JPS6247547A - Ｃｏガス検知素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＣＯガス検知素子に関する。

（従来の技術） ＣＯガスを含む可燃性ガスが大気中に存在すると、生物
に対する毒性や爆発に対する危険性があるため、これら
のガスを検知できるガス検知素子が種々提案されている
。これらの中で電気化学反応を利用した酸素イオン導電
性固体電解質を用いたガス検知素子に社９例えば特開昭
５５−３９００５号公報に示されるように電極の一方を
可燃性ガス酸化触媒で被覆したものや、特にＣＯガスを
選択的に検知するために特開昭５９−３７４５６号公報
に示されるように、電極の一方を可燃性ガス酸化触媒で
被覆し他方をＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能
力の大きい触媒で被覆したものがある。後者の場合ＣＯ
ガス検知素子を３００〜４００℃に保ち、ＣＯガスや可
燃性ガスを含む大気中に置くとＣＯガスの濃度に応じた
起電力を発生する。上記ＣＯガス検知素子では、ＣＯガ
スを透過する触媒としてＳｎｏｗが用いられておシ、こ
のＳｎｏｗの働きによりＣＯガスは酸素イオン導電性固
体電解質上に到達するがｅ　Ｈ２等の他の可燃性ガスは
酸化されて到達しないのでＣＯガスを選択的に検出する
ことができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記８ｎＯｚ触媒のＣＯガス以外の可燃性
ガスに対する酸化活性は環境の湿度に依存して変動する
ので、酸素イオン導電性固体電解質上に到達するガスの
量も環境の湿度に依存して変化する。その結果ＣＯガス
検知素子の応答起電力（出力）は環境湿度依存性が高い
という欠点がある。

本発明は上記した欠点を解消するＣＯガス検知素子を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、酸素イオン導電性固体電解質の基材表面に一
対の電極を形成し、該電極の一方を可燃性ガスを酸化す
る触媒及び他方をＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸
化能力の大きい触媒で被覆したＣＯガス検知素子におい
て、前記ＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能力の
大きい触媒がＳｎｏｗ粉１００重量部、Ａｇ粉０．０５
〜５．０重量部並ヒにＡ＆Ｏｓ、　　５ｉＯｚ及びアル
ミノケイ酸塩から選ばれる少なくとも１種の無機物の粉
末の１〜５０重量部からなるＣＯガス検知素子に関する
。

本発明において酸素イオン導電性固体電解質の基材（以
下固体電解質と呼ぶ）は、イツトリア（Ｙｚ　Ｏｓ　）
等で安定化したジルコニア（安定化Ｚｒ（ｈ）の固体電
解質が好ましい。固体電解質の表面への一対の電極の形
成は白金（ｐｔＬ金（Ａｕ）等を例えば電子線蒸着によ
り被着するのが好ましい。可燃性ガスを酸化する触媒は
Ｐｔ、パラジウム（Ｐｄ）等をアルミナに担持したもの
が好ましい。ＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能
力の大きい触媒は、　Ｓｎｕｇ粉１００重量部に対し、
　Ａｇ粉０．０５〜５．０重量部並びにＡｌｚＯｓ、　
５ｉＣｈ及びアルミノケイ酸塩から選ばれる少なくとも
１種の無機物の粉末を１〜５０重量部の比率で混合した
混合粉末である。

上記ＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能力の大き
い触媒（以下混合触媒と呼ぶ）の大半を占める５ｎＯｚ
粉末がＣＯガス以外の可燃性ガス（特に市ガス）の酸化
にあずかる。Ａｇ粉はＨ２ガスに対する酸化活性の温度
依存性を改善するために加えるもので、０．０５重量部
未満では効果なく５，０重量部を越えるとＣｏガスまで
酸化され易くなる。

上記のＡＩ！２０ｓ等の無機物の粉末は酸化活性の雰囲
気湿度依存性を改良するために加えるもので、１重量部
未満では効果がなく、５０重量部を越えると相対的にＳ
ｎＯ２粉が減少して酸化活性が低下する。

Ｓｈｏｗ粉は、　　ＳｎＳＯ４，Ｓｎ　（ＣＨ３ＣＯＯ
）２．８ｎＣｚ０４゜５ｎＣｌａ等のＳｎ塩をそのまま
熱分解したもの、前記Ｓｎ塩の水溶液をアルカリで中和
して得られる粉末を熱分解したもの、金属Ｓｎを濃硝酸
で酸化後熱処理したもの等が好ましく２粒度に制限はな
い。Ａｇ粉は市販の３２５メツシユ以下のＡｇ粉を使用
するかＡｇ塩の溶液を前記８ｎＯｚ粉中に加えて混合分
散させてから熱処理してＡｇ粉を析出するのが好ましい
。上記Ａ６０３等の無機物の粉末は２粒度が２００メツ
シユ以下が好ましく、アルミノ珪酸塩を用いる場合ては
モレキューラ−シーブ等のゼオライトが好ましい。

８ｎＯｔ粉中へのＡｇ粉及び無機物の粉末の混合分散は
適宜の手法で行ない２その方法に制限はない。

混合後４００℃以上の温度で熱処理すれば酸化率の経時
変化が小さくなり好ましい。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例になるＣＯガス検知素子の構
成を示す断面図である。固体電解質としてＹ！０３　８
モルチを含む安定化Ｚｒ０ｚ原料粉をプレス成形後１６
５０℃で１時間焼成して得た４−φ×０．８０ｔの安定
化Ｚｒ０ｚ基板１を用いた。該基板１の表面を研磨粉（
不二見研磨材、ＷＡ−１，０００）で研磨後、　Ａｕペ
ースト（デュポン、す９７９１）にて起電力取出しリー
ド２．２′を厚膜印刷し、９００℃で２０分間焼きつけ
た。次に起電力取出しリードの一部だ重なるように基板
１の両面に電子線蒸着によシ膜厚１５００ＸのＰｔ膜（
３＋ｒｏφ）を形成し、　Ｐｔ電極３．３′とした。次
に起電力取出しリード２．２′に０．１−φの金線１０
．１０’を熱圧着により接続した。これを内部中央に段
部５のついたステアタイト製のケース（外径６ＢφＸ７
ｍｍＪ）４の段部５の位置に無機接着剤（住友電工製、
スミセラムＳ−２０８１で接着し、該ケース内部を２室
に分けた。このケース４内のＰｔ？ｌ！極３側の極層（
長さ方向２　ｍｍ　）に、アルミナ担持Ｐｔ触媒６を充
填し、アルミナ質の多孔質板８をケース４の端部に前記
無機接着剤で接着した。金線１０の一端は多孔質板８に
設けた空隙から外部に引出した。アルミナ担持Ｐｔ触媒
は、比表面積７０　ｍ”／　Ｈの住友アルミニウム製Ｎ
ＫＨ−２アルミナ造粒粉を粉砕して４０〜１５０メツシ
ユに調整したものに、　Ｐｔとして２重量％を含むよう
に塩化白金酸（和光紬薬製試薬特級、　ＨｚＰｔｃｚ、
・６Ｈ２０）の水溶液を含浸後、８００℃で熱分解して
得た。このアルミナ担持Ｐｔ触媒６を１３ｍｍφガラス
管内に層厚２１ｍ１１に充填して３００℃に加熱し、被
検ガスとして市ガス１５００１）Ｉ）ｍ、　　Ｃｏガｘ
１５００ｐｐｍを含む空気を１５０ρｃｃ／分流通した
ところＨ２ガス及びＣＯガスは完全に酸化された。

一方、前記ケース４内の他方のＰｔ電極３′側の部屋に
は混合触媒７を充填した。充填後金線１０′をアルミナ
質の多孔質板８′の空隙から引出し、多孔質板８′を前
記無機接着剤スミセラムで接着した。

混合触媒７は、以下のようＫして調整した。

５ｎＣｌｚ・２　ＨｚＯ（和光純薬製、試薬特Ｒ）８０
９を水１１に溶かして５０°ＣＫ保ちつつ１規定のに２
ＣＯ３（和光純薬製、試薬特級）の水溶液を５０ＣＣ／
分の割合で溶液の水素イオン濃度が７になるまで滴下し
た。このようにして得られた粉体を十分に水洗した後、
空気中で１１０℃で乾燥した。

この乾燥物を空気中において５００℃で１時間の熱処理
を行ないＳｎｏｗ粉を得た。この５ｎＯｘ粉１００重量
部に対し、３２５メツシユ以下のＡｇ粉（三津和化学製
）を１重１部、アルミノケイ酸塩としてユニオンカーバ
イド社製、モレキュラーシーブ５Ａを２０重量部加え、
らいかい機で１時間混合後。

この粉体を空気中、６００℃で１０時間焼成して混合触
媒７を得た。

この混合触媒７を１３１１［ＩｎＩφガラス管内に層厚
２画に充填し３００℃及び３５０’ＣＫ加熱し、被検ガ
スとしてＨ２１５００１）ｐｍ、　ＣＯガス１５００１
）Ｉ）ｍを含む乾燥空気（乾ガス）及びこの乾ガスに水
分１７　ｇ／ｍ”を含ませた湿った空気（湿ガス）を流
通させて可燃性ガスの酸化特性を調査した。その結果を
第１表に示す。第１表には比較例としてＳｎＯ２粉の単
体触媒の可燃性ガス酸化特性も示した。

第１表 ＊比較例 第１表から混合触媒は、比較例のＳｎｏｗ粉の単体触媒
釦比べて乾湿ガスに対するＨ２ガス酸化率。

ＣＯガス酸化率の変化が小さいことが示される。

なお第２図に示すようにケース４の外周にはあらかじめ
ニクロム質のコイルヒーター９が巻かれてあり、コイル
ヒーター９の両端は、マウント１１のヒーター電源用端
子ビン１２．１２’にスポット溶接によ多接続し、金線
１０．１０’は外部計器用端子ビン１３．１３’にａ’
痔１−てＣＯガスセンサーとした。

コイルヒーター９に通電し、安定化Ｚｒ０ｚの基板１及
び可燃性ガス酸化用のアルミナ担持Ｐｔ触媒６．混合触
媒７を３５０℃に加熱した。恒温便室槽内にＣＯガスセ
ンサーを入れ、気温２０℃で相対湿度を１０〜９０％の
雰囲気とし、ＣＯガス１５０１）Ｉ）ｍ、　Ｈ！ガス１
，０００１）Ｉ）ｍに対する実施例のＣＯガス検知素子
の出力を測定した結果を第２図に実線で示す。また、比
較例として５ｎＯｚ粉の単体触媒を用いて構成したＣＯ
ガス検知素子の出力を第３図中に点線で示す。また、相
対湿度を６０チとし、気温をＯ℃〜５０℃の雰囲気とし
て同様にＣＯガス及びＨ２ガスに対するＣＯガス検知素
子の出力を測定した結果を第４図に示す。第４図中の実
線は実施例及び点線は比較例における素子の出力である
。

第３図から明らか々ように、実施例のＣＯガス検知素子
は気温２０℃においてＣＯガスの環境の湿度から受ける
影響が小さく、第４図から明らかなように、実施例のＣ
Ｏガス検知素子は相対湿度６０％において広範囲の気温
にわたシＣＯガスの出力が安定しておシ１選択的に精度
よくＣＯガスを検知できることが示される。

（発明の効果） 本発明によれば、環境の湿度に影響されず、雰囲気中の
ＣＯガスを選択的にかつ高精度で検出することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＯガス検知素子の構造を示す断面図。 第２図は第１図のＣＯガス検知素子を取付けたＣＯガス
センサーの斜視図、第３図はＣＯガス検知素子の湿度と
出力との関係を示すグラフ、及び第４図はＣＯガス検知
素子の気温と出力との関係を示すグラフである。 符号の説明 １・・・基板　　　　　　２・・・Ｐｔ電極３・・・起
電力取出しリード４・・・ケース５・・・段部　　　　
　　６・・・アルミナ担持Ｐｔ触媒７・・・混合触媒　
　　　８・・・多孔質板９・・・コイルヒーター　１０
・・・金線１１・・・マウント １２・・・ヒーター電源用端子ビン １３・・・外部計器用端子ビン 代理人　弁理士　若　林　邦　彦 １・・・・尽版 ？　、、、＝、　５．　ＯＬ触媒 ＄＋Ｉ］ −ｒ　　　＋ｌ　　Ｆハ 鞠　文Ｔ　堰−町　ｃ％ノ 第　３　口 ／Ａ　１（た２ 箪今　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸素イオン導電性固体電解質の基材表面に一対の電
   極を形成し、該電極の一方を可燃性ガスを酸化する触媒
   及び他方をＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能力
   の大きい触媒で被覆したＣＯガス検知素子において、前
   記ＣＯガス以外の可燃性ガスに対する酸化能力の大きい
   触媒がＳｎＯ＿２粉１００重量部、Ａｇ粉０．０５〜５
   ．０重量部並びにＡｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２及びアル
   ミノケイ酸塩から選ばれる少なくとも１種の無機物の粉
   末の１〜５０重量部からなるＣＯガス検知素子。