JP2015034819A - ガルバニ電池式酸素センサ - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
正極反応:O2+4H++4e−→2H2O
負極反応:2Pb+2H2O→2PbO+4H++4e−
全反応 :2Pb+O2 →2PbO
電解液がアルカリ性の場合
正極反応:O2+2H2O+4e−→4OH−
負極反応:2Pb+4OH−→2PbO+2H2O+4e−
全反応 :2Pb+O2→2PbO
そのため、特許文献1には、酸素ガスセンサに、脱酸素剤および酸素検知剤を酸素ガスバリア性透明フィルムで密封包装する技術が開示されている。
ここでいう「通常使用前」とは、製造された酸素センサが大気中(酸素濃度約21vol.%)で通常使用されるまでの間又は通常使用された後にセンサとして使用しない間のことをいう。
ただし、通常使用前に検知される酸素濃度が高すぎる場合は、電極材質の消耗が高くなるため、その上限値は4.0vol.%以下であることが好ましく、より好ましくは2.0vol.%以下である。
本実施形態に係るガルバニ電池式酸素センサは、図1に示すように、ホルダー本体9と、前記ホルダー本体9内に設けられた正極45、負極8及び電解液7と、前記正極45に接触して設けられた隔膜4Aと、前記隔膜4A上に接触して設けられた保護膜3と、前記ホルダー本体9に固着して又は着脱可能に設けられ、隔膜4Aに通ずる酸素供給経路(空間)となる貫通孔16が設けられたホルダー蓋101と、前記正極45及び負極8に直列に連結された補正抵抗14及び温度補償用サーミスタ15と、前記隔膜4Aに対して空間(貫通孔16)を介して配置された酸素透過膜17とを備える。
本実施形態では、図1に示すように、酸素透過膜17は前記酸素センサの外壁に貼り付けられている。
酸素透過膜17の素材は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド、延伸ポリプロピレン、セロファン、ポリビニルアルコール等の酸素透過性が低い素材や、ポリエチレン、未延伸ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等の酸素透過率が高い素材を用いることができる。これらの素材を用いて必要に応じてその厚さを適正化することで、前記通常使用前に検知される酸素濃度を制御する。
本実施形態では、酸素透過膜(図中:17a)は、第1ホルダー蓋1と第2ホルダー蓋10との間に配置されている。その他は、図1と同様であるため説明を省略する。
このような態様とすることで、突発的に酸素透過膜17aが酸素センサの外壁から剥がれるのを防止することができる。
なお、本実施形態のガルバニ電池式酸素センサを通常使用する場合は、酸素透過膜17aを外側から突き破って貫通させることで行う。
このような態様とすることで、酸素センサ全体を酸素ガスバリア性透明フィルム等で密封包装する必要が無く、前記酸素透過膜のみで可能であるため、コストの低減を図ることができる。
なお、ここでいう「空間を閉塞するように」とは、図1の場合を例にすると、図3に示すように、酸素透過膜17が前記空間側に凹んでいることをいう。
このような態様とすることで、容易に、酸素透過膜を外し、通常使用することができる。
従って、このような状態になりやすい小型の酸素センサに本願発明を適用することがより大きい効果が得られるため好ましい。
本発明は、酸素透過膜17、17aを用いずに、例えば、図4に示すように、特許文献1に記載されているような酸素ガスバリア性フィルム18で密封包装し、かつ、該フィルム18内の脱酸素剤の量を調整することで、通常使用前に検知される酸素濃度を0.1vol.%以上4.0vol.%以下になるように制御されたガルバニ電池式酸素センサであってもよい。
本発明は、酸素透過膜17、17aを用いずに、例えば、図5に示すように、通常使用前に検知される酸素濃度が0.1vol.%以上4.0vol.%以下になるように制御された酸素を透過しない密閉容器(プラスチックや金属等)19内に収容させたガルバニ電池式酸素センサであってもよい。
このような保管方法を用いることで、上述したのと同じ効果(電極材質の消耗を抑制しつつ、正極での異なる反応を抑制)を得ることができる。
(試験1)
酸素透過膜17を除く図1に示す1年寿命のガルバニ電池式酸素センサを作製した。なお、図1において、中蓋1はABS樹脂製、保護膜3は多孔性の四フッ化エチレン樹脂製シート、隔膜4Aは四フッ化エチレン六フッ化プロピレンコポリマー膜、触媒電極4Bは金、正極集電体5はチタン製、正極リード線6はチタン製、正極集電体5と正極リード線6は溶接して一体化してある。
11は正極および隔膜への電解液供給用の穿孔、12は正極集電体のチタンリード線部分を通すための穿孔である。
この際、所定時間経過後には、図3に示すように、酸素透過膜を貼らなかった21vol.%以外のすべての酸素センサの酸素透過膜17が前記空間側に凹んでいる状態となった。
前記作製した複数の酸素センサを、90日間、常温(25±5℃)で放置し、90日後に酸素透過膜17を取り外したときの理論的な酸素センサの寿命劣化を、製造直後のセンサと比較した。
表1にその結果を示す。
また、通常使用前の酸素濃度が10vol.%以上である場合(比較例2、3)は、センサ寿命が大きく低下する傾向が確認された。
図1に示すように、前記酸素センサの外壁に貼り付けた際の前記空間の体積が10mm3であり、その他は試験1と同様である酸素透過膜17を除く1年寿命のガルバニ電池式酸素センサを作製した。
この際、所定時間経過後には、図3に示すように、酸素透過膜を貼らなかった21vol.%以外のすべての酸素センサの酸素透過膜17が前記空間側に凹んでいる状態となった。
試験1と同様に、前記作製した各々の酸素センサを、90日間、常温(25±5℃)で放置し、90日後に酸素透過膜17を取り外したときの理論的な酸素センサの寿命劣化を、製造直後のセンサと比較した。
表2にその結果を示す。
また、通常使用前の酸素濃度が10vol.%以上である場合(比較例5、6)は、センサ寿命が大きく低下する傾向が確認された。
2 O−リング
3 保護膜
4A 隔膜
4B 触媒電極
5 正極集電体
6 正極リード線
7 電解液
8 負極
9 ホルダー本体
10 第2ホルダー蓋(外蓋)
11 電解液供給用の穿孔
12 リード線用の穿孔
13 正極集電体保持部
14 補正抵抗
15 温度補償用サーミスタ
16 貫通孔(空間)
17 第2酸素透過膜
18 酸素ガスバリア性フィルム
19 密閉容器
45 正極
101 ホルダー蓋
Claims (4)
- 正極と負極と電解液と隔膜とを備えたガルバニ電池式酸素センサであって、
通常使用前に検知される酸素濃度が0.1vol.%以上4.0vol.%以下に制御されていることを特徴とするガルバニ電池式酸素センサ。 - 前記制御は、前記隔膜に対して空間を介して配置され、前記空間内への酸素透過量を制限する酸素透過膜により行うことを特徴とする請求項1に記載のガルバニ電池式酸素センサ。
- 前記酸素透過膜は前記空間を閉塞するように設けられていることを特徴とする請求項2に記載のガルバニ電池式酸素センサ。
- 前記空間の体積が10mm3以下であることを特徴とする請求項2又は3に記載のガルバニ電池式酸素センサ。
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