(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部には、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、前記複数の固体電解質素子における一対の電極の厚みはそれぞれが異なる厚みとし、前記固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの電位差検出手段が出力する複数の電位差出力を比較する電位差出力比較手段とこの電位差出力比較手段の出力から異常を判定する異常判定手段とを有する一酸化炭素センサの制御装置。
【請求項２】
１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部には、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、前記複数の固体電解質素子における一対の電極の厚みはそれぞれが異なる厚みとし、前記固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの電位差検出手段が出力する複数の電位差出力を比較する電位差出力比較手段とこの電位差出力比較手段により起動されるタイマー手段とを有する一酸化炭素センサの制御装置。
【請求項３】
１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部には、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、前記複数の固体電解質素子における一対の電極の厚みはそれぞれが異なる厚みとし、前記固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの電位差検出手段が出力する複数の電位差出力を比較する電位差出力比較手段と前記電位差出力比較手段により起動されるタイマー手段とこのタイマー手段の出力により起動される異常報知手段とを有する一酸化炭素センサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼機器の空燃比制御、燃焼機器の不完全燃焼警報等に使用される一酸化炭素センサの信頼性の向上、燃焼機器の寿命予測に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一酸化炭素センサにおいては、素子を、ガス選択透過性でないセラミック多孔筒体内に保持している（例えば特開昭５９−１０９８５６号公報参照）。すなわち、図９に示すようにガス選択透過性がない多孔質セラミックの筒体１０１の中に、両面に電極１０２、１０３を設置した固体電解質１０４を位置させて隔壁１０５を形成し、この隔壁１０５の一方の側に一酸化炭素を含む可燃性ガスの酸化触媒の粒子１０６を、他の側に一酸化炭素以外の可燃性ガスの酸化触媒粒子１０７をそれぞれ充填し、両開口端をセラミック板１０８により封着した多孔質セラミックの筒体１０１を、外部から加熱手段１０９で加熱する構成であり、多孔質セラミックの筒体１０１の壁面を通過して内部の固体電解質１０４に到達した一酸化炭素を検知しようとするものであった。
【０００３】
また一酸化炭素センサの制御装置においては、素子の劣化を出力する信号レベルを基準として判定している（例えば特開平８−１４５５７号公報参照）。すなわち一酸化炭素センサの劣化の判定は、センサの信号レベルが所定時間の間、継続して所定の下限レベル以下となった時にセンサの劣化が進行したと判定する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一酸化炭素センサにあっては、燃焼排気ガス中にこの一酸化炭素センサを設置した場合、筒体１０１にガス選択透過性がないので、一酸化炭素のみならず、分子量の大きい有機性物質や窒素酸化物等が多孔質セラミックの細孔を通過して酸化触媒粒子１０６、１０７や、固体電解質１０４に設定した電極１０２、１０３に到達する恐れがあった。その結果、酸化触媒粒子１０６、１０７や電極１０２、１０３が汚染され、一酸化炭素の検知特性が劣化するという問題点があった。
【０００５】
また、燃焼機器５に用いる一酸化炭素センサの部品の寿命は、使用頻度、燃焼ガスの種類、燃焼ガス中の不純物の量、使用時間などによって大いに差が出るものであり、従来の一酸化炭素センサの制御装置のように、所定の出力電圧値を設定して素子の劣化を判定したり、長時間タイマーなどによって所定の動作時間や設置後の経過時間を単に計測して素子の劣化を判定したりしたのでは素子の寿命を精度よく判定することは困難であるという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明は、検出に必要なガスのみを選択的に透過させるために、１００オングストローム以下の大きさに孔径を制御した多孔質のガス選択透過体を用い、これの内部に、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、この複数の固体電解質素子における電極対は、それぞれ異なる厚みにすることとし、複数の固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの手段よりの複数の出力を比較する電位差出力比較手段とこの比較手段の出力から一酸化炭素センサの異常を判定する異常判定手段とを有するものである。
【０００７】
本発明は上記孔径を制御された多孔質のガス選択透過体によって、分子量の大きい有機性物質や窒素酸化物等は透過されずに除去され、一酸化炭素センサにおける酸化触媒や電極部に到達してこれらを汚染し、検知特性を劣化するのを防止することができ、その上、センサにおける複数の素子の電極の厚みが異なることにより、一酸化炭素を精度よく検出することができる。
【０００８】
また、汚染物質から保護された環境においても、電極の厚さによってセンサの劣化の程度は異なるので、複数の素子相互の電位差電圧を相対比較することによってセンサの劣化の程度を知ることとしている。そして、燃焼機器の使用頻度、ガスの種類、使用時間などによって大いに差が出る一酸化炭素センサの寿命判定を、精度よくおこなうことができる。また、電位差出力を比較し、その出力から異常判定することにより、センサの劣化を警報することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部に、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、この複数の固体電解質素子における一対の電極は、それぞれ異なる厚みの電極対で構成し、この複数の固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの手段よりの複数の出力を比較する電位差出力比較手段とこの比較手段の出力から一酸化炭素センサの異常を判定する異常判定手段とを有するものであり、電位差出力を比較し、その出力から異常判定することにより、センサの劣化を警報することができる。
【００１０】
また、１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部に、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、この複数の固体電解質素子における一対の電極は、それぞれ異なる厚みの電極対で構成し、この複数の固体電解質素子のそれぞれの電極間の電位差出力を検出する電位差検出手段とこの手段よりの複数の出力を比較する電位差出力比較手段とこの複数の電位差出力を比較する比較手段により起動されるタイマ手段とを有するものであり、複数の電位差出力の検出手段と複数の電位差出力を比較する比較手段とによりセンサの劣化が検出され、劣化開始から起動されるタイマ手段により、機器の寿命を精度良く報知することができる。
【００１１】
さらに、１００オングストローム以下の孔径を有するガス選択透過体を備え、このガス選択透過体の内部に、一対の電極間に酸素イオン導電性を有する固体電解質を介在させた複数の固体電解質素子および一酸化炭素の酸化触媒を配設し、この複数の固体電解質素子における一対の電極は、それぞれ異なる厚みの電極対で構成し、この複数の固体電解質素子の電極間のそれぞれの電位差出力を検出する電位差検出手段とこの手段よりの複数の出力を比較する電位差出力比較手段とこの複数の電位差出力を比較する比較手段により起動されるタイマ手段とこのタイマ手段の出力により起動される異常報知手段とを有するものである。センサの劣化が検知された後、起動されたタイマ手段で一定時間が計数され、その計数後に異常報知をして、安全に機器を停止させることができる。
【００１２】
以下、本発明の実施例について図１ないし図８を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における一酸化炭素センサの模式断面図である。
【００１４】
図１において、１は多孔質筒状のガス選択透過体で、その製法は、まずアルミナ粉末にポリサルフォン等の有機物を混合し、この有機物を溶剤で溶かし、ついでチューブ状に成形した後、乾燥、焼結を行って多孔質のセラミックチューブを作成する。その後、多孔質のセラミックチューブの孔をゾル・ゲル法等の手法で埋めて孔径を１００オングストローム以下に調整し、ついでセンサ素子を収納する長さに切断することによって実現している。
【００１５】
ガス選択透過体１の細孔の孔径を１００オングストローム以下に制御することにより、細孔を通過するガス量は、そのガスの分子量の平方根に逆比例して抑制され、検知性能に影響を及ぼす二硫化炭素のような分子量の大きなガスの通過量を大幅に低減することができる。また、ＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジット）法等で細孔の孔径を制御すると、１０オングストローム程度まで孔径を制御することができ、１０オングストロームにまで細孔径を制御することにより、いわゆる分子ふるいが実現でき、一酸化炭素より小さい分子のガスだけを通過させ、それより大きな分子のガスは通過させない理想的なフィルターが実現できる。
【００１６】
また、２は一酸化炭素の酸化触媒を含浸保持したセラミックペーパーで、通気性を有している。３および４は酸素イオン導電性を有する固体電解質で、その表裏両面には一対の白金電極５、６および７、８を設置し、これら電極５、６、７、８は、エレクトロンビーム蒸着またはスパッタリングにより形成されている。そして、電極対を形成する一対の電極５、６と電極７、８との厚みは異なった厚みとしている。９は固体電解質３、４を加熱してセンサとして動作させる加熱コイルである。なお、酸化触媒を保持したセラミックペーパー２と、固体電解質３および電極５、６により形成する素子１０と固体電解質素子１０と、固体電解質４および電極７、８により形成する固体電解質素子１１とによりセンサを構成し、このセンサは２個の素子を配設した構成にしている。
【００１７】
上記の構成による一酸化炭素センサの作用を説明する。ガス選択透過体１を通過した一酸化炭素ガスは、一酸化炭素の酸化触媒を含浸保持したセラミックペーパー２を通過する時に酸化されて電極５、６および電極７、８には到達しない。従って、一酸化炭素の酸化触媒を含浸保持したセラミックペーパー２と接触している電極５、７上では式（１）で示される反応によって酸素がイオン化される。
【００１８】
Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−              式（１）
一方、一酸化炭素の酸化触媒を含浸保持したセラミックペーパー２と接触していない電極６、８上では式（１）で示される反応に加えて、一酸化炭素が直接に電極６、８にも達しているので式（２）で示される反応も起きている。
【００１９】
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ      式（２）
そして、電極５と６との表面での反応の差によって電極５、６間に、また電極７と８との表面での反応の差によって電極７、８間にそれぞれ電位差が発生し、電極５、６と電極７、８との膜厚が異なるのでその電位差は異なったものとなる。
【００２０】
このように、ガス選択透過体１中に、膜厚の違う電極５、６と電極７、８との間にそれぞれ固体電解質３、４を介在させて構成した２種類の固体電解質素子１０、１１を設置することによって、雰囲気ガス中に含まれる汚染物質から電極が汚染されるのを防ぐことができるとともに、雰囲気ガスに対して感度の違う２種類の出力を提供することができる。
【００２１】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図である。図２において１２は電極５、６間の電位差を測定する電圧計からなる電位差検出手段、１３は電極７、８間の電位差を測定する電圧計からなる電位差検出手段である。
【００２２】
図３は、一酸化炭素濃度と電位差との関係を表わす図で、（ａ）は、電極５、６の厚さを０．５μｍにした場合の濃度と電位差との関係を示し、（ｂ）は電極７、８の厚さを１μｍにした場合の濃度と電位差との関係を示している。電極５、６間ならびに電極７、８間に発生するそれぞれの電位差は、一酸化炭素の濃度が大きい程、すなわち量が多いほど大きくなり、発生する電位差出力は電極の厚みによって異なり、厚みが厚い程、小さくなる。
【００２３】
また、図４は電極の厚みによる出力の経時変化を示す図で、一酸化炭素濃度２，０００ｐｐｍ、二酸化硫黄濃度５０ｐｐｍの雰囲気中でのセンサ出力の低下の様子として示しており、（ａ）は電極５、６の厚さを０．５μｍにした場合の経時変化を示し、（ｂ）は電極７、８の厚さを１μｍにした場合の経時変化を示している。
【００２４】
以上説明した構成により、２種類の固体電解質素子１０、１１から、それぞれ異なるセンサ出力を取り出し、信頼性の向上を図ることができる。
【００２５】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図である。１４は電圧比較器からなる電位差出力比較手段で、電位差検出手段１２からの出力は、電位差出力比較手段１４の＋入力端子１５に、電位差検出手段１３からの出力は、電位差出力比較手段１４のマイナス入力端子１６に入力される。プラス入力端子１５、マイナス入力端子１６の電圧は比較され、プラス入力端子１５の電圧がマイナス入力端子１６の電圧よりも大きい時は、出力端子１７にプラス差電圧が出力され、マイナス入力端子１６の電圧よりも小さい時はマイナスの差電圧が出力される。図３および図４により理解できるように、電極の厚みが小さい場合は電位差出力は大きいが、出力値の経時低下も早く、一方電極の厚みが大きい場合は、電位差出力は小さいけれど出力値の経時変化は少ない。固体電解質素子１０、１１の劣化がなければ、通常は、出力端子１７にはプラス電圧が出力されるが、素子１０、１１の劣化が進むにつれて出力電圧は低下し、レベルが逆転した場合には、出力端子１７にマイナス電圧が出力される。
【００２６】
以上説明した構成により、固体電解質素子１０、１１の劣化の程度を確認することができる。
【００２７】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図を示し、１８は電位差比較手段１４の出力によって駆動される異常判定手段である。この異常判定手段１８は、電位差比較手段１４の出力端子１７がマイナス電圧になった時に、異常と判定し、センサにおける固体電解質素子１０、１１の交換等が必要なことを表示する。
【００２８】
以上説明した構成により、固体電解質素子１０、１１の劣化を検知し、交換時期を知ることができ、燃焼機器の安全性の確保が可能となる。
【００２９】
（実施例５）
図７は、本発明の実施例５における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図を示し、電位差圧比較手段１４の出力により、タイマ手段１９が駆動される構成となっている。このタイマー手段１９が起動した後は固体電解質素子１１の電極７、８間の電位差すなわち厚さが大きい方の電極の電位差を基にして一酸化炭素濃度の検出が行われる。
【００３０】
電圧比較手段１４の出力端子１７がマイナス電圧になった時に異常と判定し、薄い方の厚さ０．５μｍの電極５、６を有する固体電解質素子１０が劣化したことを検出するが、この時点では、厚い方の厚さ１μｍの電極７、８を有する固体電解質素子１１はまだ劣化していないと判定する。この時点から固体電解質素子１１における電極７、８間の電位差を基にして一酸化炭素濃度の検出をするが、電極７、８を有する固体電解質素子１１の劣化は比較するものがないので正しく判定できない。そこで、タイマ手段１９を起動し、電極膜の厚みが大きい厚さ１μｍの電極７、８間の電位差を基準にしてセンサの異常判定をする期間を制限するようにしている。
【００３１】
以上説明した構成によると、膜厚の薄い電極５、６を有する固体電解質素子１０の劣化を検知した後、タイマ手段１９を起動しているので、当初から一様に長時間タイマでセンサの寿命を設定する場合よりも精度よくセンサの寿命を予測することが可能となる。すなわち環境の良い状態で使用されている場合には、劣化検知までに時間かかかって、長時間の使用が可能となり、一方環境が悪く、劣化が早く進む場合には、速やかにタイマ手段１９が起動して、センサの寿命を報知することが可能になる。
【００３２】
（実施例６）
図８は、本発明の実施例６における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図を示し、２０はタイマ手段１９の出力により起動される異常報知手段である。
【００３３】
以上説明した構成によると、タイマ手段１９により固体電解質素子１０、１１の寿命が計数された後、異常報知手段２０により異常の報知がなされ、燃焼機器の停止がなされるので、燃焼機器の安全性を確保することが可能となる。
【００３４】
なお、以上の実施例においては、固体電解質素子を２個用いた場合について説明したが、３個以上の複数であっても原理的には全く変わりなく、多数の固体電解質素子の特性劣化によるセンサ劣化の検出の精度がより向上する効果がある。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３６】
多孔質のガス選択透過体の内部に固体電解質型の一酸化炭素センサの検知部である固体電解質素子を設置することにより、汚染物質から検知部を保護することができ、ガス検知の耐久性の向上を図ることができる。
【００３７】
また、雰囲気ガスに対して感度の違う出力を提供する複数の固体電解質素子を使用した一酸化炭素ガスセンサを実現し、複数の固体電解質素子からそれぞれのセンサ出力を取り出すことができる。また複数の固体電解質素子からの出力を相互に比較することができる。また複数の固体電解質素子の出力を相互に比較し、センサの異常を判定することができる。また複数の固体電解質素子の出力を比較判定し、ついでにタイマ手段を起動することにより、一様に長時間タイマを設定する場合よりも、より正確にセンサ機器の寿命を予測することが可能となる。
【００３８】
さらに、複数の固体電解質素子の出力を比較判定し、起動されたタイマ手段によりセンサの異常報知をすることにより、燃焼機器の停止がなされ、燃焼機器の安全性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における一酸化炭素センサの模式断面図
【図２】本発明の実施例２における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図
【図３】一酸化炭素濃度と電位差との関係を表わす図
【図４】固体電解質素子の電極の厚みによる出力の経時変化を示す図
【図５】本発明の実施例３における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図
【図６】本発明の実施例４における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図
【図７】本発明の実施例５における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図
【図８】本発明の実施例６における一酸化炭素センサの制御装置の模式構成図
【図９】従来例における一酸化炭素センサの模式断面図
【符号の説明】
１  ガス選択透過体
２  セラミックペーパー
３、４  固体電解質
５、６、７、８  電極
１０、１１  固体電解質素子
１２、１３  電位差検出手段
１７  電位差出力比較手段
１８  異常判定手段
１９  タイマ手段
２０  異常報知手段
【図１】
0003613915.tif 000002
【図２】
0003613915.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003613915.tif 000005
【図５】
0003613915.tif 000006
【図６】
0003613915.tif 000007
【図７】
0003613915.tif 000008
【図８】
0003613915.tif 000009
【図９】
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