JP4615303B2 - Galvanic cell type gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、特定ガスの濃度を測定するに際し、カソード電極とアノード電極との間に通電される電流を制御して、センサを小型化した場合であっても、センサの長寿命化を図ることできるガルバニ電池式ガスセンサに関するものである。 The present invention is intended to extend the life of a sensor even when the sensor is downsized by controlling the current passed between the cathode electrode and the anode electrode when measuring the concentration of a specific gas. The present invention relates to a galvanic cell type gas sensor.
従来、この種の技術としては、例えば、被検出ガスが流入可能で、かつ撥水性を有する隔膜の背面に配置された陰極と、電解液に対して耐蝕性を有する導電材料の一部をリードとなるように残して電解メッキにより鉛層を形成して構成された陽極と、前記陰極と陽極との間に配置されて電解液を含浸保持するシートとを、前記隔膜を露出させるようにケースに収容して構成されたガルバニ電池式ガスセンサーがある(特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of technology, for example, a cathode disposed on the back side of a diaphragm having a water repellent property into which a gas to be detected can flow, and a part of a conductive material having corrosion resistance to the electrolyte are lead. A case in which the anode is formed by forming a lead layer by electrolytic plating and a sheet that is disposed between the cathode and the anode and is impregnated and held with the electrolyte so as to expose the diaphragm There is a galvanic cell type gas sensor housed and configured (see Patent Document 1).
この特許文献1の公知技術においては、陰極と陽極との間に電解液を含浸保持するシートを配置するものであり、該シートと陽極とは接触しているが、前記陰極は、電極取付け枠の貫通孔の上部に嵌め込まれるものであって、該電極取付け枠の裏側に積層された前記シートと接触しない構造になっている。 In the known technique of Patent Document 1, a sheet for impregnating and holding an electrolytic solution is disposed between a cathode and an anode, and the sheet and the anode are in contact with each other. It fits in the upper part of this through-hole, Comprising: It has the structure which does not contact the said sheet | seat laminated | stacked on the back side of this electrode attachment frame.
この種のガルバニ電池式ガスセンサは、例えば、特定ガスが酸素である場合、隔膜(ガス透過膜)を透過したガス中における酸素が陰極(カソード電極)に接触する際、電解液と陽極(アノード電極)とにおける化学反応によって該陽極から放出された電子を取り込む、即ち該陽極から放出された電子が電解液を介して陰極に移動し、該陰極において酸素に電子を供給することにより電気・化学的に還元されるため、この電子の移動によって前記陰極と陽極との間が通電されて電流が流れ、該通電された電流(出力)を測定することにより、前記特定ガス(酸素)の濃度を測定できるようになっている。 In this type of galvanic cell type gas sensor, for example, when the specific gas is oxygen, when oxygen in the gas that has passed through the diaphragm (gas permeable membrane) contacts the cathode (cathode electrode), the electrolyte and the anode (anode electrode) ) To capture electrons released from the anode by a chemical reaction, that is, electrons released from the anode move to the cathode through the electrolyte, and supply electrons to oxygen at the cathode. As a result of this movement of electrons, the current between the cathode and anode is energized by the movement of the electrons, and a current flows, and the concentration of the specific gas (oxygen) is measured by measuring the energized current (output). It can be done.
そのため、陰極と陽極との間に通電される電流は、陰極と電解液との接触面積、即ち電解液を介して陰極に供給される電子と特定ガス(酸素)との反応領域の大きさによって決まるようになり、また、ガルバニ電池式ガスセンサにおける寿命、即ち使用可能時間は、電解液量によって決まるようになっている。 Therefore, the current passed between the cathode and the anode depends on the contact area between the cathode and the electrolyte, that is, the size of the reaction region between the electrons supplied to the cathode via the electrolyte and the specific gas (oxygen). The lifetime of the galvanic cell type gas sensor, that is, the usable time is determined by the amount of the electrolyte.
つまり、反応領域の大きさを一定にした場合には、電解液量によってガルバニ電池式ガスセンサの寿命が決まるようになり、同様に、電解液量を一定にした場合には、電子と特定ガス(酸素)との反応領域の大きさによってガルバニ電池式ガスセンサの寿命が決まるようになるのである。 That is, when the size of the reaction region is made constant, the life of the galvanic cell type gas sensor is determined by the amount of the electrolytic solution. Similarly, when the amount of the electrolytic solution is made constant, electrons and a specific gas ( The lifetime of the galvanic cell type gas sensor is determined by the size of the reaction region with oxygen.
従って、一般的に、ガルバニ電池式ガスセンサを小型化する場合には、電解液を貯留させるタンク等も小型化されることになって、該タンクに貯留される電解液量も削減されるため、ガルバニ電池式ガスセンサの寿命が短くなる傾向にある。 Therefore, in general, when the galvanic cell type gas sensor is downsized, the tank for storing the electrolyte solution is also downsized, and the amount of the electrolyte solution stored in the tank is also reduced. The life of galvanic cell type gas sensors tends to be shortened.
そして、ガルバニ電池式ガスセンサに期待されることとしては、例えば、長期間安定した状態で使用できるようにすること、ある程度設定された期間(例えば、使用可能期間が1年間等)で使用できること、小型化されること等がある。 As expected for a galvanic cell type gas sensor, for example, it can be used in a stable state for a long period of time, it can be used for a certain period of time (for example, the usable period is one year, etc.), There are things to be.
しかしながら、前記特許文献1の公知技術においては、陰極と電解液との接触面積は該陰極の底面全体の面積であり、その接触面積を調整することができる構成ではないため、前記陰極と電解液とにおける接触面積(反応領域)を制御することができないことから、陰極と陽極との間に通電される電流の大きさ、即ち出力の大きさとガルバニ電池式ガスセンサの寿命とは、前記陰極の大きさによって決まるようになっている。 However, in the known technique of Patent Document 1, the contact area between the cathode and the electrolytic solution is the entire area of the bottom surface of the cathode, and the contact area is not adjustable. Since the contact area (reaction region) cannot be controlled, the magnitude of the current passed between the cathode and the anode, that is, the magnitude of the output and the lifetime of the galvanic cell type gas sensor are the magnitude of the cathode. It comes to be decided by that.
そのため、例えば、ガルバニ電池式ガスセンサを小型化しようとした場合には、電解液の量を削減することになるが、電解液の量を削減してしまうとガルバニ電池式ガスセンサの寿命が短くなってしまい、希望とする使用可能時間を得られなくなるという問題が生ずることになる。 Therefore, for example, when trying to downsize a galvanic cell type gas sensor, the amount of the electrolytic solution is reduced. However, if the amount of the electrolytic solution is reduced, the life of the galvanic cell type gas sensor is shortened. As a result, there arises a problem that the desired usable time cannot be obtained.
そこで、電解液の量を削減してした場合であっても、希望とする使用可能時間が得られるようにするためには、陰極の形状を小さくして、該陰極と電解液との接触面積(反応領域)を狭くすれば良いが、このように陰極の形状を小さくした場合には、小型化した陰極をガルバニ電池式ガスセンサ内に組み込む作業が困難になるばかりでなく、陰極には出力を取り出すために、一般的にリード(カソード用金属線)を接続させるが、該リードを陰極に接続させることが困難になってしまうことから、長寿命且つ小型化されたガルバニ電池式ガスセンサを製造できないというのが現状である。 Therefore, in order to obtain the desired usable time even when the amount of the electrolytic solution is reduced, the contact area between the cathode and the electrolytic solution is reduced by reducing the shape of the cathode. (Reaction area) should be narrowed, but when the cathode shape is reduced in this way, it is difficult not only to incorporate the downsized cathode into the galvanic cell type gas sensor, but also to output to the cathode. Generally, a lead (cathode metal wire) is connected to take out the lead, but it becomes difficult to connect the lead to the cathode, so that a galvanic cell type gas sensor having a long life and a small size cannot be manufactured. That is the current situation.
従って、従来のガルバニ電池式のガスセンサにおいては、陰極の形状に拘わらず、陰極と電解液とにおける接触面積(反応領域)を制御できるようにし、例えば、長寿命且つ小型化されたガルバニ電池式ガスセンサを製造できるようにするということに解決しなければならない課題を有している。 Therefore, in the conventional galvanic cell type gas sensor, it is possible to control the contact area (reaction region) between the cathode and the electrolyte regardless of the shape of the cathode. Has a problem that must be solved.
上記した従来例の課題を解決する具体的手段として本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサは、少なくともカソード電極と、アノード電極と、電解液と、ガス透過膜とを備え、前記電解液を介して前記カソード電極と、アノード電極とを配設し、前記ガス透過膜を透過したガス中の特定ガスに前記アノード電極から放出された電子を供給することにより前記カソード電極とアノード電極との間を通電させ、該通電された電流により前記特定ガスの濃度を測定できる構成であり、前記カソード電極と前記電解液との接触部には、これらカソード電極と前記電解液との接触面積を調整するための隔壁部材を設けたガルバニ電池式のガスセンサにおいて、前記隔壁部材には、カソード電極と接触する面にヒダ状凸部を形成したことを最も主要な特徴とする。 A galvanic cell type gas sensor according to the present invention as a specific means for solving the problems of the conventional example described above includes at least a cathode electrode, an anode electrode, an electrolytic solution, and a gas permeable membrane, A cathode electrode and an anode electrode are arranged, and the cathode electrode and the anode electrode are energized by supplying electrons emitted from the anode electrode to a specific gas in the gas that has passed through the gas permeable membrane. a configuration capable of measuring the concentration of the specific gas by the energized current, wherein the contact portion between the cathode electrode and the electrolyte, the partition wall for adjusting the contact area between the electrolyte and cathodes electrodes the gas sensor galvanic cell type having a member, the partition wall member, the most important feature that the formation of the fold-shaped convex portions on the surface which contacts the cathode electrode To.
本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサは、少なくともカソード電極と、アノード電極と、電解液と、ガス透過膜とを備え、前記電解液を介して前記カソード電極と、アノード電極とを配設し、前記ガス透過膜を透過したガス中の特定ガスに前記アノード電極から放出された電子を供給することにより前記カソード電極とアノード電極との間を通電させ、該通電された電流により前記特定ガスの濃度を測定できる構成であり、前記カソード電極と前記電解液との接触部には、これらカソード電極と前記電解液との接触面積を調整するための隔壁部材を設けたガルバニ電池式のガスセンサにおいて、前記隔壁部材には、カソード電極と接触する面にヒダ状凸部を形成したことにより、カソード電極の形状に拘わらず、カソード電極と電解液とにおける接触面積(反応領域)を制御でき、例えば、長寿命且つ小型化されたガルバニ電池式ガスセンサにすることができる。
特に、隔壁部材のカソード電極と接触する面にヒダ状凸部を形成することにより、突出形成されたヒダ状凸部とカソード電極との密着性を向上させることができるばかりでなく、電解液含浸・供給部材(電解液)とカソード電極膜(カソード電極)との接触部を外部と確実に隔離できるようにシール効果を向上させることができる。即ち、これら電解液含浸・供給部材(電解液)とカソード電極膜(カソード電極)との接触面積を確実に調整(反応領域を確実に制御)できると共に、これら電解液含浸・供給部材(電解液)とカソード電極膜(カソード電極)との接触部に外部から侵入した空気が入り込むことを防止する効果を向上させることができる。
A galvanic cell type gas sensor according to the present invention comprises at least a cathode electrode, an anode electrode, an electrolytic solution, and a gas permeable membrane, and the cathode electrode and the anode electrode are disposed through the electrolytic solution, By supplying electrons emitted from the anode electrode to a specific gas in the gas that has passed through the gas permeable membrane, a current is applied between the cathode electrode and the anode electrode, and the concentration of the specific gas is determined by the supplied current. a configuration that can be measured, wherein the contact portion between the cathode electrode and the electrolyte, in the gas sensor of the galvanic cell type in which a partition member for adjusting the contact area between these cathode electrode and the electrolyte, the partition the member, by forming the pleated projections on the surface which contacts the cathode electrode, regardless of the shape of the cathode electrode, the cathode electrode and the electrolyte Kicking contact area can be controlled (reaction region), for example, it is a galvanic cell type gas sensor which is longer life and miniaturization.
In particular, by forming a ridge-shaped protrusion on the surface of the partition wall member that contacts the cathode electrode, not only can the adhesion between the protruding ridge-shaped protrusion and the cathode electrode be improved, but also an electrolyte impregnation The sealing effect can be improved so that the contact portion between the supply member (electrolytic solution) and the cathode electrode film (cathode electrode) can be reliably isolated from the outside. That is, the contact area between the electrolyte solution impregnation / supply member (electrolyte solution) and the cathode electrode membrane (cathode electrode) can be adjusted reliably (the reaction region can be controlled reliably), and the electrolyte solution impregnation / supply member (electrolyte solution) ) And the cathode electrode film (cathode electrode), the effect of preventing the intrusion of air from the outside can be improved.
次に、本発明を具体的な実施の形態に基づいて詳しく説明する。
本発明の実施の形態に係るガルバニ電池式ガスセンサを図1乃至図3を用いて説明する。図1に、ガルバニ電池式ガスセンサ1の一部を切り欠いて断面で表した略示的な斜視図を示し、図2に、ガルバニ電池式ガスセンサ1の略示的な断面図を示し、図3に、ガルバニ電池式ガスセンサ1の構成部材を分解して示した略示的な斜視図を示してある。なお、図1においては、図面の理解を容易にするために、ガルバニ電池式ガスセンサ1のセンサケース2と、センサカバー3とを完全に組み込んでいない状態で、一部に隙間を設けた状態で示してある。
Next, the present invention will be described in detail based on specific embodiments.
A galvanic cell type gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic perspective view of the galvanic cell type gas sensor 1 with a part cut away, and FIG. 2 shows a schematic cross sectional view of the galvanic cell type gas sensor 1. The schematic perspective view which decomposed | disassembled and showed the structural member of the galvanic cell type gas sensor 1 is shown. In FIG. 1, in order to facilitate understanding of the drawing, the
ガルバニ電池式ガスセンサ1のセンサケース2と、センサカバー3とは、例えば、樹脂等によってそれぞれ有底状の筒状に形成されている。これらセンサケース2と、センサカバー3との開口部側には、それぞれ係合爪部2a、3aが形成されており、センサケース2と、センサカバー3との開口部側を向き合わせた状態で嵌合し、係合爪部2a、3aを係合させることにより、前記センサケース2と、センサカバー3とが外れることなく、組み立てることができるようになっている。
The
センサカバー3には、上面部3bの中央部に小径の通気孔3cが穿設されており、センサケース2と、センサカバー3とを嵌合させてガルバニ電池式ガスセンサ1を組み立てた際、該ガルバニ電池式ガスセンサ1の周囲の空気を前記通気孔3cから該ガルバニ電池式ガスセンサ1内に通気させることができるようになっている。
The
一方、センサケース2内には、電解液4を貯留させておくことができる電解液タンク5が配設されている。この電解液4としては、例えば、酢酸鉛と酢酸カリウムとを酢酸に溶かした混合液または水酸化カリウム等の電解液を使用することができる。前記電解液タンク5内には、液状の電解液4を貯留させても良いが、この実施の形態においては、電解液4を含浸させた円盤状の電解液含浸・貯留部材6を配設させている。
On the other hand, an
この電解液含浸・貯留部材6は、例えば、親水化された樹脂に電解液4を含浸させることにより電解液4を貯留させた場合と略同様に扱えるようにしたものであり、このように親水化された樹脂に電解液4を含浸・貯留させた電解液含浸・貯留部材6を用いることにより、親水化された樹脂における毛細管現象によって電解液4が減少した場合や、ガルバニ電池式ガスセンサ1を傾斜したところに配設、即ち設置姿勢が傾いているような場合等であっても安定した状態を維持・供給できるようになるのである。なお、図に示してあるように、電解液含浸・貯留部材6の底部側に凹部6aを形成し、該凹部6aと電解液タンク5との間に液状の電解液4を貯留させるようにしても良い。
The electrolytic solution impregnation /
この電解液含浸・貯留部材6に用いる親水化された樹脂としては、例えば、ポリエチレン等の樹脂を粉末状にし、該粉末状にした樹脂を所定の金型に充填させて加熱処理することによって形成した焼結物からなる樹脂や、多孔質中空糸状の樹脂等を使用することができる。
The hydrophilic resin used for the electrolytic solution impregnation /
また、電解液含浸・貯留部材6の中央部には、孔部6bが形成されており、該孔部6bには、電解液4が含浸された円柱状の電解液含浸・供給部材7が挿設されている。この電解液含浸・供給部材7としては、例えば、前記電解液含浸・貯留部材6と同様に、ポリエチレン等の樹脂を粉末状にし、該粉末状にした樹脂を所定の金型に充填させて加熱処理することによって形成した焼結物からなる樹脂や、多孔質中空糸状の樹脂等からなる親水化された樹脂を使用することができる。
In addition, a
電解液含浸・貯留部材6の上には、該電解液含浸・貯留部材6と略同径の円盤状に形成されたアノード電極8が配設されている。このアノード電極8としては、例えば、鉛(卑金属)等の電解液に溶ける金属を用いて形成することができる。また、前記アノード電極8には、前記電解液含浸・貯留部材6と同様に、中央部に孔部8aが形成されており、該孔部8aに電解液含浸・供給部材7が挿設されている。前記電解液含浸・貯留部材6とアノード電極8との外径は、電解液タンク5の内径と略同径に形成されており、これら電解液含浸・貯留部材6及びアノード電極8がガルバニ電池式ガスセンサ1内で移動しないようにしっかりと保持される構成になっている。
On the electrolytic solution impregnation /
これら電解液含浸・貯留部材6とアノード電極8とに形成された孔部6b、8aは、電解液含浸・供給部材7と略同径に形成されており、該電解液含浸・貯留部材6と電解液含浸・供給部材7とは、アノード電極8と電気的に接続された状態になっている。
アノード電極8の上には、カソード電極支持部材9が配設されている。このカソード電極支持部材9には、図示していない垂下部を形成しても良く、この場合には、該垂下部の内径を前記電解液含浸・貯留部材6及びアノード電極8の外径と略同径に形成させ、前記垂下部内に前記電解液含浸・貯留部材6及びアノード電極8を配設させることによって、これら電解液含浸・貯留部材6及びアノード電極8がガルバニ電池式ガスセンサ1内で移動しないようにしっかりと保持するようにしても良い。
A cathode
カソード電極支持部材9の上部寄りの周囲には、フランジ部9aを形成させており、電解液タンク5の上部側には、前記フランジ部9aに対応する立上部5aが形成されている。そして、これらフランジ部9aと立上部5aとの間隙には、O−リング10が配設されており、電解液タンク5内に貯留させた電解液4が外部に漏れ出さないように封止できるようになっている。
A
カソード電極支持部材9の中央部には、孔部9bが形成されており、該孔部9bに電解液含浸・供給部材7が挿設されている。また、カソード電極支持部材9の上部側の中央部には、前記孔部9bより大径のカソード電極支持用凹部9cが形成されており、該カソード電極支持用凹部9cには、例えば、該カソード電極支持用凹部9cと略同径に形成したカソード電極11を配設できるようになっている。
A
このカソード電極11としては、例えば、金(貴金属)等の電解液に溶けない金属で形成することができる。なお、この実施の形態においては、カソード電極11は、例えば、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレンコポリマー等の樹脂を薄い膜状に形成し特定のガスが透過される構成になっているガス透過膜12に、金等の貴金属をスパッタリングまたは蒸着等の方法によって固着させることにより一体化させて形成したカソード電極膜13として用いている。 The cathode electrode 11 can be formed of, for example, a metal that is not soluble in an electrolyte such as gold (noble metal). In this embodiment, for example, the cathode electrode 11 is formed of a resin such as tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer in a thin film shape so that a specific gas can be permeated. In addition, the cathode electrode film 13 is formed by integrating a noble metal such as gold by adhering it by a method such as sputtering or vapor deposition.
このようにカソード電極11とガス透過膜12とを一体化させてカソード電極膜13を形成することにより、部品点数を削減し、製造を容易にすることができる。なお、これらカソード電極11とガス透過膜12とは、必ずしも一体化してカソード電極膜13として用いなければならないというものではなく、カソード電極11とガス透過膜12とを別々に設ける、即ちカソード電極11の上にガス透過膜12を重ねて配設させるようにしても良いことは勿論である。 Thus, by forming the cathode electrode film 13 by integrating the cathode electrode 11 and the gas permeable film 12, it is possible to reduce the number of parts and facilitate manufacture. The cathode electrode 11 and the gas permeable membrane 12 are not necessarily integrated and used as the cathode electrode membrane 13, but the cathode electrode 11 and the gas permeable membrane 12 are provided separately, that is, the cathode electrode 11 Needless to say, the gas permeable membrane 12 may be disposed on top of each other.
ここで、この実施の形態のガルバニ電池式ガスセンサ1においては、カソード電極支持用凹部9cに直接的にカソード電極膜13を配設させるのではなく、まずカソード電極支持用凹部9cに該カソード電極支持用凹部9cと略同径で円盤状の隔壁部材14を配設し、該隔壁部材14の上にカソード電極膜13を配設させるようにしてある。
Here, in the galvanic cell type gas sensor 1 of this embodiment, the cathode electrode film 13 is not directly disposed in the cathode
この隔壁部材14としては、例えば、フッ素ゴム等を用いて形成することができる。該隔壁部材14の中央部には、接触面積調整用孔部14aが形成されており、該接触面積調整用孔部14aに電解液含浸・供給部材7を配設させることができるようになっている。なお、この接触面積調整用孔部14aの径は、必ずしも電解液含浸・供給部材7の径と同径にしなければならないというものではなく、異径に形成することにより、前記電解液含浸・供給部材7(電解液4)とカソード電極膜13(カソード電極11)との接触面積を調整できるようにしても良く、また、例えばメッシュ状等に形成して接触面積を調整できるようにしても良い。つまり、前記隔壁部材14は、前記電解液含浸・供給部材7(電解液4)と前記カソード電極膜13(カソード電極11)との接触面積を調整するために配設してあるのである。
The
この隔壁部材14は、円盤状に形成してそのまま使用しても良いが、隔壁部材14の上面側、即ちカソード電極膜13(カソード電極11)と接触する面に、例えば、同心円のヒダ状凸部14bを複数形成してレコード盤様にして使用することが好ましい。このように隔壁部材14のカソード電極11と接触する面にヒダ状凸部14bを形成することにより、突出形成されたヒダ状凸部14bとカソード電極11との密着性を向上させることができるばかりでなく、電解液含浸・供給部材7(電解液4)とカソード電極膜13(カソード電極11)との接触部を外部と確実に隔離できるようにシール効果を向上させることができる、即ちこれら電解液含浸・供給部材7(電解液4)とカソード電極膜13(カソード電極11)との接触面積を確実に調整(反応領域を確実に制御)できると共に、これら電解液含浸・供給部材7(電解液4)とカソード電極膜13(カソード電極11)との接触部に外部から侵入した空気が入り込むことを防止する効果を向上させることができるのである。
The
センサカバー3の上面部3bの内側の中央部には、カソード電極支持用凹部9cに対応したカソード電極支持用凸部3dが形成されており、センサケース2と、センサカバー3とを嵌合させた際に、カソード電極支持用凹部9c内に配設された隔壁部材14とカソード電極膜13とをカソード電極支持用凸部3dで稍押圧するようになって、隔壁部材14とカソード電極膜13とが密着すると共に、移動しないように固定されるのである。
A cathode electrode supporting convex portion 3d corresponding to the cathode electrode supporting
また、センサケース2の底部側には、凹部2bが形成されており、該凹部2bには、集電基板15が配設されている。この集電基板15の上面側には、カソード電極用ランド15aとアノード電極用ランド15bとが設けられており、底面側には、カソード電極用ランド15cとアノード電極用ランド15dとが設けられており、これらカソード電極用ランド15aとカソード電極用ランド15cとが電気的に接続され、アノード電極用ランド15bとアノード電極用ランド15dとが電気的に接続されている。
A
この集電基板15は、電解液タンク5の底部側に形成された係止部5b(例えば3つ)によりセンサケース2を介して係止されている。これにより、センサケース2で集電基板15が移動しないように支持でき、また、センサケース2内で電解液タンク5が移動しないようになっている。
The
カソード電極膜13(カソード電極11)、例えば、カソード電極膜13と隔壁部材14との間には、カソード用金属線16を配設させている。該カソード用金属線16は、前記カソード電極膜13(カソード電極11)と電気的に接続されており、カソード電極支持用凹部9cや電解液タンク5等に沿って折り曲げられ、集電基板15のカソード電極用ランド15aに電気的に接続されている。
A
同様に、アノード電極8、例えば、アノード電極8と電解液含浸・貯留部材6との間には、アノード用金属線17を配設させている。該アノード用金属線17は、前記アノード電極8と電気的に接続されており、電解液タンク5等に沿って折り曲げられ、集電基板15のアノード電極用ランド15bに電気的に接続されている。
Similarly, an
このように構成された本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサ1について、アノード電極8とカソード電極膜13(カソード電極11)との間を電子が移動して通電されるようになる動作の説明をする。
The operation of the galvanic cell type gas sensor 1 according to the present invention configured as described above will be described in which electrons move between the
鉛等の金属で形成されたアノード電極8は、電解液4(電解液含浸・貯留部材6及び電解液含浸・供給部材7)に接触していることから、該電解液4との化学反応により前記アノード電極8が少しずつ溶け、その際該アノード電極8から電子が放出される。
Since the
このアノード電極8から放出された電子は、電解液4(電解液含浸・貯留部材6及び電解液含浸・供給部材7)を介して、該電解液4と接触(ここでは円柱状に形成された電解液含浸・供給部材7の上端部)するカソード電極11(カソード電極膜13)に移動しようとするが、該カソード電極11に媒体がない場合には、前記電子の移動が生じないので、該カソード電極11とアノード電極8との間は通電されない。
Electrons emitted from the
しかし、センサカバー3の上面部3bには通気孔3cが形成されていることから、該通気孔3cをガルバニ電池式ガスセンサ1の周囲のガスが通過し、該通過したガスがガス透過膜12(カソード電極膜13)に達する。
However, since the
前記ガス透過膜12(カソード電極膜13)に達したガスの多くは、該ガス透過膜12を透過することができないが、前記ガス中に含まれる特定ガス、例えば酸素は前記ガス透過膜12を透過できる構成になっているため、前記酸素(特定ガス)は前記ガス透過膜12を透過してカソード電極11(カソード電極膜13)と接触できるようになる。 Most of the gas that reaches the gas permeable membrane 12 (cathode electrode membrane 13) cannot permeate the gas permeable membrane 12, but a specific gas, for example, oxygen contained in the gas, passes through the gas permeable membrane 12. Since it is configured to be permeable, the oxygen (specific gas) can pass through the gas permeable film 12 and come into contact with the cathode electrode 11 (cathode electrode film 13).
このように酸素(特定ガス)がカソード電極11(カソード電極膜13)と接触すると、該カソード電極11と前記酸素(特定ガス)とに化学反応が生じることにより、該酸素(特定ガス)が前記アノード電極8から放出され電解液4を介して移動した電子の媒体となって、該電子が前記酸素(特定ガス)に供給されて、前記アノード電極8と前記カソード電極11との間が通電されて電流が流れるようになり、該電流をカソード電極用ランド15cとアノード電極用ランド15dとからガルバニ電池式ガスセンサ1の外部に容易に取り出して、前記通電された電流量(出力の大きさ)により前記酸素(特定ガス)の濃度が測定できるようになるのである。
Thus, when oxygen (specific gas) comes into contact with the cathode electrode 11 (cathode electrode film 13), a chemical reaction occurs between the cathode electrode 11 and the oxygen (specific gas), so that the oxygen (specific gas) is A medium of electrons released from the
このアノード電極8とカソード電極11(カソード電極膜13)との間に流れる電流(出力)の量は、電解液4(電解液含浸・供給部材7)を介して前記カソード電極11に供給される電子と酸素(特定ガス)との反応領域の大きさ、即ち前記電解液含浸・供給部材7と前記カソード電極11(カソード電極膜13)との接触面積によって決まるようになる。
The amount of current (output) flowing between the
ここで、カソード電極11(カソード電極膜13)の面積が円柱状に形成された電解液含浸・供給部材7(電解液4)の上端部の面積よりも広い、つまり該電解液含浸・供給部材7と前記カソード電極11との接触面積よりも該カソード電極11の面積が広い場合は、該カソード電極11における前記電解液含浸・供給部材7とカソード電極11との接触面積よりも広い部分では、前記電解液含浸・供給部材7から電子が供給されないことから、前記接触面積よりも広い部分は無効な面積として扱われ、前記電解液含浸・供給部材7とカソード電極11との接触面積のみが実質的な有効な面積として扱われるようになるのである。
Here, the area of the cathode electrode 11 (cathode electrode film 13) is larger than the area of the upper end portion of the electrolyte solution impregnation / supply member 7 (electrolyte solution 4) formed in a columnar shape, that is, the electrolyte solution impregnation / supply member. When the area of the cathode electrode 11 is larger than the contact area between the cathode electrode 11 and the cathode electrode 11, the portion of the cathode electrode 11 wider than the contact area between the electrolyte impregnation /
そして、本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサ1においては、カソード電極11(カソード電極膜13)と電解液4(電解液含浸・供給部材7)との接触部に隔壁部材14を配設させており、該隔壁部材14により前記カソード電極11(カソード電極膜13)と電解液4(電解液含浸・供給部材7)との接触面積を調整、即ち前記隔壁部材14に形成した接触面積調整用孔部14aの径を任意に調整することによって、前記カソード電極11と電解液4との接触面積を調整し、前記電解液4を介して前記カソード電極11に供給される電子と酸素(特定ガス)との反応領域の大きさを制御することによって前記カソード電極11とアノード電極8との間に通電される電流の量を制御、即ち出力の大きさを制御することができるようになるのである。
In the galvanic cell type gas sensor 1 according to the present invention, the
このようにカソード電極11と電解液4との接触部に配設した隔壁部材14により前記カソード電極11と電解液4との接触面積を調整し反応領域の大きさを制御することにより前記カソード電極11とアノード電極8との間に通電される電流の量(出力の大きさ)を制御できるようになるため、この出力の大きさを隔壁部材14によって調整、例えば、出力が大きくなるように制御すればガルバニ電池式ガスセンサ1の寿命(使用可能時間)を短くできるし、出力が小さくなるように制御すればガルバニ電池式ガスセンサ1の寿命を長くできるのである。
Thus, by adjusting the contact area between the cathode electrode 11 and the
要するに、ガルバニ電池式ガスセンサ1における出力(電圧・電流)の大きさと寿命とは反比例の関係にあり、出力を大きくすれば寿命は短くなるし、出力小さくすれば寿命を長くできるのであり、例えば、ガルバニ電池式ガスセンサ1の形状を小型化し、その内部に貯留される電解液4量を削減させた場合であっても、ガルバニ電池式ガスセンサ1の安定した状態で長期間使用することができ、また使用可能期間が1年間等のある程度設定された期間に調整することも容易にできるようになるのである。
In short, the output (voltage / current) in the galvanic cell type gas sensor 1 is inversely proportional to the life, and the life can be shortened by increasing the output, and the life can be lengthened by decreasing the output. Even when the galvanic cell type gas sensor 1 is downsized to reduce the amount of
そして、前述のように、ガルバニ電池式ガスセンサ1における出力の大きさは、隔壁部材14を任意に調整(接触面積調整用孔部14aの径を調整)することで容易に意図する出力に制御して得ることができるのであり、カソード電極11の大きさ・形状には関係しないことから、該カソード電極11の大きさ・形状を極度に小さく形成する必要がなくてガルバニ電池式ガスセンサ1内に収納可能な範囲である程度自由に設定することができるため、ガルバニ電池式ガスセンサ1を小型化した場合であっても、カソード電極11の組み込み作業やカソード用金属線16の接続作業等の作業性を悪化させることがないのである。
As described above, the magnitude of the output in the galvanic cell type gas sensor 1 is easily controlled to the intended output by arbitrarily adjusting the partition member 14 (adjusting the diameter of the contact
次に、本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサ1をより具体的な実施例1を用いて説明する。この実施例1においては、ガルバニ電池式ガスセンサ1の全体形状は、厚さ(高さ)が略6mmであり、直径が略15mmに形成したものであり、その際、アノード電極8の厚さが略0.1mmであり、カソード電極膜13(カソード電極11)の厚さが略0.01mmで、直径が略φ6mmであり、隔壁部材14の接触面積調整用孔部14aの径を略φ0.7mmにし、電解液含浸・供給部材7(電解液4)とカソード電極膜13(カソード電極11)との実質的な有効な接触面積(反応領域)を前記接触面積調整用孔部14aの径である略φ0.7mmにして、寿命が略1年間のガルバニ電池式ガスセンサ1を製造した。
Next, the galvanic cell type gas sensor 1 according to the present invention will be described using a more specific example 1. In the first embodiment, the overall shape of the galvanic cell type gas sensor 1 has a thickness (height) of about 6 mm and a diameter of about 15 mm. In this case, the thickness of the
1 ガルバニ電池式ガスセンサ
2 センサケース
2a、3a 係合爪部
3 センサカバー
3b センサカバーの上面部
3c センサカバーに形成された通気孔
3d センサカバーのカソード電極支持用凸部
4 電解液
5 電解液タンク
5a 電解液タンクの立上部
6 電解液含浸・貯留部材
6a 電解液含浸・貯留部材に形成された凹部
6b 電解液含浸・貯留部材に形成された孔部
7 電解液含浸・供給部材
8 アノード電極
8a アノード電極に形成された孔部
9 カソード電極支持部材
9a カソード電極支持部材のフランジ部
9b カソード電極支持部材に形成された孔部
9c カソード電極支持部材に形成されたカソード電極支持用凹部
10 O−リング
11 カソード電極
12 ガス透過膜
13 カソード電極膜
14 隔壁部材
14a 隔壁部材に形成された接触面積調整用孔部
14b 隔壁部材に形成されたヒダ状凸部
15 集電基板
15a、15c カソード電極用ランド
15b、15d アノード電極用ランド
16 カソード用金属線
17 アノード用金属線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Galvanic cell
Claims (1)
前記カソード電極と前記電解液との接触部には、これらカソード電極と前記電解液との接触面積を調整するための隔壁部材を設けたガルバニ電池式のガスセンサにおいて、
前記隔壁部材には、カソード電極と接触する面にヒダ状凸部を形成したこと
を特徴とするガルバニ電池式ガスセンサ。 At least a cathode electrode, an anode electrode, an electrolytic solution, and a gas permeable membrane are provided. The cathode electrode and the anode electrode are disposed through the electrolytic solution, and the specific gas in the gas that has permeated the gas permeable membrane is specified. By supplying electrons emitted from the anode electrode to the gas, the cathode electrode and the anode electrode are energized, and the concentration of the specific gas can be measured by the energized current .
In the galvanic cell type gas sensor provided with a partition member for adjusting a contact area between the cathode electrode and the electrolytic solution at a contact portion between the cathode electrode and the electrolytic solution ,
The barrier rib member has a ridge-shaped convex portion formed on the surface in contact with the cathode electrode.
A galvanic cell type gas sensor.
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