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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022140082
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】ガス検出計
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20220915BHJP
G01N 27/27 20060101ALI20220915BHJP
G01N 27/409 20060101ALI20220915BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 371G
G01N27/27 A
G01N27/409 100
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021040731
(22)【出願日】2021-03-12
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100107319
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【氏名又は名称】有原 幸一
(72)【発明者】
【氏名】長瀬 徳美
【テーマコード（参考）】
2G004
【Ｆターム（参考）】
2G004BB01
2G004BF20
2G004BJ02
(57)【要約】
【課題】 一酸化炭素ガスと酸素ガスとの両方を高感度で検知することができるガス検出計を提供する。
【解決手段】 ケーシング１１内に、一酸化炭素及び酸素ガスセンサ１０を備えるガス検出計であって、
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサ１０が、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板１と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極４と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極５と
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータ７と
を備える、ガス検出計。
【選択図】 図１
【解決手段】 ケーシング１１内に、一酸化炭素及び酸素ガスセンサ１０を備えるガス検出計であって、
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサ１０が、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板１と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極４と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極５と
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータ７と
を備える、ガス検出計。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーシング内に、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを備えるガス検出計であって、
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサが、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極と、
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータと
を備える、ガス検出計。
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサが、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極と、
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータと
を備える、ガス検出計。
【請求項2】
前記ケーシング内壁面に断熱材を備える、請求項１に記載のガス検出計。
【請求項3】
前記ケーシング内壁面もしくは前記ケーシング内壁面に設けられた断熱材と、前記固体電解質基板の外面との間に、１．０～６．０ｍｍのクリアランスが存在する、請求項１または２に記載のガス検出計。
【請求項4】
前記一酸化炭素検知作用極が、白金と金の合金粒子からなる金属粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であり、
前記一酸化炭素検知対極、酸素検知作用極、及び酸素検知対極が、白金粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体である、請求項１～３のいずれか１項に記載のガス検出計。
前記一酸化炭素検知対極、酸素検知作用極、及び酸素検知対極が、白金粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体である、請求項１～３のいずれか１項に記載のガス検出計。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のガス検出計を用いた一酸化炭素ガス及び酸素ガスの検出方法であって、
前記ヒータを駆動する工程であって、前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上の測定対象ガスの流速を、６．３５ｍｍ／ｓ以上とする工程と、
前記一酸化炭素検知作用極と前記一酸化炭素検知対極との起電力を得る工程と、
前記酸素検知作用極と前記酸素検知対極との起電力を得る工程と
を含む方法。
前記ヒータを駆動する工程であって、前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上の測定対象ガスの流速を、６．３５ｍｍ／ｓ以上とする工程と、
前記一酸化炭素検知作用極と前記一酸化炭素検知対極との起電力を得る工程と、
前記酸素検知作用極と前記酸素検知対極との起電力を得る工程と
を含む方法。
【請求項6】
前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極の温度を約６００℃～７５０℃とし、前記酸素検知作用極及び酸素検知対極の温度を約７００℃～８００℃とする工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス検出計に関する。特には、一酸化炭素と酸素の両方を、高感度で検出することができるガスセンサを備えるガス検出計に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、測定ガス混合物中で一酸化炭素ガス成分の検出及び濃度の決定のために、固体電解質をベースとして構成され、かつ混成電位原理により運転されるセンサを使用することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【0003】
特許文献１は、本出願人によるガスセンサを開示している。当該ガスセンサは、固体電解質基板に一対の電極を形成し、それらの電極間に発生する起電力を測定することで、５００℃を超える高温環境において、一酸化炭素ガスを選択的に、高出力で検出することができると同時に、酸素ガスも検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－０９５０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された一酸化炭素ガスセンサは、一対の電極が形成された固体電解質基板の周囲の構造によっては、十分な起電力が得られず、一酸化炭素ガスの検出が難しい場合があった。特には、固体電解質基板上に一対の電極が形成されたガスセンサを一方の端部が開放端であるケーシング中に収め、開放端から検出対象ガスが流入可能な状態とし、固体電解質基板の周囲を、ケーシング内壁に設けた環状ヒータにより加熱する形態で用いる場合に、十分な起電力が得られない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、鋭意検討の結果、一酸化炭素ガスの検知のための電極上での測定対象ガスの流速が起電力（ガス感度）に影響することを見出した。そして、所定のガス感度を得るために必要な測定対象ガスの流速と、これを実現するための構造に想到し、本発明を完成するに至った。より具体的には、ケーシング中に収めた固体電解質基板上の電極温度を所定の温度範囲に調節し、ケーシング内部において測定対象ガスの対流が可能な構造とすることにより、課題を解決するに至った。
【0007】
本発明は、一実施形態によれば、ケーシング内に、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを備えるガス検出計であって、
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサが、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極と、
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータと
を備える、ガス検出計に関する。
前記一酸化炭素及び酸素ガスセンサが、
一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板と、
前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極と、
前記固体電解質基板の外面に設けられた酸素検知作用極と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極と、
前記固体電解質基板が形成する管状構造体に挿入されたヒータと
を備える、ガス検出計に関する。
【0008】
前記ガス検出計において、前記ケーシング内壁面に断熱材を備えることが好ましい。
【0009】
前記ガス検出計において、前記ケーシング内壁面もしくは前記ケーシング内壁面に設けられた断熱材と、前記固体電解質基板の外面との間に、１．０～６．０ｍｍのクリアランスが存在することが好ましい。
【0010】
前記ガス検出計において、前記一酸化炭素検知作用極が、白金と金の合金粒子からなる金属粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であり、
前記一酸化炭素検知対極、酸素検知作用極、及び酸素検知対極が、白金粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であることが好ましい。
前記一酸化炭素検知対極、酸素検知作用極、及び酸素検知対極が、白金粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であることが好ましい。
【0011】
本発明は、別の実施形態によれば、前述のいずれか１項に記載のガス検出計を用いた一酸化炭素ガス及び酸素ガスの検出方法であって、
前記ヒータを駆動する工程であって、前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上の測定対象ガスの流速を、６．３５ｍｍ／ｓ以上とする工程と、
前記一酸化炭素検知作用極と前記一酸化炭素検知対極との起電力を得る工程と、
前記酸素検知作用極と前記酸素検知対極との起電力を得る工程と
を含む方法に関する。
前記ヒータを駆動する工程であって、前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上の測定対象ガスの流速を、６．３５ｍｍ／ｓ以上とする工程と、
前記一酸化炭素検知作用極と前記一酸化炭素検知対極との起電力を得る工程と、
前記酸素検知作用極と前記酸素検知対極との起電力を得る工程と
を含む方法に関する。
【0012】
前記一酸化炭素ガス及び酸素ガスの検出方法において、前記一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極の温度を約６００℃～７５０℃とし、前記酸素検知作用極及び酸素検知対極の温度を約７００℃～８００℃とする工程をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係るガス検出計によれば、高い感度で一酸化炭素及び酸素の両者を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。
【0016】
［第１実施形態］
本発明は、第１実施形態によれば、ガス検出計に関する。本実施形態において、ガス検出計は、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを備える。一酸化炭素及び酸素ガスセンサは、検出対象ガスである一酸化炭素（ＣＯ）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含み、非検出対象ガスを含む測定対象ガスから、概ね５００℃以上、例えば、６００～８００℃の雰囲気において、２種の検出対象ガスを別個に検知することが可能なガスセンサである。以下、本明細書において、一酸化炭素ガスをＣＯガス、酸素ガスをＯ２ガスと指称する場合がある。また、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを、単にガスセンサと省略して指称する場合がある。
本発明は、第１実施形態によれば、ガス検出計に関する。本実施形態において、ガス検出計は、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを備える。一酸化炭素及び酸素ガスセンサは、検出対象ガスである一酸化炭素（ＣＯ）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含み、非検出対象ガスを含む測定対象ガスから、概ね５００℃以上、例えば、６００～８００℃の雰囲気において、２種の検出対象ガスを別個に検知することが可能なガスセンサである。以下、本明細書において、一酸化炭素ガスをＣＯガス、酸素ガスをＯ２ガスと指称する場合がある。また、一酸化炭素及び酸素ガスセンサを、単にガスセンサと省略して指称する場合がある。
【0017】
図１は、第１実施形態に係るガス検出計の部分概略図であり、図２は部分概略断面図である。また、図３は、当該ガス検出計を、測定対象ガスが流通する領域に、壁を介して挿入して用いる場合の概念図である。以下、第１実施形態に係るガス検出計を図１、２及び３を参照して説明する。本明細書において、図面は各実施形態の説明の目的で、各部材間の相対的な寸法を正確に示していない場合がある。図１～３を参照すると、ガス検出計２０は、解放端１１ａを有する管状ケーシング１１と、ケーシング内部に収められたガスセンサ１０を備えている。
【0018】
ガスセンサ１０は、一端が閉塞端である管状構造体を形成する固体電解質基板１と、前記固体電解質基板の外面に、前記固体電解質基板を介してイオン電導性に接続された一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３と、前記固体電解質基板１の外面に設けられた酸素検知作用極４と、前記固体電解質基板の内面に設けられた酸素検知対極５と、前記固体電解質基板１が形成する管状構造体に挿入されたヒータ７とを備え、さらに一酸化炭素検出部及び酸素検出部を備える。本実施形態によるガスセンサ１０は、共通の固体電解質基板１上に一酸化炭素ガスセンサ部と酸素ガスセンサ部が設けられたものということができる。以下、各ガスセンサ部について説明する。
【0019】
本実施形態による一酸化炭素ガスセンサ部は、固体電解質基板１と、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３、並びにこれらの電極に接続される一酸化炭素検出部を含む。
【0020】
固体電解質基板１は、図１、２に示すように、一端が閉塞した管状構造体である。より具体的には、固体電解質基板１は、一定径でもって所定長さで延びる細長い筒状体に形成されており、その長手方向の一方の端部である基端部が開口すると共に、長手方向の他方の端部である先端部が閉塞した試験管形状をなしている。先端部は、丸みを帯びた曲面状をなしている。本明細書において、固体電解質基板１を構成する一定径の筒状体部分を固体電解質基板１の側壁部と指称し、丸みを帯びた曲面状の部分を先端部と指称する。また、管状構造体の外側面を固体電解質基板１の外面、内側面を固体電解質基板１の内面と指称する。固体電解質基板１は、安定化ジルコニアが好ましく、例えば、イットリア、セリア等の希土類金属酸化物により安定化したジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア等が挙げられるが、これらには限定されない。イオン電導性の観点から、特にはイットリア安定化ジルコニアを用いることが好ましい。
【0021】
一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３は、固体電解質基板１の側壁部外面に形成される。図１においては、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３は、それぞれが固体電解質基板１に接触して形成され、かつ一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３とが離間して設けられる。また、固体電解質基板１の先端から一酸化炭素検知作用極２までの長さＬｅは、固体電解質基板１の先端から一酸化炭素検知対極３までの長さは概ね同程度であってよい。一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３のそれぞれから、固体電解質基板１の先端までの長さＬｅは特には限定されないが、後述するヒータ発熱体７ａの設置位置との関係で、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度が同程度になる長さＬｅとすることが好ましい。より具体的には、測定対象雰囲気に設置し、ヒータを駆動した場合に、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の両者の温度が、６００～７５０℃となる位置に設けられるように、Ｌｅを決定することができる。一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３はまた、同一の気相雰囲気と接触するように構成する。したがって、固体電解質基板１や他の部材により一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３の雰囲気が遮断されない態様にて、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３を配置する。
【0022】
なお、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３が、固体電解質基板１を介してイオン電導性に結合していればよく、例えば、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３との間に、イオン電導性の他の部材を介していてもよい。また、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３に加え、参照電極（図示せず）をさらに設けてもよい。または固体電解質基板上の異なる位置に２対以上の一酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極を設けることもできる。
【0023】
一酸化炭素検知作用極２は、白金（Ｐｔ）と貴金属、例えば、Ｐｔと、金（Ａｕ）やロジウム（Ｒｈ）との合金からなる金属粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であってよい。より具体的には、合金は、ＰｔとＡｕとの合金であることが好ましい。以下、ＰｔとＡｕの合金を、Ｐｔ－Ａｕ合金と指称することもある。このような焼結体は、Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子と、固体電解質粒子とを含む混合物を、エチルセルロースを２，２，４トリメチル－３－ヒドロキシペンチイソブチレートに溶解させた有機溶剤等の適切な溶剤中に分散して得られたペーストを、固体電解質基板１上に、例えば薄層形状に塗布・成形して、大気中で、１２００～１４００℃で焼成することにより得ることができる。
【0024】
金属粒子として用いるＰｔ－Ａｕ合金におけるＰｔとＡｕの質量比は任意であってよく、特には限定されない。ＰｔとＡｕの質量比は、例えば９９：１～１：９９であってよく、９８：２～９０：１０であることが好ましく、９６：４～９２：８であることがさらに好ましい。Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子は、平均粒子径が、約０．５～２．５μｍであることが好ましく、約１～２μｍであることがより好ましい。本明細書において、平均粒子径とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察により測定した平均粒子径をいうものとする。
【0025】
固体電解質粒子は、安定化ジルコニア粒子であってよく、固体電解質基板１の材料として挙げた任意の安定化ジルコニアから選択される１種以上であってよい。また、固体電解質基板１の主成分となる安定化ジルコニアと同一組成の安定化ジルコニアであってもよく、異なる組成の安定化ジルコニアであってもよい。固体電解質粒子は、特には、イットリア安定化ジルコニア粒子が好ましい。固体電解質粒子は、平均粒子径が、約０．１～１μｍであることが好ましく、約０．２～０．５μｍであることがより好ましい。また、Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子と、イットリア安定化ジルコニア粒子との平均粒子径の関係は、同一であっても異なっていてもよく、ある実施形態においては、Ｐｔ－Ａｕ合金の粒径が、イットリア安定化ジルコニア粒子の粒径よりも大きい方が好ましい。
【0026】
一酸化炭素検知作用極２において、Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子と、固体電解質粒子の質量比は任意であってよく、特には限定されないが、９９：１～１：９９であることが好ましく、８５：１５～１５：８５程度であることが好ましい。Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子を含む一酸化炭素検知作用極２の膜厚は、例えば１～１５μｍであってよく、５～１０μｍであることが好ましい。ここでいう膜厚とは、焼成後の焼結体の膜厚をいうものとする。
【0027】
一酸化炭素検知対極３は、Ｐｔ粒子と、固体電解質粒子とを含む焼結体であってよい。このときのＰｔ粒子の平均粒子径は、上記Ｐｔ－Ａｕ合金からなる金属粒子の平均粒子径と同様であってよい。また、固体電解質粒子の種類および平均粒子径も、一酸化炭素検知作用極２を構成する固体電解質粒子の種類および平均粒子径と同様であってよく、好ましくはイットリア安定化ジルコニア粒子である。一酸化炭素検知対極３において、Ｐｔ粒子と、固体電解質粒子の質量比は任意であってよく、特には限定されないが、９９：１～１：９９であることが好ましく、８５：１５～１５：８５程度であることが好ましい。これらの粒子を含む焼結体の製造方法は、一酸化炭素検知作用極２を構成する焼結体の製造方法と同様であってよい。一酸化炭素検知対極３の膜厚は、特には限定されない。例えば８～６０μｍ程度であってよく、この範囲であれば一酸化炭素検知特性に変化はない。ここでいう膜厚とは、焼成後の焼結体の膜厚をいうものとする。
【0028】
一酸化炭素検出部は、検出回路及び配線を含む。配線は、その一端が一酸化炭素検知対極３と接続され、他端が検出回路と接続される配線とを含む。検出回路は、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３との間の起電力（電位差）を測定できる一般的な電位計であってよい。また、配線は導電性部材からなる配線であってよく、Ｐｔ線もしくは、配線が接続される電極材料と同一組成の焼結体で構成された配線であってよい。
【0029】
次に、本実施形態による酸素ガスセンサ部は、固体電解質基板１と、酸素検知作用極４及び酸素検知対極５、並びにこれらの電極に接続される図示しない酸素検出部を含む。
【0030】
酸素検知作用極４は、固体電解質基板１の外面に設けられ、好ましくは固体電解質基板１の先端部外面に設けられる。すなわち、酸素検知作用極４は、一酸化炭素検知作用極２及び一酸化炭素検知対極３と同じ雰囲気内に形成される。一方、酸素検知対極５は、固体電解質基板１の内面に設けられ、好ましくは固体電解質基板１の先端部内面に設けられる。図示する態様においては、酸素検知対極５は、固体電解質基板１を介して酸素検知作用極４とイオン電導性に接続され、酸素検知作用極４と概ね対向する位置関係にあって、酸素検出のために校正用ガスと接触する電極として機能する。したがって、酸素検知対極５は固体電解質基板１により、酸素検知作用極４が接する雰囲気、すなわち測定対象ガス雰囲気から遮断されるように構成される。
【0031】
酸素検知作用極４及び酸素検知対極５の材料及び製法は、一酸化炭素検知対極３について例示したのと同様の選択肢の中から選択することができ、好ましくは、一酸化炭素検知対極３の材料及び製法と同一である。酸素検知作用極４及び酸素検知対極５の膜厚は、１０～６０μｍであってよく、酸素検知作用極４と酸素検知対極５は同一の膜厚であっても異なっていてもよい。
【0032】
酸素検知作用極４と酸素検知対極５との間には、酸素検出部が接続される。酸素検出部は、酸素検出回路（図示せず）、並びに、酸素検知作用極４と酸素検出回路との間を接続する配線と、酸素検知対極５と酸素検出回路との間を接続する配線とを含む。酸素検出回路並びに配線の構成は、一酸化炭素検出回路並びに配線の構成と同様であってよい。酸素検出部は、配線を介して、酸素検知作用極４が接する雰囲気の酸素濃度と、第酸素検知対極が接する雰囲気の酸素濃度の差に起因する起電力を測定し、酸素を検出することができる。
【0033】
ヒータ７は、固体電解質基板１の管状構造体の内側に形成される空間に挿入され、好ましくは固定されて、固体電解質基板１の内側から、固体電解質基板１及び少なくとも４つの電極を加熱する。ヒータ７は、発熱部７ａと配線部（支持部）７ｂとから主として構成され、固体電解質基板１の内部空間に発熱部７ａを挿入可能な形状のものであればよい。ヒータ７の一例として、円柱状の発熱部７ａを備えるロッドヒータを挙げることができるが、特定の形状には限定されない。ヒータ７の仕様は、固体電解質基板１及びそれに接して設けられる少なくとも４つの電極を所定の温度に加熱することができ、かつ絶縁性を担保できるものであればよい。より具体的には、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３を、６００～７５０℃に加熱し、酸素検知作用極４と酸素検知対極５を、７００～８００℃に加熱することができればよい。
【0034】
このような温度に加熱するためのヒータ７の挿入位置は、発熱部７ａが酸素検知対極５近傍にあって、発熱部７ａが酸素検知対極５及び固体電解質基板１の内面に接触しない態様であることが好ましい。したがって、ヒータ７は、配線部７ｂの基端（図示せず）側にて固定することができる。発熱部７ａ先端の、固体電解質基板１の先端からの距離Ｌｈは、特には限定されないが、例えば、４．０～６．０ｍｍとすることができる。また、発熱部７ａの側面と、固体電解質基板１の側壁部内面との距離は、特には限定されないが、例えば、０．５～１．０とすることができる。また、発熱部７ａの固体電解質基板１の管状構造体の軸方向の長さは、１．０～１０ｍｍとすることができる。
【0035】
ケーシング１１は、解放端１１ａを有し、一定径でもって所定長さで延びる筒状体である。開放端１１ａには、フィルタ（図示せず）が取り付けられ、測定対象ガスがケーシング１１内部に侵入可能に構成される。ケーシング１１は、ガスセンサ１０の全体を内包し、ガスセンサ１０は、ケーシング１１と、固体電解質基板１との間に測定対象ガスの流路となる空間が形成されるように配置される。本実施形態において、ケーシング１１内壁面と、固体電解質基板１外面との距離をクリアランスＬ１という。クリアランスＬ１を大きくすることで測定対象ガスの対流を促進することができ、一酸化炭素検知作用極２及び対極３の上方での測定対象ガスの速度を大きくすることができる。クリアランスＬ１は、固体電解質基板１の全長にわたって一定であることが好ましく、１．５～６．０ｍｍであってよく、３．０～６．０ｍｍであることが好ましい。
【0036】
ケーシング１１は、解放端１１ａと反対側の端部である基端部において、ガスセンサ１０を取り外し可能に固定することができる。これにより、ガス検出計において、ガスセンサ１０部分のみを交換可能な構成とすることができる。ケーシング１１にガスセンサ１０が固定された状態においては、管状のケーシング１１と、管状の固体電解質基板１とが、中心軸を略同一とし、かつ、ケーシング１１の解放端１１ａ近傍に、固体電解質基板１の先端が位置する。これにより、クリアランスＬ１を固体電解質基板１の全長にわたって一定とすることができる。解放端１１ａから、固体電解質基板１の先端までの距離は特には限定されないが、５～１５ｍｍであることが好ましい。
【0037】
図３は、ガス検出計を、測定対象ガスが流れる設備などの壁に挿入して用いる場合の概念図である。ガス検出計２０は、ガスセンサ１０と、ケーシング１１に加え、さらに、取付フランジ１３と、校正ガス入口１４と、端子部１５とを備える。そして、測定対象ガスが流れる設備などの壁３０に直接挿入されている。ガス検出計２０は、取付フランジ１３にて壁３０に固着される。図３中、壁３０を境界として、ガスセンサ１０を内包したケーシング１１が突出している側が、煙道などの測定対象ガス雰囲気であり、端子部１５が配置される側が、大気雰囲気である。測定対象ガスの流路において、ケーシング１１には、ガイドチューブ１２が装着され、測定対象ガスがガスセンサ１１に誘導されるように構成されている。
【0038】
次に、このような構成を備えるガス検出計の製造方法について説明する。本実施形態によるガス検出計の製造方法は、以下の工程を含む。
（１）固体電解質基板１に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５を形成する工程、及び
（２）固体電解質基板１にヒータ７を挿入し、ケーシング１１に固定する工程
（１）固体電解質基板１に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５を形成する工程、及び
（２）固体電解質基板１にヒータ７を挿入し、ケーシング１１に固定する工程
【0039】
第１工程：電極及び配線形成工程
電極形成工程では、固体電解質基板１に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５を形成する。それぞれの電極の形成材料と方法については先に述べた通りである。一酸化炭素検知作用極２の材料からなるペースト、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５の材料からなるペーストを調製し、これらを固体電解質基板１上の所定の位置に形成し、焼成する。一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３は、電極の印刷パターンを固体電解質基板１の解放端の近傍まで形成することが好ましい。次いで、Ｐｔ線の配線を取り付ける。酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５への配線の取り付けはＰｔペーストを使用し、９５０～１３００℃で焼成することが好ましい。酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３への配線の取り付けは、前述の印刷パターンに解放端近傍にてＰｔ線とＰｔペーストで接続し、９５０～１３００℃で焼成することが好ましい。固体電解質基板１は、市販品を用いることもできるし、第１工程に先立って、固体電解質材料を所望の形状に成形して製造することもできる。第１工程により、固体電解質基板１、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５及び配線を含むガスセンサを得ることができる。
電極形成工程では、固体電解質基板１に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５を形成する。それぞれの電極の形成材料と方法については先に述べた通りである。一酸化炭素検知作用極２の材料からなるペースト、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５の材料からなるペーストを調製し、これらを固体電解質基板１上の所定の位置に形成し、焼成する。一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３は、電極の印刷パターンを固体電解質基板１の解放端の近傍まで形成することが好ましい。次いで、Ｐｔ線の配線を取り付ける。酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５への配線の取り付けはＰｔペーストを使用し、９５０～１３００℃で焼成することが好ましい。酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３への配線の取り付けは、前述の印刷パターンに解放端近傍にてＰｔ線とＰｔペーストで接続し、９５０～１３００℃で焼成することが好ましい。固体電解質基板１は、市販品を用いることもできるし、第１工程に先立って、固体電解質材料を所望の形状に成形して製造することもできる。第１工程により、固体電解質基板１、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、及び酸素検知対極５及び配線を含むガスセンサを得ることができる。
【0040】
第２工程：組み立て工程
次に、第１工程で得られた、電極２、３、４、５を形成した固体電解質基板１に、ヒータ７を、発熱部７ａが所定の位置となるように挿入、配置し、固定する。次いで、固体電解質基板１を、その基端部にてケーシング１１に固定する。そして、さらに、取付フランジ１３と、校正ガス入口１４と、端子部１５を組み立てて、ガス検出計とすることができる。
次に、第１工程で得られた、電極２、３、４、５を形成した固体電解質基板１に、ヒータ７を、発熱部７ａが所定の位置となるように挿入、配置し、固定する。次いで、固体電解質基板１を、その基端部にてケーシング１１に固定する。そして、さらに、取付フランジ１３と、校正ガス入口１４と、端子部１５を組み立てて、ガス検出計とすることができる。
【0041】
次に、本実施形態によるガス検出計によるガス検出方法について説明する。ガス検出計２０は、図３に示すように、高温の測定対象ガスが流通する煙道などに直接挿入して一酸化炭素及び酸素濃度を測定することができる。この場合、一般的に、高温の測定対象ガスに最も近い固体電解質基板１の先端部、すなわち酸素検知作用極４が設けられる位置が最も高温となる。そして、基端部へ近づくほど温度が低くなり、その温度分布は概ね、先端部からの距離に依存する。測定対象ガスは、ガイドチューブ１２に導入され、次いでケーシング１１内の固体電解質基板１の外周に導入される。そして、ヒータ７を駆動することで、酸素検知作用極４と酸素検知対極５の温度を７００～８００℃とし、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度を６００～７５０℃とする。ヒータ７は、固体電解質基板１の管状構造体の内部にあるため、固体電解質基板１の外周部にある測定対象ガス流路に均熱帯を形成することはなく、十分なクリアランスＬ１を設けることで、測定対象ガスに少なくとも６．３５ｍｍ／ｓの流速を与えることができる。そして、一酸化炭素検知作用極２と、一酸化炭素検知対極３の間には、混成電位に基づく起電力が発生し、測定対象ガス中の一酸化炭素濃度を得ることができる。
【0042】
一方、校正用のガス、例えば空気は固体電解質基板１の内周に導入される。測定対象ガスと、校正用のガスの雰囲気が混合することがないように、これらの導入経路は気密的に遮断されている。固体電解質基板１が５００℃以上に加熱されることで、酸素検知作用極４に接する測定対象ガスと、酸素検知対極５に接する校正用のガスとの酸素分圧の差により、固体電解質基板１（安定化ジルコニア部材）に起電力が発生し、この起電力を測定することにより、測定対象ガス中の酸素濃度を得ることができる。
【0043】
本発明の第１実施形態によれば、ケーシング内において測定対象ガスに流速を与え、一酸化炭素ガスを十分な感度で検知することが可能であるとともに、酸素ガス濃度の検知も可能な、ガス検出計を得ることができる。
【0044】
［第２実施形態］
本発明は、第２実施形態によれば、ガス検出計に関する。第２実施形態によるガス検出計は、第１実施形態のガス検出計において、ケーシング内壁部にさらに断熱材を備えることを特徴とする。図４は、第２実施形態に係るガス検出計の部分概略図であり、図５は部分概略断面図である。図４、５においては、図１～３と同じ部材には同じ符号を付している。第２実施形態に係るガス検出計において、ガスセンサ１０の構成及びこれらの相対的な位置関係は、第１実施形態と同様であってよい。
本発明は、第２実施形態によれば、ガス検出計に関する。第２実施形態によるガス検出計は、第１実施形態のガス検出計において、ケーシング内壁部にさらに断熱材を備えることを特徴とする。図４は、第２実施形態に係るガス検出計の部分概略図であり、図５は部分概略断面図である。図４、５においては、図１～３と同じ部材には同じ符号を付している。第２実施形態に係るガス検出計において、ガスセンサ１０の構成及びこれらの相対的な位置関係は、第１実施形態と同様であってよい。
【0045】
ケーシング１１の内壁面に設けられる断熱材９は、センサ運転温度にて使用可能な耐熱性をもつという特性を有する、電気機器において一般的に使用される断熱材であってよい。断熱材９はケーシング１１の内壁面の、少なくとも固体電解質基板１に対向する位置に、固体電解質基板１を包囲する態様で設けることが好ましい。ある態様においては、解放端１１ａから基端部にわたるほぼ全域に、連続的に、同じ厚さで設けることができる。しかし、ケーシング１１の内壁に断熱材が設けられていない領域があってもよく、また連続的でない部分や、厚さの異なる部分があってもよい。断熱材９を設ける本実施形態において、断熱材９と、固体電解質基板１外面との距離をクリアランスＬ２と定義する。クリアランスＬ２は、１．０～２．５ｍｍとすることが好ましく、１．５～２．５ｍｍとすることがさらに好ましい。
【0046】
第２実施形態によるガス検出計によれば、ケーシング１１の内壁面に断熱材９を設けることで、第１実施形態による利点を全て保持しながら、省電力化を図るとともに、ケーシング１１の加熱を防止し、ケーシング１１の腐食や損傷を低減することができる。
【実施例0047】
（実施例１）
本発明の第１実施形態によるＣＯ及びＯ２ガスセンサを製造した。固体電解質基板１として、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍ、長さが９７ｍｍの試験管形状のイットリア安定化ジルコニア基板（日本化学陶業製、品番ＺＲ－８Ｙ）の外面に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４を、内面に酸素検知対極５を、図２に示すように形成した。一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３は、固体電解質基板１の先端から、２１ｍｍとなる位置に、酸素検知作用極５は先端部の曲面上に形成した。酸素検知対極５は、固体電解質基板１を介して、酸素検作用極４と対向する、固体電解質基板１の先端部内面に形成した。一酸化炭素検知作用極２は、ＰｔとＡｕの組成比が９９：１の合金粒子（平均粒子径１．５μｍ）と、イットリア安定化ジルコニア粒子（平均粒子径０．５μｍ）の混合物（混合質量比８０：１９）を有機溶剤（エチルセルロースを２，２，４トリメチル－３－ヒドロキシペンチイソブチレートに溶解）中に分散したペーストを用いて成形した。一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、酸素検知対極５はＰｔ粒子（平均粒子径１．５μｍ）とイットリア安定化ジルコニア粒子（平均粒子径０．５μｍ）の混合物（混合質量比８０：１９）を上記と同様の有機溶剤中に分散したペーストを用いて成形した。また、配線としてＰｔ線を用い、それぞれの電極材料で電極上に固定した。次いで、これらを大気中１３００℃で焼成することにより、各電極、並びに配線を備えるセンサ構造体を作製した。焼成後の一酸化炭素検知作用極の厚みは９．６μｍ、一酸化炭素検知対極の厚みは８．８μｍ、酸素検知作用極の厚みは２５μｍ、酸素検知対極の厚みは３０μｍとした。その後、各電極に一酸化炭素及び酸素の検出回路を接続し、固体電解質基板１にヒータ７を固定した。ヒータ７は、円柱状の発熱部の直径が３ｍｍ、軸方向長さが１００ｍｍのロッドヒータを用い、発熱部７ａ先端が、固体電解質基板１の先端から、５ｍｍに位置するように配置した。このようにして得られたガスセンサ１０を、内径が１８ｍｍのステンレス製のケーシング１１に固定し、ガス検出計を製造した。クリアランスＬ１は、６ｍｍとした。
本発明の第１実施形態によるＣＯ及びＯ２ガスセンサを製造した。固体電解質基板１として、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍ、長さが９７ｍｍの試験管形状のイットリア安定化ジルコニア基板（日本化学陶業製、品番ＺＲ－８Ｙ）の外面に、一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４を、内面に酸素検知対極５を、図２に示すように形成した。一酸化炭素検知作用極２、一酸化炭素検知対極３は、固体電解質基板１の先端から、２１ｍｍとなる位置に、酸素検知作用極５は先端部の曲面上に形成した。酸素検知対極５は、固体電解質基板１を介して、酸素検作用極４と対向する、固体電解質基板１の先端部内面に形成した。一酸化炭素検知作用極２は、ＰｔとＡｕの組成比が９９：１の合金粒子（平均粒子径１．５μｍ）と、イットリア安定化ジルコニア粒子（平均粒子径０．５μｍ）の混合物（混合質量比８０：１９）を有機溶剤（エチルセルロースを２，２，４トリメチル－３－ヒドロキシペンチイソブチレートに溶解）中に分散したペーストを用いて成形した。一酸化炭素検知対極３、酸素検知作用極４、酸素検知対極５はＰｔ粒子（平均粒子径１．５μｍ）とイットリア安定化ジルコニア粒子（平均粒子径０．５μｍ）の混合物（混合質量比８０：１９）を上記と同様の有機溶剤中に分散したペーストを用いて成形した。また、配線としてＰｔ線を用い、それぞれの電極材料で電極上に固定した。次いで、これらを大気中１３００℃で焼成することにより、各電極、並びに配線を備えるセンサ構造体を作製した。焼成後の一酸化炭素検知作用極の厚みは９．６μｍ、一酸化炭素検知対極の厚みは８．８μｍ、酸素検知作用極の厚みは２５μｍ、酸素検知対極の厚みは３０μｍとした。その後、各電極に一酸化炭素及び酸素の検出回路を接続し、固体電解質基板１にヒータ７を固定した。ヒータ７は、円柱状の発熱部の直径が３ｍｍ、軸方向長さが１００ｍｍのロッドヒータを用い、発熱部７ａ先端が、固体電解質基板１の先端から、５ｍｍに位置するように配置した。このようにして得られたガスセンサ１０を、内径が１８ｍｍのステンレス製のケーシング１１に固定し、ガス検出計を製造した。クリアランスＬ１は、６ｍｍとした。
【0048】
（実施例２）
ケーシング１１内壁面を、厚さが３．５ｍｍの断熱材で被覆した以外は実施例１と同様にして、図４、５に示すガス検出計を製造した。クリアランスＬ２は、２．５ｍｍとした。
ケーシング１１内壁面を、厚さが３．５ｍｍの断熱材で被覆した以外は実施例１と同様にして、図４、５に示すガス検出計を製造した。クリアランスＬ２は、２．５ｍｍとした。
【0049】
（比較例）
実施例２において、ケーシング内壁面の断熱材の内部に環状ヒータを設けた構造とした以外は実施例２と同様の構成とし、比較例とした。図９は、比較例のガス検出計の概念的な部分断面図である。比較例においては、ケーシング５１１内壁から、ケーシング５１１の半径方向内側に向かって、断熱材５９、ヒータ５７、断熱材５９が同軸の管状に、かつ隣り合う部材を接触させて配置した。また、環状のヒータ５７は、ケーシング５１１の解放端５１１ａから、固体電解質基板５１の先端部を完全に覆う位置まで設けられ、一酸化炭素検知作用極５２及び一酸化炭素検知対極５３に対向する位置までは設けられなかった。固体電解質基板５１の内側の空間にはヒータは設けなかった。比較例のガス検出計において、断熱材５９と、固体電解質基板５１外面の距離であるクリアランスＬ３は、０．６５ｍｍであった。
実施例２において、ケーシング内壁面の断熱材の内部に環状ヒータを設けた構造とした以外は実施例２と同様の構成とし、比較例とした。図９は、比較例のガス検出計の概念的な部分断面図である。比較例においては、ケーシング５１１内壁から、ケーシング５１１の半径方向内側に向かって、断熱材５９、ヒータ５７、断熱材５９が同軸の管状に、かつ隣り合う部材を接触させて配置した。また、環状のヒータ５７は、ケーシング５１１の解放端５１１ａから、固体電解質基板５１の先端部を完全に覆う位置まで設けられ、一酸化炭素検知作用極５２及び一酸化炭素検知対極５３に対向する位置までは設けられなかった。固体電解質基板５１の内側の空間にはヒータは設けなかった。比較例のガス検出計において、断熱材５９と、固体電解質基板５１外面の距離であるクリアランスＬ３は、０．６５ｍｍであった。
【0050】
（ＣＯガス流速による感度の評価）
イットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質基板に、実施例１と同様にして、一酸化炭素検知作用極、一酸化炭素検知対極、配線を作成し、一酸化炭素検出用回路を接続して、ＣＯガス流速による感度評価用の一酸化炭素ガスセンサを製造した。製造した感度評価用ガスセンサの作用極及び対極に、ＣＯガスを、流速を変えて接触させ、作用極と対極との間の起電力－Ｅｗｃ（ｍＶ）を測定した。ＣＯガス濃度は２０００ｐｐｍとし、電極温度は６２０℃とした。また、ここでいう流速とは、ＣＯガスの、酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上における流速であって、内径３０ｍｍの石英管内に評価用ガスセンサを設置し、電気炉で所定の温度加熱し、石英管内のガス流量から流速を求める方法により測定した。図６は、ＣＯガス流速と、一酸化炭素検知作用極と対極間の起電力－Ｅｗｃ（ｍＶ）との関係を示すグラフである。図６から、一酸化炭素の検知に必要な感度である、起電力５０ｍＶを得るためには、一酸化炭素検知電極及び一酸化炭素検知対極上のＣＯガスの流速を、約６．３５ｍｍ／ｓ以上とする必要があることがわかった。
イットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質基板に、実施例１と同様にして、一酸化炭素検知作用極、一酸化炭素検知対極、配線を作成し、一酸化炭素検出用回路を接続して、ＣＯガス流速による感度評価用の一酸化炭素ガスセンサを製造した。製造した感度評価用ガスセンサの作用極及び対極に、ＣＯガスを、流速を変えて接触させ、作用極と対極との間の起電力－Ｅｗｃ（ｍＶ）を測定した。ＣＯガス濃度は２０００ｐｐｍとし、電極温度は６２０℃とした。また、ここでいう流速とは、ＣＯガスの、酸化炭素検知作用極及び一酸化炭素検知対極上における流速であって、内径３０ｍｍの石英管内に評価用ガスセンサを設置し、電気炉で所定の温度加熱し、石英管内のガス流量から流速を求める方法により測定した。図６は、ＣＯガス流速と、一酸化炭素検知作用極と対極間の起電力－Ｅｗｃ（ｍＶ）との関係を示すグラフである。図６から、一酸化炭素の検知に必要な感度である、起電力５０ｍＶを得るためには、一酸化炭素検知電極及び一酸化炭素検知対極上のＣＯガスの流速を、約６．３５ｍｍ／ｓ以上とする必要があることがわかった。
【0051】
（実施例１、２及び比較例の評価）
実施例１、実施例２、及び比較例のガス検出計を用い、酸素濃度を３％とし、ＣＯ濃度を０ｐｐｍ～２０００ｐｐｍまで上昇させて一酸化炭素検知作用極と一酸化炭素検知対極間の起電力－Ｅｗｃを測定した。実施例１、実施例２の一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度は６２０℃、酸素検知作用極４の温度は７５０℃、酸素検知対極５の温度は７５０℃とした。比較例の検出計において、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度は６２０℃、酸素検知作用極４の温度は７５０℃、酸素検知対極５の温度は７５０℃とした。
実施例１、実施例２、及び比較例のガス検出計を用い、酸素濃度を３％とし、ＣＯ濃度を０ｐｐｍ～２０００ｐｐｍまで上昇させて一酸化炭素検知作用極と一酸化炭素検知対極間の起電力－Ｅｗｃを測定した。実施例１、実施例２の一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度は６２０℃、酸素検知作用極４の温度は７５０℃、酸素検知対極５の温度は７５０℃とした。比較例の検出計において、一酸化炭素検知作用極２と一酸化炭素検知対極３の温度は６２０℃、酸素検知作用極４の温度は７５０℃、酸素検知対極５の温度は７５０℃とした。
【0052】
図７は、実施例１及び比較例のガス検出計における、ＣＯガス濃度と、一酸化炭素検知作用極と一酸化炭素検知対極間の起電力－Ｅｗｃとの関係を示す。図８は、実施例２及び比較例のガスセンサにおける、ＣＯガス濃度と、一酸化炭素検知作用極と一酸化炭素検知対極間の起電力－Ｅｗｃとの関係を示す。実施例１、２ともに、検知すべきＣＯ濃度範囲内で、十分なＣＯ感度が得られたのに対し、比較例のガスセンサではＣＯ感度が得られなかった。また、図示はしないが、実施例１、２、及び比較例のいずれにおいても、酸素検知作用極と酸素検知対極間の起電力－Ｅｗｃの起電力は、４０ｍＶ以上であり、大気中酸素濃度（２１％）と被測定雰囲気の酸素濃度（３％）に応じたネルンストの式に従う濃淡電池として動作しており、酸素検知のための十分な感度が得られた。
【0053】
理論に拘束される意図はないが、比較例のガス検出計では以下のようなメカニズムにより、起電力が得られなかったと考察される。図９に示す比較例のガス検出計においては、環状のヒータ５７に対向する、測定対象ガスの流路が均熱帯となり、対流による測定対象ガスの流速がゼロになる。ゆえに、測定対象ガスの流入口５１１ａからより遠位にある一酸化炭素検知作用極５２及び対極５３上での測定対象ガスの速度もゼロに近くなる。固体電解質をベースとして構成され、かつ混成電位型の一酸化炭素ガスセンサにおいては、下記式（１）で示す電極内で生じる気相ＣＯ酸化反応と、下記式（２）で示す３相（気相、電極、固体電解質基板）界面で生じるＣＯ酸化反応が進行する。そして、約５００℃以上の加熱雰囲気下の固体電解質基板上では、酸素イオンの伝導により、式（２）の反応に起因する起電力が得られる。
比較例のガス検出計では、測定対象ガスの速度が小さいため、一酸化炭素検知作用極５２及び対極５３表面に供給されるＣＯ量が少なく、ＣＯ供給と、気相ＣＯ酸化反応とが競争し、ＣＯが供給されても気相ＣＯ酸化反応で消費されてしまい、３相界面へ到達するＣＯ量が低下する。ゆえに、３相界面での酸化・還元反応が生じにくくなり、十分な起電力が得られなかったと考えられる。
【化1】
【0054】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明に係るガス検出計は、ボイラーなどの煙道に挿入し、燃焼排気中の一酸化炭素と酸素の濃度を同時に、かつ十分な感度でモニタリングすることが可能である。ゆえに、ボイラーなどの燃焼制御システムを構築することが可能となり、省エネルギーに貢献することができる。
【符号の説明】
【0056】
１ 固体電解質基板、２ 一酸化炭素検知作用極、３ 一酸化炭素検知対極
４ 酸素検知作用極、５ 酸素検知対極
７ ヒータ、７ａ 発熱部、７ｂ 配線部、９ 断熱材
１０ ガスセンサ、１１ ケーシング、１１ａ ケーシング解放端
１２ ガイドチューブ、１３ 取付フランジ、１４ 校正ガス入口、１５ 端子部
２０ ガス検出計、３０ 壁、ｇ 測定対象ガス
４ 酸素検知作用極、５ 酸素検知対極
７ ヒータ、７ａ 発熱部、７ｂ 配線部、９ 断熱材
１０ ガスセンサ、１１ ケーシング、１１ａ ケーシング解放端
１２ ガイドチューブ、１３ 取付フランジ、１４ 校正ガス入口、１５ 端子部
２０ ガス検出計、３０ 壁、ｇ 測定対象ガス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
