KR102315252B1 - 수소 가스센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정 용기로부터 대기 중에 누설된 미미한 수소 농도를 감지할 수 있는 수소 가스센서에 관한 것으로, 기판과 기판 상면에 형성된 센서부를 포함하고, 센서부는, 산소이온전도체와 수소이온전도체가 한 쌍을 이루는 이종접합 구조로 형성된 하나 이상의 고체전해질로 형성되고, 기판 상에 형성되며, 산소이온전도체 및 수소이온전도체와 각각 접하는 복수의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 기준물질이나 기준가스를 공급하지 않고도 대기 중의 낮은 수소가스 농도 변화를 감지할 수 있는 효과가 있다.

Description

수소 가스센서 {Hydrogen gas sensor}
본 발명은 수소 가스센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정 용기로부터 대기 중에 누설되는 낮은 농도의 수소가스를 감지하여 수소 농도를 측정함으로써 수소 가스의 누설 여부를 실시간으로 알 수 있도록 하는 수소 가스센서에 관한 것이다.
최근에는 가연성 가스를 취급하는 공장이나 산업현장이 더욱 많아지고 있고, 가연성 가스의 취급에 따른 누설의 위험 또한 크게 증가하고 있다. 가연성 가스가 누설되었을 경우 폭발과 화재로 인해 막대한 손해를 입을 수 있기 때문에, 가연성 가스와 유독성 가스를 생산 및 관리하는 산업현장에서는 가스의 누설사고의 방지를 위해 각종 설비로부터 누출되는 가연성 가스나 유독성 가스의 누설여부를 조기에 감지 할 수 있는 가스 감지기를 설치하여 가스가 누설되었을 시 신속히 필요한 조치를 취하도록 하고 있다.
종래에는 가스의 누설을 감지하기 위하여 헬륨가스를 사용해 왔는데, 헬륨 가스를 이용한 가스 누설 감지는 측정 용기에 헬륨 가스를 넣어 측정 용기로부터 누설된 대기 중의 헬륨 가스를 감지하는 방식이다.
하지만, 헬륨가스를 이용한 가스 누설 감지기는 헬륨 가스의 공급 문제와 높은 가격으로 인하여 실제 공정에서의 활용이 제한되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수소 가스센서를 이용하여 측정 용기로부터 누설되는 수소가스를 측정하는 방식이 개발되고 있다.
수소 가스센서로는 SnO2 등과 같은 반도체 산화물이 수소 농도에 따라 저항이 변화하는 성질을 이용한 저항식 센서가 있다. 하지만, 상기의 산화물을 이용한 저항식 센서는 산화물들이 수소 가스에만 반응하는 것이 아니라, CO2, 에탄올 등과 같은 외부의 다른 기체에도 반응하기 때문에 정확한 수소 농도를 측정하는데 어려움이 있다.
또한, 수소의 이온화 반응과 산소의 이온화 반응 사이의 전자 이동을 이용하여 기전력을 측정해 용융액 속에 녹아있는 수소의 양을 구하는 액체 전기화학식 센서가 있는데, 이와 같은 방식은 액상 방식이라는 단점이 있다.
상기의 문제점의 해결을 위하여 고체전해질을 이용한 전기화학식 수소 가스센서가 개발되었다. 이러한 방식의 수소센서는 동일한 발명자에 의해 출원된 한국공개특허 공보 제2014-0026583호에 개시되어 있다.
고체전해질을 이용한 전기화학식 수소 가스센서는 수소 이온전도체로 이루어진 고체전해질 양면에 각각 기준전극 및 감지전극을 배치하고, 기준전극과 감지전극 사이의 기전력을 측정하여 수소 가스의 농도를 측정하는 방식인데, 이를 위해서는 기준전극 측 수소의 화학 포텐셜(chemical potential)을 고정시켜야 하므로 기준전극을 기준물질로 덮거나 일정 수소농도를 가진 기준가스에 노출시켜야 한다. 따라서 제작이 용이하지 않으며, 구조가 복잡한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 수소이온전도체 및 산소이온전도체의 이종접합 구조의 고체전해질을 활용한 고체 전기화학식 수소 가스센서가 개발되었다. 이러한 수소 가스센서는 산소이온전도체에 기준전극을 형성하고 수소이온전도체에 감지전극을 형성한 다음, 기준전극을 외부 공기와 직접 연통 되도록 하여 외부 공기를 기준가스로 이용하는 방식이다. 이러한 구조의 수소 가스센서는 기준전극 측에 수소의 화학포텐셜을 고정시키기 위한 기준물질을 덮거나 일정 수소농도의 기준가스를 불어넣어 주기 위한 부가적인 구성이 별도로 필요하지 않기 때문에 상대적으로 단순한 구조로 제작이 가능한 장점이 있다.
그러나, 이러한 구성의 수소 가스센서도 기준전극 측만 외부 공기에 노출되도록 하기 위한 구성은 필요하므로 구조 단순화에 대한 요구는 여전히 존재한다.
또한, 이러한 구성의 수소 가스센서를 채용한 누설감지기의 상용화를 위해서는 미량의 수소가스에 대한 센서의 감도(sensitivity)를 더욱 향상시킬 필요가 있다.
따라서, 단순한 구조로 제작이 용이하며, 대기 중에 누설된 낮은 수소가스 농도를 높은 감도로 감지할 수 있는 수소 가스센서가 필요하다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조가 단순하고 제작이 용이한 수소 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 대기 중에 누설된 낮은 농도의 수소 가스를 높은 감도로 감지할 수 있는 수소 가스센서를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수소 가스센서는 기판; 상기 기판 상면에 형성된 센서부를 포함하고, 상기 센서부는, 산소이온전도체와 수소이온전도체가 한 쌍을 이루는 이종접합 구조로 형성된 하나 이상의 고체전해질; 상기 기판 상에 형성되며, 상기 산소이온전도체 및 상기 수소이온전도체와 각각 접하는 복수의 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고체전해질은 2 이상이 이격 형성되고, 상기 2 이상의 고체전해질은 산소이온전도체와 수소이온전도체가 복수의 전극에 의해 서로 직렬 연결되는 것일 수 있다.
또한, 상기 산소이온전도체는 상기 수소이온전도체와 일부분에서 접하도록 형성되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 상면에 산소이온전도체와 수소이온전도체가 한 쌍을 이루는 이종접합 구조로 형성된 하나 이상의 고체전해질 및 상기 산소이온전도체 및 상기 수소이온전도체와 각각 접하는 복수의 전극을 포함하는 센서부를 구비함으로써, 기준가스 공급을 위한 부가적인 구성이 없이 구조가 단순하고 제작이 용이한 수소가스 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이격된 2 이상의 고체전해질의 산소이온전도체와 수소이온전도체를 복수의 전극에 의해 서로 직렬 연결하는 구성을 채택하여 대기 중에 누설된 낮은 농도의 수소 가스를 높은 감도로 감지할 수 있는 수소 가스센서를 제공할 수 있는 또 다른 효과가 있다.
도 1(a)는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 상면 사시도이며, 도 1(b)는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서를 나타내는 도면으로, 도2(a)는 하측에서 바라본 분해 사시도이고, 도2(b)는 상측 정면도이며, 도2(c)는 상측에서 바라본 분해 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 기판을 나타내는 도면으로 도3(a)는 상부 기판의 상측 정면도이고, 도3(b)는 상부 기판의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 제작 순서를 설명하기 위한 도면으로, 도4(a)는 기판 상면에 수소이온전도체가 형성된 도면이고, 도4(b)는 그 위에 산소이온전도체가 형성된 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 온도 및 센서 연결 개수에 따른 기전력 측정 결과 그래프이다.
도 6은 대기 중에 5ppm의 수소를 주입했을 때의 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 온도 및 센서 연결 개수에 따른 기전력 측정 결과이다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하여 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 수소 가스센서(100)는 기판(110) 및 기판(110) 상면에 형성된 센서부(120)를 포함한다.
기판(110)은 센서부(120)를 형성하여 지지하기 위한 구성으로, 하나의 판상부재로 형성되거나 또는 복수의 판상부재가 겹쳐진 형태, 예를 들어 도면과 같이 상부기판(114) 및 하부기판(112)이 겹쳐진 형태로 형성될 수 있다. 기판(110)의 판상부재는 알루미나(Alumina)일 수 있으나 특별히 한정하는 것은 아니다.
센서부(120)는 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)가 한 쌍을 이루는 이종접합 구조의 고체전해질이 복수 형성되어 있고, 서로 인접하는 복수의 고체전해질은 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)가 전극(126)에 의해 서로 직렬 연결된 구조로 되어 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 복수의 고체전해질은 제1수소이온전도체(124-a)와 제1산소이온전도체(122-a)의 이종접합 구조로 형성된 제1고체전해질과, 제2수소이온전도체(124-b)와 제2산소이온전도체(124-a)의 이종접합 구조로 형성된 제2고체전해질, 및 제3수소이온전도체(124-c)와 제3산소이온전도체(122-c)의 이종접합 구조로 형성된 제3고체전해질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고체 전해질에 연결되는 전극(126)은 제1전극(126-a), 제2전극(126-b), 제3전극(126-c) 및 제4전극(126-d)으로 형성될 수 있으며, 제1 (126-a) 내지 제4전극(126-d) 중에서 산소이온전도체(122)와 접하는 부분이 이종접합 수소센서에서 기준전극의 기능을 할 수 있고, 수소이온전도체(124)와 접하는 부분이 이종접합 수소센서에서 감지전극의 기능을 할 수 있다. 또한 산소이온전도체(122) 또는 수소이온전도체(124)와 접하지 않는 부분은 리드선 기능을 할 수 있다.
복수의 전극(126)은 제1 내지 3 고체전해질을 직렬 연결한다. 즉 도면에 도시한 바와 같이, 제1 전극(126-a)은 제1산소이온전도체(122-a)와 접할 수 있으며, 제2전극(126-b)의 일단은 제1수소이온전도체(124-a)와 접하고 제2전극(126-b)의 타단은 제2 산소이온 전도체(122-b)와 접할 수 있다. 또한, 제3전극(126-c)의 일단은 제2수소이온전도체(124-b)와 접하며, 제3전극(126-c)의 타단은 제3산소이온전도체(122-c)와 접할 수 있다. 그리고, 제4전극(126-d)은 제3수소이온전도체(124-c)와 접할 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스센서(100)의 센서부(120)는, 복수의 고체전해질들이 직렬로 연결된 구조로 되어 있으며, 전극(126)의 양쪽 끝단, 즉 제1 전극(126-a)와 제4 전극(126-d) 사이의 기전력을 측정함으로써 수소 가스농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 수소 가스센서(100)는 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)가 이종접합된 고체전해질을 이용하므로, 각각의 고체전해질을 이루는 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124) 쌍은 적어도 일부분에서 서로 겹쳐지도록 형성된다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 형성된 수소이온전도체(124) 상면의 일부분을 덮도록 산소이온전도체(122)가 형성될 수 있다. 이때 도면에는 수소이온전도체(124)의 일부 면적이 산소이온전도체(122)에 의해 덮이지 않고, 산소이온전도체(122)의 일부 면적이 수소이온전도체(124)에 접하지 않고 기판(110) 위를 덮도록 형성되는 것으로 도시하였으나, 이는 단지 하나의 예이며, 본 발명의 고체전해질 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 산소이온전도체(122)는 수소이온전도체(124)의 상면 전부를 덮도록 형성될 수 있고, 산소이온전도체(122)가 기판(110)과 직접 접하는 부분은 없도록 형성될 수도 있다.
산소이온전도체(122)로는 지르코니아(ZrO2)에 여러 물질을 첨가하여 만든 안정화 지르코니아, 예를 들어 YSZ(Yttria stabilized zirconia), CSZ(Calcium stabilized zirconia), MSZ(Magnesium stabilized zirconia)와 같은 고체 전해질 또는 Gd2O3 등을 첨가한 Ce2O계 화합물 등을 사용할 수 있으며, 수소이온전도체로(124)는 ABO3형태의 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질의 B자리에 여러 물질을 치환한 물질, 예를 들어CaZr0 .9In0 .1O3 -x 등과 같은 CaZrO3계, SrZr0 .95Y0 .05O3 -x 등과 같은 SrZrO3계, SrCe0 .95Yb0 .05O3 -x 등과 같은 SrCeO3계, BaCe0 .9Nd0 .1O3 -x 등과 같은 BaCeO3계, BaTiO3, SrTiO3, PbTiO3 등과 같은 Ti계 화합물을 이용할 수 있다.
또한, 상기 복수의 전극(126)은 백금(Pt) 등의 귀금속으로 형성하는 것이 바람직하나 특별히 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 수소 가스센서(100)는 센서부(120)를 소정 온도로 가열하기 위한 히터부(140)를 더 포함할 수 있다. 히터부(140)는 백금(Pt) 등과 같은 금속을 소정의 패턴으로 형성한 히터일 수 있으며, 기판(110)의 하면에 형성되거나 복수의 판상부재로 형성된 기판 내부에 삽입된 형태로 형성될 수 있다. 즉 도 2(a)와 같이 기판(110)을 하부기판(112) 및 상부기판(114)이 겹쳐진 형태로 형성하고, 히터부(140)는 하부기판(112)의 상면 또는 상부기판(114)의 하면에 프린팅하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 기판(110)의 일부분에는 기판(110)을 관통하도록 복수의 비아홀(Via Hole)(130)이 형성될 수 있다. 비아홀(130) 내부는 백금(Pt) 등 도전성 물질로 채워짐으로써 기판(110) 상면의 제1전극(126-a) 및 제4전극(126-d)과 기판(110) 하면의 제1측정단자(132) 및 제2측정단자(134)가 각각 전기적으로 연결되도록 한다. 제1, 2 측정단자(132, 134)는 도시하지 않은 기전력 측정부에 연결하여 수소 가스센서(100)로부터 출력되는 기전력을 측정하기 위한 구성이다. 이러한 구성에 의하면 측정단자(132, 134)를 기판(110) 하면에 형성함으로써 도시하지 않은 회로기판 등에 실장하기 용이할 수 있다.
제1, 2 측정단자(132, 134)는 기판(110)의 하면에 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 제1, 2 측정단자(132, 134)는 기판(110)의 상면에 제1전극(126-a) 및 제4전극(126-d)에 각각 연결되도록 형성될 수 있으며, 이 경우 비아홀(130)은 형성되지 않을 수 있다.
또한 기판(110)의 하면에는 히터부(140)에 전력을 공급하기 위한 제1히터단자(142) 및 제2히터단자(144)가 형성될 수 있고, 이를 위해 하부기판(112)에는 히터 패턴과 제1, 2 히터단자(142, 144)를 전기적으로 연결하기 위해 도전성 물질로 충진된 추가적인 비아홀이 형성될 수 있다(도 2 참조).
대기 중의 수소가스 농도 측정 시 수소 센서의 온도는 약 500℃ 이상인 것이 바람직하므로, 제1, 2 히터단자(142, 144)를 통해 히터부(140)에 소정의 전류를 인가하여 수소 센서가 해당 온도로 가열 되도록 한 후, 제1측정단자(132) 및 제2측정단자(134)와 연결되는 기전력 측정부에서 기전력을 측정함으로써 대기 중의 수소가스 농도를 측정할 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 복수의 전극(126) 및 히터부(140)의 형상을 설명한다.
도 3(a)를 참조하면, 상부기판(114)의 상면에는 복수의 고체전해질을 직렬 연결하기 위하여 제1전극(126-a), 제2전극(126-b), 제3전극(126-c), 제4전극(126-d)으로 형성된 복수의 전극(126)이 일정한 간격 및 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 전극(126)의 간격 및 두께는 가변 가능하며, 산소이온전도체(122) 또는 수소이온전도체(124)와 접하는 부분은 나머지 리드선 기능을 하는 부분에 비해 넓게 형성될 수 있다.
도 3(b)를 참조하면, 상부기판(114)의 하면에는 히터부(140)가 형성될 수 있다. 히터부(140)의 일측에는 제1히터단자(142)가 형성되고, 타측에는 제2히터단자(144)가 형성되어 백금(Pt)등의 금속선으로 연결된다. 도 3(b)에는 제1히터단자(142) 및 제2히터단자(144)가 상부기판(114)의 하면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 하부기판(112)의 하면에 형성되어 비아홀을 통해 히터부(140)와 연결될 수 있다. 또한, 도 3(b)에서는 히터부(140)가 상부기판(114)의 하면에 형성되는 것으로 설명하였으나, 하부기판(112)의 상면에 형성될 수 있다.
히터부(140)의 형태는 도면에 도시된 바와 같이 지그재그형의 패턴으로 프린팅하여 형성할 수 있으나, 소정 패턴을 가지는 다양한 형태로 변경시켜 형성될 수 있다. 백금 패턴을 이용한 히터부(140) 구조는 가스센서 분야에서 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서(100)의 제작 순서의 일례를 설명한다.
먼저 복수의 전극(126) 패턴이 형성된 기판(110)의 상면에 소정의 간격과 두께를 가지는 수소이온전도체(124)를 형성한다. 본 발명의 실시예에 따른 수소이온전도체(124)는 복수의 수소이온전도체(124-a, 124-b, 124-c)가 소정의 간격을 사이에 두고 각각 전극(126-b, 126-c, 126-d)의 일부분을 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 산소이온전도체(122)는 소정의 간격과 두께를 가지는 복수의 산소이온전도체(122-a, 122-b, 122-c)가 각각 대응되는 수소이온전도체(124-a, 124-b, 124-c)의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 산소이온전도체(122)는 일측이 기판(110) 상면에 형성된 전극 패턴(126)을 덮고, 타측은 수소이온전도체(124)의 일부를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 산소이온전도체(122-a)의 일측은 제1 전극(126-a)을, 타측은 수소이온전도체(124-a)를 덮고, 산소이온전도체(122-b)의 일측은 제2 전극(126-b)을, 타측은 수소이온전도체(124-b)를 덮으며, 산소이온전도체(122-c)의 일측은 제3 전극(126-c)를, 타측은 수소이온전도체(124-c)를 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 수소이온전도체(124-c)는 제4전극(126-d)를 덮어 제2 측정단자(134)에 전기적으로 연결된다.
산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)는 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 테이프 캐스팅, 세라믹 압출 또는 벌크 형식의 제조기술을 이용하여 형성될 수 있다.
이때 복수의 전극(126) 중 산소이온전도체(122)나 수소이온전도체(124)에 접하는 부분은 본 발명에 따른 수소 가스센서에서 각각 기준전극 및 감지전극 역할을 하는 부분이므로, 측정 대상 가스와 연통 되어야 한다. 따라서 산소이온전도체(122)나 수소이온전도체(124)가 다공성 재질이 아닌 치밀한 재질인 경우에는 도 4와는 달리 전극(126)을 산소이온전도체(122)나 수소이온전도체(124)의 상면에서 접하도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 기판(110) 상면에 수소이온전도체(124)를 형성하고, 상기 수소이온전도체(124)의 적어도 일부를 덮도록 산소이온전도체(122)를 형성한 후, 상기 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)의 상면에 접하도록 전극(126)을 형성할 수 있다. 이러한 방식은 가스가 침투하기 어려운 치밀한 세라믹을 사용하는 테이프 캐스팅, 세라믹 압출 또는 벌크 형식의 제조기술을 이용하여 수소가스 센서를 제작할 경우 특히 유효하다.
또한 실시예에서는 3개의 고체전해질이 직렬 연결되는 것으로 설명하였으나, 고체전해질의 개수는 한정되지 않는다. 예를 들어 한 쌍의 산소이온전도체(122)와 수소이온전도체(124)로 이루어지는 하나의 고체전해질 만이 형성될 수 있으며, 두 고체전해질이 직렬 연결되는 형태일 수도 있고, 3 이상의 고체전해질이 직렬 연결되는 형태일 수도 있다. 이때 상대적으로 낮은 온도에서 높은 감도를 가지기 위해서는 3 이상의 고체전해질이 직렬 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수소 가스센서의 수소 감지 특성을 도 5및 도 6에 나타내었다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스센서의 온도 및 고체전해질 연결 개수에 따른 기전력 측정 결과 그래프로서, 도 5(a) 내지 도 5(d)는 각각 450℃, 500℃, 550℃, 600℃에서의 측정 결과이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 수소 가스센서의 온도가 450℃일 경우에는 직렬 연결된 고체전해질의 개수에 따른 차이가 거의 나타나지 않았으며, 5ppm의 수소 가스를 흘려주더라도 기전력 변화가 거의 나타나지 않았다.
그러나 500℃ 이상의 온도에서는 5ppm의 수소 가스에 의해 기전력 값이 변하는 것이 관찰되었으며, 그 변화폭은 온도가 높을수록, 직렬 연결된 고체전해질 개수가 많을수록 증가하였다.
도 6은 도 5의 기전력 측정 결과를 직렬 연결된 고체전해질 개수에 따라 나타낸 그래프이다. 도 6에서 확인되는 바와 같이, 500℃ 이상의 온도에서는 고체전해질 연결 개수가 증가할수록 기전력 변화폭도 커졌으며, 그 변화폭은 온도가 높을수록 증가하였다. 특히, 고체전해질 연결 수가 3개이고, 온도가 600℃일 때, 신호는 센서의 수가 1개일 때 보다 적어도 약 3배 증폭되었음을 확인할 수 있었다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 수소 가스센서는 기판 상에 수소이온전도체, 산소이온전도체 및 전극을 적층 형성하는 단순한 구조로, 기준물질 또는 기준가스를 공급하기 위한 부가적인 구조를 형성하지 않고도 대기 중의 낮은 수소가스를 검출할 수 있어, 누설감지기로 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 복수개의 고체전해질을 산소이온전도체와 수소이온전도체가 서로 직렬 연결되는 방식으로 연결할 경우, 기준물질 또는 기준가스 없는 단순한 구조로도 대기 중의 낮은 농도의 수소 가스를 감지할 수 있는 효과가 있다.
이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능 하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.
100: 수소 가스센서
110: 기판
112: 하부기판
114: 상부기판
120: 센서부
122: 산소이온전도체
124: 수소이온전도체
126: 전극
130: 비아홀
132: 제1측정단자
134: 제2 측정단자
140: 히터부
142: 제1히터단자
144: 제2히터단자

Claims (3)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고, 제1전극 및 제2전극 사이의 고체전해질 구조를 포함하는 센서부; 및
    상기 센서부의 하부에 형성된 가열용 금속 패턴을 포함하고,
    상기 고체전해질 구조는, 산소이온전도체와 수소이온전도체가 일부분에서 겹쳐지도록 형성된 단일 구조, 또는 상기 단일 구조 복수개가 직렬 연결된 복수 구조를 포함하고,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 상기 산소이온전도체와 상기 수소이온전도체가 겹치지 않는 상기 고체전해질 구조의 양단 부분과 각각 겹쳐지도록 연결되며,
    상기 금속 패턴의 양단에 연결된 히터단자들 통해 전류를 인가해 가열하면서, 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 연결된 측정단자들을 통해 대기 중의 수소가스 농도에 대응되는 기전력을 측정하는 수소 가스센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열의 온도는 500℃ 이상인 수소 가스센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 직렬 연결을 위한 전극은, 상기 고체전해질의 하면 또는 상면에서 상기 고체전해질의 해당 전도체와 연결되는 수소 가스센서.
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