JPH102878A - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

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JPH102878A
JPH102878A JP8157852A JP15785296A JPH102878A JP H102878 A JPH102878 A JP H102878A JP 8157852 A JP8157852 A JP 8157852A JP 15785296 A JP15785296 A JP 15785296A JP H102878 A JPH102878 A JP H102878A
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gas
ceramic fibers
oxidation catalyst
platinum
gas sensor
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Masao Maki
正雄 牧
Takashi Niwa
孝 丹羽
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration in a platinum electrode and an oxidation catalyst and improve the durability. SOLUTION: In a gas sensor provided with a heating means 1 and a gas selectively permeable body in the inlet and the outlet of a gas, the gas sensor is produced by forming a pair of platinum electrodes 4 on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolytic substance 3, forming a catalytic layer 6 formed on one platinum electrode 4 from an oxidation catalyst 5 and ceramic fibers by paper manufacturing process, and an absorptive layer 8 formed further from an alkali absorbing body 7 and ceramic fibers by paper manufacturing process. Furthermore, an absorptive layer 9 is formed on the other platinum electrode 4 from an alkali absorbing body 7 and ceramic fibers by paper making process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般大気中、もし
くはガス、石油を燃料とする各種燃焼機器の排気ガス中
の可燃性ガス、とくに一酸化炭素を検出するガスセンサ
に関し、燃焼機器の排気ガスの幅広い環境変化に対して
も安定で、さらに耐久性の面でも優れた特性を備えたも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor for detecting flammable gas, especially carbon monoxide, in exhaust gas of various kinds of combustion equipment using general air or gas or oil as fuel. It is stable against a wide range of environmental changes and has excellent characteristics in terms of durability.

【0002】[0002]

【従来の技術】一酸化炭素は無色、無味、無臭の気体
で、空気よりやや軽いが毒性が強く20PPM位の低濃度
でも2〜3時間呼吸すると頭痛などが生じ、3000PP
M以上の濃度になると10分位、6000PPM以上の濃度
では、数分間の呼吸で死亡する。
2. Description of the Related Art Carbon monoxide is a colorless, tasteless and odorless gas which is slightly lighter than air but highly toxic and causes headaches etc. when breathing for 2-3 hours even at a low concentration of about 20 PPM.
At concentrations above M, it takes about 10 minutes, and at concentrations above 6000 PPM, it dies after several minutes of breathing.

【0003】一般家庭でも、一酸化炭素は瞬間湯沸かし
器、風呂釜、石油暖房器具・ガス暖房器具炭火などから
発生するので、これらの機器に内蔵して用いたり、また
は室内に設置して用いたりできる安価で小型で信頼性の
高い一酸化炭素ガス検知センサが強く要望されている。
[0003] Even in ordinary households, carbon monoxide is generated from instantaneous water heaters, bath kettles, charcoal fires for oil heating appliances and gas heating appliances, and can be used by being built in these appliances or installed indoors. There is a strong demand for an inexpensive, small, and highly reliable carbon monoxide gas detection sensor.

【0004】従来から提案されているガスセンサ、とく
に一酸化炭素を検知する化学センサとしては、電解液中
に一酸化炭素を吸収して酸化する電極を設け、一酸化炭
素濃度に比例する電流値から一酸化炭素濃度を検知する
方式(定電位電解ガスセンサ)、貴金属などの微量の金
属元素を添加して増感したn型半導体酸化物、例えば酸
化スズの焼結体を用い、これらの半導体が可燃性ガスと
接触した際に電気電導度が変化する特性を利用してガス
を検知する方式(半導体型ガスセンサ)、20μm程度の
白金の細線にアルミナを添着し、貴金属を担持したもの
と担持しないものとの一対の比較素子を用いて一定温度
に加熱し、可燃性ガスがこの素子に接触して触媒酸化反
応を行った際の発熱差を検出する方式(接触燃焼式ガス
センサ)などが知られている[例えば大森豊明監修:
「センサ実用事典」:フジ・テクノシステム第14章ガ
スセンサの基礎(春田正毅担当)、P112−130
(1986)参照]。
[0004] Conventionally proposed gas sensors, particularly chemical sensors for detecting carbon monoxide, are provided with an electrode that absorbs and oxidizes carbon monoxide in an electrolytic solution, and measures the current value proportional to the carbon monoxide concentration. A method for detecting the concentration of carbon monoxide (a potentiostatic electrolytic gas sensor), using an n-type semiconductor oxide sensitized by adding a trace amount of a metal element such as a noble metal, for example, a sintered body of tin oxide, and these semiconductors are combustible. A method of detecting gas by using the property that the electrical conductivity changes when it comes into contact with a non-reactive gas (semiconductor type gas sensor), with alumina attached to a thin platinum wire of about 20 μm, with and without a noble metal Heating to a certain temperature by using a pair of comparison elements and detecting the difference in heat generated when a combustible gas comes into contact with this element to perform a catalytic oxidation reaction (contact combustion type gas sensor) is known. , Is the [for example Toyoaki Omori supervision:
"Sensor Practical Encyclopedia": Fuji Techno System Chapter 14, Basics of Gas Sensors (Masatoshi Haruta), P112-130
(1986)].

【0005】また、ジルコニア電気化学セルを構成し、
電極の一方側に白金/アルミナの触媒層を形成して一酸
化炭素ガスを検出する固体電解質式一酸化炭素センサも
提案されている[例えば、H.OKAMOTO、H.OBAYASI AND
T.KUDO、Solid State Ionics、1、319(1980)参照]。
Further, a zirconia electrochemical cell is constituted,
A solid electrolyte type carbon monoxide sensor that detects a carbon monoxide gas by forming a platinum / alumina catalyst layer on one side of the electrode has also been proposed [for example, H.OKAMOTO, H.OBAYASI AND
T. KUDO, Solid State Ionics, 1, 319 (1980)].

【0006】この固体電解質式一酸化炭素センサの原理
は、触媒層側と裸側の電極上で一種の酸素濃淡電池がで
きることによるもので、触媒層側の電極では、酸素がそ
のまま到達し、一酸化炭素が到達しない状態にあるのに
対して、裸側の電極では、酸素も一酸化炭素も到達し、
この一酸化炭素が酸素を還元し、両者の電極の間に酸素
濃淡電池が形成され、起電力出力が現れることを利用す
るものである。
The principle of the solid electrolyte type carbon monoxide sensor is based on the fact that a kind of oxygen concentration cell can be formed on the catalyst layer side and the bare side electrode, and oxygen reaches the catalyst layer side electrode as it is. On the bare electrode, both oxygen and carbon monoxide reach, while carbon oxide does not reach.
This carbon monoxide reduces oxygen, an oxygen concentration cell is formed between both electrodes, and an electromotive force output appears.

【0007】また、ガス選択透過膜については、セラミ
ックガス選択透過膜すなわち無機分離膜が提案されてい
るが[例えば、大久保達也、諸岡成冶、「無機分離膜の
現状と今後の展開」、ケミカルエンシ゛ニアリンク゛、12、1(1988、1
989)参照]、無機分離膜をガスセンサに応用すること
の提案は、従来においてはなされていない。
As for the gas selective permeable membrane, a ceramic gas selective permeable membrane, that is, an inorganic separation membrane has been proposed [for example, Tatsuya Okubo, Seiji Morooka, "Present and Future Development of Inorganic Separation Membrane", Chemical, Engineering Link, 12, 1 (1988, 1
989)], and there has been no proposal for applying an inorganic separation membrane to a gas sensor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来からガスセンサと
して広く用いられている化学センサの最大の課題は、そ
れが安全性に関わる決定的なセンサであるにも拘わら
ず、どうしてもフェールアウトの検出システムになって
しまうことである。これは、原理的にはセンサとしての
信号が一酸化炭素を検出しないときにはゼロとなり、一
酸化炭素の検出により信号を出力し、またセンサの劣化
によりこの出力信号が低下してしまうことに要因があ
る。
The biggest problem of a chemical sensor which has been widely used as a gas sensor in the past is that, despite being a decisive sensor relating to safety, a fail-out detection system is inevitable. It will be. This is due to the fact that, in principle, the signal as a sensor is zero when carbon monoxide is not detected, a signal is output when carbon monoxide is detected, and the output signal is reduced due to deterioration of the sensor. is there.

【0009】ガスセンサを燃焼機器に搭載して不完全燃
焼の検出の目的に用いる場合、不完全燃焼の危険性が増
加するのは、燃焼機器をかなり使い込んだ後の状態の場
合の方が多いが、そのときにはガスセンサの劣化が進行
している危険性があり、ガスセンサの劣化により出力信
号が低下すると不完全燃焼を検出できないという問題点
があった。
When a gas sensor is mounted on a combustion device and used for the purpose of detecting incomplete combustion, the risk of incomplete combustion increases more often in a state after the combustion device has been considerably used. At that time, there is a risk that the gas sensor is deteriorating, and there is a problem that incomplete combustion cannot be detected if the output signal is reduced due to the deterioration of the gas sensor.

【0010】これは、化学センサの出力が低下するの
は、すなわち劣化するのは、化学センサの中心的な機能
を担う電極や触媒が反応の進行とともに経時的に劣化す
ることによるものであり、この劣化は、燃焼の排気ガス
中に存在する水素、炭化水素などの還元性ガスで触媒が
還元されたり、電極表面に硫黄系化合物などが強く吸着
したりして、一酸化炭素の検出反応が阻害されることに
よる。これらの化学センサでは、センサ機能の中心を担
う電極または触媒などに貴金属を用いる場合が多いが、
これらの貴金属は硫黄系化合物やシリコーン系化合物に
弱くて劣化し易く、耐久性の確保が非常に困難になると
いう問題点があった。また燃焼機器の排気ガスに共存す
る炭化水素は、分子量も大きく、分子のサイズも大きい
ため、白金のような貴金属の表面に吸着すると、一酸化
炭素の吸着が阻害され、妨害ガスとして悪影響を及ぼす
という問題点もあった。
[0010] The reason why the output of the chemical sensor is reduced, that is, the deterioration is due to the deterioration of the electrode or catalyst which plays a central function of the chemical sensor with time as the reaction proceeds, This deterioration is caused by the reduction of the catalyst by reducing gases such as hydrogen and hydrocarbons present in the exhaust gas of combustion, and the strong adsorption of sulfur-based compounds on the electrode surface, resulting in the detection reaction of carbon monoxide. By being inhibited. In these chemical sensors, noble metals are often used for electrodes or catalysts that play a central role in the sensor function,
These noble metals are susceptible to sulfur-based compounds and silicone-based compounds and are liable to be deteriorated, so that there is a problem that it is very difficult to ensure durability. In addition, hydrocarbons that coexist in the exhaust gas of combustion equipment have a large molecular weight and a large molecular size. Therefore, if they are adsorbed on the surface of a noble metal such as platinum, the adsorption of carbon monoxide is hindered, which has an adverse effect as an interfering gas. There was also a problem.

【0011】さらに本質的にセンサシステムがフェール
セーフでないため、これを高い信頼性で実用化できるよ
うにするためには、極めて耐久性において信頼度が高い
センサが求められるが、現在、思想的レベルにおいても
耐久性の保証をきちんと確立できたセンサシステムは実
現されていないという問題点もあった。
Further, since the sensor system is essentially not fail-safe, a highly reliable sensor with extremely high durability is required in order to be able to put it into practical use with high reliability. However, there is also a problem that a sensor system that can properly establish durability is not realized.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明のガスセンサは、検出部に進入するガス
はガス選択透過体を通して流入させることとしている。
In order to solve the above-mentioned problems, in the gas sensor according to the present invention, gas entering the detection section is caused to flow through a gas selective permeable body.

【0013】そしてガス選択透過体は、その細孔サイズ
により少し働きが異なるが、10Å以下では分子篩効果
によりあるサイズ以上の分子を透過させなく、また、1
0〜1000Åレベルではクヌッセン拡散領域となり、
透過速度が分子量の平方根に逆比例する特性を有する。
検出に必要なガスとしては、一酸化炭素、酸素、これら
の反応により生じる二酸化炭素、妨害ガスとなる二酸化
硫黄、灯油蒸気などがあるが、それらのガスには分子量
差があるため、細孔のサイズにより、高精度で分離する
ことができ、あるいは高分子のものは流入が規制される
ので、酸化触媒、白金電極などへの被毒影響を軽減化す
ることができる。なお、ガス選択透過体としては、その
材質は耐熱性の観点からセラミック製を用いるのが望ま
しい。
The function of the gas selective permeator is slightly different depending on the pore size, but if it is less than 10 °, it will not allow molecules of a certain size to permeate due to the molecular sieve effect.
At the 0-1000Å level, it is a Knudsen diffusion region,
It has the property that the permeation rate is inversely proportional to the square root of the molecular weight.
Gases required for detection include carbon monoxide, oxygen, carbon dioxide generated by these reactions, sulfur dioxide as an interfering gas, kerosene vapor, etc. Depending on the size, separation can be performed with high accuracy, or inflow of a polymer can be regulated, so that the poisoning effect on an oxidation catalyst, a platinum electrode, and the like can be reduced. It is desirable that the gas selective permeable body be made of ceramic from the viewpoint of heat resistance.

【0014】ガスセンサを動作させるための熱源として
は、ガスセンサが備える加熱手段により達成されるよう
にし、必要に応じてサーミスタ、熱電対などの温度検知
手段を併用して温度制御を実施する。加熱手段として
は、電熱線、抵抗ヒータ膜など各種手段が適用でき、抵
抗ヒータ膜に用いる材料としては、白金など貴金属系の
ものが耐久性の点では望ましく、また電熱線を用いる場
合には、鉄−クロム系、ニッケル−クロム系のものが用
いることができる。
The heat source for operating the gas sensor is achieved by a heating means provided in the gas sensor, and the temperature is controlled by using a temperature detecting means such as a thermistor and a thermocouple as needed. As the heating means, various means such as a heating wire and a resistance heater film can be applied.As a material used for the resistance heater film, a noble metal-based material such as platinum is desirable in terms of durability, and when a heating wire is used, Iron-chromium type and nickel-chromium type can be used.

【0015】本発明の基本思想は、一酸化炭素の検出に
必要なガス以外のガスはガスセンサに触れさせないよう
にすれば、半永久的な耐久性が実現でき、半永久的な耐
久性が実現できれば、実用的にはフェールアウトは問題
にはならないという考え方である。
The basic idea of the present invention is that if gas other than the gas necessary for detecting carbon monoxide is prevented from touching the gas sensor, semi-permanent durability can be realized, and if semi-permanent durability can be realized, The idea is that fail-out is not a problem in practice.

【0016】セラミックのガス選択透過体について以下
に説明する。セラミックガス選択透過体は、すでに多孔
性セラミックまたは多孔性ガラスとして市販されている
ものを用いて作製する。多孔性セラミックまたは多孔性
ガラスはセラミックフィルターとして各種用途に利用さ
れており、例えば、ビールの酵母の分離などに利用され
ていることはよく知られている。その孔径は0.05μ
mから数μm程度であるが、このままでは、ガスの選択透
過性は得られないので、その細孔を埋めて細孔径を制御
する必要がある。
The ceramic gas selective permeable body will be described below. The ceramic gas permselective is made using what is already commercially available as porous ceramic or porous glass. Porous ceramic or porous glass is used for various applications as a ceramic filter, and it is well known that it is used, for example, for separating yeast from beer. The pore size is 0.05μ
Although it is about m to several μm, since gas permeability cannot be obtained as it is, it is necessary to fill the pores and control the pore diameter.

【0017】細孔径の制御方法としては、細孔の中にゾ
ル−ゲル皮膜を形成して行う方法、または、熱分解によ
り細孔内に皮膜を形成して細孔を制御するCVD法など
が知られており、これまで知られている各種皮膜形成法
が適用可能である。この中で、例えば金属アルコキシド
の分解反応(ゾル−ゲル法)やCVD反応を利用して細
孔径をガスの分子拡散領域の孔径まで制御することがで
き、これらの方法によると、孔径は2Åから数Å程度ま
での均一な細孔に制御できる。この場合の細孔のサイズ
は、ガス分子のサイズにする必要があり、細孔内のガス
の移動は、細孔表面の物質とガスとの相互作用の影響も
加わり、現実には複雑な拡散特性をもつが、基本的には
ガス透過速度は、クヌッセン拡散から分子篩の拡散の領
域になり、ガスの分子量の平方根に逆比例するかまたは
分子サイズの大きな分子の透過を著しく阻害する特性を
もつようにして大きなサイズの分子は、ガス選択透過体
を通過することができないようにする必要がある。
As a method of controlling the pore diameter, a method of forming a sol-gel film in the pores, or a CVD method of forming a film in the pores by thermal decomposition to control the pores, and the like can be used. Various known film forming methods are applicable. Among these, the pore diameter can be controlled to the pore diameter of the molecular diffusion region of gas by utilizing, for example, a decomposition reaction of metal alkoxide (sol-gel method) or a CVD reaction. It can be controlled to uniform pores of up to about several mm. The size of the pores in this case must be the size of gas molecules, and the movement of gas in the pores is affected by the interaction between the gas and the substance on the surface of the pores. The gas permeation rate basically changes from Knudsen diffusion to molecular sieve diffusion, and is inversely proportional to the square root of the molecular weight of gas or has the property of significantly inhibiting the permeation of large molecules. Thus, large size molecules need to be prevented from passing through the gas selective permeator.

【0018】そこで、3〜100Åに、実用的には5〜1
00Å、好ましくは3〜10Åと100Å以下に細孔径
を制御したセラミック製で管状のガス選択透過体を用
い、基本的にはセンサ素子を内部に収納したような状態
でガスセンサを構成することが好ましい。
Therefore, the angle is set to 3 to 100 °, practically 5 to 1 °.
It is preferable to use a ceramic tubular gas selective permeable member whose pore diameter is controlled to 00 °, preferably 3 to 10 ° and 100 ° or less, and to basically configure the gas sensor in a state where the sensor element is housed inside. .

【0019】すなわち、一般大気中、もしくは燃焼機器
の排ガス中に含まれるガスは、最初に、3〜100Å
に、実用的には5〜100Å、好ましくは3〜10Åに
細孔制御された細孔へと拡散するが、細孔径より分子サ
イズの大きなガスたとえば、灯油蒸気やシリコーンオリ
ゴマーなどは、ガス選択透過体の細孔を透過してセンサ
素子の内部のガス検知部へ到達できない。また亜硫酸ガ
ス(SO2)や二酸化窒素(NO2)などの反応性ガス
は、分子量が大きいので細孔内を拡散し難く、ガス検知
部まで到達する量が減少する。酸素、一酸化炭素、窒素
などの低分子のガス分子はクヌッセン拡散に近い状態で
ガス検知部に自由に到達できる。
That is, the gas contained in the general atmosphere or the exhaust gas of the combustion equipment is initially 3 to 100 ° C.
Practically, the gas diffuses into pores whose pores are controlled to 5 to 100 °, preferably 3 to 10 °, but gas having a molecular size larger than the pore diameter, such as kerosene vapor or silicone oligomer, is selectively permeated by gas. The gas cannot pass through the pores of the body to reach the gas detecting portion inside the sensor element. In addition, reactive gases such as sulfur dioxide (SO 2 ) and nitrogen dioxide (NO 2 ) have a large molecular weight, so that they are difficult to diffuse in the pores, and the amount that reaches the gas detecting portion is reduced. Low-molecular gas molecules such as oxygen, carbon monoxide, and nitrogen can freely reach the gas detection unit in a state similar to Knudsen diffusion.

【0020】このように細孔径のサイズが極めて重要で
細孔径が100Å以上となるとガスの選択透過性が得ら
れなくなるので、ガスの選択透過性が十分に発揮できる
ようにするためには、3〜10Åの細孔径にすることが
望ましい。この場合、ガスの拡散は分子篩の領域となり
完全な選択透過性が得られ、10Å以上100Åまでの
場合には、クヌッセン拡散の領域になり、大きなサイズ
の分子は流入を規制されるため、白金電極または酸化触
媒の劣化を防止し、長寿命化の寄与が期待できる。
As described above, the size of the pore diameter is extremely important, and if the pore diameter is 100 ° or more, the gas cannot be selectively permeated. It is desirable to set the pore diameter to 10 to 10 °. In this case, gas diffusion becomes a region of molecular sieve and complete permselectivity is obtained. If it is 10 ° or more and 100 ° or more, it becomes a region of Knudsen diffusion and molecules of large size are restricted from flowing. Alternatively, the deterioration of the oxidation catalyst can be prevented, and a longer life can be expected.

【0021】ガス選択透過体の形状は、円筒状、袋状、
平板状など各種の形状が適用可能である。各種形状の酸
素イオン導電性固体電解質素子をガス選択透過体と組み
合わせて用いることができる。酸素イオン導電性固体電
解質としては、各種材質が適用可能であるが、実用的に
はイットリア安定化ジルコニアを用いるのが望ましい。
The shape of the gas selective permeable body is cylindrical, bag-like,
Various shapes such as a flat plate shape are applicable. Various shapes of oxygen ion conductive solid electrolyte elements can be used in combination with the gas selective permeable body. Various materials can be used as the oxygen ion conductive solid electrolyte, but practically, it is preferable to use yttria-stabilized zirconia.

【0022】また、固体電解質式ガスセンサに用いる白
金電極は、極めて硫黄化合物の被毒に弱いという課題が
ある。硫黄化合物は、分子篩域までの細孔が実現すれ
ば、流入はほぼ完全に規制されるが、実用的にはこれは
困難な面がある。クヌッセン拡散域では、硫黄化合物、
たとえば亜硫酸ガスは、流入が規制されるが、一部が流
入するのは規制できない。そこで進入する亜硫酸ガスな
どの酸性ガスを白金電極に到達させないため、アルカリ
吸収体をセラミック繊維とともに混抄したセラミックペ
ーパー層を触媒層の前流側に位置させるか、またはアル
カリ吸収体を混在させた触媒層を設けるかして酸性ガス
を吸収除去することが好ましい。
Further, there is a problem that the platinum electrode used for the solid electrolyte type gas sensor is extremely weak in poisoning with sulfur compounds. If the pores up to the molecular sieve region are realized, the inflow of the sulfur compound is almost completely regulated, but this is practically difficult. In the Knudsen diffusion zone, sulfur compounds,
For example, the inflow of sulfur dioxide is regulated, but the inflow of a part cannot be regulated. To prevent acid gas such as sulfurous acid gas entering the platinum electrode from entering, a ceramic paper layer in which an alkali absorber is mixed with ceramic fibers is located in front of the catalyst layer, or a catalyst in which an alkali absorber is mixed. Preferably, a layer is provided to absorb and remove the acidic gas.

【0023】また鉄、マンガン、銅、ニッケル、クロ
ム、コバルトなどの金属酸化物系酸化触媒を貴金属系酸
化触媒の上層に配置することで、経時的に触媒層の活性
を向上させることができ、またこれらの金属酸化物系酸
化触媒は、アルカリ吸収体としても働くので、白金電極
の保護と経時的な劣化による活性の低下を防止すること
ができる。
By arranging a metal oxide-based oxidation catalyst such as iron, manganese, copper, nickel, chromium, and cobalt on the noble metal-based oxidation catalyst, the activity of the catalyst layer can be improved with time. In addition, since these metal oxide-based oxidation catalysts also function as an alkali absorber, it is possible to protect the platinum electrode and prevent a decrease in activity due to deterioration over time.

【0024】平板状のガス選択透過体の細孔内に触媒を
担持する構成も耐久性向上を意図しており、ガスの透過
の規制される細孔内に触媒が配置されるため、触媒の劣
化が進行し難く、実際に細孔のサイズが分布を持ってい
るような場合にも、細かいサイズの部分にある触媒は極
めて安定して継続的に機能を発揮し長寿命に繋がる。
The configuration in which the catalyst is supported in the pores of the gas selective permeator in the form of a plate is also intended to improve the durability. Since the catalyst is disposed in the pores in which gas permeation is regulated, Even in the case where the deterioration hardly progresses and the pore size actually has a distribution, the catalyst in the small-sized portion exhibits extremely stable and continuous functions, leading to a long life.

【0025】また固体電解質式ガスセンサの一酸化炭素
の検出出力は、450℃付近で最大であるが、この動作
を初期には500〜550℃に設定しておき、これを時
間経過とともに温度を下げていくことで、経時的にセン
サ出力を高めることができるので、フェールアウトのセ
ンサ特性に対して、これをカバーするものである。
The detection output of carbon monoxide of the solid electrolyte type gas sensor is maximum around 450 ° C., but this operation is initially set at 500 to 550 ° C., and the temperature is lowered over time. By doing so, it is possible to increase the sensor output over time, which covers the fail-out sensor characteristics.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態は、加
熱手段およびガスの出入り口にガス選択透過体を備えた
ガスセンサにおいて、酸素イオン導電性固体電解質の表
面に一対の白金電極を形成し、その一方の白金電極上に
酸化触媒をセラミック繊維とともに抄紙した触媒層を形
成し、さらにその上に積層してアルカリ吸収体をセラミ
ック繊維とともに抄紙した吸収層を形成し、他方の白金
電極上にアルカリ吸収体をセラミック繊維とともに抄紙
した吸収層を形成したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention is directed to a gas sensor provided with a heating means and a gas selective permeable body at a gas inlet / outlet, wherein a pair of platinum electrodes is formed on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte. Then, on one of the platinum electrodes, a catalyst layer was formed by making an oxidation catalyst together with ceramic fibers, and then further laminated thereon to form an absorption layer formed by making an alkali absorber together with the ceramic fibers to form an absorption layer. And an absorbent layer formed by paper-making an alkaline absorber together with ceramic fibers.

【0027】検出ガスは、全てガス選択透過体を通過し
て進入するため、分子量の大きな妨害ガスは進入が防止
または規制される。特に白金電極の被毒に悪影響を与え
る亜硫酸ガスや二酸化窒素などの酸性ガスは仮に一部が
進入したとしても、アルカリ吸収体で吸収されて除去さ
れるため、触媒層および白金電極への到達が阻止され、
長寿命化に繋がる。アルカリ吸収体としては、アルカリ
金属またはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸
塩を主成分とするセラミック混合物や亜硫酸ガスや二酸
化窒素などの酸性ガスと反応する金属酸化物を含有する
セラミック混合物などを10〜100メッシュ程度の粒
度に造粒して用いるのが望ましい。白金電極への酸素ガ
スの通気性は、セラミック繊維の中に触媒が通気性を阻
害しない状態で分散されているので全く支障はなく、ま
た触媒粉末をセラミック繊維ととおに混抄したセラミッ
クペーパーは、無機接着剤で接着したり、無機繊維を用
いて白金電極上に固定して保持しても良い。
Since all of the detection gas enters through the gas selective permeator, the entry of an interfering gas having a large molecular weight is prevented or restricted. In particular, even if a part of the acid gas such as sulfur dioxide gas or nitrogen dioxide which adversely affects the poisoning of the platinum electrode is absorbed and removed by the alkali absorber, even if a part of the gas enters, the acid gas reaches the catalyst layer and the platinum electrode. Blocked,
This leads to a longer life. Examples of the alkali absorber include a ceramic mixture containing an alkali metal or alkaline earth metal oxide, hydroxide, or carbonate as a main component, or a ceramic containing a metal oxide that reacts with an acidic gas such as sulfur dioxide or nitrogen dioxide. It is desirable that the mixture or the like is granulated to a particle size of about 10 to 100 mesh before use. The permeability of oxygen gas to the platinum electrode is not affected at all because the catalyst is dispersed in the ceramic fiber without impairing the permeability, and ceramic paper obtained by mixing the catalyst powder with the ceramic fiber is It may be adhered with an inorganic adhesive or fixed and held on a platinum electrode using inorganic fibers.

【0028】用いる電極は、白金電極系に限定される
が、これは必要なパターンにマスキングした状態でスパ
ッタリングや電子ビーム蒸着により薄膜に形成しても良
いし、また必要なパターンでの無電解メッキで形成して
も良い。さらに少し性能は劣るが白金ペーストを用いた
スクリーン印刷による厚膜印刷法で所定のパターンに形
成しても良い。
The electrode used is limited to a platinum electrode system. The electrode may be formed into a thin film by sputtering or electron beam evaporation while masking a required pattern, or may be formed by electroless plating in a required pattern. May be formed. Although the performance is slightly lower, a predetermined pattern may be formed by a thick film printing method by screen printing using a platinum paste.

【0029】第2の実施の形態は、加熱手段およびガス
の出入り口にガス選択透過体を備えたガスセンサにおい
て酸素イオン導電性固体電解質の表面に一対の白金電極
を形成し、その一方の白金電極上に酸化触媒およびアル
カリ吸収体をセラミック繊維とともに抄紙した皮膜層を
形成し、他方の白金電極上にアルカリ吸収体をセラミッ
ク繊維とともに抄紙した吸収層を形成したものである。
In the second embodiment, a pair of platinum electrodes is formed on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte in a gas sensor provided with a heating means and a gas selective permeable body at a gas inlet / outlet. In addition, a film layer was formed by making an oxidation catalyst and an alkali absorber together with ceramic fibers, and an absorption layer was formed by making an alkali absorber together with ceramic fibers on the other platinum electrode.

【0030】アルカリ吸収体が酸化触媒とともにランダ
ムに混在した状態となっているが、酸性ガスの吸収効果
は、上記の場合と同様であり、白金電極への被毒ガスの
到達が防止されるためセンサの長寿命が見込まれる。
Although the alkali absorber is randomly mixed with the oxidation catalyst, the effect of absorbing the acidic gas is the same as in the above case, and the poisoning gas does not reach the platinum electrode. Long life expectancy is expected.

【0031】第3の実施の形態は、加熱手段およびガス
の出入り口にガス選択透過体を備えたガスセンサにおい
て、酸素イオン導電性固体電解質の表面に一対の白金電
極を形成し、その一方の白金電極上に貴金属系酸化触媒
をセラミック繊維とともに抄紙した第一の触媒層を形成
し、さらにその上に積層して金属酸化物系酸化触媒をセ
ラミック繊維とともに抄紙した第二の触媒層を形成し、
他方の白金電極上にアルカリ吸収体をセラミック繊維と
ともに抄紙した吸収層を形成したものである。
The third embodiment is directed to a gas sensor provided with a heating means and a gas selective permeable body at the gas inlet / outlet, wherein a pair of platinum electrodes is formed on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and one of the platinum electrodes is formed. A first catalyst layer formed of a noble metal-based oxidation catalyst together with ceramic fibers is formed thereon, and a second catalyst layer formed by laminating a metal oxide-based oxidation catalyst together with the ceramic fibers is further formed thereon.
On the other platinum electrode, an absorption layer was formed by paper-making an alkali absorber together with ceramic fibers.

【0032】金属酸化物系酸化触媒としては、鉄、マン
ガン、銅、ニッケル、コバルト、クロムなどの遷移金属
酸化物を主成分とする複合酸化物または混合物を用いる
が、これらの金属酸化物は、酸性ガスの亜硫酸ガスや二
酸化窒素ガスをよく吸収するアルカリ吸収体としても機
能する。
As the metal oxide-based oxidation catalyst, a composite oxide or a mixture mainly containing a transition metal oxide such as iron, manganese, copper, nickel, cobalt and chromium is used. It also functions as an alkali absorber that well absorbs acidic gases such as sulfurous acid gas and nitrogen dioxide gas.

【0033】また一酸化炭素の酸化機能は、貴金属系酸
化触媒の方が活性が高いので、アルカリ吸収体として作
用して酸性ガスを吸収した金属酸化物系酸化触媒が劣化
すると、ついで貴金属系酸化触媒が酸化触媒としての機
能を発揮することになり経時的に触媒活性が向上する特
性を示すことができる。これは、劣化の進行によりセン
サ出力が低下するというフェールアウト性をカバーする
ことになる。
The oxidation function of carbon monoxide is higher in the noble metal-based oxidation catalyst, so that when the metal oxide-based oxidation catalyst acting as an alkali absorber and absorbing the acidic gas is deteriorated, the noble metal-based oxidation catalyst is deteriorated. The catalyst exhibits a function as an oxidation catalyst, and can exhibit characteristics of improving the catalytic activity with time. This covers a fail-out property in which the sensor output decreases as the deterioration proceeds.

【0034】第4の実施の形態は、同一面上に一対の白
金電極を形成し、その一方の白金電極上に酸化触媒およ
びアルカリ吸収体をセラミック繊維とともに抄紙した皮
膜層を形成し、他方の白金電極上にもアルカリ吸収体を
セラミック繊維とともに抄紙した吸収層を形成した平板
状の酸素イオン導電性固体電解質と、裏面にヒータ膜の
ような加熱手段を形成した平板状のガス選択透過体と
を、一対の白金電極、触媒層、皮膜層の外周部において
ガラス材により接合シールして平板状のガスセンサにし
たものである。
In the fourth embodiment, a pair of platinum electrodes is formed on the same surface, a coating layer is formed on one of the platinum electrodes by making an oxidation catalyst and an alkali absorber together with ceramic fibers, and the other is formed. A plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte on which an absorption layer is formed by making an alkaline absorber together with ceramic fibers on a platinum electrode, and a plate-shaped gas selective permeable body on which a heating means such as a heater film is formed on the back surface. Are bonded and sealed with a glass material at the outer periphery of a pair of platinum electrodes, a catalyst layer, and a coating layer to form a flat gas sensor.

【0035】検出ガスは、平板状のガス選択透過体のみ
を通して流入し、ガス中の酸性ガスが一部通過したとし
てもアルカリ吸収体を含む吸収層で吸収される。酸化触
媒触を含む被膜層と対向する一方の白金電極と吸収層に
対向する他方の白金電極とで酸素濃淡電池が形成され、
一酸化炭素の濃度に対応したセンサ出力、すなわち起電
力が得られる。
The detection gas flows only through the plate-shaped gas selective permeator, and is absorbed by the absorption layer containing the alkali absorber even if the acidic gas in the gas partially passes. An oxygen concentration cell is formed by one platinum electrode facing the coating layer containing the oxidation catalyst and the other platinum electrode facing the absorption layer,
A sensor output corresponding to the concentration of carbon monoxide, that is, an electromotive force is obtained.

【0036】第5の実施の形態は、同一面上に一対の白
金電極を形成した平板状の酸素イオン導電性固体電解質
と、この一方の白金電極に対向する領域の細孔内に酸化
触媒を担持し、裏面にヒータ膜のような加熱手段を形成
した平板状のガス選択透過体とを一対の白金電極の外周
部においてガラス材により接合シールしたものである。
In the fifth embodiment, a plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte having a pair of platinum electrodes formed on the same surface, and an oxidation catalyst in a pore in a region opposed to the one platinum electrode. A plate-shaped gas selective permeable member which is supported and has a heating means such as a heater film formed on the back surface is joined and sealed with a glass material at the outer peripheral portions of a pair of platinum electrodes.

【0037】酸化触媒がガス選択透過体の細孔内に形成
されているため、あるサイズ以下の細孔内に存在する酸
化触媒は劣化する可能性が極めて低くなり、長期間にわ
たって触媒の活性が維持される。
Since the oxidation catalyst is formed in the pores of the gas selective permeable body, the possibility that the oxidation catalyst present in pores having a certain size or less deteriorates is extremely low, and the activity of the catalyst is reduced over a long period of time. Will be maintained.

【0038】第6の実施の形態は、ガス選択透過体とし
て、アルミナもしくはフォルステライトを用いたもので
ある。
In the sixth embodiment, alumina or forsterite is used as the gas selective permeable material.

【0039】酸素イオン導電性固体電解質として、安価
なイットリア安定化ジルコニアを用いるのが経済的であ
るが、イットリア安定化ジルコニアを用いて信頼性の高
いガスセンサ素子を構成するには、ジルコニアと熱膨張
係数が近似している材料を用いる必要があり、アルミナ
もしくはフォルステライトは熱膨張係数が近似しており
効果的である。
Although it is economical to use inexpensive yttria-stabilized zirconia as the oxygen ion conductive solid electrolyte, a highly reliable gas sensor element using yttria-stabilized zirconia requires zirconia and thermal expansion. It is necessary to use a material having a similar coefficient, and alumina or forsterite is effective because the coefficient of thermal expansion is similar.

【0040】第7の実施の形態は、初期動作温度を50
0〜550℃に設定し、設定温度制御手段を用い、ガス
センサの動作時間に基づいて経時的に温度を下げるよう
にしたものである。イットリア安定化ジルコニアを用い
た固体電解質式ガスセンサは、一酸化炭素について450
℃付近で最大のセンサ出力を示すが、センサ温度を一定
値に設定した場合、経時的に酸化触媒、白金電極の劣化
が起こると、センサ出力は徐々に低下することになるの
で、初期設定では、センサ出力が小さい側の上記温度域
に設定し、仮に、劣化が起こったとしても動作温度を初
期設定温度から下げていくことでセンサ出力を増大させ
ることができ、フェールアウトのセンサ特性をカバーす
ることができる。
In the seventh embodiment, the initial operating temperature is set to 50.
The temperature is set to 0 to 550 ° C., and the temperature is lowered over time based on the operation time of the gas sensor using the set temperature control means. The solid electrolyte gas sensor using yttria-stabilized zirconia has a carbon monoxide
Although the maximum sensor output is shown around ℃, when the sensor temperature is set to a constant value, if the oxidation catalyst and platinum electrode deteriorate over time, the sensor output will gradually decrease. If the sensor output is set to the lower temperature range, the sensor output can be increased by lowering the operating temperature from the initial setting temperature even if the deterioration occurs. can do.

【0041】以下本発明の実施例について図1ないし図
7を用いて説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例1の固体電解質式ガ
スセンサの断面概念図を示すものである。図1におい
て、1は加熱手段で、鉄クロムやニクロムの電熱線をコ
イル状にして、接触加熱させても良く、また厚膜印刷に
より抵抗膜を形成して用いても良いが、この加熱手段1
により、ガスセンサは必要な400〜500℃の温度域
に加熱される。2はガス選択透過体で、形状は管状、平
板状、袋状などの各種形状が適用可能であり、センサ素
子部へ流入するガスが全てこのガス選択透過体2を通し
て行われるように構成する必要がある。本実施例の場合
には、管状のガス選択透過体2を用い、その両端はシー
ル材10を用いてシールする構成を採用している。シー
ル材10としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、
アルカリ金属珪酸塩、金属燐酸塩などの無機結合材を用
いた接着材やガラス系組成物を用いる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. (Embodiment 1) FIG. 1 is a conceptual sectional view of a solid electrolyte gas sensor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heating means, which may be formed by heating a hot wire of iron chromium or nichrome in a coil shape and heating it by contact, or may be used by forming a resistive film by thick film printing. 1
Accordingly, the gas sensor is heated to a required temperature range of 400 to 500 ° C. Reference numeral 2 denotes a gas selective permeable body, which can be of various shapes such as a tubular shape, a flat plate shape, and a bag shape, and needs to be configured so that all gas flowing into the sensor element portion is performed through the gas selective permeable body 2. There is. In the case of the present embodiment, a configuration is adopted in which a tubular gas selective permeable body 2 is used, and both ends thereof are sealed with a sealing material 10. Alumina sol, colloidal silica,
An adhesive or a glass composition using an inorganic binder such as an alkali metal silicate or a metal phosphate is used.

【0042】つぎに、ガス選択透過体2の作製法の中で
有力な方法であるゾル−ゲル法による多孔質体の細孔径
の制御方法について説明する。基本製法は、精密濾過膜
として一般に市販されている1ミクロンレベルの細孔を
持つセラミック多孔体を基材として用いて、この細孔を
閉じて作製するものである。
Next, a method of controlling the pore diameter of the porous body by the sol-gel method, which is an effective method among the methods for producing the gas selective permeable member 2, will be described. In the basic production method, a ceramic porous body having a pore of 1 micron level, which is generally commercially available as a microfiltration membrane, is used as a base material, and the pores are closed.

【0043】アルミニウムイソプロボキシドやテトラエ
トキシシランなどの金属アルコキシドを加水分解した
後、塩酸等の触媒条件下で縮重合させてゾル溶液を作成
する。このゾル溶液は貫通する細孔を有する親水性の多
孔性セラミックと接触させることにより、毛管力で水が
吸引され、多孔性セラミックの細孔内でゾルの濃縮さら
にはゲル化が起こる。必要により、ゾル溶液を多孔性セ
ラミックを用いて濾過する方法も採用でき、この現象を
利用して、細孔径の制御が可能になる。
After hydrolyzing a metal alkoxide such as aluminum isopropoxide or tetraethoxysilane, the solution is subjected to polycondensation under catalytic conditions such as hydrochloric acid to prepare a sol solution. When the sol solution is brought into contact with a hydrophilic porous ceramic having through pores, water is sucked by capillary force, and sol concentration and gelation occur in the pores of the porous ceramic. If necessary, a method of filtering the sol solution using a porous ceramic can also be adopted, and this phenomenon can be used to control the pore diameter.

【0044】多孔性セラミックの細孔を金属アルコキシ
ドから得たゾル水溶液とを接触させると、具体的には多
孔性セラミックをソル溶液中に短時間浸漬させた後乾燥
すると、細孔内でゲル化が起こり、細孔が閉塞される。
多孔性セラミックの細孔表面の濡れ性、ゾルの濃度、浸
漬時間を調整することにより2〜数Åレベルで均一な細
孔径の制御ができる。
When the pores of the porous ceramic are brought into contact with an aqueous solution of a sol obtained from a metal alkoxide, specifically, the porous ceramic is dipped in a sol solution for a short time and then dried. Occurs and the pores are closed.
By adjusting the wettability of the pore surface of the porous ceramic, the concentration of the sol, and the immersion time, a uniform pore diameter can be controlled at a level of 2 to several millimeters.

【0045】ゾル−ゲル法以外にはCVD法を用い、流
通系で化合物を熱分解させながら多孔性セラミックの細
孔内に酸化物を形成成長させることにより細孔制御を行
っても良い。この方法は円筒状のセラミックガス選択透
過体を作製する方法として優れている。
In addition to the sol-gel method, the pore control may be performed by using a CVD method and forming and growing an oxide in the pores of the porous ceramic while thermally decomposing the compound in a flow system. This method is excellent as a method for producing a cylindrical ceramic gas selective permeable body.

【0046】このようにして作製した細孔は、高分子量
のガスは通過させなく、また細孔の内部に生成している
ゲル皮膜との相互作用により、ガス透過性に選択性が発
生する。すなわち、ガス分子とゲル分子との分子間力は
永久双極子間の相互作用による配向力および永久双極子
と誘起双極子間の誘起力およびファンデルワールス相互
作用に基づく分散力により、ガス透過性に選択性が発生
する。
The pores thus produced do not allow the passage of high molecular weight gas, and the gas permeability becomes selective due to the interaction with the gel film formed inside the pores. That is, the intermolecular force between the gas molecule and the gel molecule is determined by the orientation force due to the interaction between the permanent dipoles, the induced force between the permanent dipole and the induced dipole, and the dispersion force based on the van der Waals interaction. Selectivity occurs.

【0047】3は酸素イオン導電性固体電解質で、イッ
トリア安定化ジルコニアなどを用い、この酸素イオン導
電性固体電解質3の表面上に一対の白金電極4が形成さ
れている。白金電極4は、所定のパターンにマスキング
し、電子ビーム蒸着やスパッタリングなどにより薄膜を
形成するのが特性的に有利で、早い応答性および大きな
センサ出力が得られる。しかし、特性は劣るがペースト
を用いてスクリーン印刷した後、焼成して形成する厚膜
印刷法や転写法により形成しても良い。図1では平板状
の酸素イオン導電性固体電解質3の表、裏に、白金電極
4を形成している。片方の白金電極4の上には、酸化触
媒5をセラミック繊維とともに混抄して作製した触媒層
6と、さらにこの上に積層してアルカリ吸収体7セラミ
ック繊維とともに混抄した吸収層8を形成する。他方の
白金電極4上には、アルカリ吸収体7をセラミック繊維
とともに抄紙した吸収層9を形成する。
Reference numeral 3 denotes an oxygen ion conductive solid electrolyte, which uses yttria-stabilized zirconia or the like. A pair of platinum electrodes 4 are formed on the surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte 3. It is characteristically advantageous that the platinum electrode 4 is masked in a predetermined pattern and a thin film is formed by electron beam evaporation, sputtering, or the like, so that a quick response and a large sensor output can be obtained. However, although it is inferior in characteristics, it may be formed by a thick-film printing method or a transfer method in which a screen is printed using a paste and then fired. In FIG. 1, platinum electrodes 4 are formed on the front and back sides of the flat oxygen ion conductive solid electrolyte 3. On one of the platinum electrodes 4, a catalyst layer 6 prepared by mixing the oxidation catalyst 5 together with ceramic fibers, and an absorption layer 8 further laminated thereon and mixed with the alkali absorber 7 ceramic fibers are formed. On the other platinum electrode 4, an absorption layer 9 in which an alkaline absorber 7 is made together with ceramic fibers is formed.

【0048】酸化触媒5としては、白金、パラジウム、
ロジウムなどの貴金属を多孔性担体上に担持した貴金属
系触媒や、鉄、マンガン、銅、ニッケル、コバルト、ク
ロム系などの遷移金属酸化物などを含む混合物または複
合酸化物触媒を用いることができ、シリカ、アルミナ、
ジルコニアなどのセラミック繊維と前記触媒粉末とをア
ルミナゾルやコロイダルシリカなどの無機結合材ととも
に水などの分散媒に分散攪拌したのち、フイルターで抄
紙し、プレス、乾燥してシート状に作製する。金属酸化
物微粉末を用いて抄紙する場合には、出来上がりの皮膜
の通気性を改善するため10〜100メッシュ程度の粒
度に造粒して用いるのが望ましい。
As the oxidation catalyst 5, platinum, palladium,
A noble metal-based catalyst in which a noble metal such as rhodium is supported on a porous carrier, or a mixture or composite oxide catalyst containing a transition metal oxide such as iron, manganese, copper, nickel, cobalt, and chromium can be used. Silica, alumina,
A ceramic fiber such as zirconia and the catalyst powder are dispersed and stirred in a dispersion medium such as water together with an inorganic binder such as alumina sol or colloidal silica, and then paper-made with a filter, pressed and dried to form a sheet. In the case where papermaking is performed using metal oxide fine powder, it is desirable to use granulated particles having a particle size of about 10 to 100 mesh in order to improve the air permeability of the resulting film.

【0049】アルカリ吸収体7としては、アルカリ金
属、アルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩を主
成分として結合材により多孔性の硬化体として用いる
が、アルカリ吸収体7は造粒して用いるのが望ましい。
The alkali absorber 7 is used as a porous cured material mainly composed of an oxide, hydroxide, or carbonate of an alkali metal or an alkaline earth metal and made of a binder. It is desirable to use it.

【0050】つぎに、上記のようにして形成した固体電
解質式ガスセンサの動作について説明する。ガスセンサ
の動作に必要な温度は、加熱手段1により供給され、燃
焼ガスの排気流路にこのガスセンサを設置する。燃焼ガ
スはガス選択透過体2を介して検知部に流入するので、
酸素イオン導電性固体電解質3へ流入するガスは選択さ
れ、被毒ガスの亜硫酸ガスは、ほとんど流入しないか、
流入しても極めて規制された酸素イオン導電性状態とな
る。検出に必要な酸素、一酸化炭素のガスはガス選択透
過体2による選択に影響されないので酸素イオン導電性
固体電解質3に流入するので、この固体電解質3により
一酸化炭素ガスの濃度に応じた起電力が出力され検出で
きる。亜硫酸ガスが一部流入したとしても、吸収層8、
9のアルカリ吸収体7により吸収され、酸化触媒5、白
金電極4は保護される。
Next, the operation of the solid electrolyte gas sensor formed as described above will be described. The temperature required for the operation of the gas sensor is supplied by the heating means 1 and the gas sensor is installed in the exhaust gas flow path of the combustion gas. Since the combustion gas flows into the detection unit via the gas selective permeable body 2,
The gas flowing into the oxygen ion conductive solid electrolyte 3 is selected, and the sulfurous acid gas, which is a poisoning gas, hardly flows or
Even if it flows in, it will be in an extremely regulated oxygen ion conductive state. Since the gas of oxygen and carbon monoxide required for the detection is not affected by the selection by the gas selective permeable member 2, the gas flows into the oxygen ion conductive solid electrolyte 3, so that the solid electrolyte 3 generates a gas corresponding to the concentration of the carbon monoxide gas. Power is output and can be detected. Even if sulfurous acid gas partially flows in, the absorption layer 8,
The oxidation catalyst 5 and the platinum electrode 4 are absorbed by the alkali absorber 7 of No. 9 and protected.

【0051】(実施例2)図2は本発明の実施例2の固
体電解質式ガスセンサの概念図を示すものである。図1
で説明した実施例1では、酸化触媒5をセラミック繊維
とともに混抄した触媒層6の上にアルカリ吸収体7をセ
ラミック繊維とともに混抄した吸収層8を形成している
のに対して、この実施例ではアルカリ吸収体7を酸化触
媒5とともにセラミック繊維と混抄した一層から成る皮
膜層11を形成しており、それ以外の構成は図1の場合
と同様である。この実施例においては、酸化触媒5を含
むの皮膜層11が実施例1の場合の積層よりは薄く形成
できるので、酸素イオン導電性固体電解質3をガス選択
透過体2の中に収納する際に、ガスセンサの寸法を小型
化できる利点がある。被毒ガスである亜硫酸ガスなどの
酸性ガスによる被毒防止効果については、酸化触媒5の
保護の効果では実施例1の場合より劣るが、白金電極4
の保護の効果は、実施例1の場合と同様である。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a conceptual diagram of a solid electrolyte gas sensor according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.
In the first embodiment described above, the absorption layer 8 in which the alkali absorber 7 is mixed with the ceramic fibers is formed on the catalyst layer 6 in which the oxidation catalyst 5 is mixed with the ceramic fibers. A coating layer 11 composed of a single layer obtained by mixing an alkali absorber 7 with ceramic fibers together with an oxidation catalyst 5 is formed, and the other configuration is the same as that of FIG. In this embodiment, since the coating layer 11 including the oxidation catalyst 5 can be formed thinner than the lamination in the case of the first embodiment, when the oxygen ion conductive solid electrolyte 3 is housed in the gas selective permeable body 2, This has the advantage that the size of the gas sensor can be reduced. Regarding the effect of preventing poisoning by an acidic gas such as sulfurous acid gas, which is a poisoning gas, the effect of protecting the oxidation catalyst 5 is inferior to that of the first embodiment.
Is the same as that of the first embodiment.

【0052】(実施例3)図3は本発明の実施例3の固
体電解質ガスセンサの断面概念図を示すものであり、実
施例1および実施例2の場合と比較して異なるのは、酸
化触媒5を含む触媒層6および被膜層11の構成であ
る。この実施例3では、貴金属系の酸化触媒12をセラ
ミック繊維とともに混抄した第一の触媒層6に積層し
て、金属酸化物系の酸化触媒13をセラミック繊維とと
もに混抄した第二の触媒層14を形成して用いる。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solid electrolyte gas sensor according to Embodiment 3 of the present invention. The difference from Embodiments 1 and 2 is that the oxidation catalyst is different. 5 is a configuration of a catalyst layer 6 including a coating layer 5 and a coating layer 11. In Example 3, a second catalyst layer 14 in which a noble metal-based oxidation catalyst 12 was mixed with ceramic fibers was laminated on the first catalyst layer 6 and a metal oxide-based oxidation catalyst 13 was mixed with ceramic fibers. Form and use.

【0053】貴金属系の酸化触媒12は、白金、パラジ
ウム、ロジウムなどの貴金属元素の一種以上の元素をγ
アルミナなどの多孔質担体に担持して用いる。担体の粒
度は、10〜100メッシュの範囲のものを用いるの
が、通気性の面および抄紙工程を効率的に進める上で望
ましい。
The noble metal-based oxidation catalyst 12 converts one or more noble metal elements such as platinum, palladium and rhodium into γ.
It is used by being supported on a porous carrier such as alumina. It is desirable to use a carrier having a particle size in the range of 10 to 100 mesh from the viewpoint of air permeability and efficient papermaking process.

【0054】金属酸化物系の酸化触媒13としては、
鉄、マンガン、銅、ニッケル、クロム、コバルトなどの
遷移金属の酸化物やペロブスカイト、スピネル構造など
を持つ複合酸化物などを用いる。これらの酸化触媒は、
一酸化炭素を酸化する触媒機能に加えて、被毒物質の亜
硫酸ガスなどの酸性ガスを吸収または吸着する作用を有
する。また一般的に、貴金属系の酸化触媒に対して金属
酸化物系の酸化触媒の方が用いる量が多くなるので被毒
に対しては、貴金属系の酸化触媒よりは、金属酸化物系
の酸化触媒の方が耐久性が高くなる。この金属酸化物系
酸化触媒の示す酸性ガスの吸収反応または吸着反応は結
果的には、酸化触媒を劣化させることになるが、逆に下
層にある貴金属系の酸化触媒12や白金電極4を被毒か
ら保護する働きを持つことになる。また一般に一酸化炭
素の酸化反応の活性は貴金属系の酸化触媒12の方が優
れているため、一酸化炭素の酸化反応の面では、予め酸
化能力の点で余裕がある状態に構成しておけば、経時的
に上層の触媒層14劣化すると、酸化活性の高い下層の
触媒層6が酸化反応に機能することになり、長寿命化の
面で有利になる。ガスセンサとしての動作およびガス選
択透過体2の効果は、実施例1および実施例2の場合と
同様である。
Examples of the metal oxide-based oxidation catalyst 13 include:
An oxide of a transition metal such as iron, manganese, copper, nickel, chromium, or cobalt, or a composite oxide having a perovskite, spinel structure, or the like is used. These oxidation catalysts
In addition to its catalytic function of oxidizing carbon monoxide, it has an action of absorbing or adsorbing acidic gases such as sulfur dioxide as a poisoning substance. In general, the amount of the metal oxide-based oxidation catalyst used is larger than that of the noble metal-based oxidation catalyst. The catalyst has higher durability. The absorption reaction or adsorption reaction of the acidic gas exhibited by the metal oxide-based oxidation catalyst eventually deteriorates the oxidation catalyst, but conversely covers the noble metal-based oxidation catalyst 12 and the platinum electrode 4 in the lower layer. It has the function of protecting from poison. In general, the activity of the oxidation reaction of carbon monoxide is superior to that of the noble metal-based oxidation catalyst 12. Therefore, in terms of the oxidation reaction of carbon monoxide, it is necessary to configure the oxidation catalyst 12 in a state where there is a margin in terms of oxidation ability. For example, if the upper catalyst layer 14 deteriorates with time, the lower catalyst layer 6 having high oxidation activity functions for the oxidation reaction, which is advantageous in extending the life. The operation as a gas sensor and the effect of the gas selective permeable body 2 are the same as those in the first and second embodiments.

【0055】(実施例4)図4は本発明の実施例4にお
ける固体電解質ガスセンサの断面概念図を示すものであ
り、平板状に構成した例である。図4において、平板状
の酸素イオン導電性固体電解質3の同一平面上に一対の
白金電極4を形成し、その一方の白金電極4の上に酸化
触媒5およびアルカリ吸収体7をセラミック繊維ととも
に混抄した皮膜層11を形成し、他方の白金電極4の上
にアルカリ吸収体7をセラミック繊維とともに混抄した
吸収層9を形成し、この状態で酸素イオン導電性固体電
解質3と裏面にヒータ膜からなる加熱手段15を形成し
た平板状のガス選択透過体2とをガラス材16を用いて
接合シールしてガスセンサを構成する。ここで用いるガ
ラス材16としては、酸素イオン導電性固体電解質3お
よびガス選択透過体2と熱膨張係数差を生じないような
材料を選択して用いる。なお、ガスセンサを構成する各
要素は、既に実施例1で説明したと同様の方法で作製さ
れる。
(Embodiment 4) FIG. 4 is a sectional conceptual view of a solid electrolyte gas sensor according to Embodiment 4 of the present invention, and is an example in which the sensor is formed in a flat plate shape. In FIG. 4, a pair of platinum electrodes 4 are formed on the same plane of a flat oxygen ion conductive solid electrolyte 3, and an oxidation catalyst 5 and an alkali absorber 7 are mixed together with ceramic fibers on one of the platinum electrodes 4. A coating layer 11 is formed on the other platinum electrode 4 to form an absorption layer 9 in which an alkali absorber 7 is mixed together with ceramic fibers. In this state, the oxygen ion conductive solid electrolyte 3 and a heater film on the back surface are formed. A gas sensor is formed by joining and sealing the plate-shaped gas selective permeable body 2 on which the heating means 15 is formed by using a glass material 16. As the glass material 16 used here, a material that does not cause a difference in thermal expansion coefficient from the oxygen ion conductive solid electrolyte 3 and the gas selective permeable body 2 is selected and used. The components constituting the gas sensor are manufactured by the same method as described in the first embodiment.

【0056】センサの駆動に必要な加熱は、加熱手段1
5で行われ、ガス選択透過体2はその片面に加熱手段1
5が形成してあるが、そのガス選択透過性は全く損なわ
れることはない。一酸化炭素の検出に必要な酸素および
一酸化炭素また触媒反応により形成される二酸化炭素
は、ガス選択透過体2を介して出入りでき、これにより
一酸化炭素を検出して、起電力出力が発生する。ガスセ
ンサとしての耐久性に関しては、分子量の大きな亜硫酸
ガスや灯油蒸気などは、ガス選択透過体2によりその流
入が規制されることで先ず保護され、もし一部の亜硫酸
ガスが流入したとしても、吸収層9および被膜層11の
アルカリ吸収体7で吸収されるので、酸化触媒5、白金
電極4の被毒は保護されることにより長寿命のガスセン
サが実現できる。
The heating required for driving the sensor is performed by heating means 1
5, the gas selective permeable body 2 is provided with a heating means 1 on one side thereof.
Although 5 is formed, its gas permselectivity is not impaired at all. Oxygen and carbon monoxide required for the detection of carbon monoxide and carbon dioxide formed by the catalytic reaction can enter and exit through the gas selective permeator 2, thereby detecting carbon monoxide and generating an electromotive force output. I do. Regarding the durability as a gas sensor, sulfur dioxide gas or kerosene vapor having a large molecular weight is first protected by the gas selective permeator 2 restricting its inflow, and even if some sulfur dioxide gas flows in, it is absorbed. Since it is absorbed by the alkali absorber 7 of the layer 9 and the coating layer 11, the poisoning of the oxidation catalyst 5 and the platinum electrode 4 is protected, so that a long-life gas sensor can be realized.

【0057】(実施例5)図5は本発明の実施例5にお
ける固体電解質式ガスセンサの断面概念図を示すもの
で、実施例4の場合と同様に平板状に構成した例であ
る。この実施例5の構成では、平板状の酸素イオン導電
性固体電解質3の同一平面上に一対の白金電極4を形成
し、一方の白金電極4に対向する領域の細孔内に酸化触
媒17を担持し、裏面にヒータ膜からなる加熱手段15
を形成した平板状のガス選択透過体2と、前記の酸素イ
オン導電性固体電解質3とを一対の白金電極4の外周を
囲むようにガラス材16によりシールしている。細孔内
に担持する酸化触媒17は、貴金属系の酸化触媒の水溶
液を、細孔部分のみは開孔し、他はマスキングして閉孔
した状態のガス選択透過体2により濾過して吸着させた
後、フォルマリンアルカリや水素化硼素ナトリウムなど
の還元剤溶液を用いる湿式法または300〜500℃程
度の加熱下で水素気流中で還元する乾式法により作製す
ることができる。
(Embodiment 5) FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solid electrolyte gas sensor according to Embodiment 5 of the present invention. In the configuration of the fifth embodiment, a pair of platinum electrodes 4 is formed on the same plane of the plate-shaped oxygen-ion-conductive solid electrolyte 3, and the oxidation catalyst 17 is placed in pores in a region facing one of the platinum electrodes 4. Heating means 15 which is carried and comprises a heater film on the back surface
Are sealed with a glass material 16 so as to surround the outer periphery of the pair of platinum electrodes 4. The oxidation catalyst 17 supported in the fine pores adsorbs the aqueous solution of the noble metal-based oxidation catalyst by filtering through the gas selective permeable body 2 in a state where only the fine pores are opened and the others are masked and closed. After that, it can be prepared by a wet method using a reducing agent solution such as formalin alkali or sodium borohydride or a dry method of reducing in a hydrogen stream under heating at about 300 to 500 ° C.

【0058】つぎにこのガスセンサの動作について説明
する。ガスセンサの駆動に必要な加熱は、加熱手段15
で行われ、ガス選択透過体2にはその片面に加熱手段1
55が形成してあるが、そのガス選択透過性は全く損な
われることはない。一対の白金電極4のうち、酸化触媒
17に対向する一方の白金電極4には、酸素は支障なく
到達するが、細孔内の酸化触媒17によって完全に酸化
されてしまうために一酸化炭素は到達しない。他方の白
金電極4へは、一酸化炭素、酸素が到達するので、一酸
化炭素を検出して、起電力出力が発生する。
Next, the operation of the gas sensor will be described. The heating required for driving the gas sensor is performed by heating means 15.
The gas selective permeable body 2 has a heating means 1 on one side thereof.
Although 55 is formed, its gas permeability is not impaired at all. Of the pair of platinum electrodes 4, oxygen reaches one of the platinum electrodes 4 facing the oxidation catalyst 17 without any problem, but carbon monoxide is completely oxidized by the oxidation catalyst 17 in the pores. Do not reach. Since carbon monoxide and oxygen reach the other platinum electrode 4, carbon monoxide is detected and an electromotive force output is generated.

【0059】酸化触媒17は細孔内に存在しているの
で、触媒は裸の場合と比較して亜硫酸ガスなどの被毒か
ら保護され、ガス選択透過体2の被毒防止効果は、すで
に記載した実施例の場合と同様である。
Since the oxidation catalyst 17 is present in the pores, the catalyst is protected from being poisoned by sulfur dioxide gas or the like as compared with the case where the catalyst is bare, and the effect of preventing the gas selective permeator 2 from being poisoned has already been described. This is the same as in the embodiment described above.

【0060】実施例4および実施例5における構成の場
合、いずれも異種材料が加熱下で接触する条件にあるこ
とから熱安定性が課題になり、酸素イオン導電性固体電
解質3として、イットリア安定化ジルコニアを用いる場
合、ガス選択透過体2の材料としては、イットリア安定
化ジルコニアと熱膨張係数が近いアルミナまたはフォル
ステライトを用いるのが望ましい。
In the case of the constructions of the fourth and fifth embodiments, thermal stability is a problem because the different materials are in contact with each other under heating, and the oxygen ion conductive solid electrolyte 3 has a yttria-stabilized structure. When zirconia is used, it is desirable to use alumina or forsterite having a thermal expansion coefficient close to that of yttria-stabilized zirconia as a material of the gas selective permeable member 2.

【0061】平板状のガス選択透過体2の作製法は以下
の手順で行うことができる。先ず、焼結法によりて多孔
体化し、ドクターブレード法などで平板に作製した平板
状多孔体を実施例1の場合に記載したゾル−ゲル法やC
VD法などにより細孔経を閉塞させ、径を制御して作製
する。多孔体の内部に細孔を含むので、この空気孔が熱
衝撃を緩衝して熱膨張収縮のサイクルに強くなる利点が
ある。
The flat gas selective permeable member 2 can be manufactured by the following procedure. First, a plate-shaped porous body made into a porous body by a sintering method and made into a flat plate by a doctor blade method or the like was prepared by the sol-gel method described in Example 1 or C
It is manufactured by closing the pores by a VD method or the like and controlling the diameter. Since the porous body contains fine pores, the air holes have an advantage that they buffer the thermal shock and are strong in the cycle of thermal expansion and contraction.

【0062】つぎに上記で説明した本実施例によるガス
センサについてその耐久性を評価した試験結果を示す。
Next, test results of evaluating the durability of the gas sensor according to the present embodiment described above are shown.

【0063】ガス選択透過体は、一般に焼結法により作
製された精密濾過用の目的に用いられているものをセラ
ミックフィルターのベースとし、これを加工して作製す
る。焼結法により作製されるセラミックフィルターは、
細孔径が0.1ミクロンが限界であるので、これをガス
選択透過の目的に利用できるようにするためには、この
細孔を塞ぐ処理が必要である。そこで、市販のアルミナ
精密濾過管(3.0/2.5mmφ)を用い、これをアル
ミニウムポリマーにより塞いでガス選択透過体とした。
The gas selective permeable body is generally manufactured by a sintering method and used for the purpose of microfiltration as a base of a ceramic filter, and is processed and manufactured. Ceramic filters made by the sintering method
Since the pore diameter is limited to 0.1 micron, in order to be able to use it for the purpose of selective gas permeation, a treatment for closing the pores is required. Therefore, a commercially available alumina microfiltration tube (3.0 / 2.5 mmφ) was used, which was closed with an aluminum polymer to obtain a gas selective permeable material.

【0064】アルミニウムポリマーはゾル−ゲル法によ
り作製した。すなわちアルミニウムイソプロポキシドを
80℃にて24時間加水分解したのち、塩酸触媒下で煮
沸下で48時間重合反応させて作製した。ガス選択透過
体の処理は、先のポリマー溶液中にアルミナ精密濾過管
を約10秒間浸漬したのち約8時間室温で乾燥させ、つ
いで50K/hで773Kまで焼成して作製した場合に
は、細孔径は、約800Åと大きかった。次に、アルミ
ナポリマーを用いて、約3分間、濾過管で濾過させた
後、約8時間室温で乾燥させ、ついで50K/hで773
Kまで焼成する操作を何回か繰り返して細孔径の制御を
行った処、ベーマイト膜はγアルミナに変化していた。
分画分子量の評価および走査型電子顕微鏡で直接確認し
たところ約4回の処理で細孔径は約50Åであった。こ
のようにして、セラミック製ガス選択透過管を作製し、
35cmの長さで処理し、必要なサイズにダイヤモンドカ
ッターで切断してセンサに用いた。
The aluminum polymer was prepared by a sol-gel method. That is, it was prepared by hydrolyzing aluminum isopropoxide at 80 ° C. for 24 hours and then conducting a polymerization reaction under boiling for 48 hours under a hydrochloric acid catalyst. In the treatment of the gas selective permeator, the alumina microfiltration tube was immersed in the polymer solution for about 10 seconds, dried for about 8 hours at room temperature, and then baked at 50 K / h to 773 K. The pore size was as large as about 800 °. Next, the mixture was filtered with an alumina polymer through a filter tube for about 3 minutes, dried at room temperature for about 8 hours, and then 773 at 50 K / h.
When the operation of baking to K was repeated several times to control the pore diameter, the boehmite film was changed to γ-alumina.
Evaluation of the molecular weight cutoff and direct confirmation with a scanning electron microscope revealed that the pore diameter was about 50 ° after about four treatments. In this way, a ceramic gas selective permeation tube is produced,
It was processed at a length of 35 cm, cut into a required size with a diamond cutter, and used for a sensor.

【0065】1.5×8mm(板厚:0.25mm)のジルコ
ニア基板(イットリア安定化ジルコニア:イットリア8
MOL%品)の基板温度を300℃とし、その表裏面に
電極面積1×6mmの寸法で対向するようにスハ゜ッタリンク゛に
より白金電極を作製し、市販の白金ペーストを用いて、
0.1mmの白金リード線を接合した。
A 1.5 × 8 mm (plate thickness: 0.25 mm) zirconia substrate (yttria stabilized zirconia: yttria 8)
(MOL% product) with a substrate temperature of 300 ° C., a platinum electrode is produced by a shutter link so as to face the front and back surfaces with an electrode area of 1 × 6 mm, and a commercially available platinum paste is used.
A 0.1 mm platinum lead wire was joined.

【0066】次に触媒層および吸収層は以下の手順で作
製した。先ず触媒層については、粒径が40/60メッ
シュのγアルミナ上に0.1wt%の白金およびパラジウムを
坦持し、塩化白金酸、塩化パラジウムの硝酸、塩酸水溶
液を吸着させた後、水素化ホウ素ナトリウム水溶液にて
還元して触媒を作製し、シリカアルミナ繊維とともに7
00g/m2の坪量にて混抄し、0.5mmの触媒含有セラ
ミックシートを作製した。
Next, a catalyst layer and an absorption layer were prepared in the following procedure. First, for the catalyst layer, 0.1 wt% of platinum and palladium are supported on γ-alumina having a particle size of 40/60 mesh, and chloroplatinic acid, nitric acid of palladium chloride and hydrochloric acid aqueous solution are adsorbed, and then borohydride A catalyst was prepared by reduction with an aqueous sodium solution,
The mixture was mixed at a basis weight of 00 g / m 2 to prepare a 0.5 mm catalyst-containing ceramic sheet.

【0067】また吸収層として、水酸化カルシウム、炭
酸カリウム、アルミン酸石灰を重量部で1/1/1に配
合し、水を加えて造粒して60/80メッシュの粉末と
し、この粉末を前記と同様にして、シリカアルミナ繊維
と混抄して坪量600g/m2で0.3mmの膜厚のアルカ
リ吸収体含有セラミックシートを作製した。
As an absorbing layer, calcium hydroxide, potassium carbonate, and lime aluminate were mixed in 1/1/1 by weight, and water was added to granulate to obtain a 60/80 mesh powder. In the same manner as described above, an alkali-absorber-containing ceramic sheet having a basis weight of 600 g / m 2 and a thickness of 0.3 mm was prepared by mixing with silica-alumina fiber.

【0068】触媒含有のシートおよびアルカリ吸収体含
有シートをそれぞれカッターでジルコニア基板と同じ寸
法に切断した後、アルミナゾルを用いてジルコニア基板
上に、片側の表面は触媒含有のシートを下にアルカリ吸
収体含有のシートを上に積層し、また他側の表面はアル
カリ吸収体含有のシートのみを接着したのち、ガス選択
透過体(寸法12mm)の中に収納し、白金リード線を取
り出した状態で、充填材を含む珪酸塩系接着材で、管状
のガス選択透過体の両端をシールして実施例1の場合と
同じ構成の素子とし、以下素子Aとする。比較例とし
て、ジルコニア基板の片面に触媒含有のシートのみを接
着した素子を素子Bとし、この素子を上記と同様の構成
で筒状のガス選択透過体に収納した素子を素子Cとして
作製した。
After the catalyst-containing sheet and the alkali-absorber-containing sheet were each cut to the same size as the zirconia substrate with a cutter, the alumina-containing zirconia substrate was used. After laminating the containing sheet on top and bonding the sheet containing the alkaline absorber only on the other side, it was stored in a gas selective permeable body (dimension 12 mm) and the platinum lead wire was taken out. Both ends of the tubular gas-permeable member are sealed with a silicate-based adhesive containing a filler to obtain an element having the same configuration as that of the first embodiment. As a comparative example, an element in which only a catalyst-containing sheet was adhered to one surface of a zirconia substrate was referred to as an element B, and an element in which this element was housed in a cylindrical gas selective permeable body in the same configuration as above was manufactured as an element C.

【0069】素子A、B、Cについて、流通型のガスセ
ンサ特性評価試験装置を用い、450℃の大気中におけ
る一酸化炭素濃度とセンサ出力特性とを評価した結果は
図6に示す通りである。図6からガスセンサの一酸化炭
素の検出能力には差がないことが分かる。
For the devices A, B, and C, the results of evaluating the carbon monoxide concentration in the air at 450 ° C. and the sensor output characteristics using a flow-through gas sensor characteristic evaluation test apparatus are as shown in FIG. FIG. 6 shows that there is no difference in the detection ability of the gas sensor for carbon monoxide.

【0070】素子Aの温度特性を図7に示すと、この図
7より、出力は、400℃付近で最大となることが分か
る。従って素子温度は初期動作温度を500〜550℃
に設定しておき、設定温度制御手段を用いて、センサの
動作時間に基づいて経時的に下げることでセンサ出力を
高めることが可能になる。一般に化学センサの出力は経
時的劣化により低下し、固体電解質式ガスセンサの場合
も例外ではないので、上記手段により化学センサの劣化
にともなうフェールアウト性の弱点をカバーすることが
できる。
FIG. 7 shows the temperature characteristics of the element A. It can be seen from FIG. 7 that the output becomes maximum near 400 ° C. Therefore, the element temperature is set to an initial operating temperature of 500 to 550 ° C.
, And by using the set temperature control means, the output can be increased by lowering over time based on the operation time of the sensor. In general, the output of a chemical sensor decreases due to deterioration with time, and the case of a solid electrolyte gas sensor is no exception. Therefore, the above-described means can cover the weak point of fail-out due to the deterioration of the chemical sensor.

【0071】次に耐久性の影響を評価するために、燃焼
機器(FF式ガス給湯機)の排ガス流路に素子A、B、
Cを設置し、排ガスに亜硫酸ガスを100PPM添加し
てセンサの特性変化を評価した。素子Bは、約50時間
で劣化したのに対して素子A、Cは2500時間経過し
ても異常は認められず現在も継続試験中であり、耐久性
に関して有効な効果を確認した。
Next, in order to evaluate the influence of the durability, the elements A, B, and A were placed in the exhaust gas flow path of the combustion equipment (FF type gas water heater).
C, sulfur dioxide was added to the exhaust gas at 100 PPM, and the change in sensor characteristics was evaluated. The device B deteriorated in about 50 hours, whereas the devices A and C did not show any abnormality even after 2500 hours passed, and the continuous test is still underway, and an effective effect on durability was confirmed.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明のガスセンサは以上説明したよう
な形態で実施され、次の効果が得られる。
The gas sensor of the present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0073】(1)一酸化炭素の検出に関し、フェール
アウトの弱点をカバーすることが出来、素子構成の信頼
性が高く燃焼機器等に設置するのに好適である。
(1) Regarding the detection of carbon monoxide, the weak point of the fail-out can be covered, and the reliability of the element configuration is high, which is suitable for installation in a combustion apparatus or the like.

【0074】(2)化学センサの実用面において、従来
から最大の課題とされていた耐久性に関して、妨害ガス
のセンサ素子への到達を規制するガス選択透過体を用
い、この中にガスセンサを収納し、ガスセンサへの被毒
影響を持つ酸性ガスを吸収するアルカリ吸収体を設ける
2重の防止効果により飛躍的な長寿命化が見込まれ、極
めて高信頼性のガスセンサシステムが構築できる。
(2) In terms of practical use of a chemical sensor, a gas selective permeable member for restricting the reaching of an interfering gas to a sensor element is used for durability, which has been the biggest problem in the past, and a gas sensor is housed therein. However, the double prevention effect of providing an alkali absorber for absorbing an acid gas having a poisoning effect on the gas sensor is expected to dramatically increase the service life, and a highly reliable gas sensor system can be constructed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1におけるガスセンサの断面概
念図
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2におけるガスセンサの断面概
念図
FIG. 2 is a conceptual sectional view of a gas sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3におけるガスセンサの断面概
念図
FIG. 3 is a conceptual sectional view of a gas sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4におけるガスセンサの断面概
念図
FIG. 4 is a conceptual sectional view of a gas sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例5におけるガスセンサの断面概
念図
FIG. 5 is a conceptual sectional view of a gas sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例におけるガスセンサのセンサ出
力特性の評価試験結果を示すグラフ
FIG. 6 is a graph showing an evaluation test result of a sensor output characteristic of the gas sensor according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例におけるガスセンサの温度特性
の評価試験結果を示すグラフ
FIG. 7 is a graph showing an evaluation test result of a temperature characteristic of the gas sensor according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、15 加熱手段 2 ガス選択透過体 3 酸素イオン導電性固体電解質 4 白金電極 5、12、13、17 酸化触媒 6、14 触媒層 7 アルカリ吸収体 8、9 吸収層 11 被膜層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 15 Heating means 2 Gas selective permeable body 3 Oxygen ion conductive solid electrolyte 4 Platinum electrode 5, 12, 13, 17 Oxidation catalyst 6, 14 Catalyst layer 7 Alkaline absorber 8, 9 Absorption layer 11 Coating layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加熱手段とガスの出入り口に設けたガス
選択透過体と、酸素イオン導電性固体電解質の表面に設
けた一対の白金電極と、一方の白金電極上に形成した酸
化触媒とセラミック繊維とを含む触媒層およびアルカリ
吸収体とセラミック繊維とを含む吸収層の積層と他方の
白金電極上に形成したアルカリ吸収体とセラミック繊維
とを含む吸収層とを有するガスセンサ。
1. A gas selective permeable member provided at a heating means and a gas inlet / outlet, a pair of platinum electrodes provided on a surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte, an oxidation catalyst and ceramic fibers formed on one platinum electrode A gas sensor comprising: a catalyst layer containing: an alkali absorber; and a laminate of an absorption layer containing an alkali absorber and ceramic fibers; and an absorption layer formed on the other platinum electrode and containing an alkali absorber and ceramic fibers.
【請求項2】 加熱手段と、ガスの出入り口に設けたガ
ス選択透過体と、酸素イオン導電性固体電解質の表面に
設けた一対の白金電極と、一方の白金電極上に形成した
酸化触媒、アルカリ吸収体およびセラミック繊維を含む
皮膜層と、他方の電極上に形成したアルカリ吸収体およ
びセラミック繊維を含む吸収層とを有するガスセンサ。
2. A heating means, a gas selective permeable member provided at a gas inlet / outlet, a pair of platinum electrodes provided on a surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte, an oxidation catalyst formed on one platinum electrode, A gas sensor having a coating layer containing an absorber and ceramic fibers, and an absorption layer containing an alkali absorber and ceramic fibers formed on the other electrode.
【請求項3】 加熱手段と、ガスの出入り口に設けたガ
ス選択透過体と、酸素イオン導電性固体電解質の表面に
設けた一対の白金電極と、一方の白金電極上に形成した
貴金属系酸化触媒とセラミック繊維とを含む触媒層およ
び金属酸化物系酸化触媒とセラミック繊維とを含む触媒
層の積層と、他方の白金電極上に形成したアルカリ吸収
体とセラミック繊維とを含む吸収層とを有するガスセン
サ。
3. A heating means, a gas selective permeable member provided at a gas inlet / outlet, a pair of platinum electrodes provided on a surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte, and a noble metal-based oxidation catalyst formed on one of the platinum electrodes Sensor having a catalyst layer containing metal and ceramic fibers and a catalyst layer containing metal oxide-based oxidation catalyst and ceramic fibers, and an absorption layer formed on the other platinum electrode and containing an alkali absorber and ceramic fibers .
【請求項4】 平板状の酸素イオン導電性固体電解質の
同一面上に一対の白金電極を設け、一方の白金電極上に
酸化触媒、アルカリ吸収体およびセラミック繊維を含む
皮膜層を形成し、他方の白金電極上にアルカリ吸収体お
よびセラミック繊維を含む吸収層を形成し、前記酸素イ
オン導電性固体電解質と裏面に加熱手段を形成したガス
選択透過体とを接合シールしたガスセンサ。
4. A pair of platinum electrodes are provided on the same surface of a plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte, and a coating layer containing an oxidation catalyst, an alkali absorber and ceramic fibers is formed on one platinum electrode, and the other is formed. A gas sensor in which an absorption layer containing an alkali absorber and ceramic fibers is formed on a platinum electrode, and the oxygen ion conductive solid electrolyte and a gas selective permeable body having heating means formed on the back surface are joined and sealed.
【請求項5】 同一面上に一対の白金電極を形成した平
板状の酸素イオン導電性固体電解質と、一方の白金電極
に対向する領域の細孔内に酸化触媒を担持し、裏面に加
熱手段を形成したガス選択透過体とを接合シールしたガ
スセンサ。
5. A plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte having a pair of platinum electrodes formed on the same surface, an oxidation catalyst carried in pores in a region facing one of the platinum electrodes, and a heating means on the back surface. A gas sensor in which a gas selective permeable member formed with a seal is joined and sealed.
【請求項6】 ガス選択透過体として、アルミナもしく
はフォルステライトのいずれかを用いた請求項4または
5のいずれか1項記載のガスセンサ。
6. The gas sensor according to claim 4, wherein one of alumina and forsterite is used as the gas selective permeable member.
【請求項7】 初期動作温度は500〜550℃とし、
動作時間に基づいて経時的に温度を下げる設定温度制御
手段を備えた請求項1ないし6のいずれか1項記載のガ
スセンサ。
7. An initial operating temperature is 500 to 550 ° C.,
The gas sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a set temperature control means for lowering the temperature over time based on the operation time.
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