JP2003107044A - Element and device for oxygen pump - Google Patents

Element and device for oxygen pump

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JP2003107044A
JP2003107044A JP2001301722A JP2001301722A JP2003107044A JP 2003107044 A JP2003107044 A JP 2003107044A JP 2001301722 A JP2001301722 A JP 2001301722A JP 2001301722 A JP2001301722 A JP 2001301722A JP 2003107044 A JP2003107044 A JP 2003107044A
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Japan
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electrode
auxiliary electrode
oxygen
auxiliary
oxygen pump
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Application number
JP2001301722A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nagai
彪 長井
Yu Fukuda
祐 福田
Naoko Ubukawa
直子 生川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that an oxygen pump device becomes complicated and high-cost because a temperature sensor must be provided separately. SOLUTION: By using the oxygen pump element in which a cathode electrode 2 and a first auxiliary electrode 3 are formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate 1 and in which an anode electrode 4 and a second auxiliary electrode 5 are formed on the other surface, the temperature of the substrate 1 is detected based on of an oxygen ion current and based on the potential difference between the electrode 3 and the electrode 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は酸素ポンプに関する
ものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の酸素ポンプ素子は以下の
ようなものであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of oxygen pump element has been as follows.

【0003】特開平11−94792号公報では、酸素
イオン導電性を有する固体電解質基板の両面に作用電極
を形成した酸素ポンプが開示されている。しかし、前記
公報には、温度検出機能を備えた酸素ポンプ素子につい
て何ら記載されていない。
JP-A-11-94792 discloses an oxygen pump in which working electrodes are formed on both surfaces of a solid electrolyte substrate having oxygen ion conductivity. However, the above publication does not describe any oxygen pump element having a temperature detecting function.

【0004】特表平10−500450号公報では、酸
素ポンプ素子の近傍に熱電対を配置して、酸素ポンプ素
子を適切な動作温度に保持する装置が開示されている。
しかし、この公報でも、温度検出機能を備えた酸素ポン
プ素子について何ら記載されていない。
Japanese Patent Publication No. 10-500450 discloses a device in which a thermocouple is arranged near the oxygen pump element to maintain the oxygen pump element at an appropriate operating temperature.
However, this publication also does not describe any oxygen pump element having a temperature detecting function.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記各公知公報でも酸
素ポンプ素子は温度検出機能を有していない。従って、
酸素ポンプ素子を適切な動作温度に保持するには、酸素
ポンプ素子近傍に配置された熱電対などの温度センサか
らの信号を利用する必要があった。
Even in the above-mentioned publicly known publications, the oxygen pump element does not have a temperature detecting function. Therefore,
In order to maintain the oxygen pump element at an appropriate operating temperature, it was necessary to use a signal from a temperature sensor such as a thermocouple arranged near the oxygen pump element.

【0006】このため、温度センサを別途備えなければ
ならないので、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高
価格になるという課題があった。また、温度センサの温
度は酸素ポンプ素子と温度センサの相対的な位置関係に
よっても影響されるので、酸素ポンプ素子の温度との対
応精度が充分でないという課題もあった。
Therefore, since the temperature sensor must be additionally provided, there is a problem that the oxygen pump device becomes complicated and the cost becomes high. Further, since the temperature of the temperature sensor is affected by the relative positional relationship between the oxygen pump element and the temperature sensor, there is a problem that the accuracy of correspondence with the temperature of the oxygen pump element is not sufficient.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の酸素ポンプ素子
は、酸素イオン導電性基板の一方の表面にカソード電極
および第1補助電極を、他の表面にアノード電極および
第2補助電極を形成し、カソード電極とアノード電極が
対向した構成である。
In the oxygen pump element of the present invention, a cathode electrode and a first auxiliary electrode are formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate, and an anode electrode and a second auxiliary electrode are formed on the other surface. The cathode electrode and the anode electrode face each other.

【0008】上記発明によれば、第1補助電極と第2補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板の温度、すなわち、酸素ポンプ
素子の温度が検出できる。
According to the above invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be detected, and the oxygen ion current can also be detected. Since the value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be obtained from these amounts, the temperature of the substrate, that is, the temperature of the oxygen pump element can be detected from the resistance temperature characteristic of the substrate.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1にかかる酸素ポ
ンプ素子は、酸素イオン導電性基板の一方の表面にカソ
ード電極および第1補助電極を、他の表面にアノード電
極および第2補助電極を形成し、カソード電極とアノー
ド電極が対向した構成である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An oxygen pump element according to claim 1 of the present invention comprises a cathode electrode and a first auxiliary electrode on one surface of an oxygen ion conductive substrate, and an anode electrode and a second auxiliary electrode on the other surface. And a cathode electrode and an anode electrode face each other.

【0010】上記発明によれば、第1補助電極と第2補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板、すなわち、酸素ポンプ素子の
温度が検出できる。
According to the above invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be detected, and the oxygen ion current can also be detected. Since a value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be obtained from these amounts, the temperature of the substrate, that is, the oxygen pump element can be detected from the resistance-temperature characteristic of the substrate.

【0011】本発明の請求項2にかかる酸素ポンプ素子
では、酸素イオン導電性基板の周囲に第1補助電極と第
2補助電極が対向して配置されているので、両補助電極
の面積を大きくでき、従って、両補助電極間の内部抵抗
を低減できる。
In the oxygen pump element according to claim 2 of the present invention, since the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are arranged around the oxygen ion conductive substrate so as to face each other, the area of both auxiliary electrodes is large. Therefore, the internal resistance between both auxiliary electrodes can be reduced.

【0012】本発明の請求項3にかかる酸素ポンプ素子
では、第1補助電極および第2補助電極の幅が(0.5
〜0.1)mmであるので、酸素イオン導電性基板内の等
電位線の乱れを小さくできる。
In the oxygen pump element according to claim 3 of the present invention, the widths of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are (0.5
.About.0.1 mm, the disturbance of equipotential lines in the oxygen ion conductive substrate can be reduced.

【0013】本発明の請求項4にかかる酸素ポンプ素子
では、カソード電極、第1補助電極、アノード電極およ
び第2補助電極が同じ電極材料で構成されているので、
電極形成工程が簡素化できる。
In the oxygen pump element according to claim 4 of the present invention, since the cathode electrode, the first auxiliary electrode, the anode electrode and the second auxiliary electrode are made of the same electrode material,
The electrode forming process can be simplified.

【0014】本発明の請求項5にかかる酸素ポンプ素子
では、酸素イオン導電性基板の周辺部に一端の開いた開
口部を有するカソード電極および同形状のアノード電極
が対向して配置されているので、両電極の面積を大きく
でき、従って、大きな酸素イオン電流が得られる。
In the oxygen pump element according to the fifth aspect of the present invention, the cathode electrode having the opening having one end opened and the anode electrode having the same shape are arranged to face each other in the peripheral portion of the oxygen ion conductive substrate. The area of both electrodes can be increased, and thus a large oxygen ion current can be obtained.

【0015】本発明の請求項6にかかる酸素ポンプ素子
では、カソード電極およびアノード電極を除いた酸素イ
オン導電性基板表面は絶縁性膜で被覆されているので、
第1補助電極と第2補助電極間の電位差を安定して測定
できる。
In the oxygen pump element according to claim 6 of the present invention, since the surface of the oxygen ion conductive substrate excluding the cathode electrode and the anode electrode is covered with an insulating film,
The potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be measured stably.

【0016】本発明の請求項7にかかる酸素ポンプ素子
では、絶縁性膜が硝子焼成膜であるので、簡素な工程で
製造できる。
In the oxygen pump element according to the seventh aspect of the present invention, the insulating film is the glass firing film, so that it can be manufactured by a simple process.

【0017】本発明の請求項8にかかる酸素ポンプ装置
は、直流電源と、酸素ポンプ素子と酸素イオン電流検出
手段が直列に接続され、また、第1補助電極と第2補助
電極間に電位差検出手段が接続された構成である。従っ
て、酸素ポンプの動作中に常時イオン電極と電位差をモ
ニタできる。
In the oxygen pump device according to claim 8 of the present invention, a DC power source, an oxygen pump element and an oxygen ion current detecting means are connected in series, and a potential difference is detected between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode. The means is connected. Therefore, the potential difference with the ion electrode can be constantly monitored during the operation of the oxygen pump.

【0018】本発明の請求項9にかかる酸素ポンプ装置
では、第1補助電極がカソード電極の周囲に配置され、
また、第2補助電極がアノード電極の周囲に配置されて
いるので、電圧検出手段の入力抵抗を10MΩ以上にす
ることにより、第1補助電極と第2補助電極間の電位差
を正確に検出できる。
In the oxygen pump device according to claim 9 of the present invention, the first auxiliary electrode is arranged around the cathode electrode,
Further, since the second auxiliary electrode is arranged around the anode electrode, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be accurately detected by setting the input resistance of the voltage detecting means to 10 MΩ or more.

【0019】本発明の請求項10にかかる酸素ポンプ装
置では、一端の開いた開口部を有するカソード電極が酸
素イオン導電性基板の一方の表面の周辺部に配置され、
この開口部に第1補助電極が配置され、他方、第1補助
電極に対向して第2補助電極が配置されているので、電
圧検出手段の入力抵抗を100MΩ以上にすることによ
り、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を正確に検
出できる。
In the oxygen pump device according to the tenth aspect of the present invention, the cathode electrode having the opening portion whose one end is opened is arranged at the peripheral portion of one surface of the oxygen ion conductive substrate,
Since the first auxiliary electrode is arranged in this opening and the second auxiliary electrode is arranged so as to face the first auxiliary electrode, the first auxiliary electrode is made to have an input resistance of 100 MΩ or more. The potential difference between the electrode and the second auxiliary electrode can be accurately detected.

【0020】本発明の請求項11にかかる酸素ポンプ装
置は、酸素イオン電流検出手段および電位差検出手段に
抵抗値演算手段を接続した構成であるので、酸素ポンプ
の動作中に常時、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応
した抵抗値をモニタできる。
Since the oxygen pump device according to the eleventh aspect of the present invention has a construction in which the resistance value calculating means is connected to the oxygen ion current detecting means and the potential difference detecting means, the oxygen ion conductivity is constantly maintained during the operation of the oxygen pump. The resistance value corresponding to the resistance value of the board can be monitored.

【0021】本発明の請求項12にかかる酸素ポンプ装
置は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続した構成で
あるので、酸素ポンプの動作中に常時、酸素イオン導電
性基板の温度をモニタできる。
Since the oxygen pump device according to the twelfth aspect of the present invention has a structure in which the temperature conversion means is connected to the resistance value calculation means, the temperature of the oxygen ion conductive substrate can be constantly monitored during the operation of the oxygen pump. .

【0022】[0022]

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】(実施例1)図1は本発明の実施例1の酸
素ポンプ素子の構成を示す断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an oxygen pump element according to Embodiment 1 of the present invention.

【0024】本発明の酸素ポンプ素子は、酸素イオン導
電性基板1の一方の表面にカソード電極膜2および第1
補助電極3を、他の表面にアノード電極4および第2補
助電極5を形成し、カソード電極2とアノード電極4が
対向した構成である。酸素イオン導電性基板1として、
イットリウムをドープしたジルコニア(YSZ)やサマ
リウムをドープしたセリア(SDC)が用いられる。ま
た、カソード電極2、第1補助電極3、アノード電極膜
4および第2補助電極5として、白金(Pt)、銀(A
g)、サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る
複合金属酸化物(SSCO)などのスパッタ膜や焼成
膜、蒸着膜が用いられる。
In the oxygen pump element of the present invention, the cathode electrode film 2 and the first electrode are provided on one surface of the oxygen ion conductive substrate 1.
The auxiliary electrode 3 and the anode electrode 4 and the second auxiliary electrode 5 are formed on the other surface, and the cathode electrode 2 and the anode electrode 4 face each other. As the oxygen ion conductive substrate 1,
Zirconia (YSZ) doped with yttrium or ceria (SDC) doped with samarium is used. Further, as the cathode electrode 2, the first auxiliary electrode 3, the anode electrode film 4, and the second auxiliary electrode 5, platinum (Pt), silver (A
g), a sputtered film, a baked film, or an evaporated film of a composite metal oxide (SSCO) composed of samarium strontium-cobalt is used.

【0025】カソード電極2を負電位、アノード電極4
を正電位にして直流電圧をカソードとアノード間に印加
したとき、カソード側外部空間の酸素分子は、カソード
電極2から酸素イオンとして酸素イオン導電性基板1に
取り込まれて、酸素イオン電流Iiとしてアノード電極
4に到達する。アノード電極4に到達した酸素イオンは
酸素分子となり、アノード側の外部空間に放散する。こ
のとき、酸素イオン電流Iiは、電気力線6に沿ってカ
ソード電極2からアノード電極4に向かって流れ、酸素
イオン導電性基板1中に無数の等電位線7が生じる。酸
素イオン電流I iは等電位線7に直交して流れる。
The cathode electrode 2 has a negative potential, and the anode electrode 4
To a positive potential and apply a DC voltage between the cathode and anode
When, the oxygen molecules in the outer space on the cathode side
From the electrode 2 to the oxygen ion conductive substrate 1 as oxygen ions
Captured, oxygen ion current IiAs anode electrode
Reach 4. The oxygen ions that have reached the anode electrode 4
It becomes oxygen molecules and diffuses into the external space on the anode side. This
, The oxygen ion current IiIs the power line 6
Oxygen flows from the sword electrode 2 toward the anode electrode 4
Innumerable equipotential lines 7 are generated in the ion conductive substrate 1. acid
Elementary ion current I iFlows perpendicular to the equipotential line 7.

【0026】これらの等電位線7の中で等電位線7aは
第1補助電極3に入射し、等電位線7aと異なる等電位
線7bは第2補助電極5に入射する。従って、等電位線
7aと等電位線7bの電位差Vabが、第1補助電極3と
第2補助電極5間で観測される。電位差Vabを酸素イオ
ン電流Iiで徐した量Rab(=Vab/Ii)は、カソード
電極2とアノード電極4間の酸素イオン導電性基板1の
抵抗値に対応した抵抗値になる。従って、あらかじめ抵
抗値量Rabの温度依存性を測定しておくことにより、抵
抗値量Rabから酸素イオン導電性基板1の温度を求める
ことができる。
Among these equipotential lines 7, the equipotential line 7a is incident on the first auxiliary electrode 3, and the equipotential line 7b different from the equipotential line 7a is incident on the second auxiliary electrode 5. Therefore, the potential difference V ab between the equipotential line 7 a and the equipotential line 7 b is observed between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5. An amount R ab (= V ab / I i ) obtained by dividing the potential difference V ab by the oxygen ion current I i becomes a resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate 1 between the cathode electrode 2 and the anode electrode 4. . Therefore, by measuring the temperature dependence of the resistance value R ab in advance, the temperature of the oxygen ion conductive substrate 1 can be obtained from the resistance value R ab .

【0027】第1補助電極3と第2補助電極5を形成す
ることによって、等電位線7の分布が乱される。この乱
れをできるだけ低減するために、両補助電極の幅は狭い
方が好ましいが、実用的には、(0.5〜0.1)mm幅
でよい。
By forming the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5, the distribution of equipotential lines 7 is disturbed. In order to reduce this turbulence as much as possible, it is preferable that the width of both auxiliary electrodes is narrow, but in practice, the width may be (0.5 to 0.1) mm.

【0028】なお、カソード電極2と酸素イオン導電性
基板1の界面の間には、酸素分子を酸素イオンに変換す
るために必要な過電圧が存在し、また、およびアノード
電極4と酸素イオン導電性基板1の界面の間には、酸素
イオンを酸素分子に変換するために必要な過電圧が存在
する。従って、印加電圧を酸素イオン電流Iiで徐して
も酸素イオン導電性基板1の抵抗値に対応した抵抗値を
得ることができない。
There is an overvoltage necessary for converting oxygen molecules into oxygen ions between the interface between the cathode electrode 2 and the oxygen ion conductive substrate 1, and the anode electrode 4 and the oxygen ion conductive substrate are electrically conductive. Between the interfaces of the substrate 1, there is an overvoltage necessary to convert oxygen ions into oxygen molecules. Therefore, even if the applied voltage is reduced by the oxygen ion current I i , the resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate 1 cannot be obtained.

【0029】(実施例2)第1補助電極3と第2補助電
極5間で電位差Vabを観測するとき、図2に示すよう
に、酸素イオン導電性基板1の一方の表面の中央部にカ
ソード電極2およびカソード電極2の周囲に第1補助電
極3を、他の表面中央部にカソード電極1に対向したア
ノード電極4および第1補助電極3に対向した第2補助
電極4を形成することが好ましい。
Example 2 When observing the potential difference V ab between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5, as shown in FIG. The cathode electrode 2 and the first auxiliary electrode 3 are formed around the cathode electrode 2, and the anode electrode 4 facing the cathode electrode 1 and the second auxiliary electrode 4 facing the first auxiliary electrode 3 are formed in the center of the other surface. Is preferred.

【0030】第1補助電極3と第2補助電極5間で電位
差Vabは、電圧検出手段により測定される。このとき、
第1補助電極3と第2補助電極5間の内部抵抗が電圧検
出手段の入力抵抗に比べて充分に小さい場合、電位差V
abは正確に測定される。従って、第1補助電極3と第2
補助電極5間の内部抵抗はできるだけ小さく、電圧検出
手段の入力抵抗はでできるだけ大きくすることが望まし
い。
The potential difference V ab between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5 is measured by the voltage detecting means. At this time,
When the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5 is sufficiently smaller than the input resistance of the voltage detecting means, the potential difference V
ab is measured accurately. Therefore, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 3
It is desirable that the internal resistance between the auxiliary electrodes 5 is as small as possible and the input resistance of the voltage detecting means is as large as possible.

【0031】第1補助電極3と第2補助電極5間の内部
抵抗を小さくするには、第1補助電極3と第2補助電極
5の面積を大きくする必要がある。本実施例において
は、中央部に形成されたカソード電極2の周囲に第1補
助電極3を形成しているので、この電極の長さを酸素イ
オン導電性基板1の範囲内で最大にできる。第2補助電
極5も同様のことが言える。従って、本補助電極構成で
は、酸素イオン導電性基板1の範囲内で入力抵抗を最も
小さくできる。
In order to reduce the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5, it is necessary to increase the area of the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5. In this embodiment, since the first auxiliary electrode 3 is formed around the cathode electrode 2 formed in the central portion, the length of this electrode can be maximized within the range of the oxygen ion conductive substrate 1. The same applies to the second auxiliary electrode 5. Therefore, with this auxiliary electrode structure, the input resistance can be minimized within the range of the oxygen ion conductive substrate 1.

【0032】電圧検出手段の入力抵抗は、通常、1MΩ
以上であるが、電位差Vabの検出には10MΩ以上であ
ることが望ましい。これにより、第1補助電極3と第2
補助電極5間の内部抵抗が1MΩ以下であれば、電位差
abを約10%以下の精度で検出できるので、実用的に
問題ないからである。電圧検出手段の入力抵抗が1MΩ
以上である場合、同じ精度で電位差Vabを検出するに
は、第1補助電極3と第2補助電極55間の内部抵抗が
0.1MΩ以下にする必要がある。第1補助電極3と第
2補助電極5間の内部抵抗が0.1MΩ以下である場合
に必要な両電極の幅をwとすると、同内部抵抗が1MΩ
以下である場合に必要な両電極の幅はw/10程度でよ
い。従って、一定面積の酸素イオン導電性基板1を用い
る場合、第1補助電極3と第2補助電極5の幅の減少よ
り得られた面積分をカソード電極2およびアノード電極
4の面積増加に使用できる。この面積増加により、酸素
イオン電流Iiを増加できる点で優れている。
The input resistance of the voltage detecting means is usually 1 MΩ.
As described above, 10 MΩ or more is desirable for detecting the potential difference V ab . As a result, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 3
This is because if the internal resistance between the auxiliary electrodes 5 is 1 MΩ or less, the potential difference V ab can be detected with an accuracy of about 10% or less, and there is no practical problem. Input resistance of voltage detection means is 1MΩ
In the above case, in order to detect the potential difference V ab with the same accuracy, the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 55 needs to be 0.1 MΩ or less. If the width of both electrodes required when the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5 is 0.1 MΩ or less, the internal resistance is 1 MΩ.
The width of both electrodes required in the following cases may be about w / 10. Therefore, when the oxygen ion conductive substrate 1 having a constant area is used, the area obtained by reducing the widths of the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5 can be used for increasing the areas of the cathode electrode 2 and the anode electrode 4. . This increase in area is advantageous in that the oxygen ion current I i can be increased.

【0033】なお、カソード電極2、第1補助電極3、
アノード電極4および第2補助電極5は同じ電極材料で
構成されることが望ましい。これにより、一つの電極形
成工程でカソード電極2と第1補助電極3を同時に形成
でき、同様のことがアノード電極4および第2補助電極
5の形成においても言えるからである。
The cathode electrode 2, the first auxiliary electrode 3,
It is desirable that the anode electrode 4 and the second auxiliary electrode 5 are made of the same electrode material. This is because the cathode electrode 2 and the first auxiliary electrode 3 can be simultaneously formed in one electrode forming step, and the same can be applied to the formation of the anode electrode 4 and the second auxiliary electrode 5.

【0034】また、同図では、円板状酸素イオン導電性
基板1を用いているが、酸素イオン導電性基板1の形状
は矩形状でも、多角形状でもよいことは明らかである。
Although the disk-shaped oxygen ion conductive substrate 1 is used in the figure, it is clear that the oxygen ion conductive substrate 1 may be rectangular or polygonal.

【0035】(実施例3)酸素ポンプ素子を動作させる
とき、図3に示すように、酸素イオン導電性基板1の一
方の表面に配置され、一端の開いた開口部2aを有する
カソード電極2および前記カソード電極2の前記開口部
2aに第1補助電極3を、他の表面に前記カソード電極
2に対向し、前記カソード電極2と同じ形状のアノード
電極お4よび前記第1補助電極3に対向した第2補助電
極4を形成することが望ましい。
(Embodiment 3) When the oxygen pump element is operated, as shown in FIG. 3, the cathode electrode 2 and the cathode electrode 2 which are arranged on one surface of the oxygen ion conductive substrate 1 and have an opening 2a having one end open are formed. The first auxiliary electrode 3 is provided in the opening 2a of the cathode electrode 2, the cathode electrode 2 is provided on the other surface, and the anode electrode 4 and the first auxiliary electrode 3 having the same shape as the cathode electrode 2 are provided. It is desirable to form the above-mentioned second auxiliary electrode 4.

【0036】カソード電極2およびアノード電極4は、
酸素イオン導電性基板1の周辺に形成されているので、
一定面積の酸素イオン導電性基板1を用いる場合、これ
ら電極の外周囲の長さを最大にできるので、これら電極
の面積を最大にできる。従って、酸素イオン電流Ii
最大にできる。このとき、開口部2aの開いた一端の長
さをできるだけ短くすることが重要である。実用的に
は、実施例2の項で示した第1補助電極3と第2補助電
極5の幅(0.5〜0.1)mmの3倍でよい。また、開
口部2aの長さは、カソード電極2の面積を1/2に分
離する直線の1/2程度、例えば、カソード電極2が円
形状(図3)であれば半径程度、矩形状であれば対角線
の1/2程度であればよい。開口部2bも同様である。
The cathode electrode 2 and the anode electrode 4 are
Since it is formed around the oxygen ion conductive substrate 1,
When the oxygen ion conductive substrate 1 having a constant area is used, the outer peripheral lengths of these electrodes can be maximized, so that the areas of these electrodes can be maximized. Therefore, the oxygen ion current I i can be maximized. At this time, it is important to make the length of the open end of the opening 2a as short as possible. Practically, it may be three times the width (0.5 to 0.1) mm of the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5 shown in the section of the second embodiment. In addition, the length of the opening 2a is approximately ½ of a straight line that divides the area of the cathode electrode 2 into ½, for example, if the cathode electrode 2 has a circular shape (FIG. 3), a radius or a rectangular shape. If it exists, it may be about 1/2 of the diagonal line. The same applies to the opening 2b.

【0037】開口部2aに形成された第1補助電極3と
第1補助電極3に対向して形成された第2補助電極5間
の内部抵抗は、実施例2で示した酸素ポンプ素子におけ
る同内部抵抗に比べ、カソード電極2が円形状(図3)
であれば約7倍程度大きくなるので、電位差Vabの検出
する電圧検出手段の入力抵抗は、100MΩ以上である
ことが望ましい。
The internal resistance between the first auxiliary electrode 3 formed in the opening 2a and the second auxiliary electrode 5 formed opposite to the first auxiliary electrode 3 is the same as in the oxygen pump element shown in the second embodiment. The cathode electrode 2 is circular compared to the internal resistance (Fig. 3)
In that case, the input resistance of the voltage detecting means for detecting the potential difference V ab is preferably 100 MΩ or more because it increases about 7 times.

【0038】実施例2や実施例3に示した構成では、カ
ソード電極2と第1補助電極3間の部分および第1補助
電極3と酸素イオン導電性基板1の端部間の部分の絶縁
性が低下した場合、例えば、電極材料の表面拡散や汚れ
の付着により絶縁性が低下した場合、等電位線7の分布
が乱れ易くなる。アノード電極4と第2補助電極5間や
第2補助電極5と酸素イオン導電性基板1の端部間につ
いても同様である。このような場合、カソード電極2を
除いた酸素イオン導電性基板1の一方の表面およびアノ
ード電極4を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆すること
が望ましい。電極材料の表面拡散や汚れの付着を防止で
きるからである。絶縁性膜として、硝子焼成膜が好まし
い。硝子焼成膜は、硝子 ペーストの印刷、乾燥後、焼
成することにより容易に形成できるからである。
In the structures shown in the second and third embodiments, the insulating property of the portion between the cathode electrode 2 and the first auxiliary electrode 3 and the portion between the first auxiliary electrode 3 and the end of the oxygen ion conductive substrate 1 is improved. Is low, for example, when the insulating property is low due to surface diffusion of the electrode material or adhesion of dirt, the distribution of the equipotential lines 7 is likely to be disturbed. The same is true between the anode electrode 4 and the second auxiliary electrode 5 and between the second auxiliary electrode 5 and the end portion of the oxygen ion conductive substrate 1. In such a case, it is desirable to cover one surface of the oxygen ion conductive substrate 1 excluding the cathode electrode 2 and the other surface excluding the anode electrode 4 with an insulating film. This is because the surface diffusion of the electrode material and the attachment of dirt can be prevented. A glass firing film is preferable as the insulating film. This is because the glass firing film can be easily formed by printing the glass paste, drying it, and then firing it.

【0039】(実施例4)酸素ポンプ素子を動作させる
とき、図4に示すように、直流電源8と、この直流電源
の正極をアノード電極4に接続し、カソード電極2を酸
素イオン電流検出手段9の一端に接続し、この酸素イオ
ン電流検出手段9の他端を直流電源8の負極に接続し、
更に、第1補助電極3と第2補助電極5間に電圧検出手
段10を接続した酸素ポンプ装置を構成することが望ま
しい。
(Embodiment 4) When the oxygen pump element is operated, as shown in FIG. 4, a direct current power source 8 and the positive electrode of this direct current power source are connected to the anode electrode 4, and the cathode electrode 2 is connected to the oxygen ion current detecting means. 9 is connected to one end, and the other end of the oxygen ion current detecting means 9 is connected to the negative electrode of the DC power supply 8.
Furthermore, it is desirable to configure an oxygen pump device in which the voltage detection means 10 is connected between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 5.

【0040】本酸素ポンプ装置では、酸素ポンプ素子が
動作しているとき、酸素イオン電流Iiと電位差Vab
連続的にモニタできる。従って、電位差Vabを酸素イオ
ン電流Iiで徐した抵抗値Rab(=Vab/Ii)を容易に
算出できるので、抵抗値Rabの温度依存性から酸素イオ
ン導電性基板1の温度を求めることができる。
In the present oxygen pump device, the oxygen ion current I i and the potential difference V ab can be continuously monitored when the oxygen pump element is operating. Therefore, the resistance value R ab (= V ab / I i ), which is the potential difference V ab divided by the oxygen ion current I i , can be easily calculated, and the temperature of the oxygen ion conductive substrate 1 can be calculated from the temperature dependence of the resistance value R ab. Can be asked.

【0041】しかし、より好ましい構成は、酸素イオン
電流検出手段9および電位差検出手段10に抵抗値演算
手段を接続して、抵抗値Rab(=Vab/Ii)を直読で
きるように構成することである。これにより、抵抗値R
ab(=Vab/Ii)の算出を自動化できる。更に、最も
好ましい構成は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した構成である。これにより、抵抗値Rabの温度依存性
に基づき抵抗値Rabを酸素イオン導電性基板1の温度へ
自動的に変換できる。
However, a more preferable structure is such that the oxygen ion current detecting means 9 and the potential difference detecting means 10 are connected to the resistance value calculating means so that the resistance value R ab (= V ab / I i ) can be directly read. That is. As a result, the resistance value R
The calculation of ab (= V ab / I i ) can be automated. Furthermore, the most preferable structure is a structure in which the temperature conversion means is connected to the resistance value calculation means. Thereby, the resistance value R ab can be automatically converted into the temperature of the oxygen ion conductive substrate 1 based on the temperature dependence of the resistance value R ab .

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
かかる可酸素ポンプ素子では、酸素イオン電流がカソー
ド電極とアノード電極間で流れているとき、酸素イオン
導電性基板内の第1補助電極に入射する等電位線と第2
補助電極間に入射する等電位線の電位差を検出できる。
As described above, in the oxygen-containing pump element according to the first aspect of the present invention, when the oxygen ion current is flowing between the cathode electrode and the anode electrode, the first auxiliary in the oxygen ion conductive substrate. Second equipotential line incident on electrode
The potential difference of equipotential lines incident between the auxiliary electrodes can be detected.

【0043】また、本発明の請求項2にかかる酸素ポン
プでは、第1補助電極と第2補助電極間の内部抵抗を小
さくできる。
In the oxygen pump according to the second aspect of the present invention, the internal resistance between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be reduced.

【0044】また、本発明の請求項3にかかる酸素ポン
プでは、等電位線の乱れを小さくできる。
In the oxygen pump according to the third aspect of the present invention, the disturbance of equipotential lines can be reduced.

【0045】また、本発明の請求項4にかかる酸素ポン
プでは、電極形成工程を簡素化できる。
In the oxygen pump according to the fourth aspect of the present invention, the electrode forming process can be simplified.

【0046】また、本発明の請求項5にかかる酸素ポン
プでは、カソード電極とアノード電極の面積を大きくで
きる。
Further, in the oxygen pump according to the fifth aspect of the present invention, the areas of the cathode electrode and the anode electrode can be increased.

【0047】また、本発明の請求項6にかかる酸素ポン
プでは、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を安定
して検出できる。
In the oxygen pump according to the sixth aspect of the present invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be detected stably.

【0048】また、本発明の請求項7にかかる酸素ポン
プでは、絶縁性膜を簡素な工程で製造できる。
In the oxygen pump according to the seventh aspect of the present invention, the insulating film can be manufactured by a simple process.

【0049】また、本発明の請求項8にかかる酸素ポン
プ装置では、酸素イオン電流および電位差を直接的に検
出できる。
In the oxygen pump device according to the eighth aspect of the present invention, the oxygen ion current and the potential difference can be directly detected.

【0050】また、本発明の請求項9と10にかかる酸
素ポンプ装置では、第1補助電極と第2補助電極間の電
位差を正確に検出できる。
In the oxygen pump device according to the ninth and tenth aspects of the present invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be accurately detected.

【0051】また、本発明の請求項11にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応し
た抵抗値を直接的に検出できる。
In the oxygen pump device according to the eleventh aspect of the present invention, the resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be directly detected.

【0052】また、本発明の請求項12にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の温度を直接的に
検出できる。
In the oxygen pump device according to the twelfth aspect of the present invention, the temperature of the oxygen ion conductive substrate can be directly detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1における酸素ポンプの構成を
示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an oxygen pump according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2における酸素ポンプの構成を
示す図
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an oxygen pump according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3における酸素ポンプの構成を
示す図
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an oxygen pump according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4における酸素ポンプ装置の構
成を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an oxygen pump device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸素イオン導電性基板 2 カソード電極 2a カソード電極2に設けられた一端の開いた開口部 3 第1補助電極 4 アノード電極 4a アノード電極4に設けられた一端の開いた開口部 5 第2補助電極 6 電気力線 7 等電位線 7a 第1補助電極に入射する等電位線 7b 第2補助電極に入射する等電位線 8 直流電源 9 酸素イオン電流検出手段 10 電位差検出手段 1 Oxygen ion conductive substrate 2 cathode electrode 2a Opening at one end provided on the cathode electrode 2 3 First auxiliary electrode 4 Anode electrode 4a Opening provided at one end on the anode electrode 4 5 Second auxiliary electrode 6 lines of electric force 7 equipotential lines 7a Equipotential line incident on the first auxiliary electrode 7b Equipotential line incident on the second auxiliary electrode 8 DC power supply 9 Oxygen ion current detection means 10 Potential difference detection means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生川 直子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4D006 GA41 JA01A JA42A KE17P KE18P KE30R MC03 PA02 PB62    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Naoko Ikukawa             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 4D006 GA41 JA01A JA42A KE17P                       KE18P KE30R MC03 PA02                       PB62

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素イオン導電性基板の一方の表面にカ
ソード電極および第1補助電極を、他の表面にアノード
電極および第2補助電極を形成し、カソード電極とアノ
ード電極が対向した酸素ポンプ素子。
1. An oxygen pump element in which a cathode electrode and a first auxiliary electrode are formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate, and an anode electrode and a second auxiliary electrode are formed on the other surface, and the cathode electrode and the anode electrode face each other. .
【請求項2】 酸素イオン導電性基板の一方の表面の中
央部にカソード電極および前記カソード電極の周囲に第
1補助電極を、他の表面中央部に前記カソード電極に対
向したアノード電極および前記第1補助電極に対向した
第2補助電極を形成した請求項1記載の酸素ポンプ素
子。
2. A cathode electrode and a first auxiliary electrode around the cathode electrode in the center of one surface of the oxygen ion conductive substrate, and an anode electrode and the first auxiliary electrode facing the cathode electrode in the center of the other surface. The oxygen pump element according to claim 1, wherein a second auxiliary electrode facing the first auxiliary electrode is formed.
【請求項3】 第1補助電極および第2補助電極の幅が
(0.5〜0.1)mmである請求項1記載の酸素ポンプ
素子。
3. The oxygen pump element according to claim 1, wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode have a width of (0.5 to 0.1) mm.
【請求項4】 カソード電極、第1補助電極、アノード
電極および第2補助電極が同じ電極材料で構成された請
求項1記載の酸素ポンプ素子。
4. The oxygen pump element according to claim 1, wherein the cathode electrode, the first auxiliary electrode, the anode electrode and the second auxiliary electrode are made of the same electrode material.
【請求項5】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に配
置され、一端の開いた開口部を有するカソード電極およ
び前記カソード電極の前記開口部に第1補助電極を、他
の表面に前記カソード電極に対向し、前記カソード電極
と同じ形状のアノード電極および前記第1補助電極に対
向した第2補助電極を形成した請求項1記載の酸素ポン
プ素子。
5. A cathode electrode disposed on one surface of an oxygen ion conductive substrate and having an opening at one end, a first auxiliary electrode in the opening of the cathode electrode, and the cathode electrode on the other surface. The oxygen pump element according to claim 1, wherein an anode electrode having the same shape as the cathode electrode and a second auxiliary electrode facing the first auxiliary electrode are formed facing each other.
【請求項6】 カソード電極を除いた一方の表面および
アノード電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した請
求項1記載の酸素ポンプ素子。
6. The oxygen pump element according to claim 1, wherein one surface excluding the cathode electrode and the other surface excluding the anode electrode are coated with an insulating film.
【請求項7】 絶縁性膜が硝子焼成膜である請求項4記
載の酸素ポンプ素子。
7. The oxygen pump element according to claim 4, wherein the insulating film is a glass firing film.
【請求項8】 直流電源と、前記直流電源の正極をアノ
ード電極に接続し、カソード電極を酸素イオン電流検出
手段の一端に接続し、前記電流検出手段の他端を前記直
流電源の負極に接続し、更に、第1補助電極と第2補助
電極間に電位差検出手段を接続した酸素ポンプ装置。
8. A direct current power source, a positive electrode of the direct current power source is connected to an anode electrode, a cathode electrode is connected to one end of an oxygen ion current detecting means, and the other end of the current detecting means is connected to a negative electrode of the direct current power source. An oxygen pump device further comprising a potential difference detection means connected between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode.
【請求項9】 酸素イオン導電性基板の一方の表面の中
央部にカソード電極および前記カソード電極の周囲に第
1補助電極を、他の表面中央部に前記カソード電極に対
向したアノード電極および前記第1補助電極に対向した
第2補助電極を形成し、電位差検出手段の入力抵抗が1
0MΩ以上である請求項8記載の酸素ポンプ装置。
9. A cathode electrode and a first auxiliary electrode around the cathode electrode in the central portion of one surface of the oxygen ion conductive substrate, and an anode electrode and the first auxiliary electrode facing the cathode electrode in the central portion of the other surface. The second auxiliary electrode facing the first auxiliary electrode is formed, and the input resistance of the potential difference detecting means is 1
The oxygen pump device according to claim 8, which has a resistance of 0 MΩ or more.
【請求項10】 酸素イオン導電性基板の一方の表面の
周辺部に配置され、一端の開いた開口部を有するカソー
ド電極および前記カソード電極の前記開口部に第1補助
電極を、他の表面の周辺部に前記カソード電極に対向
し、前記カソード電極と同じ形状のアノード電極および
前記第1補助電極に対向した第2補助電極を形成し、電
位差検出手段の入力抵抗が100MΩ以上である請求項
8記載の酸素ポンプ装置。
10. A cathode electrode having an opening with one end open, which is arranged at the peripheral portion of one surface of the oxygen ion conductive substrate, and a first auxiliary electrode in the opening of the cathode electrode, and another surface of the cathode electrode. 9. A peripheral part is formed with an anode electrode facing the cathode electrode, having the same shape as the cathode electrode, and a second auxiliary electrode facing the first auxiliary electrode, and the input resistance of the potential difference detecting means is 100 MΩ or more. The oxygen pump device described.
【請求項11】 酸素イオン電流検出手段および電位差
検出手段に抵抗値演算手段を接続した請求項8記載の酸
素ポンプ装置。
11. The oxygen pump device according to claim 8, wherein resistance value calculation means is connected to the oxygen ion current detection means and the potential difference detection means.
【請求項12】 抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した請求項11記載の酸素ポンプ装置。
12. The oxygen pump device according to claim 11, wherein a temperature converting means is connected to the resistance value calculating means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011506976A (en) * 2007-12-12 2011-03-03 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション,インク. Enhanced performance by electric field in solid state devices and catalytic reactions

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JP2011506976A (en) * 2007-12-12 2011-03-03 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション,インク. Enhanced performance by electric field in solid state devices and catalytic reactions

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