JPH02103457A - 炭酸ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、施設園芸、環境衛生、防災用、工業用などの
炭酸ガス濃度を計測し、あるいはその計測値を用いて機
器制御する場所に利用するイオン伝導体を用いた固体電
解質型炭酸ガスセンサに関するものである。

従来の技術 近年、空調・農畜産分野を中心に炭酸ガスセンサに対す
るニーズが高まり、種々の方式のセンサが開発・実用化
が進められている。しかし、実用上、その信頼性に多く
の課題が残されている。

以下、第３図および第４図を参照しながら上述した従来
の炭酸ガスセンサの例について請明する。

第３図および第４図は、従来の固体電解質型炭酸ガスセ
ンサの構成を示すものである。第３図において、固体電
解質からなるイオン伝導体として薄板状のＮＡＳＩＣＯ
Ｎ（ナトリウムイオン伝導セラミックス）板１１は、そ
の両端に電圧信号取り出し用の１対の多孔質な電極層１
２ａ、１２ｂを備え、さらに、その電極層１２ａ、１２
ｂのいずれか一方においてその一部、あるいは全部に炭
酸ガスと解離平衡を形成し得る金属炭酸塩の一つの種類
である炭酸ナトリウム１３が付着され、炭酸ナトリウム
１３を付着した側の電極層を陰極層１２ａと称し、他方
を陽極層１２ｂと称した電極層とによってガス感知部１
を構成していた。

また、第４図のガス感知部１には、片面下部に加熱用ヒ
ータ２を備え、１対の陰、陽極層１２ａ。

１２ｂから引出したリード線３ａ、３ｂ、および加熱用
ヒータ２から引出した２本のリード線５ａ。

５ｂと、それに各々接続されたピン７ａ〜７ｄを介して
下部の台座６に固定されている。リード線３ａ、３ｂお
よびリード線ｓａ、ｓｂは、それぞれ信号出力用、およ
び電圧印加用でそれに接続されたビン了ａ〜７ｄは台座
６を貫通して固定されており突出した端部は外部と接続
される。プロテクタ４は、内包するガス感知部１．ヒー
タ２．リード線３ａ、ｓｂ、５ａ、　　６ｂを機械的損
傷から保護するとともに、測定雰囲気と接触を良くする
ためにステンレス製金網で構成され、台座６に固定され
ている。

上記構成において、まず、ガス感知部１をヒータ２によ
り測定温度に加熱し、外部の雰囲気と接触させる。

雰囲気中の炭酸ガスは、プロテクタ４の透孔を介して拡
散あるいは、対流によシガス感知部１に対し、その際の
炭酸ガス濃度に応じて２つの電極層を構成している陰極
層１２ａ、および陽極層１２ｂに起電力が発生する。こ
の起電力を陰極層１２ａ、陽極層１２ｂよりリード線３
ａ、３ｂ。

ピン７ａ、７ｄを介して取出して、雰囲気中の炭酸ガス
濃度を電気的に検出していた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では次のような課題を
有していた。すなわち、雰囲気が高湿環境あるいは、結
露が生じやすい状態の場合で、炭酸ガスセンサが非加熱
状態のとき、ガス感知部の金属炭酸塩の７−つの種類で
ある炭酸ナトリウムは固有の吸湿作用や水溶性によって
、それぞれ水和物や水素化物を形成し、その後湿度が下
がり空気が乾燥した状態あるいは測定状態すなわち加熱
状態にすると吸収した水分が蒸発する。このように、加
熱して乾燥と非加熱状態における吸湿とが繰シ返される
と、炭酸ナトリウムは、膨張と収縮が生じ、次第に電極
層面から剥離したり、結露水に溶けて溶出したりして、
炭酸ナトリウムを付着した素子が劣化し再生不能となる
課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、第１の目的
は、高湿環境でガス感知部が加熱して乾燥と、非加熱状
態で吸湿が繰り返えされても、炭酸ナトリウムの剥離、
脱落を防止し、高い信頼性を有する炭酸ガスセンサを提
供するものである。

また、第２の目的は、本センサが高湿雰囲気下に長時間
非加熱状態におかれても、ガス透過膜により炭酸ナトリ
ウムの吸湿を抑制し、溶出を防止することにより、より
高い信頼性を有する炭酸ガスセンサを提供するものであ
る。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明の第１の手段の炭酸
ガスセンサは、両端で１対の電極層を備えた固体電解質
からなるイオン伝導体と、前記イオン伝導体のいずれか
一方の電極層の一部あるいは、全部を覆う形状で内部に
炭酸ガスと解離平衡を形成し得る金属炭酸塩を充填した
多孔質な金属を固着し構成したガス感知部と、前記ガス
感知部を測定時に加熱する加熱部とを備えだものである
。

この目的を達成するための第２の手段は、上記手段に加
え、金属炭酸塩を充填した多孔質金属を、水分の侵入を
抑制し得るガス透過膜で覆ったものである。

作　　　用 上記構成により、第１の手段による作用は、高湿環境に
おいてガス感知部が、測定時に加熱されて乾燥した後測
定が中止されて非加熱状態となり吸湿する状態が繰り返
しおこなわれ膨張・収縮した場合でも金属炭酸塩を多孔
質な金属内に閉じ込め電極層に固着しているので、金属
炭酸塩は微細な孔より出ることができず剥離、脱落する
ことなく安定して、長期間使用できることとなる。

この構成による第２の作用は、高湿環境において、ガス
感知部が非加熱状態におかれた場合にガス透過膜が金属
炭酸塩を充填した多孔質金属を覆っているので金属炭酸
塩の吸湿を抑制してよシ安定して長期間使用できること
となる。

実施例 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について第１図の図面を参
照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例の炭酸ガスセンサのガス感
知部の構成を示す縦断面図である。なお、従来例と同一
の部分には、同一符号を付けて説明は省略する。

第１図において、Ｎａ＋イオン伝導体であるナトリウム
イオン伝導体セラミックスであるＮＡＳＩＣＯＮ板１１
の両端板形１しＡｕを用いた電極層１２ａ。

１２ｂのどちらか一方に発泡ニッケル１４が、電極層１
２ａにより固着されている。発泡ニッケル１４の内部に
は、炭酸ナトリウム１３が充填されているが、この充填
方法については発泡ニッケルを炭酸す）　ＩＪウムの水
溶液に浸し、乾燥することにより形成しておシ、発泡ニ
ッケル内に充填されは、炭酸ナトリウムと反応を起こさ
ない多孔質な金属ならどのような金属でも良い。以上の
ように構成された炭酸ガスセンサについて以下その動作
を説明する。

上記構成において炭酸ガス検出動作は従来例と同様なの
で説明は省略する。ガス感知部１が高湿環境で測定時に
加熱、停止時に非加熱状態を繰り返すと発泡ニッケル１
４内の炭酸ナトリウム１３は、吸湿と乾燥が交互に生じ
膨張と収縮がおこなわれるが、発泡ニッケル１４内の微
細な穴の中に炭酸ナトリウム１３が入り込んでいるだめ
発泡ニッケル１４内を移動できず剥離による脱落を防ぐ
ことができる。

以上のように、陰極層１２ａに固着された構成物の炭酸
ナトリウム１３は発泡ニッケル１４により脱落すること
なく劣化が防止される。

実施例２ 以下、本発明の第２の実施例について第２図にもとづい
て説明する。第２図は、本発明の第２の実施例の炭酸ガ
スセンサのガス感知部の縦断面を示す。なお、従来例ま
たは、本発明筒１の実施例と同一の部分には同一番号を
付けて説明は省略する。

図において、ガス透過膜１５は、非晶質ガラスから成り
ガス透過性を与えるため、ＮＡＳＩＣＯＮ粉末を混合し
たガラスシール剤であシ、発泡ニッケル１４．電極層１
２ａを完全に被覆するように塗布し、所定の温度で焼成
している。

以上のように構成された炭酸ガスセンサのガス感知部１
について以下その動作について説明する。

なお、炭酸ガス検知動作は、従来例と同様なので説明は
省略する。

上記構成において、ガス感知部１が高湿環境で非加熱状
態におかれた場合、発泡ニッケル１４内の炭酸ナトリウ
ム１３は、空気中の水蒸気を吸収しようとするが、ガス
透過膜１５により、水蒸気の侵入が抑制されているため
、炭酸ナトリウム１３の吸湿も抑制されることになる。

さらに、たとえ吸湿しても、ガス透過膜１６により保護
されているため、溶出することはなくなる。

以上のように、発泡ニッケル１４と２つの電極層の中の
陰極層１２ａをガス透過膜１５で覆うことによシ高湿環
境で使用停止時における非加熱状態にガス感知部１がお
かれた場合に生じる、雰囲気中の水蒸気に起因する劣化
をより抑制できる。

なお、実施例１，２において本炭酸ガスセンサを実際に
使用する場合は、第４図に示す従来例と同様な構成に組
立てて使用する。

発明の効果 以上のように本発明の請求項１によれば、両端の電極層
の一端に、金属炭酸塩を充填した多孔質金属を固着して
構成しているので、多湿雰囲気中で吸湿し、湿度の低い
状態あるいは測定加熱中に乾燥する状態が繰シ返され膨
張・収縮がおこなわれても、多孔質金属中の金属炭酸塩
は、微細な孔に充填されているため移動、剥離すること
なく耐久性よく長期にわたって使用できるので実用的に
効果が大きいものである。

、；た請求項２によれば、金属炭酸塩を充填した多孔質
金属と、この多孔質金属を固着した電極層をガス透過膜
により覆っているので、前記効果に加え水蒸気の侵入を
抑制するのでより劣化が遅く、よシ耐久性が向上し、実
用上の効果が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明（１）の一実施例における炭酸ガスセン
サのガス感知部の構成を示す縦断面図、第２図は本発明
（２）の一実施例における炭酸ガスセンサのガス感知部
の構成を示す縦断面図、第３図は従来の炭酸ガスセンサ
のガス感知部の構成を示す縦断面図、第４図は本発明お
よび従来の炭酸ガスセンサの組立構成を示す縦断面図で
ある。 １・・・・・・ガス感知部、２・・・・・・ヒータ、３
ａ、３ｂ・・・・・・リード線、４・・・・・・プロテ
クタ、５ａ、　　ｓｂ・・・リード線、６・・・・・・
台座、７ａ〜７ｄ・・・・・ピン、１１・・・・・・Ｎ
ＡＳＩＣｏＮ板、１２　ａ、　　１２　ｂ−・−電極層
（陰極層、陽極層）、１３・・・・・・炭酸ナトリウム
、１４・・・・・・多孔質金属、１６・・・・・・ガス
透過膜。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名２ｒ
べ ｑ 味 ０つ 体 ＋Ｉ＋Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端で１対の電極層を備えた固体電解質からなる
   イオン伝導体と、前記イオン伝導体のいずれか一方の電
   極層の一部あるいは全部を覆う形状で内部に炭酸ガスと
   解離平衡を形成し得る金属炭酸塩を充填した多孔質金属
   を固着し構成したガス感知部と、前記ガス感知部を測定
   時に加熱する加熱部とを備えてなる炭酸ガスセンサ。
2. （２）金属炭酸塩を充填した多孔質金属を水分の侵入を
   抑制し得るガス透過膜で覆った請求項１記載の炭酸ガス
   センサ。