JP2011220716A - フィルタ、ガスセンサ及びガス検出器 - Google Patents

Abstract

【構成】
フィルタを、各々ガスが通過する孔を備え、検知極側の金属板と反対側の金属板とから成り、周縁部で互いに固着された２枚の金属板と、記２枚の金属板の間のスペースに収納し、一定の形状に成型されたフィルタ材と、記フィルタ材を検知極側の金属板の孔に密着するように押圧する弾性スペーサ、とを備えている。
【効果】 フィルタを通過する雰囲気は必ずフィルタ材を通過させると共に、曝露するガス量を低減し、フィルタ寿命を延長する。
【選択図】 図３

Description

この発明はガスセンサ等に用いるフィルタに関する。

発明者らは、特許文献１（JP2004-226346A）に示されるようなガスセンサを開発してきた。このセンサは、活性炭等のフィルタ材を充填したフィルタと拡散制御板とを介して、被検出雰囲気を検知極側へ供給する。またこれらの部材を水溜兼用の金属缶内にセットし、フィルタを金属缶にガスケットを介してカシメる。検知極はフィルタに電気的に接続され、対極は金属缶に接続され、フィルタと金属缶がガスセンサの端子となる。

特許文献１のガスセンサでは、フィルタの側面と底部とに孔があり、側面の孔から進入した被検出雰囲気は活性炭で処理されて底面の孔からMEA側へ出て行く。フィルタの底面の孔のサイズを正確に制御するのは難しいので、フィルタの底面とMEAとの間に、打ち抜きなどで一定サイズの拡散制御孔を開けた拡散制御板を配置する。これによって、MEAへ拡散する雰囲気の量をガスセンサ間で揃え、ガス感度を一定にする。

発明者は、上記のガスセンサの信頼性を調査し、ガスセンサの潜在的問題点を発見して解消することを検討した。その結果、フィルタ内のフィルタ材と検知極側の金属板との間に隙間が生じると、フィルタ材を通過しないままで被検出雰囲気が検知極へ供給される可能性があることを見出した。このようなことが実際に生じると、誤報の原因となるおそれがある。そこで発明者はフィルタ材を通過しない流路が生じないフィルタを検討し、この発明に到った。このようなフィルタはガスセンサのみならず、クリーンルームでのＨＥＰＡフィルタ、防毒マスク等のフィルタ、配管等での気流から夾雑物あるいは不要なガスを除くフィルタ等に利用できる。

JP2004-226346A

この発明の課題は、フィルタ材を通らない流路が生じないフィルタを提供することにある。
この発明の課題は、フィルタ材の破過を防止しつつ、確実にフィルタ材で処理できるフィルタを提供することにある。
またこの発明の課題は、容器のサイズが変動し、あるいはフィルタ材の厚さが変動しても、フィルタ材を通過しないガス流路が生じないフィルタを提供することにある。
この発明はさらに、このようなフィルタを備えたガスセンサを提供することにある。

この発明は、気体の流路と、フィルタ材と、前記フィルタ材を気体の流路に押圧密着させることにより、フィルタ材をバイパスする隙間の発生を防止する弾性体、とを備えたフィルタにある。

この発明では、フィルタ材は配管あるいは容器等に設けられた気体の流路に、弾性体により押圧されて密着するので、フィルタ材をバイパスする隙間が生じない。従ってフィルタ材で処理されずに、ガスが流路を通過することがない。さらにフィルタ材が流路内で動き回ることによる、摩耗粉の発生等がない。また容器にフィルタ材を収容する場合、フィルタ材の厚さあるいは容器の内径が変動しても、フィルタ材は容器内に押圧されて固定されるので、隙間が生じない。

またこの発明は、通気性を制限する孔を少なくとも２つ備えた容器にフィルタ材が配置され、前記フィルタ材が少なくとも一方の孔に弾性体により押圧密着させられたフィルタにある。

このようにするとさらに、フィルタ材へのガスの出入りは孔で制限され、フィルタ材の破過が生じない。従ってフィルタ材を通過しない流路が生じず、かつ破過が生じないので、確実にガスを処理できる。

好ましくは、前記弾性体は、合成ゴム、合成樹脂のエラストマー、合成樹脂の粘弾性体、バネの少なくとも一員から成る。好ましくは弾性体は、合成ゴム、合成樹脂のエラストマー、合成樹脂の粘弾性体の少なくとも一員から成る弾性スペーサであり、バネなどで押圧する場合に比べ、簡単にかつ均一にフィルタ材を押圧できる。

この発明はまた、上記のフィルタを用いたガスセンサ及びガス検出器に有る。

この明細書において、フィルタ材は、対象となるガスをろ過、吸着、吸収、燃焼除去、分解等により除去する。フィルタ材が一定の形状を有するとは、フィルタ材がディスク状等に成型されていること、あるいはシート状等であることを意味し、粉体で一定の形状を有しないものではないことを意味する。また容器は原則として孔を除き気密な容器を意味する。

この発明のガスセンサでは、弾性スペーサによりフィルタ材はいずれかの金属板の孔へ密着するように押圧されるので、フィルタ材を通過せずに、被検出雰囲気が検知極へ達することがない。従って誤報等のおそれが小さくなる。また弾性スペーサにより押圧されると、フィルタ材が固定されるので、例えば微粉体を成型したフィルタ材でも、フィルタ材が擦れて微粉が生じることがない。さらにフィルタのサイズあるいはフィルタ材の厚さ等がばらついても、弾性のスペーサはフィルタ材を確実に検知極側の金属板へ向けて押圧できる。好ましくは、前記弾性スペーサを、フィルタ材と前記反対側の金属板との間に配置する。このようにすると、簡単にかつ確実にフィルタ材を検知極側の金属板の孔と密着するように押圧できる。

実施例の電気化学ガスセンサの断面図 実施例での拡散制御孔とその周囲の拡大断面図 実施例のフィルタの拡大断面図 従来例でのフィルタの拡大断面図 変形例のフィルタの断面図 第２の実施例のフィルタの断面図 実施例のガス検出器のブロック図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図６を参照して、電気化学ガスセンサ２を例に実施例を説明するが、この発明はガスセンサに限るものではない。図１に電気化学ガスセンサ２の全体構成を示し、図２，図３に電気化学ガスセンサ２の各部の構成を示す。なお以下では、電気化学ガスセンサ２を単にガスセンサ２と言うことがある。各図において、４はステンレス、チタン等の金属缶で、その内部を水溜として水６を封入してある。８はフィルタで、平面視で円形で、２枚の円形の金属板８ａ，８ｂを円周部で接合し、かつ金属板８ａ，８ｂの間にスペースを設けたものである。上側の金属板８ａの側面数カ所に孔１０があり、下側の金属板８ｂの例えば中央部に孔１２がある。フィルタ８の内部に例えば２層の活性炭シート１４が収容され、活性炭シート１４が底部の孔１２に密着するように、弾性スペーサ１６で押圧する。

弾性スペーサ１６は好ましくは、合成ゴム、合成樹脂のエラストマー、合成樹脂の粘弾性体、あるいは弾性のある合成樹脂、ばねの何れかから成る弾性材料とする。弾性スペーサ１６には、合成樹脂のワッシャなどのバネを用いても良いが、活性炭シート１４を均一に押圧することが難しく、シート１４と接触した際に、活性炭の微粉が生じるおそれがある。ガスセンサ２が高温を経験しても悪影響を及ぼさないように、弾性スペーサ１６は耐熱性が高く、高温でガスを放出しない材料が好ましい。弾性スペーサ１６の特に好ましい材料は、EPDM(エチレンプロピレンゴム）もしくはCR（クロロプレンゴム）で、実施例ではEPDMを用いる。実施例でのサイズ例を示すと、金属板８ａ，８ｂ間の隙間が４mm、活性炭シート１４が２層の合計厚さで３mm、弾性スペーサ１６の厚さはフィルタ８にセットする前の状態で例えば３mmである。なお活性炭シート１４に代えてシート状のゼオライトあるいはシート状のシリカゲルを用いてもよく、シート１４の枚数は１枚、２枚、３枚など任意である。即ち、一定の形状に成型されたガスを吸着するフィルタ材であれば、活性炭シート１４以外の物も用いることができる。

１８はガスケットで、金属缶４の頂部をカシメることによりフィルタ８を金属缶４の頂部に固定すると共に、これらの間を絶縁し、かつ金属缶４とフィルタ８の間を気密に保つ。

図２において、２０はステンレスの薄板などから成る拡散制御板で、フィルタ８の底面の孔１２と連通する、即ち平面視で重なる、拡散制御孔２２を備えている。２４はガスセンサ本体で、例えば液体電解質を保持した多孔質のセパレータと、その表裏の検知極及び対極、並びに検知極と対極にガスを分配する疎水性カーボンシートとから成る。２５は金属のワッシャで、孔２６を備え、金属缶４の内部からの水蒸気と空気とを対極側に供給する。２８は金属缶４に設けたくぼみで、ワッシャ２５を支持する。

拡散制御孔２２とガスセンサ本体２４との配置を、図２を参照して説明する。例えばフィルタ８に設けた孔１２は直径が１mm程度、金属板８ａ，８ｂの厚さは１mm程度である。これに対して拡散制御板２０は厚さ０.１mm程度の薄い金属板で、拡散制御孔２２は直径０.１mm程度の小孔である。ガスセンサ本体２４は例えば中央の多孔質セパレータと、その表裏の検知極３１，対極３２，及び検知極３１，対極３２の外側の疎水性カーボンシート３３，３４から成る。なお疎水性カーボンシート３３，３４はなくても良い。多孔質セパレータ３０は電解質の水溶液を保持し、液体電解質に代えてプロトン導電体膜を用いる場合、セパレータ３０は不要である。検知極３１，対極３２は例えばカーボンの粉体などの担体にPtあるいはPt-Ruなどの電極触媒を支持させたもので、セパレータ３０の表裏に付着させても良く、あるいは疎水性カーボンシート３３，３４に付着させることにより、セパレータ３０に接触させても良い。

疎水性カーボンシート３３，３４は多孔質でかつ疎水化されたカーボンのシートである。拡散制御孔２２側の疎水性カーボンシート３３は、被検出雰囲気を検知極３１に均一に分配すると共に、検知極３１と拡散制御板２０とを電気的に接続する。疎水性カーボンシート３４は金属缶４の内部からの水蒸気と空気とを対極３２に均一に分配すると共に、金属缶４の内部の液体の水が孔２６から対極３２側に溢れ出すことを防止し、さらに対極３２をワッシャ２５に電気的に接続する。

ここでガスセンサ２の電気的接続を説明する。検知極３１は疎水性カーボンシート３３，拡散制御板２０，フィルタ８の順に接続され、フィルタ８がその外部端子となる。対極３２は疎水性カーボンシート３４，ワッシャ２５，金属缶４の順に接続され、金属缶４が外部端子となる。そしてフィルタ８と金属缶４はガスケット１８で絶縁されている。

図３，図４を参照して弾性スペーサ１６の意義を説明する。弾性スペーサ１６は前述のように、エチレンプロピレンゴムなどで形成され、その形状は図３の右側に示すように、例えば円盤状で、活性炭シート１４を孔１２側へ押圧し、孔１２と活性炭シート１４の間に隙間が残らないようにする。なお活性炭シート１４は１層としても、あるいは３層以上としても良い。活性炭シート１４と孔１２との間の隙間が生じないようにすると、孔１０から進入する雰囲気は、活性炭シート１４を通らなければ、孔１２に達することがない。またスペーサ１６は弾性があるので、活性炭シート１４の厚さが変動しても、あるいはフィルタ８の内部のサイズが変動しても、活性炭シート１４を孔１２に密着させることができる。弾性スペーサ１６は活性炭シート１４を固定するので、活性炭シート１４が動き回って活性炭の微粒が生じることもない。

図４は従来例でのフィルタ９を示し、弾性スペーサ１６が無いことを除き、実施例のフィルタ８と同様である。この場合、活性炭シート１４の厚さにばらつきがあり、フィルタ９の内部のサイズにもばらつきがあるため、例えば図４のように、ガスセンサを横に寝かして使用すると、孔１０から活性炭シート１４を経由せずに孔１２へと到る流路が生じるおそれがある。すると対象ガスの検出を妨害する、アルコール、硫化水素、SO_Xなどのガスが、フィルタ材１４で処理されずにガスセンサ本体２４へ達する恐れがあり、このことは例えば誤報の原因となる。

EPDMからなる弾性スペーサ１６を用いたガスセンサ２を１個ずつ１００個ポリエチレン袋に密封し、６０℃の湿潤雰囲気に１ヶ月保存した後に、袋から取り出して室温に戻し、１日待って特性を測定した。ガスセンサ２の特性に高温放置前との差は見られず、このことは弾性スペーサ１６あるいはガスケット１８から、ガスセンサ本体２４を被毒するガスが放出されていないことを示している。またガスセンサ２を分解し、弾性スペーサ１６の外観を検査すると共に弾性率を測定したが、高温経験による変化は見られなかった。

実施例では孔１０を金属板８aの側部の傾斜面に設けたので、弾性スペーサ１６を金属板８ａ側に配置して、活性炭シート１４を金属板８ｂ側へ押圧した。しかし図５に示すように、リング状の弾性スペーサ１７で活性炭シート１４を、金属板８ａ側の孔１０’へ押圧しても良い。

実施例では、ガスセンサ２への応用を示したがこれに限るものではなく、任意のフィルタとして、実施例のフィルタを使用できる。例を図６に示す。５０は新たなフィルタで、５１は金属あるいはプラスチックの気密な容器で、ここでは上下２枚のプラスチック片をはめ合わせ、５２はガスの入口側の孔，５３はガスの出口側の孔である。容器５１内には、活性炭、シリカゲル、ゼオライト、水素吸蔵合金等の成型されたフィルタ材５４が保持され、フィルタ材５４に活性炭、シリカゲル等のガス吸着剤、あるいはゼオライト等のガス収着剤を用いる場合、Pt等の酸化触媒を担持させて不要なガスを分解しても良い。５６は例えばリング状の弾性スペーサで、フィルタ材５４を孔５２，５３のいずれかの側へ押圧して密着させる。このようなフィルタ５０は、計測機器等に用いて、サンプリングする空気中から不要なガスを除去するフィルタとして用いることができる。また防毒マスク、あるいは電子機器、化学機器等を流通する空気から、有害なガスを除去するフィルタなどに用いることができる。

この発明は、フィルタ材５４等を弾性スペーサ５６等の弾性体で押圧し、流路の所定の箇所に密着させることにより、フィルタ材５４等を迂回する隙間が生じないようにする点にある。フィルタ材を適宜の配管等に装着し、配管内のフランジ、オリフィス、つば等に弾性体でフィルタ材を押圧して密着させても良い。合成ゴム等の弾性スペーサは容器内でフィルタ材を押圧するのに適しているが、配管内では金属の板バネ等が適している。

図７は実施例のガス検知器を示し、ガスセンサ２の両電極間を流れる電流を、金属缶４とフィルタ８間の電流として、高増幅率の電流測定手段７０で取り出す。この電流は検出対象ガスであるＣＯの濃度等に比例し、ガス検出判定手段７２で所定の閾値と比較し、検出結果を表示手段７４で表示する。フィルタ８内の活性炭シート１４を弾性スペーサ１６，１７等で固定したので、ガス検知器を横向きに設置する、ガス検知器に振動あるいは衝撃等を加えるなどのことがあっても、活性炭シート１４を迂回する気流が生じず、安定したガスの検出が行える。

２ 電気化学ガスセンサ
４ 金属缶
６ 水
８ フィルタ
８ａ，８ｂ 金属板
１０，１２ 孔
１４ 活性炭シート
１６，１７ 弾性スペーサ
１８ ガスケット
２０ 拡散制御板
２２ 拡散制御孔
２４ ガスセンサ本体
２５ ワッシャ
２６ 孔
２８ くぼみ
３０ 多孔質セパレータ
３１ 検知極
３２ 対極
３３，３４ 疎水性カーボンシート
５０ フィルタ
５１ 気密な容器
５２ ガスの入口側の孔
５３ ガスの出口側の孔
５４ フィルタ材
５６ 弾性スペーサ

Claims (5)

1. 気体の流路と、フィルタ材と、前記フィルタ材を気体の流路に押圧密着させることにより、フィルタ材をバイパスする隙間の発生を防止する弾性体、とを備えたフィルタ。
2. 通気性を制限する孔を少なくとも２つ備えた容器にフィルタ材が配置され、前記フィルタ材が少なくとも一方の孔に弾性体により押圧密着させられたフィルタ。
3. 前記弾性体が、合成ゴム、合成樹脂のエラストマー、合成樹脂の粘弾性体、バネの少なくとも一員から成ることを特徴とする、請求項１または２のフィルタ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタを備えたことを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタを備えたことを特徴とするガス検出器。

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