JP2016164510A - 定電位電解式ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスを検知するガス電極10として被検知ガスを電気化学反応させる反応極11、反応極11に対する対極12および反応極11の電位を制御する参照極13を、電解槽30に収容した電解液20に接触するように備えた定電位電解式ガスセンサXであって、電解槽30の側方に開口してガスを導入するガス導入部32と、電解槽30の側方に開口してガスを排出するガス排出部33と、を備え、ガス導入部32およびガス排出部33の少なくとも何れか一方に、金属酸化物により作製してピンホール34aを形成してある筒部材34を、樹脂製の弾性部材35に圧入した開口装着部材36を備えた。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、定電位電解式ガスセンサXは、ガスを検知するガス電極10として被検知ガスを電気化学反応させる反応極11、当該反応極11に対する対極12、反応極11の電位を制御する参照極13を、電解槽30に収容した電解液20に接触するように備えている。この定電位電解式ガスセンサXは、電解槽30の側方に開口してガスを導入するガス導入部32と、電解槽30の側方に開口してガスを排出するガス排出部33と、を備えている。
反応極11、対極12及び参照極13は、触媒および疎水性樹脂を含むガス拡散電極からなり、触媒としては、白金(Pt)、金(Au)、ルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO2)、パラジウム(Pd)、白金担持カーボン(Pt/C)などが好適に用いられ、疎水性樹脂としては多孔質PTFE膜などが好適に用いられる。
ガス導入部32およびガス排出部33の少なくとも何れか一方には、金属酸化物により作製してピンホール34aを形成してある筒部材34を、樹脂製の弾性部材35に圧入した開口装着部材36を備えてある(図2)。
開口装着部材36を蓋部材16に形成した貫通孔16aに挿入した状態で、開口装着部材36を両側から覆うように、結露を防ぐ結露・圧力緩和膜40を配設する。即ち、結露・圧力緩和膜40は、ガス導入部32およびガス排出部33を覆うように配設してある。本実施形態では結露・圧力緩和膜40はガス導入部32およびガス排出部33の両方を覆う態様であるが、結露・圧力緩和膜40はガス導入部32およびガス排出部33において、少なくともガス導入部32を覆う態様であればよい。
例えば結露・圧力緩和膜40を二枚重ねにして少なくともガス導入部32に配設する場合、上述した透気度およびWEPを有する膜を二枚としてもよいし、一方の膜を上述した透気度およびWEPを有する膜とし、他方の膜を上述した透気度およびWEPより低い値の膜としてもよい。当該他方の膜は、一方の膜を押えて密着させることができ、さらに反応極11から電解液20が漏出するのを防止できるもの(例えば撥水性を有する態様)であればよい。二枚重ねにした場合の二枚の膜の配設順序としては、適宜設定してもよいが、例えばガス導入部32であれば、反応極11、他方の膜、一方の膜、筒部材34(ピンホール34a)のようにすることができる。このように二枚重ねとした結露・圧力緩和膜40を、開口装着部材36の外側および内側にそれぞれ配設(図1)してもよいし、外側および内側の何れか一方のみに配設してもよいが、何れか一方のみに配設する場合は外側に配設するのが好ましい。
上述した溶存酸素遮断膜41は、電解液20に溶存する酸素(溶存酸素)を遮断するために、反応極11における電解液20の側に設けてある。溶存酸素遮断膜41は、反応極11における電解液20の側の全面に設けるとよい。
上述した干渉ガス遮断膜42は、干渉ガスを遮断するため対極12および参照極13の間に設けてある。干渉ガスは、サンプリングガス中に被検知ガスと共存し、被検知ガス検知の指示値に影響を及ぼす気体のことをいう。干渉ガス遮断膜42は、例えばイオン導電性および透水性を有し、かつ干渉ガスを透過させないイオン交換膜を使用すればよいがこのような膜に限定されず、PET、PP、PE等の膜も使用することができる。具体的には上述したナフィオン等を使用することができるが、これに限定されるものではない。
保水部材37は、例えば保水性の繊維(例えばガラス繊維、セラミックス繊維など)、吸水性の高分子等、電解液20を保持できる吸水性の部材であれば、特に限定されるものではない。
また、保水部材37は、本実施形態のように、電解液収容部31において一方の収容部31b(ガス電極10が配設してある側)の全面に充填してもよい。これにより、各ガス電極における電極反応等で発生した気泡や、急激な温度変化に伴い電解液中に溶解していた空気が発生した場合や、急激な加圧状態における空気の侵入により直接、三つのガス電極10の表面が空気で覆われる(電極の反応面積が減少し、指示が不安定になる虞がある)ことを回避することができる。
上述した実施形態では、電解液20を吸水して保持する保水部材37を、対極12および干渉ガス遮断膜42の間に配設したり、電解液収容部31において一方の収容部31bの全面に充填したが、保水部材37を電解液収容部31の一部に配設してもよい。この場合、反応極11および参照極13の間に、複数の保水部材37を、反応極11の側および参照極13の側に分かれて配設するとよい。このとき、これらの保水部材37を、反応極11および参照極13に対して各別に押圧する押え部材50を設けることが可能である(図3,4)。押え部材50が保水部材37を反応極11および参照極13に対して各別に押圧する押圧力は、押え部材50の材質や形状によって設定することができる。
本発明の実施例について説明する。
本発明の定電位電解式ガスセンサXおよび従来の定電位電解式ガスセンサ(比較例)においてそれぞれ酸素ガスの検知を行い、性能の比較を行った。
一方、従来の定電位電解式ガスセンサは、ガス導入部32およびガス排出部33の両方に、ピンホールを形成した筒部材を、当該筒部材の外径と同等の孔径を有する貫通孔を形成した筐体に挿入し、これらを接着剤によって接着して固定したものを使用した。
10 ガス電極
11 反応極
12 対極
13 参照極
20 電解液
30 電解槽
32 ガス導入部
33 ガス排出部
34 筒部材
34a ピンホール
35 弾性部材
36 開口装着部材
40 結露・圧力緩和膜
Claims (6)
- ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる反応極、前記反応極に対する対極および前記反応極の電位を制御する参照極を、電解槽に収容した電解液に接触するように備えた定電位電解式ガスセンサであって、
前記電解槽の側方に開口してガスを導入するガス導入部と、前記電解槽の側方に開口してガスを排出するガス排出部と、を備え、
前記ガス導入部および前記ガス排出部の少なくとも何れか一方に、金属酸化物により作製してピンホールを形成してある筒部材を、樹脂製の弾性部材に圧入した開口装着部材を備えた定電位電解式ガスセンサ。 - 前記開口装着部材を、前記ガス導入部および前記ガス排出部の両方に設けた請求項1に記載の定電位電解式ガスセンサ。
- 前記筒部材に、複数の前記ピンホールが形成してある請求項1または2に記載の定電位電解式ガスセンサ。
- 前記筒部材の長寸が0.5〜6.0mmであり、前記ピンホールの孔径が8〜200μmである請求項1〜3の何れか一項に記載の定電位電解式ガスセンサ。
- 前記開口装着部材を、結露を防ぐ結露・圧力緩和膜によって覆ってある請求項1〜4の何れか一項に記載の定電位電解式ガスセンサ。
- 被検知ガスが酸素ガスである請求項1〜5の何れか一項に記載の定電位電解式ガスセンサ。
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