JP2009133636A - Hydrogen gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ガスセンサ、より詳しくは、熱電式水素ガスセンサに関する。 The present invention relates to a hydrogen gas sensor, and more particularly to a thermoelectric hydrogen gas sensor.
雰囲気中の水素を検出する水素ガスセンサとして、熱電式水素ガスセンサは、消費電力が小さく、しかも安価であることから、例えば、燃料電池等の発電システム等に効率よく適用することができると期待されている。この熱電式水素ガスセンサは、熱電素子の一部分で水素による発熱反応を生じさせ、発熱反応が生じなかった部分との温度差に基づく起電力を発生させることによって水素の検出を行うものである。 As a hydrogen gas sensor for detecting hydrogen in the atmosphere, a thermoelectric hydrogen gas sensor is expected to be able to be efficiently applied to, for example, a power generation system such as a fuel cell because of its low power consumption and low cost. Yes. This thermoelectric hydrogen gas sensor detects hydrogen by causing an exothermic reaction due to hydrogen in a part of the thermoelectric element and generating an electromotive force based on a temperature difference from the part where the exothermic reaction did not occur.
このような熱電式水素ガスセンサとしては、例えば、被検出ガスと接触して触媒反応を起こす触媒(触媒成分)と、この反応による局部的な温度差を電圧信号に変換する熱電変換材料膜を含む構成を有するものが知られている(特許文献1、2参照)。 Such a thermoelectric hydrogen gas sensor includes, for example, a catalyst (catalyst component) that causes a catalytic reaction in contact with a gas to be detected, and a thermoelectric conversion material film that converts a local temperature difference due to this reaction into a voltage signal. What has a structure is known (refer patent document 1, 2).
上述した構成を有する従来の熱電式水素ガスセンサでは、触媒における反応による発熱を利用して熱電変換材料膜に温度差を発生させ、これにより起電力(電圧)を生じさせることが動作原理となる。したがって、熱電変換材料膜に発生する温度差が大きいほど、熱電変換材料膜に生じる起電力が大きくなり、結果として水素ガスセンサの感度も高くなる。 In the conventional thermoelectric hydrogen gas sensor having the above-described configuration, the operation principle is to generate a temperature difference in the thermoelectric conversion material film by using heat generated by the reaction in the catalyst, thereby generating an electromotive force (voltage). Therefore, the greater the temperature difference generated in the thermoelectric conversion material film, the greater the electromotive force generated in the thermoelectric conversion material film, resulting in higher sensitivity of the hydrogen gas sensor.
ところが、上記特許文献1、2に記載された熱電式水素ガスセンサでは、期待されるほどの感度が得られないことが少なくなかった。これは、熱電変換材料膜に発生する温度差を十分に大きくできないことが一因であると考えられる。 However, the thermoelectric hydrogen gas sensors described in Patent Documents 1 and 2 often cannot achieve the expected sensitivity. This is considered to be due to the fact that the temperature difference generated in the thermoelectric conversion material film cannot be made sufficiently large.
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも高い感度を有する水素ガスセンサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a hydrogen gas sensor having higher sensitivity than before.
上記目的を達成するため、第1の発明の水素ガスセンサは、多孔形状熱電材料からなる熱電材料部、熱電材料部上に設けられた一対の電極、及び熱電材料部上に一対の電極のうちの一方の電極側に偏在して設けられ、水素による反応を触媒する触媒部を有するセンサ部と、一対の電極間に発生した電圧を測定する電圧測定部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a hydrogen gas sensor according to a first invention includes a thermoelectric material portion made of a porous thermoelectric material, a pair of electrodes provided on the thermoelectric material portion, and a pair of electrodes on the thermoelectric material portion. It is provided with the sensor part which is provided unevenly by the one electrode side, and has a catalyst part which catalyzes the reaction by hydrogen, and the voltage measurement part which measures the voltage which generate | occur | produced between a pair of electrodes.
なお、第1の発明における多孔形状熱電材料とは、微細な空孔を多数有する熱電材料(多孔質の熱電材料)を意味する。また、多孔形状熱電材料が有する空孔の孔径は、0.1〜20μm程度である。 The porous thermoelectric material in the first invention means a thermoelectric material having many fine pores (porous thermoelectric material). The pore diameter of the porous thermoelectric material is about 0.1 to 20 μm.
上記第1の発明の水素ガスセンサは、触媒部において水素の触媒反応を生じさせて熱を発生させることで、熱電材料部において触媒部に接触している部分とこれ以外の部分との温度差に基づく起電力を発生させ、この起電力(電圧)を電圧測定部で測定することによって水素ガスを検出する熱電式水素ガスセンサである。 The hydrogen gas sensor according to the first aspect of the present invention generates a heat by generating a catalytic reaction of hydrogen in the catalyst portion, so that the temperature difference between the portion in contact with the catalyst portion and the other portion in the thermoelectric material portion is obtained. The thermoelectric hydrogen gas sensor detects hydrogen gas by generating an electromotive force based thereon and measuring the electromotive force (voltage) with a voltage measuring unit.
上記第1の発明の水素ガスセンサが備える熱電材料部は、従来水素ガスセンサに用いられてきた緻密な熱電材料よりも熱を伝導し難い多孔形状熱電材料からなるため、触媒部で発生した熱が、熱電材料部において触媒部に接触している部分から、これ以外の部分へ伝導し難くなる。その結果、上記第1の発明では、熱電材料部において触媒部が偏在して設けられた側の電極が配置された部分と、別の電極が配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極間に発生する起電力が大きくなるため、水素ガスセンサの感度を従来よりも向上させることが可能となる。 Since the thermoelectric material part provided in the hydrogen gas sensor of the first invention is made of a porous thermoelectric material that is less likely to conduct heat than the dense thermoelectric material conventionally used in hydrogen gas sensors, the heat generated in the catalyst part is In the thermoelectric material part, it becomes difficult to conduct from the part in contact with the catalyst part to other parts. As a result, in the first invention, the temperature difference between the portion where the electrode on the side where the catalyst portion is unevenly distributed in the thermoelectric material portion is arranged and the portion where another electrode is arranged becomes large. Since the electromotive force generated between both electrodes is increased, the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be improved as compared with the conventional case.
第2の発明の水素ガスセンサは、多孔形状熱電材料からなる熱電材料部、熱電材料部上に設けられた一対の電極、及び一対の電極のうちの一方の電極側に偏在して設けられ、水素による反応を触媒する触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔に担持されることによって形成された触媒部を有するセンサ部と、一対の電極間に発生した電圧を測定する電圧測定部と、を備えることを特徴とする。 A hydrogen gas sensor according to a second aspect of the present invention is provided with a thermoelectric material portion made of a porous thermoelectric material, a pair of electrodes provided on the thermoelectric material portion, and unevenly provided on one electrode side of the pair of electrodes. A sensor part having a catalyst part formed by supporting a catalyst component that catalyzes a reaction by a pore of the porous thermoelectric material, and a voltage measuring part for measuring a voltage generated between a pair of electrodes, It is characterized by providing.
上記第2の発明の水素ガスセンサは、上記第1の発明と同様に、触媒部において水素の触媒反応を生じさせて熱を発生させることで、熱電材料部において触媒部に接触している部分とこれ以外の部分との温度差に基づく起電力を発生させ、この起電力(電圧)を電圧測定部で測定することによって水素ガスを検出する熱電式水素ガスセンサである。 The hydrogen gas sensor according to the second aspect of the invention is similar to the first aspect of the invention, in which a catalytic reaction of hydrogen is caused in the catalyst part to generate heat, so that the part in contact with the catalyst part in the thermoelectric material part This is a thermoelectric hydrogen gas sensor that detects hydrogen gas by generating an electromotive force based on a temperature difference from other portions and measuring the electromotive force (voltage) with a voltage measurement unit.
上記第2の発明の水素ガスセンサが備える熱電材料部は、上記第1の発明と同様に、従来水素ガスセンサに用いられてきた緻密な熱電材料よりも熱を伝導し難い多孔形状熱電材料からなるため、触媒部で発生した反応熱が、熱電材料部において触媒部が形成された部分から、これ以外の部分へ伝導し難くなる。その結果、上記第2の発明の水素ガスセンサでは、熱電材料部において触媒部が偏在して設けられた側の電極が配置された部分と、別の電極が配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極間に発生する起電力が大きくなるため、水素ガスセンサの感度を従来よりも向上させることが可能となる。 The thermoelectric material part provided in the hydrogen gas sensor of the second invention is made of a porous thermoelectric material that is less likely to conduct heat than the dense thermoelectric material conventionally used in hydrogen gas sensors, as in the first invention. The reaction heat generated in the catalyst part is difficult to conduct from the part where the catalyst part is formed in the thermoelectric material part to other parts. As a result, in the hydrogen gas sensor according to the second aspect of the present invention, the temperature difference between the portion where the electrode on the side where the catalyst portion is unevenly provided in the thermoelectric material portion and the portion where another electrode is placed is arranged. Since the electromotive force generated between the two electrodes is increased, the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be improved as compared with the prior art.
また、第2の発明の水素ガスセンサでは、触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔に担持されることによって触媒部が形成されているため、従来のように触媒部が熱電材料部の外表面のみに設置される場合に比べて、触媒成分と熱電材料との接触面積を大きくできる。したがって、触媒部で発生した反応熱が熱電材料部へ伝導し易くなり、特に熱電材料部において触媒部が偏在して設けられた側が加熱され易くなる。その結果、上記第2の発明では、熱電材料部において触媒部が偏在して設けられた側の電極が配置された部分と、別の電極が配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極間に発生する起電力が大きくなるため、水素ガスセンサの感度を従来よりも向上させることが可能となる。 In the hydrogen gas sensor of the second invention, since the catalyst part is formed by supporting the catalyst component in the pores of the porous thermoelectric material, the catalyst part is the outer surface of the thermoelectric material part as in the prior art. The contact area between the catalyst component and the thermoelectric material can be increased as compared with the case where the catalyst component is installed only in the case. Therefore, the reaction heat generated in the catalyst part is easily conducted to the thermoelectric material part, and in particular, the side where the catalyst part is unevenly distributed in the thermoelectric material part is easily heated. As a result, in the second invention, the temperature difference between the portion where the electrode on the side where the catalyst portion is unevenly distributed in the thermoelectric material portion and the portion where another electrode is disposed is large. Since the electromotive force generated between both electrodes is increased, the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be improved as compared with the conventional case.
さらに、上記第2の発明の水素ガスセンサでは、触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔の内壁に担持されているため、触媒成分が熱電材料部の表面(一対の電極が設けられた面)に配置されている場合に比べて、触媒部の活性表面積が大きくなり、触媒部全体としての触媒活性能が向上する。そのため、上記第2の発明では、水素ガスセンサの感度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the hydrogen gas sensor according to the second aspect of the invention, since the catalyst component is supported on the inner wall of the pores of the porous thermoelectric material, the catalyst component is on the surface of the thermoelectric material portion (surface on which a pair of electrodes are provided). The active surface area of the catalyst part is increased compared to the case where the catalyst part is disposed in the catalyst part, and the catalytic activity of the entire catalyst part is improved. Therefore, in the second invention, the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be improved.
さらにまた、上記第2の発明の水素ガスセンサでは、熱電材料部の内部に多数存在する空孔内に触媒成分が担持されているため、水素の触媒反応が熱電材料部の内部においても進行する。そのため、上記第2の発明の水素ガスセンサでは、従来のように触媒部が熱電材料部の外表面のみに設置される場合に比べて、触媒部で発生した反応熱が外気へ逃げ難く、反応熱を効率的に熱電材料部へ伝導させることができるため、水素ガスセンサの感度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the hydrogen gas sensor according to the second aspect of the invention, since the catalyst component is supported in the vacancies that exist in large numbers inside the thermoelectric material portion, the hydrogen catalytic reaction also proceeds inside the thermoelectric material portion. Therefore, in the hydrogen gas sensor of the second invention, the reaction heat generated in the catalyst part is less likely to escape to the outside air than in the conventional case where the catalyst part is installed only on the outer surface of the thermoelectric material part. Can be efficiently conducted to the thermoelectric material part, so that the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be improved.
上記第1及び第2の発明においては、多孔形状熱電材料の空隙率が30〜80%であることが好ましい。 In the said 1st and 2nd invention, it is preferable that the porosity of a porous thermoelectric material is 30 to 80%.
多孔形状熱電材料の空隙率を上記の好適範囲内とすることによって、水素ガスセンサの感度を更に向上させることが可能となる。 By setting the porosity of the porous thermoelectric material within the above preferred range, the sensitivity of the hydrogen gas sensor can be further improved.
本発明によれば従来よりも高い感度を有する水素ガスセンサを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogen gas sensor having higher sensitivity than before.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略することとする。また、図面中に示す寸法及び位置関係は図示されたものに限定されない。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. Further, the dimensions and positional relationships shown in the drawings are not limited to those illustrated.
(第1実施形態)
<水素ガスセンサ100>
図1は、本発明の第1実施形態に係る水素ガスセンサの構成を示す概略図である。図1に示すように、第1実施形態の水素ガスセンサ100は、センサ部10と、電圧測定部20とから構成される。
(First embodiment)
<Hydrogen gas sensor 100>
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the hydrogen gas sensor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the hydrogen gas sensor 100 according to the first embodiment includes a sensor unit 10 and a voltage measurement unit 20.
図1は、センサ部10の断面構成を模式的に示している。また、図2は、センサ部10を上方からみた平面図である。図1、2に示すように、センサ部10は、熱電材料部2と、熱電材料部2上に設けられた一対の電極4a、4bと、熱電材料部2上に一対の電極4a、4bのうちの一方の電極4a側に偏在して設けられ、水素による反応を触媒する触媒部6と、を有する。このようなセンサ部10は、例えば、長さ10mm程度、幅7mm程度、厚さ0.2mm程度の大きさを有する。 FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of the sensor unit 10. FIG. 2 is a plan view of the sensor unit 10 as viewed from above. As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor unit 10 includes a thermoelectric material unit 2, a pair of electrodes 4 a and 4 b provided on the thermoelectric material unit 2, and a pair of electrodes 4 a and 4 b on the thermoelectric material unit 2. And a catalyst portion 6 that is provided unevenly on one of the electrodes 4a and catalyzes a reaction by hydrogen. For example, the sensor unit 10 has a length of about 10 mm, a width of about 7 mm, and a thickness of about 0.2 mm.
熱電材料部2は、10〜500μm程度の厚みを有し、平面形状が長方形状である板状の部材である。この熱電材料部2は、局所的な温度差が生じるとゼーベック効果によって起電力が発生する性質(熱電変換能)を有し、且つ微細な空孔を多数有する多孔形状熱電材料から構成される。多孔形状熱電材料が有する空孔の孔径は、0.1〜20μm程度である。多孔形状熱電材料としては、このような性質を十分に有しており、しかも、ガス等による抵抗や起電力の変化が少ないものが好ましく、例えば、Ca3Co4O9、NaxCoO2(xは例えば0<x<1.0を満たす任意の実数)等から成る熱電材料が挙げられる。これらの中でも、多孔形状熱電材料としては、Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料が好ましい。Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料を用いることによって、本発明の効果を得やすくなる。 The thermoelectric material part 2 is a plate-like member having a thickness of about 10 to 500 μm and a rectangular planar shape. The thermoelectric material portion 2 has a property (thermoelectric conversion ability) that generates an electromotive force due to the Seebeck effect when a local temperature difference occurs, and is composed of a porous thermoelectric material having many fine pores. The pore diameter of the porous thermoelectric material is about 0.1 to 20 μm. As the porous thermoelectric material, those having such a property and having little change in resistance and electromotive force due to gas or the like are preferable. For example, Ca 3 Co 4 O 9 , Na x CoO 2 ( x is an arbitrary real number satisfying 0 <x <1.0, for example. Among these, the porous thermoelectric material made of Ca 3 Co 4 O 9 is preferable as the porous thermoelectric material. By using a porous thermoelectric material made of Ca 3 Co 4 O 9 , the effects of the present invention can be easily obtained.
Ca3Co4O9は、結晶異方性の大きい物質であり、その結晶粒子は、結晶軸のc軸に垂直な面方向に長い板状の形状を有する。Ca3Co4O9の抵抗率は10−5Ω・m程度、熱起電力は0.12mV・K−1程度、熱伝導率は2W・m−1・K−1程度であり、特にc軸に垂直な面方向において、Ca3Co4O9の抵抗率が小さく、熱起電力が大きい。Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料は、後述するように、例えば、Ca3Co4O9の結晶粒子を、その結晶軸のc軸方向に多数積層し、プレスした後、焼成することによって得ることができる。 Ca 3 Co 4 O 9 is a substance having large crystal anisotropy, and its crystal grains have a plate-like shape that is long in the plane direction perpendicular to the c-axis of the crystal axis. The resistivity of Ca 3 Co 4 O 9 is about 10 −5 Ω · m, the thermoelectromotive force is about 0.12 mV · K −1 , and the thermal conductivity is about 2 W · m −1 · K −1 , especially c In the surface direction perpendicular to the axis, the resistivity of Ca 3 Co 4 O 9 is small and the thermoelectromotive force is large. A porous thermoelectric material made of Ca 3 Co 4 O 9 is, as will be described later, for example, a large number of Ca 3 Co 4 O 9 crystal particles are stacked in the c-axis direction of the crystal axis, pressed, and then fired. Can be obtained.
Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料から構成した熱電材料部2では、Ca3Co4O9の結晶粒子の結晶軸のc軸に垂直な面方向と、一対の電極4a、4bが対向する方向とが、略平行であることが好ましい。こうすれば、Ca3Co4O9は結晶軸のc軸に垂直な面方向において、熱起電力が大きくなるので、電極4a、4b間での温度差及び起電力が大きくなり易くなり、その結果、水素ガスセンサ100の感度を更に向上させることができる。 In Ca 3 Co 4 O 9 thermoelectric material part 2 is constituted of a porous shaped thermoelectric material consisting, Ca 3 Co 4 and a plane direction perpendicular to the c axis of the crystal axes of the crystal grains of O 9, a pair of electrodes 4a, 4b is The facing direction is preferably substantially parallel. In this way, since Ca 3 Co 4 O 9 has a large thermoelectromotive force in the plane direction perpendicular to the c-axis of the crystal axis, the temperature difference and the electromotive force between the electrodes 4a and 4b are likely to increase, As a result, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be further improved.
Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料から構成した熱電材料部2のSEM画像の一例を図6(a)及び図6(b)に示す。図6(a)は、触媒部6が設けられた側の熱電材料部2の表面を、その表面に垂直な方向から撮影したSEM画像であり、図6(b)は、触媒部6が設けられた側の熱電材料部2の表面に垂直な方向(Ca3Co4O9の結晶粒子が、その結晶軸のc軸方向に沿って多数積層された方向)で熱電材料部2を切断した断面のSEM画像である。また、図6(a)及び図6(b)において、コントラストが白い部分が、多孔形状熱電材料を構成するCa3Co4O9の結晶粒子であり、コントラストの黒い部分が、多孔形状熱電材料が有する空孔を示している。図6(a)及び図6(b)に示すように、個々のCa3Co4O9の結晶粒子は、結晶軸のc軸に垂直な面方向に長い板状であり、c軸方向に沿って多数積層した状態となっている。また、多孔形状熱電材料内には、Ca3Co4O9の結晶粒子のc軸に垂直な面方向に沿って空孔が多数形成されている。 An example of Ca 3 Co 4 consisting O 9 porous shaped thermoelectric material of the thermoelectric material part 2 constructed from the SEM image shown in FIG. 6 (a) and 6 (b). 6A is an SEM image obtained by photographing the surface of the thermoelectric material portion 2 on the side where the catalyst portion 6 is provided from a direction perpendicular to the surface, and FIG. 6B is a view where the catalyst portion 6 is provided. The thermoelectric material portion 2 was cut in a direction perpendicular to the surface of the thermoelectric material portion 2 on the side formed (a direction in which many crystal grains of Ca 3 Co 4 O 9 were stacked along the c-axis direction of the crystal axis). It is a SEM image of a section. In FIG. 6A and FIG. 6B, the white portion with contrast is Ca 3 Co 4 O 9 crystal particles constituting the porous thermoelectric material, and the black portion with porous contrast is the porous thermoelectric material. The hole which has. As shown in FIG. 6A and FIG. 6B, each crystal grain of Ca 3 Co 4 O 9 has a plate shape that is long in the plane direction perpendicular to the c-axis of the crystal axis, and in the c-axis direction. It is in a state where a large number of layers are laminated along. In the porous thermoelectric material, a large number of pores are formed along the plane direction perpendicular to the c-axis of the crystal particles of Ca 3 Co 4 O 9 .
多孔形状熱電材料は、その空隙率が30〜80%であることが好ましい。なお、多孔形状熱電材料の空隙率は、水銀圧入式細孔分布測定装置(ポロシメーター)によって測定することができる。 The porous thermoelectric material preferably has a porosity of 30 to 80%. The porosity of the porous thermoelectric material can be measured with a mercury intrusion pore distribution measuring device (porosimeter).
多孔形状熱電材料の空隙率を上記の好適範囲内とすることによって、水素ガスセンサ100の感度を更に向上させることが可能となる。なお、空隙率が小さいほど、熱電材料部2中を熱が伝導し易くなって本発明の効果が小さくなる傾向があり、空隙率が大きいほど、熱電材料部2の機械的強度が低下して脆くなる傾向があるが、多孔形状熱電材料の空隙率を上記の好適範囲内とすることによって、これらの傾向を抑制できる。 The sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be further improved by setting the porosity of the porous thermoelectric material within the above preferable range. Note that the smaller the porosity, the more easily heat is conducted in the thermoelectric material part 2 and the effect of the present invention tends to be reduced. The larger the porosity is, the lower the mechanical strength of the thermoelectric material part 2 is. Although there is a tendency to become brittle, these tendencies can be suppressed by setting the porosity of the porous thermoelectric material within the above preferred range.
一対の電極4a、4bは、熱電材料部2の一面上に、互いに離間するように設けられており、具体的には、熱電材料部2の両端の辺に沿ってそれぞれ形成されている。これらの電極4a、4bは、熱電材料部2と外部回路等との接続を行う端子としての機能を有しており、金属等の導電性を有する材料によって構成される。 The pair of electrodes 4 a and 4 b are provided on one surface of the thermoelectric material portion 2 so as to be separated from each other, and specifically, are formed along the sides of both ends of the thermoelectric material portion 2. These electrodes 4a and 4b have a function as terminals for connecting the thermoelectric material portion 2 to an external circuit or the like, and are made of a conductive material such as metal.
触媒部6は、熱電材料部2の電極4a、4bと同じ側の面上に、一対の電極4a、4bのうちの一方の電極4a側に偏在して設けられている。この触媒部6は、水素ガスと空気中の酸素との反応を生じさせる触媒能を有する。触媒部6としては、例えば、触媒担持体に上記触媒能を有する触媒成分を担持させた構成を有するものが挙げられる。具体的には、触媒担持体が多孔質のアルミナからなり、これに触媒成分として白金を担持させたものが好適である。白金は、水素ガスによる反応を選択的に生じさせることができ、これが表面積の大きい多孔質の触媒担持体に担持されることで、触媒部6の表面上で効率よく反応が生じるようになる。 The catalyst portion 6 is provided on the same surface as the electrodes 4a and 4b of the thermoelectric material portion 2 so as to be unevenly distributed on the one electrode 4a side of the pair of electrodes 4a and 4b. The catalyst unit 6 has a catalytic ability to cause a reaction between hydrogen gas and oxygen in the air. As the catalyst part 6, what has the structure which made the catalyst support body carry | support the catalyst component which has the said catalyst ability is mentioned, for example. Specifically, it is preferable that the catalyst carrier is made of porous alumina and platinum is supported on the catalyst carrier. Platinum can selectively cause a reaction by hydrogen gas, and this is efficiently supported on the surface of the catalyst part 6 by being supported on a porous catalyst support having a large surface area.
触媒部6は、上述のように一方の電極4a側に偏在して設けられているが、触媒部6が形成されていない側の電極4bからはできるだけ離れていることが好ましい。触媒部6が、電極4bから離れているほど、後述するような熱電材料部2における温度勾配を大きくすることができ、より大きな起電力が得られる。ただし、触媒部6の発熱量との兼ね合いの観点から、触媒部6における反応を効率よく生じさせ、熱電材料部6に十分な温度差を与えることを可能とするために必要となる触媒部6の面積を確保した上で、触媒部6をできるだけ電極4a側に偏在させることが好ましい。 As described above, the catalyst portion 6 is provided unevenly on the one electrode 4a side, but it is preferable that the catalyst portion 6 be as far as possible from the electrode 4b on the side where the catalyst portion 6 is not formed. As the catalyst unit 6 is further away from the electrode 4b, the temperature gradient in the thermoelectric material unit 2 as described later can be increased, and a larger electromotive force can be obtained. However, from the viewpoint of balance with the calorific value of the catalyst unit 6, the catalyst unit 6 necessary for efficiently causing a reaction in the catalyst unit 6 and giving a sufficient temperature difference to the thermoelectric material unit 6. It is preferable that the catalyst part 6 is unevenly distributed on the electrode 4a side as much as possible.
触媒部6は、これが設けられている側の電極4aと接していてもよく、また接していなくてもよい。例えば、触媒部6を電極4aと接するように設けることで、触媒部6と電極4aとが接しない場合に比べて、触媒部6と電極4bとの距離を大きくとることができ、熱電材料部2に生じる温度勾配をより大きくし、電極4a、4b間で大きな起電力を得ることが可能となる。なお、触媒部6を電極4aと接触させるか否かは、所望とする水素ガスセンサの特性に応じて適宜選択すればよい。 The catalyst unit 6 may or may not be in contact with the electrode 4a on the side where it is provided. For example, by providing the catalyst portion 6 so as to be in contact with the electrode 4a, the distance between the catalyst portion 6 and the electrode 4b can be increased as compared with the case where the catalyst portion 6 and the electrode 4a are not in contact with each other. The temperature gradient generated in 2 can be further increased, and a large electromotive force can be obtained between the electrodes 4a and 4b. Whether or not the catalyst unit 6 is brought into contact with the electrode 4a may be appropriately selected according to the desired characteristics of the hydrogen gas sensor.
触媒部6は、電極4aを被覆しないように形成されていてもよく、電極4aを被覆するように形成されていてもよい。特に、触媒部6が電極4aを被覆しないように形成されていると、触媒部6での発熱が電極4aを介しないで熱電材料部2に直接伝わるため、後述するような熱電材料部2における温度勾配をより大きく生じさせることができる。 The catalyst unit 6 may be formed so as not to cover the electrode 4a, or may be formed so as to cover the electrode 4a. In particular, if the catalyst portion 6 is formed so as not to cover the electrode 4a, the heat generated in the catalyst portion 6 is directly transmitted to the thermoelectric material portion 2 without passing through the electrode 4a. A larger temperature gradient can be generated.
電圧測定部20は、センサ部10が有している一対の電極4a、4bに接続されており、電極4a、4b間の電圧を測定することができる。この電圧測定部20としては、検出される電圧に応じた公知の電圧計を適用することができる。 The voltage measuring unit 20 is connected to the pair of electrodes 4a and 4b included in the sensor unit 10, and can measure the voltage between the electrodes 4a and 4b. As the voltage measuring unit 20, a known voltmeter corresponding to the detected voltage can be applied.
上記構成を有する水素ガスセンサ100による水素ガスの検出は、以下のような動作原理によって行なわれる。すなわち、まず、センサ部10において、触媒部6に水素ガスが接触すると、触媒部6上で水素ガスと空気中の酸素との反応が発生する。この反応では、水素と酸素との反応によって水が生成するとともに熱が発生する。この熱により、熱電材料部2のうち触媒部6と接している部分が加熱される。一方、触媒部6が設けられていない部分は、上記反応が生じても加熱され難いため、反応前の温度を維持したままとなり易い。その結果、触媒部6で水素ガスの反応が生じると、熱電材料部2に温度勾配が生じることになる。熱電材料部2は、熱電変換能を有していることから、このような温度勾配によって熱電材料部2に起電力が生じる。 Detection of hydrogen gas by the hydrogen gas sensor 100 having the above configuration is performed according to the following operation principle. That is, first, in the sensor unit 10, when hydrogen gas comes into contact with the catalyst unit 6, a reaction between the hydrogen gas and oxygen in the air occurs on the catalyst unit 6. In this reaction, water is generated and heat is generated by the reaction between hydrogen and oxygen. With this heat, the portion of the thermoelectric material portion 2 that is in contact with the catalyst portion 6 is heated. On the other hand, since the part where the catalyst part 6 is not provided is not easily heated even if the above reaction occurs, the temperature before the reaction is easily maintained. As a result, when a reaction of hydrogen gas occurs in the catalyst unit 6, a temperature gradient is generated in the thermoelectric material unit 2. Since the thermoelectric material part 2 has thermoelectric conversion ability, an electromotive force is generated in the thermoelectric material part 2 due to such a temperature gradient.
熱電材料部2に生じた起電力は、熱電材料部2の両端に設けられた一対の電極4a、4b間に電圧を発生させる。電極4a、4bには、電圧測定部20が接続されているため、電圧測定部20によって電極4a、4b間の電圧が測定される。得られた電圧の値に基づいて、雰囲気中の水素ガスを検出し、更には雰囲気中の水素ガスの濃度等を定量することができる。 The electromotive force generated in the thermoelectric material part 2 generates a voltage between the pair of electrodes 4 a and 4 b provided at both ends of the thermoelectric material part 2. Since the voltage measuring unit 20 is connected to the electrodes 4a and 4b, the voltage measuring unit 20 measures the voltage between the electrodes 4a and 4b. Based on the voltage value obtained, the hydrogen gas in the atmosphere can be detected, and the concentration of the hydrogen gas in the atmosphere can be quantified.
上記第1実施形態では、熱電材料部2が、従来水素ガスセンサに用いられてきた緻密な熱電材料よりも熱を伝導し難い多孔形状熱電材料からなるため、触媒部6で発生した熱を、熱電材料部2において触媒部6に接触している部分から、電極4bが設けられた部分へ伝導させ難くすることが可能となる。その結果、第1実施形態の水素ガスセンサ100では、熱電材料部2において触媒部6が偏在して設けられた側の電極4aが配置された部分と、別の電極4bが配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極4a、4b間に発生する電圧が大きくなるため、水素ガスセンサ100の感度を従来よりも向上させることが可能となる。 In the first embodiment, the thermoelectric material part 2 is made of a porous thermoelectric material that is less likely to conduct heat than the dense thermoelectric material conventionally used in hydrogen gas sensors. It is possible to make it difficult for the material portion 2 to conduct from the portion in contact with the catalyst portion 6 to the portion where the electrode 4b is provided. As a result, in the hydrogen gas sensor 100 of the first embodiment, the portion where the electrode 4a on the side where the catalyst portion 6 is provided unevenly in the thermoelectric material portion 2 is disposed, and the portion where another electrode 4b is disposed. Since the temperature difference between the electrodes 4a and 4b increases, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be improved as compared with the prior art.
<水素ガスセンサ100の製造方法>
次に、第1実施形態の水素ガスセンサ100の製造方法について説明する。以下では、Ca3Co4O9からなる多孔形状熱電材料を用いて熱電材料部2を形成する場合について説明する。
<Method for Manufacturing Hydrogen Gas Sensor 100>
Next, the manufacturing method of the hydrogen gas sensor 100 of 1st Embodiment is demonstrated. Hereinafter, the case of forming the thermoelectric material part 2 with a porous shape thermoelectric material consisting of Ca 3 Co 4 O 9.
まず、熱電材料部2の作製方法について説明する。熱電材料部2の作製では、原料であるCaCO3粉末及びCo3O4粉末を、Ca原子とCo原子とのモル比が、3:4程度になる様にそれぞれ秤量し、これらをボールミル等で混合した後、得られた混合物を、空気中で、700〜900℃程度に加熱して仮焼することにより、仮焼体を得る。仮焼体を解砕して、ボールミル等で更に細かく粉砕することによって、Ca3Co4O9の粉砕粉末を得る。 First, the manufacturing method of the thermoelectric material part 2 is demonstrated. In the production of the thermoelectric material part 2, the raw material CaCO 3 powder and Co 3 O 4 powder are weighed so that the molar ratio of Ca atoms to Co atoms is about 3: 4, and these are measured with a ball mill or the like. After mixing, the obtained mixture is heated to about 700 to 900 ° C. in the air and calcined to obtain a calcined body. The calcined body is crushed and further finely pulverized with a ball mill or the like to obtain a pulverized powder of Ca 3 Co 4 O 9 .
Ca3Co4O9の粉砕粉末、バインダ樹脂、及び溶剤等を混合してスラリーを調製する。次に、シート工法等を用いてスラリーからシートを形成する。シート工法によれば、シートの厚さ方向において、Ca3Co4O9の結晶粒子が、その結晶軸のc軸方向に沿って多数積層し、シートの面方向において、Ca3Co4O9の結晶粒子が、c軸に垂直な面方向に沿って多数配列した構造を有するシートを得易くなる。 A pulverized powder of Ca 3 Co 4 O 9 , a binder resin, a solvent, and the like are mixed to prepare a slurry. Next, a sheet is formed from the slurry using a sheet method or the like. According to the seat method, in the thickness direction of the sheet, the crystal grains of Ca 3 Co 4 O 9 is, many laminated along the c-axis direction of the crystal axis in the surface direction of the sheet, Ca 3 Co 4 O 9 It becomes easy to obtain a sheet having a structure in which a large number of crystal grains are arranged along a plane direction perpendicular to the c-axis.
次に、シートを所定の寸法に打ち抜き、打ち抜かれたシートを複数積層して積層体を形成し、積層体の積層方向において、積層体を40〜150℃程度で熱プレスする。熱プレス後の積層体を、800〜920℃に加熱して焼成することにより、熱電材料部2が得られる。 Next, the sheet is punched to a predetermined size, a plurality of punched sheets are stacked to form a stacked body, and the stacked body is hot pressed at about 40 to 150 ° C. in the stacking direction of the stacked body. The thermoelectric material part 2 is obtained by heating and baking the laminated body after hot pressing at 800-920 degreeC.
次に、熱電材料部2の所定の位置に、電極4a、4bを形成するための電極形成用ペーストを塗布する。電極形成用ペーストとしては、金属等の導電性を有する材料、バインダ樹脂、及び溶剤等を混合したものを用いることができる。熱電材料部2に塗布された電極形成用ペーストを、300〜800℃で熱電材料部2に焼付けることによって、電極4a、4bを形成する。 Next, an electrode forming paste for forming the electrodes 4 a and 4 b is applied to a predetermined position of the thermoelectric material portion 2. As the electrode forming paste, a mixture of a conductive material such as metal, a binder resin, a solvent, and the like can be used. The electrodes 4a and 4b are formed by baking the electrode forming paste applied to the thermoelectric material portion 2 on the thermoelectric material portion 2 at 300 to 800 ° C.
それから、電極4a、4bが形成された熱電材料部2に触媒部6を形成して、センサ部10が得られる。なお、触媒部6の形成方法としては、別途単独で形成した触媒部6を、電極4a、4bが形成された熱電材料部2に接着する方法を用いてもよく、上述の触媒成分及び触媒担持体を含むペーストを、熱電材料部2の所定の位置に塗布し、これを乾燥することにより、触媒部6を形成する方法を用いてもよい。なお、第1実施形態では、触媒成分及び触媒担持体を含むペーストは、熱電材料部2上に塗布し易い粘度に調製される。 And the catalyst part 6 is formed in the thermoelectric material part 2 in which the electrodes 4a and 4b were formed, and the sensor part 10 is obtained. In addition, as a formation method of the catalyst part 6, you may use the method of adhere | attaching the catalyst part 6 formed separately separately to the thermoelectric material part 2 in which electrode 4a, 4b was formed, and the above-mentioned catalyst component and catalyst carrying | support are mentioned. A method of forming the catalyst part 6 by applying a paste containing a body to a predetermined position of the thermoelectric material part 2 and drying it may be used. In the first embodiment, the paste including the catalyst component and the catalyst carrier is prepared to have a viscosity that can be easily applied onto the thermoelectric material portion 2.
そして、センサ部10が備える一対の電極4a、4bに、電圧測定部20を接続することにより、水素ガスセンサ100が完成する。 And the hydrogen gas sensor 100 is completed by connecting the voltage measurement part 20 to a pair of electrode 4a, 4b with which the sensor part 10 is provided.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る水素ガスセンサについて説明する。なお、以下では、上述した第1実施形態と第2実施形態とで共通する事項については説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, a hydrogen gas sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, below, description is abbreviate | omitted suitably about the matter which is common in 1st Embodiment and 2nd Embodiment mentioned above.
第2実施形態の水素ガスセンサ100は、図3に示すように、多孔形状熱電材料からなる熱電材料部2、熱電材料部2上に設けられた一対の電極4a、4b、及び一対の電極4a、4bのうちの一方の電極4a側に偏在して設けられ、水素による反応を触媒する触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔に担持されることによって形成されている触媒部6を有するセンサ部10と、一対の電極4a、4b間に発生した電圧を測定する電圧測定部20と、を備えることを特徴とする。なお、図3において触媒部6と示された部分は、熱電材料部2の一部を示すものであり、熱電材料部2を構成する多孔形状熱電材料が有する空孔に触媒成分が担持されている部分である。 As shown in FIG. 3, the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment includes a thermoelectric material portion 2 made of a porous thermoelectric material, a pair of electrodes 4 a and 4 b provided on the thermoelectric material portion 2, and a pair of electrodes 4 a, Sensor part having catalyst part 6 which is formed by being unevenly provided on one electrode 4a side of 4b and formed by supporting a catalyst component catalyzing a reaction due to hydrogen in the pores of the porous thermoelectric material 10 and a voltage measuring unit 20 that measures a voltage generated between the pair of electrodes 4a and 4b. 3 indicates a part of the thermoelectric material portion 2, and the catalyst component is supported in the pores of the porous thermoelectric material constituting the thermoelectric material portion 2. It is a part.
このように、第2実施形態の水素ガスセンサ100は、水素による反応を触媒する触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔に担持されることによって触媒部6が形成されている点で、触媒部6が熱電材料部2の面上に設けられている第1実施形態とは相違する。すなわち、第2実施形態では、図中の触媒部6の部分が、熱電材料部2と触媒部6とが一体化したような構成となっている。 As described above, the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment is such that the catalyst portion 6 is formed by supporting the catalyst component that catalyzes the reaction by hydrogen in the pores of the porous thermoelectric material. This is different from the first embodiment in which 6 is provided on the surface of the thermoelectric material portion 2. That is, in 2nd Embodiment, the part of the catalyst part 6 in a figure becomes a structure which the thermoelectric material part 2 and the catalyst part 6 integrated.
第2実施形態の水素ガスセンサ100における触媒部6では、例えば、図6に示すような多孔形状構造の熱電材料部2における空孔内に、触媒成分が担持されている。このような触媒部6においては、空孔内に触媒成分が充填されている態様や、空孔の内壁に触媒成分が付着したような態様が考えられ、そのどちらであってもよい。この触媒部6では、熱電材料と触媒成分の両方がそれぞれ機能することができる。つまり、図中の触媒部6の部分は、熱電材料部2と触媒部6との機能を兼ねることができる。 In the catalyst unit 6 in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment, for example, a catalyst component is supported in the pores in the thermoelectric material unit 2 having a porous structure as shown in FIG. In such a catalyst part 6, the aspect with which the catalyst component was filled in the void | hole and the aspect in which the catalyst component adhered to the inner wall of a void | hole can be considered, and either may be sufficient. In the catalyst unit 6, both the thermoelectric material and the catalyst component can function. That is, the portion of the catalyst portion 6 in the drawing can also function as the thermoelectric material portion 2 and the catalyst portion 6.
触媒部6においては、熱電材料部2を構成する多孔形状熱電材料が有する空孔が、外部との通気が可能となっていることが好ましい。これにより、空孔の内壁に担持された触媒成分と、外部の水素ガス及び酸素とが接触し易くなり、触媒成分による水素の触媒反応の進行が有利となる。 In the catalyst part 6, it is preferable that the pores of the porous thermoelectric material constituting the thermoelectric material part 2 can be vented to the outside. As a result, the catalyst component supported on the inner walls of the pores can easily come into contact with the external hydrogen gas and oxygen, and the catalytic reaction of hydrogen by the catalyst component is advantageous.
また、触媒部6では、この部分の多孔形状熱電材料が有する全ての空孔に対する触媒成分の総充填量が多いほど、触媒成分と熱電材料との接触面積が大きくなり、触媒部6で発生した反応熱を熱電材料部2へ伝導させ易くなる。一方、触媒部6の多孔形状熱電材料が有する全ての空孔に対する触媒成分の総充填量が少ないほど、熱電材料部2の内部に位置する空孔と熱電材料部2の外部とを通気させ易く、熱電材料部2の空孔に担持された触媒成分によって水素の触媒反応を進行させ易くなる。 Further, in the catalyst unit 6, the larger the total amount of the catalyst component with respect to all the pores of the porous thermoelectric material of this part, the larger the contact area between the catalyst component and the thermoelectric material, and the catalyst unit 6 generated It becomes easy to conduct reaction heat to the thermoelectric material part 2. On the other hand, the smaller the total amount of catalyst components in the pores of the porous thermoelectric material of the catalyst part 6 is, the easier it is to vent the holes located inside the thermoelectric material part 2 and the outside of the thermoelectric material part 2. The catalytic component carried in the pores of the thermoelectric material portion 2 facilitates the catalytic reaction of hydrogen.
多孔形状熱電材料は、その空隙率が30〜80%であることが好ましい。なお、多孔形状熱電材料の空隙率は、第1実施形態の場合と同様の方法で測定することができる。 The porous thermoelectric material preferably has a porosity of 30 to 80%. The porosity of the porous thermoelectric material can be measured by the same method as in the first embodiment.
多孔形状熱電材料の空隙率を上記の好適範囲内とすることによって、水素ガスセンサ100の感度を更に向上させることが可能となる。なお、空隙率が30%未満の場合、多孔形状熱電材料が有する空孔内に触媒成分が担持され難い傾向があり、空隙率が80%を超える場合、熱電材料部2において電極4aが設けられた側のみに偏在するように触媒成分を担持することが困難となり、また熱電材料部2の機械的強度が低下して脆くなる傾向があるが、多孔形状熱電材料の空隙率を上記の好適範囲内とすることによって、これらの傾向を抑制できる。 By setting the porosity of the porous thermoelectric material within the above-mentioned preferable range, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be further improved. When the porosity is less than 30%, the catalyst component tends to be difficult to be supported in the pores of the porous thermoelectric material. When the porosity exceeds 80%, the electrode 4a is provided in the thermoelectric material portion 2. It is difficult to support the catalyst component so that it is unevenly distributed only on the other side, and the mechanical strength of the thermoelectric material portion 2 tends to be reduced and become brittle. By setting the inside, these tendencies can be suppressed.
このような第2実施形態の水素ガスセンサ100が備える熱電材料部2は、上記第1実施形態と同様に、従来水素ガスセンサに用いられてきた緻密な熱電材料よりも熱を伝導し難い多孔形状熱電材料からなるため、触媒部6で発生した反応熱が、熱電材料部2において触媒部6が形成された部分から、これ以外の部分へ伝導し難くなる。その結果、熱電材料部2において触媒部6が偏在して設けられた側の電極4aが配置された部分と、別の電極4bが配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極4a、4b間に発生する起電力が大きくなるため、水素ガスセンサ100の感度を従来よりも向上させることが可能となる。 The thermoelectric material unit 2 included in the hydrogen gas sensor 100 according to the second embodiment, like the first embodiment, is a porous thermoelectric material that is less likely to conduct heat than a dense thermoelectric material conventionally used in hydrogen gas sensors. Since it consists of material, the reaction heat generated in the catalyst part 6 becomes difficult to conduct from the part where the catalyst part 6 is formed in the thermoelectric material part 2 to other parts. As a result, the temperature difference between the portion where the electrode 4a on the side where the catalyst portion 6 is provided unevenly in the thermoelectric material portion 2 and the portion where the other electrode 4b is arranged increases, and both electrodes Since the electromotive force generated between 4a and 4b is increased, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be improved as compared with the conventional case.
また、第2実施形態の水素ガスセンサ100では、触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔の内壁に担持されることによって触媒部6が形成されているため、従来のように触媒部が熱電材料部の外表面のみに設置される場合に比べて、触媒部6と熱電材料部2との接触面積が大きくなる。したがって、触媒部6で発生した反応熱が熱電材料部2へ伝導し易くなり、特に熱電材料部2において触媒部6が偏在して設けられた側が加熱され易くなる。その結果、熱電材料部2において触媒部6が偏在して設けられた側の電極4aが配置された部分と、別の電極4bが配置された部分との間の温度差が大きくなり、両電極4a、4b間に発生する起電力が大きくなるため、水素ガスセンサ100の感度を従来よりも向上させることが可能となる。 Further, in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment, since the catalyst portion 6 is formed by supporting the catalyst component on the inner wall of the pores of the porous thermoelectric material, the catalyst portion is the thermoelectric material as in the prior art. Compared with the case where it is installed only on the outer surface of the part, the contact area between the catalyst part 6 and the thermoelectric material part 2 is increased. Therefore, the reaction heat generated in the catalyst unit 6 is easily conducted to the thermoelectric material unit 2, and in particular, the side where the catalyst unit 6 is unevenly provided in the thermoelectric material unit 2 is easily heated. As a result, the temperature difference between the portion where the electrode 4a on the side where the catalyst portion 6 is provided unevenly in the thermoelectric material portion 2 and the portion where the other electrode 4b is arranged increases, and both electrodes Since the electromotive force generated between 4a and 4b is increased, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be improved as compared with the conventional case.
さらに、第2実施形態の水素ガスセンサ100では、触媒成分が多孔形状熱電材料の有する空孔の内壁に担持されているため、触媒成分が熱電材料部2の表面(一対の電極4a、4bが設けられた面)に配置されている場合に比べて、触媒部6の活性表面積が大きくなり、触媒部6全体としての触媒活性能が向上する。そのため、水素ガスセンサ100の感度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment, since the catalyst component is supported on the inner walls of the pores of the porous thermoelectric material, the catalyst component is provided on the surface of the thermoelectric material portion 2 (a pair of electrodes 4a and 4b are provided). The active surface area of the catalyst part 6 is increased compared to the case where the catalyst part 6 is disposed on the surface, and the catalytic activity ability of the catalyst part 6 as a whole is improved. Therefore, the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be improved.
さらにまた、第2実施形態の水素ガスセンサ100では、熱電材料部2の内部に多数存在する空孔に触媒成分が担持されている。すなわち、触媒部6が熱電材料部2の内部にも位置するため、水素の触媒反応が熱電材料部2の内部においても進行する。そのため、第2実施形態の水素ガスセンサ100では、従来のように触媒部6が熱電材料部2の外表面のみに設置される場合に比べて、触媒部6で発生した反応熱が外気へ逃れ難く、反応熱を効率的に熱電材料部2へ伝導させることができ、水素ガスセンサ100の感度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment, a catalyst component is supported in a large number of holes in the thermoelectric material portion 2. That is, since the catalyst part 6 is also located inside the thermoelectric material part 2, the hydrogen catalytic reaction also proceeds inside the thermoelectric material part 2. Therefore, in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment, the reaction heat generated in the catalyst unit 6 is less likely to escape to the outside air as compared with the conventional case where the catalyst unit 6 is installed only on the outer surface of the thermoelectric material unit 2. The reaction heat can be efficiently conducted to the thermoelectric material part 2 and the sensitivity of the hydrogen gas sensor 100 can be improved.
第2実施形態の水素ガスセンサ100は、触媒部6の形成方法が異なるほかは、第1実施形態と同様の方法で熱電材料部2、電極4a、4b、及び電圧測定部20を形成することにより製造することができる。第2実施形態の水素ガスセンサ100における触媒部6は、例えば、次のようにして製造することが好ましい。すなわち、図4に示すように、触媒成分を含むペースト6aを、熱電材料部2上の所定の位置に塗布した後、ペースト6aを熱電材料部2内に染み込ませる。すなわち、熱電材料部2内の空孔にペースト6aを侵入させる。次に、ペースト6aを乾燥することにより、触媒成分が熱電材料部2の有する空孔に担持された構造を有する触媒部6を形成することができる。 The hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment is formed by forming the thermoelectric material part 2, the electrodes 4a and 4b, and the voltage measuring part 20 by the same method as in the first embodiment except that the formation method of the catalyst part 6 is different. Can be manufactured. The catalyst unit 6 in the hydrogen gas sensor 100 of the second embodiment is preferably manufactured as follows, for example. That is, as shown in FIG. 4, after applying a paste 6 a containing a catalyst component to a predetermined position on the thermoelectric material portion 2, the paste 6 a is soaked into the thermoelectric material portion 2. That is, the paste 6 a is caused to enter the holes in the thermoelectric material portion 2. Next, by drying the paste 6a, the catalyst part 6 having a structure in which the catalyst component is supported in the pores of the thermoelectric material part 2 can be formed.
この場合、触媒成分を含むペーストとしては、触媒成分、触媒担持体、バインダ樹脂、及び溶剤等を混合したものであり、熱電材料部2の内部へ染み込み易いように粘度が調製されたものを用いることができる。なお、第2実施形態では、多孔形状熱電材料からなる熱電材料部2が触媒担持体としても機能するため、触媒成分を多孔質のアルミナのような担持体に担持させたものを触媒部6として使用しなくてもよい。 In this case, the paste containing the catalyst component is a mixture of a catalyst component, a catalyst carrier, a binder resin, a solvent, and the like, and a paste whose viscosity is adjusted so as to easily penetrate into the thermoelectric material portion 2 is used. be able to. In the second embodiment, since the thermoelectric material part 2 made of a porous thermoelectric material also functions as a catalyst carrier, the catalyst part 6 is made by carrying a catalyst component on a carrier such as porous alumina. It is not necessary to use it.
また、第2実施形態では、触媒部6は、図5に示すように、熱電材料部2の一部を、槽内に満たされた触媒成分の溶液6bに浸漬し、熱電材料部2の一部に溶液6bを染み込ませた後、熱電材料部2に染み込んだ溶液6bを乾燥することによって形成することもできる。こうすれば、触媒成分の浸透がより有利となる傾向にある。 Moreover, in 2nd Embodiment, as shown in FIG. 5, the catalyst part 6 immerses a part of the thermoelectric material part 2 in the solution 6b of the catalyst component with which the tank was filled, and 1 part of the thermoelectric material part 2 is immersed. Alternatively, the solution 6b may be soaked in the part, and then the solution 6b soaked in the thermoelectric material part 2 may be dried. By doing so, the penetration of the catalyst component tends to be more advantageous.
以上、第1及び第2実施形態の各水素ガスセンサについて説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。 The hydrogen gas sensors of the first and second embodiments have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit thereof.
例えば、第1実施形態の水素ガスセンサ100では、熱電材料部2上に触媒部6が設けられていたが、この触媒部6の一部は、熱電材料部2に染み込んでいてもよい。 For example, in the hydrogen gas sensor 100 of the first embodiment, the catalyst unit 6 is provided on the thermoelectric material unit 2, but a part of the catalyst unit 6 may penetrate into the thermoelectric material unit 2.
また、第2実施形態における触媒部6の形成位置は、上述のものに限定されない。例えば、触媒部6を構成する触媒成分が、電極4aの直下に位置する熱電材料部2の空孔に更に担持されていてもよい。また、熱電材料部2の面上において電極4aに隣接する位置に触媒部6の一部が更に形成されていてもよい。 Moreover, the formation position of the catalyst part 6 in 2nd Embodiment is not limited to the above-mentioned thing. For example, the catalyst component constituting the catalyst part 6 may be further carried in the holes of the thermoelectric material part 2 located immediately below the electrode 4a. Further, a part of the catalyst unit 6 may be further formed at a position adjacent to the electrode 4 a on the surface of the thermoelectric material unit 2.
さらに、第1及び第2実施形態において、水素ガスセンサ100における熱電材料部2は板状の形状を有するものとしたが、一対の電極4a、4b及び触媒部6を表面に配置できるものであれば、板状以外の形状を有していてもよい。また、電極4a、4bや触媒部6は、全てが熱電材料部2における同一面上に設けられていたが、例えば電極4a、4bのうち一方の電極のみが他の面に設けられていてもよい。 Furthermore, in the first and second embodiments, the thermoelectric material portion 2 in the hydrogen gas sensor 100 has a plate shape, but any one that can arrange the pair of electrodes 4a, 4b and the catalyst portion 6 on the surface. It may have a shape other than a plate shape. The electrodes 4a and 4b and the catalyst part 6 are all provided on the same surface of the thermoelectric material part 2, but, for example, only one of the electrodes 4a and 4b may be provided on the other surface. Good.
2・・・熱電材料部、4a、4b・・・電極、6・・・触媒部、10・・・センサ部、20・・・電圧測定部、100・・・水素ガスセンサ。
2 ... Thermoelectric material part, 4a, 4b ... Electrode, 6 ... Catalyst part, 10 ... Sensor part, 20 ... Voltage measurement part, 100 ... Hydrogen gas sensor.
Claims (3)
前記一対の電極間に発生した電圧を測定する電圧測定部と、
を備える水素ガスセンサ。 A thermoelectric material portion made of a porous thermoelectric material, a pair of electrodes provided on the thermoelectric material portion, and provided unevenly on one electrode side of the pair of electrodes on the thermoelectric material portion, and by hydrogen A sensor part having a catalyst part for catalyzing the reaction;
A voltage measuring unit for measuring a voltage generated between the pair of electrodes;
A hydrogen gas sensor comprising:
前記一対の電極間に発生した電圧を測定する電圧測定部と、
を備える水素ガスセンサ。 A thermoelectric material part made of a porous thermoelectric material, a pair of electrodes provided on the thermoelectric material part, and a catalyst component that is provided unevenly on one electrode side of the pair of electrodes and catalyzes a reaction by hydrogen Is a sensor part having a catalyst part formed by being carried in the pores of the porous thermoelectric material,
A voltage measuring unit for measuring a voltage generated between the pair of electrodes;
A hydrogen gas sensor comprising:
The hydrogen gas sensor according to claim 1 or 2, wherein a porosity of the porous thermoelectric material is 30 to 80%.
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