JP2003149199A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JP2003149199A JP2003149199A JP2001350894A JP2001350894A JP2003149199A JP 2003149199 A JP2003149199 A JP 2003149199A JP 2001350894 A JP2001350894 A JP 2001350894A JP 2001350894 A JP2001350894 A JP 2001350894A JP 2003149199 A JP2003149199 A JP 2003149199A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- oxygen
- measured
- detecting
- solid electrolyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定ガス中に酸素が全く存在しない場合で
も、被測定ガス中のＳＯ2 等をＳＯ3 に酸化処理して、
ガス中の全ての硫黄成分をＳＯ3 に換算して精度良く測
定可能とする。 【解決手段】 酸素イオン伝導性固体電解質体１３に対
し、被測定ガスの導入量を制限するガス拡散律速手段１
２ｘを設ける。酸素イオン伝導性固体電解質体１３に電
気的に接続される２つの電極１６ａ、１６ｂにより被測
定ガスを酸化させるガス酸化手段（酸素ポンピング手
段）１６を設け、被測定ガス中の酸素分圧を酸素センシ
ング手段１７により検知しつつ、酸素分圧を所定値に保
持させるように酸素ポンピングを行わせる。そして、酸
素ポンピング手段１６によって酸化された後の被測定ガ
ス中の対象成分をガス検出手段１８により検出する。
も、被測定ガス中のＳＯ2 等をＳＯ3 に酸化処理して、
ガス中の全ての硫黄成分をＳＯ3 に換算して精度良く測
定可能とする。 【解決手段】 酸素イオン伝導性固体電解質体１３に対
し、被測定ガスの導入量を制限するガス拡散律速手段１
２ｘを設ける。酸素イオン伝導性固体電解質体１３に電
気的に接続される２つの電極１６ａ、１６ｂにより被測
定ガスを酸化させるガス酸化手段（酸素ポンピング手
段）１６を設け、被測定ガス中の酸素分圧を酸素センシ
ング手段１７により検知しつつ、酸素分圧を所定値に保
持させるように酸素ポンピングを行わせる。そして、酸
素ポンピング手段１６によって酸化された後の被測定ガ
ス中の対象成分をガス検出手段１８により検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼機関等の排出
ガス、あるいは燃料電池システムにおける燃料ガス中の
ガスセンサであって、特に二酸化硫黄（ＳＯ2 ）、三酸
化硫黄（ＳＯ3 ）、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの硫化ガス
を検出するものに関する。
ガス、あるいは燃料電池システムにおける燃料ガス中の
ガスセンサであって、特に二酸化硫黄（ＳＯ2 ）、三酸
化硫黄（ＳＯ3 ）、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの硫化ガス
を検出するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の硫化ガス検出用のガスセンサとし
ては、例えば特開平１１−１９０７１９号公報に開示の
ものが知られている。これは、ガス中の三酸化硫黄（Ｓ
Ｏ3 ）を検出することができるセンサ素子を用いる場合
に、その上流側に酸化触媒を備える触媒ユニットを配置
して、ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2 ）等を
三酸化硫黄（ＳＯ3 ）に酸化処理することで、ガス中の
全ての硫黄成分をＳＯ3 に換算して精度良く測定できる
ようにしている。
ては、例えば特開平１１−１９０７１９号公報に開示の
ものが知られている。これは、ガス中の三酸化硫黄（Ｓ
Ｏ3 ）を検出することができるセンサ素子を用いる場合
に、その上流側に酸化触媒を備える触媒ユニットを配置
して、ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2 ）等を
三酸化硫黄（ＳＯ3 ）に酸化処理することで、ガス中の
全ての硫黄成分をＳＯ3 に換算して精度良く測定できる
ようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に示されるように、センサ素子の上流側に配置された
酸化触媒によって、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化処理
する構成では、この酸化触媒を必要十分に働かせるため
には、可燃性ガス量に応じた酸素が必要である。このた
め、例えば、燃焼機関の燃焼がリッチ空燃比（燃料過多
状態）では、十分な酸素が存在しないため測定不能に陥
る。
報に示されるように、センサ素子の上流側に配置された
酸化触媒によって、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化処理
する構成では、この酸化触媒を必要十分に働かせるため
には、可燃性ガス量に応じた酸素が必要である。このた
め、例えば、燃焼機関の燃焼がリッチ空燃比（燃料過多
状態）では、十分な酸素が存在しないため測定不能に陥
る。
【０００４】また燃料電池システムでも、燃料ガス（被
測定ガス）中に十分な酸素がないことから同様の問題が
生じる。特に、燃料電池システムでは、例えば、被測定
ガスが水素リッチガスや燃料蒸気である場合、精度上の
問題以前に安全上、実用化が困難である。本発明は、こ
のような実状に鑑み、被測定ガスの組成の影響を受け難
く、例えば被測定ガス中に酸素が全く存在しない場合で
も硫化ガスを検出できるガスセンサを提供することを目
的とする。
測定ガス）中に十分な酸素がないことから同様の問題が
生じる。特に、燃料電池システムでは、例えば、被測定
ガスが水素リッチガスや燃料蒸気である場合、精度上の
問題以前に安全上、実用化が困難である。本発明は、こ
のような実状に鑑み、被測定ガスの組成の影響を受け難
く、例えば被測定ガス中に酸素が全く存在しない場合で
も硫化ガスを検出できるガスセンサを提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、酸素イオン伝導性固体電解質体と、該酸素イオ
ン伝導性固体電解質体への被測定ガスの導入量を制限す
るガス拡散律速手段と、該酸素イオン伝導性固体電解質
体に電気的に接続される少なくとも２つ以上の電極によ
り被測定ガスを酸化させるガス酸化手段と、該ガス酸化
手段によって酸化された後の被測定ガス中の対象成分を
検出するガス検出手段とを備えることを特徴とする。
明では、酸素イオン伝導性固体電解質体と、該酸素イオ
ン伝導性固体電解質体への被測定ガスの導入量を制限す
るガス拡散律速手段と、該酸素イオン伝導性固体電解質
体に電気的に接続される少なくとも２つ以上の電極によ
り被測定ガスを酸化させるガス酸化手段と、該ガス酸化
手段によって酸化された後の被測定ガス中の対象成分を
検出するガス検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】請求項２の発明では、前記ガス酸化手段及
びガス検出手段を所定の温度に加熱するセンサ素子加熱
手段を備えることを特徴とする。請求項３の発明では、
前記ガス検出手段へ導かれる被測定ガス中の酸素分圧を
検知する酸素センシング手段を備え、前記ガス酸化手段
は、前記酸素分圧を所定値に保持させることを特徴とす
る。
びガス検出手段を所定の温度に加熱するセンサ素子加熱
手段を備えることを特徴とする。請求項３の発明では、
前記ガス検出手段へ導かれる被測定ガス中の酸素分圧を
検知する酸素センシング手段を備え、前記ガス酸化手段
は、前記酸素分圧を所定値に保持させることを特徴とす
る。
【０００７】請求項４の発明では、前記ガス検出手段
は、被測定ガス内における対象成分を検出する第１ガス
検出手段と、被測定ガスと異なる基準ガス内における対
象成分を検出する第２ガス検出手段とから構成されるこ
とを特徴とする。請求項５の発明では、前記ガス拡散律
速手段、ガス酸化手段及びガス検出手段を一体的に形成
することを特徴とする。
は、被測定ガス内における対象成分を検出する第１ガス
検出手段と、被測定ガスと異なる基準ガス内における対
象成分を検出する第２ガス検出手段とから構成されるこ
とを特徴とする。請求項５の発明では、前記ガス拡散律
速手段、ガス酸化手段及びガス検出手段を一体的に形成
することを特徴とする。
【０００８】請求項６の発明では、前記ガス拡散律速手
段と前記ガス酸化手段との間に、水素汲み出し手段を設
けたことを特徴とする。請求項７の発明では、前記水素
汲み出し手段は、プロトン伝導性固体電解質体と、該プ
ロトン伝導性固体電解質体に電気的に接続される少なく
とも２つ以上の電極とによって構成され、水素汲み出し
量設定手段を備えることを特徴とする。
段と前記ガス酸化手段との間に、水素汲み出し手段を設
けたことを特徴とする。請求項７の発明では、前記水素
汲み出し手段は、プロトン伝導性固体電解質体と、該プ
ロトン伝導性固体電解質体に電気的に接続される少なく
とも２つ以上の電極とによって構成され、水素汲み出し
量設定手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、センサ素子内
部に拡散してくる被測定ガス（少量に制限された拡散
量）に応じた酸素量の汲み入れによって、被測定ガス中
の可燃性ガスを全て酸化させることができ、硫化ガスは
全て三酸化硫黄に酸化されることから、全硫黄成分ガス
を検出できる。また、拡散量が極少量にできることか
ら、センサ寿命を長くすることが容易である。
部に拡散してくる被測定ガス（少量に制限された拡散
量）に応じた酸素量の汲み入れによって、被測定ガス中
の可燃性ガスを全て酸化させることができ、硫化ガスは
全て三酸化硫黄に酸化されることから、全硫黄成分ガス
を検出できる。また、拡散量が極少量にできることか
ら、センサ寿命を長くすることが容易である。
【００１０】請求項２の発明によれば、センサ素子が活
性化しない温度環境においても、加熱手段によって活性
化させられる。請求項３の発明によれば、ガス酸化手段
がガス検出手段へ導かれる被測定ガス中の酸素分圧を所
定値に保持させることで、被測定ガスの酸化作用が確実
なものになると共に、酸素分圧の変動による検出精度悪
化を格段に低減でき、検出分解能を高められる。
性化しない温度環境においても、加熱手段によって活性
化させられる。請求項３の発明によれば、ガス酸化手段
がガス検出手段へ導かれる被測定ガス中の酸素分圧を所
定値に保持させることで、被測定ガスの酸化作用が確実
なものになると共に、酸素分圧の変動による検出精度悪
化を格段に低減でき、検出分解能を高められる。
【００１１】請求項４の発明によれば、被測定ガスを検
出する第１ガス検出手段と、被測定ガスと異なる基準ガ
スを検出する第２ガス検出手段とを備えることで、例え
ば、大気などの基準ガスの検出結果を基準に、被測定ガ
スを検出することで、センサ素子温度変化など検出誤差
影響を極めて小さくでき、より高精度に安定的に検出可
能となる。
出する第１ガス検出手段と、被測定ガスと異なる基準ガ
スを検出する第２ガス検出手段とを備えることで、例え
ば、大気などの基準ガスの検出結果を基準に、被測定ガ
スを検出することで、センサ素子温度変化など検出誤差
影響を極めて小さくでき、より高精度に安定的に検出可
能となる。
【００１２】請求項５の発明によれば、ガス拡散律速手
段、ガス酸化手段及びガス検出手段を一体的に形成する
ことで、センサの小型化、低コスト化が図れる。請求項
６の発明によれば、ガス拡散律速手段とガス酸化手段と
の間に、水素汲み出し手段を設けることで、汲み出し作
用により、センサ素子内部圧力を下げることで、濃度勾
配による分子拡散流に加え、圧力差による流れが生じ、
検出応答性を向上できる。これは燃料電池システムにお
ける燃料ガス（水素リッチ雰囲気）検出の場合に特に有
効である。
段、ガス酸化手段及びガス検出手段を一体的に形成する
ことで、センサの小型化、低コスト化が図れる。請求項
６の発明によれば、ガス拡散律速手段とガス酸化手段と
の間に、水素汲み出し手段を設けることで、汲み出し作
用により、センサ素子内部圧力を下げることで、濃度勾
配による分子拡散流に加え、圧力差による流れが生じ、
検出応答性を向上できる。これは燃料電池システムにお
ける燃料ガス（水素リッチ雰囲気）検出の場合に特に有
効である。
【００１３】請求項７の発明によれば、水素汲み出し手
段が、プロトン伝導性固体電解質体と、これに電気的に
接続される少なくとも２つ以上の電極とによって構成さ
れ、水素汲み出し量設定手段を備えることで、センサ素
子に一体的に形成でき、センサをさほど大きくすること
なく実現できる。
段が、プロトン伝導性固体電解質体と、これに電気的に
接続される少なくとも２つ以上の電極とによって構成さ
れ、水素汲み出し量設定手段を備えることで、センサ素
子に一体的に形成でき、センサをさほど大きくすること
なく実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、ここで図示するものは現実の
センサの大きさなど寸法を表わしているものではなく、
構成及び作用を解り易く説明するためのものである。先
ず本発明の第１実施形態を図１により説明する。
に基づいて説明する。尚、ここで図示するものは現実の
センサの大きさなど寸法を表わしているものではなく、
構成及び作用を解り易く説明するためのものである。先
ず本発明の第１実施形態を図１により説明する。
【００１５】センサ素子１０は、センサ素子保持部３０
によって大気側と隔絶されると共に、被測定ガスに触れ
るように配置される。尚、被測定ガスが流入可能なセン
サ素子保護部材（図示せず）によって覆われている。こ
こでセンサ素子１０は、イットリア添加部分安定化ジル
コニアセラミックス等の酸素イオン伝導性固体電解質体
である基材１３を挟むように、セラミックス体１１、１
２、１４、１５が積層されてなり、セラミックス体１５
にはセンサ素子加熱手段としてヒータ１５ａが埋設され
てセンサ素子１０の活性化温度を維持している。
によって大気側と隔絶されると共に、被測定ガスに触れ
るように配置される。尚、被測定ガスが流入可能なセン
サ素子保護部材（図示せず）によって覆われている。こ
こでセンサ素子１０は、イットリア添加部分安定化ジル
コニアセラミックス等の酸素イオン伝導性固体電解質体
である基材１３を挟むように、セラミックス体１１、１
２、１４、１５が積層されてなり、セラミックス体１５
にはセンサ素子加熱手段としてヒータ１５ａが埋設され
てセンサ素子１０の活性化温度を維持している。
【００１６】基材１３の両面には、大気に連通する大気
室１４ａと、被測定ガスに連通するガス酸化室１２ａ及
びガス検出室１２ｂとが配設されている。すなわち、基
材１３の一方の面に、外側のセラミックス体１５との間
に介在するセラミックス体１４のくり抜き部として、大
気に連通する大気室１４ａが形成され、基材１３の他方
の面に、外側のセラミックス体１１との間に介在するセ
ラミックス体１２のくり抜き部として、被測定ガスに連
通するガス酸化室１２ａ及びガス検出室１２ｂが形成さ
れている。ここで、ガス酸化室１２ａはガス導入量を制
限する第１ガス拡散律速手段１２ｘを介して被測定ガス
に連通し、ガス検出室１２ｂは第２ガス拡散律速手段１
２ｙを介してガス酸化室１２ａと連通している。
室１４ａと、被測定ガスに連通するガス酸化室１２ａ及
びガス検出室１２ｂとが配設されている。すなわち、基
材１３の一方の面に、外側のセラミックス体１５との間
に介在するセラミックス体１４のくり抜き部として、大
気に連通する大気室１４ａが形成され、基材１３の他方
の面に、外側のセラミックス体１１との間に介在するセ
ラミックス体１２のくり抜き部として、被測定ガスに連
通するガス酸化室１２ａ及びガス検出室１２ｂが形成さ
れている。ここで、ガス酸化室１２ａはガス導入量を制
限する第１ガス拡散律速手段１２ｘを介して被測定ガス
に連通し、ガス検出室１２ｂは第２ガス拡散律速手段１
２ｙを介してガス酸化室１２ａと連通している。
【００１７】ガス酸化手段を司る酸素ポンピング手段１
６は、一方の多孔質白金電極１６ａが大気室１４ａに面
し、他方の多孔質白金電極１６ｂがガス酸化室１２ａに
面し、基材１３に密着して設けられ、リード線１６ｄに
よってポンピング電流供給手段１６ｃに接続されてい
る。同様に、酸素ポンピング手段１６へのフィードバッ
ク機能を有する酸素センシング手段１７は、一方の多孔
質白金電極１７ａが大気室１４ａに面し、他方の多孔質
白金電極１７ｂがガス検出室１２ｂに面し、基材１３に
密着して設けられ、リード線１７ｄによって起電力（Ｖ
０）検出手段１７ｃに接続されている。
６は、一方の多孔質白金電極１６ａが大気室１４ａに面
し、他方の多孔質白金電極１６ｂがガス酸化室１２ａに
面し、基材１３に密着して設けられ、リード線１６ｄに
よってポンピング電流供給手段１６ｃに接続されてい
る。同様に、酸素ポンピング手段１６へのフィードバッ
ク機能を有する酸素センシング手段１７は、一方の多孔
質白金電極１７ａが大気室１４ａに面し、他方の多孔質
白金電極１７ｂがガス検出室１２ｂに面し、基材１３に
密着して設けられ、リード線１７ｄによって起電力（Ｖ
０）検出手段１７ｃに接続されている。
【００１８】ガス検出手段１８は、多孔質白金電極１８
ａが大気室１４ａに面し、硫酸塩体（ここでは硫酸銀）
１８ｘがガス検出室１２ｂに面し、基材１３に密着して
設けられ、この硫酸塩体１８ｘ、銀電極１８ｂ、白金膜
１８ｃ、リード線１８ｄによって起電力（Ｖ１）検出手
段１８ｅに接続されている。ここで、大気室１４ａに面
した、多孔質白金電極１６ａ、１７ａ、１８ａは共通化
してもよい。
ａが大気室１４ａに面し、硫酸塩体（ここでは硫酸銀）
１８ｘがガス検出室１２ｂに面し、基材１３に密着して
設けられ、この硫酸塩体１８ｘ、銀電極１８ｂ、白金膜
１８ｃ、リード線１８ｄによって起電力（Ｖ１）検出手
段１８ｅに接続されている。ここで、大気室１４ａに面
した、多孔質白金電極１６ａ、１７ａ、１８ａは共通化
してもよい。
【００１９】以上の構成における作用を説明すると、先
ず、ガス検出手段１８は、銀電極１８ｂに三酸化硫黄
（ＳＯ3 ）を含む被測定ガスが触れると、下記（１）式
に示す反応が起きる。 ２Ａｇ＋ＳＯ3 ＋1/2 Ｏ2 →Ａｇ2 ＳＯ4 ・・・（１） この反応において、銀電極１８ｂでは、 ２Ａｇ→２Ａｇ+ ＋２ｅ ・・・（２） 硫酸塩体（硫酸銀）１８ｘでは ＳＯ3 ＋２Ａｇ+ ＋Ｏ2-→Ａｇ2 ＳＯ4 ・・・（３） 白金電極１８ａでは 1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→Ｏ2- ・・・（４） の反応が起きる。
ず、ガス検出手段１８は、銀電極１８ｂに三酸化硫黄
（ＳＯ3 ）を含む被測定ガスが触れると、下記（１）式
に示す反応が起きる。 ２Ａｇ＋ＳＯ3 ＋1/2 Ｏ2 →Ａｇ2 ＳＯ4 ・・・（１） この反応において、銀電極１８ｂでは、 ２Ａｇ→２Ａｇ+ ＋２ｅ ・・・（２） 硫酸塩体（硫酸銀）１８ｘでは ＳＯ3 ＋２Ａｇ+ ＋Ｏ2-→Ａｇ2 ＳＯ4 ・・・（３） 白金電極１８ａでは 1/2 Ｏ2 ＋２ｅ→Ｏ2- ・・・（４） の反応が起きる。
【００２０】以上に示すように、ガス検出手段１８は、
三酸化硫黄（ＳＯ3 ）に反応することから、例えば二酸
化硫黄（ＳＯ2 ）や硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの硫化ガス
成分を、以下の酸化反応を事前に行わせることで、全硫
黄成分を検出することが可能となる。 ＳＯ2 ＋1/2 Ｏ2 →ＳＯ3 ・・・（５） Ｈ2 Ｓ＋1/2 Ｏ2 →ＳＯ3 ＋Ｈ2 Ｏ ・・・（６） この反応は、酸素ポンピング手段１６と酸素センシング
手段１７とによるガス酸化作用によって行われる。すな
わち、酸素センシング手段１７によって、ガス検出手段
１８に導かれる被測定ガス中の酸素分圧が検知され、所
定の酸素分圧（例えば１０-8atm 以上）となるように、
酸素ポンピング手段１６（ポンピング電流供給手段１６
ｃ）を駆動する。このとき、触媒作用を有する多孔質白
金電極１６ｂでは、大気室１４ａから酸素イオン伝導性
固体電解質体である基材１３内を輸送された酸素によっ
てガス酸化室１２ａ内の可燃性ガスが酸化される。
三酸化硫黄（ＳＯ3 ）に反応することから、例えば二酸
化硫黄（ＳＯ2 ）や硫化水素（Ｈ2 Ｓ）などの硫化ガス
成分を、以下の酸化反応を事前に行わせることで、全硫
黄成分を検出することが可能となる。 ＳＯ2 ＋1/2 Ｏ2 →ＳＯ3 ・・・（５） Ｈ2 Ｓ＋1/2 Ｏ2 →ＳＯ3 ＋Ｈ2 Ｏ ・・・（６） この反応は、酸素ポンピング手段１６と酸素センシング
手段１７とによるガス酸化作用によって行われる。すな
わち、酸素センシング手段１７によって、ガス検出手段
１８に導かれる被測定ガス中の酸素分圧が検知され、所
定の酸素分圧（例えば１０-8atm 以上）となるように、
酸素ポンピング手段１６（ポンピング電流供給手段１６
ｃ）を駆動する。このとき、触媒作用を有する多孔質白
金電極１６ｂでは、大気室１４ａから酸素イオン伝導性
固体電解質体である基材１３内を輸送された酸素によっ
てガス酸化室１２ａ内の可燃性ガスが酸化される。
【００２１】ここで、輸送される酸素量（Ａ）は、第１
ガス拡散律速手段１２ｘで制限されたガス拡散量（可燃
性ガス分）を完全酸化するに必要な量でよく、前述の通
り、酸素センシング手段１７の検知結果（Ｖ０）に基づ
き制御される。この制御は、燃焼機関等の空燃比制御に
使われている空燃比センサでも広く知られる通り、高精
度で信頼性が高い。尚、制御する酸素分圧が高い方がよ
り酸化反応が確実となるが、その分酸素ポンピング手段
１６の負荷も高まることから、バランスを考慮すればよ
い。
ガス拡散律速手段１２ｘで制限されたガス拡散量（可燃
性ガス分）を完全酸化するに必要な量でよく、前述の通
り、酸素センシング手段１７の検知結果（Ｖ０）に基づ
き制御される。この制御は、燃焼機関等の空燃比制御に
使われている空燃比センサでも広く知られる通り、高精
度で信頼性が高い。尚、制御する酸素分圧が高い方がよ
り酸化反応が確実となるが、その分酸素ポンピング手段
１６の負荷も高まることから、バランスを考慮すればよ
い。
【００２２】また、ガス酸化室１２ａとガス検出室１２
ｂとの間に、第２ガス拡散律速手段１２ｙを設けてい
る。これは、可燃性ガスの酸化をより確実なものとする
ものである。ここで、酸素センシング手段１７の多孔質
白金電極１７ｂは、ガス酸化室１２ａ内に設けても同様
の作用を有する。次に本発明の第２実施形態を図２によ
り説明する。尚、第２実施形態において第１実施形態と
同一構成及び作用の部位については同一符号を付して説
明を省略する。
ｂとの間に、第２ガス拡散律速手段１２ｙを設けてい
る。これは、可燃性ガスの酸化をより確実なものとする
ものである。ここで、酸素センシング手段１７の多孔質
白金電極１７ｂは、ガス酸化室１２ａ内に設けても同様
の作用を有する。次に本発明の第２実施形態を図２によ
り説明する。尚、第２実施形態において第１実施形態と
同一構成及び作用の部位については同一符号を付して説
明を省略する。
【００２３】本実施形態は、第２ガス検出手段１９を付
加したものである。第２ガス検出手段１９は、第１ガス
検出手段１８と同一構成・同一作用であって、多孔質白
金電極１９ａが大気室１４ａに面し、硫酸塩体（ここで
は硫酸銀）１９ｘがガス検出室１２ｃに面し、基材１３
に密着して設けられ、この硫酸塩体１９ｘ、銀電極１９
ｂ、白金膜１９ｃ、リード線１９ｄによって起電力（Ｖ
２）検出手段１９ｅに接続されている。ここで、硫酸塩
体１９ｘは被測定ガスが導かれるガス検出室１２ｂでは
なく、別のガス検出室１２ｃに面しており、このガス検
出室１２ｃは大気と連通する大気室となっている。
加したものである。第２ガス検出手段１９は、第１ガス
検出手段１８と同一構成・同一作用であって、多孔質白
金電極１９ａが大気室１４ａに面し、硫酸塩体（ここで
は硫酸銀）１９ｘがガス検出室１２ｃに面し、基材１３
に密着して設けられ、この硫酸塩体１９ｘ、銀電極１９
ｂ、白金膜１９ｃ、リード線１９ｄによって起電力（Ｖ
２）検出手段１９ｅに接続されている。ここで、硫酸塩
体１９ｘは被測定ガスが導かれるガス検出室１２ｂでは
なく、別のガス検出室１２ｃに面しており、このガス検
出室１２ｃは大気と連通する大気室となっている。
【００２４】従って、第２ガス検出手段１９が、第１ガ
ス検出手段１８と異なるのは、検出対象が基準ガスであ
る大気（１２ｃ）である点である。大気中の硫黄酸化物
は極低濃度でほぼ０に近く、また大幅に変化することが
ない。従って、第２ガス検出手段１９によって得られる
結果（Ｖ２）を基準に、第１ガス検出手段１８によって
得られる結果（Ｖ１）を補正することで、センサ素子温
度の変化による出力ドリフトなどの誤差要因を低減で
き、より高精度化が図れると共に、センサ素子のヒータ
１５ａの制御回路（図示せず）を高精度な温度管理を不
要にして簡素化できる。
ス検出手段１８と異なるのは、検出対象が基準ガスであ
る大気（１２ｃ）である点である。大気中の硫黄酸化物
は極低濃度でほぼ０に近く、また大幅に変化することが
ない。従って、第２ガス検出手段１９によって得られる
結果（Ｖ２）を基準に、第１ガス検出手段１８によって
得られる結果（Ｖ１）を補正することで、センサ素子温
度の変化による出力ドリフトなどの誤差要因を低減で
き、より高精度化が図れると共に、センサ素子のヒータ
１５ａの制御回路（図示せず）を高精度な温度管理を不
要にして簡素化できる。
【００２５】次に本発明の第３実施形態を図３により説
明する。尚、第３実施形態においても第１実施形態と同
一構成及び作用の部位については同一符号を付して説明
を省略する。本実施形態は、水素汲み出し手段２１を付
加したものである。水素汲み出し手段２１は、セラミッ
ク体１１の代わりに設けたプロトン伝導性固体電解質体
２０を挟むように多孔質白金電極２１ａ、２２ｂが設け
られてなる。一方の多孔質白金電極２１ａがガス酸化室
１２ａに面し、他方の多孔質白金電極２１ｂがセンサ素
子外側に面し、プロトン伝導性固体電解質体２０に密着
して設けられ、リード線２１ｄによって水素ポンピング
手段（ポンピング電流供給手段）２１ｃに接続されてい
る。
明する。尚、第３実施形態においても第１実施形態と同
一構成及び作用の部位については同一符号を付して説明
を省略する。本実施形態は、水素汲み出し手段２１を付
加したものである。水素汲み出し手段２１は、セラミッ
ク体１１の代わりに設けたプロトン伝導性固体電解質体
２０を挟むように多孔質白金電極２１ａ、２２ｂが設け
られてなる。一方の多孔質白金電極２１ａがガス酸化室
１２ａに面し、他方の多孔質白金電極２１ｂがセンサ素
子外側に面し、プロトン伝導性固体電解質体２０に密着
して設けられ、リード線２１ｄによって水素ポンピング
手段（ポンピング電流供給手段）２１ｃに接続されてい
る。
【００２６】ここで、水素ポンピング用である多孔質白
金電極２１ａは、酸素ポンピング用である多孔質白金電
極１６ｂより上流側（第１ガス拡散律速手段１２ｘ寄
り）に配置した方が、水素の汲み出しにより生じた圧力
差が被測定ガスの酸化を阻害しないので、好ましい。こ
の水素汲み出し手段２１は、被測定ガス雰囲気が水素リ
ッチな燃料電池システム中の燃料ガスである場合に好適
である。すなわち、４０％以上の高濃度水素ガスが存在
する燃料電池システムにおいては、この水素ガスを汲み
出すことで、ガス酸化室１２ａ内のガス圧力が降下す
る。これによって生じた圧力差で、ガス拡散量を増大さ
せることができ、ガスの置換（流動）速度が高められ、
センサの応答性を格段に向上できると共に、可燃性ガス
である高濃度の水素をガス酸化室１２ａから汲み出すこ
とで、酸素ポンピング手段１６の負荷を大幅に低減でき
る効果も生み出せる。
金電極２１ａは、酸素ポンピング用である多孔質白金電
極１６ｂより上流側（第１ガス拡散律速手段１２ｘ寄
り）に配置した方が、水素の汲み出しにより生じた圧力
差が被測定ガスの酸化を阻害しないので、好ましい。こ
の水素汲み出し手段２１は、被測定ガス雰囲気が水素リ
ッチな燃料電池システム中の燃料ガスである場合に好適
である。すなわち、４０％以上の高濃度水素ガスが存在
する燃料電池システムにおいては、この水素ガスを汲み
出すことで、ガス酸化室１２ａ内のガス圧力が降下す
る。これによって生じた圧力差で、ガス拡散量を増大さ
せることができ、ガスの置換（流動）速度が高められ、
センサの応答性を格段に向上できると共に、可燃性ガス
である高濃度の水素をガス酸化室１２ａから汲み出すこ
とで、酸素ポンピング手段１６の負荷を大幅に低減でき
る効果も生み出せる。
【図１】 本発明の第１実施形態を示す図
【図２】 本発明の第２実施形態を示す図
【図３】 本発明の第３実施形態を示す図
１０ センサ素子
１１ セラミックス体
１２ セラミックス体
１２ａ ガス酸化室
１２ｂ ガス検出室
１２ｃ ガス検出室（大気室）
１２ｘ 第１ガス拡散律速手段
１２ｙ 第２ガス拡散律速手段
１３ 基材（酸素イオン伝導性固体電解質体）
１４ セラミックス体
１４ａ 大気室
１５ セラミックス体
１５ａ ヒータ
１６ 酸素ポンピング手段（ガス酸化手段）
１６ａ 多孔質白金電極
１６ｂ 多孔質白金電極
１６ｃ ポンピング電流供給手段
１６ｄ リード線
１７ 酸素センシング手段（酸素分圧検知手段）
１７ａ 多孔質白金電極
１７ｂ 多孔質白金電極
１７ｃ 起電力（Ｖ０）検出手段
１７ｄ リード線
１８ 第１ガス検出手段
１８ａ 多孔質白金電極
１８ｘ 硫酸塩体（硫酸銀）
１８ｂ 銀電極
１８ｃ 白金膜
１８ｄ リード線
１８ｅ 起電力（Ｖ１）検出手段
１９ 第２ガス検出手段
１９ａ 多孔質白金電極
１９ｘ 硫酸塩体（硫酸銀）
１９ｂ 銀電極
１９ｃ 白金膜
１９ｄ リード線
１９ｅ 起電力（Ｖ２）検出手段
２０ プロトン伝導性固体電解質体
２１ 水素汲み出し手段
２１ａ 多孔質白金電極
２１ｂ 多孔質白金電極
２１ｃ 水素ポンピング手段（ポンピング電流供給手
段） ３０ センサ素子保持部
段） ３０ センサ素子保持部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｎ
３３１
27/58 Ｂ
Ｚ
Claims (7)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性固体電解質体と、該酸素
イオン伝導性固体電解質体への被測定ガスの導入量を制
限するガス拡散律速手段と、該酸素イオン伝導性固体電
解質体に電気的に接続される少なくとも２つ以上の電極
により被測定ガスを酸化させるガス酸化手段と、該ガス
酸化手段によって酸化された後の被測定ガス中の対象成
分を検出するガス検出手段とを備えることを特徴とする
ガスセンサ。 - 【請求項２】前記ガス酸化手段及びガス検出手段を所定
の温度に加熱するセンサ素子加熱手段を備えることを特
徴とする請求項１記載のガスセンサ。 - 【請求項３】前記ガス検出手段へ導かれる被測定ガス中
の酸素分圧を検知する酸素センシング手段を備え、前記
ガス酸化手段は、前記酸素分圧を所定値に保持させるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガスセン
サ。 - 【請求項４】前記ガス検出手段は、被測定ガス内におけ
る対象成分を検出する第１ガス検出手段と、被測定ガス
と異なる基準ガス内における対象成分を検出する第２ガ
ス検出手段とから構成されることを特徴とする請求項１
〜請求項３のいずれか１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項５】前記ガス拡散律速手段、ガス酸化手段及び
ガス検出手段を一体的に形成することを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか１つに記載のガスセンサ。 - 【請求項６】前記ガス拡散律速手段と前記ガス酸化手段
との間に、水素汲み出し手段を設けたことを特徴とする
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のガスセン
サ。 - 【請求項７】前記水素汲み出し手段は、プロトン伝導性
固体電解質体と、該プロトン伝導性固体電解質体に電気
的に接続される少なくとも２つ以上の電極とによって構
成され、水素汲み出し量設定手段を備えることを特徴と
する請求項６記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001350894A JP2003149199A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001350894A JP2003149199A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003149199A true JP2003149199A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19163293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001350894A Pending JP2003149199A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003149199A (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012211863A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ |
| JP2015062013A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-04-02 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2015064227A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| WO2015093488A1 (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | 株式会社デンソー | 特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサ |
| WO2015186776A1 (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| WO2015194490A1 (ja) * | 2014-06-16 | 2015-12-23 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| WO2016006635A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| WO2016052707A1 (ja) * | 2014-10-01 | 2016-04-07 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| JP2016053475A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子 |
| JP2016070922A (ja) * | 2014-10-01 | 2016-05-09 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| WO2016129661A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| WO2016129578A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016153782A (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-25 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016153777A (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-25 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016212119A (ja) * | 2013-12-16 | 2016-12-15 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ |
| US9599598B2 (en) | 2013-05-30 | 2017-03-21 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | SOx gas sensor and method of measuring concentration of SOx gas |
| US20180252671A1 (en) * | 2015-09-17 | 2018-09-06 | Denso Corporation | Gas sensor |
| CN109959695A (zh) * | 2017-12-14 | 2019-07-02 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的SOx浓度获取装置 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001350894A patent/JP2003149199A/ja active Pending
Cited By (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012211863A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ |
| US8747635B2 (en) | 2011-03-31 | 2014-06-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
| US9599598B2 (en) | 2013-05-30 | 2017-03-21 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | SOx gas sensor and method of measuring concentration of SOx gas |
| JP2015062013A (ja) * | 2013-08-21 | 2015-04-02 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2015064227A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| US10921283B2 (en) * | 2013-12-16 | 2021-02-16 | Denso Corporation | Gas sensor for detecting concentration of specific gas component |
| JP2015135320A (ja) * | 2013-12-16 | 2015-07-27 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ |
| CN105829879A (zh) * | 2013-12-16 | 2016-08-03 | 株式会社电装 | 检测特定气体成分的浓度的气体传感器 |
| JP2017167166A (ja) * | 2013-12-16 | 2017-09-21 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | ガスセンサ |
| WO2015093488A1 (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | 株式会社デンソー | 特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサ |
| JP2016212119A (ja) * | 2013-12-16 | 2016-12-15 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ |
| US20160320334A1 (en) * | 2013-12-16 | 2016-11-03 | Denso Corporation | Gas sensor for detecting concentration of specific gas component |
| WO2015186776A1 (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| JP2015230220A (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-21 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| US10088446B2 (en) | 2014-06-04 | 2018-10-02 | Denso Corporation | Gas sensor |
| WO2015194490A1 (ja) * | 2014-06-16 | 2015-12-23 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| DE112015002843B4 (de) | 2014-06-16 | 2023-06-15 | Denso Corporation | Gassensor |
| JP2016020894A (ja) * | 2014-06-16 | 2016-02-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016028226A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-25 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| DE112015003198B4 (de) | 2014-07-10 | 2023-04-27 | Denso Corporation | Gassensor mit einer Konfiguration, die Ansprechvermögen und Messgenauigkeit optimiert. |
| WO2016006635A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子 |
| US10309923B2 (en) | 2014-07-10 | 2019-06-04 | Denso Corporation | Gas sensor device |
| JP2016053475A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子 |
| JP2016070922A (ja) * | 2014-10-01 | 2016-05-09 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| US20170219516A1 (en) * | 2014-10-01 | 2017-08-03 | Denso Corporation | Gas concentration detection apparatus |
| WO2016052707A1 (ja) * | 2014-10-01 | 2016-04-07 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| US11035821B2 (en) * | 2014-10-01 | 2021-06-15 | Denso Corporation | Gas concentration detection apparatus |
| WO2016129661A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016153777A (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-25 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| JP2016153782A (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-25 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| WO2016129578A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
| US20180252671A1 (en) * | 2015-09-17 | 2018-09-06 | Denso Corporation | Gas sensor |
| US10996192B2 (en) * | 2015-09-17 | 2021-05-04 | Denso Corporation | Gas sensor |
| CN109959695A (zh) * | 2017-12-14 | 2019-07-02 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的SOx浓度获取装置 |
| CN109959695B (zh) * | 2017-12-14 | 2021-07-20 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的SOx浓度获取装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3871497B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP2003149199A (ja) | ガスセンサ | |
| US5893968A (en) | Method and apparatus for measuring combustible gas component by burning the component | |
| US5861092A (en) | Nitrogen oxide detector | |
| EP1376118B1 (en) | A method of measuring the concentration of NO in a measurement gas | |
| US4657659A (en) | Electrochemical element | |
| US5948964A (en) | NOx sensor and method of measuring NOx | |
| EP0517366B1 (en) | Method and apparatus for sensing oxides of Nitrogen | |
| EP0987548B1 (en) | Gas sensor | |
| US8343322B2 (en) | Gas sensor for measuring a gas component in a gas mixture | |
| WO2000037930A1 (fr) | Capteur composite | |
| JP2000162175A (ja) | ガスセンサとその製造方法及びガスセンサシステム | |
| US4769123A (en) | Electrochemical device | |
| JP2003518619A (ja) | ガス成分を測定するためのガスセンサーのセンサー素子 | |
| US6325906B1 (en) | Gas sensor and apparatus for measuring combustible gas component concentration using the same | |
| US4795544A (en) | Electrochemical gas sensor | |
| JP4625261B2 (ja) | ガスセンサのセンサ素子 | |
| JPH09297119A (ja) | 窒素酸化物検知装置 | |
| Oh | A planar-type sensor for detection of oxidizing and reducing gases | |
| JP3709977B2 (ja) | 水素センサおよびそれを用いた水素濃度測定方法 | |
| US20230273148A1 (en) | NOx SENSOR AND NOx SENSOR OPERATION METHOD | |
| WO2024111230A1 (ja) | ガスセンサおよびガスセンサによる濃度測定方法 | |
| US10859526B2 (en) | Gas sensor with a pump cell | |
| JP3395957B2 (ja) | 一酸化炭素検出センサ及びそれを用いた一酸化炭素検出方法 | |
| JP2004037473A (ja) | 被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定装置 |