JP4269200B2

JP4269200B2 - 定電位電解式ガスセンサ

Info

Publication number: JP4269200B2
Application number: JP27883099A
Authority: JP
Inventors: 良治岩波; 英明石倉; 直也北村
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001099811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電位電解式ガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
定電位電解式ガスセンサは、非常に高感度で選択性があり、精度が高いので、人体に有害な一酸化炭素や硫化水素等のガスや、引火して爆発を起こす危険性の高いガスの検出用として、工事現場や工場において使用されてきた。
【０００３】
従来の定電位電解式センサの構造の一例を図２に基づいて説明する。図２において、１はプラスチックケース、２はガス透過性多孔質プラスチック隔膜、３は作用電極、４は多孔性電解液保持体、５は電解液、６は対極、７は参照極である。
【０００４】
従来の定電位電解式センサの構造は図２に示したように、プラスチックケース１の一端にガス透過性多孔質プラスチック隔膜２が固定され、ガス透過性多孔質プラスチック隔膜２のすぐ内側に白金やパラジウム等の触媒からなる作用電極３が置かれている。プラスチックケース１の内部には多孔性電解液保持体４があり、多孔性電解液保持体４には電解液５が満たされている。さらに、多孔性電解液保持体４を挟んで作用電極３の反対側に、対極６および参照極７が置かれている。
【０００５】
例えば、一酸化炭素ガスを検知する場合においては、参照極７の電位に対する作用電極３の電位は、外部回路により一酸化炭素の酸化反応に都合のよい値に保たれている。ガス透過性多孔質プラスチック隔膜２を透過した一酸化炭素ガスは作用極３において（１）式に従って酸化される。一方、対極６では酸素の還元反応（２）式が進行する。総括反応は（３）式のようになる。この時、作用極３と対極６の間に流れる電流を測定すれば、一酸化炭素の濃度を知ることができる。
【０００６】
作用極：ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
対極：１／２Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ（２）
全反応：ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂ （３）
従来の定電位電解式センサにおいては、ガス透過性多孔質プラスチック隔膜２は、ケース内部に保持されている電解液５の流失を防ぐと同時に、ガスが透過して作用極３へのガス供給を行う働きをする。そこで測定精度を維持するために、ガス透過性多孔質プラスチック隔膜２はプラスチックケース１に密着されており、電解液５は多孔性電解液保持体４に含浸されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の定電位電解式センサにおいて、電解液には硫酸が使用されていたが、硫酸は外部の水蒸気圧と平衡になろうとして、外部の湿度によって、硫酸が水分を吸収したり、また、水分が蒸発したりするため、電解液量が増減する。
【０００８】
そこで定電位電解式ガスセンサが高湿度の雰囲気に長時間おかれた場合、センサ製造時にセンサケースの内部に電解液を満たしておいた場合、電解液の硫酸が外部の大気中の水分を吸湿して体積が増えるため、ガス透過性多孔質プラスチック隔膜とプラスチックケースのシール部が耐えられなくなり、電解液が漏れてしまうという場合があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明においては、センサ作製時の電解液の濃度と量から、想定される湿度領域における電解液量の増量をあらかじめ考えて、センサ内部に電解液保持部分以外の空間部分を持たせることによって上述の問題点を解決しようとするものである。
【００１０】
本発明は、ケース内部に作用極、対極、参照極、電解液、多孔性電解液保持体およびガス透過性隔膜を備え、多孔性電解液保持体は作用極、対極および参照極に接し、電解液に硫酸を使用した定電位電解式ガスセンサにおいて、ケース内部の多孔性電解液保持体の周囲に電解液増量分を吸収し得る空間部を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明になる定電位電解式ガスセンサの構造を図１に示す。図１において記号１〜７は図２と同じものを示しており、８は多孔性電解液保持体４の周囲に設けた空間部である。
【００１２】
本発明になる定電位電解式ガスセンサは、プラスチックケース１にガス透過性多孔質プラスチック隔膜２を固定し、多孔質プラスチック隔膜２に接して貴金属触媒からなる作用極３が置かれ、多孔性電解液保持体４の間に作用極３と対極６および参照極７を挟んだ状態で設置されている。多孔性電解液保持体４により、定電位電解式ガスセンサの姿勢が変動しても、電極間は電解液５で連絡が保たれる。また、多孔性電解液保持体４の周囲には空間部８が設けられている。
【００１３】
そこで、電解液に濃度４０％の硫酸を使用した場合、相対湿度と電解液の体積との関係を説明する。
【００１４】
温度２０℃、相対湿度５０％ＲＨの水蒸気圧に平衡している硫酸電解液の液量を１とした場合、外部雰囲気の相対湿度および温度の変化による硫酸電解液量の体積比率は表１のように変化する。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１からわかるように、温度２０℃、相対湿度５０％ＲＨの水蒸気圧に平衡している硫酸電解液の液量をａｍｌとした場合、雰囲気の相対湿度が３０％ＲＨになれば、硫酸電解液量の体積比率は０．７５×ａｍｌとなり、雰囲気の相対湿度が９０％ＲＨになれば、硫酸電解液量の体積比率は３．０×ａｍｌとなる。
【００１７】
すなわち、相対湿度が９０％ＲＨになった場合には、センサの硫酸電解液を収納しておく部分の空間の体積、すなわち電解液保液部の体積は２．０×ａｍｌ以上必要となる。
【００１８】
同様にして、温度が４０℃の場合には、相対湿度５０％ＲＨの水蒸気圧に平衡している硫酸電解液の体積をａｍｌとした場合、雰囲気の相対湿度が９０％ＲＨになれば、硫酸電解液量の体積比率は３．１×ａｍｌとなる。この場合には、センサの硫酸電解液を収納しておく部分の空間の体積、すなわち電解液保液部の体積は２．１×ａｍｌ以上必要となる。
【００１９】
なお、本発明になる定電位電解式ガスセンサを用いてガス濃度を測定する場合の使用条件としては、温度−４０〜８０℃、相対湿度０〜１００％ＲＨのような広範囲が考えられるが、実際にガス濃度を測定する時間は数分間で足りるため、ガスセンサが長時間、例えば測定温度８０℃、相対湿度１００％ＲＨというような過酷な条件にさらされることはないので、このような過酷な条件で硫酸電解液と外部雰囲気とが平衡になることはない。
【００２０】
実際には、本発明になる定電位電解式ガスセンサにおいて、硫酸電解液と外部雰囲気とが平衡になるのは長時間貯蔵された場合で、貯蔵条件としては、温度−１０〜４０℃、相対湿度３０〜９０％ＲＨの範囲を考慮しておけば十分である。
【００２１】
なお、低温で相対湿度が特に低い場合、硫酸電解液の量が減少しても、作用極と対極および参照極が常に電解液によって連絡がなされるように、あらかじめ電解液量を調整しておけばよい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明になる定電位電解式ガスセンサを、実施例に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
本発明になる定電位電解式ガスセンサの構造は図１に示したのと同じである。１はＡＢＳ樹脂からなるプラスチックケースである。このプラスチックケース１に厚さ約３００μｍのポーラスポリテトラフルオロエチレンからなるガス透過性多孔質プラスチック隔膜２を固定し、ガス透過性多孔質プラスチック隔膜２に接して白金黒や白金担持カーボンなどの貴金属触媒を含む作用極３が置かれ、ガラス繊維からなる多孔性電解液保持体４を間に挟んで、作用極３と同じ材質の対極６および参照極７が置かれている。
【００２３】
多孔性電解液保持体４は作用極、対極および参照極に接しており、電解液５としては、濃度約４０％で、温度２０℃、雰囲気相対湿度５０％ＲＨと平衡となる硫酸水溶液を１ｍｌ使用した。多孔性電解液保持体４の空孔部分は電解液５でみたされており、したがって、作用極と対極および参照極は硫酸電解液で連絡されている。また、ケース内部の多孔性電解液保持体の周囲に電解液増量分を吸収し得る空間部８を設けた。これを本発明による定電位電解式ガスセンサをＡとした。
［比較例１］比較のために、従来例として、図２に示す構造の定電位電解式ガスセンサＢを作成した。定電位電解式ガスセンサＢでは、ケース内部に多孔性電解液保持体の空孔部分以外の電解液増量分を吸収し得る空間部がなく、多孔性電解液保持体の空孔部分の体積を３ｍｌとし、硫酸電解液を３ｍｌ使用したものである。
【００２４】
実施例１の本発明による定電位電解式ガスセンサをＡと、比較例１の従来の定電位電解式ガスセンサをＢとし、Ａ、Ｂの定電位電解式ガスセンサを５０℃、９０％ＲＨの雰囲気に１週間入れたところ、定電位電解式センサＡは液漏れしなかったが、定電位電解式センサＢは液漏れを起こした。
【００２５】
【発明の効果】
本発明にかかる定電位電解式ガスセンサは、想定される使用湿度領域における電解液量の増量をセンサ作製時の電解液の濃度と量から推定して、多孔性電解液保持体部の空孔部分以外に電解液保持部分以外の空間部分を設けることによって、相対湿度９０％ＲＨまでの高湿度雰囲気に長時間貯蔵した場合でも、硫酸電解液の体積増加による液漏れがなく、信頼性の高く長寿命の定電位電解式ガスセンサが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定電位電解式ガスセンサの断面構造を示す図。
【図２】従来の定電位電解式ガスセンサの断面構造を示す図。
【符号の説明】
１プラスチックケース
２ガス透過性多孔質プラスチック隔膜
３作用極
４多孔性電解液保持体
５電解液
６対極
７参照極
８空間部

Claims

ケース内部に作用極、対極、参照極、電解液、多孔性電解液保持体およびガス透過性隔膜を備えてなり、前記多孔性電解液保持体は作用極、対極および参照極に接し、電解液に硫酸を使用した定電位電解式ガスセンサにおいて、ケース内部の多孔性電解液保持体の周囲に電解液増量分を吸収し得る空間部を有することを特徴とする定電位電解式ガスセンサ。