KR20200102925A

KR20200102925A - 가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법

Info

Publication number: KR20200102925A
Application number: KR1020200010455A
Authority: KR
Inventors: 쇼타로 모리모토; 준지 나카타니
Original assignee: 고요 써모 시스템 가부시끼 가이샤
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-09-01
Also published as: JP2020134397A; TWI754861B; KR102523749B1; JP7217169B2; TW202032119A

Abstract

(과제) 상온에서 결로를 발생시키는 가스를 측정하는 가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법에 있어서, 센서 소자의 균열을 보다 확실히 억제한다.
(해결 수단) 가스 센서 유닛(1)은, 가스 센서(9)와, 건조 가스 공급부(6)를 가지고 있다. 가스 센서(9)는, 상온에서 결로를 발생시키는 가스(예를 들면, 과열 수증기)에 노출되는 소자(13)를 갖고 이 가스의 예를 들면 산소 농도를 검출한다. 건조 가스 공급부(6)는, 소자(13)를 건조시키는 건조 가스를 소자(13)에 공급한다.

Description

가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법{GAS SENSOR UNIT AND GAS DETECTING METHOD}

본 발명은, 가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법에 관한 것이다.

가스 농도 등을 측정하는 가스 센서가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본국 특허공개 2018-180002호 공보

예를 들면, 과열 수증기 등, 수분 함유량이 많아서 상온에서 결로를 발생시키는 가스가 알려져 있다. 이와 같이, 상온에서 결로를 발생시키는 가스를 측정하는 센서로서, 지르코니아 등의 세라믹을 이용한 센서가 알려져 있다. 이러한 센서는, 소자로부터 얻어지는 기전력에 의해, 가스 농도를 측정한다. 또, 이러한 센서는, 센서의 성질상, 센서에 내장된 히터에서 예를 들면 500℃ 이상으로 가열된 상태로 가스 농도를 측정하는 경우가 있다.

그러나, 상온에서 결로를 발생시키는 가스를 측정하는 센서 소자에 균열이 발생하는 경우가 있다. 이 균열은, 결로에 의해 센서 소자에 부착되어 있던 수분이, 상술한 센서 내의 히터로의 통전에 의해 증발함으로써, 센서 소자에 큰 응력이 발생하는 것 등에 기인하여 생긴다.

본 발명은, 상기 사정을 감안함으로써, 상온에서 결로를 발생시키는 가스를 측정하는 가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법에 있어서, 센서 소자의 균열을 보다 확실히 억제하는 것을 목적으로 한다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명의 어느 국면에 따른 가스 센서 유닛은, 상온에서 결로를 발생시키는 가스에 노출되는 소자를 갖고 상기 가스에 대해 검출하기 위한 가스 센서와, 상기 소자를 건조시키는 건조 가스를 상기 소자에 공급하기 위한 건조 가스 공급부를 구비하고 있다.

이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해 가스 센서의 소자를 건조할 수 있다. 따라서, 가스 센서에 부착된 수분에 기인하여 소자에 균열이 생기는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

(2) 상기 건조 가스 공급부는, 상기 소자에 상기 건조 가스를 내뿜는 노즐을 가지고 있는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해 소자가 건조되는 정도를 보다 확실히 높게 할 수 있다.

(3) 상기 건조 가스 공급부는, 가열된 상기 건조 가스를 공급하도록 구성되어 있는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 건조 가스가 소자를 건조시키는 능력을 보다 높게 할 수 있다.

(4) 상기 건조 가스 공급부는, 상기 건조 가스를 가열하는 건조 가스 히터를 포함하고, 상기 건조 가스 히터는, 상기 소자에 공급되기 전의 상기 건조 가스를 상기 건조 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도가 되도록 가열하는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해, 소자 주위의 분위기에 있어서의 수분의 비율을 현격히 적게 할 수 있다.

(5) 상기 소자는, 상기 가스의 특성에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있고, 상기 가스 센서 유닛은, 상기 소자를 가열하는 소자 히터를 더 구비하고, 상기 소자 히터는, 상기 건조 가스 공급부로부터의 상기 건조 가스의 공급 개시부터 소정 시간 경과 후에 가열 동작이 개시되도록 구성되어 있는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 소자가 충분히 건조된 후, 소자 히터의 가열 동작이 개시되어 소자에 의한 가스 측정이 행해진다. 이로 인해, 소자 히터의 동작에 따른 소자의 균열을 보다 확실히 억제할 수 있다.

(6) 상기 소자는, 상기 가스의 특성에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있고, 상기 가스 센서 유닛은, 상기 소자가 건조 상태에 있는지의 여부를 검출하기 위한 센서와, 상기 소자를 가열하는 소자 히터를 더 구비하고, 상기 센서에 의해 상기 소자가 건조 상태에 있다고 검출된 후에, 상기 소자 히터에 의한 가열 동작이 개시되도록 구성되어 있는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 소자가 건조 상태에 있는 것이 확인된 후에, 소자 히터의 가열 동작이 개시된다. 따라서, 소자에 수분이 부착된 상태로 소자가 가열되는 것에 기인하는 소자의 균열을 보다 확실히 억제할 수 있다.

(7) 상기 가스 센서 유닛은, 상기 가스가 통과하는 가스관 내의 공간과는 별도의 공간을 형성하여 상기 소자를 수용한 챔버와, 상기 챔버 내로 상기 가스관으로부터 상기 가스를 도입하기 위한 도입관과, 상기 도입관에 의한 상기 챔버로의 상기 가스의 도입 동작의 온과 오프를 전환하는 전환부를 더 가지고 있는 경우가 있다.

이 구성에 의하면, 소자는, 챔버에 수용되어 있다. 그리고, 예를 들면, 가스 센서에 의한 가스 측정이 필요할 때에는, 도입관에 의해, 가스를 챔버에 도입할 수 있다. 한편, 예를 들면, 가스 센서에 의한 가스 측정이 행해지지 않을 때에는, 가스를 챔버에 도입하지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 오염된 가스가 가스관을 통과할 때에는 소자가 가스에 노출되지 않도록 하는 한편, 청정한 가스가 가스관을 통과할 때에 소자를 가스에 노출시킬 수 있다. 이와 같이, 필요할 때에만 소자에 가스를 노출시킬 수 있으므로, 소자에 대한 부하를 보다 작게 할 수 있다.

(8) 상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명의 어느 국면에 따른 가스 검출 방법은, 상온에서 결로를 발생시키는 가스에 노출되는 소자를 갖고 상기 가스에 대해 검출하기 위한 가스 센서의 상기 소자에, 상기 소자를 건조시키는 건조 가스를 공급한 후, 상기 가스 센서에 의한 검출 동작을 개시한다.

이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해 가스 센서의 소자를 건조할 수 있다. 따라서, 센서에 부착된 수분에 기인하여 소자에 균열이 생기는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상온에서 결로를 발생시키는 가스를 측정할 때에 있어서의 센서 소자의 균열을 보다 확실히 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 센서 유닛 및 가스관을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 가스 센서 유닛에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명하기 위한 플로차트이다.
도 3은, 가스 센서 유닛에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명하기 위한 플로차트이다.
도 4는, 가스 센서 유닛에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 5(a)는, 가스 센서 유닛이 과열 수증기의 산소 농도의 검출 동작을 행하지 않은 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 5(b)는, 가스 센서 유닛이 과열 수증기의 산소 농도의 검출 동작을 행하고 있는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 센서 유닛(1) 및 가스관(2)을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 1에 있어서, 실선의 화살표는, 요소간의 기계적인 접속을 나타내고 있다. 또, 도 1에 있어서, 파선의 화살표는, 요소간의 전기적인 접속을 나타내고 있다. 도 1을 참조하여, 가스 센서 유닛(1)은, 상온에서 결로를 발생시키는 가스에 대해 검출하기 위해 설치되어 있다. 이러한 가스로서, 본 실시 형태에서는, 과열 수증기를 예로 설명한다. 또한, 가스 센서 유닛(1)에서 검출되는 가스는, 상온에서 결로를 발생시키는 가스이면 되고, 질소 가스, 공기, 및, 수분이 많은 가스로서의 습식 가스를 예시할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 가스 센서 유닛(1)은, 과열 수증기 중의 산소 농도를 검출하도록 구성되어 있다. 또한, 가스 센서 유닛(1)은, 상온에서 결로를 발생시키는 가스에 있어서의 산소 이외의 성분을 검출하도록 구성되어 있어도 된다.

본 실시 형태에서는, 가스 센서 유닛(1)은, 한창 가스관(2)을 통과하고 있을 때의, 상온에서 결로를 발생시키는 과열 수증기의 산소 농도를 검출한다. 가스관(2)은, 예를 들면, 열처리 장치의 열처리실(피처리물이 열처리 시에 배치되는 방, 도시하지 않음)에 접속되어 있다. 그리고, 가스관(2)은, 열처리실로부터 배출된 가스를, 도시하지 않은 배기구로 유도한다. 도 1에서는, 가스관(2)이 직선관인 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 가스관(2)에, 가스 센서 유닛(1)이 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가스 센서 유닛(1)은, 열처리 장치에서 피처리물의 열처리가 행해지지 않을 때에, 과열 수증기의 산소 농도를 측정한다. 상기 피처리물로서, 세라믹, 전자 부품, 반도체, 및, 금속 부품을 예시할 수 있다.

가스 센서 유닛(1)은, 계측부(3), 도입관(4), 전환부(5), 건조 가스 공급부(6), 제어부(7)를 가지고 있다.

계측부(3)는, 과열 수증기 중의 산소 농도를 검출하는 부분이다. 계측부(3)는, 가스관(2)을 통과하는 과열 수증기로부터 추출된 일부의 과열 수증기에 대해서 산소 농도를 계측한다.

계측부(3)는, 챔버(8), 가스 센서(9), 챔버 히터(10), 건조 검출 센서(11)를 가지고 있다.

챔버(8)는, 과열 수증기가 통과하는 가스관(2) 내의 공간과는 별도의 공간을 형성하고 있다. 챔버(8)는, 가스관(2)으로부터 이격된 개소에서 과열 수증기의 산소 농도를 계측하기 위해 설치되어 있다. 챔버(8)는, 중공의 용기 형상으로 형성되어 있고, 가스 센서(9)의 후술하는 소자(13) 및 소자 히터(14), 챔버 히터(10), 건조 검출 센서(11)를 수용하고 있다. 챔버(8) 내에서, 가스 센서(9)가 과열 수증기의 산소 농도를 계측한다.

가스 센서(9)는, 센서 본체(12), 소자(13), 소자 히터(14)를 가지고 있다.

센서 본체(12)는, 챔버(8)의 외측, 예를 들면 챔버(8)의 상면에 설치되어 있다. 또, 센서 본체(12)는, 소자(13)로부터의 전기신호를 수취하도록 구성되어 있다. 센서 본체(12)로부터 소자(13)가 연장되어 있다.

소자(13)는, 과열 수증기(상온에서 결로를 발생시키는 가스)에 노출되는 부분으로서 설치되어 있다. 소자(13)는, 예를 들면 기둥 형상으로 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는, 상하로 연장되어 있다. 소자(13)는, 본 실시 형태에서는, 지르코니아 등의 세라믹을 포함하고 있다. 소자(13)는, 챔버(8) 내에 배치되어 있다. 소자(13)는, 과열 수증기 중의 산소 농도(가스의 특성)에 따른 기전력을 센서 본체(12)에 출력하도록 구성되어 있다.

소자(13)에는, 소자 히터(14)가 설치되어 있다. 소자 히터(14)는, 예를 들면, 전열 히터이며, 소자(13) 내에 매설되고 있고, 센서 본체(12)로부터 전력이 공급되도록 구성되어 있다. 소자 히터(14)는, 센서 본체(12)로부터 전력이 공급됨으로써, 소자(13)를 소정의 온도(예를 들면, 섭씨 약 700℃)로 가열한다. 소자(13)는, 당해 소자(13)의 특성상, 상기 소정의 온도 정도의 고온일 때에, 과열 수증기 중의 산소 농도에 따른 기전력을 출력하는 것이 가능하다. 따라서, 소자 히터(14)에 의해 소자(13)를 가열함으로써, 소자(13)에 의한 산소 농도의 검출이 가능해진다. 소자(13)에 인접하여, 챔버 히터(10)가 설치되어 있다.

챔버 히터(10)는, 챔버(8) 내의 분위기를 가열하기 위해 설치되어 있다. 챔버 히터(10)는, 예를 들면, 전열 히터이다. 챔버 히터(10)는, 챔버(8) 내의 소자(13) 주위를 가열함으로써, 소자(13)에 대한 결로에 의해 소자(13)에 부착된 수분을 증발시킴과 더불어, 소자(13) 주위의 분위기를 건조시킨다. 챔버 히터(10)는, 건조 가스 공급부(6)의 일부로서 파악할 수도 있고, 건조 가스 공급부(6)와는 별도의 요소로서도 파악할 수 있다. 챔버 히터(10)는, 예를 들면, 소자(13) 주위에 배치된 1 또는 복수의 발열부를 가지고 있다. 챔버 히터(10)는, 챔버(8) 내의 분위기를 예를 들면 200℃까지 가열한다. 챔버 히터(10)에 의한 챔버(8) 내의 분위기의 가열 온도는, 소자 히터(14)에 의한 소자(13)의 가열 온도보다 낮다.

건조 검출 센서(11)는, 소자(13)가 건조 상태에 있는지의 여부를 검출하기 위한 센서이며, 소자(13)의 온도를 측정하기 위해 챔버(8) 내에 배치되어 있다. 건조 검출 센서(11)는, 예를 들면, 열전대를 이용하여 형성되어 있고, 챔버(8) 내의 분위기 온도를 계측한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 건조 상태 검출 센서(11)는, 온도 검출을 통해서 소자(13)의 건조 상태를 검출한다. 챔버(8) 내에 있어서의 건조 검출 센서(11)의 배치 장소는 특별히 한정되지 않지만, 소자(13) 근방에 배치되어 있는 것이, 소자(13)의 온도를 보다 정확하게 파악할 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 건조 검출 센서(11)는, 소자(13) 내에 배치되어 있어도 된다.

상기의 구성을 갖는 계측부(3)의 챔버(8)는, 도입관(4)에 접속되어 있다. 도입관(4)은, 과열 수증기가 통과하는 가스관(2)으로부터 분기하여 연장되어 있고, 가스관(2)으로부터 챔버(8) 내로 과열 수증기를 도입하기 위한 관이다.

본 실시 형태에서는, 도입관(4)은, 가스관(2)과 챔버(8)를 접속하는 제1 관(41)과, 챔버(8)에 접속되어 도시하지 않은 배기구로 챔버(8) 내의 기체를 배출하기 위한 제2 관(42)을 가지고 있다.

가스관(2)에서의 가스의 흐름 방향에 대한 제1 관(41) 및 제2 관(42)에 있어서의 기체의 흐름 방향은, 특별히 한정되지 않는다. 가스관(2) 내의 과열 수증기는, 제1 관(41)을 통과하여 챔버(8) 내로 도입된다. 본 실시 형태에서는, 제2 관(42)에, 전환부(5)가 설치되어 있다. 전환부(5)는, 도입관(4)에 의한 챔버(8)로의 과열 수증기의 도입 동작의 온과 오프를 전환하는 부분이다. 전환부(5)는, 본 실시 형태에서는, 펌프이며, 제2 관(42)에 장착되어 있다. 펌프로서, 다이아프램 펌프 등의 용적 이송식 펌프나, 축류 펌프 등의 터보형 펌프를 예시할 수 있다. 펌프는, 본 실시 형태에서는, 전동 모터를 가지고 있고, 전동 모터의 회전에 의해 펌프의 다이아프램이나 임펠러가 구동된다. 이로 인해, 과열 수증기가 가스관(2)으로부터 제1 관(41)을 통과하여 챔버(8)로 도입된다.

또한, 전환부(5)는, 도입관(4)에 의한 과열 수증기의 도입 동작의 온과 오프를 전환할 수 있으면 되고, 구체적인 구성은 한정되지 않는다. 예를 들면, 전환부(5)는, 상술한 펌프와, 제1 관(41) 또는 제2 관(42)에 설치되는 개폐밸브를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 개폐밸브는, 가스관(2)으로부터 과열 수증기를 챔버(8)로 도입할 때에는 열리며, 가스관(2)으로부터 챔버(8)로 과열 수증기를 통과시키지 않을 때에는 닫힌다.

또, 본 실시 형태에서는, 건조 가스 공급부(6)가, 계측부(3)의 챔버(8) 내의 소자(13)를 향해, 소자(13)를 건조시키는 건조 가스를 공급한다. 건조 가스로서, 질소 가스 등의 불활성 가스를 예시할 수 있다. 또한, 건조 가스는, 소자(13)를 건조시키는 것이 가능한 가스이면 되고, 구체적인 조성은 한정되지 않는다.

건조 가스 공급부(6)는, 건조 가스관(21), 노즐(22), 건조 가스 히터(23), 개폐밸브(24)를 가지고 있다.

건조 가스관(21)은, 건조 가스가 통과하는 관이다. 건조 가스관(21)의 일단은, 건조 가스를 모은 탱크 등의 건조 가스 공급원(25)에 접속되어 있다. 또한, 건조 가스 공급원(25)은, 예를 들면, 외기 도입부와, 이 외기 도입부에 의해 도입된 외기(공기)를 압축하는 압축기를 갖는 구성 등이어도 된다. 건조 가스관(21)의 타단은, 챔버(8)에 접속되어 있고, 건조 가스 공급원(25)으로부터의 건조 가스를 챔버(8) 내에 공급한다. 건조 가스관(21)의 타단에, 노즐(22)이 설치되어 있다.

노즐(22)은, 소자(13)에 직접 건조 가스를 내뿜기 위해 설치되어 있다. 노즐(22)은, 챔버(8) 내에 배치되어 있다. 노즐(22)의 선단(토출구)은, 소자(13)를 향하고 있다. 이 구성에 의해, 노즐(22)은, 건조 가스를 소자(13)의 외주부를 향해 내뿜는다. 건조 가스관(21)의 도중에, 건조 가스 히터(23) 및 개폐밸브(24)가 설치되어 있다.

건조 가스 히터(23)는, 건조 가스관(21) 내에서 건조 가스를 가열하기 위해 설치되어 있다. 건조 가스 히터(23)는, 예를 들면, 전열 히터이다. 건조 가스 히터(23)가 설치되어 있음으로써, 건조 가스 공급부(6)는, 가열된 건조 가스를 공급한다. 건조 가스 히터(23)는, 건조 가스의 가열 시, 소자(13)에 공급되기 전의 건조 가스를, 건조 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도가 되도록 가열하도록 구성되어 있다. 건조 가스 히터(23)는, 건조 가스를 예를 들면 200℃까지 가열한다.

개폐밸브(24)는, 건조 가스관(21)을 개폐하기 위해 설치되어 있다. 개폐밸브(24)는, 예를 들면, 전자 밸브이며, 지령 신호가 주어짐으로써, 개폐 동작을 행한다. 개폐밸브(24)는, 예를 들면, 건조 가스관(21)을 전개(全開) 상태와 전폐(全閉) 상태로 전환한다. 또한, 개폐밸브(24)는, 건조 가스관(21)을 개폐할 수 있으면 되고, 전자 밸브 이외의 밸브에 의해 구성되어 있어도 된다.

또한, 건조 가스관(21)에, 건조 가스를 챔버(8)로 보내기 위한 펌프가 설치되어 있어도 된다.

제어부(7)는, 소정의 입력 신호에 의거하여, 소정의 출력 신호를 출력하는 구성을 가지며, 예를 들면, 안전 프로그래머블 컨트롤러 등을 이용하여 형성할 수 있다. 안전 프로그래머블 컨트롤러란, JIS(일본공업규격) C 0508-1의 SIL2 또는 SIL3의 안전 기능을 가진 공적으로 인증된 프로그래머블 컨트롤러를 말한다. 또한, 가열 제어부(7)는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory)을 포함하는 컴퓨터 등을 이용하여 형성되어 있어도 된다.

본 실시 형태에서는, 제어부(7)는, 계측부(3)의 가스 센서(9), 챔버 히터(10), 전환부(5)(펌프), 및, 건조 검출 센서(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제어부(7)는, 가스 센서(9) 중 센서 본체(12)에 접속되어 있고, 이 센서 본체(12)를 통해, 소자(13) 및 소자 히터(14)에 접속되어 있다. 또, 제어부(7)는, 건조 가스 공급부(6)의 건조 가스 히터(23), 및, 개폐밸브(24)에 전기적으로 접속되어 있다.

제어부(7)는, 센서 본체(12)에 접속되어 있고, 과열 수증기 중에 있어서의 산소 농도를 소자(13)가 검출한 결과를 수신한다. 또, 제어부(7)는, 소자 히터(14)의 온/오프를 제어한다. 또, 제어부(7)는, 챔버 히터(10)의 온/오프를 제어한다. 또, 제어부(7)는, 건조 검출 센서(11)에 있어서의 온도 측정 결과를 나타내는 신호를 수신한다. 또, 제어부(7)는, 전환부(5)의 온/오프를 제어함으로써, 가스관(2)으로부터 챔버(8)로의 과열 수증기의 도입의 온/오프를 제어한다. 또, 제어부(7)는, 건조 가스 공급부(6)의 건조 가스 히터(23)의 온/오프를 제어함과 더불어, 개폐밸브(24)의 온/오프 동작을 제어한다.

다음으로, 가스 센서 유닛(1)에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명한다. 도 2 및 도 3은, 가스 센서 유닛(1)에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명하기 위한 플로차트이다. 도 4는, 가스 센서 유닛(1)에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작의 일례를 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 이하에서는, 플로차트를 참조하면서 설명하는 경우, 플로차트 이외의 도면도 적절히 참조하면서 설명한다. 이 플로차트에서는, 가스 센서(9)에 의한 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작 전후의 쌍방에 있어서, 결로 억제용 건조 가스가, 챔버(8) 내의 소자(13)에 공급된다.

도 1~도 4를 참조하여, 가스 센서 유닛(1)에 있어서의 과열 수증기의 산소 농도 검출 동작은, 예를 들면, 작업원이 터치 패널 등의 도시하지 않은 조작반(操作盤)을 조작함으로써 개시된다. 조작반은, 제어부(7)에 접속되어 있다. 과열 수증기의 산소 농도 검출 지령이 조작반으로부터 제어부(7)로 출력되면, 제어부(7)는, 챔버 히터(10)를 온으로 한다(단계 S1). 그리고, 제어부(7)는, 챔버 히터(10)를 온으로 하는 것과 동일한 타이밍, 또는, 챔버 히터(10)를 온으로 한 직후에, 건조 가스 히터(23)를 온으로 함과 더불어, 개폐밸브(24)를 연다(단계 S2). 즉, 제어부(7)는, 건조 가스의 가열을 개시함과 더불어, 챔버(8) 내로의 건조 가스의 공급을 개시한다. 이로 인해, 챔버(8) 내를 가열 건조시키는 처리가 개시된다.

제어부(7)는, 챔버 히터(10) 및 건조 가스 히터(23)의 온도가 각각의 소정 온도에 도달할 때까지 대기한다(단계 S3에서 NO). 이 때, 제어부(7)는, 챔버 히터(10) 및 건조 가스 히터(23)가 온으로 되고 나서 소정 시간 경과할 때까지를 타이머로 측정함으로써, 챔버 히터(10) 및 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정해도 된다. 또, 제어부(7)는, 건조 검출 센서(11)에 의한 챔버(8) 내의 측정 온도를 참조하여, 이 측정 온도가 소정치에 도달함으로써, 챔버 히터(10) 및 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정해도 된다. 환언하면, 제어부(7)는, 건조 검출 센서(11)에 의해 소자(13)가 건조 상태에 있다고 검출된 후에, 소자 히터(14)에 의한 가열 동작이 개시되도록 구성되어 있어도 된다.

제어부(7)는, 챔버 히터(10) 및 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정하면(단계 S3에서 YES), 또한 소정 시간 대기한다(단계 S4). 즉, 제어부(7)는, 챔버(8) 내의 건조 가스를 포함하는 가스, 및, 소자(13)가 충분히 건조될 때까지, 대기한다.

그리고, 제어부(7)는, 단계 S4에서 소정 시간 대기한 후, 건조 가스 히터(23)를 오프로 함과 더불어, 개폐밸브(24)를 닫는다(단계 S5). 즉, 제어부(7)는, 건조 가스 공급부(6)로부터의 건조 가스의 공급을 정지한다.

다음으로, 제어부(7)는, 소자 히터(14)로의 전력 공급을 온으로 한다(단계 S6). 이로 인해, 소자 히터(14)는, 가열 동작이 개시되어 소자(13)를 가열하고, 소자(13)는, 산소 농도 검출에 적합한 온도(예를 들면, 약 700℃)까지 가열된다. 소자(13)는, 이 적정 온도까지 가열되면, 챔버(8) 내의 가스 중의 산소 농도에 따른 기전력을 출력한다. 또한, 소자 히터(14)로의 전력 공급(소자(13)의 가열)이 개시될 때까지, 챔버(8) 내의 소자(13)는, 가열된 건조 가스, 및, 챔버 히터(10)에 의해 충분히 수분이 증발되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 소자 히터(14)는, 건조 가스 공급부(6)로부터의 건조 가스의 공급 개시부터 소정 시간 경과 후(단계 S6의 타이밍)에, 전력 공급이 개시된다.

제어부(7)는, 가스 센서(9)로의 전력 공급이 개시되고 나서 소정 시간 동안, 대기한다(단계 S7). 즉, 제어부(7)는, 소자 히터(14)로의 전력 공급 개시(및 소자 히터(14)에 의한 소자(13)의 가열 개시) 후, 소자(13)가 소자 히터(14)에 의해 충분히 가열될 때까지, 대기한다(단계 S7).

그리고, 제어부(7)는, 단계 S7에서의 대기 후, 전환부(5)의 펌프를 구동함으로써, 가스관(2)으로부터 챔버(8) 내로의 과열 수증기의 도입을 개시한다(단계 S8). 전환부(5)에 의한, 가스관(2)으로부터 챔버(8)로의 과열 수증기의 도입이 행해지지 않을 때, 가스관(2) 내의 모든 가스가, 도 5(a)의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 가스관(2)을 통과한다. 즉, 가스관(2) 내의 가스는, 도입관(4)으로는 흐르지 않는다. 한편, 가스관(2)으로부터 챔버(8) 내로의 과열 수증기의 도입이 개시되면, 도 5(b)의 굵은 선으로 나타내는 바와 같이, 가스관(2)을 흐르는 가스의 일부는, 가스관(2)으로부터 도입관(4)을 통과하여 챔버(8) 내에 도입된다. 그리고, 챔버(8) 내에 도입된 과열 수증기는, 챔버(8)로부터 제2 관(42)으로 흘러 외부로 배출된다. 그리고, 제어부(7)는, 과열 수증기의 도입 개시(단계 S8)와 동일한 타이밍, 또는, 과열 수증기의 도입 직후에, 소자(13)로부터 센서 본체(12)를 통한 산소 농도 검출 결과의 수신을 개시한다(단계 S9).

이와 같이, 가스 센서(9)의 소자(13)의 온도가 소정 온도로 되어 있고, 또한, 가스관(2)으로부터 과열 수증기가 챔버(8)로 도입됨으로써, 소자(13)는, 과열 수증기 중에 있어서의 산소 농도에 따른 기전력을, 센서 본체(12)를 통해 제어부(7)에 출력한다. 이 산소 농도 검출 결과는, 제어부(7)에 의해, 예를 들면, 상술한 제어반에 표시된다.

다음으로, 제어부(7)는, 가스 센서(9)에 의한 산소 농도의 측정을 정지하는 지령(정지 지령)이 발령되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S10). 정지 지령은, 예를 들면, 작업원이 조작반을 조작함으로써 조작반으로부터 제어부(7)에 주어져도 된다. 또, 정지 지령은, 예를 들면, 가스 센서(9)에 의한 산소 농도 검출치가, 소정치 이하 또는 이 소정치와는 별도의 소정치 이상이 됨으로써, 제어부(7) 자신이 발령해도 된다. 제어부(7)는, 정지 지령이 발령되면(단계 S10에서 YES), 가스 센서(9)에 의한 계측의 정지 준비를 행한다(단계 S11~S16).

구체적으로는, 우선, 제어부(7)는, 소자(13)로부터 출력되는, 산소 농도 검출 결과의 수신을 정지하고, 또한, 소자 히터(14)로의 전력 공급을 오프로 함과 더불어, 도입관(4)에 설치된 전환부(5)의 펌프의 구동을 정지한다(단계 S11). 이로 인해, 가스 센서(9)에 의한 산소 농도의 측정이 종료된다. 소자 히터(14)의 가열 동작이 정지되므로, 소자(13)의 온도는, 자연히 저하된다. 또한, 가스관(2)으로부터 도입관(4)으로의 과열 수증기의 도입이 정지된다.

그리고, 소자 히터(14)의 전원 오프 및 챔버(8)로의 과열 수증기의 도입 정지와 동시 또는 소자 히터(14)의 전원 오프 등의 직후에, 챔버(8) 내를 건조시키는 처리가 행해진다. 구체적으로는, 제어부(7)는, 건조 가스 히터(23)를 온으로 함과 더불어, 개폐밸브(24)를 연다(단계 S12). 즉, 제어부(7)는, 건조 가스의 가열을 개시함과 더불어, 챔버(8)로의 건조 가스의 공급을 개시한다. 이로 인해, 챔버(8) 내를 건조시키는 처리가 개시된다.

다음으로, 제어부(7)는, 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달할 때까지 대기한다(단계 S13에서 NO). 이 때, 제어부(7)는, 건조 가스 히터(23)가 온으로 되고 나서 소정 시간 경과할 때까지를 타이머로 측정함으로써, 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정해도 된다. 또, 제어부(7)는, 건조 검출 센서(11)에 의한 챔버(8) 내의 측정 온도를 참조하여, 이 측정 온도가 소정치에 도달함으로써, 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정해도 된다.

제어부(7)는, 건조 가스 히터(23)의 온도가 소정 온도에 도달했다고 판정하면(단계 S13에서 YES), 또한 소정 시간 대기한다(단계 S14). 즉, 제어부(7)는, 챔버(8) 내의 분위기, 및, 소자(13)가 충분히 건조될 때까지, 대기한다.

그리고, 제어부(7)는, 단계 S14에서 소정 시간 대기한 후, 건조 가스 히터(23)를 오프로 함과 더불어, 개폐밸브(24)를 닫는다(단계 S15). 즉, 제어부(7)는, 건조 가스 공급부(6)로부터의 건조 가스의 공급을 정지한다. 단계 S15의 처리와 동시, 또는, 단계 S15의 처리 직후에, 제어부(7)는, 챔버 히터(10)를 오프로 함으로써(단계 S16), 가스 센서(9)의 정지 동작이 완료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 가스 센서 유닛(1)은, 가스 센서(9)의 소자(13)에 건조 가스를 공급한 후, 가스 센서(9)에 의한, 과열 수증기의 산소 농도의 검출 동작을 개시할 수 있다. 이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해 가스 센서(9)의 소자(13)를 건조할 수 있다. 따라서, 가스 센서(9)에 부착된 수분에 기인하여 소자(13)에 균열이 생기는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 건조 가스 공급부(6)는, 소자(13)에 건조 가스를 내뿜는 노즐(22)을 가지고 있다. 이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해 소자(13)가 건조되는 정도를 보다 확실히 높게 할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 건조 가스 공급부(6)는, 가열된 건조 가스를 공급한다. 이 구성에 의하면, 건조 가스가 소자(13)를 건조시키는 능력을 보다 높게 할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 건조 가스 히터(23)는, 소자(13)에 공급되기 전의 건조 가스를 건조 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도가 되도록 가열할 수 있다. 이 구성에 의하면, 건조 가스에 의해, 소자(13) 주위의 분위기에 있어서의 수분의 비율을 현격히 적게 할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 소자(13)는, 과열 수증기 중의 산소 농도에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있다. 그리고, 소자 히터(14)는, 건조 가스 공급부(6)로부터의 건조 가스의 공급 개시(단계 S2)부터 소정 시간 경과 후에 전력 공급됨으로써 가열 동작(단계 S6)이 개시된다. 이 구성에 의하면, 소자(13)가 충분히 건조된 후, 소자 히터(14)의 가열 동작이 개시되어 소자(13)에 의한 산소 농도의 측정이 행해진다. 이로 인해, 소자 히터(14)의 동작에 따른 소자(13)의 균열을 보다 확실히 억제할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 소자(13)는, 과열 수증기 중의 산소 농도의 특성에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있다. 그리고, 건조 검출 센서(11)에 의해 소자(13)가 건조 상태에 있다고 검출된 후에, 소자 히터(14)에 의한 가열 동작이 개시되는 경우가 있다. 이 구성에 의하면, 소자(13)가 건조 상태에 있는 것이 확인된 후에, 소자 히터(14)의 가열 동작이 개시된다. 따라서, 소자(13)에 수분이 부착된 상태로 소자(13)가 가열되는 것에 기인하는 소자(13)의 균열을 보다 확실히 억제할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 소자(13)는, 챔버(8)에 수용되어 있다. 그리고, 예를 들면, 가스 센서(9)에 의한 산소 농도 측정이 필요할 때에는, 도입관(4)에 의해, 과열 수증기를 챔버(8)에 도입할 수 있다. 한편, 예를 들면, 가스 센서(9)에 의한 산소 농도 측정이 행해지지 않을 때에는, 과열 수증기를 챔버(8)에 도입하지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 오염된 과열 수증기가 가스관(2)을 통과할 때에는 소자(13)가 과열 수증기에 노출되지 않도록 하는 한편, 청정한 과열 수증기가 가스관(2)을 통과할 때에 소자(13)를 가스에 노출시킬 수 있다. 이와 같이, 필요할 때에만 소자(13)에 가스를 노출시킬 수 있으므로, 소자(13)에 대한 부하를 보다 작게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않는다. 본 발명은, 특허 청구의 범위에 기재한 한에 있어서 여러가지 변경이 가능하다. 또한, 본 발명은, 가스 센서(9)와, 이 가스 센서(9)에 건조 가스를 공급하는 구성(예를 들면, 건조 가스 공급부(6))을 가지고 있으면 되고, 다른 구성은 없어도 된다.

본 발명은, 가스 센서 유닛, 및, 가스 검출 방법으로서, 널리 적용할 수 있다.

1 가스 센서 유닛
2 가스관
4 도입관
5 전환부
6 건조 가스 공급부
7 제어부
8 챔버
9 가스 센서
11 건조 검출 센서(소자가 건조 상태에 있는지의 여부를 검출하기 위한 센서)
13 소자
14 소자 히터
22 노즐
23 건조 가스 히터

Claims

상온에서 결로를 발생시키는 가스에 노출되는 소자를 갖고 상기 가스에 대해 검출하기 위한 가스 센서와,
상기 소자를 건조시키는 건조 가스를 상기 소자에 공급하기 위한 건조 가스 공급부를 구비하고 있는, 가스 센서 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 건조 가스 공급부는, 상기 소자에 상기 건조 가스를 내뿜는 노즐을 가지고 있는, 가스 센서 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 건조 가스 공급부는, 가열된 상기 건조 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 가스 센서 유닛.
청구항 3에 있어서,
상기 건조 가스 공급부는, 상기 건조 가스를 가열하는 건조 가스 히터를 포함하고,
상기 건조 가스 히터는, 상기 소자에 공급되기 전의 상기 건조 가스를 상기 건조 가스의 이슬점 온도보다 높은 온도가 되도록 가열하는, 가스 센서 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 소자는, 상기 가스의 특성에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있고,
상기 소자를 가열하는 소자 히터를 더 구비하고,
상기 소자 히터는, 상기 건조 가스 공급부로부터의 상기 건조 가스의 공급 개시부터 소정 시간 경과 후에 가열 동작이 개시되도록 구성되어 있는, 가스 센서 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 소자는, 상기 가스의 특성에 따른 기전력을 출력하도록 구성되어 있고,
상기 소자가 건조 상태에 있는지의 여부를 검출하기 위한 센서와, 상기 소자를 가열하는 소자 히터를 더 구비하고,
상기 센서에 의해 상기 소자가 건조 상태에 있다고 검출된 후에, 상기 소자 히터에 의한 가열 동작이 개시되도록 구성되어 있는, 가스 센서 유닛.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스가 통과하는 가스관 내의 공간과는 별도의 공간을 형성하여 상기 소자를 수용한 챔버와,
상기 챔버 내로 상기 가스관으로부터 상기 가스를 도입하기 위한 도입관과,
상기 도입관에 의한 상기 챔버로의 상기 가스의 도입 동작의 온과 오프를 전환하는 전환부를 더 가지고 있는, 가스 센서 유닛.
상온에서 결로를 발생시키는 가스에 노출되는 소자를 갖고 상기 가스에 대해 검출하기 위한 가스 센서의 상기 소자에, 상기 소자를 건조시키는 건조 가스를 공급한 후, 상기 가스 센서에 의한 검출 동작을 개시하는, 가스 검출 방법.