JP6576053B2 - Constant potential electrolytic gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる反応極、前記反応極に対する対極および前記反応極の電位を制御する参照極を、電解槽に収容した電解液に接触するように備えた定電位電解式ガスセンサに関する。 In the present invention, a reaction electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting gas, a counter electrode with respect to the reaction electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the reaction electrode are brought into contact with an electrolytic solution accommodated in an electrolytic cell. The present invention relates to a constant potential electrolysis gas sensor.
従来の定電位電解式ガスセンサは、電極を電解液が密に収容される電解槽の電解液収容部内に臨んで設けて構成してあり、例えば電極としては、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる反応極、当該反応極に対する対極、反応極の電位を制御する参照極の3電極を設けてあり、また、これらが接触自在な電解液を収容した電解槽と、各電極の電位を設定するポテンシオスタット回路等を接続してある。前記3電極の材料としては撥水性を有するガス透過性の多孔質PTFE膜に白金や金、パラジウム等の貴金属触媒等を塗布したものが、電解液としては、硫酸やリン酸等の酸性水溶液等が用いられていた。 A conventional constant potential electrolytic gas sensor is configured such that an electrode is provided facing an electrolytic solution storage part of an electrolytic cell in which an electrolytic solution is densely stored. For example, an electrode is detected as a gas electrode that detects gas. There are provided three electrodes: a reaction electrode for electrochemically reacting gas, a counter electrode for the reaction electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the reaction electrode. A potentiostat circuit for setting the potential is connected. As the material of the three electrodes, a gas-permeable porous PTFE film having water repellency is coated with a noble metal catalyst such as platinum, gold, palladium, etc. As an electrolyte, an acidic aqueous solution such as sulfuric acid or phosphoric acid is used. Was used.
また、定電位電解式ガスセンサは、周囲の環境変化に対して反応極の電位を制御して一定に維持することによって、反応極と対極との間に周囲の環境変化に相当する電流を生じさせる。そして、反応極の電位が変化せず、またガス種によって酸化還元電位が異なることを利用することにより、ポテンシオスタット回路の設定電位によってはガスの選択的な検知が可能になる。また、ガス電極に用いる触媒を変えることで、目的とするガスに対して高い選択性を持たすことができる。 In addition, the constant potential electrolytic gas sensor generates a current corresponding to the change in the surrounding environment between the reaction electrode and the counter electrode by controlling the potential of the reaction electrode to be constant with respect to the change in the surrounding environment. . Then, by utilizing the fact that the potential of the reaction electrode does not change and the oxidation-reduction potential varies depending on the gas type, it becomes possible to selectively detect the gas depending on the set potential of the potentiostat circuit. Further, by changing the catalyst used for the gas electrode, it is possible to have high selectivity for the target gas.
尚、本発明における従来技術となる上述した定電位電解式ガスセンサは、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。 Note that the above-described constant potential electrolytic gas sensor, which is a conventional technique in the present invention, is a general technique, and therefore does not show any prior art documents such as patent documents.
このような定電位電解式ガスセンサにおいて、筐体に直接穿孔したピンホールをガス導入部とし、当該ガス導入部を経由してセンサの内部にガスを導入していた。また、例えば当該ガス導入部に対向する位置に穿孔したピンホールをガス排出部とし、当該ガス排出部を経由してセンサ内部のガスを排出していた。 In such a constant potential electrolytic gas sensor, a pinhole directly drilled in the casing is used as a gas introduction part, and gas is introduced into the sensor via the gas introduction part. In addition, for example, a pinhole drilled at a position facing the gas introduction portion is used as a gas discharge portion, and the gas inside the sensor is discharged via the gas discharge portion.
通常、電解槽におけるガス排出部の側には、参照極が配設してある。仮に、ガス排出部のピンホールからガスが流入した場合、このガスが参照極に接触すると、反応極の電位を制御し難くなり、センサの出力値が安定しなくなる虞があった。 Usually, a reference electrode is disposed on the gas discharge part side in the electrolytic cell. If gas flows in from the pinhole of the gas discharge section and this gas comes into contact with the reference electrode, it becomes difficult to control the potential of the reaction electrode, and the output value of the sensor may become unstable.
従って、本発明の目的は、出力値の安定した定電位電解式ガスセンサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a constant potential electrolytic gas sensor having a stable output value.
上記目的を達成するための本発明に係る定電位電解式ガスセンサは、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる反応極、前記反応極に対する対極および前記反応極の電位を制御する参照極を、電解槽に収容した電解液に接触するように備えた定電位電解式ガスセンサであって、その第一特徴構成は、前記電解槽の側方に開口してガスを排出するガス排出部を備え、前記ガス排出部の側から順に、前記対極および前記参照極を配設し、前記対極および前記参照極の間に、干渉ガスを遮断する干渉ガス遮断膜を設け、前記干渉ガス遮断膜を、イオン導電性を有し、かつ干渉ガスを透過させないイオン交換膜とした点にある。 In order to achieve the above object, a constant potential electrolytic gas sensor according to the present invention controls a reaction electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting gas, a counter electrode for the reaction electrode, and a potential of the reaction electrode. A constant potential electrolytic gas sensor provided with a reference electrode in contact with an electrolyte contained in an electrolytic cell, the first feature of which is a gas discharge that opens to the side of the electrolytic cell and discharges gas The counter electrode and the reference electrode are arranged in order from the gas discharge part side, and an interference gas blocking film for blocking interference gas is provided between the counter electrode and the reference electrode, and the interference gas blocking The membrane is an ion exchange membrane that has ionic conductivity and does not allow interference gas to pass therethrough .
本構成によれば、参照極を干渉ガス遮断膜より内側に配設できる。従って、仮に、ガス排出部から干渉ガスが流入したとしても、当該干渉ガスが参照極に到達する前に干渉ガス遮断膜によって遮断することができ、参照極に接触するのを未然に防止することができる。 According to this configuration, the reference electrode can be disposed inside the interference gas blocking film. Therefore, even if interference gas flows in from the gas discharge part, the interference gas can be blocked by the interference gas blocking film before reaching the reference electrode, and can be prevented from coming into contact with the reference electrode. Can do.
対極における電極反応で酸素ガスが発生した場合、この酸素ガスはガス排出部から排出する必要がある。よって、本構成のように、ガス排出部の側に配設した対極および参照極の間に干渉ガス遮断膜を備えることで、対極におけるガス排出部の側には干渉ガス遮断膜は存在しないため、対極で発生した酸素ガスをガス排出部から排出することができる。 When oxygen gas is generated by the electrode reaction at the counter electrode, this oxygen gas needs to be discharged from the gas discharge portion. Therefore, since the interference gas blocking film is provided between the counter electrode and the reference electrode disposed on the gas discharge part side as in this configuration, there is no interference gas blocking film on the gas discharge part side in the counter electrode. The oxygen gas generated at the counter electrode can be discharged from the gas discharge section.
従って、本構成によれば、ガス排出部から流入した干渉ガスが参照極に接触するのを未然に防止することができ、かつ対極で発生した酸素ガスをガス排出部から排出することができる。
また、干渉ガス遮断膜を、イオン導電性を有し、かつ干渉ガスを透過させないイオン交換膜とすれば、効果的に干渉ガスを遮断することができる。
Therefore, according to this configuration, it is possible to prevent the interference gas flowing in from the gas discharge part from coming into contact with the reference electrode, and to discharge the oxygen gas generated at the counter electrode from the gas discharge part.
Further, if the interference gas blocking film is an ion exchange film having ionic conductivity and not allowing the interference gas to permeate, the interference gas can be effectively blocked.
本発明に係る定電位電解式ガスセンサの第二特徴構成は、前記参照極および前記干渉ガス遮断膜に細孔を形成し、当該細孔を介して電解液が前記対極の側に流通し、電解液を吸水して保持する保水部材を、前記対極および前記干渉ガス遮断膜の間に配設した点にある。 The second characteristic configuration of the constant potential electrolytic gas sensor according to the present invention is that a pore is formed in the reference electrode and the interference gas blocking film, and an electrolytic solution flows to the counter electrode side through the pore, A water retaining member that absorbs and holds the liquid is disposed between the counter electrode and the interference gas blocking film.
本構成によれば、当該保水部材を対極に接するように配設することができるため、保水部材が保持する電解液と対極とを接触させることができる。対極と接触する電解液は、参照極および干渉ガス遮断膜に形成された細孔を介して、反応極と参照極との間の電解液収容部と繋がっているため、三つのガス電極の全てを電解液に接触させることができる。 According to this configuration, since the water retention member can be disposed so as to be in contact with the counter electrode, the electrolyte solution held by the water retention member and the counter electrode can be brought into contact with each other. The electrolyte solution in contact with the counter electrode is connected to the electrolyte container between the reaction electrode and the reference electrode via the pores formed in the reference electrode and the interference gas blocking film. Can be brought into contact with the electrolyte.
本発明に係る定電位電解式ガスセンサの第三特徴構成は、前記ガス排出部を、結露を防ぐ結露・圧力緩和膜によって覆った点にある。 A third characteristic configuration of the constant potential electrolytic gas sensor according to the present invention is that the gas discharge part is covered with a dew condensation / pressure relaxation film that prevents dew condensation.
結露・圧力緩和膜は、ガス排出部における結露の発生を未然に防止することができる。周囲の環境変化に伴って、例えばガス排出部において結露が発生してガス排出部を塞いだ場合、センサ内部の圧力が抜け難くなって指示値のゆらぎが大きくなる虞がある。また、これらが完全に塞がってしまった場合、指示値がゼロになる虞がある。しかし、本構成のように結露・圧力緩和膜を備えることで、ガス排出部において結露が発生し難くなり、それによりセンサ内部の圧力が抜け易くなるため、センサ内部の圧力上昇を緩和することができ、指示値も安定する。 The condensation / pressure relaxation film can prevent the occurrence of condensation in the gas discharge portion. When the surroundings change, for example, when condensation occurs in the gas discharge unit and closes the gas discharge unit, the pressure inside the sensor is difficult to escape and the fluctuation of the indicated value may increase. Moreover, when these are completely blocked, there is a possibility that the indicated value becomes zero. However, by providing a dew condensation / pressure relaxation film as in this configuration, it is difficult for dew condensation to occur in the gas discharge section, which makes it easier for the pressure inside the sensor to escape, so the pressure rise inside the sensor can be mitigated. The indicated value is stable.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、定電位電解式ガスセンサXは、ガスを検知するガス電極10として被検知ガスを電気化学反応させる反応極11、当該反応極11に対する対極12、反応極11の電位を制御する参照極13を、電解槽30に収容した電解液20に接触するように備えている。この定電位電解式ガスセンサXは、電解槽30の側方に開口してガスを導入するガス導入部32と、電解槽30の側方に開口してガスを排出するガス排出部33と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the constant potential electrolytic gas sensor X controls a
反応極11、対極12及び参照極13は、撥水性を有する多孔質のガス透過膜14の表面に、公知の電極材料より作製したペーストを塗布・焼成して形成してある。ガス透過膜14は、例えば疎水性でガスを透過する性質を有するものであればどのような膜でもよく、例えば耐薬品性を有する多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)膜などを使用することができる。反応極11と参照極13とは対向して配置してあり、また、ガス排出部33の側から順に対極12および参照極13を配設してある。反応極11と参照極13との間の空間が電解液20を収容する電解液収容部31となる。電解液20は硫酸やリン酸等の酸性水溶液等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。被検知ガスはガス導入部32よりセンサの内部に導入され、反応極11上で反応する。
The
それぞれのガス電極10、ガス透過膜14、溶存酸素遮断膜41、干渉ガス遮断膜42、Oリング15aおよびガスケット15bは電解槽30の蓋部材16によって固定される。溶存酸素遮断膜41は、電解液20に溶存する酸素(溶存酸素)を遮断するために、反応極11における電解液20の側に設けてある。また、干渉ガス遮断膜42は、干渉ガスを遮断するため対極12および参照極13の間に設けてある。
反応極11、対極12及び参照極13は、触媒および疎水性樹脂を含むガス拡散電極からなり、触媒としては、白金(Pt)、金(Au)、ルテニウム(Ru)、酸化ルテニウム(RuO2)、パラジウム(Pd)、白金担持カーボン(Pt/C)などが好適に用いられ、疎水性樹脂としては多孔質PTFE膜などが好適に用いられる。
Each
The
電解槽30の一端には、0.5〜1mm程度の小径とした内圧調整孔17が形成されている。内圧調整孔17における電解液収容部31の側には、多孔質シート18が配設してある。電解液収容部31は、小径の流路31aを介して大径の二つの収容部31bを有する態様とする。当該流路31aを2〜4mm程度の小径とした場合、電解液20の表面張力で電解液20が一方の収容部31bから他方の収容部31bに逆流し難くなる。筐体を構成する電解槽30および蓋部材16は、耐食性を有する合成樹脂、例えば硬質塩化ビニル或いはニッケル合金等の金属で構成すればよい。
An internal
電解液収容部31には、電解液20を吸水して保持する保水部材37を配設することが可能である。この構成については後述する。
A
このような定電位電解式ガスセンサXは、被検知ガスの反応によって反応極11上で生じた電子に基づく電流を検知自在な電流測定部と、反応極11の電位制御自在な電位制御部とを備えたガス検知回路(図外)に接続して、ガス検知装置として用いられる。本発明の定電位電解式ガスセンサXは、例えば酸素ガスや、シラン、ホスフィン、ゲルマン、アルシン、ジボランなどの水素化物ガスの検知や、一酸化炭素、硫化水素等の毒性ガスの検知に用いられる。本実施形態では、被検知ガスとして酸素ガスを検知する場合について説明する。
Such a constant potential electrolytic gas sensor X includes a current measuring unit capable of detecting a current based on electrons generated on the
(開口装着部材)
ガス導入部32およびガス排出部33の少なくとも何れか一方には、金属酸化物により作製してピンホール34aを形成してある筒部材34を、樹脂製の弾性部材35に圧入した開口装着部材36を備えてある(図2)。
(Opening mounting member)
At least one of the
開口装着部材36はガス導入部32およびガス排出部33の少なくとも何れか一方に備えればよく、本実施形態ではガス導入部32およびガス排出部33の両方に設けた場合について説明する。開口装着部材36は、筐体を構成する蓋部材16に形成した貫通孔16aに挿入して当該蓋部材16に固定してある。
The
本実施形態の開口装着部材36は、筒部材34が貫く柱状部36aと、当該柱状部36aの一端側に設けた板状部36bと、当該柱状部36aの他端側に設けた返し部36cと、を備える。板状部36bによって開口装着部材36を筐体(蓋部材16)と面接触させて確実に固定することができる。また、返し部36cによって開口装着部材36が筐体(蓋部材16)に形成した貫通孔16aから抜け落ちるのを防止することができる。開口装着部材36は、当該貫通孔16aに対して圧入するように挿入すればよい。
The
筒部材34を構成する金属酸化物は、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックスが挙げられるが、これらに限定されるものではない。筒部材の長寸は0.5〜6.0mmであり、好ましくは1.5〜5.5mmとするのがよい。また、ピンホール34aの孔径が8〜200μmであり、好ましくは12〜125μmとするのがよい。
Examples of the metal oxide constituting the
筒部材34の形状は円柱状とするのがよいが、これに限定されるものではなく、角柱状等の態様であってもよい。
The shape of the
弾性部材35は、弾性を有する材料、例えばパッキンに使用されるゴム状の弾性材料、熱可塑性エラストマー等、によって形成すればよい。弾性部材35に筒部材34の外径よりも小さい孔径の貫通孔35aを形成しておき、当該貫通孔35aに筒部材34を圧入する。
The
筒部材34に設けるピンホール34aは、一つでもよいし、複数設けてもよい。ピンホール34aの数については、センサ内に導入したい被検知ガスの量に応じて適宜設定すればよい。本実施形態では、それぞれの筒部材34に、一つのピンホール34aが形成してある場合について説明する。
One or
(結露・圧力緩和膜)
開口装着部材36を蓋部材16に形成した貫通孔16aに挿入した状態で、開口装着部材36を両側から覆うように、結露を防ぐ結露・圧力緩和膜40を配設する。即ち、結露・圧力緩和膜40は、ガス導入部32およびガス排出部33を覆うように配設してある。本実施形態では結露・圧力緩和膜40はガス導入部32およびガス排出部33の両方を覆う態様であるが、結露・圧力緩和膜40はガス導入部32およびガス排出部33において、少なくともガス導入部32を覆う態様であればよい。
(Condensation / pressure relief membrane)
In a state where the
結露・圧力緩和膜40は、当該膜が設けられたガス導入部32或いはガス排出部33における結露の発生を未然に防止することができる。周囲の環境変化に伴って、例えばガス導入部32において結露が発生した場合、被検知ガスをセンサの内部に導入できない虞がある。また、当該結露によってガス導入部32やガス排出部33を塞いだ場合、センサ内部の圧力が抜け難くなって指示値のゆらぎが大きくなる虞がある。また、これらが完全に塞がってしまった場合、指示値がゼロになる虞がある。しかし、結露・圧力緩和膜40を備えることで、微細なピンホール34aを備えた開口装着部材36を有するガス導入部32およびガス排出部33において結露が発生し難くなり、被検知ガスをセンサの内部に導入できなくなるのを未然に防止でき、かつ圧力依存を緩和するためセンサ内部の圧力上昇(特に突発的な圧力上昇)を緩和することができ、指示値も安定する。
The condensation /
結露・圧力緩和膜40は、ガスを透過して液体を透過しない性質を有するものであればどのような膜でもよく、多孔質PTFE膜などを使用することができる。
The dew condensation /
本実施形態の結露・圧力緩和膜40は厚さ0.2mm程度で、その特性は、例えば透気度がガーレー値で200〜700程度、空孔率が35〜45%、WEP(水の侵入圧力)が196kPa以上、好ましくは500kPaとするのがよい。
The dew condensation /
また、本実施形態では、透気度の異なる二枚の結露・圧力緩和膜40のセットを、ガス導入部32およびガス排出部33において、少なくともガス導入部32に配設する場合について説明する。
Further, in the present embodiment, a case will be described in which a set of two dew condensation /
結露・圧力緩和膜40は、単層の膜としてもよいし、透気度が同じ二枚の膜を重ねて構成してもよいし、透気度の異なる二枚の膜を重ねて構成してもよい。
例えば結露・圧力緩和膜40を二枚重ねにして少なくともガス導入部32に配設する場合、上述した透気度およびWEPを有する膜を二枚としてもよいし、一方の膜を上述した透気度およびWEPを有する膜とし、他方の膜を上述した透気度およびWEPより低い値の膜としてもよい。当該他方の膜は、一方の膜を押えて密着させることができ、さらに反応極11から電解液20が漏出するのを防止できるもの(例えば撥水性を有する態様)であればよい。二枚重ねにした場合の二枚の膜の配設順序としては、適宜設定してもよいが、例えばガス導入部32であれば、反応極11、他方の膜、一方の膜、筒部材34(ピンホール34a)のようにすることができる。このように二枚重ねとした結露・圧力緩和膜40を、開口装着部材36の外側および内側にそれぞれ配設(図1)してもよいし、外側および内側の何れか一方のみに配設してもよいが、何れか一方のみに配設する場合は外側に配設するのが好ましい。
The dew condensation /
For example, in the case where two dew condensation /
(溶存酸素遮断膜)
上述した溶存酸素遮断膜41は、電解液20に溶存する酸素(溶存酸素)を遮断するために、反応極11における電解液20の側に設けてある。溶存酸素遮断膜41は、反応極11における電解液20の側の全面に設けるとよい。
(Dissolved oxygen barrier membrane)
The dissolved
溶存酸素遮断膜41は、イオン導電性および透水性を有し、かつ酸素ガスを透過させないイオン交換膜を使用すればよい。具体的には、溶存酸素遮断膜41は、ナフィオン(登録商標:デュポン社製)、アシプレックス(登録商標:旭化成社製)、フレミオン(登録商標:旭硝子社製)などを使用することができるが、これに限定されるものではない。例えば、ナフィオンはプロトン伝導性および透水性を有し、かつ耐酸化性に優れている。
The dissolved
溶存酸素遮断膜41はイオン導電性および透水性を有するため、H+およびH2O分子は、電解液20の側から溶存酸素遮断膜41を介して反応極11に移動することができるため、定電位電解式ガスセンサXにおける電極反応の場を反応極11の表面とすることができる。
Since the dissolved
溶存酸素遮断膜41は、反応極11に熱圧着させることができる。溶存酸素を遮断するには、反応極11に溶存酸素遮断膜41を構成する成分を含有する溶液を塗布し乾燥させた状態でも効果はあるが、更に溶存酸素遮断膜41を熱圧着させるように形成することで、より効果的となる。
The dissolved
具体的には、当該熱圧着は、反応極11の表面に溶存酸素遮断膜41を構成する成分を含有する溶液を塗布し(塗布工程)、当該溶液を塗布し乾燥させた後、リード線を反応極11に載置した状態で溶存酸素遮断膜41を積層し、溶存酸素遮断膜41を積層(積層工程)した後、120〜140℃、好ましくは130℃、1〜4MPaで熱圧着(熱圧着工程)したものである。
Specifically, in the thermocompression bonding, a solution containing components constituting the dissolved
溶存酸素遮断膜41をナフィオンとした場合、反応極11の表面にナフィオン溶液を塗布する(塗布工程)。ナフィオン溶液の濃度は5〜20wt%で、溶媒は低級アルコールと純水(15〜34%)の混合物、または、純水とすればよい。
When the dissolved
このようにリード線を反応極11に載置した状態でナフィオンを積層することにより、リード線および反応極11との集電を確実にすることができる。
Thus, by stacking Nafion with the lead wire placed on the
(干渉ガス遮断膜)
上述した干渉ガス遮断膜42は、干渉ガスを遮断するため対極12および参照極13の間に設けてある。干渉ガスは、サンプリングガス中に被検知ガスと共存し、被検知ガス検知の指示値に影響を及ぼす気体のことをいう。干渉ガス遮断膜42は、例えばイオン導電性および透水性を有し、かつ干渉ガスを透過させないイオン交換膜を使用すればよいがこのような膜に限定されず、PET、PP、PE等の膜も使用することができる。具体的には上述したナフィオン等を使用することができるが、これに限定されるものではない。
(Interference gas barrier film)
The interference
仮に、ガス排出部33から干渉ガスが流入した場合、この干渉ガスが参照極13に接触すると、反応極11の電位を制御し難くなり、センサの出力値が安定しなくなる虞がある。本構成では、ガス排出部33の側から順に対極12および参照極13を配設してあり、対極12および参照極13の間に干渉ガス遮断膜42を備えるため、参照極13を干渉ガス遮断膜42より内側(電解液収容部31の側)に配設できる。従って、ガス排出部33から流入した干渉ガスが参照極13に到達する前に干渉ガス遮断膜42によって遮断することができ、参照極13に接触するのを未然に防止することができる。
If an interference gas flows in from the
対極12における電極反応で酸素ガスが発生した場合、この酸素ガスはガス排出部33から排出する必要がある。そのため、干渉ガス遮断膜42を対極12におけるガス排出部33の側に備えると、この酸素ガスをガス排出部33から排出することはできなくなる。よって、本構成のように、ガス排出部33の側に配設した対極12および参照極13の間に干渉ガス遮断膜42を備えることで、対極12におけるガス排出部33の側には干渉ガス遮断膜42は存在しないため、対極12で発生した酸素ガスをガス排出部33から排出することができる。
When oxygen gas is generated by the electrode reaction at the
参照極13および干渉ガス遮断膜42には、それぞれ細孔13a,42aを形成し、当該細孔13a,42aを介して電解液20が対極12の側に流通するように構成してある。このとき、電解液20を吸水して保持する保水部材37を、対極12および干渉ガス遮断膜42の間に配設するとよい。細孔13a,42aの孔径は約2mm程度とすればよい。
The
本構成では、当該保水部材37を対極12に接するように配設することができるため、保水部材37が保持する電解液20と対極12とを接触させることができる。対極12と接触する電解液20は、参照極13および干渉ガス遮断膜42に形成された細孔13a,42aを介して、反応極11と参照極13との間の電解液収容部31と繋がっているため、三つのガス電極10の全てを電解液20に接触させることができる。
In this configuration, since the
(保水部材)
保水部材37は、例えば保水性の繊維(例えばガラス繊維、セラミックス繊維など)、吸水性の高分子等、電解液20を保持できる吸水性の部材であれば、特に限定されるものではない。
また、保水部材37は、本実施形態のように、電解液収容部31において一方の収容部31b(ガス電極10が配設してある側)の全面に充填してもよい。これにより、各ガス電極における電極反応等で発生した気泡や、急激な温度変化に伴い電解液中に溶解していた空気が発生した場合や、急激な加圧状態における空気の侵入により直接、三つのガス電極10の表面が空気で覆われる(電極の反応面積が減少し、指示が不安定になる虞がある)ことを回避することができる。
(Water retaining material)
The
Moreover, the
〔別実施形態〕
上述した実施形態では、電解液20を吸水して保持する保水部材37を、対極12および干渉ガス遮断膜42の間に配設したり、電解液収容部31において一方の収容部31bの全面に充填したが、保水部材37を電解液収容部31の一部に配設してもよい。この場合、反応極11および参照極13の間に、複数の保水部材37を、反応極11の側および参照極13の側に分かれて配設するとよい。このとき、これらの保水部材37を、反応極11および参照極13に対して各別に押圧する押え部材50を設けることが可能である(図3,4)。押え部材50が保水部材37を反応極11および参照極13に対して各別に押圧する押圧力は、押え部材50の材質や形状によって設定することができる。
[Another embodiment]
In the above-described embodiment, the
保水部材37は、押え部材50による押圧力によってその厚みが変動するように構成すればよい。本構成においても、保水部材37は、上述したように電解液20を保持できる吸水性の部材とすればよく、保水性の繊維、吸水性の高分子等、特に限定されることなく使用することができる。
What is necessary is just to comprise the
また、保水部材37は、反応極11および参照極13の全面を覆うように配設すればよい。
The
押え部材50は、弾性変形可能な芯部材51と、当該芯部材51の両端に配設した有孔の板状部材52と、を備えるように構成してある。押え部材50は、耐薬品性を有する硬質塩化ビニル等の樹脂によって作製することができるが、これに限定されるものではない。このような樹脂で製造することで、芯部材51を弾性変形可能に構成することができる。 The pressing member 50 is configured to include an elastically deformable core member 51 and perforated plate-like members 52 disposed at both ends of the core member 51. The pressing member 50 can be made of a resin such as hard vinyl chloride having chemical resistance, but is not limited to this. By manufacturing with such resin, the core member 51 can be configured to be elastically deformable.
本実施形態では、板状部材52に四つの板状部材開口部52aを設けてあるが、これに限定されるものではない。板状部材開口部52aの数は、電解液20の表面張力や、保水部材37の吸水性等を勘案して適宜設定すればよい。
In the present embodiment, four plate member openings 52a are provided in the plate member 52, but the present invention is not limited to this. The number of the plate-like member openings 52a may be appropriately set in consideration of the surface tension of the
また、芯部材51を弾性変形可能に構成するため、芯部材51をバネ材で構成してもよい。 Further, in order to configure the core member 51 so as to be elastically deformable, the core member 51 may be configured with a spring material.
押え部材50は、芯部材51が、ガス導入部32に対応する位置となるように配設するのがよい。
The pressing member 50 is preferably arranged so that the core member 51 is at a position corresponding to the
本発明の定電位電解式ガスセンサXおよび従来の定電位電解式ガスセンサ(比較例)において、それぞれの性能の比較を行った。本発明の定電位電解式ガスセンサXは干渉ガス遮断膜42(ナフィオン)を備え、従来の定電位電解式ガスセンサは干渉ガス遮断膜42を備えない態様とした。各センサとも四つのセンサを使用し、被検知ガスとして酸素ガス(21vol%)を検知したときにおいて、干渉ガス(水素ガス5000ppm)の検知(影響)の有無を調べた。結果を図3に示した。
The performance of each of the controlled potential electrolytic gas sensor X of the present invention and the conventional controlled potential electrolytic gas sensor (comparative example) was compared. The constant potential electrolysis gas sensor X of the present invention is provided with the interference gas blocking film 42 (Nafion), and the conventional constant potential electrolysis gas sensor is not provided with the interference
この結果、従来の定電位電解式ガスセンサでは、酸素ガスを検知したときの指示値が安定せず、干渉ガスの影響が大きいと認められた。一方、本発明の定電位電解式ガスセンサXでは、酸素ガスを検知したときの指示値は安定しており、干渉ガスの影響は殆ど認められなかった。 As a result, in the conventional constant potential electrolytic gas sensor, the indicated value when oxygen gas was detected was not stable, and it was recognized that the influence of the interference gas was great. On the other hand, in the controlled potential electrolysis gas sensor X of the present invention, the indicated value when oxygen gas was detected was stable, and the influence of the interference gas was hardly recognized.
本発明は、ガスを検知するガス電極として被検知ガスを電気化学反応させる反応極、前記反応極に対する対極および前記反応極の電位を制御する参照極を、電解槽に収容した電解液に接触するように備えた定電位電解式ガスセンサに利用できる。 In the present invention, a reaction electrode for electrochemically reacting a gas to be detected as a gas electrode for detecting gas, a counter electrode with respect to the reaction electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the reaction electrode are brought into contact with an electrolytic solution accommodated in an electrolytic cell. It can utilize for the constant potential electrolytic gas sensor provided.
X 定電位電解式ガスセンサ
10 ガス電極
11 反応極
12 対極
13 参照極
13a 細孔
20 電解液
30 電解槽
33 ガス排出部
37 保水部材
40 結露・圧力緩和膜
42 干渉ガス遮断膜
42a 細孔
X Constant Potential
Claims (3)
前記電解槽の側方に開口してガスを排出するガス排出部を備え、
前記ガス排出部の側から順に、前記対極および前記参照極を配設し、
前記対極および前記参照極の間に、干渉ガスを遮断する干渉ガス遮断膜を設け、
前記干渉ガス遮断膜は、イオン導電性を有し、かつ干渉ガスを透過させないイオン交換膜である定電位電解式ガスセンサ。 As a gas electrode for detecting gas, a reaction electrode for electrochemically reacting a gas to be detected, a counter electrode for the reaction electrode, and a reference electrode for controlling the potential of the reaction electrode were provided so as to come into contact with an electrolytic solution contained in an electrolytic cell. A constant potential electrolytic gas sensor,
A gas discharge part that opens to the side of the electrolytic cell and discharges the gas;
In order from the side of the gas discharge part, the counter electrode and the reference electrode are disposed,
Between the counter electrode and the reference electrode, an interference gas blocking film for blocking interference gas is provided ,
The constant potential electrolytic gas sensor, wherein the interference gas blocking film is an ion exchange film having ion conductivity and not allowing interference gas to permeate .
電解液を吸水して保持する保水部材が、前記対極および前記干渉ガス遮断膜の間に配設してある請求項1に記載の定電位電解式ガスセンサ。 A pore is formed in the reference electrode and the interference gas blocking film, and an electrolyte flows through the pore to the counter electrode side,
The constant potential electrolytic gas sensor according to claim 1, wherein a water retention member that absorbs and retains the electrolytic solution is disposed between the counter electrode and the interference gas blocking film.
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