專利名稱：質子導體氣體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及質子導體氣體傳感器，特別是涉及其蓄水槽。
背景技術：
專利文獻1特開2000-146908(美國專利6200443)專利文獻2美國專利5650,054專利文獻3美國專利4820,386專利文獻4特開2002-350393專利文獻1～3公開了具有蓄水槽的質子導體氣體傳感器的結構。在專利文獻1中，分別在質子導體膜的內外設置檢測電極和對電極(対極)作為MEA，由疏水性的多孔的導電性碳片夾住MEA。上下的碳片由具有開口的一對金屬板夾著，并由密封墊片固定在蓄水槽的金屬罐上。蓄水槽的水蒸氣從下部金屬板的開口經疏水性的碳片到達對電極，周圍氛圍氣從上部金屬板的開口到達檢測電極。由此檢測電極和對電極發(fā)生必需的電極反應，根據電動勢及電流值，可以檢測出周圍氛圍氣中的檢測對象氣體。
但是在蓄水槽中收納液體的水時，由于蓄水槽溫度的急劇上升會導致蓄水槽內的空氣膨脹，產生水被擠出的問題。因此考慮使水凝膠化(專利文獻3)，但由于在聚丙烯酸系等吸水性聚合物中含有Na+等金屬離子，因此會產生污染MEA的問題。發(fā)明者因此研究了把天然高分子作為膠凝劑，但發(fā)現(xiàn)在高溫下凝膠體會溶膠化，對傳感器輸出產生影響。因此，需要金屬離子含有量少且高溫下不溶膠化的凝膠體。此外為了延長蓄水槽的有效壽命，優(yōu)選可以保持水的量大的膠凝劑。
在專利文獻2中，把金屬罐的下部作為蓄水槽，在其上部配置墊圈，把MEA置于墊圈上，在MEA的上側配置蓋子。其結果，金屬罐被連接至對電極，蓋子被連接至檢測電極。

發(fā)明內容
發(fā)明的課題本發(fā)明的課題為通過在蓄水槽中使用即使高溫也不會溶膠化的凝膠體，提高質子導體氣體傳感器的高溫耐久性。
在本發(fā)明追加的課題為提供膠凝劑的具體的組成。
在本發(fā)明追加的課題為不需要MEA和蓄水槽側的金屬板之間的疏水性碳片。
在本發(fā)明追加的課題為在除去MEA和金屬板之間的疏水性碳片時，利用蓄水槽側的金屬板設置氣體的分配路徑。
本發(fā)明的課題還有減小質子導體氣體傳感器的輸出偏差。
本發(fā)明的課題還有提供質子導體氣體傳感器的新結構。
發(fā)明的構成本發(fā)明為一種傳感器，在具有由質子導體膜、檢測電極和對電極構成的MEA的傳感器主體上，從蓄水槽供給水蒸氣，其特征在于，利用在分散介質的水中使分散體的無機微粒子分散的凝膠體，在上述蓄水槽中蓄水。
無機例子的組成是任意的，但優(yōu)選的是，制造無機微粒子容易的二氧化硅微粒子，特別是作為保水量大的膠凝劑，優(yōu)選的是，在氣相中分解硅的化合物的所謂干式法的二氧化硅。
此外優(yōu)選的是，上述傳感器主體，除了上述MEA之外，還具有在蓄水槽側有開口的金屬板，并且使MEA與上述金屬板直接接觸。金屬板的種類，從對質子導體膜中的磺酸等的耐蝕性的點上，優(yōu)選的是不銹鋼或鈦及鈦合金。
特別優(yōu)選的是，在上述金屬板的MEA側表面上設置氣體分配用的凹凸。凹凸的形狀任意，例如在金屬板的周邊側和中心側之間，設置氣體流路。
發(fā)明的作用和效果在本發(fā)明中，對質子導體氣體傳感器的蓄水槽使用凝膠化了的水，對其膠凝劑使用二氧化硅或氧化鋁等無機微粒子。這種膠凝劑一次粒子直徑例如約為5～50nm，凝膠化后，一次粒子連鎖為鏈狀，形成網狀的結構體(網狀結構)。水在網內保持，膠凝劑的鏈與鏈之間被分散介質的水充滿。并且在連續(xù)相的水中膠凝劑的鏈網狀地存在，通過該網而凝膠化。
在這種膠凝劑中例如具有二氧化硅的微粒子、氧化鋁的微粒子或二氧化鈦的微粒子等，特別優(yōu)選的是通過在氣相中分解硅、鋁、鈦等的化合物的所謂干式法得到的。由干式法得到的膠凝劑，可以使金屬離子的含有量極小例如在數ppm以下，即使在濕式法的情況下，也可以通過選擇制造條件使金屬離子的含有量極小。這是因為與使用了丙烯酸聚合物等合成高分子的膠凝劑不同，并不是利用起因于聚合物中的金屬離子的浸透壓力而使水凝膠化。此外，使用無機微粒子作為膠凝劑的凝膠體，與把合成高分子或天然高分子作為膠凝劑的情況不同，即使在70℃下也不會溶膠化。因此，很少出現(xiàn)污染MEA的問題，使氣體傳感器的高溫耐久性提高。進而由于不含營養(yǎng)成分因而雜菌不會繁殖，因此無需防腐劑，就不需要考慮由于防腐劑而產生的MEA的污染。
把由干式法得到的無機微粒子作為膠凝劑時，由少量的膠凝劑就可以保持大量的水。例如在干式法二氧化硅的情況下，可以使凝膠體中膠凝劑的量為10～30wt％，甚至18～25wt％，凝膠體中大部分為水。相對于此，一般的硅膠通過濕式法制造，例如把硅酸納在水中加水分解，調整一次粒子直徑或比表面積來制造。濕式法的硅膠用作吸附劑等，能夠保持的水的量為凝膠體干燥重量的10wt％以下。因此在蓄水槽中只能儲蓄少量的水，氣體傳感器的壽命或水的補給的間隔變短。
膠凝劑的制法是任意的，但可以使用硅的氣相化合物的熱分解、例如SiCl4或SiHCl3的水蒸氣等的熱分解等制造。在氣相中的熱分解得到的粒子大致為球狀，粒子直徑極小，例如約為5～50nm。膠凝劑的組成優(yōu)選的是，例如通過氣相化合物的熱分解得到微粒子，特別優(yōu)選的是使用了可以通過SiCl4等的熱分解制造的二氧化硅微粒子的膠凝劑。
使蓄水槽的水凝膠化后，不會出現(xiàn)液體的水到達MEA的問題，在MEA及配置于其蓄水槽側的金屬板之間，不需要疏水性碳片。疏水性碳片為燃料電池用的高價的部件，如果可以不需要的話，就可以降低質子導體氣體傳感器的成本。
如CO傳感器、NH3傳感器、H2S傳感器等，檢測氫以外的氣體時，需要降低氫的靈敏度。發(fā)明者使MEA的對電極直接與蓄水槽側的金屬板接觸后，對CO等的氫的相對靈敏度增加。而在金屬板的表面設置凹凸后，可以減小氫的相對靈敏度。
在MEA的蓄水槽側配置對電極時，若使對電極直接與金屬板接觸，且金屬板的表面為鏡面或者平滑的話，則在對電極與金屬板之間難以產生氫的擴散路徑。對此，在金屬板的表面設置凹凸后，該凹凸變?yōu)闅涞臄U散路徑，繞入對電極側的氫通過凹凸擴散至對電極側的幾乎整個面，與檢測電極側的氫的靈敏度相互消除，可以降低氫的靈敏度。此外，在蓄水槽側設置檢測電極時，使用金屬板表面的凹凸，可以把檢測對象氣體分配至檢測電極的幾乎整個面。
根據發(fā)明者的經驗，由于質子導體膜或其電極不在正確的位置，或沒有均勻地控制向質子導體膜的氣體的擴散等，質子導體氣體傳感器的靈敏度產生偏差。其中，若為質子導體膜等的位置的原因，由于傳感器輸出的變動劇烈，與其說是偏差，倒不如說氣體傳感器故障。由于傳感器輸出與擴散的容易程度呈比例，因此擴散的控制不均成為傳感器輸出的偏差的原因。該要素為傳感器輸出的偏差中的最大的原因。
其中在蓋子上均勻地設置小徑的氣體導入孔控制擴散很困難，但在與蓋子分開的金屬板上設置正確直徑的氣體導入孔控制擴散就比較容易。因此在本發(fā)明中，可以降低氣體傳感器的輸出偏差。
在本發(fā)明的質子導體氣體傳感器中，把MEA和其上下一對導電板夾在樹脂制成的環(huán)狀部件上，凸緣從上下按壓固定。在該氣體傳感器中，由于可以通過使環(huán)狀部件受熱變形形成并制造至少一方的凸緣，因此不需要填隙。因此沒有因填隙而產生的MEA的位置偏離，此外由于也不需要螺絲固定，因此可以得到小型且低成本的質子導體氣體傳感器。
在這種質子導體氣體傳感器的制造方法中，例如在樹脂制成的環(huán)狀部件上設置MEA和上下一對導電板，使該部件受熱變形，夾住上下一對導電板，因此無需填隙或螺絲固定就可以制造質子導體氣體傳感器。


圖1為實施例的質子導體氣體傳感器的剖面圖。
圖2為表示從實施例的質子導體氣體傳感器中的封孔體至MEA的部件的圖。
圖3為以俯視圖及水平剖面視圖表示實施例的質子導體氣體傳感器中的下部金屬板的圖。
圖4為變形例的下部金屬板的俯視圖。
圖5為下部金屬板的其他的變形例的俯視圖。
圖6為表示其他的變形例中的擴散控制板和上部碳片的圖。
圖7為表示圖6的變形例中的傳感器主體的剖面圖。
圖8為表示實施例的質子導體氣體傳感器的裝配工序的工序圖。
圖9為表示實施例的質子導體氣體傳感器的70℃的耐久特性的特性圖。
圖10為表示現(xiàn)有例的質子導體氣體傳感器的70℃的耐久特性的特性圖。
圖11為第二實施例的質子導體氣體傳感器中的傳感器主體的剖面圖。
圖12為表示第二實施例中的傳感器主體的分解狀態(tài)的圖。
圖13為表示第二實施例中的傳感器主體的組裝工序的圖。
具體實施例方式
圖1～圖9表示實施例及其變形。在圖1～圖3中，2為質子導體氣體傳感器，4為傳感器主體，由MEA10、擴散控制板12以及封孔體14和金屬墊圈28構成。MEA10，如圖2所示，在質子導體膜42的擴散控制板12側設置有檢測電極44，在墊圈28側設置有對電極46。另外可以交換檢測電極與對電極的配置，此時，也可以在質子導體膜42上設置貫通孔，把周圍氛圍氣供給至檢測電極，從周圍氛圍氣中密封對電極側。此時，在墊圈28設置后述的水蒸氣導入孔30，把來自蓄水槽的水蒸氣供給至檢測電極。
擴散控制板12由不銹鋼或鈦等的薄板構成，厚度例如大約為0.1mm，利用沖孔等設置直徑大約0.1mm的擴散控制孔26。也可以使用碳氟樹脂等氣體透過性膜代替金屬的擴散控制板12進行擴散控制。封孔體14在擴散控制板12的上游側，用于除去作為催化劑中毒物質及導致錯誤通報的氣體，由金屬的蓋子16和金屬的底板18構成，在其中間填充有由吸附氣體用的活性炭、硅膠、沸石等構成的過濾材料20。該硅膠為二氧化硅呈連續(xù)相、用于吸附氣體的一般的硅膠。此外在一般的硅膠中，能夠保持的水的量為凝膠體的干燥重量的10％以下。另外，保水量是指例如在倒置裝有凝膠體的容器時，即使經過1天以上也可以不流出而保持的水的量。
在底板18的例如中央部有開口22，在蓋子16的側面設置有開口24，沿著封孔體14的軸方向不重疊地配置開口22和開口24。并且優(yōu)選的是設置多個開口22、24的至少一方。如此把過濾材料20的全部區(qū)域用作過濾，延長其壽命。墊圈28由不銹鋼或鈦等金屬板構成，與擴散控制板12相比壁厚例如為0.5mm，在一處～多處設置水蒸氣導入孔30，把來自蓄水槽的水蒸氣供給至對電極。使水蒸氣導入孔30的直徑例如為大約0.5mm，比擴散控制孔26大。
32為金屬罐，34為把粉末狀的干式法的二氧化硅作為膠凝劑、將純水凝膠化的凝膠體，為立方體狀、圓柱狀等適宜的形狀。36為凹部，支撐金屬墊圈28，38為密封墊片，配置于封孔體14和金屬罐32之間。并且通過填縫金屬罐32的上部，將傳感器主體相對金屬罐32固定，使封孔體14與金屬罐32絕緣，進行在傳感器4各部分的電導通與密封。
圖2、圖3表示傳感器主體各部分的結構，在擴散控制板12的周圍氛圍氣側具有封孔體14，在擴散控制板12的MEA10側的底面上，例如放射狀地配置有與擴散控制孔26連通的多個溝槽40。溝槽40沿著擴散控制板12的表面分配從擴散控制孔26供給的周圍氛圍氣，并供給至檢測電極的各部分。另外，溝槽40為任意的形狀，也可以與擴散控制孔26連通，利用擴散控制板12表面的凹凸形成氣體的流路。
在墊圈28側，從與MEA10重疊的位置的稍稍外周側向水蒸氣導入孔30側設置多個溝槽48。在此，使溝槽48與水蒸氣導入孔30連通，但也可以如圖4的墊圈50那樣，不使溝槽52與水蒸氣導入孔30連通。溝槽48、52，把從擴散控制孔26至MEA10的外側擴散的氫，再度沿著墊圈28等的表面供給至對電極。
氫由于擴散系數大從而密封困難，因此可以在MEA10的外周迂回從而到達溝槽48、52。相對于此，作為檢測對象的CO等由于擴散系數小，因此幾乎可以忽視經MEA10外周的擴散。氫被從溝槽48、52供給至對電極側時，檢測電極側的氫靈敏度與對電極側的氫靈敏度互相消除，可以降低相對CO等檢測對象氣體的氫的相對靈敏度。另外，在此使檢測對象為CO，但也可以為氨、H2S、NOx、SOx等。此外，設置于墊圈的凹凸不限于溝槽，可以為任意的形狀，也可以為能夠從MEA10的周圍向對電極側擴散氫的流路。例如在圖5的墊圈54，設置滾花狀的溝槽56，使氫擴散。
在實施例中，在擴散控制板12上設置溝槽40以供給檢測對象氣體，但也可以在擴散控制板12與MEA10之間配置碳片以供給周圍氛圍氣。在圖6、圖7中表示這種例子。64為不銹鋼或鈦等金屬的擴散控制板，在其中央部通過沖孔等設置直徑大約0.1mm的擴散控制孔26。使封孔體14的底板例如為厚度0.5mm的不銹鋼，通過蝕刻設置直徑大約0.1mm的擴散控制孔，即通過蝕刻設置直徑為深度的1/5的孔。如此，由于蝕刻精度不足，氣體傳感器的輸出分布出現(xiàn)標準偏差，變?yōu)樵趫D6、圖7的實施例中的輸出分布的3～4倍。與封孔體14分開設置比封孔體的底板壁薄的擴散控制板64等，通過沖孔等設置比底板等的開口直徑小的擴散控制孔26，由此得到均一的氣體傳感器的輸出。在擴散控制板64與MEA10之間設置碳片66。碳片66為壁厚大約數10～100μm的部件，多孔且具有疏水性，并且具有導電性。此外，碳片也可以設置在MEA10與墊圈28之間。這種情況下，不需墊圈28等的溝槽。
圖8表示氣體傳感器2的裝配順序。作為二氧化硅的微粒子，使用在氣相中水解SiCl4得到的二氧化硅的微粒子。該微粒子的粒子直徑大約為5～50nm，呈球狀。此外，由于在氣相中進行熱分解，因此Na離子等的含有量極少，干燥時的容積密度為50～100g/L，比表面積為大約200m2/g。
向該二氧化硅的微粒子加水，同時利用みずほ工業(yè)(株)制的超攪拌機(ウルトラミキサ一)施加剪切力并攪拌。其間，由于剪切力，二氧化硅微粒子的網破裂，表觀的粒子直徑從10～100μm減少至例如1μm或1μm以下，結束攪拌并靜置，由觸變性而凝膠化。通過靜置，凝膠劑粒子的表觀的平均粒子直徑再次增加到10μm或10μm以上。這表示二氧化硅微粒子的鏈由于攪拌而破裂，而通過靜置則鏈再度成長而形成網。并且，保持有液態(tài)的水，其充滿重新形成的網的內部，也就是二氧化硅的鏈與鏈之間。得到的凝膠體穩(wěn)定，即使放置也不會溶膠化，所得到的凝膠體或形狀不變，或被剪切為圓柱狀、立方體狀等希望的形狀，并被收納到金屬罐內。凝膠體的組成例如為20wt％的干式二氧化硅微粒子、80wt％的水。并且在金屬罐的凹陷部的上部設置墊圈、MEA以及擴散控制板，設置封孔體和密封墊片，填隙金屬罐。然后檢查完成的氣體傳感器。
圖9、圖10中表示質子導體氣體傳感器的高溫耐久性。圖9表示圖1～圖3的實施例的氣體傳感器2的特性，以最大/最小的范圍表示10個氣體傳感器的輸出。圖10表示5個傳感器的輸出分布，其中的傳感器使用了淀粉系的多糖類的角叉菜膠作為膠凝劑。另外，在實施例中加入膠凝劑的4倍重量的水，而在現(xiàn)有例中加入了膠凝劑的5倍重量的水。把這些傳感器在70℃的氛圍氣中保管，有時取出至常溫常濕的氛圍氣，測定了在CO 300ppm中的輸出?？v軸的輸出為放大電路的輸出，實際上為任意單位。
在實施例中，即使在70℃下經過40天以上，在輸出上也沒有出現(xiàn)很大的變化。相對于此在圖10的現(xiàn)有例中，大約5天后就發(fā)現(xiàn)輸出降低，經過20天以上時，所有傳感器的輸出與初始值相比變動了很大。然后，分解高溫耐久后的傳感器以研究凝膠體時，在實施例中凝膠體的形狀仍為初始的形狀，但在現(xiàn)有例中凝膠體的形狀破裂，被認為在高溫下凝膠體溶膠化。并且溶膠化的凝膠體從水蒸氣導入孔向MEA浸入，傳感器的特性發(fā)生變化。
除此以外，發(fā)明者還使用聚丙烯酸等合成高分子系的膠凝劑試作了氣體傳感器。在這種氣體傳感器中，在70℃下老化數日以上后，對CO的輸出不可逆轉的降低了。此外，合成高分子系的膠凝劑，由于大量含有Na+離子等堿金屬離子，溶膠化時MEA會被金屬離子污染。
在角叉菜膠等天然高分子膠凝劑中，以手指觸摸凝膠體在室溫放置1周后，會發(fā)現(xiàn)雜菌擴散到凝膠體的全部。相對于此，在把微粒子的二氧化硅作為膠凝劑的凝膠體中，即使以手指觸摸，雜菌也僅在該位置繁殖，而并不擴散到其他的位置。這意味著把無機物的微粒子作為膠凝劑時，在膠凝劑中不存在雜菌的能源，因此不能增殖。在如此使用了無機物的微粒子的膠凝劑中，無需添加防腐劑。
作為膠凝劑的示例表示了干式法的二氧化硅，但并不限于此。膠凝劑，優(yōu)選的是，為無機物，因此無需防腐劑且在高溫下難以溶膠化，并且堿金屬離子等金屬離子及氯離子等陰離子的含有量少，例如這些的合計在100wtppm以下，保水能力高，例如使凝膠體中的膠凝劑的干燥重量為30wt％以下，即使倒置凝膠體，凝膠體也不會流出。從結構方面看，優(yōu)選的是，膠凝劑的微粒子連鎖為鏈狀構成網，在網的內部收納水。此時，水存在于鏈與鏈之間。因此，可以通過攪拌等使加入了膠凝劑的水溶膠化，而通過其后的靜置或加熱等凝膠化。制造時的凝膠體狀的膠凝劑濃度，例如為10～30wt％，優(yōu)選的是18～25wt％。從材料方面看，在膠凝劑中除了干式法的二氧化硅之外，還有干式法的氧化鋁。
另外，一般用作干燥劑的硅膠，是通過加水分解硅酸鈉得到的，大量含有Na+離子等雜質。此外，可以保持的水的量少，為硅膠的干燥重量的10wt％以下。質子導體氣體傳感器的壽命依賴于從蓄水槽供給的水蒸氣的量，因此使用含水率低的凝膠體是不實用的。
實施例2圖11～圖13表示第二實施例。在這些圖中，102為傳感器主體，使用了MEA104，該MEA104在質子導體膜106一側的表面上設置了對電極108，在另一側的表面上設置了檢測電極110。質子導體膜106使用固體高分子質子導體的膜等。在MEA104的檢測電極110側的表面上層積碳膜112，在對電極108側的表面上層積碳膜114。碳膜112、114，例如為把多孔的碳片通過碳氟樹脂等疏水化了的導電性的多孔膜，進行向檢測電極110及對電極108的氣體的分配，以及與后述的金屬板118、122的導電性接觸。檢測電極110側的碳膜112把氛圍氣中的氣體分配到檢測電極110，對電極108側的碳膜114把來自蓄水槽的水蒸氣分配到對電極108。另外也可以不設置對電極108側的碳膜114。
116為環(huán)狀彈性體，例如使用聚氨酯類的彈性材料。118、122為金屬板，例如使用不銹鋼或鈦的薄板等，120為在對電極108側的金屬板118上設置的開口，從如圖1所示的蓄水槽導入水蒸氣。124為在檢測電極110側的金屬板122上設置的擴散控制孔。彈性體116在金屬板118、122之間，密封MEA104的周邊，防止周圍氛圍氣從檢測電極110側向對電極108側的繞入，或周圍氛圍氣等從后述的主體罩140與金屬板118、122的間隙的繞入。
對電極108側的金屬板118例如使用壁厚約0.5mm的金屬板，開口120例如直徑約為0.5mm，通過蝕刻或沖壓的沖孔等形成。擴散控制孔124的孔徑的精度非常重要，為比開口120小的開口。因此使檢測電極110側的金屬板122比金屬板118薄，例如由壁厚約0.1mm的金屬板構成，擴散控制孔124，為了增加孔徑的精度，由沖壓的沖孔形成。另外，由于金屬板122的壁厚較小，因此也可以通過蝕刻形成擴散控制孔124，但與沖孔相比，由于過量蝕刻或蝕刻不足，孔徑的偏差增加。
126為封孔體，由金屬蓋子128和下部金屬板130構成，在其間填充活性炭、硅膠或沸石等過濾材料132，從氣體導入孔134、136把周圍的氛圍氣供給至擴散控制孔24。并且通過過濾材料132除去成為中毒氣體或導致錯誤通報的氣體。氣體導入孔134、136，至少其中之一配置在從封孔體126的軸方向中心離開的位置，其中在封孔體126的軸方向中心配置氣體導入孔134，在金屬蓋子128的側面設置多個氣體導入孔136。如此全體地使用過濾材料132，使其壽命延長。另外，也可以不設置下部金屬板130，而通過直接焊接等在金屬蓋子128上安裝設置了擴散控制孔124的金屬板122。
140為樹脂制成的主體罩，為環(huán)狀的部件，樹脂的材料優(yōu)選的是使用熱可塑性樹脂，例如使用聚丙烯、ABS、尼龍、丙稀樹脂、聚碳酸酯等。主體罩140也可以使用熱硬性樹脂，但在熱變形前成型為環(huán)狀比較困難。主體罩140也可以使用橡膠態(tài)的樹脂，通過橡膠的彈力從上下按壓金屬板118、122，但橡膠態(tài)的樹脂在70℃的高溫下暴露時產生氣體，會對MEA104產生影響。
142為主體罩140的底部，在主體罩140成形時從最初就成形為這種形狀。144為側部，145為其內側的溝槽部，146為傳感器主體102組裝時通過熱變形設置的頂部。主體罩140，在側部144內側的溝槽部145，收納了從金屬板118到下部金屬板130，通過作為一對凸緣的底部142和頂部146將其夾住，通過底部142和頂部146之間的按壓力固定封孔體126～金屬板118，同時確保其間的氣密性和電連接。
在熱可塑性樹脂的軟化溫度附近加熱主體罩140的上部，同時對封孔體126側施加力，則主體罩140的上部熱變形而形成頂部146。由于隨著其后的冷卻頂部146收縮，因此產生從頂部146向底部142的按壓力。通過這些按壓力，確保下部金屬板130和金屬板122的電氣接觸，同樣地確保金屬板122和碳膜112、碳膜112和檢測電極110間的電連接。與之相同，確保金屬板118和碳膜114、以及碳膜114和對電極8間的電連接。此外，通過頂部146和底部142間的按壓力確保氣密性，例如可以遮斷通過例如下部金屬板130的周邊及金屬板118的周邊等繞入的氣體。
由于利用頂部146的熱變形后的按壓力固定傳感器主體102，因此沒有如填隙等施加沖擊。在發(fā)明者的經驗中，利用填隙把MEA104及碳膜112、114等定位于金屬板118、122之間，則碳膜112、114及MEA104以約5％的頻度發(fā)生位置偏移。發(fā)生了位置偏移的傳感器變?yōu)榱淤|品，但由于在利用熱變形時并沒有機械性沖擊，因此不會發(fā)生這種問題。此外，通過利用了熱變形后的收縮力的按壓，可以沿著下部金屬板130和金屬板118的周方向大致均勻地施加壓力。
圖12中表示傳感器102的主要部分的分解狀態(tài)，在靠近MEA104的檢測電極110處有碳膜112，在靠近對電極108處有碳膜114。碳膜112、114及MEA104，分別為膜厚約數十微米的部件，直徑相同，環(huán)狀彈性體116環(huán)繞在其周圍。在碳膜114的下側有厚金屬板118，設置直徑大的開口120。相對于此，在碳膜112的上側有薄金屬板122，通過沖孔加工設置直徑約0.1mm的擴散控制孔124。然后與金屬板122重疊，配置封孔體126。
圖13表示傳感器主體102的裝配工序。在罩的底部142上設置MEA104和碳膜112、114、金屬板118、122以及封孔體126。然后向下部金屬板130側加熱罩的上部并且按壓，則通過熱變形形成頂部146。由此向主體罩140的裝配結束，罩140冷卻后，由于頂部146的收縮力，而在底部142和頂部146之間產生上述按壓力。并且通過該按壓力對傳感器主體102的各部件進行定位，確保電接觸及必要的氣密性。
在實施例中事先形成底部142，然后在傳感器主體102組裝時使頂部146熱變形，但也可以相反地事先形成頂部146，然后在傳感器主體102組裝時使底部142熱變形。此外，封孔體126為用于收納過濾材料132的部件，也可以不特別設置，此外，不需要把封孔體126與金屬板118、122等一體地組裝到主體罩140上。
權利要求
1.一種質子導體氣體傳感器，在具有由質子導體膜、檢測電極和對電極構成的MEA的傳感器主體上，從蓄水槽供給水蒸氣，其特征在于，利用在分散介質的水中使分散體的無機微粒子分散的凝膠體，在上述蓄水槽中蓄水。
2.根據權利要求1所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，所述凝膠體中的無機微粒子為二氧化硅的微粒子。
3.根據權利要求2所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，所述二氧化硅的微粒子是在氣相中分解硅化合物得到的。
4.根據權利要求1所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，所述傳感器主體，除了所述MEA之外，還具有在蓄水槽側有開口的金屬板，且使MEA與所述金屬板直接接觸。
5.根據權利要求4所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，在所述金屬板的MEA側的表面上設置分配氣體用的凹凸。
6.根據權利要求1所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，在所述MEA的蓄水槽的相反側，設置具有用于導入周圍氛圍氣的開口的蓋子，在該蓋子和MEA之間，配置具有擴散控制孔的薄板，該擴散控制孔與蓋子的開口連通且比蓋子的開口的直徑小。
7.根據權利要求1所述的質子導體氣體傳感器，其特征在于，在所述傳感器主體，MEA被夾在上下一對導電板之間，由在環(huán)的內側具有上下一對凸緣和其間具有溝槽的樹脂制成的環(huán)狀部件，保持所述上下一對導電板的周緣部，并利用上下環(huán)狀部件的凸緣按壓而固定導電板和MEA。
8.一種質子導體氣體傳感器，在具有由質子導體膜、檢測電極和對電極構成的MEA的傳感器主體上，從蓄水槽供給水蒸氣，其特征在于，在所述MEA的蓄水槽的相反側，設置具有用于導入周圍氛圍氣的開口的蓋子，在該蓋子和MEA之間，配置具有擴散控制孔的薄板，該擴散控制孔與蓋子的開口連通且比蓋子的開口的直徑小。
9.一種質子導體氣體傳感器，具有在質子導體膜的內外至少設置了檢測電極和對電極的MEA，被夾在上下一對導電板之間的傳感器主體；和蓄水槽；其特征在于，由在環(huán)的內側具有上下一對凸緣和其間具有溝槽的樹脂制成的環(huán)狀部件，保持所述上下一對導電板的周緣部，并利用上下環(huán)狀部件的凸緣按壓而固定導電板和MEA。
全文摘要
在蓄水槽中使用即使在高溫下也不會溶膠化的凝膠體，使質子導體氣體傳感器的高溫耐久性提高。向二氧化硅的微粒子加水，同時施加剪切力并攪拌而使其凝膠化。把該凝膠體(34)收納在質子導體氣體傳感器(2)的蓄水槽中，并從水蒸氣導入孔(30)供給至MEA(10)。
文檔編號G01N27/407GK1672042SQ0381828
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權日2002年7月31日
發(fā)明者井上智弘, 大越秀樹, 兼安一成 申請人:費加羅技研株式會社