JPH06138083A - 酸素濃度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 煙道排ガスや自動車排ガス等のガス中の酸素
濃度を測定する場合に、酸素と反応する可燃性ガスの内
特に炭化水素を除去し、正確に測定ガス中の酸素濃度を
測定できる検出器を提供する。 【構成】 酸素濃度検出器は、固体電解質１と、電極
２、３と、触媒４等で構成されており、小孔４から検出
器内部に導入された測定ガス中の炭化水素と、窒素酸化
物とが、触媒４で選択的に還元反応された結果、窒素と
水と二酸化炭素になり、その後測定ガスは、固体電解質
１により酸素濃度が検知されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、煙道排ガスや自動車排
ガス等に含まれる酸素濃度を測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸素濃度測定装置は、図２に示すように
測定ガス流入路２１と、校正ガス流入路２２と、これら
測定ガス及び校正ガスの流入ガス切換弁２３と、酸素濃
度検出器２４と、前記切換弁２３と酸素濃度検出器２４
とを制御する演算処理装置（ＣＰＵ）２５等で構成され
ており、ＣＰＵ２５は、切換弁２３を作動させると共に
酸素濃度検出器２４からの濃度信号により排ガス中の酸
素濃度値を表示装置２６に出力表示するようになってい
る。

【０００３】そして、この酸素濃度測定装置の電源投入
直後には、切換弁２３をＣＰＵ２５からの制御信号によ
り、校正ガス流入路２２側に切り換えて、既知濃度の校
正ガスを流して装置の校正を行い、その後切換弁２３を
測定ガス流入路２１側に切り換えて、煙道排ガスや自動
車排ガス等を導入し、酸素濃度を測定している。

【０００４】上記酸素濃度測定装置において、従来、酸
素濃度検出器２４としては、図３に示すように、酸素を
検知する固体電解質３０の両側に電極３１、３２を形成
し、その片側に小孔３４を設けたキャップ３３を接合し
たものが使用されている。そして、前記電極３１、３２
間に電圧を印加すると、ポンピング作用により酸素イオ
ンをキャリアとする電流が流れ、キャップ３３内の酸素
が排出されるが、この時キャップ３３内の酸素濃度があ
る値の時、電圧のある領域で電流は一定となる。通常こ
の一定電流を限界電流というが、酸素濃度とこの限界電
流とはリニアな関係があるため、限界電流値から酸素濃
度を検知することができる。

【０００５】キャップ３３に設けられた小孔３４は、測
定ガスの導入口になっており、酸素濃度を正確に測定す
るために、酸素分子のセンサへの流入量を制限する役割
を果たしている。

【０００６】上記のように構成された酸素濃度検出器
は、センサの感度を上げるために、固体電解質３０を通
常３５０℃以上に加熱保温を行い、固体電解質３０のイ
ンピーダンスを低くするようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、測定ガ
ス中に、可燃性ガスとして一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水
素（ＣｎＨｍ）等が多量に含まれている場合、センサの
加熱保温により、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（Ｃｎ
Ｈｍ）等が次式に示すような酸化燃焼を起こしてしま
い、そのために測定ガス中の酸素が消費されるので、実
際に測定ガスに含まれていた酸素の濃度を正確に測定で
きず、したがって従来の酸素濃度測定装置の対象は、一
酸化炭素や炭化水素成分の少ない測定ガスに限られてい
た。

【０００８】２ＣＯ＋Ｏ2 → ２ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋Ｏ2 → ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ また上記のような一酸化炭素や炭化水素等を除去するた
めに、活性炭やmolecular siveves 等の吸着剤により一
酸化炭素や炭化水素等を吸収除去することが行われてい
るが、吸着量に限度があることから長時間の測定が行え
なかった。

【０００９】本発明は、上記の問題点を解決するために
創案されたものであり、煙道排ガスや自動車排ガス等に
おいては、ＣＯ濃度はあまり高くなく消費される酸素量
も低いので、測定誤差がほとんど無視できることから特
に炭化水素に着目し、センサの加熱保温を行っても、測
定ガス中の炭化水素による酸素の消費を阻止し、長時間
正確に測定ガス中の酸素濃度を測定できる酸素濃度検出
器を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の酸素濃度検出器は、酸素を検知する固体電
解質と、前記固体電解質の両側に設けられた電極と、測
定ガスの流入部に設けられ、窒素酸化物と炭化水素とを
選択的に還元反応させる触媒とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１１】

【作用】本発明の検出器に煙道排ガスや自動車排ガス等
の測定ガスを導入すると、測定ガスの流入部に設けられ
た触媒により、測定ガス中の窒素酸化物と炭化水素とが
選択的に還元反応を起こして炭化水素は酸化物と水とに
なり、酸素を検知する固体電解質に測定ガスが到達した
ときには、炭化水素の成分は残っていないので、高温状
態でも炭化水素による酸化反応が行われず、酸素が消費
されないので正確な酸素濃度測定を行うことができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を、以下、図１に基づいて説
明する。図１に示すように、酸素濃度を検知する酸素濃
度検出器は、酸素を検知する固体電解質１の両面に電極
２、３が設けられ、固体電解質１の上部には、測定ガス
を導入するためのキャップ５が、さらにキャップ５に
は、測定ガスを導入し、拡散させるための小孔６が設け
られている。そして測定ガスの導入口である小孔６と固
体電解質１の間には、触媒４が設けられており、この触
媒４は可燃性ガスの内特に炭化水素と窒素酸化物とを選
択的に還元反応させるようになっている。

【００１３】また固体電解質１は、最適の動作温度であ
る３５０℃程度にヒーター等により加熱保温されてい
る。

【００１４】次に動作について述べる。酸素濃度測定装
置内に取り込まれた煙道排ガスや自動車排ガス等の測定
ガスは、小孔４から検出器内部に導入され、測定ガスは
拡散する。測定ガスが、固体電解質１に到達するまで
は、周囲温度は、少なくとも３５０℃よりはかなり低
く、また触媒等も存在しないので測定ガス中の炭化水素
の酸化反応は起こらない。

【００１５】測定ガスが触媒４に到達すると、測定ガス
中の炭化水素（ＣｎＨｍ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）は
触媒４で還元反応を起こし、以下のようになる。

【００１６】 ＣｎＨｍ＋ＮＯ → Ｎ2 ＋ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ この還元反応は、高酸素濃度においても可能である。

【００１７】このように炭化水素と一酸化窒素が触媒４
により反応を起こし、窒素と二酸化炭素と水に分解され
る。したがってこの分解されたガスが、触媒４を通して
固体電解質１に到達しても、測定ガス中に炭化水素がほ
とんど残っていないので、固体電解質１の加熱温度によ
る酸化反応により酸素を消費することがない。そして電
極２、３間に電圧を印加すると、ポンピング作用により
酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、酸素濃度を測
定することができる。

【００１８】上記の還元反応は、一酸化窒素と炭化水素
の場合について述べているが、その他の二酸化窒素等の
窒素酸化物は、平衡反応により、一酸化窒素に移行され
るため、上記還元反応を利用することにより同様の効果
が得られる。

【００１９】ここで酸素を検知する固体電解質１には、
安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 −Ｙ2Ｏ3 ）が用いられ、
還元反応を起こさせる触媒４には、ハイシリカのゼオラ
イト触媒等が用いられ、イオン交換によりＣｕを担持し
ていれば、効果は大きい。電極としては、白金電極等が
用いられる。

【００２０】またセンサ温度としては、３５０℃程度の
温度に保つようにしており、触媒４を酸素検出器の内部
に設けているので、触媒用に別にヒーターを設置して加
熱する必要がない。

【００２１】上述の実施例では、酸素検出器の内部に触
媒を設けているが、固体電解質と、触媒との最適な動作
温度が各々相違し、別個に温度制御をする必要がある場
合には、酸素検出器の外部に触媒と、ヒーターを設けて
も良い。

【００２２】さらにセンサとしては、限界電流式である
必要はなく、酸素を検知する固体電解質の両側に電極を
設け、片側には既知の酸素濃度の標準ガスを、反対側に
は測定ガスを導入して、前記の電極間に発生する電位差
を測定することにより、酸素濃度測定を行う電位差式で
も良い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素濃度
検出器によれば測定ガス中の窒素酸化物と炭化水素を触
媒上で、還元反応させることにより、炭化水素を除去す
ることができるので、炭化水素による酸素消費を除去す
ることができ、正確な酸素濃度測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の酸素濃度検出器を示す図で
ある。

【図２】酸素濃度測定装置の構成を示す図である。

【図３】従来の酸素濃度検出器を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素を検知する固体電解質と、前記固体
   電解質の両側に設けられた電極と、測定ガスの流入部に
   設けられ、窒素酸化物と炭化水素とを選択的に還元反応
   させる触媒とを備えたことを特徴とする酸素濃度検出
   器。