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公開番号2024131877
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023042368
出願日2023-03-16
発明の名称一酸化炭素ガスセンサ
出願人三井金属鉱業株式会社,国立大学法人九州大学
代理人弁理士法人翔和国際特許事務所
主分類G01N 27/407 20060101AFI20240920BHJP(測定;試験)
要約【課題】高い測定精度を有し且つ小型化が可能な一酸化炭素ガスセンサを提供すること。
【解決手段】一酸化炭素ガスセンサ10は、固体電解質層11と、第1電極13と、第2電極12とを有する。第1電極13は一酸化炭素ガスの酸化に活性である。第2電極12は、第1電極13よりも一酸化炭素ガスの酸化に不活性である。第2電極12に、一酸化炭素ガスの酸化を促進する材料18が施されている。一酸化炭素ガスセンサ10は、電極12,13間の短絡電流又は起電力を測定するように構成されている。前記材料18にコバルト等が含まれることが好適である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
気相中の一酸化炭素ガスの濃度を測定する一酸化炭素ガスセンサであって、
アニオン伝導性を有する固体電解質層と、
前記固体電解質層の一方の面に配置された第１電極と、
前記固体電解質層の他方の面に配置された第２電極と、を有し、
前記第１電極は一酸化炭素ガスの酸化に活性であり、
前記第２電極は、前記第１電極よりも一酸化炭素ガスの酸化に不活性であり、
前記第２電極に、一酸化炭素ガスの酸化を促進する材料が施されており、
前記電極間の短絡電流又は起電力を測定するように構成されている、一酸化炭素ガスセンサ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記一酸化炭素ガスの酸化を促進する材料がコバルト、タングステン、バナジウム、マンガン、クロム、モリブデン、ルテニウム、スズ、鉄及びニッケルから選択される金属元素を含む、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項３】
前記固体電解質層を構成するすべての元素（ただし酸素を除く。）のうち、最大検出量の元素の原子数に対する、前記金属元素の原子数の比率が１．０×１０
－４
以上１．０×１０
－２
以下である、請求項２に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項４】
前記固体電解質層が酸化物イオン伝導性を有する、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項５】
前記固体電解質層が希土類元素の酸化物を含む、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項６】
前記固体電解質層がアパタイト型結晶構造を有する化合物を含む、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項７】
前記固体電解質層が、式（１）：Ａ
９．３＋ｘ
［Ｔ
６．０－ｙ
Ｍ
ｙ
］Ｏ
２６．０＋ｚ
（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含む、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項８】
単室型である、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項９】
１００ｐｐｍ以上の一酸化炭素ガスを含む雰囲気下、２５０℃以上６００℃以下の温度にて、７．１μＡ／ｃｍ
２
以上の短絡電流密度が検出される、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
【請求項１０】
１００ｐｐｍ以上の一酸化炭素ガスを含む雰囲気下、２５０℃以上６００℃以下の温度にて、５６ｍＶ以上の起電力が検出される、請求項１に記載の一酸化炭素ガスセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は一酸化炭素ガスセンサに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、持続可能な社会を築く観点から、より安全な人間居住を実現することが求められている。例えば冬場のストーブ使用における一酸化炭素中毒を防止することは安全な人間居住を実現するという目標達成に寄与するものである。したがって一酸化炭素中毒を防止するための一酸化炭素ガス濃度を測定できるセンサの開発は必要不可欠なものである。気相中の一酸化炭素ガスの濃度を測定可能なセンサとして、例えば定電位電解ガスセンサや半導体式ガスセンサなどが知られている。しかし定電位電解ガスセンサは、電解液を使用することに起因して高温環境では寿命が短いという欠点を有する。半導体式ガスセンサは、一酸化炭素以外の可燃性ガスの影響を受けやすいという欠点を有する。
【０００３】
上述の種類のセンサに加えて、特許文献１には、イオン伝導性を示すセラミックスであるＢａＣｅＯ
３
系酸化物又はＣｅＯ
２
系酸化物からなる固体電解質と一対の電極とを備えた一酸化炭素ガスセンサが提案されている。このセンサは単室型及び二室型のものである。また、このセンサは短絡電流値、開放電位差又は電極間に電流が流れている状態での電圧値を測定することで一酸化炭素ガスの濃度を測定するように構成されている。
特許文献２にも、固体電解質を用いた一酸化炭素ガスセンサが提案されている。同文献に記載されている固体電解質は、ＬＳＧＭ８２８２と呼ばれる酸化物イオン伝導体である。同文献に記載のセンサは、電極間に電流が流れている状態での電圧値を測定することで一酸化炭素ガスの濃度測定が可能になっている。
【０００４】
これらのセンサとは別に、本出願人は先に、アニオン伝導性を有する固体電解質層と、この固体電解質層の各面に配置された電極とを有する一酸化炭素ガスセンサを提案した（特許文献３）。この一酸化炭素ガスセンサは、一方の電極が一酸化炭素ガスの酸化に活性であり、他方の電極が、一方の電極よりも一酸化炭素ガスの酸化に不活性であるものである。このような構成を有するこの一酸化炭素ガスセンサは、電極間の短絡電流を測定することで一酸化炭素ガスの濃度測定が可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００３－２０７４８２号公報
特開２０１２－４２２２２号公報
国際公開第２０２２／２７０４４８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている二室型のセンサは、検知極が曝される雰囲気と、対極が曝される雰囲気とを隔離する必要があることから、センサに気密構造を設ける必要があり、センサの構造が複雑化してしまう。
特許文献２に記載されているセンサでは、十分な電圧値が得られない場合があり、そのことに起因して十分な測定精度が得られないことがある。
特許文献３に記載されているセンサは、構造が複雑でなく、また高精度を有するものであるが、一酸化炭素ガスセンサに対する高精度化及び小型化の要求は昨今益々高くなっている。
したがって本発明の課題は、高い測定精度を有し且つ小型化が可能な一酸化炭素ガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、気相中の一酸化炭素ガスの濃度を測定する一酸化炭素ガスセンサであって、
アニオン伝導性を有する固体電解質層と、
前記固体電解質層の一方の面に配置された第１電極と、
前記固体電解質層の他方の面に配置された第２電極と、を有し、
前記第１電極は一酸化炭素ガスの酸化に活性であり、
前記第２電極は、前記第１電極よりも一酸化炭素ガスの酸化に不活性であり、
前記第２電極に、一酸化炭素ガスの酸化を促進する材料が施されており、
前記電極間の短絡電流又は起電力を測定するように構成されている、一酸化炭素ガスセンサを提供することによる前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い測定精度を有し且つ小型化が可能な一酸化炭素ガスセンサが提供される。更に、本発明によれば、耐湿性が高い一酸化炭素ガスセンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一酸化炭素ガスセンサの一実施形態を示す厚み方向に沿う断面の模式図である。
図２は、図１に示す一酸化炭素ガスセンサの要部を拡大して示す模式図である。
図３は、図１に示す構造の一酸化炭素ガスセンサに短絡電流が発生する機序を説明する模式図である。
図４は、実施例２及び比較例２で製造した一酸化炭素ガスセンサを用いて測定した短絡電流の結果を示すグラフである。
図５は、実施例１及び比較例２で製造した一酸化炭素ガスセンサを用いた一酸化炭素ガスの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１には本発明の一酸化炭素ガスセンサの一実施形態が示されている。同図に示す一酸化炭素ガスセンサ１０は単室型のものであり、層状の形態を有する固体電解質層１１を備えている。一酸化炭素ガスセンサ１０は、固体電解質層１１の一面に第１電極１３を備え、他面に第２電極１２を備えている。以下の説明においては、第１電極１３のことを対極１３ともいい、第２電極１２のことを検知極１２ともいう。
（【００１１】以降は省略されています）

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