JP2008145223A - 液体電気化学式ｃｏガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】水溜タンクに水がなくなっても、センサ本体を廃棄することなく再利用できるようにして、資源を無駄に消費しなくて済むようにした液体電気化学式ＣＯガスセンサを提供する。
【解決手段】プロトン導電体膜とその電極とを挟むようにして構成したセンサ本体２０と、センサ本体２０に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンク１０とを一体化してなる。センサ本体２０と水溜タンク１０を連結手段２２ｂ、１１ｂにより分離可能に連結し一体化している。
【選択図】図１

Description

本発明は液体電気化学式ＣＯガスセンサに関するものである。

この種のＣＯガスセンサは、一般に、図７に示すように、下部を水溜タンク１０とした金属缶１の上部にくびれ部１ａを介してセンサ本体２０を保持した構成となっている。センサ本体２０は、プロトン導電体膜とその表裏の電極とからなる電極−膜接合体（ＭＥＡ）２１を有し、ＭＥＡ２１の底部が水蒸気導入孔２２ａを設けた金属製の支え板２２に接触され、上部が金属製のキャップ２３に接触されている。キャップ２３は一対の皿状部材２３ａを突き合わせて形成された内部空所に活性炭やシリカゲル、ゼオライトなどのフィルタ材料２４が封入され、開口２３ｂ、２３ｃから周囲の雰囲気ガスをＭＥＡ２１の検知電極に供給するようにされている。

また、底部の支え板２２はその外周部が金属缶１のくびれ１ａで下支えられている。上部のキャップ２３の外周と金属缶１の内周との間には気密シールを兼ねた絶縁パッキン２５が介在されている。金属缶１の上部がかしめられて、上部のキャップ２３と下部の支え板２２とその間のＭＥＡ２１とからなるセンサ本体２０が金属缶１に取り付けられ、センサ本体２０と該センサ本体に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンク１０とが一体化されている。かしめによる加圧でセンサ本体２０を保持し、またキャップ２３及び支え板２２とＭＥＡ２１との接続が保たれている（例えば、特許文献１参照。）。

ＭＥＡ２１は、例えば図８に示すように、プロトン導電体膜２１ａの両面に検知電極２１ｂと対極２１ｃとが設けられたものである。プロトン導電体膜２１ａにはＮＡＦＩＯＮなどのプロトン導電体ポリマーが用いられ、検知電極２１ｂや対極２１ｃにはＰｔやＰｔ−ＲｕＯ₂ などの膜が用いられる。検知電極２１ｂの表面には導電性ガス流路を形成する、例えば、カーボンフィルムをフッ素樹脂で表面処理して撥水性を持たせた多孔質の導電性シート２１ｄが配置されている。センサ本体２０が、かしめによって金属缶１に取り付けられると、キャップ２３が水溜タンク１０側に押圧され、その圧力で各部材間の隙間を無くすと共に、検知電極２１ｂから導電性ガス流路を形成している導電性シート２１ｄを介してのキャップ２３に電気的に接続され、対極２１ｃから支え板２２を介しての金属缶１に電気的に接続される。

ＭＥＡ２１におけるＣＯ検出は次のようにして行われる。キャップ２３を通過した周囲の雰囲気ガスは、導電性シート２１ｄを通過して検知電極２１ｂに達して、周囲雰囲気中のＣＯが検知電極２１ｂに吸収され、
ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ → ＣＯ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
の反応により、プロトンが発生する。発生したプロトンはプロトン導電体膜２１ａを拡散する。この反応に水が必要であるが、これは水溜タンク１０内の水が発生する水蒸気として、支え板２２の水蒸気導入孔２２ａからプロトン導電体膜２１ａを介して検知電極２１ｂまで供給される。

周囲雰囲気中の酸素濃度はＣＯ濃度に比べてはるかに高く、酸素は導電性シート２１ｄに沿って拡散し、プロトン導電体膜２１ａを介して対極２１ｃに達する。酸素の消費量はごく僅かなので、対極２１ｃには常にプロトンを酸化できるだけの酸素があることになる。そして対極２１ｃでは、
２Ｈ⁺ ＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^- →Ｈ₂ Ｏ
の反応が生じる。
特許公開２００４−１７０１０１公報

上述したように、液体電気化学式ＣＯガスセンサでは、ＣＯガスを検出するために、検知電極２１ｂに雰囲気ガスと水溜タンク１０からの水蒸気が供給される必要であるため、水蒸気の一部は雰囲気中に発散されることになる。このため、水溜タンク１０内の水が時間の経過に伴って減少することは否めず、水溜タンクの水がなくなることで、センサとして機能しなくなるのが現状である。水溜タンク１０内の水の減少は、雰囲気温度による水蒸気の発生及び発散の度合いによってその程度が多少異なるものの、時間の経過に伴って確実に進行する。

上述した従来の液体電気化学式ＣＯガスセンサでは、水溜タンクに水がなくなってセンサとして機能できなくなったものは、例え、センサ本体がまだ機能可能であっても、廃棄処分するしかなく、資源が無駄に消費されるという問題があった。

よって本発明は、上述した現状に鑑み、水溜タンクに水がなくなっても、センサ本体を廃棄することなく再利用できるようにして、資源を無駄に消費しなくて済むようにした液体電気化学式ＣＯガスセンサを提供することを課題としている。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサは、プロトン導電体膜とその電極とを挟むようにして構成したセンサ本体と、該センサ本体に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンクとが一体化されてなる液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結し一体化する連結手段を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、センサ本体と水溜タンクが連結手段によって分離可能に連結され一体化されているので、水溜タンク内の水がなくなったとき、連結手段によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体は、水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと連結手段によって再度連結され一体化されて液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できる。

上記課題を解決するためになされた請求項２に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサは、請求項１記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、前記連結手段は、螺合によって前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結する螺合手段であることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、連結手段である螺合手段が、螺合によってセンサ本体と水溜タンクを分離可能に連結しているので、水溜タンク内の水がなくなったとき、螺合によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと再度螺合により連結し一体化して液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できる。

上記課題を解決するためになされた請求項３に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサは、請求項１記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、前記連結手段は、凹凸嵌合係止によって前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結する嵌合係止手段であることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、連結手段である嵌合係止手段が、凹凸嵌合係止によってセンサ本体と水溜タンクを分離可能に連結しているので、水溜タンク内の水がなくなったとき、凹凸嵌合係止によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと再度凹凸嵌合係止により一体化して液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できる。

上記課題を解決するためになされた請求項４に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサは、請求項１〜３の何れかに記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、前記センサ本体に、前記センサ本体と前記水溜タンクの連結部を覆い、前記水溜タンクの外周に内周が外接する筒状部を延設したことを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、センサ本体と水溜タンクの連結部を覆い、水溜タンクの外周に内周が外接する筒状部をセンサ本体に延設しているので、外力がセンサ本体と水溜タンクの相互間に加えられても、水溜タンクの外周と筒状体の内周との接触によって、連結部に曲げ力として働く力は規制され、連結部に連結を損なう力が働くことがない。

上記課題を解決するためになされた請求項５に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサは、プロトン導電体膜とその電極とを挟むようにして構成したセンサ本体と、該センサ本体に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンクとを一体化してなる液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、前記水溜タンクの底部に設けられ、前記水溜タンク内に水を補給する補給口と、前記水溜タンクに着脱自在に装着され、前記補給口を水密に塞ぐ栓手段とを有することを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、水溜タンク内に水を補給する補給口が水溜タンクの底部に設けられ、補給口を水密に塞ぐ栓手段が水溜タンクに着脱自在に設けられているので、水溜タンク内の水がなくなったとき、栓手段を取り外して補給口から水溜タンク内に水を補給して栓手段を装着することで再使用できる。

請求項１記載の発明によれば、水溜タンク内の水がなくなったとき、連結手段によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと再度連結し一体化して液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できるので、水溜タンクに水がなくなっても、センサ本体を廃棄することなく、資源を無駄に消費しなくて済む液体電気化学式ＣＯガスセンサを提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、水溜タンク内の水がなくなったとき、螺合によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと再度螺合により連結し一体化して液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できるので、センサ本体を廃棄することなく、資源を無駄に消費しなくて済む。

請求項３記載の発明によれば、水溜タンク内の水がなくなったとき、凹凸嵌合によるセンサ本体と水溜タンクの連結を解きセンサ本体と水溜タンクを分離し、分離したセンサ本体を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンクと再度凹凸嵌合により一体化して液体電気化学式ＣＯガスセンサとして再使用できるので、センサ本体を廃棄することなく、資源を無駄に消費しなくて済む。

請求項４記載の発明によれば、外力がセンサ本体と水溜タンクの相互間に加えられても、水溜タンクの外周と筒状体の内周との接触によって、連結部に曲げ力として働く力は規制され、連結部に連結を損なう力が働くことがないので、センサ本体と水溜タンクを分離可能に連結し一体化されていても、連結が損なわれて水溜タンクの水が漏れ出すだすことがない。

請求項５記載の発明によれば、水溜タンク内の水がなくなったとき、栓手段を取り外して補給口から水溜タンク内に水を補給し、補給後、栓手段を装着することで再使用できるので、水溜タンクに水がなくなっても、廃棄することなく、資源を無駄に消費しなくて済む液体電気化学式ＣＯガスセンサを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る液体電気化学式ＣＯガスセンサの一実施形態を示し、図７について上述した従来のＣＯガスセンサと同等の部分には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１において、水溜タンク１０は、金属缶１の上部にくびれ部１ａが形成され、金属缶１の上部がかしめられて、くびれ部１ａで外周底部が下支えされた蓋体１１が金属缶１の開口に取り付けられて構成されている。センサ本体２０の支え板２２は、外周底部が金属筒２の下部のかしめ部２ａで下支えされている。金属筒２の上部がかしめられて、上部のキャップ２３と下部の支え板２２とその間のＭＥＡ２１とからなるセンサ本体２０が構成されている。

水溜タンク１０における蓋体１１には、その中心に、水溜タンク１０内の水が蒸発して発生する水蒸気を導出する水蒸気導出孔１１ａが開けられるとともに、この導出孔１１ａと同心の螺子穴１１ｂが形成されている。センサ本体２０における支え板２２には、その底部中央に、上記螺子穴１１ｂに螺合される螺子部２２ｂが突出して形成されている。螺子部２２ｂの中心に開けられている水蒸気導入孔２２ａは、水溜タンク１０の水蒸気導出孔１１ａを通じて導出された水蒸気をセンサ本体２０内に導入する。水溜タンク１０の螺子穴１１ｂとセンサ本体２０の螺子部２２ｂとからなる螺合手段は、螺子穴１１ｂに螺子部２２ｂを螺合させることによって、センサ本体２０と水溜タンク１０を分離可能に連結し一体化する連結手段を構成している。連結手段による水溜タンク１０とセンサ本体２０の連結を水密に行うため、支え板２２に形成した段部２２ｃが蓋体１１の表面に突き当たるまで螺子穴１１ｂに螺子部２２ｂが螺合されて螺子穴１１ｂ内に収容したシール材１２が変形するように加圧されている。

上述のように水溜タンク１０の螺子穴１１ｂにセンサ本体２０の螺子部２２ｂが螺合されてセンサ本体２０と水溜タンク１０が分離可能に連結され一体化されるので、水溜タンク１０内の水がなくなったとき、水溜タンク１０の螺子穴１１ｂに対するセンサ本体２０の螺子部２２ｂの螺合を解きセンサ本体２０と水溜タンク１０を分離し、分離したセンサ本体２０を水を補給した水溜タンクや水を満たした新しい水溜タンク１０と再度連結し一体化することで、少なくともセンサ本体２０が再使用できる。

従って、図１に示す液体電気化学式ＣＯガスセンサでは、水溜タンク１０に水がなくなっても、センサ本体２０を廃棄することなく、水の入った水溜タンク１０を連結することによって再度利用することができるので、資源を無駄に消費しなくて済む。

なお、水溜タンク１０とセンサ本体２０は螺合手段によって分離可能に連結され一体化されているので、蓋体１１を金属製とすることによって、支え板２２と水溜タンク１０の金属缶１との間を電気的に接続することができるが、支え板２２と金属缶１との間に螺子か介在し、螺合状態によっては、大きさの異なる電気抵抗が直列に接続されたようになるので、外部接続は金属筒２で行い、蓋体１１と金属缶１との間に絶縁パッキンを介在させることができる。

図１の実施形態の螺合手段は、水溜タンク１０側に螺子穴１１ｂを、センサ本体２０側に螺子部２２ｂをそれぞれ形成するようにしているが、これとは逆に、水溜タンク１０側に螺子部を、センサ本体２０側に螺子穴をそれぞれ形成するようにしてもよく、その実施形態を図２に示す。

図２の実施形態では、水溜タンク１０は、上端部が絞られその外周に螺子部１ｂ、内周に水蒸気導出孔１ｃがそれぞれ形成された金属缶１によって形成されている。センサ本体２０は、支え板２２の外周底部が金属缶１の外周面に接する内周面を有する金属筒２の上部のくびれ部２ｂで下支えされ、金属筒２の上端部がかしめられて、上部のキャップ２３と下部の支え板２２とその間のＭＥＡ２１とから構成され、くびれ部２ｂの下方に、水溜タンク１０を収容するタンク収容部２０ａが形成されている。

支え板２２には、その底部中央からタンク収容部２０ａ内に突出された突出部２２ｂに、水蒸気導入孔２２ａと同心にこの導入孔に連通する螺子穴２２ｃが形成されている。センサ本体２０の螺子穴２２ｃに水溜タンク１０の上端部の螺子部１ｂを螺合することによって、水蒸気導出孔１ｃが水蒸気導入孔２２ａに連通されて、センサ本体２０と水溜タンク１０が分離可能に連結され一体化される。

水溜タンク１０の螺子部１ｂとセンサ本体２０の螺子穴２２ｃとからなる螺合手段は、螺子穴２２ｃに螺子部１ｂを螺合させることによって、センサ本体２０と水溜タンク１０を分離可能に連結し一体化する連結手段を構成している。水溜タンク１０とセンサ本体２０の連結を水密に行うため、螺子穴２２ｃ内にシール材１３が収容されている。

金属筒２のくびれ部２ｂ下方に形成されたタンク収容部２０ａ内には、連結された水溜タンク１０が収容されるが、この収容状態で、水溜タンク１０の外周面と金属筒２の内周面が互いに接触し、金属缶１と金属筒２の径方向の移動が相互に規制されている。従って、螺子穴２２ｃと螺子部１ｂの螺合によるセンサ本体２０と水溜タンク１０との連結部に、センサ本体２０と水溜タンク１０が金属缶や金属筒の径方向に相互に動くことによって外力が加えられ、連結部が損なわれることがない。また、タンク収容部２０ａは、支え板２２を介してＭＥＡ２１の対極が電気的に接続されているので、螺合の具合によって電気抵抗が変化する螺合手段を介して電気接続される水溜タンク１０に代わって外部接続のための部材として利用できる。

連結手段の構成を除く図２の構成を図１のセンサ本体に適用することによって、図１の実施の形態においても、タンク収容部２０ａを有することによる作用効果が得られる。

図１及び図２の実施形態では、連結手段を螺合手段で構成しているが、凹凸嵌合係止手段によって、センサ本体２０と水溜タンク１０を分離可能に連結することもできる。図３は、凹凸嵌合係止手段の実施形態を示し、図示の例では、蓋体１１が樹脂成形によって形成され、図１の蓋体１１に螺子穴に代えて嵌合穴１１ｃが形成され、嵌合穴１１ｃの内壁底部に沿って、アンダーカットによって係止凹部１１ｄが形成されている。一方、センサ本体２０の支え板２２には、図１の螺子部２２ｂに代えて嵌合穴１１ｃに嵌合する嵌合突部２２ｅが形成され、嵌合突部２２ｅの外周底部に沿って、係止凹部１１ｄと係合する係止凸部２２ｆが形成されている。嵌合穴１１ｃに対する嵌合突部２２ｅの嵌合は圧入によって行われ、係止凸部２２ｆが係止凹部１１ｄの内壁を弾性変形させることによって係止凹部１１ｄに係止されることで、センサ本体２０と水溜タンク１０が分離可能に連結されて一体化される。

なお、図３の実施の形態において、連結手段の構成を除く図２の構成を図３のセンサ本体に適用することによって、図３の実施の形態においても、タンク収容部２０ａを有することによる作用効果が得られる。

図１乃至図３の実施形態では、センサ本体２０と水溜タンク１０を連結手段によって分離可能に連結し一体化しているが、センサ本体２０と水溜タンク１０を分離することなく、図４に示すように、水溜タンク１０の底部になる金属缶１の底の中心に水溜タンク１０内に水を補給する補給口１ｄが設けられ、この補給口１ｄが水溜タンク１０に着脱自在に装着される栓手段３０によって水密に塞がれるようにしても良い。なお、図５は栓手段３０の上面図である。

図４の実施形態では、水溜タンク１０を形成している金属缶１の下部にくびれ部による係合凹部１ｅが形成されている。水溜タンク１０に着脱自在に装着される栓手段３０は、装着の際、水タンク１０の底部が嵌合され相対位置出しをする円形の嵌合凹部３１を有し、円形凹部３１の対向縁に、水溜タンク１０の係合凹部１ｅに係合する係合凸部３２ａを自由端に有する一対の弾性係止片３２が起立され、樹脂の一体成形によって形成されている。嵌合凹部３１に水溜タンク１０の底部を嵌合させたとき、弾性係止片３２が弾性変形されて係合凸部３２ａが水溜タンク１０の係合凹部１ｅに弾性係合されることで、栓手段３０が水溜タンク１０に着脱自在に装着される。嵌合凹部３１の中心部には、この装着状態で、補給口１ｄの周囲の窪み１ｆに加圧状態で突き当てられ補給口１ｄを塞ぐ栓３３が突出されて一体に形成されている。なお、３４は弾性係止片３２を成形するための孔である。

この構成によって、栓手段３０は、一対の弾性係止片３２を弾性変形させることで、水溜タンク１０に着脱自在に装着され、装着状態で、補給口１ｄを水密に塞ぐことができるので、水溜タンク１０の水がなくなったとき、栓手段３０を外して補給口１ｄから水を補給し、栓手段３０を装着することで、廃棄することなく再利用することができる。

図４の実施形態では、金属缶１の係合凹部１ｅを金属缶１の下部に形成したくびれ部により構成しているが、図６に示すように、金属缶１の上部に形成したくびれ部１ａを係合凹部として利用してもよい。この場合、図５に示すものに比べて、栓手段３０の嵌合凹部３１を深くするとともに弾性係止片３２を長くするだけでよいが、水溜タンク１０に対する栓手段３０の装着は安定するようになる。

上述した実施形態では、栓３３は一体成形によって形成しているが、これに代えてゴム栓を嵌合凹部３１の中心部に取り付け、ゴム栓の弾性変形も補給口１ｄを水密に塞ぐために利用するようにしてもよい。

なお、上述した栓手段は取り外して再利用できるものとして構成されているが、水密が保たれるものであるなら、剥がし自在に貼り付けられることで装着自在の単純なシール材であってもよい。

本発明による液体電気化学式ＣＯガスセンサの一実施の形態を示す断面図である。 本発明による液体電気化学式ＣＯガスセンサの他の実施の形態を示す断面図である。 本発明による液体電気化学式ＣＯガスセンサのさらに他の実施の形態を示す断面図である。 本発明による液体電気化学式ＣＯガスセンサの別の実施の形態を示す断面図である。 図４の液体電気化学式ＣＯガスセンサの一部分の上面図である。 図４の実施の形態の一部分を変更した断面図である。 従来の液体電気化学式ＣＯガスセンサの一例を示す断面図である。 図７の液体電気化学式ＣＯガスセンサの一部分の詳細を示す断面図である。

符号の説明

１ｂ 螺子部（連結手段、螺子手段）
１０ 水溜タンク
１１ｂ 螺子穴（連結手段、螺子手段）
１１ｄ 係止凹部（連結手段、嵌合係止手段）
２０ センサ本体
２０ａ タンク収容部（筒状部）
２２ｂ 螺子部（連結手段、螺子手段）
２２ｃ 螺子穴（連結手段、螺子手段）
２２ｆ 係止凸部（連結手段、嵌合係止手段）
３０ 栓手段

Claims (5)

1. プロトン導電体膜とその電極とを挟むようにして構成したセンサ本体２０と、該センサ本体に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンク１０とを一体化してなる液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、
   前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結し一体化する連結手段１１ｂ、２２ｂを有する
   ことを特徴とする液体電気化学式ＣＯガスセンサ。
2. 前記連結手段は、螺合によって前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結する螺合手段１１ｂ、２２ｂ、１ｂ、２２ｃである
   ことを特徴とする請求項１記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサ。
3. 前記連結手段は、凹凸嵌合係止によって前記センサ本体と前記水溜タンクを分離可能に連結する嵌合係止手段１１ｄ、２２ｆである
   ことを特徴とする請求項１記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサ。
4. 前記センサ本体に、前記センサ本体と前記水溜タンクの連結部を覆い、前記水溜タンクの外周に内周が外接ずる筒状部２０ａを延設した
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体電気化学式ＣＯガスセンサ。
5. プロトン導電体膜とその電極とを挟むようにして構成したセンサ本体と、該センサ本体に供給する水蒸気を発生する水を溜める水溜タンクとを一体化してなる液体電気化学式ＣＯガスセンサにおいて、
   前記水溜タンクの底部に設けられ、前記水溜タンク内に水を補給する補給口と、前記水溜タンクに着脱自在に装着され、前記補給口を水密に塞ぐ栓手段３０とを有する
   ことを特徴とする液体電気化学式ＣＯガスセンサ。

Images