JP2003042999A - Nitrogen oxide sensor - Google Patents

Nitrogen oxide sensor

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JP2003042999A
JP2003042999A JP2001230777A JP2001230777A JP2003042999A JP 2003042999 A JP2003042999 A JP 2003042999A JP 2001230777 A JP2001230777 A JP 2001230777A JP 2001230777 A JP2001230777 A JP 2001230777A JP 2003042999 A JP2003042999 A JP 2003042999A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitrogen oxide sensor comprising slightly water-soluble structure, which is usable even in an atmosphere, especially containing water vapor, and is usable in practical way. SOLUTION: An oxide ion conductor 2, constituted of stabilized zirconia and a detection electrode 3 constituted from a mixed nitrate of europium oxynitrate and lithium nitrate are formed, so as to sandwich a solid electrolyte 1, constituted from a complex having a composition of Mg1+ XZr4 P6 O24+ X+Zr2 O(PO4 )2 which conducts magnesium ions. A current-collecting gold net 4 and a gold wire 6 serving as an electrode terminal are provided on the upper surface of the solid electrolyte 1. A current-collecting platinum net 5 and a platinum wire 7 as an electrode terminal are provided on the under surface of the oxide ion conductor 2.

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、窒素酸化物センサ
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nitrogen oxide sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒素酸化物は排ガス中に共存する有害ガ
スであるとともに、酸性降下物の主因物質の一つでもあ
り、人間だけでなく環境に対しても深刻な被害をもたら
す。このような窒素酸化物ガスの大気中への発散を抑制
する最も効果的な方法は、窒素酸化物ガスの漏出部位を
速やかに発見し、さらなる窒素酸化物ガスの漏洩を防止
することである。このためには、排煙周囲の各部位に窒
素酸化物センサを設置し、雰囲気中の窒素酸化物濃度を
常に検知しておくことが必要となる。
2. Description of the Related Art Nitrogen oxide is a harmful gas that coexists in exhaust gas and is one of the main causative substances of acid deposition, and causes serious damage not only to humans but also to the environment. The most effective method of suppressing the emission of nitrogen oxide gas into the atmosphere is to promptly find the leakage site of nitrogen oxide gas and prevent further leakage of nitrogen oxide gas. For this purpose, it is necessary to install a nitrogen oxide sensor at each site around the flue gas and always detect the nitrogen oxide concentration in the atmosphere.

【0003】排煙周囲の各部位における窒素酸化物濃度
を正確に計測し、モニターするためには、コンパクトで
安価な窒素酸化物センサが必要となる。従来、このよう
な窒素酸化物センサは、迅速な応答性と高い選択性を有
することから、固体電解質を用いたものが種々提案され
てきた。しかしながら、このような固体電解質は水溶性
であるため、特に水蒸気を含む排煙などの雰囲気中で
は、前記固体電解質からなる窒素酸化物センサを実装し
て実用に供することができないでいた。
A compact and inexpensive nitrogen oxide sensor is required to accurately measure and monitor the nitrogen oxide concentration at each site around the flue gas. Conventionally, various nitrogen oxide sensors using a solid electrolyte have been proposed because they have a quick response and high selectivity. However, since such a solid electrolyte is water-soluble, it has not been possible to mount the nitrogen oxide sensor made of the solid electrolyte and put it into practical use, particularly in an atmosphere such as flue gas containing water vapor.

【0004】また、前記固体電解質とともに窒素酸化物
センサを構成する検知電極についても、十分な難水溶性
を有する材料から構成することができなかったため、か
かる点においても実用的な窒素酸化物センサを提供する
ことはできないでいた。
Further, the sensing electrode forming the nitrogen oxide sensor together with the solid electrolyte could not be made of a material having sufficient poor water solubility. I could not provide.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、難水溶性を
示す構造体からなり、特に水蒸気を含む雰囲気中でも使
用することができ、実用に供することのできる窒素酸化
物センサを提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a nitrogen oxide sensor which is composed of a structure having poor water solubility and can be used especially in an atmosphere containing water vapor and can be put to practical use. To aim.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、
希土類イオン、ジルコニウムイオン、又はハフニウムイ
オンを伝導する固体電解質と、この固体電解質を挟むよ
うにして設けられた酸化物イオン伝導体と、硝酸イオン
を含む検知電極とを具える窒素酸化物センサに関する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object,
The present invention, magnesium ions, aluminum ions,
The present invention relates to a nitrogen oxide sensor including a solid electrolyte that conducts rare earth ions, zirconium ions, or hafnium ions, an oxide ion conductor provided so as to sandwich the solid electrolyte, and a detection electrode containing nitrate ions.

【0007】本発明者らは、マグネシウムイオン、アル
ミニウムイオン、希土類イオン、ジルコニウムイオン、
又はハフニウムイオンを伝導する新規な固体電解質の開
発に成功した。そして、これらの固体電解質の物理特性
を種々調査し、検討したところ極めて高い難水溶性を示
すことが判明した。さらに、硝酸イオンを含む物質も極
めて高い難水溶性を示すことを見出した。
The present inventors have found that magnesium ions, aluminum ions, rare earth ions, zirconium ions,
We have also succeeded in developing a new solid electrolyte that conducts hafnium ions. Then, various physical properties of these solid electrolytes were investigated and examined, and it was found that they exhibited extremely high water solubility. Furthermore, they have found that substances containing nitrate ions also show extremely high water solubility.

【0008】したがって、上述した固体電解質を窒素酸
化物センサの構造体として用い、上記硝酸イオンを含む
物質を検知電極として用いることを想到した。そして、
前記固体電解質のカチオン伝導体に対する受容体として
の役割を果たす酸化物イオン伝導体を、前記固体電解質
と隣接させて設けることにより、実際の窒素酸化物セン
サとして機能することを見出した。
Therefore, it has been conceived to use the above-mentioned solid electrolyte as a structure of a nitrogen oxide sensor and use the above-mentioned substance containing nitrate ions as a detection electrode. And
It has been found that an oxide ion conductor serving as a receptor for the cation conductor of the solid electrolyte is provided adjacent to the solid electrolyte to function as an actual nitrogen oxide sensor.

【0009】なお、酸化物イオン伝導体は一般に高い難
水溶性を呈するため、水蒸気含有雰囲気中で用いても何
ら問題を生じることがない。
Since oxide ion conductors generally exhibit high poor water solubility, no problems occur even when used in a water vapor-containing atmosphere.

【0010】このような本発明の窒素酸化物センサは、
難水溶性の構造体から構成されており、水蒸気を含む雰
囲気内で用いた場合においても何ら不都合を生じない。
したがって、排煙周囲の各部位などに配置することによ
り、窒素酸化物濃度の検知を実際に行なうことができる
ようになる。すなわち、本発明によれば実用的な窒素酸
化物センサを提供することができる。
The nitrogen oxide sensor of the present invention as described above is
It is composed of a poorly water-soluble structure and does not cause any inconvenience even when used in an atmosphere containing water vapor.
Therefore, the nitrogen oxide concentration can be actually detected by arranging it at each site around the flue gas. That is, according to the present invention, a practical nitrogen oxide sensor can be provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の窒素酸素
物センサの一例を示す構成図である。図1に示す窒素酸
化物センサ10は、固体電解質1と、この固体電解質1
の下面に設けられた酸化物イオン伝導体2と、固体電解
質1の上面に設けられた検知電極3とを具える。なお、
固体電解質1と酸化物イオン伝導体2とは図示しない無
機接着剤で接着固定されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments of the invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a nitrogen oxygen substance sensor of the present invention. The nitrogen oxide sensor 10 shown in FIG. 1 includes a solid electrolyte 1 and the solid electrolyte 1.
The oxide ion conductor 2 is provided on the lower surface of the solid electrolyte 1, and the detection electrode 3 is provided on the upper surface of the solid electrolyte 1. In addition,
The solid electrolyte 1 and the oxide ion conductor 2 are bonded and fixed with an inorganic adhesive (not shown).

【0012】さらに、検知電極3上には金ネット4が設
けられ、酸化物イオン伝導体2上には白金ネット5が設
けられている。また、金ネット4及び白金ネット5を介
して、それぞれ金線6及び白金線7が設けられている。
Further, a gold net 4 is provided on the detection electrode 3, and a platinum net 5 is provided on the oxide ion conductor 2. Further, a gold wire 6 and a platinum wire 7 are provided via the gold net 4 and the platinum net 5, respectively.

【0013】窒素酸化物センサ10が所定の窒素酸化物
含有雰囲気中に配置されると、検知電極3が窒素酸化物
を検知し、固体電解質1内をカチオン伝導体が可動する
ようになる。その結果、固体電解質1の厚さ方向にイオ
ンの駆動力が生じる。固体電解質1の各部分を流れるイ
オン電流は、生成電流として金ネット4及び白金ネット
5によって集電され、所定量の電流が金線6及び白金線
7を介して計測される。
When the nitrogen oxide sensor 10 is placed in a predetermined nitrogen oxide-containing atmosphere, the detection electrode 3 detects the nitrogen oxide and the cation conductor moves in the solid electrolyte 1. As a result, an ion driving force is generated in the thickness direction of the solid electrolyte 1. The ionic current flowing through each part of the solid electrolyte 1 is collected as a generated current by the gold net 4 and the platinum net 5, and a predetermined amount of current is measured via the gold wire 6 and the platinum wire 7.

【0014】金線6及び白金線7間の起電力は、検知し
た窒素酸化物の濃度に比例するので、前記電流(起電
力)を計測することによって前記窒素酸化物含有雰囲気
内における窒素酸化物濃度を検知することができる。
Since the electromotive force between the gold wire 6 and the platinum wire 7 is proportional to the detected concentration of nitrogen oxide, the nitrogen oxide in the nitrogen oxide-containing atmosphere is measured by measuring the current (electromotive force). The concentration can be detected.

【0015】固体電解質1内を可動したカチオン伝導体
は、固体電解質1と酸化物イオン伝導体2との界面8に
おいて、酸化物イオン伝導体2内を伝導してきた酸化物
イオンと結合し、安定な酸化物として存在するようにな
る。
The cation conductor that has moved in the solid electrolyte 1 is bound to the oxide ion that has been conducted in the oxide ion conductor 2 at the interface 8 between the solid electrolyte 1 and the oxide ion conductor 2 and is stable. Exists as a simple oxide.

【0016】固体電解質1は、本発明に従ってマグネシ
ウムイオン、アルミニウムイオン、希土類イオン、ジル
コニウムイオン、又はハフニウムイオンを伝導すること
が必要である。マグネシウムイオンを伝導する固体電解
質としては、Mg1+XZr4P6O24+ X+Zr2O(PO4)2なる組成の複
合体又はMg1-2Y(Zr1-YNb)4P6O24(0≦Y<1/
2)なる組成の固溶体で、ナシコン型又はβ−硫酸鉄型
の結晶構造を有するものから構成されていることが好ま
しい。
The solid electrolyte 1 is required to conduct magnesium ions, aluminum ions, rare earth ions, zirconium ions, or hafnium ions according to the present invention. As a solid electrolyte that conducts magnesium ions, a composite having a composition of Mg 1 + X Zr 4 P 6 O 24+ X + Zr 2 O (PO 4 ) 2 or Mg 1-2Y (Zr 1-Y Nb Y ) 4 P 6 O 24 (0 ≦ Y <1 /
It is preferable that the solid solution of 2) is composed of a solid solution having a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure.

【0017】前記複合体及び前記固溶体は、例えばMgHP
O4・3H2O、ZrO(NO3)・2H2O、及びNH 4H2PO4なる組成の粉
末を所定の割合で混合し、必要に応じて焼成することに
より混合粉末を得、この混合粉末を所定の形及び大きさ
に成形した後、所定の条件下において焼成することによ
って作製する。前記固溶体は、例えば、MgHPO4・3H2O、
ZrO(NO3)・2H2O、Nb2O5及びNH4H2PO4なる組成の粉末を
所定の割合で混合し、必要に応じて焼成することにより
混合粉末を得、この混合粉末を所定の形及び大きさ、例
えばペレット状に成形した後、所定の条件下において焼
成することによって作製する。
The composite and the solid solution are, for example, MgHP
OFour・ 3H2O, ZrO (NO3) ・ 2H2O and NH FourH2POFourPowder of different composition
Mix powders in a prescribed ratio and bake if necessary
More mixed powder is obtained, and this mixed powder is made into a predetermined shape and size.
After being molded into a
To make. The solid solution is, for example, MgHPO.Four・ 3H2O,
ZrO (NO3) ・ 2H2O, Nb2OFiveAnd NHFourH2POFourPowder of composition
By mixing at a predetermined ratio and firing if necessary
A mixed powder is obtained, and this mixed powder is given a predetermined shape and size, for example,
For example, it is formed into pellets and then baked under specified conditions.
It is made by making.

【0018】また、アルミニウムイオンを伝導する固体
電解質としては、Al1/3Zr2(PO4)3なる組成を有し、ナシ
コン型又はβ−硫酸鉄型の結晶構造を有する化合物から
構成されていることが好ましい。同様に、希土類イオン
を伝導する前記固体電解質は、R1/3Zr2(PO4)3(R:希土
類イオン)なる組成を有し、ナシコン型又はβ−硫酸鉄
型の結晶構造を有する化合物から構成されていることが
好ましい。
The solid electrolyte that conducts aluminum ions has a composition of Al 1/3 Zr 2 (PO 4 ) 3 and is composed of a compound having a crystal structure of Nasicon type or β-iron sulfate type. Is preferred. Similarly, the solid electrolyte that conducts rare earth ions has a composition of R 1/3 Zr 2 (PO 4 ) 3 (R: rare earth ions) and is a compound having a Nasicon-type or β-iron sulfate-type crystal structure. It is preferably composed of

【0019】これらは、Al(OH)3又はSc2O3なる組成の粉
末と、ZrO(NO3)・2H2Oなる組成の粉末とを所定の割合で
混合し、必要に応じて焼成することにより混合粉末を
得、この混合粉末を所定の形及び大きさ、例えばペレッ
ト状に成形した後、所定の条件下において焼成すること
によって作製する。
These are powders having a composition of Al (OH) 3 or Sc 2 O 3 and powders having a composition of ZrO (NO 3 ) · 2H 2 O mixed at a predetermined ratio and fired if necessary. Thus, a mixed powder is obtained, and the mixed powder is formed into a predetermined shape and size, for example, pellets, and then fired under predetermined conditions.

【0020】さらに、ジルコニウムイオンを伝導する前
記固体電解質は、ZrNb(PO4)3なる組成を有し、ナシコン
型又はβ−硫酸鉄型の結晶構造を有する化合物から構成
されていることが好ましい。同様に、ハフニウムイオン
を伝導する前記固体電解質は、HfNb(PO4)3なる組成を有
し、ナシコン型又はβ−硫酸鉄型の結晶構造を有する化
合物から構成されていることが好ましい。
Further, the zirconium ion conducting solid electrolyte preferably has a composition of ZrNb (PO 4 ) 3 and is composed of a compound having a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure. Similarly, the solid electrolyte that conducts hafnium ions preferably has a composition of HfNb (PO 4 ) 3 and is composed of a compound having a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure.

【0021】これらは、ZrO2又はHf(SO4)2なる組成の粉
末と、Nb2O5なる組成の粉末とを所定の割合で混合し、
必要に応じて焼成することにより混合粉末を得、この混
合粉末を所定の形及び大きさ、例えばペレット状に成形
した後、所定の条件下において焼成することによって作
製する。
These are powders having a composition of ZrO 2 or Hf (SO 4 ) 2 and powders having a composition of Nb 2 O 5 mixed at a predetermined ratio,
A mixed powder is obtained by firing if necessary, and the mixed powder is formed into a predetermined shape and size, for example, pellets, and then fired under predetermined conditions.

【0022】なお、ナシコン型の結晶構造とは、3次元
的なトンネルを有し、特定のイオン種がその結晶内を容
易に可動できるように設計された結晶構造を意味するも
のである。その名称の起源は、ナトリウムイオン(Na
)を可動イオン種として有するNa1+XZr2P8-XSiXO
12(X≒2):NASICON)に由来するものであ
る。また、β−硫酸鉄型の結晶構造は、前記ナシコン型
の結晶構造と類似の構造を呈し、同じく特定のイオン種
を容易に可動できるような3次元的なトンネルを有す
る。
The Nasicon type crystal structure means a crystal structure having a three-dimensional tunnel and designed so that a specific ion species can easily move in the crystal. The origin of the name is sodium ion (Na
+ ) As a mobile ion species Na 1 + X Zr 2 P 8-X Si X O
12 (X≈2): NASICON). Further, the β-iron sulfate type crystal structure exhibits a structure similar to the above-mentioned NASICON type crystal structure, and similarly has a three-dimensional tunnel in which a specific ionic species can be easily moved.

【0023】図1において、固体電解質1は通常0.7
mm〜1.1mmの厚さを有し、その表面積は50mm
〜100mmの大きさを有する。また、その形状は
円盤状又は矩形の平板状など必要に応じて任意の形状に
設定することができる。
In FIG. 1, the solid electrolyte 1 is usually 0.7.
having a thickness of mm to 1.1 mm and a surface area of 50 mm
It has a size of 2 to 100 mm 2 . The shape can be set to any shape such as a disk shape or a rectangular flat plate shape as required.

【0024】酸化物イオン導電体2は、上述したように
酸化物イオンを可動するものであれば特に限定されな
い。好ましくは、安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸
化ビスマス、酸化ハフニウム、酸化トリウム、ランタン
ガレートの少なくとも一つから構成する。
The oxide ion conductor 2 is not particularly limited as long as it can move the oxide ions as described above. Preferably, it is composed of at least one of stabilized zirconia, cerium oxide, bismuth oxide, hafnium oxide, thorium oxide, and lanthanum gallate.

【0025】図1において、酸化物イオン伝導体2は、
通常0.7mm〜1.0mmの厚さを有し、その表面積
は50mm〜100mmの大きさを有する。また、
その形状は固体電解質1の形状に合せて任意の形状に作
製することができる。
In FIG. 1, the oxide ion conductor 2 is
Has a thickness of usually 0.7Mm~1.0Mm, its surface area has a size of 50 mm 2 100 mm 2. Also,
The shape of the solid electrolyte 1 can be adjusted to an arbitrary shape.

【0026】検知電極3は、本発明に従って硝酸イオン
を含むことが必要である。具体的には、オキシ硝酸ユウ
ロピウムと硝酸リチウムとの混合硝酸塩から構成される
ことが好ましい。このような硝酸イオンを含む物質は、
極めて高い難水溶性を示すため、前記物質よりなる検知
電極3を含む窒素酸化物センサ10を水蒸気を含む雰囲
気中にも設置することができ、実用に供することができ
る。
The sensing electrode 3 needs to contain nitrate ions according to the present invention. Specifically, it is preferably composed of a mixed nitrate of europium oxynitrate and lithium nitrate. Substances containing such nitrate ions,
Since it exhibits extremely high water solubility, the nitrogen oxide sensor 10 including the detection electrode 3 made of the above substance can be installed in an atmosphere containing water vapor and can be put to practical use.

【0027】なお、検知電極3を構成する混合硝酸塩内
のユウロピウムを他の希土類元素で代替することもでき
る。また、オキシ硝酸塩単独でも検知電極3を構成する
ことができるが、上述のように、硝酸リチウムを含めた
混合硝酸塩として用いることが好ましい。
It is also possible to substitute europium in the mixed nitrate constituting the detection electrode 3 with another rare earth element. Further, the detection electrode 3 can be configured by using oxynitrate alone, but as described above, it is preferable to use it as a mixed nitrate including lithium nitrate.

【0028】検知電極3は通常0.5mm〜0.8mm
の厚さに形成し、その表面積の大きさは固体電解質1上
に設置できるように、10mm〜30mmに設定す
る。
The detection electrode 3 is usually 0.5 mm to 0.8 mm
Of is formed with a thickness, size of the surface area so that it can be placed on the solid electrolyte 1 is set to 10mm 2 ~30mm 2.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明を具体例に基づいて説明する。
本実施例においては図1に示すような窒素酸化物センサ
10を作製した。
EXAMPLES The present invention will be described below based on specific examples.
In this example, a nitrogen oxide sensor 10 as shown in FIG. 1 was produced.

【0030】(窒素酸化物センサの作製)最初に、MgHP
O4・3H2O、ZrO(NO3)・2H2O、及びNH4H2PO4なる組成の粉
末を、モル比が1.4:4.8:5.4となるように混
合し、乾燥空気流通下、300℃で5時間加熱した後、
同じく乾燥空気流通下において、1200℃で12時間
焼成し、混合粉末を作製した。その後、この混合粉末を
ペレット成形し、得られたペレットを所定の型内に入れ
て乾燥空気流通下、1200℃で12時間焼成すること
により、Mg1+XZr4P6O24+X+Zr2O(PO4)2なる組成の複合体
からなる矩形平板状の固体電解質1を得た。固体電解質
1の厚さは1.0mmであり、表面積の大きさは95m
であった。
(Production of Nitrogen Oxide Sensor) First, MgHP
Powders having a composition of O 4 .3H 2 O, ZrO (NO 3 ) .2H 2 O, and NH 4 H 2 PO 4 were mixed so that the molar ratio was 1.4: 4.8: 5.4. After heating at 300 ° C. for 5 hours under flowing dry air,
Similarly, under dry air flow, the powder was fired at 1200 ° C. for 12 hours to prepare a mixed powder. Then, this mixed powder is pelletized, and the obtained pellets are put into a predetermined mold and fired at 1200 ° C. for 12 hours under a flow of dry air to obtain Mg 1 + X Zr 4 P 6 O 24 + X + A rectangular flat plate-like solid electrolyte 1 composed of a composite having a composition of Zr 2 O (PO 4 ) 2 was obtained. The thickness of the solid electrolyte 1 is 1.0 mm, and the surface area is 95 m.
It was m 2 .

【0031】次いで、ZrO2粉末及びY2O3粉末をモル比
9:1で混合し、空気中、1600℃における6時間の
焼成処理を1タームとして、計3タームの焼成処理を行
ない、安定ジルコニアからなる矩形平板状の酸化物イオ
ン伝導体2を作製した。酸化物イオン伝導体2の厚さは
1.0mmであり、表面積の大きさは95mmであっ
た。
Then, ZrO 2 powder and Y 2 O 3 powder were mixed at a molar ratio of 9: 1 and calcined in air at 1600 ° C. for 6 hours as one term, and calcined for a total of 3 terms. A rectangular flat plate-shaped oxide ion conductor 2 made of zirconia was produced. The oxide ion conductor 2 had a thickness of 1.0 mm and a surface area of 95 mm 2 .

【0032】次いで、上記のようにして得た固体電解質
1と酸化物イオン伝導体2とをスミセラムなる接着剤を
用いて貼り合わせた。その後、固体電解質1上にEu(N
O3)・H 2O及びLiNO3混合ペーストを塗布し、300℃ま
で昇温することによって、EuONO 3及びLiNO3の混合物か
らなる検知電極3を厚さ0.7mmに形成した。
Next, the solid electrolyte obtained as described above
1 and the oxide ion conductor 2 with an adhesive called Sumiceram
It was stuck using. After that, Eu (N
O3) ・ H 2O and LiNO3Apply the mixed paste to 300 ℃.
EuONO by raising the temperature at 3And LiNO3A mixture of
The detection electrode 3 made of the above was formed to a thickness of 0.7 mm.

【0033】その後、図1に示すように、固体電解質1
の上面に金ネット4及び金線6を設けるとともに、酸化
物イオン伝導体2の下面に白金ネット5及び白金線7を
設け、窒素酸化物センサ10を完成させた。
Thereafter, as shown in FIG. 1, the solid electrolyte 1
The gold net 4 and the gold wire 6 were provided on the upper surface of the above, and the platinum net 5 and the platinum wire 7 were provided on the lower surface of the oxide ion conductor 2 to complete the nitrogen oxide sensor 10.

【0034】(窒素酸化物センサの評価)図2は、上記
のようにして得た窒素酸化物センサ10の応答曲線を示
すグラフであり、図3は、窒素酸化物センサ10の出力
値(起電力値)と窒素酸化物濃度との相関を示すグラフ
である。なお、前記出力値は、金線6及び白金線7間の
起電力値である。NOガスとしては窒素ガスで希釈した
1%NOガスを用い、これをさらに酸素ガス及び窒素ガ
スを用いて希釈することにより、NOガス濃度が100
ppm〜500ppmとなるようにした。また、総流量
は100ml/minに設定し、酸素濃度が20体積%
となるように制御した。
(Evaluation of Nitrogen Oxide Sensor) FIG. 2 is a graph showing a response curve of the nitrogen oxide sensor 10 obtained as described above, and FIG. It is a graph which shows the correlation of electric power value) and nitrogen oxide concentration. The output value is an electromotive force value between the gold wire 6 and the platinum wire 7. As the NO gas, 1% NO gas diluted with nitrogen gas was used, and this was further diluted with oxygen gas and nitrogen gas to obtain a NO gas concentration of 100%.
It was made to be ppm to 500 ppm. The total flow rate is set to 100 ml / min and the oxygen concentration is 20% by volume.
It was controlled so that

【0035】図2より、時間とともにNOガス濃度を変
化させた場合において、金線6及び白金線7間の起電力
値も前記NOガス濃度変化に追随して変化することが分
かる。また、出力変化の90%で定義される応答速度も
数分以内であり、良好な応答性を示すことが分かる。
From FIG. 2, it is understood that when the NO gas concentration is changed with time, the electromotive force value between the gold wire 6 and the platinum wire 7 also changes following the NO gas concentration change. Further, it can be seen that the response speed defined by 90% of the output change is also within a few minutes, which shows a good response.

【0036】図3は、250℃における窒素酸化物セン
サ10の出力値と窒素酸化物濃度との相関を示したもの
であり、濃度上昇時(白四角プロット)と濃度下降時
(黒丸プロット)との間で若干のずれはあるものの、窒
素酸化物の対数濃度と出力値である金線6及び白金線7
間の起電力値はほぼ1対1に対応し、比例関係にあるこ
とが分かる。
FIG. 3 shows the correlation between the output value of the nitrogen oxide sensor 10 and the nitrogen oxide concentration at 250 ° C., when the concentration is increasing (white square plot) and when the concentration is decreasing (black circle plot). Although there is a slight difference between the two, the logarithmic concentration of nitrogen oxides and the output values of the gold wire 6 and the platinum wire 7
It can be seen that the electromotive force values in between correspond substantially to each other and are in a proportional relationship.

【0037】以上より、本発明に従って作製した窒素酸
化物センサ10は、実用的なセンサとして使用可能であ
ることが判明した。したがって、窒素酸化物センサ10
の構成物である固体電解質1の難水溶性などともに、窒
素酸化物センサ10は、水蒸気などを含む雰囲気内でも
使用することができ、実用的な窒素酸化物センサである
ことが分かる。
From the above, it was found that the nitrogen oxide sensor 10 manufactured according to the present invention can be used as a practical sensor. Therefore, the nitrogen oxide sensor 10
It can be seen that the nitrogen oxide sensor 10 is a practical nitrogen oxide sensor because it can be used even in an atmosphere containing water vapor and the like because of the poorly water-soluble property of the solid electrolyte 1 which is the constituent of FIG.

【0038】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。例えば、検知電極3を構成する物質の種類を適宜選
択することにより、NOガスのみならず、その他のガス
に対しても適用することができる。
The present invention has been described in detail based on the embodiments of the invention with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents and does not depart from the scope of the present invention. All modifications and changes are possible. For example, by appropriately selecting the type of substance forming the detection electrode 3, it is possible to apply to not only NO gas but also other gases.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体電解質などの各構成物を難水溶性の物質から構成
し、この結果全く新規な構成の窒素酸化物センサを提供
する。この窒素酸化物センサは全体として難水溶性を呈
するため、水蒸気を含む環境下においても、長期間安定
して使用することができる。したがって、排煙ガスセン
サや環境保全用大気モニターなどとして好適に用いるこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
Each component such as a solid electrolyte is composed of a poorly water-soluble substance, and as a result, a nitrogen oxide sensor having a completely new structure is provided. Since this nitrogen oxide sensor exhibits poor water solubility as a whole, it can be stably used for a long period of time even in an environment containing water vapor. Therefore, it can be suitably used as a flue gas sensor, an atmospheric monitor for environmental protection, and the like.

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

【図1】 本発明の窒素酸素物センサの一例を示す構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a nitrogen oxygen substance sensor of the present invention.

【図2】 本発明の窒素酸化物センサの応答曲線の一例
を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an example of a response curve of the nitrogen oxide sensor of the present invention.

【図3】 本発明の窒素酸化物センサの出力値(起電力
値)と窒素酸化物濃度との相関を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the correlation between the output value (electromotive force value) of the nitrogen oxide sensor of the present invention and the nitrogen oxide concentration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体電解質 2 酸化物イオン導電体 3 検知電極 4 金ネット 5 白金ネット 6 金線 7 白金線 8 界面 1 Solid electrolyte 2 Oxide ion conductor 3 sensing electrodes 4 money net 5 platinum net 6 gold wire 7 platinum wire 8 interfaces

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マグネシウムイオン、アルミニウムイオ
ン、希土類イオン、ジルコニウムイオン、又はハフニウ
ムイオンを伝導する固体電解質と、この固体電解質を挟
むようにして設けられた酸化物イオン伝導体と、硝酸イ
オンを含む検知電極とを具える窒素酸化物センサ。
1. A solid electrolyte that conducts magnesium ions, aluminum ions, rare earth ions, zirconium ions, or hafnium ions, an oxide ion conductor provided so as to sandwich the solid electrolyte, and a sensing electrode containing nitrate ions. Nitrogen oxide sensor equipped with.
【請求項2】 マグネシウムイオンを伝導する前記固体
電解質は、Mg1+XZr4P6O2 4+X+Zr2O(PO4)2なる組成の複合
体又はMg1-2Y(Zr1-YNb)4P6O24(0≦Y<1/2)
なる組成の固溶体で、ナシコン型又はβ−硫酸鉄型の結
晶構造を有するものから構成されることを特徴とする、
請求項1に記載の窒素酸化物センサ。
2. The solid electrolyte that conducts magnesium ions is a composite of Mg 1 + X Zr 4 P 6 O 2 4 + X + Zr 2 O (PO 4 ) 2 or Mg 1-2Y (Zr 1 -Y Nb Y) 4 P 6 O 24 (0 ≦ Y <1/2)
A solid solution having the following composition, characterized in that it is composed of one having a crystal structure of Nasicon type or β-iron sulfate type,
The nitrogen oxide sensor according to claim 1.
【請求項3】 アルミニウムイオンを伝導する前記固体
電解質は、Al1/3Zr2(PO4)3なる組成を有し、ナシコン型
又はβ−硫酸鉄型の結晶構造を有する化合物から構成さ
れることを特徴とする、請求項1に記載の窒素酸化物セ
ンサ。
3. The solid electrolyte that conducts aluminum ions has a composition of Al 1/3 Zr 2 (PO 4 ) 3 and is composed of a compound having a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein:
【請求項4】 希土類イオンを伝導する前記固体電解質
は、R1/3Zr2(PO4)3(R:希土類イオン)なる組成を有
し、ナシコン型又はβ−硫酸鉄型の結晶構造を有する化
合物から構成されることを特徴とする、請求項1に記載
の窒素酸化物センサ。
4. The solid electrolyte that conducts rare earth ions has a composition of R 1/3 Zr 2 (PO 4 ) 3 (R: rare earth ions) and has a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein the nitrogen oxide sensor is composed of a compound having.
【請求項5】 ジルコニウムイオンを伝導する前記固体
電解質は、ZrNb(PO4)3なる組成を有し、ナシコン型又は
β−硫酸鉄型の結晶構造を有する化合物から構成される
ことを特徴とする、請求項1に記載の窒素酸化物セン
サ。
5. The zirconium ion conducting solid electrolyte has a composition of ZrNb (PO 4 ) 3 and is composed of a compound having a Nasicon type or β-iron sulfate type crystal structure. The nitrogen oxide sensor according to claim 1.
【請求項6】 ハフニウムイオンを伝導する前記固体電
解質は、HfNb(PO4)3なる組成を有し、ナシコン型又はβ
−硫酸鉄型の結晶構造を有する化合物から構成されるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の窒素酸化物センサ。
6. The solid electrolyte that conducts hafnium ions has a composition of HfNb (PO 4 ) 3 and is of the Nasicon type or β-type.
-The nitrogen oxide sensor according to claim 1, which is composed of a compound having an iron sulfate-type crystal structure.
【請求項7】 前記酸化物イオン伝導体は、安定化ジル
コニア、酸化セリウム、酸化ビスマス、酸化ハフニウ
ム、酸化トリウム、ランタンガレートの少なくとも一つ
から構成されることを特徴とする、請求項1〜6のいず
れかに記載の窒素酸化物センサ。
7. The oxide ion conductor is composed of at least one of stabilized zirconia, cerium oxide, bismuth oxide, hafnium oxide, thorium oxide, and lanthanum gallate. 5. The nitrogen oxide sensor according to any one of 1.
【請求項8】 前記検知電極は、オキシ硝酸ユウロピウ
ムと硝酸リチウムとの混合硝酸塩から構成されることを
特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の窒素酸化
物センサ。
8. The nitrogen oxide sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is composed of a mixed nitrate of europium oxynitrate and lithium nitrate.
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