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JPS60259948A - Electrochemical apparatus - Google Patents

Electrochemical apparatus

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Publication number
JPS60259948A
JPS60259948A JP59116225A JP11622584A JPS60259948A JP S60259948 A JPS60259948 A JP S60259948A JP 59116225 A JP59116225 A JP 59116225A JP 11622584 A JP11622584 A JP 11622584A JP S60259948 A JPS60259948 A JP S60259948A
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JP
Japan
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electrode
layer
cell
gas
oxygen
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Application number
JP59116225A
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Japanese (ja)
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JPH0481142B2 (en
Inventor
Shunzo Mase
俊三 間瀬
Shigeo Soejima
繁雄 副島
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP59116225A priority Critical patent/JPS60259948A/en
Priority to US06/670,879 priority patent/US4579643A/en
Priority to EP84307965A priority patent/EP0142993B1/en
Priority to EP88202350A priority patent/EP0310206B1/en
Priority to DE8888202350T priority patent/DE3486042T2/en
Priority to DE8484307965T priority patent/DE3482644D1/en
Priority to US06/783,575 priority patent/US4670128A/en
Priority to US06/783,576 priority patent/US4647364A/en
Publication of JPS60259948A publication Critical patent/JPS60259948A/en
Publication of JPH0481142B2 publication Critical patent/JPH0481142B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To upgrade the pump cell capacity by arranging a heater layer on the side of an electrochemical sensor cell while a fourth electrode exposed to a reference atmosphere is arranged in parallel with the third electrode exposed to a gas atmosphere to be measured as controlled through an airtight ceramic layer. CONSTITUTION:An oxygen pump cell which has a solid electrolytic layer 8 is equipped with an outer pump electrode 10 on the surface exposed to a gas to be measured such as exhaust gas while an inner pump electrode 12 is provided at the position corresponding to the electrode 10. A measuring electrode 18 of an oxygen concentration detection coil is placed between this electrode and the electrode 12 through a porous ceramic layer 22 and is brought into contact with the atmosphere of a gas to be measured which is formed in the perimeter of the electrode 12 and controlled. An airtight ceramic layer 24 is provided between the layer and the oxygen pump cell on the reference electrode 20 arranged side by side. The electrodes 18 and 20 are connected to a measuring device and a heat generating section 34 is formed on a ceramic layer 38 outside an oxygen concentration detection cell 4, that is, on the surface provided with none of the electrodes 18 and 20. Thus, the capacity of the pump cell can be upgraded while improving the heater life.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気化学的ポンプセルと電気化学的センサセ
ルとを積層してなる電気化学的装置に係り、特に、その
ような積層構造の電気化学的ポンプセルが効率的に加熱
され得るようにした装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrochemical device formed by laminating an electrochemical pump cell and an electrochemical sensor cell, and particularly relates to an electrochemical device having such a laminated structure that efficiently heats This invention relates to a device that can be used to

従来から、固体電解質を用いた電気化学的装置、例えば
自動車用内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸
素センサとして、ジルコニア磁器等の酸素イオン伝導性
の固体電解質を用いた、酸素濃淡電池の原理を利用して
酸素濃度をめるセンサ等が知られている。また、かかる
酸素センサと同様な濃淡電池の原理を利用した、水素、
窒素、炭酸ガス等の検出器やポンプ等の電気化学的装置
も知られている。そして、そのような電気化学的装置に
おいて用いられる固体電解質としては、これまで有底円
筒形状を為すものが一般的であったが、その生産性やコ
ストの点から、また、固体電解質内への複雑な構造の組
込みの容易性等の点から、近年、かかる固体電解質を平
板状と為し、そして所定の電極を該固体電解質の面に接
して設けて、電気化学的セルを構成した積層構造のもの
が検討されている。
Conventionally, electrochemical devices using solid electrolytes, such as oxygen concentration batteries using oxygen ion conductive solid electrolytes such as zirconia porcelain, have been used as oxygen sensors to detect the oxygen concentration in the exhaust gas of automobile internal combustion engines. Sensors that measure oxygen concentration using the principle are known. In addition, hydrogen, which uses the same concentration cell principle as the oxygen sensor
Electrochemical devices such as nitrogen, carbon dioxide, etc. detectors and pumps are also known. Until now, solid electrolytes used in such electrochemical devices have generally had a cylindrical shape with a bottom, but from the viewpoint of productivity and cost, it has also been difficult to In recent years, from the viewpoint of ease of assembling a complex structure, a layered structure has been developed in which the solid electrolyte is made into a flat plate, and predetermined electrodes are provided in contact with the surface of the solid electrolyte to constitute an electrochemical cell. are being considered.

而して、そのような電気化学的装置を、測定されるべき
被測定ガスの温度が比較的低い場合においても有効に作
動させるためには、セルを構成する電極や固体電解質を
適当なヒータによって高温度に加熱せしめる必要があり
、このために、従来にあっては、固体電解質と電極によ
り構成される電気化学的セルの周辺に、ヒータを更に絶
縁層を介して配置せしめたり、またヒータと電極とをセ
ルの同一平面内の別々の場所に設置したりする等の構造
の傍熱型の構成が明らかにされている。
In order for such an electrochemical device to operate effectively even when the temperature of the gas to be measured is relatively low, the electrodes and solid electrolyte that make up the cell must be heated with a suitable heater. It is necessary to heat the cell to a high temperature, and for this purpose, in the past, a heater was placed around an electrochemical cell consisting of a solid electrolyte and an electrode with an insulating layer interposed between the heater and the heater. An indirectly heated structure has been disclosed in which the electrode and the cell are placed at different locations within the same plane.

ところで、上述した積層構造の電気化学的装置の一つと
して、多孔質な固体電解質層の両面にそれぞれ多孔質な
電極を設けてなる電気化学的セルをポンプセルとして用
い、これに、固体電解質の両面にそれぞれ多孔質な電極
を設けてなる電気化学的セルをセンサセルとして組み合
わせて積層、構成したものがあり、またそれが測定レン
ジの広いセンサとして有用であることが知られているが
、そのような電気化学的装置に上述した如きヒータ層を
設ける場合にあっては、それは、一般にセンサセル側に
密着、配置せしめられることとなるのである。けだし、
ポンプセル側にヒータ層を配置セルめると、効率的な加
熱のためにポンプセルのポンプ電極上に位置せしめられ
たヒータパターンによって、被測定ガスの拡散作用が場
所的に不均一となって、測定精度が低下する問題があり
、またヒータパターンがポンプ電極上に無いように配置
して、該ポンプ電極部分を横方向から加熱するようにし
た場合にあワては、ポンプ電極上で温度が不均一になり
、ポンプ電流密度が場所によって不均一になるため、測
定精度が低下する問題があるからである。
By the way, as one of the above-mentioned electrochemical devices having a laminated structure, an electrochemical cell in which porous electrodes are provided on both sides of a porous solid electrolyte layer is used as a pump cell. There are sensor cells in which electrochemical cells each having a porous electrode are laminated and configured, and it is known that this is useful as a sensor with a wide measurement range. When a heater layer as described above is provided in an electrochemical device, it is generally placed in close contact with the sensor cell side. Barefoot,
When a heater layer is placed on the pump cell side, the heater pattern placed on the pump electrode of the pump cell for efficient heating causes the diffusion effect of the gas to be measured to be uneven locally, making the measurement difficult. There is a problem that accuracy decreases, and if the heater pattern is arranged so that it is not on the pump electrode and the pump electrode part is heated from the side, the temperature on the pump electrode may become unstable. This is because the pump current density becomes uniform, and the pump current density becomes non-uniform depending on the location, resulting in a problem of reduced measurement accuracy.

しかしながら、そのような電気化学的装置を構成する電
気化学的センサセル側にヒータ層を配置せしめる場合に
あっては、そのようなヒータ層のヒータパターンをセン
サセルを介してポンプセルのポンプ電極上に位置せしめ
得るため、温度分布が良好で、しかも被測定ガスの拡散
を妨害しないヒータ層を形成できる利点があるものの、
ポンプセルとヒータ層との間にはセンサセルが介在せし
められるものであるところから、かかるヒータ層による
加熱作用をポンプセル側に充分に及ぼしているとは言え
ず、これが必ずしもポンプセルのポンプ能力の向上につ
ながっているとは言えなかったのである。このため、ヒ
ータ層の発熱量を大きくして、そのポンプ能力を向上せ
しめる方策が考えられるが、そのような対策は、またヒ
ータ層の寿命の低下にもつながることとなっている。
However, when a heater layer is placed on the electrochemical sensor cell side constituting such an electrochemical device, the heater pattern of such a heater layer is placed on the pump electrode of the pump cell via the sensor cell. Although it has the advantage of forming a heater layer with good temperature distribution and not interfering with the diffusion of the gas to be measured,
Since a sensor cell is interposed between the pump cell and the heater layer, it cannot be said that the heating effect of the heater layer is sufficiently exerted on the pump cell side, and this does not necessarily lead to an improvement in the pumping capacity of the pump cell. It could not be said that the For this reason, a measure can be considered to increase the amount of heat generated by the heater layer to improve its pumping ability, but such measures also lead to a reduction in the lifespan of the heater layer.

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その主たる目的とするところは、ヒ
ータ層の熱をポンプセル側へ効率良く伝達し、ポンプ能
力の向上を図り、また、ヒータ寿命の向上を図り得る電
気化学的装置の構成を提供することにある。
The present invention was developed against this background, and its main purpose is to efficiently transmit heat from the heater layer to the pump cell side, improve pumping capacity, and The object of the present invention is to provide a configuration of an electrochemical device that can improve the life of a heater.

そして、このような目的を達成するために、本発明にあ
っては、予め定められた拡散抵抗を有する多孔質な第一
の固体電解質層の両面の互いに対向する位置に、それぞ
れ多孔質な第一の電極および第二の電極を配置した電気
化学的ポンプセルと、第二の固体電解質層の表面上にそ
れぞれ設けられ、且つ該表面に対して垂直な方向に投影
した投影図において並置形態となるように多孔質な第三
の電極および第四の電極を配置せしめた電気化学的セン
サセルと、該電気化学的センサセルに密着配置せしめら
れたヒータ層とを含み、且つ前記第一の電極が被測定ガ
スに接し、そして第二の電極および第三の電極が前記多
孔質な第一の固体電解質層を介して被測定ガスに接する
実質的に同一の雰囲気に晒されると共に、前記第四の電
極が気密なセラミックス層によって被測定ガスから実質
的に仕切られるように、目的とする電気化学的装置を構
成したのである。
In order to achieve such an object, the present invention provides porous first solid electrolyte layers each having a predetermined diffusion resistance at opposing positions on both sides of the porous first solid electrolyte layer. An electrochemical pump cell in which a first electrode and a second electrode are arranged are respectively provided on the surface of a second solid electrolyte layer, and are juxtaposed in a projection view projected in a direction perpendicular to the surface. an electrochemical sensor cell in which porous third and fourth electrodes are disposed, and a heater layer disposed in close contact with the electrochemical sensor cell; the fourth electrode is exposed to substantially the same atmosphere in contact with the gas and the second electrode and the third electrode are in contact with the gas to be measured through the porous first solid electrolyte layer, and the fourth electrode The intended electrochemical device was constructed so that it was substantially separated from the gas to be measured by an airtight ceramic layer.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、図面
に示す実施例に基づいて、本発明の構成を詳細に説明す
ることとする。
Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, the configuration of the present invention will be explained in detail based on embodiments shown in the drawings.

先ず、第1図には、本発明に従う電気化学的装置の一具
体例である酸素濃度検出素子の一つの構造が展開されて
示されており、また第2図には、そのような素子の検出
部の長手方向における断面形態が、その厚さ方向におい
てより大きく拡大されて、示されている。すなわち、こ
の酸素濃度検出素子(酸素センサ)は、酸素ポンプセル
2と酸素濃度検出セル(センサセル)4とヒータ層6と
が、酸素濃度検出セル4を間にして積層されて、一体焼
結せしめられた構造を有するものであって、所GWリー
ンバーンセンサと称されるものの一つである。
First, FIG. 1 shows an expanded structure of an oxygen concentration detection element, which is a specific example of the electrochemical device according to the present invention, and FIG. 2 shows the structure of such an element. The cross-sectional form of the detection part in the longitudinal direction is shown enlarged more greatly in the thickness direction. That is, in this oxygen concentration detection element (oxygen sensor), an oxygen pump cell 2, an oxygen concentration detection cell (sensor cell) 4, and a heater layer 6 are stacked with the oxygen concentration detection cell 4 in between and are sintered together. It has a similar structure and is one of the so-called GW lean burn sensors.

そして、この素子を構成する酸素ポンプセル2は、イツ
トリア添加ジルコニア磁器等よりなる多孔質な平板状の
酸素イオン伝導性の固体電解質層(第一)8を有し、そ
の一方の側の面、即ち排気ガスなどの被測定ガスに晒さ
れる面に、例えば白金−ジルコニアよりなる多孔質層の
外側ポンプ電極(第一の電極)10が設けられる一方、
かかる多孔質固体電解質N8の他方の面(内側面)には
、該外側ポンプ電極10に対応する位置に、該外側ポン
プ電極10と同様な材質からなる、即ち多孔質の白金−
ジルコニアよりなる内側ポンプ電極(第二の電極)12
が設けられており、そしてそれらポンプ電極10.12
は、それぞれのリード部を介して外部の電源14(第2
図参照)に接続されて、それら電極間に所定の電流が流
されるようになっている。
The oxygen pump cell 2 constituting this element has a porous, flat, oxygen ion conductive solid electrolyte layer (first) 8 made of ittria-doped zirconia porcelain, etc., and one side thereof, i.e. An outer pump electrode (first electrode) 10 made of a porous layer made of, for example, platinum-zirconia is provided on the surface exposed to the gas to be measured such as exhaust gas,
The other surface (inner surface) of the porous solid electrolyte N8 is made of the same material as the outer pump electrode 10, that is, porous platinum, at a position corresponding to the outer pump electrode 10.
Inner pump electrode (second electrode) 12 made of zirconia
are provided, and the pump electrodes 10.12
is connected to the external power supply 14 (second
(see figure) so that a predetermined current is passed between these electrodes.

なお、かかる酸素ポンプセル2の多孔質固体電解質N8
は、その一方の側の面から他方の側の面に、被測定ガス
中の測定成分(ここでは酸素)を、その開気孔を通じて
所定の拡散抵抗をもって拡散せしめ得る拡散層としての
機能を有している。そして、該固体電解質N8とその外
側および内側の面にそれぞれ接して設けられた一対の電
極10゜12にて構成される電気化学的セルにおいて、
それら電極10.12間に印加される所定の直流電流が
流されることによって、よく知られているように、また
その電流に比例した割合において、上記の如き拡散によ
って内側ポンプ電極12側に導かれた被測定ガス中の酸
素を、電気化学的なポンプ作用によって外側ポンプ電極
10側に移行せしめ、そして被測定ガス中に放出せしめ
るようになっているのである。
Note that the porous solid electrolyte N8 of the oxygen pump cell 2
has the function of a diffusion layer that allows the component to be measured (oxygen in this case) in the gas to be measured to diffuse from one surface to the other through its open pores with a predetermined diffusion resistance. ing. In an electrochemical cell composed of the solid electrolyte N8 and a pair of electrodes 10 and 12 provided in contact with the outer and inner surfaces of the solid electrolyte N8, respectively,
When a predetermined direct current is applied between the electrodes 10 and 12, it is guided toward the inner pump electrode 12 by diffusion as described above, as is well known and at a rate proportional to the current. Oxygen in the gas to be measured is moved to the outer pump electrode 10 side by electrochemical pumping action, and then released into the gas to be measured.

一方、酸素濃度検出セル4は、上記酸素ポンプセル2と
は異なり、その固体電解質層としてイツトリア添加ジル
コニア磁器等よりなる気密質の平板状固体電解質N(第
二)16を用いている。そして、この気密質固体電解質
層16の内側の面、即ち酸素ポンプセル2例の面に、か
かる酸素ポンプセル2の内側ポンプ電極12の周辺に存
在する雰囲気に晒される多孔質の測定電極(第三の電極
)18及び気密なセラミックス層によって被測定ガスか
ら仕切られる基準電極(第四の電極)20が、該測定電
極18と酸素ポンプセル2の内側電極12とが相対向す
るようにして並置された状態において、それぞれ設けら
れており、これによって酸素濃淡電池としての電気化学
的セルを構成している。
On the other hand, unlike the oxygen pump cell 2, the oxygen concentration detection cell 4 uses an airtight flat solid electrolyte N (second) 16 made of itria-doped zirconia porcelain or the like as its solid electrolyte layer. Then, on the inner surface of this airtight solid electrolyte layer 16, that is, the surface of the two oxygen pump cells, a porous measurement electrode (a third electrode) 18 and a reference electrode (fourth electrode) 20 separated from the gas to be measured by an airtight ceramic layer are juxtaposed such that the measurement electrode 18 and the inner electrode 12 of the oxygen pump cell 2 face each other. , respectively, and constitute an electrochemical cell as an oxygen concentration battery.

なお、この酸度濃度検出セル4の測定電極18と酸素ポ
ンプセル2の内側ポンプ電極12との間には、薄層の多
孔質なアルミナあるいはジルコニア等からなる多孔質セ
ラミックス層22が介在せしめられており、この多孔質
セラミックス層22を通じて、それら電極12.18が
同時に同一の雰囲気、換言すれば酸素ポンプセル2の作
動によって、内側ポンプ電極12の周りに形成される制
御された被測定ガス雰囲気に接触せしめられるようにな
っている。また、測定電極18に並置された基準電極2
0上には、それを覆い、且つ酸素ポンプセル2との間に
介在するように、高抵抗ジルコニア等の材料からなる気
密なセラミックス層24が設けられており、そして該基
準電極20は、この気密なセラミックスN24と気密質
固体電解質層16にて挟まれた状態で、気密に設けられ
ている。
Note that a thin porous ceramic layer 22 made of porous alumina, zirconia, or the like is interposed between the measurement electrode 18 of the acidity concentration detection cell 4 and the inner pump electrode 12 of the oxygen pump cell 2. Through this porous ceramic layer 22, the electrodes 12.18 are brought into contact at the same time with the same atmosphere, in other words with the controlled gas atmosphere to be measured which is formed around the inner pump electrode 12 by the operation of the oxygen pump cell 2. It is now possible to In addition, a reference electrode 2 juxtaposed to the measurement electrode 18
0, an airtight ceramic layer 24 made of a material such as high resistance zirconia is provided to cover it and to be interposed between the oxygen pump cell 2 and the reference electrode 20. It is sandwiched between the ceramic N24 and the airtight solid electrolyte layer 16, and is airtightly provided.

そして、かかる測定電極18と基準電極20とは、それ
ぞれリード部によって外部に導かれ、所定の測定装置(
電位差計26)に接続されて、それら電極間の電位が測
定されるようになっているのである。すなわち、この酸
素濃度検出セル4においては、別途ポンプ作用にて高酸
素濃度ポテンシャルに保たれた基準電極20と、被測定
ガスからの制御された量の酸素を含む、酸素ポンプセル
2の内側ポンプ電極12周りの雰囲気に、接触せしめら
れる測定電極18との間において、酸度濃度の差に基づ
く所定の起電力が測定されることとなるのである。なお
、第1図において、28,30はそれぞれ起電力測定回
路に組み込まれた電源及び抵抗である。
The measuring electrode 18 and the reference electrode 20 are each guided to the outside by a lead part and installed in a predetermined measuring device (
It is connected to a potentiometer 26) to measure the potential between these electrodes. That is, in this oxygen concentration detection cell 4, there is a reference electrode 20 which is maintained at a high oxygen concentration potential by a separate pumping action, and an inner pump electrode of the oxygen pump cell 2 that contains a controlled amount of oxygen from the gas to be measured. A predetermined electromotive force based on the difference in acidity concentration is measured between the measuring electrode 18 and the measuring electrode 18 brought into contact with the atmosphere around the electrode 12 . In addition, in FIG. 1, 28 and 30 are a power supply and a resistor, respectively, incorporated in the electromotive force measuring circuit.

さらに、かかる酸素濃度検出セル4の外側、即ち酸素ポ
ンプセル2が積層された側とは反対側の、電極18.2
0の設けられていない側の面には、ヒータ層6が密着、
配置せしめられている。このヒータ層6は、発熱部34
とそのリード部36がジルコニア等からなるセラミック
スN3B上に形成されて、酸素濃度検出セル4の外側に
一体的に接合せしめられた形態において、設けられてお
り、かかるリード部36を介して外部交流電源から給電
されて、発熱せしめられるようになっている。
Furthermore, an electrode 18.2 is located outside the oxygen concentration detection cell 4, that is, on the opposite side to the side where the oxygen pump cell 2 is stacked.
The heater layer 6 is in close contact with the side where 0 is not provided.
It is placed in place. This heater layer 6 includes a heating section 34
A lead portion 36 thereof is formed on a ceramic N3B made of zirconia or the like, and is integrally joined to the outside of the oxygen concentration detection cell 4. It is powered by a power source and generates heat.

従って、このような第1図及び第2図に示される如き構
造の電気化学的装置(素子)にあっては、ヒータN6が
センサセルたる酸素濃度検出セル4側に密着、配置され
ており、酸素ポンプセル2に直接に設けられるものでな
いところから、かかる酸素ポンプセル2の拡散作用が、
ヒータN6のヒータパターンによって影響を受ける等の
問題を生じることが全く無くなったことは勿論、かかる
ヒータN6のヒータパターンを、酸素ポンプセル2のポ
ンプ電極10.12を避けることなく全面にわたって形
成できるため、ポンプ電極10.12上の温度分布が均
一になるヒータパターンを設けることができることとな
ったのである。
Therefore, in the electrochemical device (element) having the structure as shown in FIGS. 1 and 2, the heater N6 is placed in close contact with the oxygen concentration detection cell 4, which is the sensor cell, and the oxygen Since it is not directly provided in the pump cell 2, the diffusion effect of the oxygen pump cell 2 is
Of course, problems such as being affected by the heater pattern of the heater N6 are completely eliminated, and the heater pattern of the heater N6 can be formed over the entire surface without avoiding the pump electrodes 10 and 12 of the oxygen pump cell 2. This makes it possible to provide a heater pattern that provides a uniform temperature distribution on the pump electrodes 10.12.

そして、酸素ポンプセル2は、酸素濃度検出セル4を介
して、該ヒータ層6にて加熱されることとなるが、かか
る酸素濃度検出セル4においては、ヒータ層6からの伝
熱を阻害する電極、即ち基準電極20が、測定電極18
に対して、重ね合わせ方向において重ならないように並
置された形態において設けられ、そのような基準電極2
0によるヒータ層6からの伝熱が阻害されないようにな
っているところから、酸素ポンプセル2、特にそのポン
プ電極10.12の配設部分を効果的に加熱せしめ得る
のである。換言すれば、ヒータ層6の熱を酸素ポンプセ
ル2側に効率良く伝達し得るのであり、これによってそ
のポンプ能力が効果的に向上せしめられ、ひいてはヒー
タ寿命の向上をも図り得るのである。
The oxygen pump cell 2 is heated by the heater layer 6 via the oxygen concentration detection cell 4, but in the oxygen concentration detection cell 4, there are no electrodes that inhibit heat transfer from the heater layer 6. , that is, the reference electrode 20 is the measuring electrode 18
, such reference electrodes 2 are provided in a form that is juxtaposed so as not to overlap in the overlapping direction.
Since heat transfer from the heater layer 6 due to oxygen is not inhibited, the oxygen pump cell 2, particularly the portion where the pump electrodes 10, 12 are disposed, can be effectively heated. In other words, the heat of the heater layer 6 can be efficiently transferred to the oxygen pump cell 2 side, thereby effectively improving its pumping capacity and, in turn, improving the life of the heater.

特に、測定電極18の周りに所定の空間を形成する場合
、基準電極20を測定電極18に対して並置することに
より、この所定の空間が、ヒータ層6からの伝熱を阻害
しないこととなり、並置の効果はさらに大である。
In particular, when forming a predetermined space around the measurement electrode 18, by arranging the reference electrode 20 in parallel to the measurement electrode 18, this predetermined space will not inhibit heat transfer from the heater layer 6. The effect of juxtaposition is even greater.

さらに、このような構造の電気化学的装置にあっては、
酸素ポンプセル2の多孔質な固体電解質層8が拡散層と
して機能し、以て外側の被測定ガス中の酸素が該多孔質
固体電解質層8の微細な多孔組織を介して、内側ポンプ
電極12側に拡散せしめられるものであるために、従来
の如きピンホール等の拡散孔にて、直接に内部のキャビ
ティが外部の被測定ガスに連通せしめられる構造のもの
とは異なり、スス等の付着物の埋積による拡散抵抗の経
時変化を減少させることができる。
Furthermore, in an electrochemical device with such a structure,
The porous solid electrolyte layer 8 of the oxygen pump cell 2 functions as a diffusion layer, so that oxygen in the outer gas to be measured passes through the fine pore structure of the porous solid electrolyte layer 8 to the inner pump electrode 12 side. Unlike the conventional structure in which the internal cavity is directly connected to the external gas to be measured through a diffusion hole such as a pinhole, it is possible to diffuse deposits such as soot. Changes in diffused resistance over time due to burial can be reduced.

そして、このような構造の電気化学的装置にあっては、
酸素濃度検出セル4の測定電極18に接触せしめられる
雰囲気中の酸素分圧(濃度)は、酸素ポンプセル2の酸
素ポンプ機能と拡散層としての多孔質固体電解質層8の
拡散抵抗とによって制御され、かかる測定雰囲気中の酸
素分圧を実際の被測定ガスの酸素分圧よりも低くされ得
るところから、酸素分圧が理論空燃比の酸素分圧より高
いリーン雰囲気の排気ガスを発生するエンジンを制御す
る上において、好適に用いられるものである。
In an electrochemical device with such a structure,
The oxygen partial pressure (concentration) in the atmosphere brought into contact with the measurement electrode 18 of the oxygen concentration detection cell 4 is controlled by the oxygen pump function of the oxygen pump cell 2 and the diffusion resistance of the porous solid electrolyte layer 8 as a diffusion layer. Since the oxygen partial pressure in the measurement atmosphere can be made lower than the actual oxygen partial pressure of the gas to be measured, the engine is controlled to generate exhaust gas in a lean atmosphere where the oxygen partial pressure is higher than the oxygen partial pressure of the stoichiometric air-fuel ratio. It is suitably used for this purpose.

尤も、このような電気化学的装置は、上記の如きリーン
バーンセンサとして用いられる他、また酸素分圧が理論
空燃比の酸素分圧に略等しい中性雰囲気の排気ガス等を
被測定ガスとする酸素センサや、更にはポンプセル2に
流す電流を逆向きとすることにより、酸素分圧が理論空
燃比の酸素分圧より低いリーン雰囲気の排気ガスを被測
定ガスとするりッチバーンセンサ等としても利用され得
るものであり、何れも公知の測定方式に従って、対象と
する被測定ガスの酸素(測定成分)濃度あるいは過剰燃
料濃度がめられることとなる。
Of course, such an electrochemical device can be used not only as a lean burn sensor as described above, but also to measure gas such as exhaust gas in a neutral atmosphere where the oxygen partial pressure is approximately equal to the oxygen partial pressure of the stoichiometric air-fuel ratio. By reversing the direction of the current flowing through the oxygen sensor and pump cell 2, it can also be used as a rich burn sensor, etc., which uses exhaust gas in a lean atmosphere where the oxygen partial pressure is lower than the oxygen partial pressure of the stoichiometric air-fuel ratio as the gas to be measured. In either case, the oxygen (measurement component) concentration or excess fuel concentration of the target gas to be measured is determined according to a known measurement method.

なお、かかる酸素ポンプセル2及び酸素濃度検出セル4
における固体電解質層8,16としては、好適に採用さ
れる前述のジルコニア磁器の他、窒化アルミニウム、5
rCe03 、B 1203−稀土類酸化物系固溶体、
La14CaχYO撞等の材料を用いて形成されること
となるが、前述のように、酸素ポンプセル2を構成する
固体電解質層8は、所定の拡散抵抗を有する拡散層とし
て機能せしめられるところから、多孔質層である必要が
ある。そして、そのような多孔質層は、要求される拡散
抵抗の程度に応じて適宜め気孔率とされることとなるが
、その最適な開気孔率は多孔質層の製法によっても異な
り、例えば焼結法による場合は、水銀圧入法で測定して
2〜30%程度が好ましく、またプラズマ溶射法による
場合は、同じく水銀圧入法で測定して0.5〜10%程
度が好ましい。
Note that the oxygen pump cell 2 and oxygen concentration detection cell 4
As the solid electrolyte layers 8 and 16, in addition to the above-mentioned zirconia porcelain, which is suitably employed, aluminum nitride, 5
rCe03, B 1203-rare earth oxide solid solution,
The solid electrolyte layer 8 constituting the oxygen pump cell 2 is made of a porous material because it functions as a diffusion layer having a predetermined diffusion resistance, as described above. It needs to be a layer. Such a porous layer will have an appropriate porosity depending on the degree of diffusion resistance required, but the optimum open porosity will also vary depending on the manufacturing method of the porous layer. When using the deposition method, it is preferably about 2 to 30% as measured by the mercury porosimetry, and when using the plasma spraying method, it is preferably about 0.5 to 10% as measured by the mercury porosimetry.

そして、酸素ポンプセル2の内側ポンプ電極12と酸素
濃度検出セル4の測定電極18との間に介在せしめられ
るセラミックス層22は、それら電極が共通の雰囲気に
接触せしめられる必要があるところから、それは多孔質
層であると共に、好適には薄層として形成されることと
なる。また、基準電極20を固体電解質層16と共に気
密に挟み、それを取り囲む気密セラミックス層24とし
ては、ジルコニア、アルミナ、ムライト、スピネル、チ
タニア、チタン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム等の
公知の各種のセラミックスを用いることが可能であり、
なかでも、本発明にあってはジルコニアを主成分とする
セラミックスが好適に用いられることとなる。
The ceramic layer 22 interposed between the inner pump electrode 12 of the oxygen pump cell 2 and the measurement electrode 18 of the oxygen concentration detection cell 4 is porous because these electrodes need to be brought into contact with a common atmosphere. In addition to being a solid layer, it is preferably formed as a thin layer. Further, as the airtight ceramic layer 24 that airtightly sandwiches and surrounds the reference electrode 20 with the solid electrolyte layer 16, various known ceramics such as zirconia, alumina, mullite, spinel, titania, barium titanate, and calcium zirconate are used. It is possible to use
Among these, ceramics containing zirconia as a main component are preferably used in the present invention.

また、ヒータ層6における発熱部34やリード91に3
6を形成するセラミックス層38は、上記気密セラミッ
クス層24を構成するセラミックス材料と同様な材料に
て構成された気密層であることが望ましく、更にかかる
発熱部34やリード部36は、白金、パラジウム、ロジ
ウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの如き白金
族金属とジルコニア、イツトリア、アルミナ等のセラミ
ックスからなる混合層にて構成されており、これによっ
てヒータを構成する発熱部34やそのリード部36と、
それらを取り囲むセラミックス層16.38との間の密
着性が改善されるようになっている。
In addition, 3
It is preferable that the ceramic layer 38 forming the airtight ceramic layer 6 is an airtight layer made of the same material as the ceramic material forming the airtight ceramic layer 24, and furthermore, the heat generating part 34 and the lead part 36 are made of platinum, palladium, etc. It is composed of a mixed layer of platinum group metals such as rhodium, iridium, ruthenium, and osmium, and ceramics such as zirconia, yttoria, and alumina, and thereby constitutes a heater 34 and its lead portions 36,
Adhesion between the ceramic layers 16 and 38 surrounding them is improved.

そして、このようなヒータ混合層の形成は、白金族金属
粉末中に、前記セラミックスの微粉末を混入せしめて、
その焼成を行なうことが効果的である。
The formation of such a heater mixed layer is achieved by mixing the ceramic fine powder into the platinum group metal powder,
It is effective to perform the firing.

なお、同様な密着性の向上を図る上において、酸素ポン
プセル2の電極10.12や酸素濃度検出セル4の電極
1B、20、更にはそれらのリード部を、上記ヒータN
6のヒータ部(34,36)と同様に、白金族金属とセ
ラミックスの混合物にて形成することが推奨される。
In addition, in order to improve adhesion in a similar manner, the electrodes 10.12 of the oxygen pump cell 2, the electrodes 1B and 20 of the oxygen concentration detection cell 4, and their lead portions are connected to the heater N.
Similarly to the heater portions (34, 36) in No. 6, it is recommended that they be made of a mixture of platinum group metal and ceramics.

そして、このような酸素ポンプセル2、酸素濃度検出セ
ル4、ヒータ層6の積層された電気化学的装置としての
酸素センサの形成に際しては、各セルを構成する固体電
解質Jif8,16の生素地上にスクリーン印刷手法等
によって電極及びそのリード部を印刷せしめ、また多孔
質セラミックス層22や気密セラミックス層24を何れ
かのセル側に印刷せしめる一方、酸素濃度検出セル4を
構成する固体電解質Ft16の裏側に、ヒータ(34゜
36)、セラミックス層38を順次に印刷せしめた後、
それらセル2,4を目的とする電気化学的素子を構成す
るように重ね合わせて、全体を焼結、一体化せしめる等
の公知の手法を用いることが、素子強度向上のために好
ましいが、多孔質固体電解質層を除く積層体を焼結させ
た後に、公知のプラズマ溶射法にて多孔質固体電解質層
を形成し、電気化学的装置とすることもできる。
When forming an oxygen sensor as an electrochemical device in which the oxygen pump cell 2, the oxygen concentration detection cell 4, and the heater layer 6 are stacked, it is necessary to The electrodes and their lead portions are printed using a screen printing method or the like, and the porous ceramic layer 22 and the airtight ceramic layer 24 are printed on either side of the cell, while the back side of the solid electrolyte Ft16 constituting the oxygen concentration detection cell 4 is printed. , a heater (34°36), and a ceramic layer 38 are sequentially printed.
In order to improve the strength of the device, it is preferable to stack the cells 2 and 4 to form an electrochemical device using known techniques such as sintering and integrating the entire cell. After sintering the laminate except for the porous solid electrolyte layer, a porous solid electrolyte layer can be formed by a known plasma spraying method to produce an electrochemical device.

なお、本発明に従う電気化学的装置は、かかる第1図、
第2図に例示の構造のものに限定されるものでは決して
なく、本発明の趣旨を逸脱しない躍りにおいて、他の構
造も種々取り得るものであって、第3図及び第4図には
、その−例が示されている。
Incidentally, the electrochemical device according to the present invention has the structure shown in FIG.
The structure is not limited to the structure illustrated in FIG. 2, and various other structures may be adopted without departing from the spirit of the present invention. An example is shown.

すなわち、第3図及び第4図に示される電気化学的装置
は、前例のものとは異なり、酸素ポンプセル2例の内側
ポンプ電極(第二の電極)12と酸素濃度検出セル4例
のpH定電極電極三の電極)18とが共通の電極とされ
ており、構造的に簡略化せしめられ、また経済的にも有
利な構造とされている。
That is, the electrochemical device shown in FIGS. 3 and 4 differs from the previous example in that it has two internal pump electrodes (second electrodes) 12 in two oxygen pump cells and a pH constant in four oxygen concentration detection cells. The third electrode (18) is a common electrode, which is structurally simple and economically advantageous.

しかも、本実施例においては、基準電極20が、酸素濃
度検出セル4の気密質固体電解質jif16とそれぞれ
気密なセラミックス材料からなるスペーサ部材42及び
板状の蓋部材とから形成される気密な基準ガス通路46
に露呈せしめられており、この基準ガス通路46の開放
された一端から導入される大気に接触せしめられるよう
になっているところに、特徴がある。すなわち、スペー
サ部材42は、その長手方向に切欠部(スリット)48
を有し、この切欠部48が蓋部材44に覆われた状態で
、酸素ポンプセル2側から積層せしめられて、該酸素ポ
ンプセル2を覆う状態で設けられることにより、第4図
に示される如き気密な基準ガス通路46が形成されてい
るのである。そして、この基準ガス通路46は、スペー
サ部材42の切欠部48の端部にて開放されて、大気に
連通せしめられるようになっている。従って、この装置
では、基準電極20に接触せしめられる基準雰囲気が、
前例とは異なり、大気とされ、そして制御された被測定
ガス雰囲気に晒される測定電極18との間において、そ
れらの間の酸素濃度差に基づく起電力が、前例のように
して測定されることとなるのである。
Moreover, in this embodiment, the reference electrode 20 is an airtight reference gas formed from the airtight solid electrolyte jif 16 of the oxygen concentration detection cell 4, the spacer member 42 made of an airtight ceramic material, and the plate-shaped lid member. aisle 46
It is characterized in that it is exposed to the atmosphere and is brought into contact with the atmosphere introduced from one open end of the reference gas passage 46. That is, the spacer member 42 has a notch (slit) 48 in its longitudinal direction.
The notch 48 is covered with the lid member 44 and stacked from the oxygen pump cell 2 side to cover the oxygen pump cell 2, thereby creating an airtight seal as shown in FIG. Therefore, a reference gas passage 46 is formed. The reference gas passage 46 is opened at the end of the notch 48 of the spacer member 42 and communicated with the atmosphere. Therefore, in this device, the reference atmosphere brought into contact with the reference electrode 20 is
Unlike the previous example, the electromotive force based on the oxygen concentration difference between the measuring electrode 18 which is exposed to the atmosphere and the controlled gas atmosphere to be measured is measured as in the previous example. It becomes.

また、本実施例においては、酸素ポンプセル2の外側ポ
ンプ電極10に対応するスペーサ部材42及び蓋部材4
4部分に、被測定ガスが導かれるガス導入孔50が設け
られており、このガス導入孔50によって、外側ポンプ
電極10に対して、その電極面に垂直な方向から、被測
定ガスが多孔質アルミナ層等の電極保護層52を通って
導かれるようになっている。換言すれば、外側ポンプ電
極10の周囲に、気密なセラミックス層にて構成された
ガス導入方向制御層が設けられることにより、側方から
の被測定ガスの侵入が阻止され、電極面に垂直な方向の
みから被測定ガスが、該外側ポンプ電極10を通じて、
拡散層としての多孔質固体電解質層8内を拡散せしめら
れるようになっているのであり、これによって被測定ガ
スの導入量が有利に制御され得るようになっているので
ある。
In addition, in this embodiment, a spacer member 42 and a lid member 4 corresponding to the outer pump electrode 10 of the oxygen pump cell 2 are used.
A gas introduction hole 50 through which the gas to be measured is introduced is provided in the 4 portion, and the gas to be measured is introduced into the porous structure from the direction perpendicular to the electrode surface of the outer pump electrode 10 through the gas introduction hole 50. It is adapted to be guided through an electrode protection layer 52 such as an alumina layer. In other words, by providing the gas introduction direction control layer made of an airtight ceramic layer around the outer pump electrode 10, the gas to be measured is prevented from entering from the side, and the gas introduced perpendicularly to the electrode surface is prevented from entering from the side. The gas to be measured passes through the outer pump electrode 10 from only one direction.
The gas to be measured can be diffused within the porous solid electrolyte layer 8 as a diffusion layer, thereby making it possible to advantageously control the amount of the gas to be measured.

さらに、本実施例においては、ヒータ層6を、発熱部3
4とそのリード部36が高抵抗ジルコニア等からなる気
密なセラミックス層38及び40にて挟まれた構造とし
、多孔質アルミナ等からなる絶縁層32を介して、酸素
濃度検出セル4の外側に一体的に接合せしめ、外部直流
電源から給電している。なお、本実施例における54.
56及び58は、それぞれ多孔質アルミナ等からなる絶
縁層であって、それぞれの電極のリード部等の電気的な
絶縁を、前記電極保護層52と共に行なうようになって
いる。
Furthermore, in this embodiment, the heater layer 6 is
4 and its lead portion 36 are sandwiched between airtight ceramic layers 38 and 40 made of high-resistance zirconia or the like, and are integrated with the outside of the oxygen concentration detection cell 4 via an insulating layer 32 made of porous alumina or the like. They are connected to each other and are supplied with power from an external DC power supply. Note that 54. in this example.
Reference numerals 56 and 58 are insulating layers made of porous alumina or the like, which together with the electrode protective layer 52 electrically insulate the lead portions of the respective electrodes.

この実施例に示される電気化学的装置にあっては、気密
な基準ガス通路46中の基準雰囲気に晒されている基準
電極20が、測定電極18に対して、重ね合わせ方向に
おいて重ならないように並置されたことにより、基準ガ
ス通路46がポンプ電i10,12とヒータ層6との間
に入って伝熱を妨害することがなくなるので、基準電極
18を並置した効果はさらに顕著である。
In the electrochemical device shown in this embodiment, the reference electrode 20 exposed to the reference atmosphere in the airtight reference gas passage 46 is arranged so that it does not overlap with the measurement electrode 18 in the overlapping direction. By juxtaposing the reference electrodes 18, the reference gas passage 46 does not enter between the pump electrodes i10, 12 and the heater layer 6 and impede heat transfer, so the effect of juxtaposing the reference electrodes 18 is even more remarkable.

また、以上例示の具体例にあっては、何れも酸素濃度検
出セル4を構成する測定電極18と基準電極20とが気
密質固体電解質層16の同じ側の表面上(内側表面上)
に設けられているが、それら二つの電極18.20を該
固体電解質層16の異なる側の表面上に設けることも可
能であり、第5図には、その−例が示されている。
Furthermore, in the specific examples illustrated above, the measurement electrode 18 and the reference electrode 20 constituting the oxygen concentration detection cell 4 are both on the same side surface (on the inner surface) of the airtight solid electrolyte layer 16.
However, it is also possible to provide the two electrodes 18, 20 on different surfaces of the solid electrolyte layer 16, an example of which is shown in FIG.

すなわち、この第5図に示された実施例にあっては、基
準電極20が酸素濃度検出セル4の固体電解質層16の
外側に設けられており、そしてこの基準電極20の周囲
に、ヒータ層6を構成する気密なセラミックス層38.
40にて囲まれた、前例と同様な基準ガス通路46が設
けられているのである。換言すれば、ヒータN6の内側
のセラミックス層40は、前例のスペーサ部材42と同
様な切欠(スリット)を有し、また外側のセラミックス
層38は蓋部材44と同様な平板状とされ、更に電気絶
縁層32も該・セラミックス層42と同様な形状とされ
て、それらが積層されることによって、一端が開放され
た基準ガス通路46が、かかる基準電極20の周りに形
成され、該基準電極20は、被測定ガスから気密なセラ
ミックス層38.40にて実質的に仕切られた状態とさ
れている。
That is, in the embodiment shown in FIG. 5, a reference electrode 20 is provided outside the solid electrolyte layer 16 of the oxygen concentration detection cell 4, and a heater layer is provided around the reference electrode 20. The airtight ceramic layer 38.
A reference gas passage 46 similar to the previous example is provided, surrounded by 40. In other words, the ceramic layer 40 on the inside of the heater N6 has a notch (slit) similar to the spacer member 42 in the previous example, and the ceramic layer 38 on the outside has a flat plate shape similar to the lid member 44. The insulating layer 32 has the same shape as the ceramic layer 42, and by stacking them, a reference gas passage 46 with one end open is formed around the reference electrode 20. are substantially separated from the gas to be measured by airtight ceramic layers 38 and 40.

なお、本実施例のその他の部分に関しては、前記各実施
例と同様な機能を有するものであるところから、同一の
番号を付して、詳細な説明は省略することとする。
It should be noted that other parts of this embodiment have the same functions as those of each of the embodiments described above, and therefore are given the same numbers and detailed explanations will be omitted.

以上、本発明の幾つかの実施例について説明してきたが
、本発明の電気化学的装置は、そのような例示の具体的
構造のみに限定して解釈されるものでは決してなく、本
発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた形態にお
いて実施され得るものであって、本発明がそのような実
施形態のものをも含むものであることは、言うまでもな
いところである。
Although several embodiments of the present invention have been described above, the electrochemical device of the present invention is by no means to be interpreted as being limited to such illustrative specific structures, and the gist of the present invention The present invention may be implemented in forms with various changes, modifications, improvements, etc. based on the knowledge of those skilled in the art, as long as the invention does not deviate from the above, and the present invention includes such embodiments. , it goes without saying.

また、本発明に係る電気化学的装置は、例示の如きリー
ンバーンセンサの他、前述した如く、リッチバーンセン
サや、理論空燃比の状態で燃焼せしめられた排気ガス等
の被測定ガスを測定するセンサ等の酸素センサにも有利
に適用され得るものであり、更には酸素以外の窒素、二
酸化炭素、水素等の流体中の電極反応に関与する成分の
検出器或いは制御器等にも適用され得るものである。
Further, the electrochemical device according to the present invention can be used not only as an example of a lean burn sensor but also as a rich burn sensor as described above, and as a device that measures a gas to be measured such as exhaust gas that is combusted at a stoichiometric air-fuel ratio. It can be advantageously applied to oxygen sensors such as sensors, and can also be applied to detectors or controllers of components other than oxygen that are involved in electrode reactions in fluids such as nitrogen, carbon dioxide, and hydrogen. It is something.

以上の説明から明らかなように、本発明に従う電気化学
的装置は、電気化学的ポンプセルと電気化学的センサセ
ルとを積層してなる構造のものにおいて、該電気化学的
センサセル側に所定のヒータ層を密着、配置せしめると
共に、該電気化学的センサセルの所定の基準雰囲気に晒
される第四の電極を、制御された被測定ガス雰囲気に晒
される第三の電極に対して、積層面に垂直な方向に投影
した投影図において並置した構造を有するものであって
、これによりかかるヒータ層がらの前記電気化学的ポン
プセル側への伝熱が、該第四の電極若しくは第四の電極
の周りの所定の空間にて阻害されることがなくなり〜以
てポンプセルの加熱を効率良く為し得、そのポンプ能力
の向上、更にはヒータ寿命の改善を図り得る等の優れた
効果を奏せしめ得たものであって、そこに本発明の大き
な工業的意義が存するものである。
As is clear from the above description, the electrochemical device according to the present invention has a structure in which an electrochemical pump cell and an electrochemical sensor cell are stacked, and a predetermined heater layer is provided on the electrochemical sensor cell side. A fourth electrode exposed to a predetermined reference atmosphere of the electrochemical sensor cell is placed in close contact with the third electrode exposed to a controlled gas atmosphere to be measured in a direction perpendicular to the laminated surface. They have structures that are juxtaposed in a projected view, whereby the heat transfer from the heater layer to the electrochemical pump cell side is carried out within the fourth electrode or a predetermined space around the fourth electrode. As a result, the pump cell can be heated efficiently without being inhibited by the heating process, and the pump cell can be heated efficiently, thereby achieving excellent effects such as improving the pump capacity and further improving the heater life. This is where the great industrial significance of the present invention lies.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に従う電気化学的装置の一例に係る酸素
濃度検出装置の一つを示す展開状態における斜視説明図
であり、第2図は第1図におけるn−n断面を示す略図
であり、第3図は本発明に従う酸素濃度検出装置の他の
一例を示す第1図に対応する図であり、第4図はその第
2図に対応する図であり、第5図は更に本発明に従う酸
素濃度検出装置の他の実施例を示す第2図に対応する図
である。 2:酸素ポンプセル 4:酸素濃度検出セル 6:ヒータ層 8:多孔質固体電解質層10:外側ポン
プ電極 12:内側ポンプ電極 16:気密質固体電解質層 18:測定電極−20=基準電極 22:多孔質セラミックス層 24:気密セラミックス層 32:電気絶縁N 34:発熱部 36:リード部 38.40:セラミックス層 42ニスペ一サ部材 44:蓋部材 46:基準ガス通路 50:ガス導入孔 出願人 日本碍子株式会社 第1図 第2図 第5図
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing one of the oxygen concentration detection devices according to an example of the electrochemical device according to the present invention in an expanded state, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the nn cross section in FIG. 1. , FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing another example of the oxygen concentration detection device according to the present invention, FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 2, and FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing another embodiment of the oxygen concentration detection device according to the present invention. 2: Oxygen pump cell 4: Oxygen concentration detection cell 6: Heater layer 8: Porous solid electrolyte layer 10: Outer pump electrode 12: Inner pump electrode 16: Airtight solid electrolyte layer 18: Measuring electrode - 20 = Reference electrode 22: Porous Quality ceramic layer 24: Airtight ceramic layer 32: Electrical insulation N 34: Heat generating part 36: Lead part 38.40: Ceramic layer 42 spacer member 44: Lid member 46: Reference gas passage 50: Gas introduction hole Applicant: Nippon Insulator Co., Ltd. Figure 1 Figure 2 Figure 5

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)予め定められた拡散抵抗を有する多孔質な第一の
固体電解質層の両面の互いに対向する位置にそれぞれ多
孔質な第一の電極及び第二の電極を配置した電気化学的
ポンプセルと、第二の固体電解質層の表面上にそれぞれ
設けられ且つ該表面に対して垂直な方向に投影した投影
図において並置形感となるように多孔質な第三の電極及
び第四の電極を配置せしめた電気化学的センザセルと、
該電気化学的センサセルに密着、配置せしめられたヒー
タ層とを含み、且つ前記第一の電極が被測定ガスに接し
、そして前記第二。 の電極及び第三の電極が前記多孔質な第一の固体電解質
層を介して被測定ガスに接する実質的に同一の雰囲気に
晒されると共に、前記第四の電極が気密なセラミックス
層によって被測定ガスから実質的に仕切られていること
を特徴とする電気化学的装置。
(1) An electrochemical pump cell in which a porous first electrode and a second porous electrode are respectively disposed at opposing positions on both sides of a porous first solid electrolyte layer having a predetermined diffusion resistance; A porous third electrode and a fourth porous electrode are respectively provided on the surface of the second solid electrolyte layer and arranged so as to appear juxtaposed in a projection view projected in a direction perpendicular to the surface. an electrochemical sensor cell;
a heater layer disposed in close contact with the electrochemical sensor cell, the first electrode being in contact with the gas to be measured, and the second electrode. and the third electrode are exposed to substantially the same atmosphere in contact with the gas to be measured through the porous first solid electrolyte layer, and the fourth electrode is exposed to the gas to be measured through the airtight ceramic layer. An electrochemical device characterized in that it is substantially separated from a gas.
(2)前記第二の電極と前記第三の電極とが、共通であ
る特許請求の範囲第1項記載の電気化学的装置。
(2) The electrochemical device according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are common.
(3)前記気密なセラミックス層によって前記第四の電
極の周りに所定の空間が形成され、且つ該空間が一端開
放の通路にて大気に連通せしめられている特許請求の範
囲第1項又は第2項記載の電気化学的装置。
(3) A predetermined space is formed around the fourth electrode by the airtight ceramic layer, and the space is communicated with the atmosphere through a passageway with one end open. 2. Electrochemical device according to item 2.
(4)前記第四の電極が、両側から気密なセラミックス
層にて挟まれて、それらセラミックス層中に埋め込まれ
ている特許請求の範囲第1項又は第2項記載の電気化学
的装置。
(4) The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the fourth electrode is sandwiched between airtight ceramic layers from both sides and embedded in the ceramic layers.
(5) 前記第三の電極と第四の電極とが、前記第二の
固体電解質層の同じ側の表面上に設けられている特許請
求の範囲第1項乃至第4項の何れかに記載の電気化学的
装置。
(5) The third electrode and the fourth electrode are provided on the same surface of the second solid electrolyte layer, according to any one of claims 1 to 4. electrochemical device.
(6)前記第三の電極と第四の電極とが、前記第二の固
体電解質層の異なる側の表面上に設けられている特許請
求の範囲第1項乃至第4項の何れかに記載の電気化学的
装置。
(6) According to any one of claims 1 to 4, wherein the third electrode and the fourth electrode are provided on different surfaces of the second solid electrolyte layer. electrochemical device.
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