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JP2003107045A - Oxygen pump element and oxygen pump device - Google Patents

Oxygen pump element and oxygen pump device

Info

Publication number
JP2003107045A
JP2003107045A JP2001301723A JP2001301723A JP2003107045A JP 2003107045 A JP2003107045 A JP 2003107045A JP 2001301723 A JP2001301723 A JP 2001301723A JP 2001301723 A JP2001301723 A JP 2001301723A JP 2003107045 A JP2003107045 A JP 2003107045A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
oxygen
oxygen pump
auxiliary electrode
working electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001301723A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nagai
彪 長井
Yu Fukuda
祐 福田
Naoko Ubukawa
直子 生川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001301723A priority Critical patent/JP2003107045A/en
Publication of JP2003107045A publication Critical patent/JP2003107045A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that an oxygen pump device becomes complicated and high-cost because a temperature sensor must be provided separately. SOLUTION: By using the oxygen pump element in which a first working electrode 2, a first auxiliary electrode 3 and a second auxiliary electrode 4 are formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate 1 and in which a second working electrode 5 is formed on the other surface, the temperature of the substrate 1 is detected on the basis of an oxygen ion current and on the basis of the potential difference between the electrode 3 and the electrode 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は酸素ポンプに関する
ものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の酸素ポンプ素子は以下の
ようなものであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of oxygen pump element has been as follows.

【0003】特開平11−94792号公報では、酸素
イオン導電性を有する固体電解質基板の両面に作用電極
を形成した酸素ポンプが開示されている。しかし、前記
公報には、温度検出機能を備えた酸素ポンプ素子につい
て何ら記載されていない。
JP-A-11-94792 discloses an oxygen pump in which working electrodes are formed on both surfaces of a solid electrolyte substrate having oxygen ion conductivity. However, the above publication does not describe any oxygen pump element having a temperature detecting function.

【0004】特表平10−500450号公報では、酸
素ポンプ素子の近傍に熱電対を配置して、酸素ポンプ素
子を適切な動作温度に保持する装置が開示されている。
しかし、この公報でも、温度検出機能を備えた酸素ポン
プ素子について何ら記載されていない。
Japanese Patent Publication No. 10-500450 discloses a device in which a thermocouple is arranged near the oxygen pump element to maintain the oxygen pump element at an appropriate operating temperature.
However, this publication also does not describe any oxygen pump element having a temperature detecting function.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記公知技術でも酸素
ポンプ素子は温度検出機能を有していない。従って、酸
素ポンプ素子を適切な動作温度に保持するには、酸素ポ
ンプ素子近傍に配置された熱電対などの温度センサから
の信号を利用する必要があった。
Even in the above-mentioned known technique, the oxygen pump element does not have a temperature detecting function. Therefore, in order to keep the oxygen pump element at an appropriate operating temperature, it is necessary to use a signal from a temperature sensor such as a thermocouple arranged near the oxygen pump element.

【0006】このため、温度センサを別途備えなければ
ならないので、酸素ポンプ装置が複雑になり、また、高
価格になるという課題があった。また、温度センサの温
度は酸素ポンプ素子と温度センサの相対的な位置関係に
よっても影響されるので、酸素ポンプ素子の温度との対
応精度が充分でないという課題もあった。
Therefore, since the temperature sensor must be additionally provided, there is a problem that the oxygen pump device becomes complicated and the cost becomes high. Further, since the temperature of the temperature sensor is affected by the relative positional relationship between the oxygen pump element and the temperature sensor, there is a problem that the accuracy of correspondence with the temperature of the oxygen pump element is not sufficient.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の酸素ポンプ素子
は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第1作用電極
と第1補助電極と第2補助電極を、他の表面に第2作用
電極を形成し、第1作用電極と第2作用電極が対向した
した構成である。
The oxygen pump element of the present invention has a first working electrode, a first auxiliary electrode and a second auxiliary electrode on one surface of an oxygen ion conductive substrate and a second working electrode on the other surface. In this structure, an electrode is formed and the first working electrode and the second working electrode face each other.

【0008】上記発明によれば、第1補助電極と第2補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板の温度、すなわち、酸素ポンプ
素子の温度が検出できる。
According to the above invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be detected, and the oxygen ion current can also be detected. Since the value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be obtained from these amounts, the temperature of the substrate, that is, the temperature of the oxygen pump element can be detected from the resistance temperature characteristic of the substrate.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1にかかる酸素ポ
ンプ素子は、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第1
作用電極と第1補助電極と第2補助電極を、他の表面に
第2作用電極を形成し、第1作用電極と第2作用電極が
対向したした構成である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An oxygen pump element according to claim 1 of the present invention has a first surface on one surface of an oxygen ion conductive substrate.
The working electrode, the first auxiliary electrode, and the second auxiliary electrode are formed, and the second working electrode is formed on the other surface, and the first working electrode and the second working electrode face each other.

【0010】上記発明によれば、第1補助電極と第2補
助電極間の電位差を検出でき、また、酸素イオン電流も
検出できる。これらの量から酸素イオン導電性基板の抵
抗値に対応した値を求めることができるので、同基板の
抵抗温度特性から同基板、すなわち、酸素ポンプ素子の
温度が検出できる。
According to the above invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be detected, and the oxygen ion current can also be detected. Since a value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be obtained from these amounts, the temperature of the substrate, that is, the oxygen pump element can be detected from the resistance-temperature characteristic of the substrate.

【0011】本発明の請求項2にかかる酸素ポンプ素子
では、第2作用電極であるカソード電極が第1作用電極
であるアノード電極よりも大きな面積を有するので、酸
素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供給でき
る。
In the oxygen pump element according to claim 2 of the present invention, since the cathode electrode which is the second working electrode has a larger area than the anode electrode which is the first working electrode, the oxygen ion conductive substrate is provided with oxygen ions. Can be sufficiently supplied.

【0012】本発明の請求項3にかかる酸素ポンプ素子
では、酸素イオン導電性基板の一方の表面に第1作用電
極を、第1作用電極の周囲に第1補助電極を、第1補助
電極の周囲に第2補助電極を形成した構成であるので、
両補助電極の面積を大きくでき、従って、両補助電極間
の内部抵抗を低減できる。
In the oxygen pump element according to claim 3 of the present invention, the first working electrode is provided on one surface of the oxygen ion conductive substrate, the first auxiliary electrode is provided around the first working electrode, and the first auxiliary electrode is provided. Since the second auxiliary electrode is formed around,
The area of both auxiliary electrodes can be increased, and therefore the internal resistance between both auxiliary electrodes can be reduced.

【0013】本発明の請求項4にかかる酸素ポンプ素子
では、第1作用電極、第1補助電極および第2補助電極
が同じ電極材料で構成されるので、第1作用電極形成工
程が簡素化できる。
In the oxygen pump element according to the fourth aspect of the present invention, since the first working electrode, the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are made of the same electrode material, the step of forming the first working electrode can be simplified. .

【0014】本発明の請求項5にかかる酸素ポンプ素子
では、第1作用電極を除いた一方の表面および第2作用
電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した構成である
ので、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を安定し
て測定できる。
In the oxygen pump element according to claim 5 of the present invention, one surface excluding the first working electrode and the other surface excluding the second working electrode are covered with an insulating film. The potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be stably measured.

【0015】本発明の請求項6にかかる酸素ポンプ素子
では、絶縁性膜が硝子焼成膜であるので、簡素な工程で
製造できる。
In the oxygen pump element according to the sixth aspect of the present invention, the insulating film is the glass firing film, so that it can be manufactured by a simple process.

【0016】本発明の請求項7にかかる酸素ポンプ素子
では、第1補助電極および第2補助電極の幅が(0.5
〜0.1)mmであるので、酸素イオン導電性基板内の等
電位線の乱れを小さくできる。
In the oxygen pump element according to claim 7 of the present invention, the widths of the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode are (0.5
.About.0.1 mm, the disturbance of equipotential lines in the oxygen ion conductive substrate can be reduced.

【0017】本発明の請求項8にかかる酸素ポンプ装置
は、直流電源と、酸素ポンプ素子と酸素イオン電流検出
手段が直列に接続され、また、第1補助電極と第2補助
電極間に電位差検出手段が接続された構成である。従っ
て、酸素ポンプの動作中に常時イオン電極と電位差をモ
ニタできる。
In the oxygen pump device according to claim 8 of the present invention, a DC power source, an oxygen pump element and an oxygen ion current detecting means are connected in series, and a potential difference is detected between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode. The means is connected. Therefore, the potential difference with the ion electrode can be constantly monitored during the operation of the oxygen pump.

【0018】本発明の請求項9にかかる酸素ポンプ装置
では、電位差検出手段の入力抵抗が10MΩ以上である
ので、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を正確に
検出できる。
In the oxygen pump device according to the ninth aspect of the present invention, since the input resistance of the potential difference detecting means is 10 MΩ or more, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be accurately detected.

【0019】本発明の請求項10にかかる酸素ポンプ装
置は、酸素イオン電流検出手段および電位差検出手段に
抵抗値演算手段を接続した構成であるので、酸素ポンプ
の動作中に常時、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応
した抵抗値をモニタできる。
In the oxygen pump device according to the tenth aspect of the present invention, since the resistance value calculating means is connected to the oxygen ion current detecting means and the potential difference detecting means, the oxygen ion conductivity is constantly maintained during the operation of the oxygen pump. The resistance value corresponding to the resistance value of the board can be monitored.

【0020】本発明の請求項11にかかる酸素ポンプ装
置は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続した構成で
あるので、酸素ポンプの動作中に常時、酸素イオン導電
性基板の温度をモニタできる。
Since the oxygen pump device according to the eleventh aspect of the present invention has a construction in which the temperature conversion means is connected to the resistance value calculation means, the temperature of the oxygen ion conductive substrate can be constantly monitored during the operation of the oxygen pump. .

【0021】[0021]

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】(実施例1)図1は本発明の実施例1の酸
素ポンプ素子の構成を示す断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an oxygen pump element according to Embodiment 1 of the present invention.

【0023】本発明の酸素ポンプ素子は、酸素イオン導
電性基板1の一方の表面に第1作用電極膜2、第1補助
電極3および第2補助電極4、他の表面に第2作用電極
5を形成し、第1作用電極2と第2作用電極5が対向し
た構成である。酸素イオン導電性基板1として、イット
リウムをドープしたジルコニア(YSZ)やサマリウム
をドープしたセリア(SDC)が用いられる。また、カ
ソード電極2、第1補助電極3、アノード電極膜4およ
び第2補助電極5として、白金(Pt)、銀(Ag)、
サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る複合金
属酸化物(SSCO)などのスパッタ膜や焼成膜、蒸着
膜が用いられる。
In the oxygen pump element of the present invention, the first working electrode film 2, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4 are provided on one surface of the oxygen ion conductive substrate 1, and the second working electrode 5 is provided on the other surface. Is formed, and the first working electrode 2 and the second working electrode 5 face each other. As the oxygen ion conductive substrate 1, yttrium-doped zirconia (YSZ) or samarium-doped ceria (SDC) is used. Further, as the cathode electrode 2, the first auxiliary electrode 3, the anode electrode film 4 and the second auxiliary electrode 5, platinum (Pt), silver (Ag),
A sputtered film, a fired film, or a vapor-deposited film of complex metal oxide (SSCO) made of samarium strontium-cobalt is used.

【0024】第1作用電極2がカソード電極のとき、第
2作用電極5はアノード電極として、あるいは、第1作
用電極2がアノード電極のとき、第2作用電極5はカソ
ード電極として、それぞれ作用する。本実施例では、便
宜的に、第1作用電極2がカソード電極、第2作用電極
5がアノード電極である場合について説明する。
When the first working electrode 2 is a cathode electrode, the second working electrode 5 acts as an anode electrode, or when the first working electrode 2 is an anode electrode, the second working electrode 5 acts as a cathode electrode. . In this embodiment, for convenience, a case where the first working electrode 2 is a cathode electrode and the second working electrode 5 is an anode electrode will be described.

【0025】カソード電極2を負電位、アノード電極5
を正電位にして直流電圧をカソード電極2とアノード電
極5間に印加したとき、カソード側外部空間の酸素分子
は、カソード電極2により酸素イオンとして酸素イオン
導電性基板1に取り込まれて、酸素イオン電流Iiとし
てアノード電極5に到達する。アノード電極5に到達し
た酸素イオンは酸素分子となり、アノード側の外部空間
に放散する。このとき、酸素イオン電流Iiは、電気力
線6に沿ってカソード電極2からアノード電極5に向か
って流れ、酸素イオン導電性基板1中に無数の等電位線
7が生じる。酸素イオン電流Iiは等電位線7に直交し
て流れる。これらの等電位線7の中で等電位線7aは第
1補助電極3に入射し、等電位線7aと異なる等電位線
7bは第2補助電極4に入射する。従って、等電位線7
aと等電位線7bの電位差Vabが、第1補助電極3と第
2補助電極4間で観測される。電位差Vabを酸素イオン
電流Iiで徐した量Rab(=Vab/Ii)は、カソード電
極2とアノード電極5間の酸素イオン導電性基板1の抵
抗値に対応した抵抗値になる。従って、あらかじめ抵抗
値量Rabの温度依存性を測定しておくことにより、抵抗
値量Rabから酸素イオン導電性基板1の温度を求めるこ
とができる。
The cathode electrode 2 has a negative potential, and the anode electrode 5
When a DC voltage is applied between the cathode electrode 2 and the anode electrode 5 with a positive potential, oxygen molecules in the cathode-side external space are taken into the oxygen ion conductive substrate 1 as oxygen ions by the cathode electrode 2 to generate oxygen ions. It reaches the anode electrode 5 as a current I i . The oxygen ions that have reached the anode electrode 5 become oxygen molecules and diffuse into the external space on the anode side. At this time, the oxygen ion current I i flows from the cathode electrode 2 to the anode electrode 5 along the line of electric force 6, and innumerable equipotential lines 7 are generated in the oxygen ion conductive substrate 1. The oxygen ion current I i flows perpendicular to the equipotential line 7. Among these equipotential lines 7, the equipotential line 7a enters the first auxiliary electrode 3, and the equipotential line 7b different from the equipotential line 7a enters the second auxiliary electrode 4. Therefore, the equipotential line 7
A potential difference V ab between a and the equipotential line 7b is observed between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4. An amount R ab (= V ab / I i ) obtained by dividing the potential difference V ab by the oxygen ion current I i becomes a resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate 1 between the cathode electrode 2 and the anode electrode 5. . Therefore, by measuring the temperature dependence of the resistance value R ab in advance, the temperature of the oxygen ion conductive substrate 1 can be obtained from the resistance value R ab .

【0026】第1補助電極3と第2補助電極4を形成す
ることによって、等電位線7の分布が乱される。この乱
れをできるだけ低減するために、両補助電極の幅は狭い
方が好ましいが、実用的には、(0.5〜0.1)mm幅
でよい。
By forming the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4, the distribution of equipotential lines 7 is disturbed. In order to reduce this turbulence as much as possible, it is preferable that the width of both auxiliary electrodes is narrow, but in practice, the width may be (0.5 to 0.1) mm.

【0027】カソード電極2、第1補助電極3および第
2補助電極4は同じ電極材料で構成されることが望まし
い。これにより、一つの電極形成工程でこれら電極を同
時に形成できるからである。
The cathode electrode 2, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4 are preferably made of the same electrode material. This is because these electrodes can be simultaneously formed in one electrode forming step.

【0028】カソード電極2と第1補助電極3間の部
分、カソード電極2と第2補助電極4間の部分、第1補
助電極3と酸素イオン導電性基板1の端部間の部分およ
び第2補助電極4と酸素イオン導電性基板1の端部間の
部分の絶縁性が低下した場合、例えば、電極材料の表面
拡散や汚れの付着により絶縁性が低下した場合、等電位
線7の分布が乱れ易くなる。アノード電極5と酸素イオ
ン導電性基板1の端部間についても同様である。このよ
うな場合、カソード電極2を除いた酸素イオン導電性基
板1の一方の表面およびアノード電極5を除いた他の表
面を絶縁性膜で被覆することが望ましい。電極材料の表
面拡散や汚れの付着を防止できるからである。絶縁性膜
として、硝子焼成膜が好ましい。硝子焼成膜は、硝子ペ
ーストの印刷、乾燥後、焼成することにより容易に形成
できるからである。
The portion between the cathode electrode 2 and the first auxiliary electrode 3, the portion between the cathode electrode 2 and the second auxiliary electrode 4, the portion between the first auxiliary electrode 3 and the end of the oxygen ion conductive substrate 1, and the second If the insulation between the auxiliary electrode 4 and the end of the oxygen ion conductive substrate 1 is lowered, for example, if the insulation is lowered due to surface diffusion of the electrode material or adhesion of dirt, the distribution of equipotential lines 7 is It becomes easy to be disturbed. The same is true between the anode electrode 5 and the ends of the oxygen ion conductive substrate 1. In such a case, it is desirable to cover one surface of the oxygen ion conductive substrate 1 excluding the cathode electrode 2 and the other surface excluding the anode electrode 5 with an insulating film. This is because the surface diffusion of the electrode material and the attachment of dirt can be prevented. A glass firing film is preferable as the insulating film. This is because the glass firing film can be easily formed by printing the glass paste, drying it, and then firing it.

【0029】なお、カソード電極2と酸素イオン導電性
基板1の界面の間には、酸素分子を酸素イオンに変換す
るために必要な過電圧が存在し、また、およびアノード
電極5と酸素イオン導電性基板1の界面の間には、酸素
イオンを酸素分子に変換するために必要な過電圧が存在
する。従って、印加電圧を酸素イオン電流Iiで徐して
も酸素イオン導電性基板1の抵抗値に対応した抵抗値を
得ることができない。
There is an overvoltage necessary for converting oxygen molecules into oxygen ions between the interface between the cathode electrode 2 and the oxygen ion conductive substrate 1, and the anode electrode 5 and the oxygen ion conductive substrate. Between the interfaces of the substrate 1, there is an overvoltage necessary to convert oxygen ions into oxygen molecules. Therefore, even if the applied voltage is reduced by the oxygen ion current I i , the resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate 1 cannot be obtained.

【0030】(実施例2)本実施例では、第1作用電極
2がアノード電極、第2作用電極5がカソード電極であ
る場合について説明する。
(Embodiment 2) In this embodiment, a case where the first working electrode 2 is an anode electrode and the second working electrode 5 is a cathode electrode will be described.

【0031】カソード電極5を負電位、アノード電極2
を正電位にして直流電圧をカソード電極5とアノード電
極2間に印加して、酸素イオン電流が流れるとき、酸素
イオン導電性基板1中に存在する格子酸素イオンがアノ
ード電極2により引き抜かれて、アノード電極2で酸素
分子として外部空間に放散する場合がある。これによ
り、酸素イオン導電性基板1が部分的に還元するので、
酸素イオン導電性の低下を招く。従って、この還元をで
きるだけ低減する必要がある。
The cathode electrode 5 is a negative potential and the anode electrode 2 is
When the oxygen ion current flows by applying a DC voltage between the cathode electrode 5 and the anode electrode 2 with a positive potential, the lattice oxygen ions present in the oxygen ion conductive substrate 1 are extracted by the anode electrode 2, Oxygen molecules may be diffused to the external space at the anode electrode 2. As a result, the oxygen ion conductive substrate 1 is partially reduced,
This causes a decrease in oxygen ion conductivity. Therefore, it is necessary to reduce this reduction as much as possible.

【0032】本実施例の酸素ポンプ素子は、図2に示す
ように、第1作用電極2がアノード電極、第2作用電極
5がカソード電極で、第2作用電極5が第1作用電極
2、第1補助電極3および第2補助電極4と対向して構
成される。従って、カソード電極5の面積は、アノード
電極2のそれよりも大きくできる。実施例1の項でも述
べたように、カソード側外部空間の酸素分子は、カソー
ド電極5により酸素イオンとして酸素イオン導電性基板
1に取り込まれる。カソード電極5の面積にほぼ比例し
て、酸素イオン導電性基板1に取り込まれる酸素イオン
の数が増加する。カソード電極5の面積がアノード電極
2のそれよりも大きいとき、カソード電極5はよりおお
くの酸素イオンを取り込む能力を有する。従って、格子
酸素イオンがアノード電極2により引き抜かれることを
低減できる。
In the oxygen pump element of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first working electrode 2 is the anode electrode, the second working electrode 5 is the cathode electrode, the second working electrode 5 is the first working electrode 2, It is configured to face the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4. Therefore, the area of the cathode electrode 5 can be made larger than that of the anode electrode 2. As described in the section of Example 1, oxygen molecules in the cathode side outer space are taken into the oxygen ion conductive substrate 1 as oxygen ions by the cathode electrode 5. The number of oxygen ions taken into the oxygen ion conductive substrate 1 increases almost in proportion to the area of the cathode electrode 5. When the area of the cathode electrode 5 is larger than that of the anode electrode 2, the cathode electrode 5 has the ability to take in more oxygen ions. Therefore, it is possible to reduce the extraction of lattice oxygen ions by the anode electrode 2.

【0033】(実施例3)第1補助電極3と第2補助電
極4間で電位差Vabを観測するとき、図3に示すよう
に、酸素イオン導電性基板1の一方の表面に第1作用電
極2を、第1作用電極2の周囲に第1補助電極3を、第
1補助電極の周囲に第2補助電極4を形成することが好
ましい。
Example 3 When observing the potential difference V ab between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4, as shown in FIG. 3, the first action is made on one surface of the oxygen ion conductive substrate 1. It is preferable to form the electrode 2, the first auxiliary electrode 3 around the first working electrode 2, and the second auxiliary electrode 4 around the first auxiliary electrode.

【0034】第1補助電極3と第2補助電極4間の電位
差Vabは、電圧検出手段により測定される。このとき、
第1補助電極3と第2補助電極4間の内部抵抗が電圧検
出手段の入力抵抗に比べて充分に小さい場合、電位差V
abは正確に測定される。従って、第1補助電極3と第2
補助電極4間の内部抵抗はできるだけ小さく、電圧検出
手段の入力抵抗はでできるだけ大きくすることが望まし
い。
The potential difference V ab between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4 is measured by the voltage detecting means. At this time,
When the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4 is sufficiently smaller than the input resistance of the voltage detecting means, the potential difference V
ab is measured accurately. Therefore, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 3
It is desirable that the internal resistance between the auxiliary electrodes 4 is as small as possible and the input resistance of the voltage detecting means is as large as possible.

【0035】第1補助電極3と第2補助電極4間の内部
抵抗を小さくするには、第1補助電極3と第2補助電極
4の面積を大きくする必要がある。本実施例において
は、中央部に形成された第1作用電極2の周囲に第1補
助電極3を形成し、第1補助電極3の周囲に第2補助電
極4を形成しているので、この電極の長さを酸素イオン
導電性基板1の範囲内で最大にできる。従って、本補助
電極構成では、酸素イオン導電性基板1の範囲内で入力
抵抗を最も小さくできる。
In order to reduce the internal resistance between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4, it is necessary to increase the area of the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4. In the present embodiment, the first auxiliary electrode 3 is formed around the first working electrode 2 formed in the central portion, and the second auxiliary electrode 4 is formed around the first auxiliary electrode 3. The length of the electrode can be maximized within the range of the oxygen ion conductive substrate 1. Therefore, with this auxiliary electrode structure, the input resistance can be minimized within the range of the oxygen ion conductive substrate 1.

【0036】電圧検出手段の入力抵抗は、通常、1MΩ
以上であるが、電位差Vabの検出には10MΩ以上であ
ることが望ましい。これにより、第1補助電極3と第2
補助電極4間の内部抵抗が1MΩ以下であれば、電位差
abを約10%以下の精度で検出できるので、実用的に
問題ないからである。
The input resistance of the voltage detecting means is usually 1 MΩ.
As described above, 10 MΩ or more is desirable for detecting the potential difference V ab . As a result, the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 3
This is because if the internal resistance between the auxiliary electrodes 4 is 1 MΩ or less, the potential difference V ab can be detected with an accuracy of about 10% or less, and there is no practical problem.

【0037】また、同図では、円板状酸素イオン導電性
基板1を用いているが、酸素イオン導電性基板1の形状
は矩形状でも、多角形状でもよいことは明らかである。
Although the disk-shaped oxygen ion conductive substrate 1 is used in the figure, it is obvious that the oxygen ion conductive substrate 1 may have a rectangular shape or a polygonal shape.

【0038】(実施例4)本実施例では、第1作用電極
2がカソード電極、第2作用電極5がアノード電極であ
る場合について述べるが、第1作用電極2がアノード電
極、第2作用電極5がカソード電極である場合でも、以
下で記述する内容は同様に成り立つ。
(Embodiment 4) In this embodiment, the case where the first working electrode 2 is the cathode electrode and the second working electrode 5 is the anode electrode will be described. However, the first working electrode 2 is the anode electrode and the second working electrode. Even when 5 is a cathode electrode, the contents described below hold similarly.

【0039】酸素ポンプ素子を動作させるとき、図4に
示すように、直流電源8と、この直流電源の正極をアノ
ード電極5に接続し、カソード電極2を酸素イオン電流
検出手段9の一端に接続し、この酸素イオン電流検出手
段9の他端を直流電源8の負極に接続し、更に、第1補
助電極3と第2補助電極4間に電圧検出手段10を接続
した酸素ポンプ装置を構成することが望ましい。
When operating the oxygen pump element, as shown in FIG. 4, a direct current power source 8, the positive electrode of this direct current power source is connected to the anode electrode 5, and the cathode electrode 2 is connected to one end of the oxygen ion current detecting means 9. Then, the other end of the oxygen ion current detecting means 9 is connected to the negative electrode of the DC power source 8, and further the voltage detecting means 10 is connected between the first auxiliary electrode 3 and the second auxiliary electrode 4 to form an oxygen pump device. Is desirable.

【0040】本酸素ポンプ装置では、酸素ポンプ素子が
動作しているとき、酸素イオン電流Iiと電位差Vab
同時に連続的にモニタできる。従って、電位差Vabを酸
素イオン電流Iiで徐した抵抗値Rab(=Vab/Ii)を
容易に算出できるので、抵抗値Rabの温度依存性から酸
素イオン導電性基板1の温度を求めることができる。
In this oxygen pump device, the oxygen ion current I i and the potential difference V ab can be continuously monitored simultaneously while the oxygen pump element is operating. Thus, since a potential difference V ab oxygen ion current I i Xu resistance value R ab (= V ab / I i) can be easily calculated from the temperature dependence of the resistance value R ab oxygen ion conductive substrate 1 temperature Can be asked.

【0041】しかし、より好ましい構成は、酸素イオン
電流検出手段9および電位差検出手段10に抵抗値演算
手段を接続して、抵抗値Rab(=Vab/Ii)を直読で
きるように構成することである。これにより、抵抗値R
ab(=Vab/Ii)の算出を自動化できる。更に、最も
好ましい構成は、抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した構成である。これにより、抵抗値Rabの温度依存性
に基づき抵抗値Rabを酸素イオン導電性基板1の温度へ
自動的に変換できる。
However, a more preferable structure is such that the oxygen ion current detecting means 9 and the potential difference detecting means 10 are connected to the resistance value calculating means so that the resistance value R ab (= V ab / I i ) can be directly read. That is. As a result, the resistance value R
The calculation of ab (= V ab / I i ) can be automated. Furthermore, the most preferable structure is a structure in which the temperature conversion means is connected to the resistance value calculation means. Thereby, the resistance value R ab can be automatically converted into the temperature of the oxygen ion conductive substrate 1 based on the temperature dependence of the resistance value R ab .

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
かかる可酸素ポンプ素子は、酸素イオン電流がカソード
電極とアノード電極間に流れているとき、酸素イオン導
電性基板内の第1補助電極に入射する等電位線と第2補
助電極間に入射する等電位線の電位差を検出できる。
As described above, the oxygen-containing pump element according to the first aspect of the present invention has the first auxiliary in the oxygen ion conductive substrate when the oxygen ion current is flowing between the cathode electrode and the anode electrode. The potential difference between the equipotential line incident on the electrode and the equipotential line incident between the second auxiliary electrode can be detected.

【0043】また、本発明の請求項2にかかる酸素ポン
プは、酸素イオン導電性基板内に酸素イオンを充分に供
給できる。
The oxygen pump according to the second aspect of the present invention can sufficiently supply oxygen ions into the oxygen ion conductive substrate.

【0044】また、本発明の請求項3にかかる酸素ポン
プは、第1補助電極と第2補助電極間の内部抵抗を低減
できる。
The oxygen pump according to claim 3 of the present invention can reduce the internal resistance between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode.

【0045】また、本発明の請求項4にかかる酸素ポン
プでは、第1作用電極形成工程が簡素化できる。
In the oxygen pump according to the fourth aspect of the present invention, the step of forming the first working electrode can be simplified.

【0046】また、本発明の請求項5にかかる酸素ポン
プでは、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を安定
して測定できる。
In the oxygen pump according to the fifth aspect of the present invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be stably measured.

【0047】また、本発明の請求項6にかかる酸素ポン
プでは、絶縁性膜を簡素な工程で製造できる。
In the oxygen pump according to the sixth aspect of the present invention, the insulating film can be manufactured by a simple process.

【0048】また、本発明の請求項7にかかる酸素ポン
プでは、等電位線の乱れを小さくできる。
In the oxygen pump according to the seventh aspect of the present invention, the disturbance of the equipotential lines can be reduced.

【0049】また、本発明の請求項8にかかる酸素ポン
プ装置では、酸素イオン電流および電位差を直接的に検
出できる。
In the oxygen pump device according to the eighth aspect of the present invention, the oxygen ion current and the potential difference can be directly detected.

【0050】また、本発明の請求項9にかかる酸素ポン
プ装置では、第1補助電極と第2補助電極間の電位差を
正確に検出できる。
In the oxygen pump device according to the ninth aspect of the present invention, the potential difference between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode can be accurately detected.

【0051】また、本発明の請求項10にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の抵抗値に対応し
た抵抗値を直接的に検出できる。
In the oxygen pump device according to the tenth aspect of the present invention, the resistance value corresponding to the resistance value of the oxygen ion conductive substrate can be directly detected.

【0052】また、本発明の請求項11にかかる酸素ポ
ンプ装置では、酸素イオン導電性基板の温度を直接的に
検出できる。
Further, in the oxygen pump device according to the eleventh aspect of the present invention, the temperature of the oxygen ion conductive substrate can be directly detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1における酸素ポンプの構成を
示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an oxygen pump according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2における酸素ポンプの構成を
示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of an oxygen pump according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3における酸素ポンプの構成を
示す図
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an oxygen pump according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4における酸素ポンプ装置の構
成を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an oxygen pump device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸素イオン導電性基板 2 第1作用電極 3 第1補助電極 4 第2補助電極 5 第2作用電極 6 電気力線 7 等電位線 7a 第1補助電極に入射する等電位線 7b 第2補助電極に入射する等電位線 8 直流電源 9 酸素イオン電流検出手段 10 電位差検出手段 1 Oxygen ion conductive substrate 2 First working electrode 3 First auxiliary electrode 4 Second auxiliary electrode 5 Second working electrode 6 lines of electric force 7 equipotential lines 7a Equipotential line incident on the first auxiliary electrode 7b Equipotential line incident on the second auxiliary electrode 8 DC power supply 9 Oxygen ion current detection means 10 Potential difference detection means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生川 直子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4D006 GA41 JA01A JA42A KE17P KE18P KE30R MC03 PA02 PB62    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Naoko Ikukawa             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F-term (reference) 4D006 GA41 JA01A JA42A KE17P                       KE18P KE30R MC03 PA02                       PB62

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に第
1作用電極と第1補助電極と第2補助電極を、他の表面
に第2作用電極を形成し、第1作用電極と第2作用電極
が対向した酸素ポンプ素子。
1. A first working electrode, a first auxiliary electrode, and a second auxiliary electrode are formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate, and a second working electrode is formed on the other surface, and the first working electrode and the second working electrode are formed. Oxygen pump element with working electrode facing.
【請求項2】 第1作用電極がアノード電極、第2作用
電極がカソード電極で、前記第2作用電極が第1作用電
極、第1補助電極および第2補助電極と対向する請求項
1記載の酸素ポンプ素子。
2. The first working electrode is an anode electrode, the second working electrode is a cathode electrode, and the second working electrode faces the first working electrode, the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode. Oxygen pump element.
【請求項3】 酸素イオン導電性基板の一方の表面に第
1作用電極を、前記第1作用電極の周囲に第1補助電極
を、前記第1補助電極の周囲に第2補助電極を形成した
請求項1記載の酸素ポンプ素子。
3. A first working electrode is formed on one surface of an oxygen ion conductive substrate, a first auxiliary electrode is formed around the first working electrode, and a second auxiliary electrode is formed around the first auxiliary electrode. The oxygen pump element according to claim 1.
【請求項4】 第1作用電極、第1補助電極および第2
補助電極が同じ電極材料で構成された請求項1記載の酸
素ポンプ素子。
4. A first working electrode, a first auxiliary electrode and a second
The oxygen pump element according to claim 1, wherein the auxiliary electrodes are made of the same electrode material.
【請求項5】 第1作用電極を除いた一方の表面および
第2作用電極を除いた他の表面を絶縁性膜で被覆した請
求項1記載の酸素ポンプ素子。
5. The oxygen pump element according to claim 1, wherein one surface excluding the first working electrode and the other surface excluding the second working electrode are covered with an insulating film.
【請求項6】 絶縁性膜が硝子焼成膜である請求項6記
載の酸素ポンプ素子。
6. The oxygen pump element according to claim 6, wherein the insulating film is a glass firing film.
【請求項7】 第1補助電極および第2補助電極の幅が
(0.5〜0.1)mmである請求項1記載の酸素ポンプ
素子。
7. The oxygen pump element according to claim 1, wherein the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode have a width of (0.5 to 0.1) mm.
【請求項8】 直流電源と、前記直流電源の正極をアノ
ード電極に接続し、カソード電極を酸素イオン電流検出
手段の一端に接続し、前記電流検出手段の他端を前記直
流電源の負極に接続し、更に、第1補助電極と第2補助
電極間に電位差検出手段を接続した酸素ポンプ装置。
8. A direct current power source, a positive electrode of the direct current power source is connected to an anode electrode, a cathode electrode is connected to one end of an oxygen ion current detecting means, and the other end of the current detecting means is connected to a negative electrode of the direct current power source. An oxygen pump device further comprising a potential difference detection means connected between the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode.
【請求項9】 電位差検出手段の入力抵抗が10MΩ以
上である請求項8記載の酸素ポンプ装置。
9. The oxygen pump device according to claim 8, wherein the input resistance of the potential difference detecting means is 10 MΩ or more.
【請求項10】 酸素イオン電流検出手段および電位差
検出手段に抵抗値演算手段を接続した請求項8記載の酸
素ポンプ装置。
10. The oxygen pump device according to claim 8, wherein resistance value calculation means is connected to the oxygen ion current detection means and the potential difference detection means.
【請求項11】 抵抗値演算手段に温度変換手段を接続
した請求項10記載の酸素ポンプ装置。
11. The oxygen pump device according to claim 10, wherein temperature conversion means is connected to the resistance value calculation means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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