专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于高湿度环境的气体传感器，并且尤其涉及这种气体传感器的防水和防滴结构。
背景技术：
例如，固体聚合物薄膜式燃料电池组具有一组多个电池，每个电池包括保持在阳极和阴极之间的固体聚合电解质的薄膜。在供应作为燃料的氢到阳极的同时，供应作为氧化剂的空气到阴极。通过阳极处催化反应产生的氢离子运动通过固体聚合电解质的薄膜到阴极，其中在氢离子和氧之间的电化学反应产生电力。
如同所述固体聚合物薄膜式燃料电池组的燃料电池组通常将未反应的空气(此后称为废气)排出到系统外部。接着，需要证实在废气中没有氢气。
因此，提出一种通过燃料电池组的阴极一侧上安装在排放系统中的氢传感器证实在废气中没有氢气的系统，如日本专利出版物No.1994-52662和日本临时专利出版物No.1994-223850。
接触燃烧式气体传感器可用作氢传感器。该接触燃烧式气体传感器包括载有催化剂的检测元件和不载有催化剂的温度补偿元件。通过使用标本气体在接触催化剂燃烧时(当传感器是氢传感器的氢)产生的热量，该气体传感器从检测和温度补偿元件之间的电阻差来确定标本气体的浓度。
为了保持固体聚合电解质薄膜的传导性，如同所述固体聚合物薄膜式燃料电池组的燃料电池组确实地湿润供应到它们的反应气体(例如氢或氧)，并在其产生电力时通过涉及其能量产生的电化学反应来产生所形成的水。因此，废气含有加热的水和所形成的水，因此氢传感器暴露于含有这种水的废气。
但是，由于氢传感器的检测元件通常是如同接触燃烧式气体传感器那样在加热状态下操作的气体传感器，依附其上的加热的水和所形成的水造成其表面上的局部温度分布不均匀，继而造成灵敏度降低和元件失效。
为了消除这种问题，在日本临时专利出版物No.2000-187014中提出在保持传感器的容器入口处设置透气防水膜和多孔硅片。
例如具有大约90℃的温度和大约100％的相对湿度的热和潮湿的流体中例如固体聚合物薄膜式燃料电池组中的废气排放管中流动。在这种排放管内设置用于加热状态的接触燃烧式气体传感器增加传感器安装位置处的散热，因此传感器附近的温度降低到零下并且在传感器内形成水滴。
为了消除这种问题，传感器保持在多孔材料盖内并通过设置在其周围加热器加热，或者通过隔热材料防止温度降低，如日本临时专利出版物No.1998-233763所述。但是，这种解决方案需要用于加热或隔热的辅助设施的附加操作，增加了安装成本，并妨碍尺寸减小。
标本气体从排放管经由采样通道获得并经由减湿装置引导到传感器。但是，这种方法不仅需要庞大的设备，并且在取出测量值之后需要修正湿度。除此之外，还需要复杂的信号处理。
如果标本气体依附并凝结在用于所述现有技术的多孔盖上，凝结的水与气体检测元件接触，由此造成元件表面上温度分布不均匀，这可造成元件失效或灵敏度下降。
如果经由盖流入的标本气体不均匀地导入并与检测和温度补偿元件接触，流入的标本气体的不均匀的流速直接影响检测温度，并由此减小检测精度。
将暴露于标本气体并由其冷却的盖保持在所需温度下需要大量的热量，并且由此增加气体传感器的功率消耗。
因此，本发明的目的在于通过确保防止流过流体通路的气体内含有的湿气进入，并防止检测元件的变湿以及气体检测腔室内形成凝结水，提供一种防止灵敏度降低和元件失效的气体传感器。
发明内容
第一发明的气体接触燃烧式气体传感器通过使用标本气体与催化剂接触时燃烧所产生的热量来从检测和温度补偿元件之间的电阻差确定标本气体的浓度。该气体传感器还具有布置在含有所述检测和温度补偿元件的壳体的标本气体入口处的防水过滤器和加热标本气体入口和所述元件之间的标本气体的加热器。
在防水过滤器防止标本气体通道内的湿气进入气体检测腔室的同时，加热器直接加热从标本气体入口引入气体检测腔室的标本气体。这些设置防止凝结的水依附在检测元件上，由此防止灵敏度下降和元件失效，并且因此延长元件的寿命。
第二发明的气体接触燃烧式气体传感器通过使用标本气体与催化剂接触时燃烧所产生的热量来从检测和温度补偿元件之间的电阻差确定标本气体的浓度。该气体传感器还具有布置在含有所述检测和温度补偿元件的壳体的标本气体入口处的防水过滤器和多孔金属片。
在防水过滤器防止样本气体通道内的湿气进入气体检测腔室的同时，多孔金属片防止检测元件变湿。这些设置防止元件失效和灵敏度降低，并延长气体传感器的寿命。
第三发明的气体接触燃烧式气体传感器通过使用标本气体与催化剂接触时燃烧所产生的热量来从检测和温度补偿元件直接的电阻差确定标本气体的浓度。该气体传感器还具有形成在含有所述检测和温度补偿元件的壳体壁上的标本气体入口和加热标本气体入口和所述元件之间的标本气体的加热器。
加热器直接加热经由标本气体入口引入气体检测腔室的标本气体并防止灵敏度降低。
图1(A)-(C)是表示本发明气体传感器的第一实施例的外观的顶视图、侧视图和底视图；图2(A)和(B)表示沿图1的线A-A和B-B截取的截面结构；图3(A)和(B)是构成所述气体传感器的加热元件的实施例的前视图和截面图；图4(A)和(B)是构成所述气体传感器的气体检测单元的实施例的前视图和截面图；图5表示所述气体传感器的组装过程；图6是表示连接到导管上的所述气体传感器的截面图；图7是施加本发明气体传感器的燃料电池组系统的示意图；图8是作为本发明气体传感器的第二实施例的氢传感器的平面图；图9是沿图8线C-C截取的截面图；图10是连接防水过滤器的部分的放大截面图；
图11(A)和(B)是表示加热器的位置和第二实施例的底部之间相互关系的示意图和基本透视图；图12(A)-(C)是第三实施例的截面图和表示加热器及其底部之间相互关系的示意图和基本透视图；图13(A)-(C)是第四实施例的截面图和表示加热器及其底部之间相互关系的示意图和基本透视图；图14(A)-(C)是第五实施例的截面图和表示加热器及其底部之间相互关系的示意图和基本透视图；图15(A)-(C)是第六实施例的截面图和表示加热器及其底部之间相互关系的示意图和基本透视图；图16是作为本发明气体传感器的第三实施例的氢传感器的截面图；图17是作为本发明气体传感器的第四实施例的氢传感器的截面图；图18(A)和(B)是作为本发明气体传感器的第五实施例的氢传感器的截面图和基本底视图；图19(A)和(B)是表示连接有防水过滤器的部分的结构的另一实例的放大截面图；图20是表示连接有防水过滤器的部分的结构的又一实例的放大截面图。
具体实施例方式
第一实施例现在通过参考所述实施例描述本发明的细节。
图1和2表示本发明气体传感器的第一实施例。壳体2在其一端具有标本气体入口1并在其另一端具有用于连接的引导销3a-3h。壳体2以如下顺序从标本气体入口1保持叠置的防水过滤器4、填料5、烧结的多孔金属片6、第一垫片7、加热单元8、第二垫片9、气体检测单元10和底板11。壳体2的另一端受到限制并进行紧固，使得连接引导销3a-3h以及来自气体检测单元10的定位销3j被拉出。
防水过滤器4由多孔特氟隆(注册商标)树脂制成，以防止液体和尘土的侵入。烧结的多孔金属片6通过将金属颗粒烧结成多孔片材来制成。
第一垫片7支承烧结的多孔金属片6并具有通孔7a，标本气体通过该通孔到达加热单元8。
加热单元8包括在其中央具有通孔8a的底板8b，其中四个引导销3e-3h径向植入其中，如图3(A)和(B)所示。在包括芯片式电阻器的加热元件12安装在通孔8a之上的同时，温度检测元件13安装在底板8b的表面上。加热和温度检测元件经由来示出的导电图案连接到引导销3e-3h上。
包括芯片式电阻器的加热器允许使用常规电子器件而不需要特殊的加热器部件，由此提供成本和尺寸的降低。
第二垫片9具有通孔9c，标本气体通过该通孔。通孔9c具有支承加热单元8的顶部凹入部9a和在其中央支承气体检测单元10的底部凹入部9b。
气体检测单元10包括在其中央具有大致椭圆形贯通凹入部14a的底板14，其中四个引导销3a-3d径向植入其上，如图4(A)和(B)所示。气体检测元件15和温度补偿元件16通过连接到引导销3a-3d安装在凹入部14a之上。
这些构件和单元以如下方式组装，其中将壳体2放置成其标本气体入口1放置在底部，填充防水过滤器4、填料5、烧结的多孔金属片6、第一垫片7、加热单元8、第二垫片9和气体检测单元10，对准加热单元8和气体检测单元10的引导销、将引导销穿过底部11内的通孔使其叠置在一起，并且最后限制壳体2的开口。
如此构成的气体传感器17紧固到导管18的插口18a内，含有热和潮湿的流体的可燃烧气体经由环形填料19流过该导管，如图16所示。
插口18a最好在导管18的最上面部分附近形成使得传感器17的标本气体入口1向下指向。
当大气内的流体在此条件下经由标本气体入口1流入时，防水过滤器4去除其中的水滴和尘土。接着流体通过烧结的多孔金属片6并到达其中流体被加热到露点之上的加热单元8，并接着到达气体检测单元10。由于烧结的多孔金属片通过加热单元8的辐射热量加热，在此区域内不出现凝结。
根据来自温度检测元件13的温度信号，未示出的控制装置控制由加热单元8产生的热量，可以保持对于检测标本气体来说是最佳的温度，而不产生不正常的高温。这些热量通过对流增加以便提高最上面顶部的气体检测单元10周围的大气温度，由此防止气体检测元件15和温度补偿元件16周围的温度降低并确保标本气体的检测。
烧结的多孔金属片6从后面支承防水过滤器4，而不损害透气性，并防止流入标本气体造成的温度突然变化。
虽然所述实施例的气体检测单元包括气体检测元件15和温度补偿元件16，气体检测元件单独可产生类似的效果。
虽然所述的实施例使用晶片式电阻器作为加热的电阻元件，镍铬铁合金线圈或其他电阻丝可产生类似的效果。
虽然垫片提供给定的空间以便在所述实施例中允许使用常规的气体检测单元，与形成在加热单元或气体检测单元底板上的所述垫片相对应的整体式凹入部可产生类似的效果。
所述的气体传感器对于图7所示的燃料电池组系统的排放管内的例如氢的可燃烧气体的检测特别有效。
燃料电池组20包括一组未示出的燃料电池组的电池，其中每个电池包括例如保持在阳极侧电极和阴极侧电极之间以及一对分离器之间的固体聚合电解质薄膜的电解质。例如氢的燃料气体经由入口侧通道21供应到阳极侧电极，由此氢在催化电极上离子化并经由中等湿润的固体聚合电解质薄膜运动到阴极侧的电极。在此期间产生的电子被取出到外部电路中以便用作直流电能。当例如氧的氧化剂或空气经由入口侧通道22供应到阴极侧的电极时，氢离子、电子和氧反应，由此形成水。接着，反应后的气体或废气经由阳极和阴极侧的排放通道23和24排放到系统之外。
这里，构成本发明实质的接触燃烧式气体传感器(此后称为气体传感器)25设置在阴极侧上的排放通道24内以便使其可以通过监测器26确保没有氢通过阴极侧上的排放通道24排出。
第二实施例图8是氢传感器25的平面图，图9是沿图8的线C-C截取的截面图，其表示氢传感器25的安装状态。
用于安装氢传感器25的安装座27设置在阴极侧上的排放通道24上，并且安装孔28设置在气体传感器的排放通道24的周壁上。气体传感器25具有由聚苯硫醚制成的安装底板29，底板上具有凸缘30。凸缘30通过螺栓31紧固在安装座27上。安装底板29具有插入安装孔28的圆柱形部段32。圆柱形部段32形成壳体以便保持传感器的部件构件，即检测元件39和温度补偿元件40。
当由具有比金属低的导热性的树脂或气体材料制成时，安装底板29提供更高的隔热效果，由此有效地防止在传感器上形成露水。
圆柱形部段32在其内侧具有气体检测腔室34，并且凸缘33形成在圆柱形部段32的一个端部上，即在气体检测腔室34的开口或标本气体入口35处。标本气体入口35与排放通道24的内壁平齐。因此，气体入口25垂直于流过排放通道24的废气。
密封件36连接在圆柱形部段32的外表面上，其牢固地粘在安装孔28的内壁上。传感器37安装在圆柱形部段32的内部。
传感器37在圆柱形部段32的另一端部闭合的位置上具有由例如聚苯硫醚制成的环形底部38，并且具有到达凸缘33的高度的圆柱形金属壁45设置在外侧上。该对检测元件39和温度补偿元件40通过所述底部38设置在相同的高度上，在其之间留有所需空间。间隙设置在圆柱形壁45和圆柱形部段32之间以便防止热量直接从圆柱形金属壁45传递到圆柱形部段32。
对于一个温度补偿元件来说可以设置多个检测元件39。
检测元件39是公知类型的接触燃烧式气体传感器，该传感器通过使用标本气体的燃烧而产生的热量造成高温下的检测元件39和环境温度以下的温度补偿元件40之间的电阻差来确定氢气的浓度，标本气体是当气体与铂或其他催化剂接触而产生的氢气。检测元件39和温度补偿元件40各自连接并经由销41电连接到模制在安装底板29内侧上的电路板42上。
烧结的多孔金属片43和由例如聚四氟乙烯制成的防水过滤器44以闭合入口的方式从气体检测腔室34内侧安装在标本气体入口35上。烧结的多孔金属片43和防水过滤器44从所述凸缘33内侧安装。这里，防水过滤器44阻挡水滴的通过，同时使得水蒸气通过，并且烧结的多孔金属片43加强防水过滤器，而不增加气流阻力。
当防水过滤器44的外表面44a的一部分焊接在凸缘33的内边缘以便在其整个周边形成如图10所示的焊接部44b时，没有水经由凸缘33和防水过滤器44之间进入内部。
加热标本气体的加热器46设置在所述的气体检测腔室34内。
图11(A)是表示加热器46和底部38之间位置关系的示意图，图11(B)是表示其主要部件的透视图。
如图11(A)和(B)所示，加热器46是具有四边的板构件，其中检测元件39和温度补偿元件40布置在其长边上，并放置成阻挡标本气体的入口35。加热器46足够大以便在每个长边46a和标本气体入口35的内周之间提供半圆形气体导入部段47，如图11(A)点划线所示。加热器46具有面向气体检测腔室34的热释放表面49，并离开检测元件39和温度补偿元件40相同距离定位。
当检测元件39和温度补偿元件40因此邻靠每个导入部段47时，加热器46将通过标本气体入口35流入的标本气体分开进入半圆形气体导入部段47。在通过检测元件39和温度补偿元件40之后，标本气体接着进入气体检测腔室34。加热器46的导线48连接到电路板42上(同样适用于下面描述的实施例)。
在刚刚描述的实施例中，加热器46直接加热气体检测腔室34内的标本气体。同样，防水过滤器44防止凝结水通过标本气体入口35侵入。已经通过烧结多孔金属片43的标本气体在通过加热器46之后直接通过热释放表面49加热。当标本气体或废气的相对湿度因此下降时，可以确保防止气体检测腔室内的废气中的湿气进行凝结。这消除凝结的水依附在检测元件39上而造成元件失效以及灵敏度降低，因此延长检测元件39的寿命。
特别是，通过标本气体入口35进入气体检测腔室34的标本气体在通过加热器46加热并通过入口47之后在气体检测腔室34内检测元件39和温度补偿元件40之间均匀地分开。因此，检测元件39和温度补偿元件40在相同状态下暴露于标本气体。这使得检测元件39和温度补偿元件40均匀地接触标本气体，由此确保高度准确地确定标本气体的浓度。同样，通过加热器46均匀加热检测元件39和温度补偿元件40确保高度准确地检测。
加热器的第二实施例图12(A)-(C)所示的气体传感器25A的基本构造与所述的传感器相同。一个共同点是气体传感器25A通过凸缘30在阴极侧安装在排放通道24的安装座27上，并且圆柱形部段32插入安装孔28。另一共同点是圆柱形部段32的内部构成气体检测腔室34，凸缘33形成在其一端上，并且凸缘33的内侧构成标本气体入口35。并且第三个共同点是环形底部38设置在圆柱形部段32的另一端闭合的位置上，具有到达凸缘33的高度的圆柱形金属壁45设置在外侧，并且该对检测元件39和温度补偿元件40穿过所述底部38设置。
在气体检测腔室34内，各自具有热释放表面49A的成对加热器46A、46A布置在底部38和烧结的多孔金属片43之间，该热释放表面沿着标本气体流入方向或(换言之)标本气体入口35定位的方向延伸。所述检测元件和温度补偿元件40布置在所述加热器46A、46A之间。该对加热器布置有相互面向的热释放表面49A，并且所述检测元件39和温度补偿元件40布置其中，其中每个所述元件定位在离开每个加热器46A的热释放表面49A相同距离处。参考标记48A表示加热器46A的导线。
在此实施例中，防水过滤器44阻挡凝结水的侵入，并且已经通过烧结的多孔金属片43的标本气体平稳进入气体检测腔室34而不被其他构件阻挡，并通过该对加热器46A的热释放表面49A从两侧加热。当标本气体或废气的相对湿度因此降低时，可以确保防止气体检测腔室内的废气内湿气进行凝结。这消除了凝结的水依附在检测元件39上而造成元件失效以及灵敏度降低，并因此延长检测元件39的寿命。
此实施例的特别优点在于加热器46A不阻挡标本气体的进入。除了离开每个加热器46A的热释放表面49A相同距离定位之外，检测元件39和温度补偿元件40被均匀加热，因此确保高度准确地检测气体。另外，用作在烧结的多孔金属片43和防水过滤器44以及底部38之间保持所需间隙的垫片的加热器46A增加在烧结的多孔金属片43和防水过滤器44内进行安装的可靠性。在加热器46A和46A限定的空间内得到的更大的热释放表面49A提高加热能力并有助于能量保存。可以和检测元件39和温度补偿元件40一起安装在底部38上的加热器46A提供组装的优点。
加热器的第三实施例图13(A)-(C)所示的气体传感器25B具有一个圆柱形加热器46B以代替第二实施例所述的该对加热器46A。加热器46B具有大致C形的截面，其中圆柱形的轴线沿着标本气体流入的方向。因此，加热器46B围绕检测元件39和温度补偿元件40。为了更加明确，加热器46B布置成沿着底部38的外周边定位并从底部38延伸到烧结的金属片43。参考标记48B表示加热器46B的导线。
因此，通过采用加热器46B直接加热气体检测腔室34内的标本气体，该实施例也延长了检测元件39的寿命。由于覆盖整个周边并具有比图12所示第三实施例加热器46A大的热释放表面49B，加热器46B均匀和一致地加热整个气体检测腔室，由此确保高度准确地确定气体浓度。另外，圆柱形加热器46B在有限的空间内提供更大的热释放表面，因此确保在气体检测腔室内有效地加热标本气体，继而有助于能量保存。
由于具有沿着标本气体流入方向的圆柱形形状，该实施例的加热器46B还使得标本气体平稳进入而不造成任何阻碍。同样，用作在烧结的多孔金属片43和防水过滤器44以及底部38之间保持所需间隙的垫片的加热器46B增加在烧结的多孔金属片43和防水过滤器44内进行安装的可靠性，同时，提高加热器46B本身的刚性。可以和检测元件39和温度补偿元件40一起安装在底部38上的加热器46B提供组装的优点。
加热器的第四实施例图14(A)-(C)所示的气体传感器25C的基本构造与所述的传感器相同。一个共同点是气体传感器25C通过凸缘30在阴极侧安装在排放通道24的安装座27上，并且圆柱形部段32插入安装孔28。另一共同点是圆柱形部段32的内部构成气体检测腔室34，凸缘33形成在其一端上，并且凸缘33的内侧构成标本气体入口35。并且第三个共同点是环形底部38设置在圆柱形部段32的另一端闭合的位置上，具有到达凸缘33的高度的圆柱形金属壁45设置在外侧，并且该对检测元件39和温度补偿元件40穿过所述底部38设置。
在此实施例中，位于标本气体流入方向上的管状加热器46C布置在检测元件39和温度补偿元件40之间。管状加热器46C布置有面向检测元件39和温度补偿元件40的热释放表面49C。即，附图所示的垂直表面是加热器46C的热释放表面49C。参考标记48C表示加热器46C的导线。
在此实施例中，进入标本气体入口35的标本气体在通过防水过滤器44和烧结的多孔金属片43之后沿着加热器46C引导到气体检测腔室34，并接着直接通过热释放表面49C加热。由此加热的标本气体继而加热检测元件39和温度补偿元件40。该实施例还通过采用加热器46C加热气体检测腔室34内部而延长检测元件39的寿命，其方式与所述实施例相同。特别是，在相同条件下暴露于标本气体并通过加热器46C加热的检测元件39和温度补偿元件40确保高度准确地确定标本气体的浓度。可以和检测元件39和温度补偿元件40一起安装在底部38上的加热器46B提供组装的优点。
第五实施例在图15(A)-(C)所示的实施例中，沿着底部38的表面定位的该对加热器46D布置在检测元件39和温度补偿元件40的外侧。即，检测元件39和温度补偿元件40以相同的距离布置在该对加热器46D之间。具有面向标本气体入口35的热释放表面49D的两个矩形加热器46D加热气体检测腔室34。参考标记48D表示加热器46D的导线。
通过采用加热器46D以所述实施例相同的方式直接加热气体检测腔室34内的标本气体，该实施例也延长了检测元件39的寿命。特别是，可以和检测元件39和温度补偿元件40一起安装在底部上的加热器46D有助于加热器46D的支承及其制造。
标本气体入口结构的描述以闭合入口的方式从气体检测腔室34内部将烧结的多孔金属片43和由例如聚四氟乙烯制成的防水过滤器44安装在标本气体入口35上。烧结的多孔金属片34和防水过滤器44从凸缘33内部安装。具有150μm-300μm厚度的防水过滤器44阻挡水滴的通过，同时使得水蒸气通过。
当厚度小于150μm时，防水过滤器44可被构成烧结的多孔金属片43的金属颗粒的突出部损坏。当厚度大于300μm时，防水过滤器44可增加气流的阻力，由此降低对于标本气体的响应和灵敏度。
当流过排出通道24的废气经由标本气体入口35、烧结的金属片43和防水过滤器44进入气体检测腔室34时，所述的氢传感器25可确定废气中氢的浓度。
当通过防水过滤器44防止废气中的水进入气体检测腔室34时，气体检测元件39和温度补偿元件40不变湿。这防止元件失效和氢传感器25的灵敏度降低，并延长其寿命。另外，在烧结的多孔金属片34的外侧设置防水过滤器44防止烧结的金属片34被水堵塞。
标本气体入口的第二实施例在图16所示的氢传感器25中，烧结的多孔金属片43和由例如聚四氟乙烯制成的防水过滤器44以闭合入口的方式从气体检测腔室34内部安装在标本气体入口35上。烧结的多孔金属片34和防水过滤器44从凸缘33内部安装。具有150μm-300μm厚度的防水过滤器44阻挡水滴的通过，同时使得水蒸气通过。
该实施例的特征在于标本气体入口35伸入排放通道24内部。即，圆柱形部段32和圆柱形壁45形成为使得标本气体入口35朝着排放通道24内的废气气流的下游向下倾斜(箭头A所示)。
以闭合入口的方式安装到标本气体入口35的烧结的多孔金属片34和防水过滤器44同样朝着废气气流的下游向下倾斜。当废气含有将要检测的氢气时，废气气流的方向与氢气的方向相同。
刚刚描述的氢传感器25防止水侵入气体检测腔室34并保持气体检测元件39不变湿。即使包含在废气中的水依附在防水过滤器44的外表面44a上，所依附的水沿外表面44a向下流动并被废气气流吹走。由此，没有水保持在防水过滤器44的外表面44a上。因此，防水过滤器44的外表面44a保持不被液体堵塞并使得气体连续流动。这确保气流不中断地进入气体检测腔室34并连续地检测废气中包含的氢气。
标本气体入口的第三实施例在图17所示的氢传感器25中，标本气体入口35伸入排放通道24的内部。即，圆柱形部段32和圆柱形壁45形成为使得标本气体入口35朝着排放通道24内的废气气流的下游向上倾斜(箭头A所示)。以闭合入口的方式安装到标本气体入口35的烧结的多孔金属片34和防水过滤器44同样朝着废气气流的下游向上倾斜。当废气含有将要检测的氢气时，废气气流的方向与氢气的方向相同。
刚刚描述的氢传感器25防止水侵入气体检测腔室34并保持气体检测元件39不变湿。另外，由于废气气流中一半的向上气流用作屏蔽，废气内包含的水不直接接触防水过滤器44，并因此防止依附到防水过滤器44的外表面44a。因此，防水过滤器44的外表面44a保持不被液体堵塞并使得气体连续流动。这确保气体不中断地流入气体检测腔室34，并连续地检测废气中包含的氢气。用作屏蔽的圆柱形部段32抑制气体流速对于氢传感器25的检测精度的影响。
标本气体入口的第四实施例图18所示的实施例在圆柱形部段内的排放通道24的端部处具有防水侵入盖50。防水侵入盖50在废气气流的上游侧(箭头A所示)从圆柱形部段32的边缘的大致半圆形部分伸出并具有朝着下游侧向下倾斜延伸的凸舌52。凸舌51在废气气流的下游侧上离开圆柱形部段32的边缘的大致半圆形部分。如图18(B)所示，凸舌51以如下方式设置，使得在平面图观看时大致覆盖标本气体入口35。因此，凸舌51与防水过滤器44隔开。
刚刚描述的氢传感器25防止水侵入气体检测腔室34并保持气体检测元件39不变湿。另外，防水侵入盖50阻挡废气中包含的水并保持水不到达标本气体入口35。因此，废气中包含的水不直接与防水过滤器44接触，因此防止依附到防水过滤器44的外表面44a上。因此，防水过滤器44的外表面44a保持不被液体堵塞，并使得气体连续流动。这确保气体不中断地流入气体检测腔室34，并连续地检测废气中包含的氢气。用作屏蔽的放水侵入盖50抑制气体流速对于氢传感器25的检测精度的影响。
凸缘和防水过滤器的液密结构的实施例在所述实施例中，水将防水过滤器44的外表面44a和凸缘33的内周边连接起来，以便防止水侵入其中。这种水可通过图19(A)和(B)以及图20所示的结构来代替。每个结构将参考相应附图进行描述。
图19(A)所示的实施例在圆柱形金属壁45内的排放通道24的内端处具有向内伸出的凸缘52。烧结的多孔金属片43和防水过滤器44安装在凸缘52的气体检测腔室侧。圆柱形金属壁45和烧结的多孔金属片43通过环形夹紧圆柱形金属壁45的外周边形成突出部53而紧密连接在一起。同样，凸缘52和防水过滤器44通过环形夹紧凸缘52而形成的突出部53’紧密连接在一起，由此防止水侵入。
图19(B)所示的实施例制备防水过滤器单元55，其包括连接到防水过滤器44的外周边上的环形树脂过滤器环54，过滤器44的外表面44a焊接在过滤器环54的整个内周边上。防水过滤器44和烧结的多孔金属片34叠置在一起，并放置在圆柱形金属壁45内，其中在过滤器环54和圆柱形金属壁45的凸缘52之间填充密封件。另外，圆柱形金属壁45的外周边被环形夹紧以便将圆柱形金属壁45和过滤器环54紧密连接，由此防止水侵入。在图19(B)中，参考标记57和58分别表示焊接部和夹子。
图20表示包括可更换盖60的实施例，烧结的多孔金属片43和防水过滤器44作为旋在圆柱形金属壁45上的一个单元组装在盖60内。
为了更加明确，圆柱形部段32比圆柱形金属壁45短。圆柱形金属壁45从圆柱形部段32伸出的部分形成螺纹部分45a。盖60包括安装在圆柱形树脂盖本体61上的防水过滤器44，其中防水过滤器44的外表面44a焊接在盖本体61的整个内周边上，并且烧结的多孔金属片43在盖本体61内安装在防水过滤器44的内部。在防水过滤器44的外侧上的盖本体61的内边缘构成标本气体入口35。在图20中，参考标记62表示焊接部。
盖60旋在螺纹部分45a上，并且密封件63填充在盖本体61和圆柱形部段32之间以便在其中保持气密。当氢传感器25安装在排放通道24内时，密封件36设置在圆柱形部段32的外表面和排放通道24的内壁之间，以便在其中保持气密。盖60便于安装和拆卸，并且因此有助于更换烧结的多孔金属片43和防水过滤器44。
其他实施例本发明不局限于所述的实施例。
例如，标本气体不局限于氢气，而可以是其他气体。气体传感器不局限于氢传感器，而可以适用于检测其他气体。另外，气体传感器不局限于从燃料电池组的阴极确定废气中氢浓度的氢传感器。
气体传感器不局限于接触燃烧式气体传感器，而可以用作金属氧化物半导体、气体导热性、红外传送、反射以及电化学气体传感器。
工业实用性本发明通过防止包含在通道内流动的气体内的水进入气体检测腔室，来防止元件变湿以及在气体检测腔室内出现水的凝结，从而防止元件的灵敏度降低和元件失效。本发明因此使得可以在固体聚合物薄膜式和其他类型的燃料电池组的阴极侧上准确地检测流过排放通道的热和潮湿标本气体。
权利要求
1.一种气体传感器，该传感器通过使用在标本气体与催化剂接触时产生燃烧的热量来从检测元件和温度补偿元件之间的电阻差确定标本气体浓度，布置在保持所述检测和温度补偿元件的壳体的标本气体入口处的防水过滤器和用于加热布置在所述标本气体入口和所述元件之间的标本气体的加热器相结合。
2.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器是芯片式电阻器。
3.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器布置在所述标本气体入口进行划分的位置上，并且导入部段分配输送标本气体到所述检测和温度补偿元件。
4.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器包括一对加热器，其各自具有沿着标本气体流动方向延伸的热释放表面，并且所述检测和温度补偿元件布置在所述对的加热器之间。
5.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器是圆柱形的，并轴向布置在标本气体流动的方向上，以便围绕所述检测和温度补偿元件。
6.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器布置在所述检测和温度补偿元件之间，使其热释放表面面向所述检测和温度补偿元件。
7.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述加热器包括一对加热器，其布置在所述检测和温度补偿元件之间，并安装在紧固所述检测和温度补偿元件的构件上。
8.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，在所述壳体的标本气体导入部段内以如下顺序从外侧设置防水过滤器和烧结的多孔金属片。
9.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述检测元件适用于检测氢，在所述壳体的标本气体导入部段内以如下顺序从外侧设置防水过滤器和烧结的多孔金属片，并且所述壳体适用于布置在固体聚合物薄膜式燃料电池组的阴极侧上的排放通道内。
10.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述壳体保持温度检测元件，并且所述加热器根据来自所述温度检测元件的信号控制热量产生的数量。
11.一种气体传感器，该传感器通过使用在标本气体与催化剂接触时产生燃烧的热量来从检测元件和温度补偿元件之间的电阻差确定标本气体浓度，布置在包括所述检测和温度补偿元件的壳体的标本气体导入部段内的防水过滤器和烧结的多孔金属片相结合。
12.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述标本气体导入部段朝着所述标本气体气流的下游向下倾斜。
13.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述标本气体导入部段朝着所述标本气体气流的下游向上倾斜。
14.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，防水侵入盖设置在所述防水过滤器的外侧并与离开所述防水过滤器。
15.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述防水过滤器包括具有150μm-300μm厚度的聚合物薄膜。
16.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述防水过滤器的周边焊接在所述标本气体导入部段上。
17.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，朝着所述防水过滤器伸出的环形突出部形成在所述标本气体导入部段与所述防水过滤器接触的区域内。
18.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述防水过滤器和烧结的多孔金属片通过安装防水过滤器单元来布置，该防水过滤器单元包括叠置在一起并紧固在所述标本气体导入部段中的一个环内的防水过滤器和烧结的多孔金属片。
19.如权利要求18所述的气体传感器，其特征在于，所述防水过滤器焊接在所述环上。
20.如权利要求18所述的气体传感器，其特征在于，所述环可拆卸地安装在所述标本气体导入部段内。
21.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述检测元件适用于检测氢，在所述壳体的标本气体导入部段内以如下顺序从外侧设置防水过滤器和烧结的多孔金属片，并且所述壳体适用于布置在固体聚合物薄膜式燃料电池组的阴极侧上的排放通道内。
22.一种气体传感器，该传感器通过使用在标本气体与催化剂接触时产生燃烧的热量来从检测元件和温度补偿元件之间的电阻差确定标本气体浓度，形成在保持所述检测和温度补偿元件的壳体的一个壁上的标本气体导入部段和加热布置在所述标本气体导入部段和所述元件之间的标本气体的加热器相结合。
全文摘要
一种氢传感器(25)具有其中形成气体检测腔室(34)的安装底板(29)、形成在所述安装底板(29)上并通向排放通道(24)以及将氢气引入气体检测腔室(34)的被检测气体入口(35)、保持在气体检测腔室(34)内并适用于检测氢气的气体检测元件(39)以及覆盖被检测气体入口(35)的防水过滤器(44)。
文档编号G01N27/16GK1615433SQ02827169
公开日2005年5月11日 申请日期2002年11月14日 优先权日2001年11月15日
发明者大谷晴一, 中村幸男, 古里守 申请人:理研计器株式会社