JP2003107045A - 酸素ポンプ素子および酸素ポンプ装置 - Google Patents
酸素ポンプ素子および酸素ポンプ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度センサを別途備えなければならないの
で、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高価格になる
という課題があった。 【解決手段】 酸素イオン導電性基板１の一方の表面に
第１作用電極２と第１補助電極３と第２補助電極４を、
他の表面に第２作用電極５を形成した酸素ポンプ素子を
用いて、酸素イオン電流および第１補助電極３と第２補
助電極４間の電位差から酸素イオン導電性基板１の温度
を検出する。
で、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高価格になる
という課題があった。 【解決手段】 酸素イオン導電性基板１の一方の表面に
第１作用電極２と第１補助電極３と第２補助電極４を、
他の表面に第２作用電極５を形成した酸素ポンプ素子を
用いて、酸素イオン電流および第１補助電極３と第２補
助電極４間の電位差から酸素イオン導電性基板１の温度
を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸素ポンプに関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の酸素ポンプ素子は以下の
ようなものであった。
ようなものであった。
【０００３】特開平１１−９４７９２号公報では、酸素
イオン導電性を有する固体電解質基板の両面に作用電極
を形成した酸素ポンプが開示されている。しかし、前記
公報には、温度検出機能を備えた酸素ポンプ素子につい
て何ら記載されていない。
イオン導電性を有する固体電解質基板の両面に作用電極
を形成した酸素ポンプが開示されている。しかし、前記
公報には、温度検出機能を備えた酸素ポンプ素子につい
て何ら記載されていない。
【０００４】特表平１０−５００４５０号公報では、酸
素ポンプ素子の近傍に熱電対を配置して、酸素ポンプ素
子を適切な動作温度に保持する装置が開示されている。
しかし、この公報でも、温度検出機能を備えた酸素ポン
プ素子について何ら記載されていない。
素ポンプ素子の近傍に熱電対を配置して、酸素ポンプ素
子を適切な動作温度に保持する装置が開示されている。
しかし、この公報でも、温度検出機能を備えた酸素ポン
プ素子について何ら記載されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記公知技術でも酸素
ポンプ素子は温度検出機能を有していない。従って、酸
素ポンプ素子を適切な動作温度に保持するには、酸素ポ
ンプ素子近傍に配置された熱電対などの温度センサから
の信号を利用する必要があった。
ポンプ素子は温度検出機能を有していない。従って、酸
素ポンプ素子を適切な動作温度に保持するには、酸素ポ
ンプ素子近傍に配置された熱電対などの温度センサから
の信号を利用する必要があった。
【０００６】このため、温度センサを別途備えなければ
ならないので、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高
価格になるという課題があった。また、温度センサの温
度は酸素ポンプ素子と温度センサの相対的な位置関係に
よっても影響されるので、酸素ポンプ素子の温度との対
応精度が充分でないという課題もあった。
ならないので、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高
価格になるという課題があった。また、温度センサの温
度は酸素ポンプ素子と温度センサの相対的な位置関係に
よっても影響されるので、酸素ポンプ素子の温度との対
応精度が充分でないという課題もあった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の酸素ポンプ素子
は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１作用電極
と第１補助電極と第２補助電極を、他の表面に第２作用
電極を形成し、第１作用電極と第２作用電極が対向した
した構成である。
は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１作用電極
と第１補助電極と第２補助電極を、他の表面に第２作用
電極を形成し、第１作用電極と第２作用電極が対向した
した構成である。
【０００８】上記発明によれば、第１補助電極と第２補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板の温度、すなわち、酸素ポンプ
素子の温度が検出できる。
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板の温度、すなわち、酸素ポンプ
素子の温度が検出できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる酸素ポ
ンプ素子は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１
作用電極と第１補助電極と第２補助電極を、他の表面に
第２作用電極を形成し、第１作用電極と第２作用電極が
対向したした構成である。
ンプ素子は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１
作用電極と第１補助電極と第２補助電極を、他の表面に
第２作用電極を形成し、第１作用電極と第２作用電極が
対向したした構成である。
【００１０】上記発明によれば、第１補助電極と第２補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板、すなわち、酸素ポンプ素子の
温度が検出できる。
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板、すなわち、酸素ポンプ素子の
温度が検出できる。
【００１１】本発明の請求項２にかかる酸素ポンプ素子
では、第２作用電極であるカソード電極が第１作用電極
であるアノード電極よりも大きな面積を有するので、酸
素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供給でき
る。
では、第２作用電極であるカソード電極が第１作用電極
であるアノード電極よりも大きな面積を有するので、酸
素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供給でき
る。
【００１２】本発明の請求項３にかかる酸素ポンプ素子
では、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１作用電
極を、第１作用電極の周囲に第１補助電極を、第１補助
電極の周囲に第２補助電極を形成した構成であるので、
両補助電極の面積を大きくでき、従って、両補助電極間
の内部抵抗を低減できる。
では、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第１作用電
極を、第１作用電極の周囲に第１補助電極を、第１補助
電極の周囲に第２補助電極を形成した構成であるので、
両補助電極の面積を大きくでき、従って、両補助電極間
の内部抵抗を低減できる。
【００１３】本発明の請求項４にかかる酸素ポンプ素子
では、第１作用電極、第１補助電極および第２補助電極
が同じ電極材料で構成されるので、第１作用電極形成工
程が簡素化できる。
では、第１作用電極、第１補助電極および第２補助電極
が同じ電極材料で構成されるので、第１作用電極形成工
程が簡素化できる。
【００１４】本発明の請求項５にかかる酸素ポンプ素子
では、第１作用電極を除いた一方の表面および第２作用
電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した構成である
ので、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を安定し
て測定できる。
では、第１作用電極を除いた一方の表面および第２作用
電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した構成である
ので、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を安定し
て測定できる。
【００１５】本発明の請求項６にかかる酸素ポンプ素子
では、絶縁性膜が硝子焼成膜であるので、簡素な工程で
製造できる。
では、絶縁性膜が硝子焼成膜であるので、簡素な工程で
製造できる。
【００１６】本発明の請求項７にかかる酸素ポンプ素子
では、第１補助電極および第２補助電極の幅が（０．５
〜０．１）mmであるので、酸素イオン導電性基板内の等
電位線の乱れを小さくできる。
では、第１補助電極および第２補助電極の幅が（０．５
〜０．１）mmであるので、酸素イオン導電性基板内の等
電位線の乱れを小さくできる。
【００１７】本発明の請求項８にかかる酸素ポンプ装置
は、直流電源と、酸素ポンプ素子と酸素イオン電流検出
手段が直列に接続され、また、第１補助電極と第２補助
電極間に電位差検出手段が接続された構成である。従っ
て、酸素ポンプの動作中に常時イオン電極と電位差をモ
ニタできる。
は、直流電源と、酸素ポンプ素子と酸素イオン電流検出
手段が直列に接続され、また、第１補助電極と第２補助
電極間に電位差検出手段が接続された構成である。従っ
て、酸素ポンプの動作中に常時イオン電極と電位差をモ
ニタできる。
【００１８】本発明の請求項９にかかる酸素ポンプ装置
では、電位差検出手段の入力抵抗が１０ＭΩ以上である
ので、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を正確に
検出できる。
では、電位差検出手段の入力抵抗が１０ＭΩ以上である
ので、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を正確に
検出できる。
【００１９】本発明の請求項１０にかかる酸素ポンプ装
置は、酸素イオン電流検出手段および電位差検出手段に
抵抗値演算手段を接続した構成であるので、酸素ポンプ
の動作中に常時、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応
した抵抗値をモニタできる。
置は、酸素イオン電流検出手段および電位差検出手段に
抵抗値演算手段を接続した構成であるので、酸素ポンプ
の動作中に常時、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応
した抵抗値をモニタできる。
【００２０】本発明の請求項１１にかかる酸素ポンプ装
置は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続した構成で
あるので、酸素ポンプの動作中に常時、酸素イオン導電
性基板の温度をモニタできる。
置は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続した構成で
あるので、酸素ポンプの動作中に常時、酸素イオン導電
性基板の温度をモニタできる。
【００２１】
【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
て説明する。
【００２２】（実施例１）図１は本発明の実施例１の酸
素ポンプ素子の構成を示す断面図である。
素ポンプ素子の構成を示す断面図である。
【００２３】本発明の酸素ポンプ素子は、酸素イオン導
電性基板１の一方の表面に第１作用電極膜２、第１補助
電極３および第２補助電極４、他の表面に第２作用電極
５を形成し、第１作用電極２と第２作用電極５が対向し
た構成である。酸素イオン導電性基板１として、イット
リウムをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）やサマリウム
をドープしたセリア（ＳＤＣ）が用いられる。また、カ
ソード電極２、第１補助電極３、アノード電極膜４およ
び第２補助電極５として、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、
サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る複合金
属酸化物（ＳＳＣＯ）などのスパッタ膜や焼成膜、蒸着
膜が用いられる。
電性基板１の一方の表面に第１作用電極膜２、第１補助
電極３および第２補助電極４、他の表面に第２作用電極
５を形成し、第１作用電極２と第２作用電極５が対向し
た構成である。酸素イオン導電性基板１として、イット
リウムをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）やサマリウム
をドープしたセリア（ＳＤＣ）が用いられる。また、カ
ソード電極２、第１補助電極３、アノード電極膜４およ
び第２補助電極５として、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、
サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る複合金
属酸化物（ＳＳＣＯ）などのスパッタ膜や焼成膜、蒸着
膜が用いられる。
【００２４】第１作用電極２がカソード電極のとき、第
２作用電極５はアノード電極として、あるいは、第１作
用電極２がアノード電極のとき、第２作用電極５はカソ
ード電極として、それぞれ作用する。本実施例では、便
宜的に、第１作用電極２がカソード電極、第２作用電極
５がアノード電極である場合について説明する。
２作用電極５はアノード電極として、あるいは、第１作
用電極２がアノード電極のとき、第２作用電極５はカソ
ード電極として、それぞれ作用する。本実施例では、便
宜的に、第１作用電極２がカソード電極、第２作用電極
５がアノード電極である場合について説明する。
【００２５】カソード電極２を負電位、アノード電極５
を正電位にして直流電圧をカソード電極２とアノード電
極５間に印加したとき、カソード側外部空間の酸素分子
は、カソード電極２により酸素イオンとして酸素イオン
導電性基板１に取り込まれて、酸素イオン電流Ｉiとし
てアノード電極５に到達する。アノード電極５に到達し
た酸素イオンは酸素分子となり、アノード側の外部空間
に放散する。このとき、酸素イオン電流Ｉiは、電気力
線６に沿ってカソード電極２からアノード電極５に向か
って流れ、酸素イオン導電性基板１中に無数の等電位線
７が生じる。酸素イオン電流Ｉiは等電位線７に直交し
て流れる。これらの等電位線７の中で等電位線７ａは第
１補助電極３に入射し、等電位線７ａと異なる等電位線
７ｂは第２補助電極４に入射する。従って、等電位線７
ａと等電位線７ｂの電位差Ｖabが、第１補助電極３と第
２補助電極４間で観測される。電位差Ｖabを酸素イオン
電流Ｉiで徐した量Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）は、カソード電
極２とアノード電極５間の酸素イオン導電性基板１の抵
抗値に対応した抵抗値になる。従って、あらかじめ抵抗
値量Ｒabの温度依存性を測定しておくことにより、抵抗
値量Ｒabから酸素イオン導電性基板１の温度を求めるこ
とができる。
を正電位にして直流電圧をカソード電極２とアノード電
極５間に印加したとき、カソード側外部空間の酸素分子
は、カソード電極２により酸素イオンとして酸素イオン
導電性基板１に取り込まれて、酸素イオン電流Ｉiとし
てアノード電極５に到達する。アノード電極５に到達し
た酸素イオンは酸素分子となり、アノード側の外部空間
に放散する。このとき、酸素イオン電流Ｉiは、電気力
線６に沿ってカソード電極２からアノード電極５に向か
って流れ、酸素イオン導電性基板１中に無数の等電位線
７が生じる。酸素イオン電流Ｉiは等電位線７に直交し
て流れる。これらの等電位線７の中で等電位線７ａは第
１補助電極３に入射し、等電位線７ａと異なる等電位線
７ｂは第２補助電極４に入射する。従って、等電位線７
ａと等電位線７ｂの電位差Ｖabが、第１補助電極３と第
２補助電極４間で観測される。電位差Ｖabを酸素イオン
電流Ｉiで徐した量Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）は、カソード電
極２とアノード電極５間の酸素イオン導電性基板１の抵
抗値に対応した抵抗値になる。従って、あらかじめ抵抗
値量Ｒabの温度依存性を測定しておくことにより、抵抗
値量Ｒabから酸素イオン導電性基板１の温度を求めるこ
とができる。
【００２６】第１補助電極３と第２補助電極４を形成す
ることによって、等電位線７の分布が乱される。この乱
れをできるだけ低減するために、両補助電極の幅は狭い
方が好ましいが、実用的には、（０．５〜０．１）mm幅
でよい。
ることによって、等電位線７の分布が乱される。この乱
れをできるだけ低減するために、両補助電極の幅は狭い
方が好ましいが、実用的には、（０．５〜０．１）mm幅
でよい。
【００２７】カソード電極２、第１補助電極３および第
２補助電極４は同じ電極材料で構成されることが望まし
い。これにより、一つの電極形成工程でこれら電極を同
時に形成できるからである。
２補助電極４は同じ電極材料で構成されることが望まし
い。これにより、一つの電極形成工程でこれら電極を同
時に形成できるからである。
【００２８】カソード電極２と第１補助電極３間の部
分、カソード電極２と第２補助電極４間の部分、第１補
助電極３と酸素イオン導電性基板１の端部間の部分およ
び第２補助電極４と酸素イオン導電性基板１の端部間の
部分の絶縁性が低下した場合、例えば、電極材料の表面
拡散や汚れの付着により絶縁性が低下した場合、等電位
線７の分布が乱れ易くなる。アノード電極５と酸素イオ
ン導電性基板１の端部間についても同様である。このよ
うな場合、カソード電極２を除いた酸素イオン導電性基
板１の一方の表面およびアノード電極５を除いた他の表
面を絶縁性膜で被覆することが望ましい。電極材料の表
面拡散や汚れの付着を防止できるからである。絶縁性膜
として、硝子焼成膜が好ましい。硝子焼成膜は、硝子ペ
ーストの印刷、乾燥後、焼成することにより容易に形成
できるからである。
分、カソード電極２と第２補助電極４間の部分、第１補
助電極３と酸素イオン導電性基板１の端部間の部分およ
び第２補助電極４と酸素イオン導電性基板１の端部間の
部分の絶縁性が低下した場合、例えば、電極材料の表面
拡散や汚れの付着により絶縁性が低下した場合、等電位
線７の分布が乱れ易くなる。アノード電極５と酸素イオ
ン導電性基板１の端部間についても同様である。このよ
うな場合、カソード電極２を除いた酸素イオン導電性基
板１の一方の表面およびアノード電極５を除いた他の表
面を絶縁性膜で被覆することが望ましい。電極材料の表
面拡散や汚れの付着を防止できるからである。絶縁性膜
として、硝子焼成膜が好ましい。硝子焼成膜は、硝子ペ
ーストの印刷、乾燥後、焼成することにより容易に形成
できるからである。
【００２９】なお、カソード電極２と酸素イオン導電性
基板１の界面の間には、酸素分子を酸素イオンに変換す
るために必要な過電圧が存在し、また、およびアノード
電極５と酸素イオン導電性基板１の界面の間には、酸素
イオンを酸素分子に変換するために必要な過電圧が存在
する。従って、印加電圧を酸素イオン電流Ｉiで徐して
も酸素イオン導電性基板１の抵抗値に対応した抵抗値を
得ることができない。
基板１の界面の間には、酸素分子を酸素イオンに変換す
るために必要な過電圧が存在し、また、およびアノード
電極５と酸素イオン導電性基板１の界面の間には、酸素
イオンを酸素分子に変換するために必要な過電圧が存在
する。従って、印加電圧を酸素イオン電流Ｉiで徐して
も酸素イオン導電性基板１の抵抗値に対応した抵抗値を
得ることができない。
【００３０】（実施例２）本実施例では、第１作用電極
２がアノード電極、第２作用電極５がカソード電極であ
る場合について説明する。
２がアノード電極、第２作用電極５がカソード電極であ
る場合について説明する。
【００３１】カソード電極５を負電位、アノード電極２
を正電位にして直流電圧をカソード電極５とアノード電
極２間に印加して、酸素イオン電流が流れるとき、酸素
イオン導電性基板１中に存在する格子酸素イオンがアノ
ード電極２により引き抜かれて、アノード電極２で酸素
分子として外部空間に放散する場合がある。これによ
り、酸素イオン導電性基板１が部分的に還元するので、
酸素イオン導電性の低下を招く。従って、この還元をで
きるだけ低減する必要がある。
を正電位にして直流電圧をカソード電極５とアノード電
極２間に印加して、酸素イオン電流が流れるとき、酸素
イオン導電性基板１中に存在する格子酸素イオンがアノ
ード電極２により引き抜かれて、アノード電極２で酸素
分子として外部空間に放散する場合がある。これによ
り、酸素イオン導電性基板１が部分的に還元するので、
酸素イオン導電性の低下を招く。従って、この還元をで
きるだけ低減する必要がある。
【００３２】本実施例の酸素ポンプ素子は、図２に示す
ように、第１作用電極２がアノード電極、第２作用電極
５がカソード電極で、第２作用電極５が第１作用電極
２、第１補助電極３および第２補助電極４と対向して構
成される。従って、カソード電極５の面積は、アノード
電極２のそれよりも大きくできる。実施例１の項でも述
べたように、カソード側外部空間の酸素分子は、カソー
ド電極５により酸素イオンとして酸素イオン導電性基板
１に取り込まれる。カソード電極５の面積にほぼ比例し
て、酸素イオン導電性基板１に取り込まれる酸素イオン
の数が増加する。カソード電極５の面積がアノード電極
２のそれよりも大きいとき、カソード電極５はよりおお
くの酸素イオンを取り込む能力を有する。従って、格子
酸素イオンがアノード電極２により引き抜かれることを
低減できる。
ように、第１作用電極２がアノード電極、第２作用電極
５がカソード電極で、第２作用電極５が第１作用電極
２、第１補助電極３および第２補助電極４と対向して構
成される。従って、カソード電極５の面積は、アノード
電極２のそれよりも大きくできる。実施例１の項でも述
べたように、カソード側外部空間の酸素分子は、カソー
ド電極５により酸素イオンとして酸素イオン導電性基板
１に取り込まれる。カソード電極５の面積にほぼ比例し
て、酸素イオン導電性基板１に取り込まれる酸素イオン
の数が増加する。カソード電極５の面積がアノード電極
２のそれよりも大きいとき、カソード電極５はよりおお
くの酸素イオンを取り込む能力を有する。従って、格子
酸素イオンがアノード電極２により引き抜かれることを
低減できる。
【００３３】（実施例３）第１補助電極３と第２補助電
極４間で電位差Ｖabを観測するとき、図３に示すよう
に、酸素イオン導電性基板１の一方の表面に第１作用電
極２を、第１作用電極２の周囲に第１補助電極３を、第
１補助電極の周囲に第２補助電極４を形成することが好
ましい。
極４間で電位差Ｖabを観測するとき、図３に示すよう
に、酸素イオン導電性基板１の一方の表面に第１作用電
極２を、第１作用電極２の周囲に第１補助電極３を、第
１補助電極の周囲に第２補助電極４を形成することが好
ましい。
【００３４】第１補助電極３と第２補助電極４間の電位
差Ｖabは、電圧検出手段により測定される。このとき、
第１補助電極３と第２補助電極４間の内部抵抗が電圧検
出手段の入力抵抗に比べて充分に小さい場合、電位差Ｖ
abは正確に測定される。従って、第１補助電極３と第２
補助電極４間の内部抵抗はできるだけ小さく、電圧検出
手段の入力抵抗はでできるだけ大きくすることが望まし
い。
差Ｖabは、電圧検出手段により測定される。このとき、
第１補助電極３と第２補助電極４間の内部抵抗が電圧検
出手段の入力抵抗に比べて充分に小さい場合、電位差Ｖ
abは正確に測定される。従って、第１補助電極３と第２
補助電極４間の内部抵抗はできるだけ小さく、電圧検出
手段の入力抵抗はでできるだけ大きくすることが望まし
い。
【００３５】第１補助電極３と第２補助電極４間の内部
抵抗を小さくするには、第１補助電極３と第２補助電極
４の面積を大きくする必要がある。本実施例において
は、中央部に形成された第１作用電極２の周囲に第１補
助電極３を形成し、第１補助電極３の周囲に第２補助電
極４を形成しているので、この電極の長さを酸素イオン
導電性基板１の範囲内で最大にできる。従って、本補助
電極構成では、酸素イオン導電性基板１の範囲内で入力
抵抗を最も小さくできる。
抵抗を小さくするには、第１補助電極３と第２補助電極
４の面積を大きくする必要がある。本実施例において
は、中央部に形成された第１作用電極２の周囲に第１補
助電極３を形成し、第１補助電極３の周囲に第２補助電
極４を形成しているので、この電極の長さを酸素イオン
導電性基板１の範囲内で最大にできる。従って、本補助
電極構成では、酸素イオン導電性基板１の範囲内で入力
抵抗を最も小さくできる。
【００３６】電圧検出手段の入力抵抗は、通常、１ＭΩ
以上であるが、電位差Ｖabの検出には１０ＭΩ以上であ
ることが望ましい。これにより、第１補助電極３と第２
補助電極４間の内部抵抗が１ＭΩ以下であれば、電位差
Ｖabを約１０％以下の精度で検出できるので、実用的に
問題ないからである。
以上であるが、電位差Ｖabの検出には１０ＭΩ以上であ
ることが望ましい。これにより、第１補助電極３と第２
補助電極４間の内部抵抗が１ＭΩ以下であれば、電位差
Ｖabを約１０％以下の精度で検出できるので、実用的に
問題ないからである。
【００３７】また、同図では、円板状酸素イオン導電性
基板１を用いているが、酸素イオン導電性基板１の形状
は矩形状でも、多角形状でもよいことは明らかである。
基板１を用いているが、酸素イオン導電性基板１の形状
は矩形状でも、多角形状でもよいことは明らかである。
【００３８】（実施例４）本実施例では、第１作用電極
２がカソード電極、第２作用電極５がアノード電極であ
る場合について述べるが、第１作用電極２がアノード電
極、第２作用電極５がカソード電極である場合でも、以
下で記述する内容は同様に成り立つ。
２がカソード電極、第２作用電極５がアノード電極であ
る場合について述べるが、第１作用電極２がアノード電
極、第２作用電極５がカソード電極である場合でも、以
下で記述する内容は同様に成り立つ。
【００３９】酸素ポンプ素子を動作させるとき、図４に
示すように、直流電源８と、この直流電源の正極をアノ
ード電極５に接続し、カソード電極２を酸素イオン電流
検出手段９の一端に接続し、この酸素イオン電流検出手
段９の他端を直流電源８の負極に接続し、更に、第１補
助電極３と第２補助電極４間に電圧検出手段１０を接続
した酸素ポンプ装置を構成することが望ましい。
示すように、直流電源８と、この直流電源の正極をアノ
ード電極５に接続し、カソード電極２を酸素イオン電流
検出手段９の一端に接続し、この酸素イオン電流検出手
段９の他端を直流電源８の負極に接続し、更に、第１補
助電極３と第２補助電極４間に電圧検出手段１０を接続
した酸素ポンプ装置を構成することが望ましい。
【００４０】本酸素ポンプ装置では、酸素ポンプ素子が
動作しているとき、酸素イオン電流Ｉiと電位差Ｖabを
同時に連続的にモニタできる。従って、電位差Ｖabを酸
素イオン電流Ｉiで徐した抵抗値Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）を
容易に算出できるので、抵抗値Ｒabの温度依存性から酸
素イオン導電性基板１の温度を求めることができる。
動作しているとき、酸素イオン電流Ｉiと電位差Ｖabを
同時に連続的にモニタできる。従って、電位差Ｖabを酸
素イオン電流Ｉiで徐した抵抗値Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）を
容易に算出できるので、抵抗値Ｒabの温度依存性から酸
素イオン導電性基板１の温度を求めることができる。
【００４１】しかし、より好ましい構成は、酸素イオン
電流検出手段９および電位差検出手段１０に抵抗値演算
手段を接続して、抵抗値Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）を直読で
きるように構成することである。これにより、抵抗値Ｒ
ab（＝Ｖab／Ｉi）の算出を自動化できる。更に、最も
好ましい構成は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した構成である。これにより、抵抗値Ｒabの温度依存性
に基づき抵抗値Ｒabを酸素イオン導電性基板１の温度へ
自動的に変換できる。
電流検出手段９および電位差検出手段１０に抵抗値演算
手段を接続して、抵抗値Ｒab（＝Ｖab／Ｉi）を直読で
きるように構成することである。これにより、抵抗値Ｒ
ab（＝Ｖab／Ｉi）の算出を自動化できる。更に、最も
好ましい構成は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した構成である。これにより、抵抗値Ｒabの温度依存性
に基づき抵抗値Ｒabを酸素イオン導電性基板１の温度へ
自動的に変換できる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかる可酸素ポンプ素子は、酸素イオン電流がカソード
電極とアノード電極間に流れているとき、酸素イオン導
電性基板内の第１補助電極に入射する等電位線と第２補
助電極間に入射する等電位線の電位差を検出できる。
かかる可酸素ポンプ素子は、酸素イオン電流がカソード
電極とアノード電極間に流れているとき、酸素イオン導
電性基板内の第１補助電極に入射する等電位線と第２補
助電極間に入射する等電位線の電位差を検出できる。
【００４３】また、本発明の請求項２にかかる酸素ポン
プは、酸素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供
給できる。
プは、酸素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供
給できる。
【００４４】また、本発明の請求項３にかかる酸素ポン
プは、第１補助電極と第２補助電極間の内部抵抗を低減
できる。
プは、第１補助電極と第２補助電極間の内部抵抗を低減
できる。
【００４５】また、本発明の請求項４にかかる酸素ポン
プでは、第１作用電極形成工程が簡素化できる。
プでは、第１作用電極形成工程が簡素化できる。
【００４６】また、本発明の請求項５にかかる酸素ポン
プでは、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を安定
して測定できる。
プでは、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を安定
して測定できる。
【００４７】また、本発明の請求項６にかかる酸素ポン
プでは、絶縁性膜を簡素な工程で製造できる。
プでは、絶縁性膜を簡素な工程で製造できる。
【００４８】また、本発明の請求項７にかかる酸素ポン
プでは、等電位線の乱れを小さくできる。
プでは、等電位線の乱れを小さくできる。
【００４９】また、本発明の請求項８にかかる酸素ポン
プ装置では、酸素イオン電流および電位差を直接的に検
出できる。
プ装置では、酸素イオン電流および電位差を直接的に検
出できる。
【００５０】また、本発明の請求項９にかかる酸素ポン
プ装置では、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を
正確に検出できる。
プ装置では、第１補助電極と第２補助電極間の電位差を
正確に検出できる。
【００５１】また、本発明の請求項１０にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応し
た抵抗値を直接的に検出できる。
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応し
た抵抗値を直接的に検出できる。
【００５２】また、本発明の請求項１１にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の温度を直接的に
検出できる。
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の温度を直接的に
検出できる。
【図１】本発明の実施例１における酸素ポンプの構成を
示す断面図
示す断面図
【図２】本発明の実施例２における酸素ポンプの構成を
示す断面図
示す断面図
【図３】本発明の実施例３における酸素ポンプの構成を
示す図
示す図
【図４】本発明の実施例４における酸素ポンプ装置の構
成を示す図
成を示す図
１ 酸素イオン導電性基板
２ 第１作用電極
３ 第１補助電極
４ 第２補助電極
５ 第２作用電極
６ 電気力線
７ 等電位線
７ａ 第１補助電極に入射する等電位線
７ｂ 第２補助電極に入射する等電位線
８ 直流電源
９ 酸素イオン電流検出手段
１０ 電位差検出手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 生川 直子
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 4D006 GA41 JA01A JA42A KE17P
KE18P KE30R MC03 PA02
PB62
Claims (11)
- 【請求項１】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に第
１作用電極と第１補助電極と第２補助電極を、他の表面
に第２作用電極を形成し、第１作用電極と第２作用電極
が対向した酸素ポンプ素子。 - 【請求項２】 第１作用電極がアノード電極、第２作用
電極がカソード電極で、前記第２作用電極が第１作用電
極、第１補助電極および第２補助電極と対向する請求項
１記載の酸素ポンプ素子。 - 【請求項３】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に第
１作用電極を、前記第１作用電極の周囲に第１補助電極
を、前記第１補助電極の周囲に第２補助電極を形成した
請求項１記載の酸素ポンプ素子。 - 【請求項４】 第１作用電極、第１補助電極および第２
補助電極が同じ電極材料で構成された請求項１記載の酸
素ポンプ素子。 - 【請求項５】 第１作用電極を除いた一方の表面および
第２作用電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した請
求項１記載の酸素ポンプ素子。 - 【請求項６】 絶縁性膜が硝子焼成膜である請求項６記
載の酸素ポンプ素子。 - 【請求項７】 第１補助電極および第２補助電極の幅が
（０．５〜０．１）mmである請求項１記載の酸素ポンプ
素子。 - 【請求項８】 直流電源と、前記直流電源の正極をアノ
ード電極に接続し、カソード電極を酸素イオン電流検出
手段の一端に接続し、前記電流検出手段の他端を前記直
流電源の負極に接続し、更に、第１補助電極と第２補助
電極間に電位差検出手段を接続した酸素ポンプ装置。 - 【請求項９】 電位差検出手段の入力抵抗が１０ＭΩ以
上である請求項８記載の酸素ポンプ装置。 - 【請求項１０】 酸素イオン電流検出手段および電位差
検出手段に抵抗値演算手段を接続した請求項８記載の酸
素ポンプ装置。 - 【請求項１１】 抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した請求項１０記載の酸素ポンプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301723A JP2003107045A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 酸素ポンプ素子および酸素ポンプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301723A JP2003107045A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 酸素ポンプ素子および酸素ポンプ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003107045A true JP2003107045A (ja) | 2003-04-09 |
Family
ID=19122088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001301723A Pending JP2003107045A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 酸素ポンプ素子および酸素ポンプ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003107045A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005005892A1 (ja) * | 2003-07-09 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 空気調和機 |
| JP2011506976A (ja) * | 2007-12-12 | 2011-03-03 | ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション，インク． | 固体デバイス及び触媒反応における電界による性能の向上 |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001301723A patent/JP2003107045A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005005892A1 (ja) * | 2003-07-09 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 空気調和機 |
| CN1333208C (zh) * | 2003-07-09 | 2007-08-22 | 松下电器产业株式会社 | 空调机 |
| JP2011506976A (ja) * | 2007-12-12 | 2011-03-03 | ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファウンデーション，インク． | 固体デバイス及び触媒反応における電界による性能の向上 |
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