KR20210104723A - 기체 센서 - Google Patents

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KR20210104723A
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다이스케 세오
야스히로 토리야마
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닛신보 홀딩스 가부시키 가이샤
우에다 니혼 무센 가부시키가이샤
니혼무센 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시는, 기체 농도의 측정을 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 한다. 기체 센서(10)는, 센서 하우징(14)과, 센서 하우징(14)의 일단에 마련된 초음파 진동자(30)와, 센서 하우징(14) 타단에 마련되고, 센서 하우징(14)의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면(44)과, 센서 하우징(14)의 측벽에 마련된 복수의 통기홀(16)을 구비하고 있다. 복수의 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)의 측면측에서 봤을 때, 센서 하우징(14)의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어 있고, 각 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있다.

Description

기체 센서
본 개시는 초음파 진동자를 이용한 기체 센서에 관한 것으로, 특히, 농도 측정 또는 검지 대상의 기체를 포함하는 공기 등 혼합 기체가 유입되는 공간의 구조에 관한 것이다.
연료 전지로부터 공급되는 전력에 의해 주행하는 연료 전지차에 대하여, 널리 연구 개발이 행해지고 있다. 연료 전지는 수소 및 산소의 화학 반응에 의해 전력을 발생시킨다. 일반적으로, 수소가 연료로서 연료 전지에 공급되고, 산소는 주위의 공기로부터 연료 전지에 도입된다. 연료 전지차에는 수소 탱크가 탑재되고, 수소 탱크로부터 연료 전지로 수소가 공급된다. 수소 탱크 내의 수소가 적어졌을 때에는, 서비스 스테이션에 설치된 수소 공급 장치로부터 연료 전지차의 수소 탱크로 수소가 공급된다.
수소는 가연성의 기체이기 때문에, 연료 전지차 및 수소 공급 장치로부터의 수소 누출의 감시가 필요하게 된다. 따라서, 연료 전지차 및 수소 공급 장치와 함께, 수소 센서가 널리 이용되고 있다. 수소 센서는, 공기 중에 포함되는 수소의 농도를 측정하거나, 수소 농도가 정해진 값을 초과한 것을 검출하여 경보를 발하는 기능을 가진다.
또한, 자동차의 라디에이터 또는 배큐엄 장치 등, 유체가 순환하는 장치에 대해서는, 내부에 헬륨을 유통시키면서 헬륨의 누출을 검출함으로써, 이상이 없는지 여부의 검사가 행해지고 있다. 이러한 검사에 있어서는, 이른바 헬륨 디텍터로서, 각종 방식에 의한 헬륨 센서가 이용된다. 헬륨 센서도 또한, 수소 센서와 마찬가지로, 공기 중에 포함되는 헬륨의 농도를 측정하거나, 헬륨의 농도가 정해진 값을 초과한 것을 검출하는 기능을 가진다.
이하의 특허 문헌 1 ~ 4에는, 특정한 기체의 농도를 측정하는 장치가 기재되어 있다. 이들 특허 문헌에 기재되어 있는 장치는, 측정 대상의 공기 등 혼합 기체에 있어서의 초음파의 전반 속도 등, 초음파의 전반 특성에 기초하여 특정한 기체의 농도를 측정하는 것이며, 수소 및 헬륨 등의 농도의 측정에 이용해도 된다.
일본특허공개공보 2002-214203호 일본특허공개공보 평3-223669호 일본특허공개공보 2002-31621호 일본특허공개공보 2002-257801호
일반적으로, 초음파의 전반 속도에 기초하여 특정한 기체의 농도를 측정하는 장치에는, 기체의 농도를 측정하는 공간이 마련되어 있다. 이 농도 측정 공간에는 초음파를 송수신하는 초음파 진동자가 마련되어 있다. 송신용의 초음파 진동자로부터 초음파가 송신되고 나서, 농도 측정 공간 내를 전반한 초음파가 수신용의 초음파 진동자로 수신될 때까지의 전반 시간과, 미리 구해진 전반 거리에 기초하여, 초음파의 전반 속도가 구해진다.
농도 측정 공간에는, 측정 대상의 공기 등 혼합 기체를 외부로부터 흘러들게 할 필요가 있다. 그러나, 측정 대상의 공기가 급격하게 흘러든 경우, 초음파의 전반 속도 또는 전반 방향이 크게 변동하여, 기체 농도의 측정값에 오차가 생기는 경우가 있다.
본 개시는 기체 농도의 측정을 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는 통체와, 상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와, 상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과, 상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀을 구비하고, 복수의 상기 통기홀은, 상기 통체의 측면측에서 봤을 때, 상기 통체의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어 있고, 각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 개시는, 통체와, 상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와, 상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과, 상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀을 구비하고, 각 상기 통기홀로부터 상기 통체의 축 방향 단면에 수직인 방향으로 연장되는 관통선은, 복수의 상기 통기홀에 대하여 상이한 위치를 지나고 있고, 각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있다.
또한 본 개시는, 통체와, 상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와, 상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과, 상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀과, 상기 통체의 측면에 마련되고, 상기 통체의 외측으로 돌출된 리브 구조를 구비하고, 상기 리브 구조에 포함되는 복수의 선 형상 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치하고, 복수의 상기 통기홀은, 상기 통체의 측면측에서 봤을 때, 상기 통체의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 개시는, 통체와, 상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와, 상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과, 상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀과, 상기 통체의 측면에 마련되고, 상기 통체의 외측으로 돌출된 리브 구조를 구비하고, 상기 리브 구조에 포함되는 복수의 선 형상 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치하고, 각 상기 통기홀로부터 상기 통체의 축 방향 단면에 수직인 방향으로 연장되는 관통선은, 복수의 상기 통기홀에 대하여 상이한 위치를 지나고 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있고, 상기 리브 구조는, 각각이 상기 통체의 주위를 주회하는 복수의 주회 돌기를 가지고, 인접하는 상기 주회 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치한다.
바람직하게는, 상기 리브 구조는, 상기 통체의 측면에 격자 형상으로 형성되어 있다.
본 개시에 따르면, 기체 농도의 측정을 고정밀도로 행할 수 있다.
도 1은 기체 농도 측정 장치를 나타내는 도이다.
도 2는 기체 센서의 사시도이다.
도 3a는 기체 센서의 정면을 나타내는 도이다.
도 3b는 기체 센서의 축 방향 수직 단면을 나타내는 도이다.
도 4는 기체 센서의 배면을 나타내는 도이다.
도 5는 정면 하우징이 분리된 상태의 기체 센서를 정면에서 바라본 도이다.
도 6은 기체 센서의 사시도이다.
도 7a는 기체 센서의 정면을 나타내는 도이다.
도 7b는 기체 센서의 축 방향 수직 단면을 나타내는 도이다.
각 도면을 참조하여 본 개시의 각 실시 형태에 대하여 설명한다. 복수의 도면에 나타난 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 간략화한다. 또한, 이하에서 설명하는 원기둥 형상, 원통 형상 등, 기하학적 형상을 나타내는 용어는, 부재의 기능 및 미관을 발휘시키기 위하여 기하학 상의 원래의 형상을 변형시킨 형상도 나타내는 것으로 한다.
도 1에는, 본 개시의 제 1 실시 형태에 따른 기체 농도 측정 장치(1)가 나타나 있다. 기체 농도 측정 장치(1)는, 기체 센서(10) 및 본체부(12)를 구비하고 있다. 기체 센서(10)는, 센서 하우징(14)의 내부에 초음파 진동자가 마련된 것이다. 센서 하우징(14)은, 중공의 원기둥 형상, 즉, 상단이 폐색된 원통 형상을 가지고 있다. 센서 하우징(14)의 측벽에는, 센서 하우징(14) 내에 공기 등 혼합 기체를 유입시키는 통기홀(16)이 마련되어 있다. 본체부(12)의 제어에 의해, 초음파 진동자로부터 센서 하우징(14)의 내부에 초음파가 발해지고, 센서 하우징(14)의 내부에서 반사된 초음파가 초음파 진동자로 수신된다. 본체부(12)는, 초음파 진동자로부터 초음파를 송신한 타이밍과 초음파 진동자로 초음파가 수신된 타이밍에 기초하여, 센서 하우징(14) 내를 초음파가 왕복 전반한 전반 시간을 구하고, 그 전반 시간에 기초하여 측정 대상의 기체의 농도를 구한다.
도 2에는 기체 센서(10)의 사시도가 나타나 있다. 센서 하우징(14)은, 정면 하우징(18) 및 배면 하우징(20)을 구비하고 있다. 정면 하우징(18)은, 센서 하우징(14)의 정면의 상방 4분의 3 정도를 잘라낸 아치 형상을 가지고 있다. 정면 하우징(18)의 배면측과 배면 하우징(20)의 전면측이 감합됨으로써, 센서 하우징(14)이 형성되어 있다. 정면 하우징(18) 및 배면 하우징(20)에는, 센서 하우징(14)의 내부와 외부를 연통하는 복수의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 각 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)이 형성하는 원기둥 형상의 축 방향으로 연신한다. 즉, 각 통기홀(16)은 상하 방향의 길이가, 횡 방향의 길이(폭)에 비해 길다.
도 3a에는 기체 센서(10)의 정면도가 나타나 있다. 도 3b에는 도 3a에 있어서의 AA선에 있어서의 단면(축 방향 수직 단면)이 나타나 있다. 도 3a에 나타나 있는 바와 같이, 기체 센서(10)의 정면에는, 3 단에 걸쳐 7 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 상단에는 횡 방향으로 배열되는 2 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 중단에는 횡 방향으로 배열되는 3 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 하단에는 횡 방향으로 배열되는 2 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 상단 좌측의 통기홀(16)은, 중단 좌측의 통기홀(16)과 중단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 상방에 마련되어 있고, 상단 우측의 통기홀(16)은, 중단 우측의 통기홀(16)과 중단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 상방에 마련되어 있다. 하단 좌측의 통기홀(16)은, 중단 좌측의 통기홀(16)과 중단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 하방에 마련되어 있고, 하단 우측의 통기홀(16)은, 중단 우측의 통기홀(16)과 중단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 하방에 마련되어 있다.
도 4에는 기체 센서(10)의 배면도가 나타나 있다. 기체 센서(10)의 배면에는, 3 단에 걸쳐 8 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 상단에는 횡 방향으로 배열되는 3 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 중단에는 횡 방향으로 배열되는 2 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 하단에는 횡 방향으로 배열되는 3 개의 통기홀(16)이 마련되어 있다. 중단 좌측의 통기홀(16)은, 상단 좌측의 통기홀(16)과 상단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 하방, 즉, 하단 좌측의 통기홀(16)과 하단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 상방에 마련되어 있다. 중단 우측의 통기홀(16)은, 상단 우측의 통기홀(16)과 상단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 하방, 즉, 하단 우측의 통기홀(16)과 하단 중앙의 통기홀(16)과의 사이의 상방에 마련되어 있다. 상단 좌측, 상단 중앙 및 상단 우측의 통기홀(16)은, 중단의 통기홀(16)이 배열되어 있는 영역을 사이에 두고, 각각, 하단 좌측, 하단 중앙 및 하단 우측의 통기홀(16)의 상방에 마련되어 있다.
도 3b로 돌아와, 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)과, 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)과의 위치 관계에 대하여 설명한다. 각 통기홀(16)은, 전후 방향으로 연장되어 센서 하우징(14)의 측벽을 관통하고 있다. 도 3b에는, 각 통기홀(16)을 지나, 센서 하우징(14)의 축 방향 단면에 수직인 관통선(22)이 이점 쇄선에 의해 나타나 있다. 단, 축 방향 단면은, 정면 및 배면에 평행인 평면이다. 관통선(22)은, 통기홀(16)의 관통 방향과 동일 방향으로 연장되는 직선이다. 각 통기홀(16)로부터 연장되는 관통선(22)은, 복수의 통기홀(16)에 대하여 상이한 위치를 지나고 있다. 따라서, 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)과, 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)은, 공통의 관통선(22) 상에 없다.
도 5에는, 정면 하우징(18)이 분리된 상태의 기체 센서(10)를 정면에서 바라본 도면이 나타나 있다. 배면 하우징(20)에 있어서 통기홀(16)이 마련되어 있는 영역보다 하방에는, 초음파 진동자(30)가 마련되어 있다. 배면 하우징(20)의 상단에는, 센서 하우징(14)의 축 방향으로 수직인 판면을 가지는 천판(40)이 마련되어 있다. 배면 하우징(20)의 전방에서 정면 하우징(18)이 감합됨으로써 센서 하우징(14)이 형성된다.
정면 하우징(18) 및 배면 하우징(20)에 의해 구성되는 센서 하우징(14)은, 통 형상의 부재로서의 통체(42)와, 통체(42)의 상단이 천판(40)으로 폐색된 형상을 가지고 있다고 할 수 있다. 통체(42)의 하단측에는 초음파 진동자(30)가 마련되어 있고, 초음파 진동자(30)와 천판(40)과의 사이에는, 초음파가 전반하는 초음파 전반로가 형성되어 있다. 또한, 센서 하우징(14)은, 통체(42)의 측벽에 마련된 복수의 통기홀(16)을 구비하고 있다.
센서 하우징(14)의 측면의 면적에 대한, 모든 통기홀(16)의 개구의 점유 면적의 비율은 6% 이상, 20% 이하여도 된다. 바람직하게는, 8% 이상, 15% 이하이다. 또한, 센서 하우징(14)의 측면을 주회하고, 통기홀(16)이 마련되는 띠 형상의 통기 영역은, 센서 하우징(14)의 측면의 면적의 25%로 해도 된다. 통기 영역에 있어서의 통기홀(16)의 수는, 예를 들면, 1 cm2당 1 개 이상, 6 개 이하여도 된다. 바람직하게는, 1 cm2당 2 개 이상, 5 개 이하이다.
도 5를 기체 센서(10)의 축 방향 단면도라고 간주하여, 기체 센서(10)의 동작에 대하여 설명한다. 센서 하우징(14)에 마련된 통기홀(16)에 의해, 농도 측정 공간으로서의 센서 하우징(14)의 내부 공간이 환기된다. 즉, 센서 하우징(14)의 외부의 공기는, 센서 하우징(14)에 마련된 통기홀(16)을 지나, 센서 하우징(14)의 내부로 흘러든다. 또한, 센서 하우징(14)의 내부의 공기는, 센서 하우징(14)에 마련된 통기홀(16)을 지나, 센서 하우징(14)의 외부로 유출된다. 공기의 환기를 촉진시키기 위하여, 유저는 기체 농도 측정 장치(1)(도 1)를 공기 중에서 이동시켜도 된다.
초음파 진동자(30)는, 도 1의 본체부(12)가 구비하는 제어 장치로부터 출력된 송신 신호에 기초하여 초음파를 송신한다. 초음파 진동자(30)로부터 송신된 초음파는, 통체(42)에 의해 형성된 초음파 전반로를 전반하고, 천판(40)의 하면(통체(42)의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면(44))에서 반사된다. 초음파 반사면(44)에서 반사된 반사 초음파는, 초음파 전반로를 초음파 진동자(30)를 향해 전반하여, 초음파 진동자(30)로 수신된다. 초음파 진동자(30)는, 반사 초음파를 수신 신호로 변환하여 제어 장치에 출력한다. 제어 장치는, 송신 신호를 출력한 타이밍과 수신 신호가 초음파 진동자(30)로부터 출력된 타이밍에 기초하여, 초음파 진동자(30)와 초음파 반사면(44)과의 사이를 초음파가 왕복하는데 필요한 왕복 전반 시간을 구한다. 제어 장치는, 또한 초음파 진동자(30)와 초음파 반사면(44)과의 사이의 거리와 왕복 전반 시간에 기초하여 초음파 전반로에 있어서의 초음파의 전반 속도를 구하고, 전반 속도에 기초하여 측정 대상의 기체의 농도를 구한다.
도 3b에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 기체 센서(10)에서는, 각 통기홀(16)이 전후 방향으로 연장되어 센서 하우징(14)의 측벽을 관통하고 있다. 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)과 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)은, 공통의 관통선(22) 상에 없다. 따라서, 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)로부터 유입되고, 배면 하우징(20)에 있어서의 통기홀(16)로부터 유출하려고 하는 공기의 흐름은, 배면 하우징(20)에 있어서의 통기홀(16)이 아닌 영역에 방해 받는다. 마찬가지로, 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)로부터 유입되고, 정면 하우징(18)에 있어서의 통기홀(16)로부터 유출하려고 하는 공기의 흐름은, 정면 하우징(18)에 있어서의 통기홀(16)이 아닌 영역에 의해 방해 받는다. 이에 의해, 센서 하우징(14)의 내부를 환기한다고 하는 기능을 유지하면서도, 측정 대상의 공기가 센서 하우징(14)으로 급격하게 흘러드는 것이 방지되고, 센서 하우징(14) 내의 초음파의 전반 속도 또는 전반 방향의 변동이 억제된다. 이 때문에, 농도 측정 공간을 초음파가 왕복 전반하는 시간의 오차가 억제되고, 기체 농도 측정값의 오차가 억제된다. 또한, 각 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)이 형성하는 원기둥 형상의 축 방향으로 연신하고 있기 때문에, 축 방향으로 긴 센서 하우징(14)의 내부의 환기가 촉진된다.
또한, 복수의 통기홀(16)은 반드시 축 방향 단면에 수직으로 연장되어 있지 않아도 되고, 각 통기홀(16)로부터 관통선(22)이 동일 방향으로 연장되어 있지 않아도 된다. 즉, 복수의 통기홀(16)의 각각의 깊이 방향은 반드시 축 방향 단면에 수직이 아니어도 되고, 각 통기홀(16)로부터 관통선(22)이 동일 방향으로 연장되어 있지 않아도 된다. 예를 들면, 각 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)의 측면에 수직인 방향으로 연장되어도 된다.
또한, 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)은, 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)로부터 배면을 향하는 시선 상에 없는 위치에 마련되어도 된다. 마찬가지로, 정면 하우징(18)에 마련된 통기홀(16)은, 배면 하우징(20)에 마련된 통기홀(16)로부터 정면을 향하는 시선 상에 없는 위치에 마련되어도 된다. 즉, 복수의 통기홀(16)은, 센서 하우징(14)의 측면측에서 봤을 때, 센서 하우징(14)의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어도 된다.
기체 센서(10)의 실험 결과에 대하여 기술한다. 통기홀(16)의 형상을 도 2, 도 3a 및 도 3b에 나타나 있는 통기홀(16)의 형상과 동일한 형상으로 하고, 1 개의 통기홀(16)의 개구율을 0.68%에서 0.78%의 범위 내, 모든 통기홀(16)의 개구율을 10.9%, 1 cm2당 통기홀(16)의 개수를 1.3 개로 했을 때에, 검출 시간은 4.5초이며, 배기 시간은 19초였다. 여기서, 검출 시간이란, 헬륨이 5% 포함되는 공기 중에 기체 센서(10)를 두고 나서, 농도 측정값의 수속값의 90%에 달할 때까지의 시간을 말한다. 배기 시간이란, 헬륨이 5% 포함되는 공기 중에 기체 센서(10)가 놓이고, 농도 측정값이 수속값인 상태로부터, 헬륨을 포함하지 않는 공기 중에 기체 센서(10)를 두었을 때에, 농도 측정값이 0이 될 때까지의 시간을 말한다. 또한, 1 개의 통기홀(16)의 개구율을 0.55%에서 0.62%의 범위 내, 모든 통기홀(16)의 개구율을 8.8%, 1 cm2당 통기홀(16)의 개수를 1.3 개로 했을 때에, 검출 시간은 7초이며, 배기 시간은 27초였다.
도 6에는 본 개시의 제 2 실시 형태에 따른 기체 센서(50)의 사시도가 나타나 있다. 도 7a에는 기체 센서(50)의 정면도가 나타나 있다. 도 7b에는 도 7a에 있어서의 BB선에 있어서의 단면이 나타나 있다. 기체 센서(50)는, 센서 하우징(52)의 측면에 격자 형상의 리브 구조(54)가 마련된 것이다. 리브 구조(54)는, 센서 하우징(52)의 주위를 주회하는 선 형상 돌기인 주회 돌기(56)와, 종 방향으로 연장되는 선 형상 돌기인 종 방향 돌기(58)로 구성되고, 격자 형상으로 형성되어 있다. 복수의 주회 돌기(56)가 정해진 간격을 두고 센서 하우징(52)의 측면에 형성되어 있고, 주회 방향으로 정해진 간격을 두고 배열된 복수의 종 방향 돌기(58)가, 인접하는 주회 돌기(56)의 사이를 연결하고 있다. 또한, 주회 방향으로 정해진 간격을 두고, 복수의 종 방향 돌기(58)가 직선 형상으로 상하 방향으로 배열되어 있다. 도 7b에 나타나 있는 바와 같이, 종 방향 돌기(58)는, 각 통기홀(16)의 관통 방향과 동일 방향을 향해, 센서 하우징(52)의 측면으로부터 돌출되어 있다. 인접하는 주회 돌기(56) 및 인접하는 종 방향 돌기(58)에 의해 둘러싸이는 영역에는, 통기홀(16)의 개구가 위치하고 있다. 주회 돌기(56) 및 종 방향 돌기(58)는 통기홀(16)의 개구를 가로질러도 된다.
센서 하우징(52)의 측면에 격자 형상의 리브 구조(54)가 마련되어 있음으로써, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 기울기 상방 또는 기울기 하방으로부터 센서 하우징(52)으로 유입하려고 하는 공기의 방향은, 주회 돌기(56)에 의해 센서 하우징(52)의 측면에 수직인 방향을 향해진다. 이에 의해, 정면 하우징(60)에 마련된 통기홀(16)로부터 기울기 상방 또는 기울기 하방으로 유입되고, 배면 하우징(62)에 마련된 하방 또는 상방의 통기홀(16)로부터 유출되는 공기의 흐름이 억제된다. 마찬가지로, 배면 하우징(62)에 마련된 통기홀(16)로부터 기울기 상방 또는 기울기 하방으로 유입되고, 정면 하우징(60)에 마련된 하방 또는 상방의 통기홀(16)로부터 유출되는 공기의 흐름이 억제된다. 이와 같이, 주회 돌기(56)에 의하면, 센서 하우징(52)에 대한 상하 기울기 방향의 공기의 유출이 억제된다.
통기홀(16)의 우측 또는 좌측으로부터 센서 하우징(52)으로 유입하려고 하는 공기의 방향은, 종 방향 돌기(58)에 의해 센서 하우징(52)의 측면에 수직인 방향을 향해진다. 이에 의해, 정면 하우징(60)에 마련된 통기홀(16)에 오른쪽 기울기 전방 또는 왼쪽 기울기 전방으로부터 유입되고, 배면 하우징(62)에 마련된 좌측 또는 우측의 통기홀(16)로부터 유출되는 공기의 흐름이 억제된다. 마찬가지로, 배면 하우징(62)에 마련된 통기홀(16)로부터 오른쪽 기울기 후방 또는 왼쪽 기울기 후방으로부터 유입되고, 정면 하우징(60)에 마련된 좌측 또는 우측의 통기홀(16)로부터 유출되는 공기의 흐름이 억제된다. 이와 같이, 종 방향 돌기(58)에 의하면, 센서 하우징(52)의 정면 또는 배면에 대하여 좌우 기울기 방향의 공기의 유출이 억제된다.
센서 하우징(52)의 측면에 리브 구조(54)가 형성됨으로써, 측정 대상의 공기 등 혼합 기체가 센서 하우징(52)에 급격하게 흘러드는 것이 방지되고, 센서 하우징(52) 내의 초음파의 전반 속도의 변동이 억제된다. 즉, 주회 돌기(56)에 의하면, 통기홀(16)의 축 방향의 길이를 통기홀(16)의 횡 방향의 폭보다 길게 한 경우라도, 기울기 상향 또는 기울기 하향으로 통기홀(16)을 통과하는 공기의 흐름이 억제된다. 또한, 종 방향 돌기(58)에 의하면, 통기홀(16)의 횡 방향의 폭을, 통기홀(16)의 축 방향의 길이보다 크게 한 경우라도, 좌우 기울기 전방으로부터 후방으로, 혹은, 좌우 기울기 후방으로부터 전방으로 통기홀(16)을 통과하는 공기의 흐름이 억제된다. 이 때문에, 농도 측정 공간을 초음파가 전반하는 시간의 오차가 억제되고, 기체 농도 측정값의 오차가 억제된다. 또한, 센서 하우징(52)의 측면에 리브 구조(54)가 형성됨으로써, 센서 하우징(52)의 기계적 강도가 높아진다.
또한 상기에서는, 센서 하우징(14, 52)을 중공의 원기둥 형상으로 한 실시 형태에 대하여 설명했다. 센서 하우징(14, 52)은, 중공의 다각 기둥 형상, 중공의 타원 기둥 형상 등이어도 된다. 또한, 상기에서는, 통기홀(16)의 형상을 센서 하우징(14, 52)의 축 방향으로 연신한 형상으로 한 실시 형태에 대하여 설명했다. 통기홀(16)의 형상은 정원형, 타원형, 직사각형 등이어도 된다. 또한, 통체의 측면에 대응하는 내주면에 PTFE, PP, PE, 실리콘 수지 등의 중공사막으로 이루어지는 기액 분리막을 부착하여, 통체 내의 기체 농도 측정 공간으로의 물방울 및 분진의 침입을 방지하도록 해도 된다.
1 : 기체 농도 측정 장치
10, 50 : 기체 센서
14, 52 : 센서 하우징
16 : 통기홀
18, 60 : 정면 하우징
20, 62 : 배면 하우징
22 : 관통선
30 : 초음파 진동자
40 : 천판
42 : 통체
44 : 초음파 반사면
54 : 리브 구조
56 : 주회 돌기
58 : 종 방향 돌기

Claims (6)

  1. 통체와,
    상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와,
    상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과,
    상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀을 구비하고,
    복수의 상기 통기홀은, 상기 통체의 측면측에서 봤을 때, 상기 통체의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어 있고,
    각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
  2. 통체와,
    상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와,
    상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과,
    상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀을 구비하고,
    각 상기 통기홀로부터 상기 통체의 축 방향 단면에 수직인 방향으로 연장되는 관통선은, 복수의 상기 통기홀에 대하여 상이한 위치를 지나고 있고,
    각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
  3. 통체와,
    상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와,
    상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과,
    상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀과,
    상기 통체의 측면에 마련되고, 상기 통체의 외측으로 돌출된 리브 구조를 구비하고,
    상기 리브 구조에 포함되는 복수의 선 형상 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치하고,
    복수의 상기 통기홀은, 상기 통체의 측면측에서 봤을 때, 상기 통체의 일방측으로부터 타방측을 다 볼 수 없는 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
  4. 통체와,
    상기 통체의 일단에 마련된 초음파 진동자와,
    상기 통체의 타단에 마련되고, 상기 통체의 축 방향에 대하여 교차하는 초음파 반사면과,
    상기 통체의 측벽에 마련된 복수의 통기홀과,
    상기 통체의 측면에 마련되고, 상기 통체의 외측으로 돌출된 리브 구조를 구비하고,
    상기 리브 구조에 포함되는 복수의 선 형상 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치하고,
    각 상기 통기홀로부터 상기 통체의 축 방향 단면에 수직인 방향으로 연장되는 관통선은, 복수의 상기 통기홀에 대하여 상이한 위치를 지나고 있는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
  5. 제 3 또는 제 4 항에 있어서,
    각 상기 통기홀은, 상기 통체의 축 방향으로 연신하는 형상을 가지고 있고,
    상기 리브 구조는, 각각이 상기 통체의 주위를 주회하는 복수의 주회 돌기를 가지고, 인접하는 상기 주회 돌기의 사이의 영역에, 상기 통기홀의 개구가 위치하는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 리브 구조는, 상기 통체의 측면에 격자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기체 센서.
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