow the gas to be detected to enter the receiving space; An electrolyte located in the accommodation space; A working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, which are installed in the accommodation space and capable of detecting the change of current generated according to the concentration of the gas to be detected in the electrolyte while performing electrolysis by contacting the electrolyte. An electrode part of a flexible material; And three metal electrodes electrically connecting the electrodes of the electrode unit to the outside, wherein the case includes one or more upper protrusions protruding downward from the upper surface of the accommodation space and protrudes upward from the bottom surface of the accommodation space. It is provided with one or more lower protrusions, the electrode portion is installed in the receiving space in a shape bent at least one time by the upper protrusion and the lower protrusion, the fixing protrusion is formed at the end of the upper protrusion or the lower protrusion, The dragon protrusion is characterized in that the insertion is fixed to the groove formed in the electrode portion.
전기화학식 가스센서에서 전해전류와 검출가스 농도의 사이에는 다음의 식(1) 관계가 성립한다.In the electrochemical gas sensor, the following equation (1) is established between the electrolytic current and the detected gas concentration.
I = (nㆍFㆍAㆍDㆍC)/δ ---------------------------- (1)I = (n, F, A, D, C) / δ ---------------------------- (1)
여기서, I는 전해전류, n은 가스 1mol당 발생하는 전자의 수, F는 패러데이 상수, A는 가스 확산면적의 크기, D는 확산 계수, δ는 확산층의 두께, C는 전해질 용액 속에서 전해하는 가스 농도이다. 동일한 전기화학식 가스센서에서는 n, F, A, D, δ는 일정하기 때문에, 전해 전류는 가스 농도에 비례하므로 전해전류를 측정하면 가스 농도를 검출할 수 있게 된다.Where I is the electrolytic current, n is the number of electrons generated per mole of gas, F is the Faraday constant, A is the size of the gas diffusion area, D is the diffusion coefficient, δ is the thickness of the diffusion layer, and C is the electrolyte Gas concentration. In the same electrochemical gas sensor, since n, F, A, D, and δ are constant, the electrolytic current is proportional to the gas concentration, so that the gas concentration can be detected by measuring the electrolytic current.
본 발명의 발명자들은 수용공간 내에 유연성 전극부를 1회 이상 휘어진 형태로 설치하여, 동일한 폭의 수용공간 내에 설치된 평판형 전극에 비하여 전극의 면적을 넓힘으로써, 상기한 식에서 분자항목에 있는 가스의 확산면적 A를 크게하는 방법을 통해 전기화학식 가스센서의 출력감도가 높아지는 동시에 반응시간도 짧아진 새로운 구조의 전기화학식 가스센서를 개발하여 출원을 하였다.The inventors of the present invention install the flexible electrode portion in the accommodating space one or more times to increase the area of the electrode compared to the flat electrode installed in the accommodating space of the same width. By increasing the A, the electrochemical gas sensor has been developed and applied for a new structure that increases the output sensitivity of the electrochemical gas sensor and shortens the reaction time.
본 발명은 1회 이상 휘어진 형태로 수용공간 내에 설치되는 유연성 전극부를 안정적으로 고정함으로써 전해질이 위치하는 수용공간을 넓히기 위하여, 상부 돌출부 또는 하부 돌출부의 끝에 고정용 돌기를 형성하고, 전극부에 형성된 홈에 고정용 돌기가 삽입 고정되도록 구성하였다.The present invention forms a fixing projection at the end of the upper protrusion or the lower protrusion, to broaden the receiving space in which the electrolyte is located by stably fixing the flexible electrode portion installed in the receiving space in a bent shape one or more times, the groove formed in the electrode portion Fixing protrusion was configured to be inserted into the fixing.
이를 위하여, 고정용 돌기가 형성된 상부 돌출부 또는 하부 돌출부는, 서로 이격된 2개 이상의 구조물이 하나의 상부 돌출부 또는 하부 돌출부를 구성함으로써, 구조물의 사이로 전해질이 자유롭게 이동할 수 있도록 구성된 것이 바람직하다. 상부 돌출부 또는 하부 돌출부 각각이 하나의 벽과 같은 구조로 구성되면, 전해질이 위치하는 수용공간이 좁아지고, 전해질과 유입 가스의 이동도 원활하지 못한 단점이 있다. 본 발명은 각각의 돌출부가 복수의 구조물로 구성되어, 구조물 사이에 전해질이 위치하여 수용공간이 확보되는 동시에 전해질과 가스의 이동이 용이하다. 이때, 구조물 사이로 유연한 재질의 전극부가 말려들어가는 문제는, 고정용 돌기를 이용하여 전극부를 고정함으로써 방지할 수 있다.To this end, it is preferable that the upper protrusion or the lower protrusion formed with the fixing protrusion is configured such that two or more structures spaced apart from each other constitute one upper protrusion or the lower protrusion so that the electrolyte can move freely between the structures. If each of the upper and lower protrusions has a wall-like structure, the receiving space in which the electrolyte is located is narrowed, and the movement of the electrolyte and the inflow gas is not smooth. In the present invention, each of the protrusions is composed of a plurality of structures, the electrolyte is located between the structures to ensure the receiving space and at the same time the movement of the electrolyte and gas is easy. At this time, the problem that the electrode part of the flexible material is rolled between the structures can be prevented by fixing the electrode part using a fixing projection.
상기 전극부는 유연성 재질의 기판에 작업전극이 형성된 제1 전극체와 유연성 재질의 기판에 상대전극과 기준전극이 이격되어 형성된 제2 전극체로 구성되고, 상기 제1 전극체가 위쪽에 위치하고 상기 제2 전극체가 아래에 위치하며, 상기 하부 돌출부의 끝에 고정용 돌기가 형성되고, 상기 제2 전극체의 기판에 상기 고정용 돌기기가 삽입 고정되는 홈이 형성된 것일 수 있다.The electrode part includes a first electrode body having a working electrode formed on a substrate made of a flexible material and a second electrode body formed by separating a counter electrode and a reference electrode from a substrate made of a flexible material, wherein the first electrode body is positioned above the second electrode body. The sieve may be positioned below, and a fixing protrusion may be formed at the end of the lower protrusion, and a groove into which the fixing protrusion is inserted and fixed may be formed on the substrate of the second electrode body.
제2 전극체의 기판이 유리섬유 기판인 것이 바람직하며, 고정용 돌기는 홈에 삽입된 상태에서 열 융착되어 고정될 수 있다.Preferably, the substrate of the second electrode body is a glass fiber substrate, and the fixing protrusion may be fixed by heat fusion in a state of being inserted into the groove.
케이스는, 하부 돌출부가 형성된 하부 케이스와 상부 돌출부가 형성된 상부 케이스로 구성되고, 하부 케이스와 상부 케이스는 초음파 융착되어 접촉면이 밀봉된 것이 바람직하다.The case is composed of a lower case having a lower protrusion and an upper case having an upper protrusion, and the lower case and the upper case are ultrasonically fused to seal the contact surface.
금속전극은 적어도 전극부에 접촉하는 면이 평면이고, 바람직하게는 단면이 평판형상인 것이 좋다. 금속전극은 하부 케이스와 함께 사출성형되어 고정된 구조인 것이 바람직하며, 내부가 티타늄 또는 구리로 구성되고, 외부는 백금 또는 금을 구성된 구조인 것이 좋다.At least the metal electrode has a flat surface in contact with the electrode portion, and preferably has a flat cross section. Preferably, the metal electrode is injection molded and fixed together with the lower case, and the inside of the metal electrode is made of titanium or copper, and the outside of the metal electrode is made of platinum or gold.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 돌출부의 끝에 고정용 돌기를 형성하고 전극부에 형성된 홈에 고정용 돌기가 삽입 고정되도록 함으로써, 1회 이상 휘어진 형태로 수용공간 내에 설치되는 유연성 전극부를 안정적으로 고정하여 전해질이 위치하는 수용공간을 넓히는 설계가 가능해 지는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, by forming a fixing protrusion at the end of the protrusion and allowing the fixing protrusion to be inserted into the groove formed in the electrode portion, the flexible electrode portion installed in the receiving space in a curved shape at least one time is stably fixed. Therefore, it is possible to design a wider accommodating space in which the electrolyte is located.
또한, 본 발명은 초음파 융착에 의해서 상부와 하부의 케이스를 결합하여, 공기와 습기가 측면으로 유입되는 것을 방지하는 동시에 전해질의 누출을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is coupled to the case of the upper and lower by ultrasonic welding, there is an effect that can prevent the leakage of the electrolyte while preventing the air and moisture to enter the side.
나아가, 본 발명은 평판형으로 제작된 금속전극을 하부케이스와 함께 사출성형하여 기판 전극과의 접촉면적을 넓히는 동시에 하부 케이스에 안정적으로 고정할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of injection molding a metal electrode manufactured in a flat plate shape with the lower case to increase the contact area with the substrate electrode and to be stably fixed to the lower case.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 구조를 나타내기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 하부 케이스를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 전극부에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 상부 케이스를 도시한 평면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of an electrochemical gas sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a lower case of the electrochemical gas sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of the electrode portion of the electrochemical gas sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view illustrating an upper case of an electrochemical gas sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. With reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention;
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 구조를 나타내기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 하부 케이스를 도시한 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of an electrochemical gas sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a lower case of the electrochemical gas sensor according to an embodiment of the present invention.
도시된 것과 같이, 본 실시예의 전기화학식 가스센서는 케이스(100)와 케이스(100) 내부의 수용공간에 위치하는 전해질(200) 및 수용공간에 설치된 전극부(300)를 포함하여 구성된다.As shown, the electrochemical gas sensor of the present embodiment is configured to include a
케이스(100)는 전기화학식 가스센서를 구성하는 몸체이며, 조립의 편의를 위하여 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)로 구성한다. 본 실시예에서는 상부 케이스(110)에 수용공간이 형성되고, 하부 케이스(120)는 수용공간의 바닥을 구성하며, 상부 케이스(110)를 통해서 대기 중의 검지 대상 가스가 수용공간으로 유입된다. 검지 대상 가스가 포함된 공기가 유입될 수 있도록, 상부 케이스(110)에는 가스 통과구(116)가 형성되며, 외부의 습기나 먼지 등의 유입을 차단하기 위해서 복수의 필터(116)를 설치한다. 가스 유입을 위한 가스 통과구와 필터에 대한 구성은 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 일반적인 가스센서의 기술이 제한 없이 적용될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.The
상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 조립과정에서 접촉부분을 초음파 융착하여 융착접합부(130)를 구성함으로써, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120) 사이를 완전 밀봉하여 공기 및 습기를 차단하고 전해액 누출을 방지하는 효과가 있다.The
본 발명의 전기화학식 가스센서는 수용공간의 내부로 돌출된 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하며, 본 실시예에서는 수용공간의 상부인 상부 케이스(110)의 하면에서 아래쪽으로 돌출된 4개의 상부 돌출부(112)와 수용공간의 하부인 하부 케이스(120)의 상면에서 위쪽으로 돌출된 5개의 하부 돌출부(122)가 교번하여 위치한다. 돌출부(112, 122)는 유연 재질의 전극부(300)가 수용공간 내에서 휘어진 형상을 유지할 수 있도록 형태를 지지하는 기능을 한다. 돌출부(112, 122)가 돌출된 길이는 전극부(300)가 최대한으로 많이 휘도록 하기 위하여 전극부(300)가 통과할 수 있을 정도의 간격만을 남길 정도로 구성할 수 있다. 돌출부(112, 122) 사이의 간격은 전기화학식 가스센서의 크기에 따라서 적절하게 조절할 수 있다.Electrochemical gas sensor of the present invention is characterized in that it comprises a protrusion protruding into the interior of the receiving space, in the present embodiment four upper protrusions protruding downward from the lower surface of the
본 실시예의 전기화학식 가스센서는 하부 돌출부(122)의 끝부분에 고정용 돌기(124)가 형성된다. 이러한 고정용 돌기(124)는 전극부(300)에 형성된 홈에 삽입됨으로써 전극부(300)를 안정적으로 고정하는 동시에, 조립과정을 용이하게 하는 효과가 있다. In the electrochemical gas sensor of this embodiment, the
한편, 본 실시예에서는 수용공간을 더욱 넓게 형성하기 위하여, 도 2에 도시된 것과 같이, 전극부(300)를 휘어지게 받치고 있는 한 쌍의 하부 돌출부(122)가 가운데를 비우고 양 끝에 서로 이격되게 구성하였다. 이와 같이, 가운데가 비도록 양단에 하부 돌출부(122)를 형성하면, 전극부(300)가 사이의 공간으로 말려들어가면서, 측면에서 봤을 때에 휘어진 형태를 유지할 수 없는 문제가 생긴다. 하지만, 본 실시예에서는 하부 돌출부(122)의 끝부분에 형성된 고정용 돌기(124)가 전극부(300)에 형성된 홈에 삽입되어 있기 때문에, 가운데 빈 공간으로 전극부(200)가 말려들어가지 않는다.On the other hand, in the present embodiment, in order to form a receiving space more wide, as shown in Figure 2, a pair of
그리고 하부 케이스(120)에는 전극부(300)를 지지하기 위한 지지대(126)를 하부 돌출부(122)의 주변에 형성하였다.In the
전해질(200)은 작업전극과 기준전극 사이에 인가된 전류에 의해서 전해되는 한편, 상부 케이스(110)의 가스 통과구(116)를 통해 유입된 검지 대상 가스가 용해되어 작업전극과 상대전극 사이의 전류에 변화가 발생한다.The
본 실시예에서는 액체 전해질(200)을 수용공간에 위치시켰으며, 전해질(200)의 양이 너무 적은 경우에는 전극부(300)가 충분한 기능을 수행하지 못하는 문제가 있고, 과도하게 많은 경우에 검지 대상 가스를 포함한 공기의 유입이 어렵거나 유입된 공기가 수용공간 내부에서의 이동이 어려운 문제가 생긴다. 전해질(200)의 양은 상기한 문제가 생기지 않는 범위에서 적절하게 조절할 수 있다. 본 실시예에서는, 앞서 설명한 것과 같이, 하부 돌출부(122)가 가운데를 비우고 양 끝에 서로 이격되도록 위치시킴으로써, 하부 돌출부(122)의 공간이 수용공간으로 확보되어 충분한 양의 전해질(200)이 수용공간에 위치할 수 있으며, 전해질(200)의 움직임이 자유롭고 일정 부분에 고정되지 않는다.In this embodiment, the
전극부(300)는 수용공간(130)에 설치되고 금속전극(400)에 의해서 외부와 전기적으로 연결되며, 도 3의 분해 사시도에 도시된 것과 같은 구조로 구성된다. 본 실시예의 전극부(300)는 테프론(PTFE) 재질의 제1 기판(312)에 작업전극(314)이 형성된 제1 전극체(310)와 유리섬유 재질의 제2 기판(322)에 상대전극(324)과 기준전극(326)이 함께 형성된 제2 전극체(320)로 구성되며, 제1 전극체(310)가 위쪽에 위치하고 제2 전극체(320)가 아래에 위치한다. 도 3은 전극부의 설명을 위하여 기판의 두께를 과장하여 표시하였으나, 실제 테프론 재질인 제1 기판(312)과 복합유리섬유 재질인 유리섬유 제2 기판(322)은 자유롭게 휘어질 수 있을 정도로 두께가 충분히 얇은 유연성 재질이다.The
제1 전극체(310)와 제2 전극체(320)는 모두 전극이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 배치한 상태에서 겹쳐서 사용하였으며, 작업전극(314)이 유리섬유를 사이에 두고 상대전극(324) 및 기준전극(326)에 대향된 구조가 된다. 유리섬유 재질인 제2 기판(322)은 전해질(200)이 침투하여 작업전극(314)과 상대전극(324) 및 기준전극(326)이 전해질(200)을 통해서 연결되도록 한다.Both the
이때, 상대전극(324)과 기준전극(326)은 서로 이격되도록 전도성 탄소재료를 도포하였으며, 손가락 깍지를 낀 것과 같이 돌출 부위가 엇갈려 위치하는 인터디지테이트(interdigitate) 형태로 배치하여 효율을 향상시켰다. 또한, 제2 전극체(320)의 제2 기판(322)에 형성된 홈(328)은, 고정용 돌기(124)가 삽입되어 고정되는 부분으로서, 상대전극(324) 및 기준전극(326)이 위치하지 않는 곳에 형성하였다. 이로써 홈(328)은 상대전극(324) 및 기준전극(326)과 무관하게 고정용 돌기(124)와 강하게 결합될 수 있다.In this case, the
또한, 고정용 돌기(124)는 제2 기판(322)에 형성된 홈(328)에 단순히 삽입고정된 것이 아니고, 결합력을 높이기 위한 추가적인 구성이 적용될 수 있다. 본 실시예에서는 고정용 돌기(124)를제2 기판(322)에 형성된 홈(328)에 삽입하여 위치시킨 뒤에 가열된 판으로 상부에서 가압하여 고정용 돌기(124)를 약 200℃로 가열함으로써, 고정용 돌기(124)가 조금 용융되어 점성을 가진 상태로 제2 기판(322)인 유리섬유 기판에 접합되도록 열융착시킴으로써, 고정용 돌기(124)가 제2 기판(322)에 강하게 결합되도록 하였다.In addition, the fixing
작업전극(314)과 상대전극(324) 및 기준전극(326)이 형성된 모양은 도시된 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 전기화학식 가스센서의 전극부 구조가 자유롭게 적용될 수 있으므로, 추가적인 설명은 생략한다.The shape in which the working
전극부(300)는 유연성 재질로 구성되어 있기 때문에, 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)에 돌출된 돌출부(112, 122)에 의해서 휘어진 형태로 설치 및 유지될 수 있다. 결국, 수용공간의 전체 크기보다 길게 전극부(300)를 구성하여, 종래에 수용공간 내부에 평판형으로 전극부를 구성한 경우에 비하여 전극의 면적이 크게 증가한다. 이때, 전극부(300)는 일부만 전해질(200)에 침지되어 있으나, 액체 상태인 전해질(200)이 모세관 현상에 의해서 복합재질인 유리섬유 제2 기판(322)을 따라서 침습되기 때문에, 전극부(300) 전체가 전해질과 접촉하는 상태가 된다.Since the
전극부(300)에 포함된 작업전극(314)과 상대전극(324) 및 기준전극(326)은 각각이 서로 다른 금속전극(410, 420, 430)에 접하여 전기적으로 연결된다.The working
본 실시예의 금속전극(400)은 단면이 원형이 아닌 판형상으로 구성하여 전극부(300)와의 접촉면적을 향상시켰으며, 하부 케이스(120)의 내부에서 굴곡져 일단은 케이스(100) 내부에 위치하고 타단은 케이스(100)의 외부로 노출되어 있다. 이러한 금속전극(400)은 하부 케이스(120)의 사출과정에서 함께 사출성형하여, 하부 케이스(120)에 고정된 상태이며, 내부에서 움직이지 않는다.The
본 실시예의 금속전극(400)은, 내부에는 티타늄 또는 구리와 같은 일반적인 금속을 사용하고, 외부는 백금이나 금과 같은 귀금속을 사용함으로써, 내화학성과 내구성을 향상시켰으며, 전체를 백금 등의 귀금속으로 제작하는 경우에 비하여 제조비용을 낮출 수 있다. 외부의 귀금속은 도금에 의해서 수 ㎛ 두께의 층으로 형성함으로써 금속전극의 전체 표면적을 변화하지 않는 범위로 형성하는 것이 좋다.The
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기화학식 가스센서의 상부 케이스를 도시한 평면도이다.4 is a plan view illustrating an upper case of an electrochemical gas sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 필터를 제거한 상부 케이스의 평면도를 도시한 도면이며, 도 4의 왼쪽은 종래의 구조이고, 도 4의 오른쪽은 본 발명에 따른 구조이다.Figure 4 is a plan view of the upper case with the filter removed, the left side of Figure 4 is a conventional structure, the right side of Figure 4 is a structure according to the invention.
필터를 제거한 상부케이스(110)에는 수용공간으로 가스가 유입되는 관통공이 위치하며, 종래에는 원형의 관통공(118)을 형성하였으나 공간활용이 부족하여 가스의 유입량이 충분하지 못한 단점이 있었다. 본 실시예에서는 부채꼴 또는 삼각형의 관통공(119)을 형성함으로써, 동일한 면적에서 넓은 부분을 관통공으로 활용할 수 있고 가스의 유입효율이 크게 향상되었다.In the
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명은 전기화학식 가스센서에서 전해질이 위치하고 전극부가 설치되는 수용공간에, 전극부가 휘어진 형태로 설치 및 유지될 수 있도록 하는 돌출부를 형성함으로써, 최대 길이가 수용공간의 폭으로 한정되던 평판형 구조에 비하여, 수용공간보다 긴 전극을 구비하여 출력감도가 향상되고 반응시간도 짧아지는 효과가 있다.As described above, the present invention is formed in the receiving space in which the electrolyte is located in the electrochemical gas sensor, the electrode portion is installed, by forming a protrusion to be installed and maintained in the curved form of the electrode, the maximum length is the width of the receiving space Compared to the flat plate-type structure, the electrode has a longer electrode than the accommodating space, so that the output sensitivity is improved and the reaction time is shortened.
특히, 돌출부의 끝에 형성된 고정용 돌기고정용 돌기고정용 돌기 홈에 삽입 고정함으로써, 돌출부의 구조를 다양하게 변경하여 수용공간을 확보할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.In particular, by inserting and fixing the fixing protrusion fixing protrusion fixing groove formed at the end of the protrusion, there is an excellent effect that can secure the receiving space by changing the structure of the protrusion in various ways.
나아가 종래의 전기화학식 가스센서에 비하여, 전극의 폭이 동일한 경우에 상대적으로 수용공간의 폭을 작게 제작할 수 있기 때문에, 센서의 크기가 작아지며, 최종적으로 초소형 전기화학식 가스센서에 적합한 구성임을 알 수 있다.Furthermore, compared to the conventional electrochemical gas sensor, when the width of the electrode is the same, since the width of the receiving space can be made relatively small, it can be seen that the size of the sensor is small, and finally the configuration suitable for the ultra-small electrochemical gas sensor have.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted not by the specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100: 케이스 110: 상부 케이스
112: 상부 돌출부 116: 가스 통과구
117: 필터 120: 하부 케이스
122: 하부 돌출부 124: 고정용 돌기
126: 지지대 130: 접합부
200: 전해질
300: 전극부 310: 제1 전극체
312: 제1 기판 314: 작업전극
320: 제2 전극체 322: 제2 기판
324: 상대전극 326: 기준전극
328: 홈
400, 410, 420, 430: 금속전극100: case 110: upper case
112: upper protrusion 116: gas passage opening
117: filter 120: lower case
122: lower protrusion 124: fixing protrusion
126: support 130: joint
200: electrolyte
300: electrode portion 310: first electrode body
312: first substrate 314: working electrode
320: second electrode body 322: second substrate
324: counter electrode 326: reference electrode
328: home
400, 410, 420, 430: metal electrode
Claims (10)
상기 수용공간에 위치하는 전해질;
상기 수용공간에 설치되고, 상기 전해질에 접촉하여 전해를 수행하는 동시에 검지 대상 가스가 전해질에 용해된 농도에 따라 발생하는 전류의 변화를 검출할 수 있는, 작업전극과 상대전극 및 기준전극을 포함하는 유연성 재질의 전극부; 및
상기 전극부의 전극 각각을 외부와 전기적으로 연결하는 3개의 금속전극을 포함하여 구성되고,
상기 케이스에는 상기 수용공간의 상면에서 하부로 돌출된 하나 이상의 상부 돌출부와 상기 수용공간의 하면에서 상부로 돌출된 하나 이상의 하부 돌출부를 구비하여, 상부 돌출부와 하부 돌출부에 의해서 상기 전극부가 1회 이상 휘어진 형상으로 상기 수용공간에 설치되며,
상기 상부 돌출부 또는 상기 하부 돌출부의 끝에는 고정용 돌기가 형성되고, 상기 고정용 돌기는 상기 전극부에 형성된 홈에 삽입되어 고정된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
A case including an empty accommodation space therein and configured to allow a gas to be detected to flow into the accommodation space;
An electrolyte located in the accommodation space;
A working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, which are installed in the accommodation space and capable of detecting the change of current generated according to the concentration of the gas to be detected in the electrolyte while performing electrolysis by contacting the electrolyte. An electrode part of a flexible material; And
Comprising three metal electrodes for electrically connecting each electrode of the electrode unit with the outside,
The case may include one or more upper protrusions protruding downward from the upper surface of the accommodation space and one or more lower protrusions protruding upward from the bottom of the accommodation space, such that the electrode portion is bent at least once by an upper protrusion and a lower protrusion. Installed in the receiving space in the shape,
A fixing protrusion is formed at an end of the upper protrusion or the lower protrusion, and the fixing protrusion is inserted into a groove formed in the electrode part and fixed to the electrochemical gas sensor.
상기 전극부는 유연성 재질의 기판에 작업전극이 형성된 제1 전극체와 유연성 재질의 기판에 상대전극과 기준전극이 이격되어 형성된 제2 전극체로 구성되고,
상기 제1 전극체가 위쪽에 위치하고 상기 제2 전극체가 아래에 위치하며,
상기 하부 돌출부의 끝에 고정용 돌기가 형성되고, 상기 제2 전극체의 기판에 상기 고정용 돌기가 삽입 고정되는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 1,
The electrode part includes a first electrode body having a working electrode formed on a substrate made of a flexible material and a second electrode body formed by separating a counter electrode and a reference electrode from a substrate made of a flexible material.
The first electrode body is located above and the second electrode body is located below,
A fixing protrusion is formed at an end of the lower protrusion, and a groove having a fixing protrusion inserted into and fixed to a substrate of the second electrode body is formed.
상기 제2 전극체의 기판이 유리섬유 기판이고, 상기 제1 전극체의 기판이 테프론(PTFE) 기판인 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 2,
And the substrate of the second electrode body is a glass fiber substrate, and the substrate of the first electrode body is a Teflon (PTFE) substrate.
상기 고정용 돌기는 상기 홈에 삽입된 상태에서 열융착되어 고정된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 3,
The fixing projections are electrochemical gas sensors with a flexible curved electrode, characterized in that the heat-sealed fixed in the state inserted into the groove.
상기 고정용 돌기가 형성된 상부 돌출부 또는 하부 돌출부는, 서로 이격된 2개 이상의 구조물이 하나의 상부 돌출부 또는 하부 돌출부를 구성함으로써, 구조물의 사이로 전해질이 자유롭게 이동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 1,
The upper protrusion or the lower protrusion formed with the fixing protrusion has two flexible structures spaced apart from each other to form one upper protrusion or the lower protrusion, so that the electrolyte can freely move between the structures. Electrochemical Gas Sensors.
상기 케이스는, 하부 돌출부가 형성된 하부 케이스와 상부 돌출부가 형성된 상부 케이스로 구성되고,
상기 하부 케이스와 상기 상부 케이스는 초음파 융착되어 접촉면이 밀봉된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 1,
The case includes a lower case having a lower protrusion and an upper case having an upper protrusion,
The lower case and the upper case is ultrasonically welded electrochemical gas sensor with a flexible curved electrode, characterized in that the contact surface is sealed.
상기 금속전극은 적어도 상기 전극부에 접촉하는 면이 평면인 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 1,
The metal electrode is an electrochemical gas sensor having a flexible curved electrode, characterized in that at least the surface in contact with the electrode portion.
상기 금속전극은 단면이 평판형상인 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 7,
The metal electrode has a flexible curved electrode having an electrochemical gas sensor, characterized in that the cross-sectional shape.
상기 금속전극은 상기 하부 케이스와 함께 사출성형된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서.
The method according to claim 6,
The metal electrode is an electrochemical gas sensor with a flexible curved electrode, characterized in that the injection molded with the lower case.
상기 금속전극은, 내부가 티타늄 또는 구리로 구성되고, 외부는 백금 또는 금을 구성된 것을 특징으로 하는 유연곡면전극 구비 전기화학식 가스센서. The method according to claim 1,
The metal electrode is an electrochemical gas sensor having a flexible curved electrode, characterized in that the inside is composed of titanium or copper, the outside is composed of platinum or gold.
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