KR20050044440A - 가스 센서 - Google Patents

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KR20050044440A
KR20050044440A KR1020047007260A KR20047007260A KR20050044440A KR 20050044440 A KR20050044440 A KR 20050044440A KR 1020047007260 A KR1020047007260 A KR 1020047007260A KR 20047007260 A KR20047007260 A KR 20047007260A KR 20050044440 A KR20050044440 A KR 20050044440A
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나카무라유키오
후루사토마모루
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리켄 게이키 가부시키가이샤
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Abstract

접촉 연소식의 수소 센서로서, 내부에 가스 검지실(34)이 형성된 부착 기판(29)과, 부착 기판(29)에 설치되어 출구측 통로(24)를 향하여 개구하고 가스 검지실(34)에 수소 가스를 도입하는 피검가스 도입구(35)와, 가스 검지실(34)에 수납되어 수소 가스를 검출하는 가스 검출 소자(39)와, 피검가스 도입구(35)를 덮는 발수 필터(44)를 구비한다.

Description

가스 센서{GAS SENSOR}
본 발명은, 다습환경에서 사용하는 데 알맞은 가스 센서, 더 상세하게는 센서의 방수, 방적(防滴) 구조에 관한 것이다.
예를 들면 고체고분자막형 연료전지는, 고체고분자 전해질막을 애노드와 캐소드로 양측으로부터 끼워서 형성된 셀을 복수 적층하여 구성된 스택을 구비하고 있고, 애노드에 연료로서 수소가 공급되고, 캐소드에 산화제로서 공기가 공급되어서, 애노드에서 촉매반응에 의해 발생한 수소 이온이, 고체고분자 전해질막을 통과하여 캐소드까지 이동하고, 캐소드에서 산소와 전기화학 반응을 일으켜 발전하게 되어 있다.
또, 이러한 고체고분자막형 연료전지 등의 연료전지에서는, 캐소드로부터 배출되는 미반응의 공기(오프가스라고 함)는 계 외부로 배출하는 것이 일반적이지만, 그 경우에는, 오프가스중에 수소 가스가 존재하지 않는 것을 확인할 필요가 있다.
그래서, 종래부터, 일본 특공평 6-52662호 공보나 일본 특개평 6-223850호 공보에 개시되는 바와 같이, 연료전지의 캐소드측의 배출계에 수소검출기를 설치하고, 이 수소검출기에 의해 오프가스중에 수소 가스가 존재하고 있지 않은 것을 확인하는 시스템이 제안되고 있다.
이 수소검출기에, 가스 접촉 연소식의 가스 센서를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 이 가스 접촉 연소식 가스 센서는, 촉매가 부착되어 있는 검출 소자와 촉매가 부착되어 있지 않은 온도보상 소자를 쌍으로 하여 구성되어 있고, 피검지가스(수소검출기의 경우에는 수소)가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하여 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 상기 피검지가스의 가스 농도를 검출하는 것이다.
그런데, 상술한 바와 같은 고체고분자막형 연료전지 등의 연료전지에서는, 고체고분자 전해질막의 이온 도전성을 유지하기 위해서, 연료전지에 공급하는 반응 가스(수소나 공기)를 적극적으로 가습하고, 나아가 연료전지의 발전시에는 전기화학 반응에 의해 생성수가 생성된다. 따라서 상기 오프가스는 가온수나 생성수를 포함하고 있고, 수소검출기는 이들 물을 포함한 오프가스에 노출되게 된다.
그렇지만, 수소검출기의 검출 소자로서는, 접촉 연소식의 가스 센서 등 가온 상태에서 동작하는 것이 많이 사용되고 있기 때문에, 검출 소자에 가온수나 생성수 등이 부착되면, 검출 소자의 표면에 국소적인 온도분포의 불균일이 발생하여, 감도 저하나 소자 파괴 등의 우려가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 일본 특개 2000-187014호 공보에 개시되는 바와 같이, 센서를 수용하는 용기의 가스도입구에 공기투과성 방수막과 실리카 다공질 판을 배치하는 것이 제안되어 있다.
그렇지만, 수소검출기의 검출 소자에 가온수나 상기 생성수 등이 부착되면, 검출 소자 표면에 국소적인 온도분포의 불균일이 발생하여, 감도 저하나 소자 파괴 등의 우려가 있다.
또, 고체고분자막형 연료전지 등의 연료전지의 오프가스가 흐르는 배기관로에는 전술한 바와 같이 고온다습, 예를 들면 온도가 90℃ 정도, 상대습도가 100% 정도의 유체가 흐르고 있다. 이러한 배기관로에 가온 상태로 사용하는 접촉 연소식의 가스 센서 등을 부착하면, 센서 부착구에서의 방열량이 커지기 때문에, 센서 근방의 온도가 이슬점 이하로 저하하여 센서내에 물방울이 생긴다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 일본 특개평 8-233763호 공보에 개시되는 바와 같이, 센서를 다공질재의 캡에 수용하고 그 주위에 히터를 배치하거나, 단열재에 의해 보온하는 것도 행해지고 있지만, 가열이나 단열을 위한 부대 설비의 공사가 필요하게 되어, 센서 부착에 비용이 들거나, 또 소형화가 곤란하다는 문제가 있다.
또, 배기관로로부터 샘플링 유로에 의해 피검지가스를 취출하고, 제습 수단을 경유시키고나서 센서로 인도하는 것도 생각할 수 있지만, 장치 구성이 대규모가 될 뿐만아니라, 측정값을 제거한 수분량으로 보정할 필요가 있어, 신호처리가 복잡하게 된다는 문제가 있다.
상기 종래 기술에서는, 다공질의 캡에 피검지가스내의 수분이 부착되어서 응결한 경우에는, 이 응결수가 가스 검출 소자에 접촉하여 소자 표면에 부분적인 온도분포의 불균일이 발생하여 소자 파괴나 감도 저하를 일으키는 일이 있다는 문제가 있다.
또, 캡을 통하여 흘러 들어가는 피검지가스를 가스 검출 소자 및 보상 소자에 대해 균일하게 도입하여 접촉시킬 수 없는 경우에는, 흘러 드는 피검지가스의 유량의 언밸런스가 그대로 검출 온도에 영향을 주어 검출 정밀도가 저하된다는 문제가 있다.
또, 피검지가스의 흐름에 노출되어서 열을 빼앗기는 경향이 있는 캡을 필요 온도로 유지하기 위해서는 많은 열량을 필요로 하고, 그 결과 가스 센서의 소비전력이 많아진다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 유로를 흐르는 가스중에 포함되는 수분이 가스 검출실내로 침입하는 것을 저지하여 검출 소자의 수분 피착을 방지하고, 동시에 가스 검출실내에 응결수가 발생하는 것을 확실하게 방지하여 감도 저하나 소자 파손을 방지할 수 있는 가스 센서를 제공하는 것이다.
도 1(A) 내지 (C)는, 각각 본 발명의 가스 센서의 제 1 실시형태의 외관을 도시하는 평면도, 측면도, 저면도이다.
도 2(A), (B)는, 각각 도 1의 A-A선, B-B선에서의 단면구조를 도시하는 도면이다.
도 3(A), (B)는, 각각 상기 가스 센서를 구성하는 발열체 유닛의 일실시예를 도시하는 정면도, 및 단면도이다.
도 4(A), (B)는, 각각 상기 가스 센서를 구성하는 가스 검지 유닛의 일실시예를 도시하는 정면도, 및 단면도이다.
도 5는, 상기 센서의 조립공정을 도시하는 도면이다.
도 6은, 상기 센서를 덕트에 부착한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 센서의 적용예인 연료전지 시스템의 개략적 설명도이다.
도 8은, 제 2 실시형태에서의 가스 센서로서의 수소 센서의 평면도이다.
도 9는, 도 8의 C-C 단면도이다.
도 10은, 발수 필터 부착부의 확대 단면도이다.
도 11(A), (B)는, 각각 제 2 실시형태의 히터의 배치 위치를 베이스와의 관계로 도시하는 설명도, 주요부 사시도이다.
도 12(A) 내지 (C)는, 각각 제 3 실시형태의 단면도, 히터의 배치 위치를 베이스와의 관계로 도시하는 설명도, 및 주요부 사시도이다.
도 13(A) 내지 (C)는, 각각 제 4 실시형태의 단면도, 히터의 배치 위치를 베이스와의 관계로 도시하는 설명도, 및 주요부 사시도이다.
도 14(A) 내지 (C)는, 각각 제 5 실시형태의 단면도, 히터의 배치 위치를 베이스와의 관계로 도시하는 설명도, 및 주요부 사시도이다.
도 15(A) 내지 (C)는, 각각 제 5 실시형태의 단면도, 히터의 배치 위치를 베이스와의 관계로 도시하는 설명도, 및 주요부 사시도이다.
도 16은, 제 3 실시형태에서의 수소 센서의 단면도이다.
도 17은, 제 4 실시형태에서의 수소 센서의 단면도이다.
도 18은, (A), (B)는, 각각 제 5 실시형태에서의 수소 센서의 단면도와, 주요부 저면도이다.
도 19(A), (B)는, 각각 발수 필터 부착부의 다른 구조예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 20은, 발수 필터 부착부의 다른 구조예를 도시하는 확대 단면도이다.
제 1 본 발명은, 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 접촉 연소식의 가스 센서에 있어서, 상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스의 피검지가스 도입구에 발수 필터를 배치하는 동시에, 피검지가스 도입구와 상기 소자와의 사이에 피검지가스를 가열하는 히터를 배치하여 구성되어 있다.
이것에 의해, 피검가스가 흐르는 유로의 수분은 발수 필터에 의해 가스 검출실내로 침입하는 것이 저지되고, 또 피검지가스 도입구로부터 도입된 가스 검지실내의 피검지가스가 히터에 의해 직접적으로 가열되어, 피검지가스의 수분의 응결을 방지하는 것이 가능하게 되기 때문에, 응결수가 검출 소자에 부착되어 소자 파괴나 감도 저하를 일으키는 일이 없어지고, 또 소자 수명을 연장시킬 수 있다.
제 2 본 발명은, 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 접촉 연소식의 가스 센서에 있어서, 상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스의 피검지가스 도입구에, 발수 필터와, 다공질 금속판이 배치되어 있다.
이것에 의해, 유로를 흐르는 가스중에 포함되는 물은 발수 필터에 의해 가스 검출실내로 침입하는 것이 저지되어, 검출 소자가 수분 피착되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 가스 센서의 소자 파괴를 방지할 수 있는 동시에, 감도 저하를 방지할 수 있어, 가스 센서의 수명을 연장시킬 수 있다.
제 3 발명은, 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 접촉 연소식의 가스 센서에 있어서, 상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스를 구성하는 1개의 벽면에 피검지가스 도입구를 형성하고, 피검지가스 도입구와 상기 소자 사이에 피검지가스를 가열하는 히터가 배치되어 있다.
이것에 의해, 피검지가스 도입구로부터 도입된 가스 검지실내의 피검지가스가 히터에 의해 직접적으로 가열되어, 감도 저하를 방지한다.
[제 1 실시형태]
그래서 이하에 본 발명의 상세를 도시한 실시형태에 기초하여 설명한다.
도 1, 및 도 2는, 본 발명의 가스 센서의 제 1 실시형태를 도시하는 것으로서, 케이스(2)는, 그 한쪽 끝에 피검가스 도입구(1), 다른쪽 끝에 접속용의 리드 핀(3a∼3h)이 배치되어 있다. 케이스(2)에는, 피검가스 도입구(1) 측으로부터 순서대로 발수 필터(4), 패킹(5), 소결 다공질 금속판(6), 제 1 스페이서(7), 발열체 유닛(8), 제 2 스페이서(9), 가스 검지 유닛(10), 또한, 베이스판(11)을 순차적으로 적층 배치하여 수용하고, 케이스(2)의 다른쪽 끝을 죄어서 고정하고, 가스 검지 유닛(10)으로부터의 접속용 리드 핀(3a∼3h) 및 위치결정 핀(3j)을 빼내도록 구성되어 있다.
발수 필터(4)는, 시트 형상의 다공질 테플론(등록상표) 수지로 구성되어, 액적의 진입을 방지하는 동시에 진애의 침입도 방지하는 것이다. 소결 다공질 금속판(6)은, 금속입자를 소결하여 다공질재로 하여 구성되어 있다.
제 1 스페이서(7)는, 소결 다공질 금속판(6)을 지지하는 동시에, 후술하는 발열체 유닛(8)에 피검가스를 유통시키는 관통 구멍(7a)이 형성되어 있다.
발열체 유닛(8)는, 도 3(A), (B)에 도시한 바와 같이 중앙에 관통 구멍(8a)을 구비한 기판(8b)에 방사상으로 4개의 리드 핀(3e∼3h)을 심어 설치하고, 관통 구멍(8a)을 타서 넘도록 칩형 저항체로 이루어지는 발열체(12)를, 또 기판(8b)의 표면에 감온소자(13)를 실장하고, 각각 리드 핀(3e∼3h)에 도시하지 않은 도전 패턴을 통하여 접속하여 구성되어 있다.
이와 같이 히터를 칩형 저항기에 의해 구성함으로써 특별한 히터 부재를 준비하지 않고, 범용의 전자부품을 이용할 수 있어, 코스트의 저감과 소형화를 도모할 수 있다.
제 2 스페이서(9)는, 상면에 발열체 유닛(8)을 지지하는 오목부(9a)와, 하면에 가스 검지 유닛(10)을 중앙에 지지하는 오목부(9b)를 구비한 피검가스의 유통이 가능한 관통 구멍(9c)을 중앙부에 형성하여 구성되어 있다.
가스 검지 유닛(10)은, 도 4(A), (B)에 도시한 바와 같이 중앙에 대략 타원형의 오목부(14a)를 구비한 기판(14)에 방사상으로 4개의 리드 핀(3a∼3d)을 심어 설치하고, 오목부(14a)를 타고넘도록 가스검출 소자(15)와, 온도보상 소자(16)를 리드 핀(3a∼3d)에 접속하여 구성되어 있다.
이들 부재나 유닛은, 도 5에 도시한 바와 같이 피검가스 도입구(1)를 하방으로 하도록 케이스(2)를 재치하고, 발수 필터(4), 패킹(5), 소결 다공질 금속판(6), 제 1 스페이서(7), 발열체 유닛(8), 제 2 스페이서(9), 가스 검지 유닛(10)을 장전하고, 발열체 유닛(8)과 가스 검지 유닛(10)의 리드 핀을 소정의 위치에 맞추어 위치시키고, 최후에 베이스판(11)의 관통 구멍에 리드 핀을 삽입 통과시켜 적층하고, 최후에 케이스(2)의 개구부를 죔으로써 조립되어 있다.
이와 같이 구성된 가스 센서(17)는, 도 6에 도시한 바와 같이 가연성 가스를 포함하는 고온다습의 유체가 흐르는 덕트(18)에 설치된 부착구(18a)에, 링 형상 패킹(19)을 장착하여 고정된다.
이 부착구(18a)는, 덕트(18)의 최정상부의 근방에 형성하여, 센서(17)의 피검가스 도입구(1)가 하방을 향하도록 부착하는 것이 바람직하다.
이러한 상태에서, 환경중의 유체가 피검가스 도입구(1)로부터 진입하면, 물방울이나 진애가 발수 필터(4)에 의해 제거된 후, 소결 다공질 금속판(6)을 통과하여 발열체 유닛(8)에 도달하고, 발열체(12)의 열에 의해 노점 이상으로 가온되고 나서, 가스 검지 유닛(10)에 도달한다. 소결 다공질 금속판(6)은, 발열체 유닛(8)의 복사열 등에 의해 가열되어 있기 때문에, 여기에서 결로가 발생하는 일은 없다.
발열체 유닛(8)은, 감온소자(13)로부터의 온도신호에 의해 도시하지 않은 제어 수단에 의해 발열량을, 이상 고온으로 되지 않도록 피검지가스의 검출에 최적인 온도를 유지하도록 제어되어 있다. 이 열은, 대류에 의해 상승하여 최상에 위치하는 가스 검지 유닛(10)의 주변의 분위기를 온도상승 시켜서 가스 검출 소자(15)나 온도보상 소자(16)의 주변의 온도저하를 유효하게 방지하여, 피검지가스를 확실하게 검출한다.
또한, 소결 다공질 금속판(6)은, 발수 필터(4)를 통기성을 손상하는 일 없이 이면으로부터 백업하는 동시에, 유입하는 피검지가스에 의한 급격한 온도변화를 방지하는 작용을 한다.
또한, 상기한 실시형태에서는 가스 검출 소자(15)와 온도보상 소자(16)에 의해 가스 검지 유닛을 구성하고 있지만, 가스 검출 소자만으로 구성해도 동일한 작용을 달성한다.
또, 상기한 실시형태에서는, 가열용의 저항 소자로서 칩형 저항체를 사용했지만, 니크롬선 등의 저항선을 감아서 사용해도 동일한 작용을 달성한다.
더욱이, 상기한 실시형태에서는, 스페이서에 의해 소정의 간격을 형성하여, 범용의 가스 검지 유닛을 사용가능하게 하고 있지만, 발열체 유닛의 기판이나 가스 검지 유닛의 기판에 스페이서에 대응하는 볼록부를 일체로 형성해도 동일한 작용을 달성한다.
그런데, 상기한 가스 센서는, 도 7에 도시한 연료전지 시스템의 배기관로의 가연 가스, 예를 들면 수소의 검출에 특히 유효하다.
연료전지(20)는, 예를 들면 고체고분자 전해막 등의 전해질을 애노드측 전극과 캐소드측 전극으로 끼워지지한 전해질 전극 구조체를, 다시 한쌍의 세퍼레이터로 끼워지지하여 이루어지는 도시하지 않은 연료전지 셀을 다수조 적층하여 구성되어 있다. 애노드측 전극에 입구측 통로(21)로부터 공급된 수소 등의 연료가스는, 촉매전극상에서 수소가 이온화되고, 적절하게 가습된 고체고분자 전해질막을 통하여 캐소드측 전극으로 이동하고, 그 사이에 발생한 전자가 외부회로로 취출되어, 직류의 전기 에너지로서 이용된다. 캐소드측 전극에는, 예를 들면 산소 등의 산화제 가스 혹은 공기가 입구측 통로(22)를 통하여 공급되고 있기 때문에, 이 캐소드측 전극에서, 수소 이온, 전자 및 산소가 반응하여 물이 생성된다. 그리고 애노드측, 캐소드측 모두 출구측 통로(23, 24)로부터 반응완료된 소위 오프가스가 계 외부로 배출된다.
여기에서, 캐소드측의 출구측 통로(24)에는, 본 발명의 요지를 이루는 가스 접촉 연소식의 가스 센서(이하 가스 센서라고 함)(25)가 부착되고, 이 가스 센서(25)에 의해 캐소드측의 출구측 통로(24)로부터 수소 가스가 배출되고 있지 않는 것을 감시장치(26)로 확인할 수 있게 되어 있다.
[제 2 실시형태]
도 8은 수소 센서(25)의 평면도, 도 9는 도 8의 C-C선에 따르는 단면도로서 수소 센서(25)의 부착 상태를 도시하고 있다.
캐소드측의 출구측 통로(24)에는 가스 센서(25)의 부착 자리(27)가 형성되는 동시에, 가스 센서의 출구측 통로(24)의 둘레벽에 부착 구멍(28)이 설치되어 있다. 가스 센서(25)는, 예를 들면, 폴리페닐렌설파이드제의 부착 기판(29)에 플랜지부(30)가 형성되고, 이 플랜지부(30)가 볼트(31)에 의해 부착 자리(27)에 죄어 고정되어 있다. 부착 기판(29)에는 부착 구멍(28)에 삽입 통과되는 통형상부(32)가 형성되어 있다. 이 통형상부(32)는, 센서 구성 부재, 즉 검출 소자(39), 및 온도보상 소자(40)를 수용하는 케이스를 구성하고 있다.
한편, 부착 기판(29)은, 수지 등의 금속에 비교하여 열전도성이 낮은 재료에 의해 형성함으로써 단열 효과를 높이고, 센서의 결로를 효과적으로 방지할 수 있다.
통형상부(32)의 내부에는 가스 검지실(34)이 형성되어 있어, 통형상부(32)의 한쪽 끝, 즉 가스 검지실(34)의 개구부, 즉 피검지가스 도입구(35)에는 플랜지부(33)가 형성되어 있다. 그리고 이 피검지가스 도입구(35)는, 출구측 통로(24)의 내벽에 면일치되게 설정되어 있다. 따라서 가스 도입구(35)는 출구측 통로(24)를 흐르는 오프가스에 대해 직각방향을 지향하게 된다.
또, 통형상부(32)의 외주면에는 실링재(36)가 부착되고, 부착 구멍(28)의 내주벽에 밀접하여 기밀성을 확보하고 있다. 그리고 이 통형상부(32)의 내부에 센서 본체(37)가 장착되어 있다.
센서 본체(37)는, 부착 기판(29)의 통형상부(32)의 다른쪽 끝을 폐쇄하는 위치에, 예를 들면 폴리페닐렌설파이드제로 둥근 환형의 베이스(38)가 설치되는 동시에, 외주 부분에는 플랜지부(33)에 이르는 높이를 갖는 금속제로 통 형상의 둘레벽부(45)가 설치되고, 상기 베이스(38)를 관통하여 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 베이스(38)로부터 동일 높이에서 소정의 간격을 두고 한쌍 설치된 것이다. 또한, 둘레벽부(45)와 통형상부(32) 사이에는 간극이 확보되고, 금속제의 둘레벽부(45)로부터 통형상부(32)로 직접적으로 열전달이 행해지지 않게 되어 있다.
또, 1개의 온도보상 소자(40)에 대해 검출 소자(39)를 복수 설치한 구조의 것이라도 좋다.
검출 소자(39)는 알려져 있는 소자로서, 피검지가스인 수소가 백금 등의 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 고온의 검출 소자(39)와 분위기온도하의 온도보상 소자(40)와의 사이에 전기저항의 차가 생기는 것을 이용하여, 수소 가스 농도를 검출하는 가스 접촉 연소식의 가스 센서이다. 검출 소자(39) 및 온도보상 소자(40)는 각각 핀(41)을 통하여 부착 기판(29)의 내부에 몰드 성형된 회로기판(42)에 도통 접속되어 있다.
한편, 상기 피검지가스 도입구(35)에는 이것을 폐쇄하도록 가스 검지실(34)의 내측으로부터 소결 금속 다공질 판으로 이루어지는 소결 다공질 금속판(43), 더욱이, 예를 들면 폴리테트라플루오르에틸렌제의 발수 필터(44)가 각각 부착되고, 이들 소결 다공질 금속판(43), 발수 필터(44)는 상기 플랜지부(33)의 내측으로부터 부착되어 있다. 여기에서 발수 필터(44)는 수증기의 통과는 허용하지만, 물방울의 통과를 차단하고, 또 소결 다공질 금속판(43)은, 통기저항을 증가시키지 않고, 발수 필터(44)를 보강할 수 있다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이 발수 필터(44)의 외면(44a)의 플랜지부(33)의 내주 가장자리에 접하는 영역이 전체 둘레에 걸쳐서 용착부(44b)를 형성하도록 용착되어 있고, 플랜지부(33)와 발수 필터(44) 사이로부터 내부로 물이 침입할 수 없도록 되어 있다.
이와 같이 형성된 가스 검지실(34)내에, 피검지가스를 가열하는 히터(46)가 설치되어 있다.
도 11(A)는 히터(46)의 배치 위치를 베이스(38)와의 관계로 도시하는 설명도이며, 도 11(B)는 그 주요부 사시도이다.
도 11(A), (B)에 도시하는 바와 같이 상기 히터(46)는 사각형으로 판 형상의 부재이며, 긴 변(46a)측에 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 위치하는 방향로서, 피검지가스 도입구(35)를 가로막도록 배치되어 있다. 또, 히터(46)는, 도 11(A)에 쇄선으로 도시하는 바와 같이 히터(46)의 긴 변(46a)과 피검지가스 도입구(35)의 둘레 가장자리와의 사이에 반원호 형상의 가스 도입부(47)가 각각 형성되는 크기로 되어 있다. 히터(46)는 가스 검지실(34)에 면한 부위에 방열면(49)이 형성되고, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)에 대해 방열면(49)이 등거리로 되어 있다.
따라서, 각 도입부(47)에는 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 인접 설치되어 배치되게 되어, 피검지가스 도입구(35)로부터 유입하는 피검지가스는 히터(46)에 의해 나누어져 반원호 형상의 가스 도입부(47)에서 분배되고, 검출 소자(39), 온도보상 소자(40)를 통과하면서 가스 검지실(34)내에 도입된다. 또한, 히터(46)의 리드선(48)은 회로기판(42)에 접속되어 있다(이후에 설명하는 실시예에서 동일).
상기 실시형태에 의하면, 히터(46)에 의해 가스 검지실(34)내의 피검지가스는 직접적으로 가열되는 동시에, 피검지가스 도입구(35)로부터 들어가고, 발수 필터(44)에서 응결수의 진입이 저지되고, 소결 다공질 금속판(43)을 통과한 피검지가스는, 히터(46)를 통과한 직후에도 그 방열면(49)에 의해 직접적으로 가열되기 때문에, 피검지가스인 오프가스의 상대습도가 저하하여 오프가스내의 수분이 가스 검지실(34)내에서 응결하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 응결수가 검출 소자(39)에 부착되어서 소자 파괴나 감도 저하를 일으키는 일이 없어져, 검출 소자(39)의 수명을 연장시킬 수 있다.
특히, 피검지가스 도입구(35)로부터 가스 검지실(34)내에 도입되는 피검지가스는, 히터(46)로 가열된 후에, 각 도입부(47)로부터 가스 검지실(34)의 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)에 균등하게 나누어지도록 하여 도입되기 때문에, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 동일 조건에서 피검지가스에 노출된다. 따라서 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)에 대해 균일하게 피검지가스를 접촉시킬 수 있기 때문에, 높은 정밀도로 피검지가스의 농도검출을 행할 수 있다. 또, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 각각 히터(46)에 의해 균일하게 가열됨으로써도 높은 정밀도의 검출이 가능하게 된다.
[히터의 제 2 실시형태]
다음에, 도 12 (A) 내지 (C)에서, 가스 센서(25A)가 캐소드측의 출구측 통로(24)의 부착 자리(27)에 플랜지부(30)에 의해 부착되고, 그 통형상부(32)가 출구측 통로(24)의 부착 구멍(28)에 삽입되는 점, 통형상부(32)의 내부가 가스 검지실(34)로서 구성되어, 통형상부(32)의 한쪽 끝에 플랜지부(33)가 형성되고, 이 플랜지부(33)의 내측이 피검지가스 도입구(35)로서 개구 형성되어 있는 점, 및 가스 검지실(34)의 다른쪽 끝을 폐쇄하는 위치에 둥근 환형의 베이스(38)가 설치되는 동시에, 외주부분에는 상기 플랜지부(33)에 이르는 높이를 갖는 금속제의 통 형상의 둘레벽부(45)가 설치되고, 상기 베이스(38)를 관통하여 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 한쌍 설치된 것인 점 등의 기본적 구성은 상기 종래와 동일하다.
여기에서, 가스 검지실(34)내에는, 피검지가스의 유입 방향, 즉 피검지가스 도입구(35)의 지향 방향을 따르는 방향에 방열면(49A)를 갖는 한쌍의 히터(46A, 46A)가, 각 방열면(49A)를 대향시킨 상태에서 베이스(38)와 소결 다공질 금속판(43) 사이에 장착되고, 상기 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가, 히터(46A, 46A)에 의해 끼워지는 위치에 배치된 것이다. 즉, 각 히터(46A)는 방열면(49A)을 대향시키고, 그 사이에 서로 각 히터(46A)의 방열면(49A)으로부터 등거리에 위치하도록 하여 상기 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 배치되어 있다. 또한, 48A는 히터(46A)의 리드선을 도시한다.
이 실시형태에 의하면, 발수 필터(44)로 응결수의 진입이 저지되고, 소결 다공질 금속판(43)을 통과한 피검지가스는, 다른 부재에 방해받지 않고 원활하게 가스 검지실(34)내로 유입되고, 한쌍의 히터(46A)에 의해 끼워지도록 하여 양측으로부터 각 방열면(49A)에 의해 직접적으로 가열되기 때문에, 피검지가스인 오프가스의 상대습도가 저하하여 오프가스내의 수분이 가스 검지실(34)내에서 응결하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 응결수가 검출 소자(39)에 부착되어 소자 파괴나 감도 저하를 일으키지 않아, 검출 소자(39)의 수명을 연장시킬 수 있다.
특히, 이 실시형태에서는 히터(46A)가 피검지가스의 도입의 방해가 되지 않는 점에서 유리하다. 또, 각 히터(46A)의 방열면(49A)으로부터 등거리에 위치하도록 하여 상기 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 배치되어 있기 때문에, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)도 균일하게 가열할 수 있고, 따라서 높은 정밀도로 가스 검지를 행할 수 있다. 더욱이, 각 히터(46A)가 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)와 베이스(38)와의 사이에 소정의 간격을 확보하는 스페이서로서 기능하기 때문에, 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)의 부착 신뢰성을 높일 수 있다. 그리고 히터(46A, 46A)에 의해 한정된 공간에서 방열면(49A)를 넓게 확보할 수 있기 때문에 가열 능력이 높아져 전력절약에 기여할 수 있다. 또한, 히터(46A)는 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)와 함께 베이스(38)상에 배치해 둘 수 있기 때문에 조립상 유리하다.
[히터의 제 3 실시형태]
다음에 도 13(A) 내지 (C)에 도시한 실시형태에서의 가스 센서(25B)는, 상기한 히터의 제 2 실시형태에서의 한쌍의 히터(46A)를 바꾸어, 통형의 히터(46B)를 설치한 것이다. 이 히터(46B)는 단면 대략 C자 형상으로 형성되어 있고, 피검지가스의 유입 방향을 따르도록 통형형상의 축방향을 향해서 배치되어 있다. 따라서, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가, 이 히터(46B)에 둘러싸여지도록 배치되게 된다. 구체적으로는 히터(46B)는 베이스(38)의 외주를 따르도록 하여 배치되고, 베이스(38)로부터 소결 다공질 금속판(43)에 이르는 부분에 설치되어 있다. 더욱, 48B는 히터(46B)의 리드선을 도시한다.
따라서, 이 실시형태에 의하면, 기본적으로 전술한 실시형태와 동일하게 히터(46B)에 의해 가스 검지실(34)내의 피검지가스를 직접적으로 가열함으로써 검출 소자(39)의 수명을 연장시킬 수 있다. 또, 도 12에 도시한 제 3 실시형태의 히터(46A)보다도 더욱 넓은 전체 둘레에 걸치는 방열면(49B)을 갖기 때문에, 가스 검지실(34) 전체를 불균일 없이 동일하게 가열할 수 있고, 따라서 높은 정밀도로 가스 농도를 검지할 수 있다. 더욱이, 통형의 히터(46B)에 의해 한정된 공간에서 보다 한층더 넓은 방열면(49B)을 확보할 수 있기 때문에, 효율좋게 가스 검지실의 피검지가스를 가열할 수 있어 전력 절약에 기여할 수 있다.
또, 이 실시형태에서도, 히터(46B)가 피검지가스의 유입 방향을 따르도록 통형 형상으로 형성되어 있기 때문에, 피검지가스의 도입의 방해가 되지 않고 원활하게 도입할 수 있는 장점이 있는 동시에, 히터(46B)를 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)와 베이스(38) 사이에 소정의 간격을 확보하는 스페이서로서 기능하기 때문에, 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)의 부착 신뢰성을 높일 수 있는 동시에 히터(46B)의 강성 향상에도 연관된다. 더욱이, 히터(46B)는 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)와 함께 베이스(38)상에 배치해 둘 수 있기 때문에 조립상 유리하다.
[히터의 제 4 실시형태]
다음에 도 14(A) 내지 (C)에 도시한 히터의 실시형태에서, 가스 센서(25C)가 캐소드측의 출구측 통로(24)의 부착 자리(27)에 플랜지부(30)에 의해 부착되고, 그 통형상부(32)가 출구측 통로(24)의 부착 구멍(28)에 삽입되는 점, 통형상부(32)의 내부가 가스 검지실(34)로서 구성되고, 통형상부(32)의 한쪽 끝에 플랜지부(33)가 형성되고, 이 플랜지부(33)의 내측이 피검지가스 도입구(35)로서 개구 형성되어 있는 점, 및 가스 검지실(34)의 다른쪽 끝을 폐쇄하는 위치에 둥근 환형의 베이스(38)가 설치되는 동시에, 외주부분에는 상기 플랜지부(33)에 이르는 높이를 갖는 금속제의 통 형상의 둘레벽부(45)가 설치되고, 상기 베이스(38)를 관통하여 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 한쌍 설치된 것인 점 등의 기본적 구성은 상기한 실시예와 동일한 구성이다.
여기에서, 상기 가스 검지실(34)내에는 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)와의 사이에 피검지가스의 유입 방향을 따라서 판 형상의 히터(46C)가 설치되어 있다. 이 판 형상의 히터(46C)는 방열면(49C)을 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)에 대향시킨 상태에서 배치되어 있다. 즉 히터(46C)는, 도면중 수직한 면이 방열면(49C)으로서 구성되어 있다. 또한, 48C는 히터(46C)의 리드선을 도시한다.
상기 실시형태에 의하면, 피검지가스 도입구(35)로부터 들어가고, 발수 필터(44), 소결 다공질 금속판(43)을 통과한 피검지가스는, 히터(46C)에 따르도록 하여 가스 검지실(34)내에 인도되고, 히터(46C)에 의해 나누어지도록 하여 방열면(49C)에 의해 직접적으로 가열되어, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)를 가열한다. 따라서, 이 실시형태에서는 기본적으로 전술한 실시형태와 동일하게 히터(46C)에 의해 가스 검지실(34)내를 가열함으로써 검출 소자(39)의 수명을 연장시킬 수 있다. 특히, 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 동일조건에서 피검지가스에 저지되는 동시에, 히터(46C)에 의해 균등하게 가열되기 때문에, 높은 정밀도로 피검지가스의 농도검출을 행할 수 있다. 더욱이, 히터(46C)는 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)와 함께 베이스(38)상에 배치해 둘 수 있기 때문에 조립상 유리하다.
[히터의 제 5 실시형태]
도 15(A) 내지 (C)에 도시한 실시형태에서는 히터(46D)를 베이스(38)면을 따르도록 하고, 검출 소자(39) 및 온도보상 소자(40)를 끼우도록 외측에 한쌍 설치하고 있다. 즉, 각 히터(46D)의 사이에는, 서로 각 히터(46D)로부터 등거리로 위치하도록 하여 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)가 배치되고, 방열면(49D)이 피검지가스 도입구(35)를 향한 2개의 직사각형 형상의 히터(46D)에 의해, 가스 검지실(34)이 가열되게 되어 있다. 또한, 도면중 부호 48D는, 히터(46D)의 리드선을 도시한다.
이 실시형태에 의하면, 전술한 각 실시형태와 동일하게 히터(46D)에 의해 가스 검지실(34)내의 피검지가스를 직접적으로 가열함으로써 검출 소자(39)의 수명을 연장시킬 수 있다. 특히, 이 실시형태에서는 히터(46D)를 검출 소자(39)와 온도보상 소자(40)와 함께 베이스(38)에 설치할 수 있기 때문에, 히터(46D)의 지지가 용이하게 되고 제조도 간단하게 되는 장점이 있다.
[피검가스 도입구의 구조에 대한 설명]
그런데, 상기 피검가스 도입구(35)에는 이것을 폐색하도록 가스 검지실(34)의 내측으로부터 소결 금속다공질 판으로 이루어지는 소결 다공질 금속판(43), 더욱이, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌제의 발수 필터(44)가 각각 부착되고, 이들 소결 다공질 금속판(43), 발수 필터(44)는 상기 플랜지부(33)의 내측으로부터 부착되어 있다. 발수 필터(44)는 수증기의 통과는 허용하지만 물방울의 통과를 차단하는 것으로, 두께 150㎛ 내지 300㎛의 것이 사용되고 있다.
두께 150㎛ 이하이면, 소결 다공질 금속판(43)을 구성하는 금속입자의 돌기에 의해 파손될 우려가 있고, 또 300㎛ 이상이면, 통기저항이 커져, 피검지가스에 대한 응답성의 저하와, 감도의 저하를 초래한다는 문제가 있다.
이와 같이 구성된 수소 센서(25)에서는, 출구측 통로(24)를 흐르는 오프가스가, 피검가스 도입구(35)로부터 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)를 통과하여 가스 검지실(34)내에 진입할 수 있으므로, 오프가스중의 수소 가스 농도를 검출할 수 있다.
한편, 오프가스중에 포함되는 물은, 발수 필터(44)에 의해 가스 검지실(34)내로의 침입이 저지되므로, 가스 검출 소자(39)나 온도보상 소자(40)가 수분 피착되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 수소 센서(25)의 소자 파괴를 방지할 수 있는 동시에, 감도 저하를 방지할 수 있고, 수소 센서(25)의 수명을 연장시킬 수 있다. 더욱이, 발수 필터(44)가 소결 다공질 금속판(43)의 외측에 배치되어 있으므로, 소결 다공질 금속판(43)이 물로 막히는 것을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
[피검가스 도입구의 제 2 실시형태]
도 16에 도시한 수소 센서(25)에서는, 피검가스 도입구(35)에는 이것을 폐색하도록 가스 검지실(34)의 내측으로부터 소결 금속다공질 판으로 이루어지는 소결 다공질 금속판(43), 또한, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌제의 발수 필터(44)가 각각 부착되고, 이들 소결 다공질 금속판(43), 발수 필터(44)는 상기 플랜지부(33)의 내측으로부터 부착되어 있다. 발수 필터(44)는 수증기의 통과는 허용하지만 물방울의 통과를 차단하는 것으로, 두께 150㎛ 내지 300㎛의 것이 사용되고 있다.
이 실시형태에서는, 피검가스 도입구(35)가 출구측 통로(24)의 내측으로 돌출하여 설치되어 있고, 피검가스 도입구(35)가 출구측 통로(24)를 흐르는 오프가스의 흐름 방향(도면중, 화살표 A)의 하류를 향하여 하강 구배로 설치되도록, 통형상부(32) 및 둘레벽부(45)가 형성되어 있는 점을 특징으로 한다.
그리고 피검가스 도입구(35)를 덮도록 부착된 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)도 오프가스의 흐름방향 하류를 향하여 하강 구배로 설치되어 있다. 또한, 오프가스의 흐름 방향은, 오프가스중에 피검지가스인 수소 가스가 포함되어 있는 경우에는, 수소 가스의 흐름 방향과 동일하다.
이와 같이 구성된 수소 센서(25)에서는, 가스 검지실(34)내로의 물의 침입을 방지할 수 있어, 가스 검출 소자(39)의 수분 피착을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 오프가스중에 포함되는 물이 발수 필터(44)의 외면(44a)에 부착되어도, 부착된 물은 외면(44a)을 따라 아랫쪽으로 흘러 내리고, 또, 오프가스의 흐름에 의해 불어 날리므로, 발수 필터(44)의 외면(44a)에 물이 체류하는 일이 없다. 그 결과, 발수 필터(44)의 외면(44a)이 액체체류에 의해 폐색되어 가스 유통 불능이 되는 것을 방지할 수 있고, 항상 가스 검지실(34)내로 가스의 유통이 가능하게 되므로, 오프가스중의 수소 가스의 검출을 항상 행할 수 있다.
[피검가스 도입구의 제 3 실시형태]
도 17에 도시한 수소 센서(25)에서는, 피검가스 도입구(35)가 출구측 통로(24)의 내측으로 돌출하여 설치되어 있고, 피검가스 도입구(35)가 출구측 통로(24)를 흐르는 오프가스의 흐름 방향(도면중, 부호 A) 하류를 향하여 상승 구배로 설치되도록, 통형상부(32) 및 둘레벽부(45)가 형성되어 있다. 그리고, 피검가스 도입구(35)를 덮도록 부착된 소결 다공질 금속판(43) 및 발수 필터(44)도 오프가스의 흐름 방향 하류를 향하여 상승 구배로 설치되어 있다. 또한, 오프가스의 흐름 방향은, 오프가스중에 피검지가스인 수소 가스가 포함되어 있는 경우에는, 수소 가스의 흐름 방향과 동일하다.
이와 같이 구성된 수소 센서(25)에서는, 가스 검지실(34)내로의 물의 침입을 방지할 수 있고, 가스 검출 소자(39)의 수분 피착을 방지 할 수 있을 뿐만 아니라, 통형상부(32)에서 오프가스 흐름 방향 상류측 반분이 차폐판으로서 기능하기 때문에, 오프가스중에 포함되는 물이 발수 필터(44)에 직접 닫지 않게 되어, 발수 필터(44)의 외면(44a)으로의 물의 부착이 억제된다. 그 결과, 발수 필터(44)의 외면(44a)이 액체체류에 의해 폐색되어 가스 유통 불능으로 되는 것을 방지할 수 있고, 항상 가스 검지실(34)내로 가스의 유통이 가능하게 되므로, 오프가스중의 수소 가스의 검출을 항상 행할 수 있다. 또, 통형상부(32)의 상기 차폐판 기능에 의해, 가스 유속이 수소 센서(25)의 검출 정밀도에 주는 영향을 억제할 수 있다.
[피검가스 도입구의 제 4 실시형태]
도 18에 도시한 실시형태의 것은, 통형상부(32)에서의 출구측 통로(24)의 내부측의 끝부에, 수분피착방지 커버(50)가 형성되어 있다. 수분피착방지 커버(50)는, 통형상부(32)의 끝부에서의 오프가스의 흐름 방향(도면중, 부호 A)의 상류측의 대략 둘레 반부분으로부터 출구측 통로(24)의 내측으로 돌출하여 설치되어 있고, 하류측을 향하여 경사져 아래쪽으로 연장되는 텅 편부(51)를 가지고 있다. 이 텅 편부(51)는, 통형상부(32)의 끝부에서의 오프가스의 흐름 방향 하류측의 대략 둘레 반부분으로부터 이간되어 있다. 또, 도 18(B)에 도시하는 바와 같이 텅 편부(51)는, 평면으로 보아 피검가스 도입구(35)를 거의 덮도록 설치되어 있고, 따라서, 텅 편부(51)는 발수 필터(44)로부터 이간되어 있다.
이와 같이 구성된 수소 센서(25)에서는, 가스 검지실(34)내로의 물의 침입을 방지할 수 있고, 가스 검출 소자(39)의 수분 피착을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 수분피착방지 커버(50)가 오프가스중에 포함되는 물을 차폐하고, 이 물이 피검가스 도입구(35)로 돌아들어가는 것을 억제한다. 따라서, 오프가스중에 포함되는 물이 발수 필터(44)에 직접 닫지 않게 되어, 발수 필터(44)의 외면(44a)으로의 물의 부착이 억제된다. 그 결과, 발수 필터(44)의 외면(44a)이 액체체류에 의해 폐색되어서 가스 유통 불능이 되는 것을 방지할 수 있어, 항상 가스 검지실(34)내로 가스의 유통이 가능하게 되므로, 오프가스중의 수소 가스의 검출을 항상 행할 수 있다. 또, 수분피착방지 커버(50)의 상기 차폐 기능에 의해, 가스 유속의 변동이 수소 센서(25)의 검출 정밀도에 주는 영향을 억제할 수 있다.
[플랜지부와 발수 필터와의 기밀구조의 실시형태]
또한, 상술한 실시형태에서는, 플랜지부(33)와 발수 필터(44) 사이로부터 내부로 물이 침입할 수 없도록 하기 위해서, 발수 필터(44)의 외면(44a)과 플랜지부(33)의 내주 가장자리를 용착하고 있지만, 이 구조에 대신하여 도 19(A), (B), 및 도 20에 도시하는 바와 같은 구조를 채용하는 것도 가능하다. 이하, 각 도면을 참조하여 각각의 구조를 설명한다.
도 19(A)에 도시하는 실시양태는, 금속제의 둘레벽부(45)에서의 출구측 통로(24)의 내부측의 끝부에, 내측을 향하여 돌출하는 플랜지부(52)를 설치하고, 이 플랜지부(52)의 가스 검지실(34)측에 소결 다공질 금속판(43)과 발수 필터(44)를 부착하고, 둘레벽부(45)의 외주면을 환형으로 코킹하는 등 하여 돌출부(53)를 형성함으로써, 둘레벽부(45)와 소결 다공질 금속판(43)을 간극 없이 결합하고, 또 플랜지부(52)를 환형으로 코킹하는 등 하여 돌출부(53')를 형성함으로써, 플랜지부(52)와 발수 필터(44)를 간극 없이 결합하여, 물의 침입을 저지하는 것이다.
도 19(B)에 도시하는 실시양태는, 환형을 이루는 수지제의 필터링(54)을 발수 필터(44)의 외주에 부착하고, 발수 필터(44)의 외면(44a)이 필터링(54)의 내주 가장자리의 전체 둘레에 용착되어 이루어지는 발수 필터 유닛(55)을 미리 준비하고, 필터링(54)의 내부에, 발수 필터(44)에 소결 다공질 금속판(43)을 적층하여, 이것들을 둘레벽부(45)의 내부에 배치하고, 그 때에 필터링(54)과 둘레벽부(45)의 플랜지부(52)와의 사이에 실링재(56)를 장착하고, 더욱이 둘레벽부(45)의 외주면을 환형으로 코킹함으로써, 둘레벽부(45)와 필터링(54)을 간극 없이 결합하여, 물의 침입을 저지하는 것이다. 또한, 도 19(B)에서, 부호 57은 용착부를, 또 부호 58은 코킹부를 도시한다.
도 20은, 소결 다공질 금속판(43)과 발수 필터(44)를 유닛화하여 캡(60)을 구성하고, 이 캡(60)을 둘레벽부(45)에 나사결합하여 교환 가능하게 한 구조의 것이다.
상술하면, 통형상부(32)는 둘레벽부(45)보다도 짧게 되어 있고, 둘레벽부(45)에서 통형상부(32)보다도 돌출하는 부분이 캡(60)에 대한 나사결합부(45a)에 형성되어 있다. 캡(60)은, 통 형상을 이루는 수지제의 캡 본체(61)에 발수 필터(44)가 부착되고, 발수 필터(44)의 외면(44a)이 캡 본체(61)의 내주 가장자리의 전체 둘레에 용착되고, 더욱이, 캡 본체(61)의 내부의 발수 필터(44)의 내측에 소결 다공질 금속판(43)을 부착하여 구성되어 있다. 이 경우, 발수 필터(44)의 외측이며 캡 본체(61)의 선단 내부가 피검가스 도입구(35)로 된다. 또한, 도 20에서, 부호 62는 용착부를 도시하고 있다.
이 캡(60)은 둘레벽부(45)의 나사결합부(41a)에 나사결합되어서 부착되고, 그 때에, 캡 본체(61)와 통형상부(32) 사이에 실링재(63)가 장착되어 양자간의 기밀성이 유지된다. 또, 수소 센서(25)를 출구측 통로(24)에 장착한 상태에서는, 통형상부(32)의 외국부면과 부착 구멍(24)의 내주벽은 상술의 경우와 동일하게 실링재(36)에 의해 기밀성이 유지된다. 이와 같이 하면, 캡(60)의 탈착을 용이하게 할 수 있고, 따라서, 소결 다공질 금속판(43)이나 발수 필터(44)를 용이하게 교환할 수 있다.
[다른 실시형태]
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 피검지가스는 수소 가스에 한정되는 것은 아니고, 다른 가스 성분이어도 좋고, 또, 가스 센서는, 수소 센서에 한하는 것은 아니고, 다른 가스 성분을 검출하는 것이어도 좋다. 더욱이, 가스 센서는, 연료전지의 캐소드로부터 배출되는 캐소드 오프 가스중의 수소 가스 농도를 검출하는 수소 센서에 한하는 것은 아니다.
더욱이 가스 센서로서, 접촉 연소식 가스 센서에 한정되지 않고, 금속산화물 반도체 가스 센서, 기체 열전도식 가스 센서, 적외선 투과형, 또는 반사형 가스 센서, 전기화학식 가스 센서를 사용하는 경우라도 동일한 작용을 달성한다.
본 발명은, 유로를 흐르는 가스중에 포함되는 물이 가스 검출실내로 침입하는 것을 저지하여 검출 소자의 수분 피착을 방지하고, 동시에 가스 검출실내에 응결수가 발생하는 것을 확실하게 방지하여 감도 저하나 소자 파손을 방지할 수 있고, 이것에 의해, 고체고분자형 연료전지 등의 캐소드측의 가스 출구 통로를 흐르는 고온다습의 피검지가스를 확실하게 검출할 수 있다.

Claims (22)

  1. 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 센서에 있어서,
    상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스의 피검지가스 도입구에 발수 필터를 배치하는 동시에, 피검지가스 도입구와 상기 소자와의 사이에 피검지가스를 가열하는 히터를 배치한 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 칩형 저항기인 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 상기 피검지가스 도입구를 분할하는 위치에 배치되고, 상기 피검지가스 도입구와 상기 히터와의 사이에 상기 피검지가스를 상기 검출 소자와 온도보상 소자로 나누어 도입하는 도입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 피검지가스의 유입 방향을 따르는 방향에 방열면을 갖는 한쌍의 히터로서 구성되고, 상기 검출 소자와 온도보상 소자가, 한쌍의 히터에 의해 끼워지는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 통형으로 형성되고, 또한 피검지가스의 유입 방향으로 축방향을 향한 상태에서 상기 검출 소자와 온도보상 소자를 둘러싸도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 그 열방사면을 상기 검출 소자와 온도보상 소자에 대향시키도록, 상기 검출 소자와 온도보상 소자의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 히터가, 상기 검출 소자와 온도보상 소자와의 고정 부재에 배치되고, 또한 상기 검출 소자와 온도보상 소자를 끼우는 위치에 한쌍 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스의 피검지가스 도입구에, 외측으로부터 순서대로 발수 필터, 및 소결 금속 다공질체가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 검출 소자가 수소를 검출하는 검출 소자로서 구성되고, 또 상기 케이스의 피검지가스 도입구에, 외측으로부터 순서대로 발수 필터, 및 소결 금속 다공질체가 배치되고, 상기 케이스가 고체고분자형 연료전지의 캐소드측 가스 출구 통로에 배치 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스에 감온소자가 수용되고, 상기 히터가 상기 감온소자로부터의 신호에 의해 그 발열량이 제어되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  11. 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 센서에 있어서,
    상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스의 피검지가스 도입구에 발수 필터와, 다공질 금속판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 피검지가스 도입구가, 상기 피검지가스의 흐름 방향 하류를 향하여 하강 구배로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 피검지가스 도입구가, 상기 피검지가스의 흐름 방향 하류를 향하여 상승 구배로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 발수 필터의 외측에 이 발수 필터로부터 이간하여 수분피착방지 커버가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 발수 필터가 두께 150㎛ 내지 300㎛의 고분자막에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 발수 필터의 주위가, 상기 피검지가스 도입구에 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 피검가스 도입구의, 상기 발수 필터가 맞닿는 영역에, 상기 발수 필터의 측면으로 돌출하는 환형의 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 발수 필터와 상기 다공질 금속판이, 발수 필터와 다공질 금속판을 링체로 적층 고정하여 구성된 발수 필터 유닛을 상기 피검지가스 도입구에 장전함으로써 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 발수 필터가 상기 링체에 용착되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 링체가 상기 피검가스 도입구에 착탈 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  21. 제 11 항에 있어서, 상기 검출 소자가, 수소를 검출하는 검출 소자로서 구성되고, 또 상기 케이스의 피검지가스 도입구에, 외측으로부터 순서대로 발수 필터, 및 소결 금속 다공질체가 배치되고, 상기 케이스가 고체고분자형 연료전지의 캐소드측 가스 출구 통로에 배치 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  22. 피검지가스가 촉매에 접촉했을 때에 연소하는 열을 이용하고, 검출 소자와 온도보상 소자와의 전기저항의 차이로부터 피검지가스의 농도를 검출하는 가스 센서에 있어서,
    상기 검출 소자와 온도보상 소자를 수용하는 케이스를 구성하는 1개의 벽면에 피검지가스 도입구를 형성하고, 피검지가스 도입구와 상기 소자와의 사이에 피검지가스를 가열하는 히터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
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