可燃性ガスセンサー
【課題】高濃度の被検ガスが流入した場合にも、センサーに障害を起こすことなく測定を可能ならしめるためのケース構造を備えた可燃性ガス検出センサを提供すること。
【解決手段】被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体１と、センサ本体１に被検ガスを接触させるようにセンサ本体１を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、ケースが、センサー本体１を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体２２と、ケース本体２２に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口２７を備えた筒型状のカバー２３と、開口２３のガス流入量を制限するガス流量制限手段４１とを備える。
【解決手段】被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体１と、センサ本体１に被検ガスを接触させるようにセンサ本体１を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、ケースが、センサー本体１を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体２２と、ケース本体２２に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口２７を備えた筒型状のカバー２３と、開口２３のガス流入量を制限するガス流量制限手段４１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスとの接触により電気信号を出力する可燃性ガスセンサー、より詳細には平板状のセンサー本体を収容するのに適したケース構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の普及に伴ない、水素等の可燃性ガス用のセンサとして、特許文献１に記載されているように基板に、可燃性ガスとの接触により発熱する触媒層と、発熱部と、触媒層での温度変化を検出する検出部とを形成したものが提案されている。
このセンサーは、発熱部での熱損失を抑えるため、基板の発熱部、触媒層の領域が他の領域に比較して薄膜化され、消費電力を抑えるように構成されている。
【特許文献１】特開平7-198646号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、このような触媒層による発熱で検出する関係上、規格外の高濃度の可燃性ガスが流入すると、触媒層での温度が急激に上昇し、また過熱して、機械的応力などにより検出信号に変動が生じるなどの不都合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、高濃度の被検ガスが流入した場合にも、センサーに障害を起こすことなく測定を可能ならしめるためのケース構造を備えた可燃性ガス検出センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を達成するために本発明においては、被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体と、前記センサ本体に前記被検ガスを接触させるように前記センサ本体を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、前記ケースが、前記センサー本体を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体と、前記ケース本体に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口を備えた筒型状のカバーと、前記開口のガス流入量を制限するガス流量制限手段とを備える。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ガス流量制限手段により高濃度の被検ガスが流入するのが制限されるため、急激な温度変化が抑制され、熱応力による破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のケース構造が適用されるセンサー本体の一実施例を示すものであって、センサー本体１は、高い精度で凹部の形成が可能な材料、例えば異方性エッチングが容易なシリコン単結晶基板のセンサー基板２にエッチングにより検出部３の裏面側に凹部４を形成し、検出部３には蒸着などによりヒータ５と、その表面に可燃性ガスを酸化させるための触媒層６とを形成して構成されている。
【０００７】
なお、図中符号７、８は、リード部９、１０を介してヒータ５に接続する端子をそれぞれ示す。
【０００８】
このように構成されたセンサー本体１は、ヒータ５が凹部４によりセンサー基板２の薄く形成された領域に配置されてるため、熱伝導による熱損失が可及的に小さくなる。
【０００９】
すなわち、端子７、８に通電してヒータ５を所定の温度に加熱すると、ヒータ５が所定の抵抗値を維持する一方、水素などの可燃性ガスが触媒層６に接触した場合には可燃性ガスが接触燃焼してヒータ５の温度が上昇してヒータ５の抵抗値が上昇する。端子７、８からヒータ５の抵抗値を検出することにより、可燃性ガスの濃度を知ることができる。
【００１０】
なお、上述の実施例においては、水素を検出する場合について説明したが、炭化水素など他の可燃性ガスを同様に検出することができる。
【００１１】
図２は、上述のセンサー本体１をセンサーとして実用的に使用可能とするための本発明の要部をなすケース構造の一実施例を示すものであって、ケース２０は、センサー本体１を固定するとともに外部に信号を出力するリード２１を備えたケース本体２２と、ケース本体２２に装着可能な筒型状のカバー２３とから構成されている。
【００１２】
ケース本体２２にはセンサー本体１の少なくとも３隅を固定可能で、残部との間に空間２４を確保するように環状部２５が形成され、外部にカバー２３が係合する凸部２６を形成して構成されている。
【００１３】
一方、カバー２３は一端に被検出ガス流入口となる開口２７を有する筒状に形成され、開口２７には通気性を備えた消炎フィルタ、この実施例では金属粉末の焼結板２８が装着されている。
【００１４】
このように構成されたケース本体２２にセンサー本体１を固定する場合には、センサー本体１の複数の隅、好ましくは３隅以上を点線Ｃで示すようにケース本体１の内周面２９のサイズに合わせて切り欠く一方、内周面２９に接着剤層３０を形成する（図４）。
【００１５】
この状態でセンサー本体１の検出面側を上面とするようにして内周面２９に軽く押し込むと、センサー本体１の角部の裏面が環状部２５に支持され、また角部が接着剤層３０で保持される。この状態で図示しないリード線によりセンサー本体１と端子とケース本体２２のリード２１とを接続し、最後にカバー２３を装着することによりセンサーが完成する。
【００１６】
もとより接着剤層は、若干の弾性を有するからセンサー本体１の温度変化による膨張を吸収するから検出部３の境界への応力集中を緩和することができる。
【００１７】
その上で、図５(イ)に示したように本願発明はケースの被検ガス流入口である開口２７の前面側にガス流量を制限するためのガス流量制限手段４０が配置されている。
ガス流量制限手段は４０は、開口２７を覆うことができるサイズのシャッタ板４１と、シャッタ板４１を進退させるためのソレノイドなどの駆動手段４２とから構成され、シャッタ板４１には開口２７よりもサイズの小さな通孔４３が形成されている。
【００１８】
駆動手段４２には駆動回路４４が接続されていて、駆動回路４４は、センサー本体１からの検出信号を受けて所定のレベル、つまりセンサー本体に損傷が生じない限界のレベルを超えた時点で駆動信号を出力するように構成されている。
【００１９】
この実施例において、センサーが作動している状態でセンサー本体１の検出限界を超える高濃度の水素が発生すると、センサー本体１からの検出信号のレベルが急激に上昇するため、駆動回路４４から信号が出力して図５（ロ）に示したようにシャッタ板４１が開口２７を封止する。この状態では高濃度の水素はシャッタ板４１に設けられた通孔４３により制限されるため、触媒層６での発生熱が抑制される。
【００２０】
したがって、通孔４３により流入量が減少するためセンサー出力のレベルは低下するものの、通孔４３による信号レベルの減少率を予め調査しておくことにより、高濃度の水素等の可燃性ガスを測定することが可能となる。
なお、センサー出力が所定レベル、つまり測定誤差が生じない程度の濃度に対応する信号レベルまで低下した時点で駆動回路４４を作動させてシャッタ板４１を開口２７から後退させることもできる。
【００２１】
なお、上述の実施例においてはシャッタ板４１を電気信号により作動する駆動手段４４により作動させているが、水素の吸収により伸長する水素吸蔵合金を使用したアクチュエータを駆動手段４２として用いると、駆動回路４４が不要となる。
【００２２】
さらに、上述の実施例においてはシャッタ板４１を用いるようにしているが、高濃度の水素が発生する環境での水素の検出に用いることが予め判明している場合には、図６に示したようにケース本体のセンサー本体取り付け面の開口に比較してサイズの小さい開口２７’を形成したカバー２３’を装着しておくことにより、このカバー２３’がガス流量制限手段４０として機能する。
【００２３】
すなわち、もともと高濃度の水素を検出するため、小さな開口２７’によりセンサー出力が低下するとしても、実用範囲内での信号を得ることが可能となる。
【００２４】
これらのことから、検出対象が数千な乃至数万ｐｐｍの水素を検出する場合には、センサーのガス流入口を、センサー基板のサイズに比較して大幅に絞ることにより、パーセントレベルの濃度の水素に対してセンサーを保護することができる。
【００２５】
なお、上述の実施例においては、ヒータの抵抗変化によりガス濃度を検出しているが、ヒータ５に接するように、つまり熱伝導関係を形成するように温度検出手段を配置してガスの濃度による温度変化を検出するように構成された平板状のセンサーに適用しても同様の作用を相することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図(イ)、(ロ)は、それぞれセンサー本体の一実施例を示す上面図と、センサー基板の断面構造を示す図である。
【図２】図(イ)乃至(ハ)は、それぞれ同上センサー本体を収容するケース全体、ケース本体、及びカバーを示す図である。
【図３】図(イ)、(ロ)は、それぞれカバーを外して示す上面図と、断面図である。
【図４】図３(ロ)における領域Ａを拡大して示す図である。
【図５】図(イ)は本発明の一実施例を示す断面図であり、図(ロ)は高濃度の可燃性ガスを測定する場合の状態を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ センサー本体１
２ センサー基板
３ 検出部
４ 凹部
５ ヒータ
６ 触媒層
７、８ 端子
２０ ケース
２２ ケース本体２２
２３ カバー
２４ 空間
２５ 環状部
２７ 被検出ガス流入口となる開口
２８ 金属粉末の焼結板
３０ 接着剤層
４０ ガス流量制限手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスとの接触により電気信号を出力する可燃性ガスセンサー、より詳細には平板状のセンサー本体を収容するのに適したケース構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の普及に伴ない、水素等の可燃性ガス用のセンサとして、特許文献１に記載されているように基板に、可燃性ガスとの接触により発熱する触媒層と、発熱部と、触媒層での温度変化を検出する検出部とを形成したものが提案されている。
このセンサーは、発熱部での熱損失を抑えるため、基板の発熱部、触媒層の領域が他の領域に比較して薄膜化され、消費電力を抑えるように構成されている。
【特許文献１】特開平7-198646号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、このような触媒層による発熱で検出する関係上、規格外の高濃度の可燃性ガスが流入すると、触媒層での温度が急激に上昇し、また過熱して、機械的応力などにより検出信号に変動が生じるなどの不都合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、高濃度の被検ガスが流入した場合にも、センサーに障害を起こすことなく測定を可能ならしめるためのケース構造を備えた可燃性ガス検出センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を達成するために本発明においては、被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体と、前記センサ本体に前記被検ガスを接触させるように前記センサ本体を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、前記ケースが、前記センサー本体を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体と、前記ケース本体に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口を備えた筒型状のカバーと、前記開口のガス流入量を制限するガス流量制限手段とを備える。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ガス流量制限手段により高濃度の被検ガスが流入するのが制限されるため、急激な温度変化が抑制され、熱応力による破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のケース構造が適用されるセンサー本体の一実施例を示すものであって、センサー本体１は、高い精度で凹部の形成が可能な材料、例えば異方性エッチングが容易なシリコン単結晶基板のセンサー基板２にエッチングにより検出部３の裏面側に凹部４を形成し、検出部３には蒸着などによりヒータ５と、その表面に可燃性ガスを酸化させるための触媒層６とを形成して構成されている。
【０００７】
なお、図中符号７、８は、リード部９、１０を介してヒータ５に接続する端子をそれぞれ示す。
【０００８】
このように構成されたセンサー本体１は、ヒータ５が凹部４によりセンサー基板２の薄く形成された領域に配置されてるため、熱伝導による熱損失が可及的に小さくなる。
【０００９】
すなわち、端子７、８に通電してヒータ５を所定の温度に加熱すると、ヒータ５が所定の抵抗値を維持する一方、水素などの可燃性ガスが触媒層６に接触した場合には可燃性ガスが接触燃焼してヒータ５の温度が上昇してヒータ５の抵抗値が上昇する。端子７、８からヒータ５の抵抗値を検出することにより、可燃性ガスの濃度を知ることができる。
【００１０】
なお、上述の実施例においては、水素を検出する場合について説明したが、炭化水素など他の可燃性ガスを同様に検出することができる。
【００１１】
図２は、上述のセンサー本体１をセンサーとして実用的に使用可能とするための本発明の要部をなすケース構造の一実施例を示すものであって、ケース２０は、センサー本体１を固定するとともに外部に信号を出力するリード２１を備えたケース本体２２と、ケース本体２２に装着可能な筒型状のカバー２３とから構成されている。
【００１２】
ケース本体２２にはセンサー本体１の少なくとも３隅を固定可能で、残部との間に空間２４を確保するように環状部２５が形成され、外部にカバー２３が係合する凸部２６を形成して構成されている。
【００１３】
一方、カバー２３は一端に被検出ガス流入口となる開口２７を有する筒状に形成され、開口２７には通気性を備えた消炎フィルタ、この実施例では金属粉末の焼結板２８が装着されている。
【００１４】
このように構成されたケース本体２２にセンサー本体１を固定する場合には、センサー本体１の複数の隅、好ましくは３隅以上を点線Ｃで示すようにケース本体１の内周面２９のサイズに合わせて切り欠く一方、内周面２９に接着剤層３０を形成する（図４）。
【００１５】
この状態でセンサー本体１の検出面側を上面とするようにして内周面２９に軽く押し込むと、センサー本体１の角部の裏面が環状部２５に支持され、また角部が接着剤層３０で保持される。この状態で図示しないリード線によりセンサー本体１と端子とケース本体２２のリード２１とを接続し、最後にカバー２３を装着することによりセンサーが完成する。
【００１６】
もとより接着剤層は、若干の弾性を有するからセンサー本体１の温度変化による膨張を吸収するから検出部３の境界への応力集中を緩和することができる。
【００１７】
その上で、図５(イ)に示したように本願発明はケースの被検ガス流入口である開口２７の前面側にガス流量を制限するためのガス流量制限手段４０が配置されている。
ガス流量制限手段は４０は、開口２７を覆うことができるサイズのシャッタ板４１と、シャッタ板４１を進退させるためのソレノイドなどの駆動手段４２とから構成され、シャッタ板４１には開口２７よりもサイズの小さな通孔４３が形成されている。
【００１８】
駆動手段４２には駆動回路４４が接続されていて、駆動回路４４は、センサー本体１からの検出信号を受けて所定のレベル、つまりセンサー本体に損傷が生じない限界のレベルを超えた時点で駆動信号を出力するように構成されている。
【００１９】
この実施例において、センサーが作動している状態でセンサー本体１の検出限界を超える高濃度の水素が発生すると、センサー本体１からの検出信号のレベルが急激に上昇するため、駆動回路４４から信号が出力して図５（ロ）に示したようにシャッタ板４１が開口２７を封止する。この状態では高濃度の水素はシャッタ板４１に設けられた通孔４３により制限されるため、触媒層６での発生熱が抑制される。
【００２０】
したがって、通孔４３により流入量が減少するためセンサー出力のレベルは低下するものの、通孔４３による信号レベルの減少率を予め調査しておくことにより、高濃度の水素等の可燃性ガスを測定することが可能となる。
なお、センサー出力が所定レベル、つまり測定誤差が生じない程度の濃度に対応する信号レベルまで低下した時点で駆動回路４４を作動させてシャッタ板４１を開口２７から後退させることもできる。
【００２１】
なお、上述の実施例においてはシャッタ板４１を電気信号により作動する駆動手段４４により作動させているが、水素の吸収により伸長する水素吸蔵合金を使用したアクチュエータを駆動手段４２として用いると、駆動回路４４が不要となる。
【００２２】
さらに、上述の実施例においてはシャッタ板４１を用いるようにしているが、高濃度の水素が発生する環境での水素の検出に用いることが予め判明している場合には、図６に示したようにケース本体のセンサー本体取り付け面の開口に比較してサイズの小さい開口２７’を形成したカバー２３’を装着しておくことにより、このカバー２３’がガス流量制限手段４０として機能する。
【００２３】
すなわち、もともと高濃度の水素を検出するため、小さな開口２７’によりセンサー出力が低下するとしても、実用範囲内での信号を得ることが可能となる。
【００２４】
これらのことから、検出対象が数千な乃至数万ｐｐｍの水素を検出する場合には、センサーのガス流入口を、センサー基板のサイズに比較して大幅に絞ることにより、パーセントレベルの濃度の水素に対してセンサーを保護することができる。
【００２５】
なお、上述の実施例においては、ヒータの抵抗変化によりガス濃度を検出しているが、ヒータ５に接するように、つまり熱伝導関係を形成するように温度検出手段を配置してガスの濃度による温度変化を検出するように構成された平板状のセンサーに適用しても同様の作用を相することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図(イ)、(ロ)は、それぞれセンサー本体の一実施例を示す上面図と、センサー基板の断面構造を示す図である。
【図２】図(イ)乃至(ハ)は、それぞれ同上センサー本体を収容するケース全体、ケース本体、及びカバーを示す図である。
【図３】図(イ)、(ロ)は、それぞれカバーを外して示す上面図と、断面図である。
【図４】図３(ロ)における領域Ａを拡大して示す図である。
【図５】図(イ)は本発明の一実施例を示す断面図であり、図(ロ)は高濃度の可燃性ガスを測定する場合の状態を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ センサー本体１
２ センサー基板
３ 検出部
４ 凹部
５ ヒータ
６ 触媒層
７、８ 端子
２０ ケース
２２ ケース本体２２
２３ カバー
２４ 空間
２５ 環状部
２７ 被検出ガス流入口となる開口
２８ 金属粉末の焼結板
３０ 接着剤層
４０ ガス流量制限手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体と、前記センサ本体に前記被検ガスを接触させるように前記センサ本体を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、
前記ケースが、前記センサー本体を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体と、前記ケース本体に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口を備えた筒型状のカバーと、前記開口のガス流入量を制限するガス流量制限手段とを備えた可燃性ガスセンサー。
【請求項１】
被検ガスと接触して電気信号を発生する検出領域が基板に形成された平板状のセンサ本体と、前記センサ本体に前記被検ガスを接触させるように前記センサ本体を収容するケースとからなる可燃性ガスセンサーにおいて、
前記ケースが、前記センサー本体を固定するとともに外部に信号を出力するリードを備えたケース本体と、前記ケース本体に装着可能でかつ被検ガスの流入を可能ならしめる開口を備えた筒型状のカバーと、前記開口のガス流入量を制限するガス流量制限手段とを備えた可燃性ガスセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２６６７１５（Ｐ２００６−２６６７１５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８１４４９（Ｐ２００５−８１４４９）
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度新エネルギー産業技術総合開発機構の水素安全利用等基盤技術開発委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００２５０４２１）理研計器株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度新エネルギー産業技術総合開発機構の水素安全利用等基盤技術開発委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００２５０４２１）理研計器株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
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