(57)【要約】 【構成】  電解液３４に発泡金属３２を浸し、メタルハウジング４との間の電流で、水を電解し、発生したガスをセンサ本体１２へ供給して、自己診断する。【効果】  ガスセンサの液溜の水を電解して水素を発生させ、ガスセンサの点検ができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的にガスを検出するセンサ本体と、前記センサ本体に水蒸気もしくは電解液を供給する液溜とをハウジング内に備えたガスセンサにおいて、
前記液溜中の水を電解するための手段を設けて、電解で発生した点検用のガスをセンサ本体に供給するようにしたことを特徴とする、ガスセンサ。
【請求項２】
前記電解手段として、前記ハウジングの一端に第１電極を設けると共に、ハウジングに第２電極を設けて、前記第１及電極と第２電極とを液溜を介して導通させたことを特徴とする、請求項１のガスセンサ。
【請求項３】
前記第１電極及び第２電極の少なくとも一方を、高比表面積の導電性部材で構成したことを特徴とする、請求項２のガスセンサ。
【請求項４】
ハウジングの内圧の上昇時に発生したガスを逃がすための弁体を、前記ハウジングの一端に設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかのガスセンサ。
【請求項５】
前記ハウジングがメタルハウジングで、その一端側に封孔体を他端側にセンサ本体を設けて、封孔体とセンサ本体との間のハウジングのスペースを前記液溜とし、かつ封孔体とハウジングとの間の電解電流で点検用のガスを発生させるようにしたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかのガスセンサ。
【請求項６】
前記センサ本体は電解液をセパレータに保持し、かつ前記液溜の電解液とセパレータの電解液とで、電解質がほぼ同じであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかのガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電気化学式ガスセンサに関し、特に点検ガスの発生手段を備えたガスセンサに関する。  
【背景技術】
【０００２】
発明者らは特許文献１で、ガス発生用のＭＥＡとガス検出用のＭＥＡとを一体にしたガスセンサを開示した。発明者は、よりコンパクトでかつより簡便な構造の、点検ガス発生機能付きのガスセンサを検討し、この発明に到った。
【特許文献１】特開２００４−６１１７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明の基本的課題は、点検ガスの発生ができる新たな構造のガスセンサを提供することにある。
この発明での補助的な課題は、
1)  ガスセンサの構造を特に簡単にすること、
2)  点検ガスの発生でハウジングの内圧が上昇した際の安全策を講じること、及び
3)  電解液がセンサ本体に触れた際の影響を少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、電気化学的にガスを検出するセンサ本体と、前記センサ本体に水蒸気もしくは電解液を供給する液溜とをハウジング内に備えたガスセンサにおいて、液溜中の水を電解するための手段を設けて、電解で発生した点検用のガスをセンサ本体に供給するようにしたことを特徴とする。この結果、センサ本体に水蒸気や電解液を補給するための液溜を点検ガスの発生に利用でき、一般に、液溜からは水蒸気もしくは液体をセンサ本体に供給できるようにしてあるので、液溜で発生した点検ガスもセンサ本体まで同様にして供給できる。
【０００５】
好ましくは、電解手段として、電解手段として、前記ハウジングの一端に第１電極を設けると共に、ハウジングに第２電極を設けて、前記第１及電極と第２電極とを液溜を介して導通させる。
特に好ましくは、第１電極及び第２電極の少なくとも一方を高比表面積の導電性部材とし、例えば、Ｎｉなどの発泡金属や、Ｎｉなどの金属やカーボンなどのファイバーなどのマットやシート状などの束で構成する。
【０００６】
また好ましくは、ハウジングの内圧の上昇時に発生したガスを逃がすための弁体を、前記ハウジングの一端に設ける。弁体は例えばゴムやバネなどの弾性体で構成し、内圧が所定値に達すると開いて点検ガスを逃がすようにする。
【０００７】
好ましくは、ハウジングがメタルハウジングで、その一端側に封孔体を他端側にセンサ本体を設けて、封孔体とセンサ本体との間のハウジングのスペースを前記液溜とし、かつ封孔体とハウジングとの間の電解電流で点検用のガスを発生させる。封孔体は、例えばガスケットや接着剤などでハウジングと絶縁する。
【０００８】
好ましくは、センサ本体は電解液をセパレータに保持し、かつ前記液溜の電解液とセパレータの電解液とで、電解質をほぼ同じにし、液溜の電解液がセンサ本体のセパレータに入り込んでも特性が変わらないようにする。特にメタルハウジングの場合、硫酸はハウジングを侵すので、硫酸Ｍｇや塩化亜鉛などの弱酸性の電解質〜ＫＯＨやＫＨＣＯ３などのアルカリ性の電解質が好ましい。なおセパレータの電解質と、液溜の電解質とは完全に同一である必要はなく、例えばセパレータがＫ２ＣＯ３で液溜がＫＯＨなどでも良い。また電解時に塩素ガスなどが発生しないように、液溜の電解質はアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、あるいは炭酸水素塩が特に好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、ガスセンサの液溜を利用してガスを発生できるので、コンパクトに点検ガスを発生できる。またガスセンサの内部で点検ガスを発生させるので、微量のガスで良く、小電力で簡単に点検ガスを発生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１１】
図１〜図５に、実施例とその変形とを示す。図１に、実施例のガスセンサ２の構造を示すと、４はメタルハウジングで例えばステンレス製とし、必要であればその内面を銅や金などの貴な元素でメッキする。６は封孔体、８はワッシャで、１０はセンサ本体１２へのガスの供給を制限するための拡散制御板で、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの膜でも良く、１４は封孔体６をメタルハウジング４に組み付けるためのガスケットである。そしてガスケット１４からの圧力により、封孔体６，拡散制御板１０，センサ本体１２，ワッシャ８間の導通が得られ、封孔体６がガスセンサ２の一方の極で、メタルハウジング４が他方の極となる。
【００１２】
封孔体６にはシリカゲルや活性炭あるいはゼオライトなどのフィルタ材１６を収容し、１８，２０は封孔体６に設けた開口、２１は拡散制御板１０に設けた開口で、例えば０.１mm〜１mm程度の直径とし、ワッシャ８に設けた開口２２から、液溜からの水蒸気と点検ガスをセンサ本体１２へ補給する。
【００１３】
メタルハウジング４は例えば角筒や円筒状の形状をし、一端側に他の封孔体２４を設け、他端側にセンサ本体１２や封孔体６を設ける。ガスケット２６は、封孔体２４をメタルハウジング４から絶縁した状態で取り付け、２７，２８は開口で、３０はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などの耐アルカリ性のゴムからなる弁体で、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）などを用いても良く、あるいはバネで図示しない金属板を開口２８側に付勢して、バネの付勢力以上の内圧が加わった際に、金属板が開口２８から離れるようにしても良い。弁体３０は、ハウジング４の内圧が所定値以上に増した際に、点検ガスを逃がす。
【００１４】
ワッシャ８と封孔体２４間のメタルハウジング４内のスペースが液溜３３である。メタルハウジング４もしくは封孔体２４の何れかに、好ましくは封孔体２４に、ニッケルなどの発泡金属３２を溶接などで取り付け、電解液３４中に浸す。発泡金属３２は比表面積の大きな電解電極の例であり、金属繊維やカーボンファイバーなどを束ねたものなどでも良い。そして高比表面積の電極を用いることにより、小さな電力で効率的に点検ガスを発生できる。さらにこの発明では、ハウジング４の内部から点検ガスを発生させるので、ガス発生量は僅かで良く、封孔体２４の内面をそのまま、あるいは銅や金などの不活性な金属でメッキして、電極とすることも可能である。また発泡金属３２が変形してもメタルハウジング４の内面に触れないように、多孔質のポリプロピレンなどのセパレータ３６で、メタルハウジング４の液溜３３側の表面をカバーする。なおセパレータ３６は通液性があり、電解電流を流すことができる。そして封孔体２４とメタルハウジング４との間に例えば１.２〜１.５Ｖ程度、好ましくは１.３〜１.５Ｖ程度の電圧を加え、例えば、ハウジング４を＋側とし、発泡金属３２を−側とする。発泡金属３２とメタルハウジング４間の電解電流により電解液３４を電解して、例えば発泡金属３２で水素などの点検ガスが発生し、このガスは発泡金属３２を伝わって電解液３４から逃れ、ほぼ全量が開口２２からセンサ本体１２へ入り、ごく僅かの電解電流でガスセンサ２の点検を行える。
【００１５】
図２にセンサ本体１２の例を示すと、４０はセパレータで、例えば親水化処理を施したＰＴＦＥ（ポリテトラフルオラエチレン）などを用い、好ましくは電解液３４と同じ電解液を支持させる。４１，４２はプロトン導電体や水酸イオン導電体などの固体電解質膜である。４３は作用極、４４は対極で、これらはカーボンにＰｔやＰｔ＋Ｒｕなどの触媒を担持させ、ＰＴＦＥなどのバインダーとプロトン導電体や水酸イオン導電体などのイオン導電体とを混合したものである。４６は疎水性導電体膜で、多孔質のカーボンペーパーやカーボンシートに、ＰＴＦＥを含浸させて疎水性を持たせたもので、疎水性導電体膜４６により、作用極４３や対極４４へガスを供給すると共に、電解液３４が漏れ出すことを防止する。
【００１６】
実施例では、セパレータ４０にも電解液３４にも、共に０.１Ｍ／ＬのＫＯＨ水溶液を用いるが、セパレータ４０のＫＯＨは一部がＣＯ２と接触して、ＫＨＣＯ３やＫ２ＣＯ３などに変質していることがある。また電解液３４とセパレータ４０とでは、ＫＯＨなどの濃度が異なっても良い。
【００１７】
図３は、固体電解質膜５０を用いたセンサ本体の例を示し、その両側に作用極４３と対極４４とを設け、疎水性導電膜４６，４６により、ガスの供給と電解液３４の漏れ出しの防止とを行う。
【００１８】
センサ本体１２は固体電解質膜あるいは液体電解質膜に、少なくとも作用極と対極とを取り付け、ガスを検出するものであれば良く、例えば液体電解質として、イオン性液体をセパレータ４０に支持させたものでも良い。イオン性液体には例えば陽イオンにエチルメチルイミダゾリウムイオンやブチルピリジウムイオン、ヘキシルトリメチルアンモニウムイオンなどを用い、陰イオンにはＢＦ4-，（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-などを用いればよい。そしてイオン性液体は、−４０℃〜２００℃などの広い温度範囲で液体で、低抵抗で揮発性がない。
【００１９】
図４に、実施例のガスセンサ２での点検ガス発生時の出力波形を示す。液溜の電解液は０.１Ｍ／ＬのＫＯＨで、発泡金属３２とメタルハウジング４の間に、パルス的に１.３Ｖの電圧を加えて水を電解すると、大きなセンサ出力が得られた。
【００２０】
図５に、封孔体２４側を簡単化したガスセンサ５２を示し、特に指摘した点以外は、図１のガスセンサ２と同様である。５４は電極板で、電極板５４の電解液３４側の面を電極とし、メタルハウジング４との間で電解電流を加えて点検ガスを発生させる。
【００２１】
実施例ではメタルハウジング４を用いるものを示したが、ポリプロピレンなどのプラスチックハウジングでも良く、その場合は電解液３４に硫酸などを用いても良い。またその場合、封孔体６，２４はキャップなどに変更してハウジングに取り付け、ハウジングの内面やキャップの内面などの必要個所に金属板などを取り付けて、電極とすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例のガスセンサの断面図
【図２】液膜を用いたセンサ本体の断面図
【図３】固体電解質膜を用いたセンサ本体の断面図
【図４】実施例のガスセンサの点検時の出力波形を示す特性図
【図５】変形例のガスセンサの断面図
【符号の説明】
【００２３】
２，５２      ガスセンサ
４            メタルハウジング
６，２４      封孔体
８            ワッシャ
１０          拡散制御板
１２          センサ本体
１４，２６    ガスケット
１６          フィルタ材
１８〜２２    開口
２７，２８    開口
３０          弁体
３２          発泡金属
３３          液溜
３４          電解液
３６          セパレータ
４０          セパレータ
４１，４２    固体電解質膜
４３          作用極
４４          対極
４６          疎水性導電体膜
５０          固体電解質膜
５４          電極板  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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