JP2003130839A

JP2003130839A - アルコールセンサ

Info

Publication number: JP2003130839A
Application number: JP2001326775A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nadanami; 紀彦灘浪; Tomonori Kondo; 智紀近藤; Takaharu Inoue; 隆治井上; Noboru Ishida; 昇石田; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】新規な構造を有し、特に、被測定ガス中の水素
ガス濃度が高い場合においても、アルコール濃度を精度
よく測定することができるアルコールセンサを提供す
る。【解決手段】第１プロトン伝導層２に接して設けられた
第１電極３及び第２電極４と、被測定ガス雰囲気と第１
電極３間に設けられたガス拡散律速部６と、第１プロト
ン伝導層２、第１電極３、第２電極４及びガス拡散律速
部６を支持する支持体１ａ，１ｂとを有し、第１電極３
と第２電極４間に十分な電圧を印加することにより被測
定ガス中の少なくともアルコールを解離または分解もし
くは反応させ、発生したプロトンを第１プロトン伝導層
２を介して第１電極３側から第２電極４側へ汲み出すこ
とにより生じる電流に基づいて被測定ガス中のアルコー
ルの濃度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルコールセンサ
に関し、特に、燃料電池の燃料ガス中、中でも、メタノ
ール改質ガス中のアルコール濃度の測定に好適なアルコ
ールセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】地球規模の環境悪化が問題視される中、
高効率で、クリーンな動力源として燃料電池の研究が近
年盛んに行われている。その中で、低温作動、高出力密
度等の利点により、自動車用として固体高分子型燃料電
池（ＰＥＦＣ）が期待されている。この場合、燃料ガス
として、メタノール等の改質ガスの使用が有望である
が、より効率等を向上させるために、改質ガス中の未反
応のメタノール等のアルコールの濃度を直接検知できる
センサが必要になってくる。上記センサは、水素リッチ
雰囲気中での測定が可能であることが求められる。

【０００３】このような水素リッチ雰囲気中での測定が
可能な低級アルコール検出装置として、特開平８−３２
７５９０号公報には、電解質膜と、この電解質膜を挟持
する２つの電極とを備え、一方の電極上に被測定ガス
を、他方の電極上に大気を導入し、これら２つの電極間
の電位差からアルコール濃度を求める装置が提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、燃料電池の効率
を良くするために、被測定ガスである燃料ガスは加圧さ
れている。ところが、上記特開平８−３２７５９０号公
報に提案された検出装置においては、電解質膜の一方に
大きな開口を通じて水素リッチの被測定ガス、該電解質
膜の他方に大きな別の開口を通じて酸素を含む大気とが
導入され、換言すれば、水素リッチの被測定ガスと酸素
を含む大気とがこの電解質膜のみで隔てられている。こ
れによって、電解質膜に圧力が不均等にかかるため、長
期の使用においては電解質膜に支障が発生し、安定した
測定ができない。また、この特開平８−３２７５９０号
公報には、被測定ガスが所定の圧力を越えた場合に圧力
を逃がす構造が提案されている。しかし、この構造は、
一時的な圧力の上昇に対しては有効であるが、常に加圧
されている条件下では電解質膜にかかる圧力は不均等の
ままであり、測定精度に影響を及ぼすおそれがある。

【０００５】本発明の目的は、新規な構造を有し、アル
コール濃度を精度よく測定することができるアルコール
センサを提供することである。本発明のさらなる目的
は、被測定ガス中の水素ガス濃度が高い場合において
も、アルコール濃度を精度よく測定することができるア
ルコールセンサを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１プロトン
伝導層と、第１プロトン伝導層に接して設けられた第１
電極及び第２電極と、被測定ガス雰囲気と前記第１電極
間に設けられたガス拡散律速部と、前記第１プロトン伝
導層、前記第１電極、前記第２電極及び前記ガス拡散律
速部を支持する支持体とを有し、前記第１電極と前記第
２電極間に十分な電圧を印加することにより被測定ガス
中の少なくともアルコールを解離または分解もしくは反
応させ、発生したプロトンを前記第１プロトン伝導層を
介して前記第１電極側から前記第２電極側へ汲み出すこ
とにより生じる電流に基づいて被測定ガス中のアルコー
ルの濃度を求めることを特徴とするアルコールセンサを
提供する。

【０００７】このアルコールセンサは、ガス拡散律速部
を介して、被測定ガスがプロトン伝導層上に形成された
第１電極上に対して導入されるため、被測定雰囲気の圧
力変動が、直接的に、第１電極や第１プロトン伝導層等
に伝達されることが防止されている。これによって、被
測定ガス雰囲気と他の雰囲気（例えば、大気）との間に
介在するよう設けられている第１プロトン伝導層に不均
一な圧力が加わることが防止されている。したがって、
このアルコールセンサは、頑健な素子構造を備えている
ものである。また、このアルコールセンサによれば、大
気のように酸素を含むガスをセンサに導入しなくてもよ
く、又加圧された雰囲気中においても圧力がプロトン伝
導層等に均等に加わるため、センサの耐久性が向上され
ている。

【０００８】さらに、このアルコールセンサは、アルコ
ール濃度測定における水素ガス濃度依存性が小さくなる
よう構成することができる。例えば、このアルコールセ
ンサを、前記第１プロトン伝導層に接して設けられた第
１参照電極を有するよう構成し、前記第１電極と前記第
１参照電極間の電位差が一定になるように該第１電極と
前記第２電極間に十分な電圧を印加する。これによっ
て、被測定ガス中に含まれる水素ガス濃度が変動した場
合においても、精度よくアルコール濃度を測定すること
ができる。

【０００９】なお、上述した特開平８−３２７５９０号
公報の検出装置は、２つの電極間の電位差からアルコー
ル濃度を求めているが、原理上、被測定ガス中に含まれ
る水素ガス濃度が変化した場合も、この電位差は変化す
る。このため、この従来の検出装置によるアルコール濃
度測定は、被測定ガス中に含まれる水素ガス濃度に依存
するという問題がある。

【００１０】また、本発明は、第１ガス拡散律速部を介
して被測定ガス雰囲気と連通する第１測定室と、第２ガ
ス拡散律速部を介して前記第１測定室と連通する第２測
定室と、第２測定室に面する第１プロトン伝導層と、第
１測定室に面する第２プロトン伝導層と、前記第１プロ
トン伝導層に接して設けられ且つ第２測定室内に接する
よう設けられた第１電極と、前記第１プロトン伝導層に
接して設けられ且つ前記第１測定室及び前記第２測定室
外に設けられた第２電極と、前記第２プロトン伝導層に
接して設けられ且つ前記第１測定室内に設けられた第３
電極と、前記第２プロトン伝導層に接して設けられ且つ
前記第１測定室及び前記第２測定室外に設けられた第４
電極と、前記第１ガス拡散律速部、前記第１測定室、前
記第２ガス拡散律速部、前記第２測定室、前記第１プロ
トン伝導層、前記第２プロトン伝導層、前記第１電極、
前記第２電極、前記第３電極及び第４電極を支持する支
持体とを有し、前記第１ガス拡散律速部を介して前記第
１測定室内に導入された被測定ガス中の水素ガスを前記
第３電極と前記第４電極間に十分な電圧を印加すること
により解離または分解もしくは反応させ、発生したプロ
トンを前記第２プロトン伝導層を介して前記第３電極側
から前記第４電極側へ汲み出すことにより、前記第１測
定室内の水素濃度を制御し、水素濃度が制御された第１
測定室内の被測定ガスを前記第２ガス拡散律速部を介し
て前記第２測定室に導入し、前記第１電極と前記第２電
極間に十分な電圧を印加することにより、前記第２測定
室内の水素ガス及びアルコールを解離または分解もしく
は反応させ、発生したプロトンを前記第１プロトン伝導
層を介して前記第１電極側から前記第２電極側へ汲み出
すことにより生じる電流に基づいて被測定ガス中のアル
コールの濃度を求めることを特徴とするアルコールセン
サを提供する。

【００１１】このアルコールセンサにおいては、第１測
定室において、予め、第２測定室に導入される被測定ガ
ス中の水素ガス濃度を制御するため、プロトンを前記第
１プロトン伝導層を介して前記第１電極側から前記第２
電極側へ汲み出すことにより生じる電流値は、被測定ガ
ス中の水素ガス濃度の変化によらず、アルコール濃度の
変化によって変化することになる。したがって、このア
ルコールセンサによれば、被測定ガス中の水素ガス濃度
を測定することなく、アルコール濃度測定の水素ガス濃
度依存性を低減することができる。また、被測定ガス中
において、水素ガス濃度が高くアルコール濃度が低い場
合のように、水素に起因する電流値とアルコールに起因
する電流値の和に対するアルコールに起因する電流値変
化の割合が小さく識別困難な場合においても、水素ガス
濃度を第１測定室にてアルコール濃度と同等レベル以下
に制御することが可能であるため、プロトンを前記第１
プロトン伝導層を介して前記第１電極側から前記第２電
極側へ汲み出すことにより生じる電流値におけるアルコ
ールに起因する電流値の割合が大きくなり、より精度の
よいアルコール濃度測定が可能になる。

【００１２】なお、本発明において、第１電極と第２電
極間に印加する「十分な電圧」とは、両電極間に流れる
電流が限界電流となるのに足りる電圧を意味し、例えば
２００ｍＶ以上、好ましくは４００ｍＶ以上、より好ま
しくは６００ｍＶ以上の電圧である。また、第３電極と
第４電極間に印加する電圧についても同様に、両電極間
に流れる電流が限界電流となるのに足りる電圧を印加す
ればよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。

【００１４】本発明の好ましい実施の形態に係るアルコ
ールセンサは、第１プロトン伝導層に接して設けられた
第１参照電極を有し、第１電極と第１参照電極間の電位
差が一定になるように第１電極と第２電極間に十分な電
圧を印加することにより被測定ガス中の少なくともアル
コールを解離または分解もしくは反応させ、発生したプ
ロトンをプロトン伝導層を介して第１電極側から第２電
極側へ汲み出すことにより生じる電流に基づいて被測定
ガス中のアルコールの濃度を求めることを特徴とする。
このアルコールセンサによれば、被測定ガス中のＨ_２Ｏ
濃度等の変化により、第１電極と第２電極間の抵抗が変
化するような場合においても、第１参照電極を設置し、
第１電極と第１参照電極間の電位差が一定になるように
第１電極と第２電極間の印加電圧を制御することによ
り、第１電極と第２電極間に印加する電圧を最適な電圧
に可変でき、より精度の良いアルコール濃度の測定が可
能になる。

【００１５】また、好ましくは、第１電極と第２電極間
に電圧が印加されることにより制御される第１電極上の
水素濃度を水素分圧換算で１０^−１１ａｔｍ以下とす
る。これは、アルコールの解離または分解もしくは反応
は、第１電極上の水素分圧が低いときに起こるため、１
０^−１１ａｔｍ以下に第１電極上の水素分圧を制御する
ことにより、より正確なアルコール濃度の測定が可能と
なる。

【００１６】ここで、本発明のアルコールセンサにおい
ては、水素もプロトンとして、プロトン伝導層を介して
第１電極側から第２電極側へ汲み出されるため、第１電
極と第２電極間に流れる電流値は水素に起因する電流値
とアルコールに起因する電流値の合計となる。したがっ
て、特に、被測定ガス中の水素ガス濃度が大きく変化す
るような場合、本発明において、好ましくは、被測定ガ
ス中の水素ガス濃度の値と第１電極と第２電極間に流れ
る電流値とからアルコール濃度を求める。このように、
水素ガス濃度の値と前記電流値の値からアルコール濃度
を求めることにより、被測定ガス中の水素ガス濃度が大
きく変化するような場合においても、精度のよいアルコ
ール濃度の測定が可能になる。

【００１７】好ましくは、被測定ガス中の水素ガス濃度
を、第２プロトン伝導層に接して設けられた第３電極及
び第４電極と、被測定ガス雰囲気と前記第３電極間に設
けられた別のガス拡散律速部と、前記第２プロトン伝導
層、第３電極、第４電極及び別のガス拡散律速部を支持
する支持体とを有する限界電流式水素センサから求め
る。さらに好ましくは、上記限界電流式水素センサが第
２プロトン伝導層に接して設けられた第２参照電極を有
する。つまり、上記限界電流式水素センサを水素濃度測
定に用いることによりシステム全体としての構成の小型
化及び、被測定ガス雰囲気中への直接挿入が可能とな
る。また上記限界電流式水素センサにおいて第２プロト
ン伝導層に接して第２参照電極を設けることにより、被
測定ガス中のＨ_２Ｏ濃度等が変化し、第３電極と第４電
極間の抵抗が変化するような場合においても第３電極と
第４電極間への印加電圧を可変することが可能となるた
め、精度のよい水素ガス濃度の測定が可能となり、ひい
てはアルコール濃度の測定精度もより高くなる。

【００１８】また、本発明によるアルコールセンサに、
限界電流式水素センサを付設ないし一体化することによ
り、より一層小型化が可能となり、一つのセンサにて精
度のよいアルコール濃度測定が可能となる。

【００１９】第１測定室及び第２測定室を有する本発明
の好ましい実施の形態に係るアルコールセンサは、第１
プロトン伝導層に接して設けられ且つ第１測定室及び第
２測定室外に設けられた第１参照電極を有する。このよ
うに第１参照電極を設けることにより、第１電極と第１
参照電極間の電位差が一定になるように第１電極と第２
電極間の印加電圧を可変させることが可能になるため、
Ｈ_２Ｏ濃度等の変化により第１電極と第２電極間の抵抗
が変化した場合においても第１電極と第２電極間に流れ
る電流値から求められるアルコール濃度の測定をより精
度よく行うことができる。

【００２０】第１測定室及び第２測定室を有する本発明
の好ましい実施の形態に係るアルコールセンサは、第２
プロトン伝導層に接して設けられ且つ第１測定室及び第
２測定室外に設けられた第２参照電極を有する。このよ
うに第２参照電極を設けることにより、第３電極と第２
参照電極間の電位差が一定になるように第３電極と第４
電極間の印加電圧を可変させることが可能になるため、
Ｈ_２Ｏ濃度等の変化により第３電極と第４電極間の抵抗
が変化した場合においても第１測定室における水素濃度
の制御をより精度よく行うことができ、ひいてはアルコ
ール濃度の測定精度をより高めることができる。

【００２１】

【実施例】以上説明した本発明の好ましい実施の形態を
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。

【００２２】［第１の実施例］図１は、本発明の第１の
実施例に係るアルコールセンサを説明するための要部断
面図である。図１を参照すると、このアルコールセンサ
においては、第１プロトン伝導層２を挟んで、対向する
よう第１電極３及び第２電極４が形成されている。第１
電極３及び第２電極４は、第１プロトン伝導層２にそれ
ぞれ接している。第１電極３、第１プロトン伝導層２及
び第２電極４は、上部支持体１ａと下部支持体１ｂから
なる支持体に挟み込まれている。上部支持体１ａには、
被測定ガスを第１電極３上に導入するためのガス拡散律
速部６が形成されている。下部支持体１ｂには、第２電
極４に接して空孔１１が形成されている。第１電極３と
第２電極４間には、リード部を介して電源７及び電流計
８が接続され、電圧印加及び電流測定ができるように構
成されている。

【００２３】第１プロトン伝導層２は比較的低温で作動
するフッ素系樹脂、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（デュポン社
の商標）等のフィルムを用いて形成することができる。
第１電極３及び第２電極４は、第１プロトン伝導層２に
接する側にＰｔ等の触媒を担持した多孔質カーボン等に
より形成されている。絶縁体からなる支持体（上部支持
体１ａ及び下部支持体１ｂ）は、アルミナ等のセラミッ
クスから形成されている。なお、この支持体を樹脂等か
ら構成することもできる。ガス拡散律速部６はガス透過
性を有するアルミナ多孔体から形成されている。なお、
このガス拡散律速部６を極細の貫通孔により形成しても
よい。第１プロトン伝導層２と、第１電極３及び第２電
極４とは、物理的に、支持体に挟み込んで、互いに接触
させられている。なお、第１プロトン伝導層２と、第１
電極３及び第２電極４とを、ホットプレス法を用いて互
いに接着してもよい。

【００２４】［測定例１］次に、図１に示した構造を有
するアルコールセンサを用いて測定したメタノール濃度
と電圧−電流特性の関係を調べた。また、この測定結果
を参照しながら、このアルコールセンサの測定原理につ
いて説明する。なお、以降の測定においては、アルコー
ルの具体例としてメタノールを用いた。図２に、測定例
１の結果、すなわち、メタノール濃度と電圧−電流特性
の結果を示す。測定条件は以下の通りである。

【００２５】＜測定条件＞・ガス組成：ＣＨ_３ＯＨ＝０，０．５，１％、Ｈ_２＝５
０％、ＣＯ_２＝２５％、Ｎ_２＝ｂａｌ．、・被検出ガス温度：８０℃、・被検出ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ、・印加電圧（第１電極と第２電極間）Ｖｐ：０〜１４０
０ｍＶ。

【００２６】図２より、印加電圧が４００ｍＶ以上で、
メタノール濃度が増加するに伴い電流値が増加している
のがわかる。つまり、第１電極と第２電極間にメタノー
ルが反応するような電圧を印加し、そのとき、第１電極
と第２電極間に流れる電流値を測定することにより、メ
タノール濃度の測定が可能となる。

【００２７】ここで、印加電圧Ｖｐと電流Ｖｐの関係は
下記式１のように表すことができる。

【００２８】Ｖｐ＝Ｉｐ×ｒ＋ＥＭＦ・・・［式１］Ｖｐ：第１電極と第２電極間に印加する印加電圧、Ｉｐ：第１電極と第２電極間に流れる電流、ｒ：第１電極と第２電極間の抵抗、ＥＭＦ：ネルンストの式（［式２］）に基づき、第１電
極と第２電極間に発生する起電力。

【００２９】ＥＭＦ＝ＲＴ／２Ｆ×Ｌｎ（Ｐ₂／Ｐ₁）・・・［式２］Ｒ：気体定数（８．３１４Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）、Ｆ：ファラデー定数（９．６４９×１０⁴Ｃ／ｍｏ
ｌ）、Ｐ₁：第１電極上の水素分圧（ａｔｍ）、Ｐ₂：第２電極上の水素分圧（ａｔｍ）。

【００３０】そこで、上記式１、式２及び下記表１の値
を用いてメタノールの反応が起こり始める第１電極上の
水素分圧Ｐ_１を求めると、３．８×１０^−１１ａｔｍと
なる。従って、１０^−１１ａｔｍより低い水素分圧に第
１電極上の水素濃度を制御することにより、メタノール
の反応を促進し、確実なメタノール濃度の測定が可能に
なる。

【００３１】

【表１】

【００３２】［第２の実施例］次に、本発明の第２の実
施例に係るアルコールセンサについて説明する。この第
２の実施例に係るアルコールセンサの構造が、前記第１
の実施例に係るアルコールセンサの構造と相違する点
は、前者に第１参照電極が追加されていることである。
したがって、以下の第２の実施例の説明においては、主
として、前記第１の実施例との相違点について説明し、
第２の実施例に係るアルコールセンサが前記第１の実施
例に係るアルコールセンサと同様の構造を有する点につ
いては、適宜、前記第１の実施例の説明を参照すること
ができるものとする。

【００３３】図３は、本発明の第２の実施例に係るアル
コールセンサの構造を説明するための要部断面図であ
る。図３を参照すると、このアルコールセンサにおいて
は、第１プロトン伝導層２に接して、第１参照電極５が
形成されている。第１参照電極５は、被測定ガス中の水
素ガス濃度変化による影響が小さくなるように下部支持
体１ｂにより覆われた状態で形成されている。また、第
１参照電極５は、第１プロトン伝導層２において第２電
極４が形成された面側に形成され、第２電極４とは別室
に配置されている。

【００３４】なお、第１参照電極５上における水素ガス
濃度をより安定化させるためには、第１参照電極５を自
己生成基準極とすることが好ましい。その方法として
は、第１電極３から第１参照電極５へ一定な微小電流を
流し、水素ガスの一部を所定の漏出抵抗部（例えば極細
な孔等）を介して外部に漏出するようにすればよい。

【００３５】第１電極３と第１参照電極５間には、リー
ド部を介して電位差計１０が接続されている。第１電極
３と第２電極４間には、リード部を介して電源９及び電
流計８が接続されている。そして、第１電極３と第１参
照電極５間の電位差がある一定の値になるように、第１
電極３と第２電極４間に十分な電圧が印加され、そのと
き流れる電流が測定される。

【００３６】つまり、このアルコールセンサにおいて
は、第１電極と参照電極間の電位差が一定になるよう
に、第１電極と第２電極間に印加される電圧を可変でき
るため、被測定ガス中のＨ_２Ｏ等の変化により、第１電
極と第２電極間の抵抗が上昇した場合は高い電圧が、抵
抗が低下した場合は低い電圧がといったように、適宜最
適な電圧印加が可能になる。また、第１電極と参照電極
間の電位を一定にすることにより第１電極上の水素濃度
を常に一定に制御可能であるための、この電位を最適な
値に設定することにより、Ｈ_２Ｏ濃度等が大きく変化す
る雰囲気に対しても第１電極上の水素濃度を水素分圧換
算で１０^−１１ａｔｍ以下に常に制御可能であり、アル
コール濃度を精度よく測定することが可能になる。

【００３７】次に、本発明によるアルコールセンサを用
い、特に、被測定ガス中に含まれる水素ガスの濃度が大
きく変化するような環境下において、精度よくアルコー
ル濃度を測定するシステムについて説明する。このシス
テムによれば、被測定ガス中の水素濃度と、本発明によ
るアルコールセンサにおいてプロトン伝導層を介して第
１電極と第２電極間に流れる電流値とに基づいて、アル
コール濃度を被測定ガス中の水素ガス濃度に影響されず
により精度よく求めることができる。

【００３８】まず、被測定ガス中の水素ガス濃度を求め
る方法について説明する。この実施例においては、限界
電流式水素センサを用いて、被測定ガス中の水素ガス濃
度を求めるシステムを説明する。このような限界電流式
水素センサを用いることにより、システム全体の小型化
及び被測定ガス雰囲気中へのセンサの直接挿入が可能に
なる。なお、場合によっては、限界電流式水素センサと
は異なるタイプの水素センサないし分析装置を用いて、
被測定ガス中の水素ガス濃度を求めることもできる。

【００３９】図４は、本発明によるアルコールセンサを
用いたアルコール濃度検出システムに好適に適用される
限界電流式水素センサの構造を説明するための要部断面
図である。

【００４０】図４を参照すると、この限界電流式水素セ
ンサにおいては、第２プロトン伝導層２２を挟んで、対
向するよう第３電極１３及び第４電極１４が形成されて
いる。第３電極１３及び第４電極１４は、第２プロトン
伝導層２２にそれぞれ接している。第３電極１３、第２
プロトン伝導層２２及び第４電極１４は、上部支持体１
ａと下部支持体１ｂからなる支持体に挟み込まれてい
る。上部支持体１ａには、被測定ガスを第３電極１３上
に導入するための別のガス拡散律速部１６が形成されて
いる。下部支持体１ｂには、第４電極１４に接して空孔
２１が形成されている。第３電極１３と第４電極１４間
には、リード部を介して電源１７及び電流計１８が接続
され、電圧印加及び電流測定ができるように構成されて
いる。

【００４１】第２プロトン伝導層２２は比較的低温で作
動するフッ素系樹脂、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（デュポン
社の商標）等のフィルムを用いて形成することができ
る。第３電極１３及び第４電極１４は、第２プロトン伝
導層２２に接する側にＰｔ等の触媒を担持した多孔質カ
ーボン等により形成されている。絶縁体からなる支持体
（上部支持体１ａ及び下部支持体１ｂ）は、アルミナ等
のセラミックスから形成されている。なお、この支持体
を樹脂等から構成することもできる。別のガス拡散律速
部１６はガス透過性を有するアルミナ多孔体から形成さ
れている。なお、この別のガス拡散律速部１６を極細の
貫通孔により形成してもよい。第２プロトン伝導層２２
と、第３電極１３及び第４電極１４とは、物理的に、支
持体に挟み込んで、互いに接触させられている。なお、
第２プロトン伝導層２２と、第３電極１３及び第４電極
１４とを、ホットプレス法を用いて互いに接着してもよ
い。

【００４２】以下に、この限界電流式水素センサを用い
た水素ガス濃度の測定原理について示す。

【００４３】(１)別のガス拡散律速部１６を通って第３
電極１３上に到達した水素は、第３電極１３のＰｔ等に
よる触媒作用と、第３電極１３と第４電極１４間に印加
される印加電圧によりプロトンに解離される。

【００４４】(２)発生したプロトンは、第２プロトン伝
導層２２を通って第４電極１４側へ汲み出され、再び水
素ガスとなって被測定ガス雰囲気中に拡散する。

【００４５】(３)このとき第３電極１３と第４電極１４
間に流れる電流は、印加電圧が十分限界電流を与える値
の場合、被測定ガス中の水素ガス濃度に比例するため、
この電流値（限界電流値）に基づいて、被測定ガス中の
水素ガス濃度を求めることができる。

【００４６】続いて、以上説明した限界電流式センサの
好ましい変形例として、さらに、第２参照電極を有する
限界電流式センサを説明する。図５は、第２参照電極を
有する限界電流式センサの構造を説明するための要部断
面図である。

【００４７】図５を参照すると、この限界電流式センサ
においては、第２プロトン伝導層２２に接して、第２参
照電極１５が形成されている。第２参照電極１５は、被
測定ガス中の水素ガス濃度変化による影響が小さくなる
ように下部支持体１ｂにより覆われた状態で形成されて
いる。また、第２参照電極１５は、第２プロトン伝導層
２２において第４電極１４が形成された面側に形成さ
れ、第４電極１４とは別室に配置されている。

【００４８】なお、第２参照電極１５上における水素ガ
ス濃度をより安定化させるためには、第２参照電極１５
を自己生成基準極とすることが好ましい。その方法とし
ては、第３電極１３から第２参照電極１５へ一定な微小
電流を流し、水素ガスの一部を所定の漏出抵抗部（例え
ば極細な孔等）を介して外部に漏出するようにすればよ
い。

【００４９】第３電極１３と第２参照電極１５間には、
リード部を介して電位差計２０が接続されている。第３
電極１３と第４電極１４間には、リード部を介して電源
１９及び電流計１８が接続されている。そして、第３電
極１３と第２参照電極１５間の電位差がある一定の値に
なるように、第３電極１３と第４電極１４間に十分な電
圧が印加され、そのとき流れる電流が測定される。した
がって、第２参照電極１５を設けることにより、第３電
極１３と第２参照電極１５間の電位差が一定になるよう
に、第３電極１３と第４電極１４間に印加される電圧を
可変できるため、被測定ガス中のＨ_２Ｏ等の変化によ
り、第３電極１３と第４電極１４間の抵抗が変化した場
合においても、適宜最適な電圧印加が可能になり、より
精度のよい水素ガス濃度の測定が可能になり、アルコー
ル濃度の測定精度の向上に貢献できる。

【００５０】［測定例２］図３に示した本発明の第２の
実施例に係るアルコールセンサと、図５に示した限界電
流式水素センサとを用いて、被測定ガス中の水素濃度の
値とアルコールセンサから出力される電流値とに基づい
て、メタノール濃度を求めた。

【００５１】この測定例２においては、参照電極での水
素ガス濃度を安定化させるために、第１電極から第１参
照電極へ一定な微小電流を流すことにより、第１参照電
極を自己生成基準極とした。このアルコールセンサに関
する測定条件は以下の通りである。

【００５２】＜測定条件＞・被検出ガス組成：ＣＨ_３ＯＨ＝０〜１．５％、Ｈ_２＝
５０％、ＣＯ_２＝１５％、Ｈ_２Ｏ＝２５％、Ｎ_２＝ｂａ
ｌ．、・被検出ガス温度：８０℃、・被検出ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ、・第１電極−第１参照電極間電位差：８００ｍＶ、・自己生成基準極のための一定電流：１０μＡ。

【００５３】図６は、測定例２に係り、本発明の第２の
実施例に係るアルコールセンサを用いてアルコール濃度
を測定した結果（被測定ガス中に投入したメタノール濃
度とプロトン伝導層を介して第１電極と第２電極間に流
れる電流の値との関係）を示すグラフである。

【００５４】図６より、メタノール濃度に対して電流値
（限界電流値）が変化しており、本発明の第２の実施例
に係るアルコールセンサを用いてメタノール濃度の測定
が可能であることがわかる。

【００５５】図６に示すように、ここで、メタノール濃
度が０％のときの電流値を「オフセット」、メタノール
濃度が変化したときの電流値の変化量をセンサの「感
度」と定義する。

【００５６】図７は、測定例２に係り、本発明の第２の
実施例に係るアルコールセンサの感度と、被測定ガス中
に投入したメタノール濃度の関係を示すグラフである。
被測定ガス中に、水素ガス及びメタノールが含まれる場
合、このアルコールセンサが出力する電流の値は、水素
ガスに起因する電流値とメタノールに起因する電流値の
和で表される。上述の「オフセット」は水素に起因する
電流値を表している。したがって、被測定ガス中の水素
ガス濃度が大きく変化する場合、このオフセットの値が
変化してしまう。そこで、被測定ガス中にメタノールを
投入せず、被測定ガス中に含まれる水素ガス濃度を変え
て、本発明の第２の実施例に係るアルコールセンサのオ
フセットと、被測定ガス中の水素ガス濃度との関係を調
べた。この測定条件は以下の通りである。

【００５７】＜測定条件＞・被測定ガス組成：ＣＨ_３ＯＨ＝０％、Ｈ_２＝０〜５０
％、ＣＯ_２＝１５％、Ｈ_２Ｏ＝２５％、Ｎ_２＝ｂａ
ｌ．、・被測定ガス温度：８０℃、・被測定ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ、・第１電極−参照電極間電位差：８００ｍＶ、・自己生成基準極の為の一定電流：１０μＡ。

【００５８】図８は、測定例２に係り、本発明の第２の
実施例に係るアルコールセンサを用いて測定されたオフ
セットと、被測定ガス中の水素ガス濃度との関係を説明
するためのグラフである。

【００５９】図８より、オフセットが水素濃度に対して
変化しており、アルコール濃度測定は水素ガス濃度に依
存していることがわかる。

【００６０】次に、図５に示した限界電流式水素センサ
を用いて、被測定ガス中の水素ガス濃度を測定した。測
定条件は以下の通りである。

【００６１】＜測定条件＞・被測定ガス組成：Ｈ_２＝０〜５０％、ＣＯ_２＝１５
％、Ｈ_２０＝２５％、Ｎ _２＝ｂａｌ．、・被測定ガス温度：８０℃、・被測定ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ、・第３電極−第２参照電極間電位差：１５０ｍＶ、・自己生成基準極のための一定電流：１０μＡ。

【００６２】図９は、測定例２に係り、図５に示した限
界電流式水素センサを用いて、被測定ガス中の水素ガス
濃度を測定した結果（電流値と水素ガス濃度の関係）を
示すグラフである。

【００６３】図９より、被測定ガス中の水素ガス濃度に
対応して電流値が変化していることから、図５に示した
ような限界電流式水素センサを用いて、被測定ガス中の
水素ガス濃度の測定が可能であることがわかる。

【００６４】次に、図５に示した限界電流式水素センサ
の電流値と、図３に示した本発明の第２の実施例に係る
アルコールセンサの電流値とに基づいて、メタノール濃
度を求める手順を説明する。

【００６５】（１）アルコールセンサの電流値及び水素
センサの電流値を測定する。

【００６６】（２）図９から、水素センサの電流値を用
いて被測定ガス中の水素ガス濃度を求める。

【００６７】（３）求められた水素ガス濃度と図８か
ら、アルコールセンサのオフセットを求める。

【００６８】（４）測定したアルコールセンサの電流値
から求められたオフセットを差し引き、アルコールセン
サの感度を求める。

【００６９】（５）求められた感度と図７から、被測定
ガス中のメタノール濃度を求める。

【００７０】以上のような手順により、水素ガス濃度と
アルコールセンサの電流値に基づいてメタノール濃度を
求めることにより、オフセットの水素濃度依存をキャン
セルすることができ、水素ガス濃度が大きく変化するよ
うな条件下でも精度のよいメタノール濃度の測定ができ
る。

【００７１】［第３の実施例］次に、本発明の第３の実
施例に係るアルコールセンサを説明する。このアルコー
ルセンサは、本発明によるアルコールセンサと図５に示
した限界電流式センサとが一体化された構造を有してい
る。図１０は、本発明の第３の実施例に係るアルコール
センサの構造を説明するための要部断面図である。

【００７２】図１０を参照すると、同図中、２層目の支
持体１ｂを境に上部に第２参照電極１５を有する限界電
流式水素センサが形成され、同下部に第１参照電極５を
有するアルコールセンサが形成されている。この本発明
の第３の実施例に係るアルコールセンサにおいては、１
層目の支持体１ａ及び２層目の支持体１ｂが限界電流式
水素センサの支持体を構成し、２層目の支持体１ｂ及び
３層目の支持体１ｃがアルコールセンサの支持体を構成
している。すなわち、支持体が１層共通化されている。
このように、本発明によるアルコールセンサに限界電流
式水素センサを一体化することにより、センサの小型化
が可能になり、一つのセンサ素子を用いて、水素ガス濃
度が大きく変化するような測定雰囲気においても、精度
のよいアルコール濃度測定が可能になる。

【００７３】［第４の実施例］次に、本発明の第４の実
施例に係るアルコールセンサを説明する。このアルコー
ルセンサは、本発明によるアルコールセンサと図４に示
した限界電流式センサとが一体化された構造を有してい
る。さらに、このアルコールセンサは、第１測定室及び
第２測定室を有している。図１１は、本発明の第４の実
施例に係るアルコールセンサの構造を説明するための要
部断面図である。

【００７４】図１１を参照すると、同図中、２層目の支
持体１ｂを境に下部に第１測定室２４を有する限界電流
式水素センサが形成され、同上部に第２測定室２５を有
するアルコールセンサが形成されている。この本発明の
第３の実施例に係るアルコールセンサにおいては、１層
目の支持体１ａ及び２層目の支持体１ｂがアルコールセ
ンサの支持体を構成し、２層目の支持体１ｂ及び３層目
の支持体１ｃが限界電流式水素センサの支持体を構成し
ている。

【００７５】２層目の支持体１ｂ下部には、第２プロト
ン伝導層２２と２層目の支持体１ｂにより、第１測定室
２４が形成されている。２層目の支持体１ｂ上部には、
第１プロトン伝導層２と２層目の支持体１ｂにより、第
２測定室２５が形成されている。第１測定室２４は、第
１ガス拡散律速部２６を介して被測定ガス雰囲気と連通
され、一方、第２測定室２５は、第２ガス拡散律速部２
７を介して、第１測定室２４と連通されている。第１ガ
ス拡散律速部２６及び第２ガス拡散律速部２７はともに
２層目の支持体１ｂ中に形成されている。

【００７６】また、アルコールセンサ部においては、第
１プロトン伝導層２を挟んで、対向するよう第１電極３
及び第２電極４が形成されている。第１電極３及び第２
電極４は、第１プロトン伝導層２にそれぞれ接してい
る。第１プロトン伝導層２は、１層目の支持体１ａと２
層目の支持体１ｂに挟み込まれている。１層目の支持体
１ａには、第２電極４に接して空孔１１が形成されてい
る。第１電極３と第２電極４間には、リード部を介して
電源７及び電流計８が接続され、電圧印加及び電流測定
ができるように構成されている。

【００７７】また、限界電流式水素センサ部において
は、第２プロトン伝導層２２を挟んで、対向するよう第
３電極１３及び第４電極１４が形成されている。第３電
極１３及び第４電極１４は、第２プロトン伝導層２２に
それぞれ接している。第２プロトン伝導層２２は、２層
目の支持体１ｂと３層目の支持体１ｃに挟み込まれてい
る。３層目の支持体１ｃには、第４電極１４に接して空
孔２１が形成されている。第３電極１３と第４電極１４
間には、リード部を介して電源１７及び電流計１８が接
続され、電圧印加及び電流測定ができるように構成され
ている。

【００７８】なお、第１プロトン伝導層２、第２プロト
ン伝導層２２、第１電極３、第２電極４、第３電極１
３、第４電極１４、支持体１ａ，１ｂ，１ｃ、第１及び
第２ガス拡散律速部２６，２７については、前述の実施
例と同様にして形成することができるので、詳細な説明
は省略する。

【００７９】以下に本発明の第４の実施例に係るアルコ
ールセンサの測定原理を記す。

【００８０】（１）第１ガス拡散律速部２６を介して第
１測定室２４に被測定ガスが導入される。

【００８１】（２）導入された被測定ガス中の水素ガス
を第３電極１３と第４電極間１４に電圧を印加すること
により、解離または分解もしくは反応させ、発生したプ
ロトンを第２プロトン伝導層２２を介して第１測定室２
４外に汲み出す。

【００８２】（３）水素が汲み出されることにより水素
ガス濃度が制御された被測定ガスが、第２ガス拡散律速
部２７を介して、第２測定室２５に導入される。

【００８３】（４）第１電極３と第４電極４間に電圧を
印加することにより、第２測定室２５内の水素ガス及び
アルコールを解離または分解もしくは反応させ、発生し
たプロトンを第１プロトン伝導層２を介して第２測定室
２５外に汲み出す。

【００８４】（５）このとき第１電極３と第４電極４間
に流れる電流値がアルコール濃度に比例するため、この
電流値に基づいてアルコール濃度を求めることができ
る。

【００８５】以上説明した本発明の第４の実施例に係る
アルコールセンサにおいては、第１測定室にて被測定ガ
ス中の水素を汲み出し、第２測定室に導入される被測定
ガス中の水素濃度を一定値に制御するため、第１電極と
第２電極間に流れる電流値は被測定ガス中の水素濃度変
化の影響を抑え、アルコール濃度変化にのみ応答するこ
とになる。したがって、前記測定例２のように、水素ガ
ス濃度を別途測定せずに、アルコール濃度測定の水素濃
度依存性を低減できる。また、この第４の実施例に係る
アルコールセンサによれば、水素ガス濃度を第１測定室
にてアルコール濃度と同等レベル以下に制御可能である
ため、第１電極と第２電極間に流れる電流値のアルコー
ル濃度に起因する割合を大きくでき、より精度のよいア
ルコール濃度測定が可能になる。

【００８６】［第５の実施例］次に、本発明の第５の実
施例に係るアルコールセンサについて説明する。この第
５の実施例に係るアルコールセンサの構造が、前記第４
の実施例に係るアルコールセンサの構造と相違する点
は、前者に第２参照電極１５が追加されていることであ
る。したがって、以下の第５の実施例の説明において
は、主として、前記第４の実施例との相違点について説
明し、第５の実施例に係るアルコールセンサが前記第４
の実施例に係るアルコールセンサと同様の構造を有する
点については、適宜、前記第４の実施例の説明を参照す
ることができるものとする。

【００８７】図１２は、本発明の第５の実施例に係るア
ルコールセンサの構造を説明するための要部断面図であ
る。図１２を参照すると、このアルコールセンサにおい
ては、第２プロトン伝導層２２に接して、第２参照電極
１５が形成されている。第２参照電極１５は、被測定ガ
ス中の水素ガス濃度変化による影響が小さくなるように
支持体１ｃにより覆われた状態で形成されている。ま
た、第２参照電極１５は、第２プロトン伝導層２２にお
いて第４電極１４が形成された面側に形成され、第４電
極１４とは別室に配置されている。

【００８８】なお、第２参照電極１５上における水素ガ
ス濃度をより安定化させるためには、第２参照電極１５
を自己生成基準極とすることが好ましい。その方法とし
ては、第３電極１３から第２参照電極１５へ一定な微小
電流を流し、水素ガスの一部を所定の漏出抵抗部（例え
ば極細な孔等）を介して外部に漏出するようにすればよ
い。

【００８９】第３電極１３と第２参照電極１５間には、
リード部を介して電位差計２０が接続されている。第３
電極１３と第４電極１４間には、リード部を介して電源
１９及び電流計１８が接続されている。そして、第３電
極１３と第２参照電極１５間の電位差がある一定の値に
なるように、第３電極１３と第４電極１４間に十分な電
圧が印加され、そのとき流れる電流が測定される。した
がって、第２参照電極１５を設けることにより、第３電
極１３と第２参照電極１５間の電位差が一定になるよう
に、第３電極１３と第４電極１４間に印加される電圧を
可変できるため、被測定ガス中のＨ_２Ｏ等の変化によ
り、第３電極１３と第４電極１４間の抵抗が変化した場
合においても、適宜最適な電圧印加が可能になり、より
精度のよい水素ガス濃度の測定が可能になり、高精度な
アルコール濃度の測定が可能となる。

【００９０】［第６の実施例］次に、本発明の第６の実
施例に係るアルコールセンサについて説明する。この第
６の実施例に係るアルコールセンサの構造が、前記第５
の実施例に係るアルコールセンサの構造と相違する点
は、前者に第１参照電極が追加されていることである。
したがって、以下の第６の実施例の説明においては、主
として、前記第５の実施例との相違点について説明し、
第６の実施例に係るアルコールセンサが前記第５の実施
例に係るアルコールセンサと同様の構造を有する点につ
いては、適宜、前記第５の実施例の説明を参照すること
ができるものとする。

【００９１】図１３は、本発明の第６の実施例に係るア
ルコールセンサの構造を説明するための要部断面図であ
る。図１３を参照すると、このアルコールセンサにおい
ては、第１プロトン伝導層２に接して、第１参照電極５
が形成されている。第１参照電極５は、被測定ガス中の
水素ガス濃度変化による影響が小さくなるように支持体
１ａにより覆われた状態で形成されている。また、第１
参照電極５は、第１プロトン伝導層２において第２電極
４が形成された面側に形成され、第２電極４とは別室に
配置されている。

【００９２】なお、第１参照電極５上における水素ガス
濃度をより安定化させるためには、第１参照電極５を自
己生成基準極とすることが好ましい。その方法として
は、第１電極３から第１参照電極５へ一定な微小電流を
流し、水素ガスの一部を所定の漏出抵抗部（例えば極細
な孔等）を介して外部に漏出するようにすればよい。

【００９３】第１電極３と第１参照電極５間には、リー
ド部を介して電位差計１０が接続されている。第１電極
３と第２電極４間には、リード部を介して電源９及び電
流計８が接続されている。そして、第１電極３と第１参
照電極５間の電位差がある一定の値になるように、第１
電極３と第２電極４間に十分な電圧が印加され、そのと
き流れる電流が測定される。

【００９４】つまり、このアルコールセンサにおいて
は、第１電極と参照電極間の電位差が一定になるよう
に、第１電極と第２電極間に印加される電圧を可変でき
るため、被測定ガス中のＨ_２Ｏ等の変化により、第１電
極と第２電極間の抵抗が上昇した場合は高い電圧が、抵
抗が低下した場合は低い電圧がといったように、適宜最
適な電圧印加が可能になる。また、第１電極と参照電極
間の電位差を一定にすることにより第１電極上の水素濃
度を常に一定に制御可能であるための、この電位差を最
適な値に設定することにより、Ｈ_２Ｏ濃度等が大きく変
化する雰囲気に対しても第１電極上の水素濃度を水素分
圧換算で１０^−１１ａｔｍ以下に常に制御可能であり、
アルコール濃度を精度よく測定することが可能になる。

【００９５】［測定例３］以上説明した本発明の第６の
実施例に係るアルコールセンサ（図１３参照）を用いて
メタノール濃度を測定した。なお、本測定では、第１電
極と第１参照電極間の電位差を７００ｍＶ、第３電極と
第２参照電極間の電位差を２００ｍＶになるように制御
した。また第１参照電極及び第２参照電極での水素濃度
を安定化させるために、第１参照電極は第１電極から、
第２参照電極は第３電極からそれぞれ一定な微小電流を
流すことにより第１参照電極及び第２参照電極を自己生
成基準極とした。測定条件は以下の通りである。

【００９６】＜測定条件＞・ガス組成：ＣＨ_３ＯＨ＝０〜１％、Ｈ_２＝５０％、Ｃ
Ｏ_２＝１５％、Ｈ_２Ｏ＝２５％、Ｎ_２＝ｂａｌ．、・被測定ガス温度：８０℃、・被測定ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ、・第１電極−第１参照電極間電位差：７００ｍＶ、・第３電極−第２参照電極間電位差：２００ｍＶ、・自己生成基準極のための一定電流：それぞれ１０μ
Ａ。

【００９７】図１４は、測定例３の結果、すなわち、被
測定ガス中に投入したメタノール濃度と、第１電極と第
２電極間に流れる電流の関係を示すグラフである。図１
４より、メタノール濃度の増加と共に、第１電極と第２
電極間に流れる電流値が変化しており、メタノール濃度
の測定が可能であることがわかる。また、被測定ガス中
の水素ガス濃度が５０％と、水素リッチな雰囲気中での
測定にもかかわらず、メタノール０％時の電流値（オフ
セット）がほとんどゼロである。この結果より、このア
ルコールセンサを用いて、第１測定室において水素ガス
濃度をメタノール濃度と同等レベル以下に制御が可能で
あり、被測定ガス中の水素ガス濃度が高く、メタノール
濃度が低い場合でもメタノール濃度の測定を精度よく行
うことが可能であることが分かる。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば、新規な構造を有し、ア
ルコール濃度を精度よく測定することができるアルコー
ルセンサが提供される。また、本発明によれば、被測定
ガス中の水素ガス濃度が高い場合においても、アルコー
ル濃度を精度よく測定することができるアルコールセン
サが提供される。したがって、本発明によるアルコール
センサを用いて、燃料電池の燃料ガス中のアルコール濃
度、特に、メタノール改質ガス中のアルコール濃度の測
定を精度よく行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るアルコールセンサ
の構造を説明するための要部断面図である。

【図２】測定例１の結果を説明するためのグラフであ
る。

【図３】本発明の第２の実施例に係るアルコールセンサ
の構造を説明するための要部断面図である。

【図４】本発明によるアルコールセンサを用いたアルコ
ール濃度検出システムに好適に適用される限界電流式水
素センサの構造を説明するための要部断面図である。

【図５】図４に示した限界電流式水素センサの好ましい
変形例を説明するための要部断面図である。

【図６】測定例２に係り、本発明の第２の実施例に係る
アルコールセンサを用いてアルコール濃度を測定した結
果（被測定ガス中に投入したメタノール濃度とプロトン
伝導層を介して第１電極と第２電極間に流れる電流の値
との関係）を示すグラフである。

【図７】測定例２に係り、本発明の第２の実施例に係る
アルコールセンサの感度と、被測定ガス中に投入したメ
タノール濃度の関係を示すグラフである。

【図８】測定例２に係り、本発明の第２の実施例に係る
アルコールセンサを用いて測定されたオフセットと、被
測定ガス中の水素ガス濃度との関係を示すグラフであ
る。

【図９】測定例２に係り、図５に示した限界電流式水素
センサを用いて、被測定ガス中の水素ガス濃度を測定し
た結果（電流値と水素ガス濃度の関係）を示すグラフで
ある。

【図１０】本発明の第３の実施例に係るアルコールセン
サの構造を説明するための要部断面図である。

【図１１】本発明の第４の実施例に係るアルコールセン
サの構造を説明するための要部断面図である。

【図１２】本発明の第５の実施例に係るアルコールセン
サの構造を説明するための要部断面図である。

【図１３】本発明の第６の実施例に係るアルコールセン
サの構造を説明するための要部断面図である。

【図１４】測定例３の結果を説明するためのグラフであ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ支持体２第１プロトン伝導層３第１電極４第２電極５第１参照電極６ガス拡散律速部７，９，１７，１９電源８，１８電流計１０，２０電位差計１１，２１空孔１３第３電極１４第４電極１５第２参照電極１６別のガス拡散律速部２２第２プロトン伝導層２４第１測定室２５第２測定室２６第１ガス拡散律速部２７第２ガス拡散律速部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上隆治名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者石田昇名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 2G004 ZA05 5H027 AA06 BA01 KK31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１プロトン伝導層と、前記第１プロトン
伝導層に接して設けられた第１電極及び第２電極と、被
測定ガス雰囲気と前記第１電極間に設けられたガス拡散
律速部と、前記第１プロトン伝導層、前記第１電極、前
記第２電極及び前記ガス拡散律速部を支持する支持体と
を有し、前記第１電極と前記第２電極間に十分な電圧を
印加することにより被測定ガス中の少なくともアルコー
ルを解離または分解もしくは反応させ、発生したプロト
ンを前記第１プロトン伝導層を介して前記第１電極側か
ら前記第２電極側へ汲み出すことにより生じる電流に基
づいて被測定ガス中のアルコールの濃度を求めることを
特徴とするアルコールセンサ。
【請求項２】請求項１記載のアルコールセンサであっ
て、前記第１プロトン伝導層に接して設けられた第１参
照電極を有し、前記第１電極と前記第１参照電極間の電
位差が一定になるように該第１電極と前記第２電極間に
十分な電圧を印加することを特徴とするアルコールセン
サ。
【請求項３】請求項１又は２記載のアルコールセンサで
あって、前記第１電極と前記第２電極間に十分な電圧が
印加されることにより制御される前記第１電極上の水素
濃度が水素分圧換算で１０^−１１ａｔｍ以下であること
を特徴とするアルコールセンサ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一記載のアルコー
ルセンサであって、前記第１電極と前記第２電極間に流
れる電流値と被測定ガス中の水素濃度の値とから被測定
ガス中のアルコールの濃度を求めることを特徴とするア
ルコールセンサ。
【請求項５】請求項４記載のアルコールセンサに、さら
に、第２プロトン伝導層と、前記第２プロトン伝導層に
接して設けられた第３電極及び第４電極と、被測定ガス
雰囲気と前記第３電極間に設けられた別のガス拡散律速
部と、前記第２プロトン伝導層、前記第３電極、前記第
４電極及び前記別のガス拡散律速部を支持する支持体と
を有する限界電流式水素センサが付設されたことを特徴
とするアルコールセンサ。
【請求項６】請求項５記載のアルコールセンサであっ
て、前記限界電流式水素センサが前記第２プロトン伝導
層に接して設けられた第２参照電極を有することを特徴
とするアルコールセンサ。
【請求項７】前記限界電流式水素センサと一体化された
構造を有することを特徴とする請求項５又は６記載のア
ルコールセンサ。
【請求項８】第１ガス拡散律速部を介して被測定ガス雰
囲気と連通する第１測定室と、第２ガス拡散律速部を介
して前記第１測定室と連通する第２測定室と、第２測定
室に面する第１プロトン伝導層と、第１測定室に面する
第２プロトン伝導層と、前記第１プロトン伝導層に接し
て設けられ且つ第２測定室内に接するよう設けられた第
１電極と、前記第１プロトン伝導層に接して設けられ且
つ前記第１測定室及び前記第２測定室外に設けられた第
２電極と、前記第２プロトン伝導層に接して設けられ且
つ前記第１測定室内に設けられた第３電極と、前記第２
プロトン伝導層に接して設けられ且つ前記第１測定室及
び前記第２測定室外に設けられた第４電極と、前記第１
ガス拡散律速部、前記第２ガス拡散律速部、前記第１プ
ロトン伝導層、前記第２プロトン伝導層、前記第１電
極、前記第２電極、前記第３電極及び第４電極を支持す
る支持体とを有し、前記第１ガス拡散律速部を介して前
記第１測定室内に導入された被測定ガス中の水素ガスを
前記第３電極と前記第４電極間に十分な電圧を印加する
ことにより解離または分解もしくは反応させ、発生した
プロトンを前記第２プロトン伝導層を介して前記第３電
極側から前記第４電極側へ汲み出すことにより、前記第
１測定室内の水素濃度を制御し、水素濃度が制御された
前記第１測定室内の被測定ガスを前記第２ガス拡散律速
部を介して前記第２測定室に導入し、前記第１電極と前
記第２電極間に十分な電圧を印加することにより、前記
第２測定室内の水素ガス及びアルコールを解離または分
解もしくは反応させ、発生したプロトンを前記第１プロ
トン伝導層を介して前記第１電極側から前記第２電極側
へ汲み出すことにより生じる電流に基づいて被測定ガス
中のアルコールの濃度を求めることを特徴とするアルコ
ールセンサ。
【請求項９】請求項８記載のアルコールセンサであっ
て、前記第１プロトン伝導層に接して設けられ且つ前記
第１測定室及び前記第２測定室外に設けられた第１参照
電極を有し、前記第１電極と前記第１参照電極間の電位
差が一定になるように該第１電極と前記第２電極間に十
分な電圧が印加されることを特徴とするアルコールセン
サ。
【請求項１０】請求項８又は９記載のアルコールセンサ
であって、前記第２プロトン伝導層に接して設けられ且
つ前記第１測定室及び前記第２測定室外に設けられた第
２参照電極を有し、前記第３電極と前記第２参照電極間
の電位差が一定になるように該第３電極と前記第４電極
間に十分な電圧が印加されることを特徴とするアルコー
ルセンサ。