[發明專利]用于檢測烴類的氣體傳感器

有效

• 申請號: 201580057160.2
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN107003274B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 陳磊;Z.楊;A.M.文奇托爾
• 申請（專利權）人: 開利公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N33/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 金飛;李強

氣體傳感器包括外殼(22)，所述外殼中安置有膜電極組件，所述膜電極組件包括傳感電極(14)、反電極(16)以及安置于所述傳感電極與所述反電極之間的固體聚合物電解質(12)。所述傳感電極包含含有貴金屬納米粒子(34)的第一催化劑。所述反電極包含含有貴金屬納米粒子(34)的第二催化劑，其可具有與所述第一催化劑相同的組成或不同的組成。所述傳感器外殼還包括與所述傳感電極流體連通的開口(24)，用于使測試氣體接觸所述傳感電極。所述傳感器還包括連接所述傳感電極與所述反電極的電路(19)。

背景

在各種工業或實驗室環境中已使用用于檢測烴類或取代烴類的氣體傳感器來進行過程控制。由于所述化合物還可能是可燃或可爆的，所以在使用或制造此類化合物的地方還使用氣體檢測傳感器來進行泄漏檢測。已使用或提出了各種類型的傳感器。實例包括金屬氧化物半導體(MOS)傳感器、非分散紅外檢測器(NDIR)傳感器、pellistor(粒狀電阻器)傳感器以及利用由陶瓷(諸如鈣鈦礦)制成的高溫固體電解質的混成電位型傳感器。

烴類或取代烴類的新應用對氣體檢測傳感器已經形成并且持續形成新的挑戰。一種此類應用是在冷卻和加熱領域，其中較早的氯化烴(CFC)歸因于其對地球臭氧層的不利影響而被排除。最初用氯氟碳化合物R12(二氯二氟乙烷)代替氯化氟碳化合物；然而，關于其臭氧消耗潛能(ODP)的持續擔憂以及關于化合物的全球變暖潛能(GWP)的新的擔憂使其被氟化烴(如R32)代替。關于ODP和GWP的持續擔憂結合蒸氣壓縮傳熱系統的性能要求已引起新的制冷劑的發展，諸如氟化不飽和烴(即氟化烯烴)，如反-1，333-四氟丙烯(R1234ze)。然而，由于在許多HVAC和制冷系統中制冷劑流動回路至少部分位于內部建筑空間內，由泄漏引起的關于毒性和/或可燃性風險的擔憂已對此類化合物的有效氣體檢測形成擴大的需要。在許多地區，正在制定建筑法規，將強制要求具備此類氣體檢測的能力。

已使用上述類型的傳感器，并且在已采用它們的工業或實驗室環境中取得不同程度的成功。然而，許多此類傳感器有局限性，所述局限性在需要新的和現有的應用時會影響其有效性。舉例來說，MOS和pellistor傳感器歸因于交叉敏感性而容易發出錯誤警報。此外，MOS傳感器用于檢測氟化烴的耐久性是有問題的，因為可能產生HF，從而可能會潛在地損害傳感器。NDIR傳感器已在低體積應用中使用，但難以制造成達到住宅HVAC市場所要求的適當公差并且較昂貴，并且有可能不適合于如HVAC和制冷系統所期望的廣泛實現方式。顧名思義，高溫固體電解質系統需要高溫(典型地超過500℃)，這使它們在成本和壽命限制方面對于許多應用來說不切實際，諸如住宅和商業HVAC和制冷系統。

鑒于對烴類氣體傳感器的嚴格要求，仍然需要可能在某些環境中更適合或更好地起作用、提供更好的成本或對整體傳感器設計實現有益修改的新的替代方案。

簡單描述

根據本公開的一些方面，氣體傳感器包括外殼，所述外殼中安置有膜電極組件，所述膜電極組件包括傳感電極、反電極以及安置于傳感電極與反電極之間的固體聚合物電解質。所述傳感電極包含含有貴金屬納米粒子的第一催化劑。所述反電極包含含有貴金屬納米粒子的第二催化劑，其可具有與所述第一催化劑相同的組成或不同的組成。所述傳感器外殼還包括與所述傳感電極流體連通的開口，用于使測試氣體接觸所述傳感電極。傳感器還包括連接傳感電極與反電極的電路。

根據本公開的一些方面，使用上文所描述的傳感器的方法包括相對于反電極或參比電極對傳感電極施加正偏壓。然后使測試氣體與傳感電極接觸，并且在連接傳感電極與反電極的電路中在傳感電極處由烴類或取代烴類的氧化產生電化學響應電壓或電流。測量此電化學響應電壓或電流以確定在測試氣體中所測試的烴類或取代烴類的存在和/或濃度。

附圖簡述

在本說明書結束時在權利要求書中具體指出并清楚地要求本公開的主題。由以下結合附圖而進行的詳述，本公開的上述和其他特征以及優點是顯而易見的，在附圖中：

圖1展示如本文所描述的氣體傳感器的簡化示意圖；