JP2018054593A - Gas sensor and gas detection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor or gas detection device, which offers enhanced catalytic site performance and improved sensitivity to both methane and carbon monoxide.SOLUTION: A gas detection device 100 comprises a gas detection layer 10, a catalytic layer 11, a heater layer 6, a heating controller 12 that energizes the heater layer 6, and a gas detection unit 13 configured to measure a property of the gas detection layer 10 to detect a detection target gas. The heating controller 12 is configured to perform a first heating operation for heating the heater layer to first temperature for carbon monoxide detection and a second heating operation for heating the heater layer to second temperature that is higher than the first temperature. The catalytic layer 11 consists of a catalytic support for carrying a catalytic metal which includes at least one substance selected from the group comprising palladium, iridium, platinum, and rhodium. The catalytic support is principally made of a transition metal oxide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、検出対象ガスとの接触により特性が変化するガス検知部位と、ガス検知部位の少なくとも一部を覆って設けられる触媒部位と、ガス検知部位および触媒部位を加熱するヒータ部位とを有するガスセンサ、および上述のガスセンサと、ヒータ部位による加熱を制御する加熱制御部と、ガス検知部位の特性を測定して検出対象ガスを検出するガス検出部とを有するガス検知装置に関する。   The present invention includes a gas detection portion whose characteristics change by contact with the detection target gas, a catalyst portion provided to cover at least a part of the gas detection portion, and a heater portion that heats the gas detection portion and the catalyst portion. The present invention relates to a gas detection device including a gas sensor, the above-described gas sensor, a heating control unit that controls heating by a heater part, and a gas detection part that measures a characteristic of the gas detection part and detects a detection target gas.

このようなガス検知装置においては、加熱制御部によりヒータ部位による加熱を制御することにより、ガス検知部位を検出対象ガスの種類に応じた適切な温度にまで加熱して、この温度を保持した状態におけるガス検知部位の特性(電気抵抗値、電圧値など)に基づいて検出対象ガスを検出する。   In such a gas detection device, the heating control unit controls the heating by the heater part, thereby heating the gas detection part to an appropriate temperature according to the type of the detection target gas and maintaining this temperature. The detection target gas is detected on the basis of the characteristics (electric resistance value, voltage value, etc.) of the gas detection part.

特許文献1のガス検知装置では、触媒部位として、Al23(アルミナ)にPd(パラジウム)を触媒として担持させた焼結材が用いられる。触媒部位は、ヒータ部位により高温に加熱されて、CO(一酸化炭素)やH2(水素)等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させ、不活性なCH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガスを透過・拡散させてガス検知部位へ到達させる。これにより、CH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガスの検出精度が高められている。そしてガス検知装置は、ヒータ部位を高温(400〜500℃)に保持してメタン等の可燃性ガスを検知し、低温(約100〜200℃)に保持してCOを検知する、いわゆる可燃性ガス(例えばメタン)/COワンセンサとして動作させることもできる。 In the gas detection device of Patent Document 1, a sintered material in which Pd (palladium) is supported on Al 2 O 3 (alumina) as a catalyst is used as a catalyst portion. The catalyst part is heated to a high temperature by the heater part and burns reducing gases such as CO (carbon monoxide) and H 2 (hydrogen) and other miscellaneous gases, and is inert CH 4 (methane), C 3 H. 8 Permeate and diffuse combustible gas such as (propane) to reach the gas detection site. Thus, CH 4 (methane), the detection accuracy of the combustible gas, such as C 3 H 8 (propane) is enhanced. And a gas detection device hold | maintains a heater site | part at high temperature (400-500 degreeC), detects combustible gas, such as methane, hold | maintains at low temperature (about 100-200 degreeC), and detects CO, so-called combustibility. It can also be operated as a gas (eg methane) / CO one sensor.

特開2013−190232号公報JP 2013-190232 A

上述の可燃性ガス/COワンセンサ検知を行う場合、高温では触媒部位により検出対象ガスである可燃性ガス以外の水素、CO、アルコール等を燃焼させ、可燃性ガスを燃焼させることなく透過させることで、可燃性ガスを選択的に検知するものとされている。そして低温では、触媒部位がCOを燃焼させることなく透過させて、COを検知するとされている。しかし発明者らが、一般に触媒部位として用いられる上述の材料について実験を行ったところ、Pdを担持したアルミナは高温での可燃性ガスおよび低温でのCOの燃焼除去活性の抑制が十分でないため、ガス検知部へ到達するメタンや一酸化炭素の濃度が減少し、ガス感度が低下してしまうことから、必ずしも可燃性ガス/COワンセンサ検知を実現する上で最適な材料ではないことを見出した。   When the above-described combustible gas / CO one sensor detection is performed, by burning hydrogen, CO, alcohol, etc. other than the combustible gas that is the detection target gas at a high temperature and allowing the combustible gas to permeate without being burned. It is supposed to detect flammable gas selectively. At a low temperature, the catalyst site detects CO by allowing it to permeate without burning CO. However, the inventors conducted experiments on the above-mentioned materials that are generally used as catalyst sites. As a result, alumina supporting Pd does not sufficiently suppress the combustion removal activity of flammable gas at high temperature and CO at low temperature. It has been found that the concentration of methane and carbon monoxide reaching the gas detection unit decreases and gas sensitivity decreases, so that it is not necessarily an optimal material for realizing the combustible gas / CO one sensor detection.

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒部位の性能を高め、可燃性ガスおよびCOの両方の触媒部位における反応性の温度依存性を最適化し、可燃性ガスおよびCOの両方の検知温度における感度および選択性を向上させたガス検知装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to improve the performance of the catalytic site, optimize the temperature dependence of the reactivity at both the catalytic site of the combustible gas and CO, and An object of the present invention is to provide a gas detection device having improved sensitivity and selectivity at both detection temperatures of CO and CO.

<構成1>
上記目的を達成するためのガス検知装置の特徴構成は、
検出対象ガスとの接触により特性が変化するガス検知部位と、
前記ガス検知部位の少なくとも一部を覆って設けられる触媒部位と、
前記ガス検知部位および前記触媒部位を加熱するヒータ部位と、
前記ヒータ部位による加熱を制御する加熱制御部と、
前記ガス検知部位の特性を測定して検出対象ガスを検出するガス検出部とを有するガス検知装置であって、
前記加熱制御部は、
前記ヒータ部位による加熱を制御して前記ガス検知部位および前記触媒部位とを一酸化炭素検出用の第1温度に加熱する第1加熱動作と、
前記ヒータ部位による加熱を制御して前記ガス検知部位および前記触媒部位とを前記第1温度よりも高い第2温度に加熱する第2加熱動作とを行うよう構成され、
前記触媒部位が担体に触媒金属を担持させて構成され、前記触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を含み、前記担体の主成分が遷移金属酸化物である点にある。
<Configuration 1>
The characteristic configuration of the gas detection device for achieving the above object is as follows:
A gas detection region whose characteristics change due to contact with the detection target gas;
A catalyst portion provided to cover at least a part of the gas detection portion;
A heater part for heating the gas detection part and the catalyst part;
A heating control unit for controlling heating by the heater part;
A gas detection device having a gas detection unit that detects a gas to be detected by measuring characteristics of the gas detection site;
The heating controller is
A first heating operation for controlling heating by the heater part to heat the gas detection part and the catalyst part to a first temperature for detecting carbon monoxide;
A second heating operation for controlling the heating by the heater part to heat the gas detection part and the catalyst part to a second temperature higher than the first temperature;
The catalyst portion is configured by supporting a catalyst metal on a carrier, the catalyst metal includes at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum and rhodium, and the main component of the carrier is transitioned It is a metal oxide.

発明者らは、触媒部位として従来用いられる、Al23(アルミナ)を主成分とする担体に触媒金属としてPd(パラジウム)を触媒として担持させた焼結材(Pd/アルミナ)について、メタン(可燃性ガスの一例)およびCOとの反応性を実験により確認した。すると、可燃性ガス/COワンセンサでの可燃性ガスであるメタンの検知温度に相当する400℃では、メタンとの反応率は湿度によらず85〜88%という高い値になることが分かった。つまり400℃では、ガス検知装置に到達したメタンのうち、85〜88%が触媒部位で燃焼してしまい、僅か12〜15%のメタンだけがガス検知部位に到達し、メタン検知に寄与しているのである。一方でCO検知温度に相当する150℃では、COとの反応率は湿度によって42〜85%と変動し、高湿中では85%という高い値になることが分かった。つまりPd/アルミナは、メタン/COワンセンサでのメタンおよびCOの検知温度において、特に高湿中では大部分が触媒部位で反応してしまう。また、COの反応率が湿度によって大きく変動してしまう。 The inventors of the present invention have used methane as a sintered material (Pd / alumina), which is conventionally used as a catalyst part and has Pd (palladium) as a catalyst supported on a support mainly composed of Al 2 O 3 (alumina). (Example of combustible gas) and reactivity with CO were confirmed by experiments. Then, it was found that the reaction rate with methane becomes a high value of 85 to 88% regardless of humidity at 400 ° C. corresponding to the detection temperature of methane which is a combustible gas in the combustible gas / CO one sensor. That is, at 400 ° C., 85 to 88% of the methane that has reached the gas detection device burns at the catalytic site, and only 12 to 15% of the methane reaches the gas detection site, contributing to methane detection. It is. On the other hand, it was found that at 150 ° C. corresponding to the CO detection temperature, the reaction rate with CO varies from 42 to 85% depending on the humidity, and becomes a high value of 85% in high humidity. That is, most of Pd / alumina reacts at the catalytic site at the detection temperature of methane and CO in the methane / CO one sensor, particularly in high humidity. Also, the CO reaction rate varies greatly with humidity.

そこで発明者らは様々な物質を触媒部位の材質として検討した。触媒金属としてパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を用いると、可燃性ガスおよびCOの検知温度における触媒部位によるそれぞれのガスに対する選択性(検知対象ガス以外のガスの反応性)が大きくなることを見だした。そして、遷移金属酸化物を触媒部位の担体として用い、触媒金属としてパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を用いる本発明を完成したのである。   Therefore, the inventors examined various substances as materials for the catalytic site. When at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum and rhodium is used as the catalyst metal, selectivity for each gas by the catalytic site at the detection temperature of combustible gas and CO (gas to be detected) It has been found that the reactivity of other gases increases. Then, the present invention has been completed using a transition metal oxide as a support for the catalyst site and using at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum and rhodium as the catalyst metal.

<構成2>
すなわち上記の特徴構成によれば、触媒部位が担体に触媒金属を担持させて構成され、触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を含むことによって、触媒部位における第1温度(一酸化炭素検出用)での一酸化炭素の選択性、および第2温度(可燃性ガスの検出用)での可燃性ガスの選択性を従来より高くすることができるので、一酸化炭素および可燃性ガスのそれぞれの検知温度におけるガス検知装置の選択性を向上させることができる。触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも2つ以上の物質を含むと一酸化炭素および可燃性ガス両方の選択性向上をより高いレベルで追求できるようになり選択性の制御が容易となり更に好ましい。
<Configuration 2>
That is, according to the above characteristic configuration, the catalytic site is configured by supporting a catalytic metal on a support, and the catalytic metal includes at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum, and rhodium. To increase the selectivity of carbon monoxide at the first temperature (for detecting carbon monoxide) and the selectivity of the flammable gas at the second temperature (for detecting flammable gas) at the catalytic site. Therefore, the selectivity of the gas detection device at each detection temperature of carbon monoxide and combustible gas can be improved. If the catalyst metal contains at least two substances selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum and rhodium, it will be possible to pursue higher levels of selectivity for both carbon monoxide and combustible gases. It is more preferable because the control of the property becomes easy.

<構成3>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 3>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is that the catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, the iridium content in the catalyst site is 0.3 mass% or more, and the platinum content is It exists in the point which is 0.3 mass% or more.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、可燃性ガスまたはCOの検知における可燃性ガスおよびCOの選択性(検知対象ガス以外のガスの反応性)を高めた選択性の高いガス検知装置を提供することができる。   According to said characteristic structure, a catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, the iridium content rate in a catalyst part is 0.3 mass% or more, and the platinum content rate is 0.3 mass% or more. By this, compared with the conventional palladium catalyst, the gas detection apparatus with high selectivity which improved the selectivity (reactivity of gas other than detection object gas) of the combustible gas and CO in the detection of combustible gas or CO is provided. be able to.

<構成4>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下である点にある。
<Configuration 4>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, and the iridium content in the catalyst site is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less. The content of is in the range of 0.01 mass% to 7 mass%.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、CO検知時の触媒部位におけるCO燃焼除去反応性、およびメタン検知時の触媒部位におけるメタン燃焼除去反応性を低減することができる。従って、メタンおよびCOの両方に対する感度を向上させ、高感度なガス検知装置を提供することができる。なお担体を酸化ジルコニウムとし、イリジウムの含有率を0.5〜3質量%とし、白金の含有率を0.5〜5質量%とした種々の条件において、メタンとCOの感度が従来より高くなることが実験により確かめられている。   According to the above characteristic configuration, the catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, the iridium content in the catalytic site is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and the platinum content is 0.01% by mass. % Or more and 7% by mass or less can reduce the CO combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of CO detection and the methane combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of methane detection compared with the conventional palladium catalyst. . Therefore, the sensitivity with respect to both methane and CO can be improved, and a highly sensitive gas detection apparatus can be provided. Note that the sensitivity of methane and CO is higher than before under various conditions in which the carrier is zirconium oxide, the iridium content is 0.5 to 3% by mass, and the platinum content is 0.5 to 5% by mass. This has been confirmed by experiments.

<構成5>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 5>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is that the catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, the palladium content in the catalyst site is 0.3% by mass or more, and the platinum content is It exists in the point which is 0.3 mass% or more.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、可燃性ガスまたはCOの検知における可燃性ガスおよびCOの選択性(検知対象ガス以外のガスの反応性)を高めた選択性の高いガス検知装置を提供することができる。   According to said characteristic structure, a catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, the content rate of palladium in a catalyst part is 0.3 mass% or more, and the content rate of platinum is 0.3 mass% or more. By this, compared with the conventional palladium catalyst, the gas detection apparatus with high selectivity which improved the selectivity (reactivity of gas other than detection object gas) of the combustible gas and CO in the detection of combustible gas or CO is provided. be able to.

<構成6>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下である点にある。
<Configuration 6>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, and the content of palladium in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less. The content of is in the range of 0.01 mass% to 7 mass%.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、CO検知時の触媒部位におけるCO燃焼除去反応性、およびメタン検知時の触媒部位におけるメタン燃焼除去反応性を低減することができる。従って、メタンおよびCOの両方に対する感度を向上させ、高感度なガス検知装置を提供することができる。なお担体を酸化ジルコニウムとし、パラジウムの含有率を0.5〜3質量%とし、白金の含有率を0.5〜2質量%とした種々の条件において、メタンとCOの反応性が従来より大幅に低くなることが実験により確かめられている。   According to the above characteristic configuration, the catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, the palladium content in the catalyst site is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and the platinum content is 0.01% by mass. % Or more and 7% by mass or less can reduce the CO combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of CO detection and the methane combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of methane detection compared with the conventional palladium catalyst. . Therefore, the sensitivity with respect to both methane and CO can be improved, and a highly sensitive gas detection apparatus can be provided. Note that the reactivity of methane and CO was significantly higher than before under various conditions where the support was zirconium oxide, the palladium content was 0.5-3 mass%, and the platinum content was 0.5-2 mass%. It has been confirmed by experiments that the value is low.

<構成7>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、イリジウムの含有率が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 7>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is a mixture in which the catalytic metal contains palladium and iridium, a palladium content in the catalytic site is 0.3 mass% or more, and an iridium content is It exists in the point which is 0.3 mass% or more.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、イリジウムの含有率が0.3質量%以上であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、可燃性ガスまたはCOの検知における可燃性ガスおよびCOの選択性(検知対象ガス以外のガスの反応性)を高めた選択性の高いガス検知装置を提供することができる。   According to said characteristic structure, a catalyst metal is a mixture containing palladium and iridium, the content rate of palladium in a catalyst part is 0.3 mass% or more, and the content rate of iridium is 0.3 mass% or more. By this, compared with the conventional palladium catalyst, the gas detection apparatus with high selectivity which improved the selectivity (reactivity of gas other than detection object gas) of the combustible gas and CO in the detection of combustible gas or CO is provided. be able to.

<構成8>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、イリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下である点にある。
<Configuration 8>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is a mixture in which the catalytic metal contains palladium and iridium, and the palladium content in the catalytic site is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and iridium The content of is in the range of 0.01 mass% or more and 5 mass% or less.

上記の特徴構成によれば、触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、イリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であることにより、従来のパラジウム触媒と比べ、CO検知時の触媒部位におけるCO燃焼除去反応性、およびメタン検知時の触媒部位におけるメタン燃焼除去反応性を低減することができる。従って、メタンおよびCOの両方に対する感度を向上させ、高感度なガス検知装置を提供することができる。なお担体を酸化ジルコニウムとし、パラジウムの含有率を1〜3質量%、イリジウムの含有率を1〜2質量%とした複数の条件において、メタンとCOの反応性が従来より大幅に低くなることが実験により確かめられている。   According to the above characteristic configuration, the catalyst metal is a mixture containing palladium and iridium, the palladium content in the catalytic site is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and the iridium content is 0.01% by mass. % Or more and 5% by mass or less can reduce the CO combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of CO detection and the methane combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of methane detection, as compared with the conventional palladium catalyst. . Therefore, the sensitivity with respect to both methane and CO can be improved, and a highly sensitive gas detection apparatus can be provided. It should be noted that the reactivity of methane and CO may be significantly lower than in the past under a plurality of conditions in which the support is zirconium oxide, the palladium content is 1 to 3% by mass, and the iridium content is 1 to 2% by mass. It has been confirmed by experiments.

<構成9>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属は、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 9>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the catalyst metal includes one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium, and the content of the metal in the catalyst site. The total is 0.3% by mass or more.

発明者は触媒金属の組成について鋭意検討・実験を行い、上述の構成に係る触媒金属によれば、メタンおよびCO検知時それぞれの検知対象ガスに対する選択性(検知対象ガス以外のガスの反応性)を高められることを見出した。上記の特徴構成によれば、当該金属の含有量を0.3質量%以上とすることによって、メタンおよびCO検知時の検知対象ガス以外のガスの燃焼除去反応性を高めることができる。このため、メタンおよびCO検知時の検知対象ガスの選択性を高めることができる。   The inventor diligently examined and experimented on the composition of the catalyst metal, and according to the catalyst metal according to the above-described configuration, selectivity for the detection target gas at the time of detecting methane and CO (reactivity of gases other than the detection target gas) It was found that it can be improved. According to said characteristic structure, combustion removal reactivity of gas other than the detection target gas at the time of methane and CO detection can be improved by making content of the said metal into 0.3 mass% or more. For this reason, the selectivity of the detection object gas at the time of methane and CO detection can be improved.

<構成10>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒金属は、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計が0.01質量%以上6質量%以下である点にある。
<Configuration 10>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the catalyst metal includes one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium, and the content of the metal in the catalyst site. It exists in the point whose sum total is 0.01 mass% or more and 6 mass% or less.

発明者は触媒金属の組成について鋭意検討・実験を行い、上述の構成に係る触媒金属によれば、メタン検知時のメタンおよび一酸化炭素検知時の一酸化炭素に対するガス検知装置の感度を従来よりも高められることを見出した。上記の特徴構成によれば、貴金属含有量を0.01質量%以上6質量%以下とすることによって、メタン検知時の触媒部位におけるメタンの燃焼除去反応率およびを一酸化炭素検知時の触媒部位における一酸化炭素の燃焼除去反応率を低減することができる。このため、メタン検知時のメタン感度および一酸化炭素検知時の一酸化炭素感度を従来より高めることができる。   The inventor diligently studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and according to the catalyst metal according to the above-described configuration, the sensitivity of the gas detection device with respect to methane at the time of methane detection and carbon monoxide at the time of carbon monoxide detection has been improved. Also found that it can be enhanced. According to the above characteristic configuration, by setting the noble metal content to be 0.01% by mass or more and 6% by mass or less, the methane combustion removal reaction rate in the catalyst site at the time of methane detection and the catalyst site at the time of carbon monoxide detection The combustion removal reaction rate of carbon monoxide in can be reduced. For this reason, the methane sensitivity at the time of methane detection and the carbon monoxide sensitivity at the time of carbon monoxide detection can be improved conventionally.

<構成11>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 11>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the platinum content in the catalyst portion is 0.3% by mass or more.

白金の含有率を0.3質量%以上とすることによっても、メタンおよびCO検知時の検知対象ガスの選択性を高められることを見出した。上記の特徴構成によれば、メタンおよびCO検知時の検知対象ガス以外のガスの燃焼除去反応性を高めることができる。このため、メタンおよびCO検知時の検知対象ガスの選択性を高めることができる。   It has been found that the selectivity of the detection target gas at the time of detecting methane and CO can also be increased by setting the platinum content to 0.3 mass% or more. According to said characteristic structure, the combustion removal reactivity of gas other than the detection target gas at the time of methane and CO detection can be improved. For this reason, the selectivity of the detection object gas at the time of methane and CO detection can be improved.

<構成12>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒部位における白金の含有率が0.01質量%以上6質量%以下である点にある。
<Configuration 12>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is that the platinum content in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 6% by mass or less.

発明者らは触媒金属の組成について鋭意検討・実験を行い、白金の含有率を6質量%以下とすることによって、メタン検知時のメタンに対するガス検知装置の感度を従来よりも高められることを見出した。上記の特徴構成によれば、白金含有量を6質量%以下とすることによって、メタン検知時における触媒部位でのメタンの燃焼除去反応率を低減することができる。このため、メタン検知時のメタン感度を高めることができる。   The inventors have diligently studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and found that the sensitivity of the gas detection device for methane during methane detection can be improved by making the platinum content 6% by mass or less. It was. According to said characteristic structure, the combustion removal reaction rate of the methane in the catalyst site | part at the time of methane detection can be reduced by making platinum content into 6 mass% or less. For this reason, the methane sensitivity at the time of methane detection can be raised.

<構成13>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 13>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is that the total content of platinum and iridium is 0.3% by mass or more.

発明者らは触媒金属の組成について検討・実験を行い、上述の構成に係る触媒金属によれば、白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上とすることによっても、メタンおよびCO検知時の検知対象ガスの選択性を高められることを見出した。上記の特徴構成によれば、メタンおよびCO検知時の検知対象ガス以外のガスの反応性を高めることができる。このため、メタンおよびCO検知時の検知対象ガスの選択性を高めることができる。   The inventors have studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and according to the catalyst metal according to the above-described configuration, even when the total content of platinum and iridium is 0.3% by mass or more, methane and CO It was found that the selectivity of the detection target gas at the time of detection can be enhanced. According to said characteristic structure, the reactivity of gas other than the detection target gas at the time of methane and CO detection can be improved. For this reason, the selectivity of the detection object gas at the time of methane and CO detection can be improved.

<構成14>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒部位における白金とイリジウムの含有率の合計が0.01質量%以上4.5質量%以下である点にある。
<Configuration 14>
Another characteristic configuration of the gas detector according to the present invention is that the total content of platinum and iridium in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 4.5% by mass or less.

発明者らは触媒金属の組成について検討・実験を行い、上述の構成に係る触媒金属によれば、一酸化炭素および可燃性ガスの両方に対するガス検知装置の感度を更に高められることを見出した。すなわち、白金とイリジウムの含有率の合計を0.01質量%以上4.5%質量%以下とすることによってメタン検知時の触媒部位におけるメタン燃焼除去反応性を抑制し、一酸化炭素検知時の触媒部位における一酸化炭素燃焼除去反応性も抑制できることを見出した。上記の特徴構成によれば、一酸化炭素および可燃性ガスの両方に対するガス検知装置の感度をより高めることができる。なお、メタン感度を重視する場合は白金の濃度を高め(白金のみでも可)、一酸化炭素感度を重視する場合は、イリジウム濃度を高めるのがよい。これは、白金が一酸化炭素検知時の一酸化炭素反応性を有しており、イリジウムが白金の一酸化炭素反応性を抑制する作用があることによるものと考えられる。   The inventors have studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and found that the sensitivity of the gas detection device to both carbon monoxide and combustible gas can be further enhanced by the catalyst metal according to the above-described configuration. That is, by making the total content of platinum and iridium 0.01% by mass or more and 4.5% by mass or less, the methane combustion removal reactivity at the catalyst site at the time of methane detection is suppressed, and at the time of carbon monoxide detection It has been found that the carbon monoxide combustion removal reactivity at the catalytic site can also be suppressed. According to said characteristic structure, the sensitivity of the gas detection apparatus with respect to both carbon monoxide and combustible gas can be improved more. In the case where importance is attached to methane sensitivity, the concentration of platinum should be increased (only platinum is acceptable), and in the case where sensitivity to carbon monoxide is important, the iridium concentration should be increased. This is considered to be because platinum has carbon monoxide reactivity when carbon monoxide is detected, and iridium has an action of suppressing platinum carbon monoxide reactivity.

前記触媒部位における白金とイリジウムの含有率の合計が0.01質量%以上2.5質量%以下であってもよい。   The total content of platinum and iridium in the catalyst portion may be 0.01% by mass or more and 2.5% by mass or less.

発明者らは触媒金属の組成について検討・実験を行い、上述の構成に係る触媒金属によれば、メタンに対するガス検知装置の感度をさらに高められることを見出した。すなわち、白金およびイリジウムを含有することによってメタンおよび一酸化炭素の感度を高められるが、触媒濃度が高いとメタン検知温度における触媒部位におけるメタンの燃焼除去反応性が高まることにより、メタン感度が抑制されてしまうことを見出した。前記触媒部位における白金とイリジウムの含有率の合計が0.01質量%以上2.5質量%以下にすると、メタン検知温度における触媒部位におけるメタンの燃焼除去反応性を大幅に抑制し、ガス検知装置のメタン感度をより一層高めることができる。   The inventors have studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and found that the sensitivity of the gas detection device to methane can be further enhanced by the catalyst metal according to the above-described configuration. That is, the sensitivity of methane and carbon monoxide can be increased by containing platinum and iridium, but if the catalyst concentration is high, the methane combustion removal reactivity at the catalytic site at the methane detection temperature is increased, thereby suppressing the methane sensitivity. I found out. When the total content of platinum and iridium in the catalyst part is 0.01% by mass or more and 2.5% by mass or less, the combustion removal reactivity of the methane in the catalyst part at the methane detection temperature is greatly suppressed, and the gas detection device The methane sensitivity of can be further increased.

<構成15>
本発明に係るガス検知装置の別の特徴構成は、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.3質量%以上である点にある。
<Configuration 15>
Another characteristic configuration of the gas detection device according to the present invention is that the iridium content in the catalyst portion is 0.3% by mass or more.

発明者らは触媒金属の組成について検討・実験を行い、イリジウムを0.3質量%以上含有することにより、一酸化炭素を検知する加熱温度における一酸化炭素に対する触媒部位における燃焼除去反応性を抑制できることを見出した。上記の特徴構成によれば、一酸化炭素に対するガス検知装置の感度をより一層高めることができる。   The inventors have studied and experimented on the composition of the catalytic metal, and by containing 0.3% by mass or more of iridium, the combustion removal reactivity at the catalytic site for carbon monoxide at the heating temperature at which carbon monoxide is detected is suppressed. I found out that I can do it. According to said characteristic structure, the sensitivity of the gas detection apparatus with respect to carbon monoxide can be improved further.

前記触媒部位における白金の含有率が0.7質量%以上であってもよい。   The platinum content in the catalyst portion may be 0.7% by mass or more.

発明者らは触媒金属の組成について検討・実験を行い、触媒金属の組成によっては、一酸化炭素を検知する加熱温度において、水素感度の発現を抑制する手段を見出した。前記触媒部位における白金の含有率が0.7質量%以上にすると、白金の有する高い水素燃焼作用によって水素感度の発現を抑制することができる。   The inventors have studied and experimented on the composition of the catalyst metal, and found a means for suppressing the expression of hydrogen sensitivity at the heating temperature at which carbon monoxide is detected depending on the composition of the catalyst metal. When the platinum content in the catalyst portion is 0.7% by mass or more, the development of hydrogen sensitivity can be suppressed by the high hydrogen combustion action of platinum.

以上述べた触媒金属は、遷移金属酸化物を担体として用いた触媒部位に好適に適用できる。
発明者らは、担体として遷移金属酸化物を用いると、従来用いられるアルミナ担体と比べて、メタンおよびCOの検知温度におけるメタンおよびCOの燃焼除去反応率の湿度依存性が小さいことを見出した。特に、第3族元素の酸化物、第4族元素の酸化物、および第5族元素の酸化物のうち少なくとも一つの酸化物であれば効果は顕著であることを見出した。また、酸化ジルコニウムまたは酸化チタンであれば、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム等の貴金属を高分散に担持することができ、熱的安定性も高いため貴金属担持に好適であり、更に好ましい。
The catalytic metal described above can be suitably applied to a catalytic site using a transition metal oxide as a support.
The inventors have found that when a transition metal oxide is used as the support, the humidity dependency of the combustion removal reaction rate of methane and CO at the detected temperature of methane and CO is smaller than that of a conventionally used alumina support. In particular, it has been found that the effect is remarkable if it is at least one oxide among Group 3 element oxide, Group 4 element oxide, and Group 5 element oxide. Zirconium oxide or titanium oxide is preferable and more preferable for supporting noble metals such as palladium, platinum, iridium, rhodium and the like because they can be supported in a highly dispersed state and have high thermal stability.

<構成16>
以上述べた触媒部位は、第1温度が250℃以下、より望ましくは150℃以下であり、第2温度が300℃以上、より望ましくは400℃以上であるガス検知装置に好適に用いることができる。第1温度が250℃を超えると触媒部位における一酸化炭素の反応性が高まり、一酸化炭素の感度が大幅に低下してしまう。また、第2温度が300℃よりも低くなるとガス検知部位における表面吸着酸素と可燃性ガスとの反応進行しなくなるため可燃性ガス感度が発現しなくなってしまう。
<Configuration 16>
The catalyst portion described above can be suitably used for a gas detection device having a first temperature of 250 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and a second temperature of 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher. . When the first temperature exceeds 250 ° C., the reactivity of carbon monoxide at the catalytic site increases, and the sensitivity of carbon monoxide is greatly reduced. In addition, when the second temperature is lower than 300 ° C., the reaction between the surface adsorbed oxygen and the combustible gas at the gas detection site does not proceed, so that the combustible gas sensitivity does not appear.

また以上述べた触媒部位は、ガス検知部位の主成分が酸化スズであるガス検知装置に対して好適に適用できる。なお、ガス検知部位の主成分としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、複合酸化物等を用いてもよい。   Moreover, the catalyst site | part described above can be applied suitably with respect to the gas detection apparatus whose main component of a gas detection site | part is a tin oxide. Note that indium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, composite oxide, or the like may be used as the main component of the gas detection site.

また本発明は、前記触媒部位が前記ガス検知部位の検出対象ガスに接触しうる部位の全体を少なくとも覆って設けられるガス検知装置に対して好適に適用でき、検知対象ガスの選択性を確実に得ることができる。   In addition, the present invention can be suitably applied to a gas detection device that is provided so as to cover at least the entire part of the gas detection part that can contact the detection target gas of the gas detection part, thereby ensuring the selectivity of the detection target gas. Can be obtained.

<構成17>
また本発明は、前記加熱制御部が、前記ヒータ部位による加熱を行う加熱動作と、前記ヒータ部位による加熱を停止する非加熱動作とを行うよう構成されているガス検知装置において、より好適に適用される。
<Configuration 17>
Further, the present invention is more suitably applied to a gas detection device in which the heating control unit is configured to perform a heating operation for performing heating by the heater part and a non-heating operation for stopping heating by the heater part. Is done.

<構成18>
また、前記ガス検知部位と、前記触媒部位と、前記ヒータ部位とを有し、前記触媒部位が担体に触媒金属を担持させて構成され、前記触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を含むガスセンサは、第1温度(一酸化炭素検出用)での一酸化炭素の選択性、および第2温度(可燃性ガスの検出用)での可燃性ガスの選択性を従来より高くすることができるので、一酸化炭素および可燃性ガスのそれぞれ選択性を向上させることができるガスセンサとして適用するのに好適である。
<Configuration 18>
Further, the gas detection part, the catalyst part, and the heater part are provided, the catalyst part is configured by supporting a catalyst metal on a carrier, and the catalyst metal is configured by palladium, iridium, platinum, and rhodium. A gas sensor including at least one substance selected from the group consisting of: a carbon monoxide selectivity at a first temperature (for detecting carbon monoxide); and a combustible gas at a second temperature (for detecting a flammable gas). Since the selectivity of the reactive gas can be made higher than before, it is suitable for application as a gas sensor that can improve the selectivity of each of carbon monoxide and combustible gas.

ガス検知装置の概要を示す概略図Schematic showing the outline of the gas detector 実験例aのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example a 実験例bのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example b 実験例cのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example c 実験例dのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example d 実験例eのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example e 実験例fのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example f 実験例gのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example g ガス検知装置の構造を示す概略図Schematic showing the structure of the gas detector ガス検知装置の構造を示す概略図Schematic showing the structure of the gas detector 実験例hのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing the temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Example h 実験例iのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example i 実験例jのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example j 実験例kのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example k 実験例lのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example l 実験例mのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example m 実験例nのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing the temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Example n 実験例oのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example o 実験例pのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example p 実験例qのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing the temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Example q 実験例rのメタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性を示すグラフGraph showing temperature dependence and humidity dependence of methane and CO sensitivity in Experimental Example r 実験例a、b、c、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、p、q、およびrのCO感度とメタン感度の実験結果を示すグラフGraph showing experimental results of CO sensitivity and methane sensitivity of experimental examples a, b, c, e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, p, q, and r 実験例a、f、g、i、j、k、l、n、p、およびrのCO感度とメタン感度の実験結果を示すグラフGraph showing experimental results of CO sensitivity and methane sensitivity of Experimental Examples a, f, g, i, j, k, l, n, p, and r 実験例f、g、i、j、k、l、およびnのCO感度とメタン感度の実験結果を示すグラフGraph showing experimental results of CO sensitivity and methane sensitivity of Experimental Examples f, g, i, j, k, l, and n 実験例f、g、i、j、l、およびnのCO感度とメタン感度の実験結果を示すグラフGraph showing experimental results of CO sensitivity and methane sensitivity of Experimental Examples f, g, i, j, l, and n

本実施形態に係るガス検知装置100を図1に基づいて説明する。ガス検知装置100は、センサ素子20と、加熱制御部12と、ガス検出部13とを有する。センサ素子20は、ガス検知層10(ガス検知部位の一例)と、触媒層11(触媒部位の一例)と、ヒータ層6(ヒータ部位の一例)とを有している。   A gas detection apparatus 100 according to this embodiment will be described with reference to FIG. The gas detection device 100 includes a sensor element 20, a heating control unit 12, and a gas detection unit 13. The sensor element 20 includes a gas detection layer 10 (an example of a gas detection part), a catalyst layer 11 (an example of a catalyst part), and a heater layer 6 (an example of a heater part).

ガス検知装置100は、加熱制御部12によりヒータ層6への通電を行うことにより、ガス検知層10を検出対象ガスの種類に応じた適切な温度にまで加熱して、この温度を保持した状態におけるガス検知層10の特性(電気抵抗値、電圧値など)に基づいて検出対象ガスを検出する。本実施形態では、検出対象ガスとしてメタンと一酸化炭素とを想定している。   The gas detection device 100 heats the gas detection layer 10 to an appropriate temperature according to the type of the detection target gas by energizing the heater layer 6 with the heating control unit 12, and maintains this temperature. The detection target gas is detected based on the characteristics (electric resistance value, voltage value, etc.) of the gas detection layer 10 in FIG. In this embodiment, methane and carbon monoxide are assumed as detection target gases.

触媒層11は、ヒータ層6により加熱されて高温となり、その温度において活性のある(燃焼する)可燃性ガスを燃焼させ、その温度では不活性な可燃性ガスを透過・拡散させてガス検知層10へ到達させる。これにより、加熱温度を適切に制御することによって検出対象ガス(たとえば、CH4(メタン)、C38(プロパン)等)の可燃性ガスの検出精度が高められている。換言すれば触媒層11は、検出対象ガス以外の水素ガス、アルコールガスなどの還元性ガス(非検出対象ガス)を燃焼させてガス検知層10に到達しないようにし、ガス検知装置100にガス選択性を持たせる機能を有する。従って、メタン/COワンセンサ検知を行う場合、高温(400℃以上)でメタンの検出精度を高め(メタン以外の水素、CO、アルコール等を燃焼除去し、メタンのみを透過させ)、低温(150℃以下)でCOの検出精度を高める(CO以外の水素、アルコール等を燃焼除去し、COは燃焼させない)ように触媒金属組成を最適化する必要がある。なお、低温(150℃以下)でメタンは触媒層11にて燃焼除去されないが、ガス検知層10においてもその温度域では反応しない(300℃以上でないと反応しない)ため、ガス検知層10へ到達したとしても検出されない。 The catalyst layer 11 is heated by the heater layer 6 to a high temperature, combusts a combustible gas that is active (combusts) at that temperature, and permeates and diffuses the inflammable gas that is inactive at that temperature, thereby detecting the gas detection layer. 10 is reached. Thus, the detection target gas by appropriately controlling the heating temperature (for example, CH 4 (methane), C 3 H 8 (propane), etc.) the detection accuracy of the combustible gas is enhanced. In other words, the catalyst layer 11 burns reducing gas (non-detection target gas) such as hydrogen gas and alcohol gas other than the detection target gas so as not to reach the gas detection layer 10, and the gas detection device 100 selects the gas. It has the function to give sex. Therefore, when performing methane / CO one-sensor detection, the detection accuracy of methane is increased at high temperatures (400 ° C or higher) (hydrogen, CO, alcohol, etc. other than methane are burned and removed, and only methane is permeated), and low temperatures (150 ° C) In the following, it is necessary to optimize the catalyst metal composition so as to increase CO detection accuracy (combustion and removal of hydrogen, alcohol, etc. other than CO, and CO is not combusted). Note that methane is not burned and removed in the catalyst layer 11 at a low temperature (150 ° C. or less), but does not react in the temperature range of the gas detection layer 10 (it does not react unless the temperature is 300 ° C. or higher), and thus reaches the gas detection layer 10. Even if it does, it is not detected.

(センサ素子)
センサ素子20は、支持層5の端部がシリコン基板1に支持された、ダイアフラム構造をとる。支持層5は、熱酸化膜2と、Si34膜3と、SiO2膜4とが順に積層されて形成されている。そして支持層5の上にヒータ層6が形成され、ヒータ層6の全体を覆って絶縁層7が形成され、絶縁層7の上に一対の接合層8が形成され、接合層8の上に電極層9が形成されている。ヒータ層6は通電により発熱してガス検知層10および触媒層11を加熱する。センサ素子20は、ブリッジ構造をとってもよく、ヒータ層6は、電極を兼用してもよい。
(Sensor element)
The sensor element 20 has a diaphragm structure in which the end portion of the support layer 5 is supported by the silicon substrate 1. The support layer 5 is formed by sequentially laminating a thermal oxide film 2, a Si 3 N 4 film 3, and a SiO 2 film 4. A heater layer 6 is formed on the support layer 5, an insulating layer 7 is formed to cover the entire heater layer 6, a pair of bonding layers 8 is formed on the insulating layer 7, and the bonding layer 8 is formed on the bonding layer 8. An electrode layer 9 is formed. The heater layer 6 generates heat when energized to heat the gas detection layer 10 and the catalyst layer 11. The sensor element 20 may have a bridge structure, and the heater layer 6 may also serve as an electrode.

絶縁層7の上の、一対の電極層9の間に、ガス検知層10が形成されている。ガス検知層10は、金属酸化物を主成分とする半導体の層である。本実施形態では、ガス検知層10として酸化スズ(SnO2)を主成分とする混合物を用いる。ガス検知層10は、検出対象ガスとの接触により電気抵抗値が変化する。 A gas detection layer 10 is formed between the pair of electrode layers 9 on the insulating layer 7. The gas detection layer 10 is a semiconductor layer mainly composed of a metal oxide. In the present embodiment, a mixture containing tin oxide (SnO 2 ) as a main component is used as the gas detection layer 10. The electric resistance value of the gas detection layer 10 changes due to contact with the detection target gas.

ガス検知層10の上に、ガス検知層10を覆う形態にて、触媒層11が形成されている。触媒層11は、金属酸化物を主成分とする担体に、触媒金属を担持させて構成される。具体的には、触媒金属を担持した金属酸化物をバインダーを介して互いに結合させて形成される。ガス検知層10は、厚さが0.2〜1.6μm程度の薄膜としてもよいし、1.6μmを越える厚さを有する膜(厚膜)としてもよい。   A catalyst layer 11 is formed on the gas detection layer 10 so as to cover the gas detection layer 10. The catalyst layer 11 is configured by supporting a catalyst metal on a carrier whose main component is a metal oxide. Specifically, a metal oxide carrying a catalyst metal is bonded to each other through a binder. The gas detection layer 10 may be a thin film having a thickness of about 0.2 to 1.6 μm or a film (thick film) having a thickness exceeding 1.6 μm.

触媒金属としては、検出対象ガスの検出に際して誤検知を引き起こし得る干渉ガス(エタノールやH2(水素)等の還元性ガスその他の雑ガス)を、酸化除去できる触媒となる金属を用いる。触媒金属としてパラジウム(Pd)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)等が使用可能であるが、本実施形態では、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウムのうち少なくとも一つを含むものを用いる。 As the catalyst metal, a metal that is a catalyst capable of oxidizing and removing an interference gas (reducing gas or other miscellaneous gas such as ethanol or H 2 (hydrogen)) that may cause erroneous detection when detecting the detection target gas is used. Palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), etc. can be used as the catalyst metal. In this embodiment, the catalyst metal contains at least one of palladium, platinum, iridium, and rhodium. Is used.

触媒金属を担持する担体としては、従来はアルミナ(Al23)が主として用いられてきた。本実施形態では、遷移金属酸化物、なかでも第3族元素の酸化物、第4族元素の酸化物、および第5族元素の酸化物のうち少なくとも一つの酸化物を用いる。例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化ランタン(La23)、酸化チタン(TiO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ニオブ(Nb25)、または酸化タンタル(Ta25)を用いることができる。 Conventionally, alumina (Al 2 O 3 ) has been mainly used as a carrier for supporting a catalytic metal. In the present embodiment, at least one oxide among transition metal oxides, in particular, Group 3 element oxides, Group 4 element oxides, and Group 5 element oxides is used. For example, zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be used.

担体を結合させるバインダーとしては、金属酸化物の微粉末、例えば酸化ジルコニウム、シリカ微粉末、シリカゾル、マグネシア等を用いることができる。バインダーとしての微量の使用であれば、触媒層11の機能を阻害しない範囲で、アルミナ微粉末またはアルミナゾルを用いることも可能である。   As the binder for binding the carrier, metal oxide fine powders such as zirconium oxide, silica fine powder, silica sol, magnesia and the like can be used. If it is used in a very small amount as a binder, it is possible to use alumina fine powder or alumina sol as long as the function of the catalyst layer 11 is not impaired.

上述した触媒金属、担体としての金属酸化物、バインダーはいずれも、1種類を単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。   Any of the above-described catalyst metals, metal oxides as supports, and binders may be used alone or in combination of two or more.

触媒層11に含有される触媒金属の量は、触媒金属と担体の合計質量に対して0.3〜9質量%とするのが好適であり、さらに望ましくは触媒金属と担体の合計質量に対して0.5質量%〜6質量%とするのが良い。   The amount of the catalyst metal contained in the catalyst layer 11 is preferably 0.3 to 9% by mass with respect to the total mass of the catalyst metal and the support, and more preferably with respect to the total mass of the catalyst metal and the support. It is good to set it as 0.5 mass%-6 mass%.

触媒層11に含有される触媒金属は、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含むと好適である。この場合、触媒部位における当該金属の含有率の合計が0.3質量%以上6質量%以下とするとよい。触媒部位における当該金属の含有率の合計を1質量%以上5質量%以下とすることで、一酸化炭素およびメタンに対するガス検知装置の感度を高められることが、後述の実験により確認されている。   The catalyst metal contained in the catalyst layer 11 preferably contains one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum and iridium. In this case, it is preferable that the total content of the metal in the catalyst portion is 0.3% by mass or more and 6% by mass or less. It has been confirmed by experiments to be described later that the sensitivity of the gas detection device with respect to carbon monoxide and methane can be increased by setting the total content of the metal in the catalyst portion to 1% by mass or more and 5% by mass or less.

また、前記触媒部位における白金の含有率を0.3質量%以上とすると好適である。前記触媒部位における白金の含有率を0.5質量%以上とすることで、可燃性ガス(メタン等)に対するガス検知装置の感度を高められることが、後述の実験により確認されている。また、前記触媒部位における白金の含有率は6質量%以下とするのがよい。触媒部位における白金の含有率が6質量%を超えると、メタン検知時のメタンの反応性が高まりメタンが燃焼されてメタン感度が大きく低下することが予想される。前記触媒部位における白金の含有率が5質量%のもので、白金の含有率が3質量%のものと比べてメタン感度が低下していることが後述の実験により確認されている。   In addition, it is preferable that the platinum content in the catalyst portion is 0.3% by mass or more. It has been confirmed by experiments to be described later that the platinum content in the catalyst portion is 0.5% by mass or more, whereby the sensitivity of the gas detection device to combustible gas (methane or the like) can be increased. The platinum content in the catalyst portion is preferably 6% by mass or less. If the platinum content in the catalyst portion exceeds 6% by mass, it is expected that the reactivity of methane at the time of methane detection increases and the methane is burned to greatly reduce the methane sensitivity. It has been confirmed by an experiment described later that the platinum content in the catalyst portion is 5% by mass, and the methane sensitivity is lower than that in the platinum content of 3% by mass.

触媒層11に含有される触媒金属は、イリジウムまたは白金を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計を0.3質量%以上、望ましくは0.7質量%以上、4.5質量%以下とするとさらに好ましい。前記触媒部位における白金の含有率を0.5質量%以上とし、当該金属の含有率の合計を1質量%以上4質量%以下の組成とすることで、一酸化炭素検知時の一酸化炭素の反応性、およびメタン検知時のメタンの反応性の両方を抑制することができ、一酸化炭素およびメタンに対するガス検知装置の感度を更に高めることができることが、後述の実験により確認されている。   The catalyst metal contained in the catalyst layer 11 contains iridium or platinum, and the total content of the metals in the catalyst portion is 0.3% by mass or more, desirably 0.7% by mass or more, 4.5% by mass. The following is more preferable. The platinum content in the catalyst portion is 0.5 mass% or more, and the total content of the metals is 1 mass% or more and 4 mass% or less, so that carbon monoxide at the time of carbon monoxide detection is obtained. It has been confirmed by experiments described later that both the reactivity and the reactivity of methane at the time of methane detection can be suppressed, and the sensitivity of the gas detection device to carbon monoxide and methane can be further increased.

触媒層11に含有される触媒金属は、イリジウムまたは白金を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計を0.3質量%以上、望ましくは0.7質量%以上、2.5質量%以下とするとより一層好ましい。前記触媒部位における白金の含有率を0.5質量%以上とし、当該金属の含有率の合計を1質量%以上2質量%以下の組成とすることで、メタン検知時のメタンの反応性をさらに抑制することができ、メタンに対するガス検知装置の感度を更に高めることができることが、後述の実験により確認されている。   The catalyst metal contained in the catalyst layer 11 contains iridium or platinum, and the total content of the metals in the catalyst portion is 0.3% by mass or more, desirably 0.7% by mass or more, 2.5% by mass. The following is even more preferable. The platinum content in the catalyst portion is 0.5% by mass or more, and the total content of the metals is 1% by mass or more and 2% by mass or less to further increase the reactivity of methane at the time of methane detection. It has been confirmed by experiments to be described later that it can be suppressed and the sensitivity of the gas detector to methane can be further increased.

また、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率を0.3質量%以上とすると好適である。パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計を1質量%以上4質量%以下とし、イリジウムの含有率を0.5質量%以上とすることで、一酸化炭素検知時の一酸化炭素の反応性を抑制することができ、一酸化炭素に対するガス検知装置の感度をより高められることが、後述の実験により確認されている   Further, it is preferable that the content of iridium in the catalyst portion is 0.3% by mass or more. One or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium are included, the total content of the metals in the catalyst portion is 1% by mass or more and 4% by mass or less, and the iridium content is 0.00. It is confirmed by an experiment described later that the reactivity of carbon monoxide at the time of detecting carbon monoxide can be suppressed and the sensitivity of the gas detection device with respect to carbon monoxide can be further increased by setting the amount to 5% by mass or more. ing

また、前記触媒部位における白金の含有率を0.7質量%以上とすると好適である。前記触媒部位における白金の含有率を1質量%以上とすることで、一酸化炭素検知時の水素ガスの反応性を高められることができ、一酸化炭素検知時の水素ガス感度を抑制できることが、後述の実験により確認されている。   Moreover, it is suitable when the content rate of platinum in the said catalyst site | part shall be 0.7 mass% or more. By making the platinum content in the catalyst site 1% by mass or more, the reactivity of hydrogen gas at the time of detecting carbon monoxide can be increased, and the sensitivity of hydrogen gas at the time of detecting carbon monoxide can be suppressed. This has been confirmed by the experiment described below.

(加熱制御部)
加熱制御部12は、ヒータ層6に通電する通電動作(ヒータ部位による加熱を行う加熱動作)と、ヒータ層6に通電しない非通電動作(ヒータ部位による加熱を停止する非加熱動作)とを行うよう構成される。また加熱制御部12は、ヒータ層6の温度を変動させるよう構成されており、ヒータ層6の温度を設定された任意の温度へ加熱することが可能なように構成されている。
(Heating control unit)
The heating control unit 12 performs an energization operation for energizing the heater layer 6 (heating operation for heating by the heater part) and a non-energization operation for not energizing the heater layer 6 (non-heating operation for stopping the heating by the heater part). It is configured as follows. The heating control unit 12 is configured to vary the temperature of the heater layer 6, and is configured to be able to heat the temperature of the heater layer 6 to a set arbitrary temperature.

具体的には加熱制御部12は、図示しない電池等の電源から電源供給を受け、センサ素子20のヒータ層6に通電して、センサ素子20を加熱する。加熱する温度、すなわちガス検知層10および触媒層11の到達温度は、例えばヒータ層6に印可する電圧を変更することにより、制御される。   Specifically, the heating control unit 12 receives power supply from a power source such as a battery (not shown) and energizes the heater layer 6 of the sensor element 20 to heat the sensor element 20. The heating temperature, that is, the ultimate temperature of the gas detection layer 10 and the catalyst layer 11 is controlled, for example, by changing the voltage applied to the heater layer 6.

(ガス検出部)
ガス検出部13は、ガス検知層10の特性を測定して検出対象ガスを検出する。本実施形態ではガス検出部13は、一対の電極層9の間の電気抵抗値(電気的特性)を測定することにより、ガス検知層10の抵抗値を測定して、その変化から検出対象ガスの濃度を検出する。
(Gas detection part)
The gas detection unit 13 detects the detection target gas by measuring the characteristics of the gas detection layer 10. In the present embodiment, the gas detection unit 13 measures the resistance value of the gas detection layer 10 by measuring the electrical resistance value (electrical characteristic) between the pair of electrode layers 9, and detects the detection target gas from the change. The concentration of is detected.

(検出対象ガスの検出)
以上の様に構成されたガス検知装置100における、検出対象ガスの検出の際の動作について説明する。
(Detection of detection target gas)
An operation in detecting the detection target gas in the gas detection device 100 configured as described above will be described.

まずガス検知装置100にてCH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガス(検出対象ガス)を検出する場合を説明する。加熱制御部12によりヒータ層6に通電して、0.05秒〜0.5秒の間、ガス検知層10および触媒層11を300℃〜500℃に加熱する。この間にガス検出部13がガス検知層10の抵抗値を測定して、その値からCH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガスの濃度を検出する。その後、ヒータ層6への通電を停止する。 First, the case where the gas detection device 100 detects a combustible gas (detection target gas) such as CH 4 (methane) or C 3 H 8 (propane) will be described. The heater control unit 12 energizes the heater layer 6 to heat the gas detection layer 10 and the catalyst layer 11 to 300 ° C. to 500 ° C. for 0.05 seconds to 0.5 seconds. During this time, the gas detection unit 13 measures the resistance value of the gas detection layer 10 and detects the concentration of combustible gas such as CH 4 (methane) or C 3 H 8 (propane) from the measured value. Thereafter, power supply to the heater layer 6 is stopped.

この間、高温になった触媒層11では、触媒金属が触媒となって、CO(一酸化炭素)やH2(水素)等の還元性ガスその他の雑ガスが燃焼する。そして不活性なCH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガスは、触媒層11を透過・拡散して、ガス検知層10へ到達し、ガス検知層10の金属酸化物(酸化スズ)と反応し、抵抗値を変化させる。以上の様にして、ガス検知装置100でCH4(メタン)、C38(プロパン)等の可燃性ガス(検出対象ガス)が検出される。 During this time, in the catalyst layer 11 that has become hot, the catalytic metal serves as a catalyst, and reducing gases such as CO (carbon monoxide) and H 2 (hydrogen) and other miscellaneous gases burn. The inflammable gas such as inert CH 4 (methane) and C 3 H 8 (propane) permeates and diffuses through the catalyst layer 11 to reach the gas detection layer 10, and the metal oxide of the gas detection layer 10. Reacts with (tin oxide) to change the resistance value. As described above, the gas detector 100 detects flammable gases (detection target gases) such as CH 4 (methane) and C 3 H 8 (propane).

次にガス検知装置100にてCO(一酸化炭素)を検出する場合を説明する。ヒータ層6への通電を制御して、ガス検知層10および触媒層11を50℃〜250℃にし、0.05秒〜0.5秒の間温度を保持する。この間にガス検出部13がガス検知層10の抵抗値を測定して、その値からCO(一酸化炭素)の濃度を検出する。その後、ヒータ層6への通電を停止する。以上の様にして、ガス検知装置100でCO(一酸化炭素、検出対象ガス)が検出される。   Next, the case where CO (carbon monoxide) is detected by the gas detector 100 will be described. The energization to the heater layer 6 is controlled to set the gas detection layer 10 and the catalyst layer 11 to 50 ° C. to 250 ° C., and the temperature is maintained for 0.05 seconds to 0.5 seconds. During this time, the gas detection unit 13 measures the resistance value of the gas detection layer 10 and detects the concentration of CO (carbon monoxide) from the measured value. Thereafter, power supply to the heater layer 6 is stopped. As described above, CO (carbon monoxide, detection target gas) is detected by the gas detection device 100.

これらの通電動作は、低温動作(一酸化炭素検出用温度よりも低い温度での加熱動作または休止動作)を挟んで、繰り返し行われる。本実施形態では、ガス検知装置100はメタンと一酸化炭素とを一つのセンサで検知するメタン/COワンセンサとして構成され、400℃に加熱する通電動作を行い、次に低温動作を行い、その後、150℃に加熱する通電動作を行い、再度、低温動作を行い、以上の動作を繰り返し行う。また、通電動作時間、低温動作時間、加熱温度等は適宜変更でき、低温動作はなくても良く、400℃加熱と150℃加熱の出現頻度は一定でなくても良い(例えば、400℃加熱1回に対して150℃加熱を5回繰り返すなど)。   These energization operations are repeatedly performed with a low-temperature operation (a heating operation or a pause operation at a temperature lower than the carbon monoxide detection temperature) interposed therebetween. In this embodiment, the gas detection device 100 is configured as a methane / CO one sensor that detects methane and carbon monoxide with one sensor, performs an energization operation of heating to 400 ° C., then performs a low temperature operation, and then An energization operation of heating to 150 ° C. is performed, a low temperature operation is performed again, and the above operation is repeated. Further, the energization operation time, the low temperature operation time, the heating temperature, and the like can be changed as appropriate, the low temperature operation may not be required, and the appearance frequency of 400 ° C. heating and 150 ° C. heating may not be constant (for example, 400 ° C. heating 1 The heating at 150 ° C. is repeated 5 times for each time).

(メタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性)
メタンおよびCOに対するセンサ感度の温度依存性および湿度依存性を明らかにするため、担体の種類と触媒金属の種類・量を変更したサンプルを作成し、CO・メタンガス感度の温度および湿度による変化を測定した。測定対象は以下の7種のサンプルである。
(実験例a)担体としての酸化ジルコニウムに1質量%のパラジウム、1質量%のイリジウムおよび1質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例b)担体としての酸化ジルコニウムに3質量%のイリジウムおよび2質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例c)担体としての酸化ジルコニウムに3質量%のパラジウムおよび2質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例d)担体としての酸化ジルコニウムに3質量%のパラジウムおよび2質量%のイリジウムを担持させたサンプル、
(実験例e)担体としての酸化ジルコニウムに2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例f)担体としてのアルミナに2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、および
(実験例g)担体としてのアルミナに7質量%のパラジウムを担持させたサンプル。
(Methane, CO sensitivity temperature dependency, humidity dependency)
In order to clarify the temperature dependence and humidity dependence of sensor sensitivity for methane and CO, samples with different types of carriers and types and amounts of catalytic metals were created, and changes in CO and methane gas sensitivity with temperature and humidity were measured. did. The measurement objects are the following seven types of samples.
(Experimental example a) A sample in which 1% by mass of palladium, 1% by mass of iridium and 1% by mass of platinum are supported on zirconium oxide as a carrier,
(Experimental example b) Sample in which 3% by mass of iridium and 2% by mass of platinum are supported on zirconium oxide as a carrier,
(Experimental example c) Sample in which 3% by mass of palladium and 2% by mass of platinum are supported on zirconium oxide as a carrier,
(Experimental example d) Sample in which 3% by mass of palladium and 2% by mass of iridium are supported on zirconium oxide as a carrier,
(Experimental example e) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on zirconium oxide as a carrier,
(Experimental example f) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on alumina as a carrier, and (Experimental example g) A sample in which 7% by mass of palladium is supported on alumina as a carrier.

測定は具体的には、加熱温度をCO検知温度である150℃とメタン検知温度である400℃でのCO感度(150℃加熱時のAir中の抵抗値を、150℃加熱時の100ppmのCO中での抵抗値で除したもの)とメタン感度(400℃加熱時のAir中の抵抗値を400℃加熱時の3000ppmのCH4中での抵抗値で除したもの)を、低湿(水蒸気濃度:0.1%)中と、高湿(水蒸気濃度:2.3%)中とで調べた。 Specifically, the CO sensitivity at the heating temperature of 150 ° C., which is the CO detection temperature and 400 ° C., which is the methane detection temperature (the resistance value in the Air when heated at 150 ° C. is the 100 ppm CO ) And methane sensitivity (resistance value in Air when heated at 400 ° C. divided by resistance value in 3000 ppm of CH 4 when heated at 400 ° C.), low humidity (water vapor concentration) : 0.1%) and in high humidity (water vapor concentration: 2.3%).

図2〜図8は、実験例a〜gの150℃と400℃におけるCOおよびメタン感度を表したものである。メタン/COワンセンサ検知を行う場合、理想としては、150℃ではメタンおよび水素感度がなくCO感度が大きく、400℃ではCOおよび水素感度がなくメタン感度が大きくなる特性を示すことであり、更に湿度による感度変動がない特性を持つものである。触媒金属としてパラジウムのみを用いたもの(図7:実験例fおよび図8:実験例g)に比べ、他の構成としたもの(実験例a〜e)では、150℃のCO感度、400℃のメタン感度が大きくなっており、メタン/COワンセンサ検知を行うのに、より適していることがわかる。   2 to 8 show CO and methane sensitivities at 150 ° C. and 400 ° C. of Experimental Examples a to g. When performing methane / CO one-sensor detection, ideally, there is no methane and hydrogen sensitivity at 150 ° C and high CO sensitivity, and at 400 ° C, there is no CO and hydrogen sensitivity and methane sensitivity is increased. It has the characteristic that there is no sensitivity fluctuation by. Compared to the case where only palladium was used as the catalyst metal (FIG. 7: Experimental Example f and FIG. 8: Experimental Example g), the other configuration (Experimental examples a to e) had a CO sensitivity of 150 ° C., 400 ° C. It can be seen that the methane sensitivity of the methane / CO one sensor is larger, and is more suitable for performing methane / CO one sensor detection.

また、酸化ジルコニウム担体であれば、湿度依存性がほとんど発現しないことがわかる。   It can also be seen that the humidity dependence is hardly exhibited in the case of a zirconium oxide support.

すなわち以上の実験結果により、酸化ジルコニウムを触媒層11の担体として用い、触媒金属の成分がパラジウムまたはイリジウムまたは白金のうち、少なくともイリジウムまたは白金を含む物(すなわち、パラジウムのみにて構成されるもの以外)を用いることで、触媒層11における第1温度(メタン検出用)でのメタンの反応性、および第2温度(一酸化炭素検出用)での一酸化炭素の反応性(特に高湿中での反応性)を従来より低くすることができ、メタンおよびCOの両方に対するガス検知装置100の感度が向上することが示された。   That is, according to the above experimental results, zirconium oxide is used as the support of the catalyst layer 11, and the catalyst metal component contains at least iridium or platinum among palladium, iridium or platinum (that is, other than those composed only of palladium). ), The reactivity of methane at the first temperature (for detecting methane) in the catalyst layer 11 and the reactivity of carbon monoxide at the second temperature (for detecting carbon monoxide) (especially in high humidity). It has been shown that the sensitivity of the gas detection device 100 to both methane and CO can be improved.

また、同じ触媒金属を用いていても、アルミナ担体に比べて酸化ジルコニウム担体の方が高湿時の感度低下を抑制できることから、パラジウムのみにて構成されるものであっても、担体を酸化ジルコニウムとすることにより、従来よりもメタン/COワンセンサ検知に適した触媒層とすることができると考えられる。   Even if the same catalyst metal is used, the zirconium oxide support can suppress the decrease in sensitivity at high humidity compared to the alumina support. Thus, it is considered that the catalyst layer can be more suitable for detection of methane / CO one sensor than in the past.

(担体による湿度依存性の変化)
担体による湿度依存性の変化を確認するため、担体の種類のみを変更したサンプルを作成し、CO・メタンガス感度の加熱温度および周囲湿度による変化を測定した。測定対象は以下の10種のサンプルである。
(実験例1)担体としての酸化ジルコニウム(ZrO2)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例2)担体としての酸化イットリウム(Y23)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例3)担体としての酸化セリウム(CeO2)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例4)担体としての酸化ランタン(La23)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例5)担体としての酸化チタン(TiO2)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例6)担体としての酸化ハフニウム(HfO2)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例7)担体としての酸化ニオブ(Nb25)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例8)担体としての酸化タンタル(Ta25)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、
(実験例9)担体としてのアルミナ(Al23)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル、および
(実験例10)担体としての酸化シリコン(SiO2)に2質量%のイリジウムおよび5質量%の白金を担持させたサンプル。
(Change in humidity dependence due to carrier)
In order to confirm the change in humidity dependence due to the carrier, a sample with only the carrier type changed was prepared, and the change in CO / methane gas sensitivity due to the heating temperature and ambient humidity was measured. The measurement objects are the following 10 types of samples.
(Experimental example 1) A sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on zirconium oxide (ZrO 2 ) as a support,
(Experimental example 2) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a carrier,
(Experimental example 3) A sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on cerium oxide (CeO 2 ) as a carrier,
(Experimental Example 4) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum were supported on lanthanum oxide (La 2 O 3 ) as a carrier,
(Experimental Example 5) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on titanium oxide (TiO 2 ) as a carrier,
(Experimental example 6) A sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on hafnium oxide (HfO 2 ) as a carrier,
(Experimental example 7) A sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on niobium oxide (Nb 2 O 5 ) as a carrier,
(Experimental Example 8) Sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) as a carrier,
(Experimental example 9) A sample in which 2% by mass of iridium and 5% by mass of platinum are supported on alumina (Al 2 O 3 ) as a support, and (Experimental example 10) 2 in silicon oxide (SiO 2 ) as a support A sample carrying mass% iridium and 5 mass% platinum.

測定は具体的には、加熱温度をCO検知温度である150℃とメタン検知温度である400℃でのCO感度(150℃加熱時のAir中の抵抗値を、150℃加熱時の100ppmのCO中での抵抗値で除したもの)とメタン感度(400℃加熱時のAir中の抵抗値を400℃加熱時の3000ppmのCH4中での抵抗値で除したもの)を、低湿(水蒸気濃度:0.1%)中と、高湿(水蒸気濃度:2.3%)中とで調べた。 Specifically, the CO sensitivity at the heating temperature of 150 ° C., which is the CO detection temperature and 400 ° C., which is the methane detection temperature (the resistance value in Air when heated at 150 ° C. is the CO sensitivity of 100 ppm when heated at 150 ° C. ) And methane sensitivity (resistance value in Air when heated at 400 ° C. divided by resistance value in 3000 ppm of CH 4 when heated at 400 ° C.), low humidity (water vapor concentration) : 0.1%) and in high humidity (water vapor concentration: 2.3%).

下掲の表1は、実験例1〜10の150℃と400℃におけるCOおよびメタン感度を表したものである。なお、各サンプル・各ガスの低湿中での感度を1としている。   Table 1 below shows the sensitivity of CO and methane at 150 ° C. and 400 ° C. in Experimental Examples 1 to 10. The sensitivity of each sample and each gas in low humidity is 1.

Figure 2018054593
Figure 2018054593

表1に示される通り、担体が第3〜第5族の遷移金属酸化物である実験例1〜8については、CO感度、メタン感度のいずれも、湿度変動による感度の変化はほとんどみられない。これに対して、実験例9(担体がアルミナ)および実験例10(担体が酸化シリコン)では、湿度変動によってCO感度が大きく変動した。   As shown in Table 1, in Experimental Examples 1 to 8 in which the carrier is a Group 3 to Group 5 transition metal oxide, neither CO sensitivity nor methane sensitivity shows almost any change in sensitivity due to humidity fluctuations. . In contrast, in Experimental Example 9 (carrier is alumina) and Experimental Example 10 (carrier is silicon oxide), the CO sensitivity greatly fluctuated due to humidity fluctuations.

発明者らは、この要因が下記によるものであることを発見した。SiO,Alを担体とする場合、水との相互作用が強いため、毛管凝縮によって凝縮水がたまりやすく、高湿であれば多く蓄積する。この後、パージ(センサ表面をクリーニングするための高温での加熱処理。低温動作を含む加熱制御をする場合には高温での加熱時間は有限の時間となる)によって水を飛ばすが、水を全て飛ばし切れないことがあり、表面にOH基が残存してしまう。特に、所定の温度以上に加熱する時間が有限な、低温動作を含む場合には顕著に現れる。このOH基は、COの吸着促進効果を発現することを発明者らは見出しており、触媒層にてCO酸化が促進されることにより、検知層へ到達するCOが減少し、CO感度が下がると考えられる。
一方で、第3族〜第5族の遷移金属酸化物を担体とした場合、低温動作時の毛管凝縮は起こりにくく、凝縮水が少ないため、パージによって十分に水分を飛ばすことができ、OH基の残存は起こらない。このため、触媒層におけるCO酸化が促進されることはないためCO感度はSiO2,Al23を担体とした場合に比べて高く、またCO感度が湿度に依存することもない。
The inventors have discovered that this factor is due to the following. When SiO 2 or Al 2 O 3 is used as a carrier, since the interaction with water is strong, the condensed water tends to accumulate due to capillary condensation, and a large amount accumulates at high humidity. After this, water is blown off by purging (heating treatment at a high temperature for cleaning the sensor surface. When heating control including low temperature operation is performed, the heating time at a high temperature becomes a finite time) In some cases, it cannot be completely blown off, and OH groups remain on the surface. This is particularly noticeable when a low temperature operation including a finite time for heating to a predetermined temperature or more is included. The inventors have found that this OH group expresses the effect of promoting CO adsorption, and the CO oxidation in the catalyst layer is promoted, so that the CO reaching the detection layer is reduced and the CO sensitivity is lowered. it is conceivable that.
On the other hand, when a transition metal oxide belonging to Group 3 to Group 5 is used as a carrier, capillary condensation during low-temperature operation is unlikely to occur, and since there is little condensed water, moisture can be sufficiently removed by purging, and OH group There will be no survival. For this reason, since CO oxidation in the catalyst layer is not promoted, the CO sensitivity is higher than that in the case where SiO 2 and Al 2 O 3 are used as a carrier, and the CO sensitivity does not depend on humidity.

(メタン、CO感度の温度依存性、湿度依存性、水素感度)
メタンおよびCOに対するセンサ感度の温度依存性および湿度依存性について更に詳しく調べるため、触媒金属の種類・量を変更したサンプルを作成し、CO・メタンガス感度の温度および湿度による変化を測定した。測定対象は以下の表2に示す11種のサンプルである。温度依存性・湿度依存性に加えて、水素感度についても測定を行った。
(Methane, CO sensitivity temperature dependency, humidity dependency, hydrogen sensitivity)
In order to investigate in more detail the temperature dependence and humidity dependence of sensor sensitivity for methane and CO, samples with different types and amounts of catalytic metals were prepared, and changes in CO / methane gas sensitivity with temperature and humidity were measured. The measurement objects are 11 types of samples shown in Table 2 below. In addition to temperature dependency and humidity dependency, hydrogen sensitivity was also measured.

Figure 2018054593
Figure 2018054593

測定は上述の実験と同様にして行った。加熱温度をCO検知温度である150℃とメタン検知温度である400℃でのCO感度(150℃加熱時のAir中の抵抗値を、150℃加熱時の100ppmのCO中での抵抗値で除したもの)とメタン感度(400℃加熱時のAir中の抵抗値を400℃加熱時の3000ppmのCH4中での抵抗値で除したもの)を、低湿(水蒸気濃度:0.1%)中と、高湿(水蒸気濃度:2.3%)中とで調べた。 The measurement was performed in the same manner as the above experiment. CO sensitivity at a heating temperature of 150 ° C. as the CO detection temperature and 400 ° C. as the methane detection temperature (the resistance value in Air when heated at 150 ° C. is divided by the resistance value in 100 ppm of CO when heated at 150 ° C. Methane sensitivity (resistance value in Air when heated at 400 ° C. divided by resistance value in 3000 ppm of CH 4 when heated at 400 ° C.) in low humidity (water vapor concentration: 0.1%) And in high humidity (water vapor concentration: 2.3%).

水素感度は、水素1000ppmでの感度であり、一酸化炭素検知における水素感度は、150℃加熱時のAir中の抵抗値を150℃加熱時の1000ppmのH中での抵抗値で除した値である。メタン検知時における水素感度は、400℃加熱時のAir中の抵抗値を400℃加熱時の1000ppmのH中での抵抗値で除した値である。水素感度が1を越えた場合に、水素感度の発現「あり」とした。なお、メタン検知時における水素感度(400℃加熱時での水素感度)は、いずれのサンプルでも「なし」であった。また、水素感度の測定は、低湿(水蒸気濃度:0.1%)環境で行った。 The hydrogen sensitivity is a sensitivity at 1000 ppm of hydrogen, and the hydrogen sensitivity in carbon monoxide detection is a value obtained by dividing the resistance value in Air when heated at 150 ° C. by the resistance value in 1000 ppm of H 2 when heated at 150 ° C. It is. The hydrogen sensitivity at the time of methane detection is a value obtained by dividing the resistance value in Air at 400 ° C. heating by the resistance value in 1000 ppm of H 2 at 400 ° C. heating. When the hydrogen sensitivity exceeded 1, the hydrogen sensitivity was expressed as “present”. In addition, the hydrogen sensitivity at the time of methane detection (hydrogen sensitivity at the time of heating at 400 ° C.) was “none” in any sample. The hydrogen sensitivity was measured in a low humidity (water vapor concentration: 0.1%) environment.

上記実験結果より、いずれの触媒金属の種類・量であってもメタン検知時における水素感度は発現しなかった。このことから、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計が1質量%以上であれば、メタン検知時における水素感度が抑制され、メタン検知時におけるメタン選択性が高められることが示された。また、触媒部位における当該金属の含有率の合計を0.3質量%以上とすることによっても同様の効果が期待できると予想される。   From the above experimental results, hydrogen sensitivity at the time of methane detection was not developed regardless of the type and amount of any catalyst metal. From this, when one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium are included, and the total content of the metals in the catalyst portion is 1% by mass or more, hydrogen at the time of methane detection It was shown that the sensitivity was suppressed and the methane selectivity during methane detection was enhanced. Further, it is expected that the same effect can be expected by setting the total content of the metal in the catalyst portion to 0.3 mass% or more.

図11〜図21は、実験例h〜rの150℃と400℃におけるCOおよびメタン感度を表したものである。メタン/COワンセンサ検知を行う場合、理想としては、150℃ではメタン感度がなくCO感度が大きく、400℃ではCO感度がなくメタン感度が大きくなる特性を示すことであり、更に湿度による感度変動がない特性を持つものである。いずれのサンプルも、150℃のCO感度、400℃のメタン感度が大きくなっており、メタン/COワンセンサ検知を行うのに、より適していることがわかる。   11 to 21 show the CO and methane sensitivities at 150 ° C. and 400 ° C. of Experimental Examples hr. When performing methane / CO one-sensor detection, ideally, the characteristic is that there is no methane sensitivity and large CO sensitivity at 150 ° C, and there is no CO sensitivity and large methane sensitivity at 400 ° C. It has no characteristics. Both samples have higher CO sensitivity of 150 ° C. and methane sensitivity of 400 ° C., and it is understood that these samples are more suitable for performing methane / CO one sensor detection.

実験例e〜g(図6〜8参照)のCO感度(16〜18.4、低湿)、メタン感度(9.3〜10.3、低湿)に比べて、実験例a〜d(図2〜5参照)および実験例h〜r(図11〜21参照)のCO感度(19.9〜24.6、低湿)、メタン感度(11.3〜15.2、低湿)は高い。ここで触媒部位におけるパラジウム、イリジウムおよび白金の含有率の合計に着目すると、実験例e〜gは5質量%を越えているのに対し、実験例a〜dおよび実験例h〜rは1質量%以上5質量%以下となっている。すなわち上述の実験結果からは、触媒金属を、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含有し、触媒部位における当該金属の含有率の合計を1質量%以上5質量%以下とすることによって一酸化炭素およびメタンの感度を高められることが示された。また、触媒部位における当該金属の含有率の合計を0.7質量%以上6質量%以下とすることによっても同様の効果が期待できると予想される。   Compared to the CO sensitivity (16 to 18.4, low humidity) and the methane sensitivity (9.3 to 10.3, low humidity) of the experimental examples e to g (see FIGS. 6 to 8), the experimental examples a to d (FIG. 2). -5) and experimental examples hr (see FIGS. 11 to 21) have high CO sensitivity (19.9 to 24.6, low humidity) and methane sensitivity (11.3 to 15.2, low humidity). Here, focusing on the total content of palladium, iridium, and platinum in the catalytic site, the experimental examples eg exceeded 5% by mass, whereas the experimental examples ad and hr had 1 mass. % To 5% by mass. That is, from the above experimental results, the catalyst metal contains one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum and iridium, and the total content of the metals in the catalyst site is 1% by mass or more 5 It was shown that the sensitivity of carbon monoxide and methane can be increased by adjusting the content to less than mass%. Further, it is expected that the same effect can be expected by setting the total content of the metal in the catalyst portion to 0.7 mass% or more and 6 mass% or less.

図22は、横軸にCO感度(低湿)、縦軸にメタン感度(低湿)をとり、触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上6質量%以下であるサンプル(実験例a,b,c,e、h、i、j、k、l、m、n、p、q、およびr;図2〜4,6、11〜17,および19〜21参照)を、従来のアルミナ担体のサンプル(実験例f、g;図7,8参照)と比較してプロットしたものである。いずれのサンプルも従来のアルミナ担体のサンプルよりもCO感度およびメタン感度が大きくなっている。すなわち、白金を含む組成とすることによって、CO感度およびメタン感度を従来よりも高めることに好適であることがわかる。なお、担体が同じジルコニアのもので、白金を5質量%含有するサンプル(実験例e;図6参照)のCO感度(18.4、低湿)、メタン感度(10.3、低湿)は、白金を3質量%含有するサンプル(実験例p;図19参照)のCO感度(19.9、低湿)、メタン感度(16.2、低湿)よりも低くなっている。このことから、白金の含有量が多くなると、COおよびメタンの反応性が高まり、COおよびメタンの感度が低下してしまうと考えられる。従って、白金の含有率は、0.3質量%以上6質量%以下とすることが好適であると予想される。   FIG. 22 shows a sample in which the horizontal axis represents CO sensitivity (low humidity), the vertical axis represents methane sensitivity (low humidity), and the platinum content in the catalytic site is 0.3 mass% or more and 6 mass% or less (Experimental example a, b, c, e, h, i, j, k, l, m, n, p, q, and r; see FIGS. 2-4, 6, 11-17, and 19-21) on a conventional alumina support These are plotted in comparison with the samples (Experimental Examples f and g; see FIGS. 7 and 8). Both samples have higher CO sensitivity and methane sensitivity than conventional alumina support samples. That is, it turns out that it is suitable for making CO sensitivity and methane sensitivity higher than before by setting it as the composition containing platinum. In addition, the CO sensitivity (18.4, low humidity) and methane sensitivity (10.3, low humidity) of the sample (Experiment e; see FIG. 6) containing 5% by mass of platinum with the same carrier are platinum platinum. Is lower than the CO sensitivity (19.9, low humidity) and methane sensitivity (16.2, low humidity) of the sample containing 3% by mass (Experimental Example p; see FIG. 19). From this, it is considered that when the platinum content increases, the reactivity of CO and methane increases, and the sensitivity of CO and methane decreases. Therefore, it is expected that the platinum content is preferably 0.3% by mass or more and 6% by mass or less.

図23は、横軸にCO感度(低湿)、縦軸にメタン感度(低湿)をとり、触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上であり、白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上4.5質量%以下であるサンプル(実験例a,i、j、k、l、n、p、およびr;図2,12〜15,17、19および21参照)を、従来のアルミナ担体のサンプル(実験例f、g;図7,8参照)と比較してプロットしたものである。触媒部位における白金の含有率を0.3質量%以上とし、白金とイリジウムの含有率の合計を0.3質量%以上4.5質量%以下とすることにより、一酸化炭素検知時の一酸化炭素の反応性、およびメタン検知時のメタンの反応性の両方を抑制することができ、一酸化炭素およびメタンに対するガス検知装置の感度を更に高めることにより好適であることが示された。   In FIG. 23, the horizontal axis represents CO sensitivity (low humidity), the vertical axis represents methane sensitivity (low humidity), the platinum content in the catalytic site is 0.3 mass% or more, and the total content of platinum and iridium is Samples of 0.3 mass% or more and 4.5 mass% or less (Experimental examples a, i, j, k, l, n, p, and r; see FIGS. 2, 12 to 15, 17, 19, and 21) FIG. 8 is a plot in comparison with a conventional alumina carrier sample (Experimental Examples f and g; see FIGS. 7 and 8). By making the platinum content in the catalyst portion 0.3 mass% or more and the total content of platinum and iridium 0.3 mass% or more and 4.5 mass% or less, carbon monoxide is detected at the time of carbon monoxide detection. Both the reactivity of carbon and the reactivity of methane during methane detection can be suppressed, and it has been shown that it is preferable to further increase the sensitivity of the gas detector to carbon monoxide and methane.

図24は、横軸にCO感度(低湿)、縦軸にメタン感度(低湿)をとり、触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上であり、白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上2.5質量%以下であるサンプル(実験例i、j、k、l、およびn;図12〜15、および17参照)を、従来のアルミナ担体のサンプル(実験例f、g;図7,8参照)と比較してプロットしたものである。触媒部位における白金の含有率を0.3質量%以上とし、白金とイリジウムの含有率の合計を0.3質量%以上2.5質量%以下とすることにより、メタン検知時のメタンの反応性をさらに抑制することができ、メタンに対するガス検知装置の感度を高めることにより一層好適であることが示された。   In FIG. 24, the horizontal axis represents CO sensitivity (low humidity), the vertical axis represents methane sensitivity (low humidity), the platinum content in the catalytic site is 0.3 mass% or more, and the total content of platinum and iridium is Samples of 0.3% by mass or more and 2.5% by mass or less (Experimental Examples i, j, k, l, and n; see FIGS. 12 to 15 and 17) were replaced with conventional alumina support samples (Experimental Example f). , G; see FIGS. 7 and 8). Reactivity of methane at the time of methane detection by setting the platinum content in the catalytic site to 0.3 mass% or more and the total content of platinum and iridium to 0.3 mass% to 2.5 mass% It can be further suppressed, and it has been shown that it is more preferable to increase the sensitivity of the gas detection device to methane.

図25は、横軸にCO感度(低湿)、縦軸にメタン感度(低湿)をとり、触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上であり、白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上2.5質量%以下であり、イリジウムの含有率が0.3質量%以上であるサンプル(実験例i、j、l、およびn;図12,13、15および17参照)を、従来のアルミナ担体のサンプル(実験例f、g;図7,8参照)と比較してプロットしたものである。触媒部位における白金の含有率を0.3質量%以上とし、白金とイリジウムの含有率の合計を0.3質量%以上2.5質量%以下とし、イリジウムの含有率を0.3質量%以上することにより、一酸化炭素検知時の一酸化炭素の反応性をさらに抑制することができ、一酸化炭素に対するガス検知装置の感度を高めることにより一層好適であることが示された。   In FIG. 25, the horizontal axis represents CO sensitivity (low humidity), the vertical axis represents methane sensitivity (low humidity), the platinum content in the catalyst portion is 0.3% by mass or more, and the total content of platinum and iridium is Samples of 0.3 mass% or more and 2.5 mass% or less and the iridium content is 0.3 mass% or more (Experimental examples i, j, l, and n; see FIGS. 12, 13, 15, and 17) ) Is plotted in comparison with a conventional alumina support sample (Experimental Examples f and g; see FIGS. 7 and 8). The platinum content in the catalyst portion is 0.3% by mass or more, the total content of platinum and iridium is 0.3% by mass or more and 2.5% by mass or less, and the iridium content is 0.3% by mass or more. By doing so, the reactivity of carbon monoxide at the time of carbon monoxide detection can be further suppressed, and it has been shown that it is more preferable to increase the sensitivity of the gas detection apparatus with respect to carbon monoxide.

一酸化炭素検知時の水素感度については表2の右側に示す通り、実験例h、iおよびjは水素感度の発現「あり」、その他のサンプルは水素感度の発現「なし」となった。ここで触媒部位における白金の含有率に着目すると、実験例h、iおよびjは0.5質量%であるのに対し、白金の含有率が1質量%以上のサンプル(実験例k、l、m、n、p、qおよびr)では水素感度の発現「なし」となっている。すなわち上述の実験結果からは、白金の含有率を1質量%以上とすることによって、水素感度の発現を抑制できることが示された。また、触媒部位における白金の含有率を0.7質量%以上とすることによっても、水素感度の発現を抑制できることが予想される。   As shown on the right side of Table 2, the hydrogen sensitivity at the time of carbon monoxide detection was such that the experimental examples h, i, and j exhibited “sensitivity” of hydrogen sensitivity, and the other samples exhibited “absence” of hydrogen sensitivity. Here, focusing on the platinum content in the catalytic site, the experimental examples h, i, and j are 0.5% by mass, whereas the platinum content is 1% by mass or more (experimental examples k, l, In m, n, p, q and r), the expression of hydrogen sensitivity is “none”. That is, from the above experimental results, it was shown that the expression of hydrogen sensitivity can be suppressed by setting the platinum content to 1% by mass or more. It is also expected that the expression of hydrogen sensitivity can be suppressed by setting the platinum content in the catalyst portion to 0.7 mass% or more.

以上の結果から、メタン検知時のメタン感度およびメタン選択性を高め、CO検知時のCO感度およびCO選択性を高めるには、触媒部位における白金の含有率を0.7質量%以上とし、白金とイリジウムの含有率の合計を1質量%以上2.5質量%以下とし、イリジウムの含有率を0.3質量%以上とすると最も高い効果が得られることがわかった。   From the above results, in order to increase the methane sensitivity and methane selectivity at the time of methane detection and to increase the CO sensitivity and CO selectivity at the time of CO detection, the platinum content in the catalyst site is set to 0.7% by mass or more. When the total content of iridium and iridium is 1% by mass or more and 2.5% by mass or less, and the iridium content is 0.3% by mass or more, the highest effect is obtained.

(他の実施形態)
上述の実施形態では、ガス検知装置100の構造は、図1に示されるいわゆる基板型であるが、他の構造も可能である。例えば、ヒータ層6を覆う絶縁層7が設けられず、ヒータ層6が電極層9を兼ねる構造も可能である。また、例えば図9に示すように、電極とヒータ部位とを兼ねる電極線21のコイル22の周囲に、酸化物半導体からなるガス検知部位23を形成し、その周囲に触媒層24を形成する構造も可能である。また図10に示すように、電極とヒータ部位とを兼ねる電極線31のコイル32の中心に、別の電極33を配置して、コイル32の周囲に、酸化物半導体からなるガス検知部位34を形成し、その周囲に触媒層35を形成する構造も可能である。
また上述の実施例においては、担体としての酸化ジルコニウムを用いた例を挙げたが、同様の効果は酸化チタンを用いた場合にも得られ、また、他の遷移金属酸化物も用いた場合にも得られる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the structure of the gas detection device 100 is the so-called substrate type shown in FIG. 1, but other structures are possible. For example, a structure in which the insulating layer 7 covering the heater layer 6 is not provided and the heater layer 6 also serves as the electrode layer 9 is possible. For example, as shown in FIG. 9, a structure is formed in which a gas detection portion 23 made of an oxide semiconductor is formed around the coil 22 of the electrode wire 21 serving as an electrode and a heater portion, and a catalyst layer 24 is formed around the gas detection portion 23. Is also possible. Further, as shown in FIG. 10, another electrode 33 is arranged at the center of the coil 32 of the electrode wire 31 serving both as an electrode and a heater part, and a gas detection part 34 made of an oxide semiconductor is provided around the coil 32. A structure in which the catalyst layer 35 is formed around it is also possible.
Further, in the above-described embodiments, examples using zirconium oxide as a support have been given. However, similar effects can be obtained when titanium oxide is used, and when other transition metal oxides are also used. Can also be obtained.

なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。   Note that the configurations disclosed in the above-described embodiments (including the other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments unless there is a contradiction. The embodiments disclosed in this specification are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.

6 :ヒータ層(ヒータ部位)
10 :ガス検知層(ガス検知部位)
11 :触媒層(触媒部位)
12 :加熱制御部
13 :ガス検出部
21 :電極線(ヒータ部位)
23 :ガス検知部位
24 :触媒層(触媒部位)
31 :電極線(ヒータ部位)
34 :ガス検知部位
35 :触媒層(触媒部位)
100 :ガス検知装置
6: Heater layer (heater part)
10: Gas detection layer (gas detection part)
11: catalyst layer (catalyst site)
12: Heating control unit 13: Gas detection unit 21: Electrode wire (heater part)
23: Gas detection part 24: Catalyst layer (catalyst part)
31: Electrode wire (heater part)
34: Gas detection part 35: Catalyst layer (catalyst part)
100: Gas detection device

Claims (18)

検出対象ガスとの接触により特性が変化するガス検知部位と、
前記ガス検知部位の少なくとも一部を覆って設けられる触媒部位と、
前記ガス検知部位および前記触媒部位を加熱するヒータ部位と、
前記ヒータ部位による加熱を制御する加熱制御部と、
前記ガス検知部位の特性を測定して検出対象ガスを検出するガス検出部とを有するガス検知装置であって、
前記加熱制御部は、
前記ヒータ部位による加熱を制御して前記ガス検知部位および前記触媒部位とを一酸化炭素検出用の第1温度に加熱する第1加熱動作と、
前記ヒータ部位による加熱を制御して前記ガス検知部位および前記触媒部位とを前記第1温度よりも高い第2温度に加熱する第2加熱動作とを行うよう構成され、
前記触媒部位が担体に触媒金属を担持させて構成され、前記触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を含み、前記担体の主成分が遷移金属酸化物であるガス検知装置。
A gas detection region whose characteristics change due to contact with the detection target gas;
A catalyst portion provided to cover at least a part of the gas detection portion;
A heater part for heating the gas detection part and the catalyst part;
A heating control unit for controlling heating by the heater part;
A gas detection device having a gas detection unit that detects a gas to be detected by measuring characteristics of the gas detection site;
The heating controller is
A first heating operation for controlling heating by the heater part to heat the gas detection part and the catalyst part to a first temperature for detecting carbon monoxide;
A second heating operation for controlling the heating by the heater part to heat the gas detection part and the catalyst part to a second temperature higher than the first temperature;
The catalyst portion is configured by supporting a catalyst metal on a carrier, the catalyst metal includes at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum and rhodium, and the main component of the carrier is transitioned A gas detector that is a metal oxide.
前記触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも2つ以上の物質を含む請求項1に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to claim 1, wherein the catalyst metal includes at least two substances selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum, and rhodium. 前記触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上である請求項1または2に記載のガス検知装置。   3. The catalyst metal according to claim 1 or 2, wherein the catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, the iridium content in the catalyst portion is 0.3 mass% or more, and the platinum content is 0.3 mass% or more. The gas detector described. 前記触媒金属がイリジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下である請求項1または2に記載のガス検知装置。   The catalyst metal is a mixture containing iridium and platinum, the iridium content in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and the platinum content is 0.01% by mass or more and 7% by mass or less. The gas detection device according to claim 1 or 2. 前記触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、白金の含有率が0.3質量%以上である請求項1または2に記載のガス検知装置。   The catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, the palladium content in the catalyst site is 0.3% by mass or more, and the platinum content is 0.3% by mass or more. The gas detector described. 前記触媒金属がパラジウムと白金を含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、白金の含有率が0.01質量%以上7質量%以下である請求項1または2に記載のガス検知装置。   The catalyst metal is a mixture containing palladium and platinum, the palladium content in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and the platinum content is 0.01% by mass or more and 7% by mass or less. The gas detection device according to claim 1 or 2. 前記触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.3質量%以上であり、イリジウムの含有率が0.3質量%以上である請求項1または2に記載のガス検知装置。   3. The catalyst metal according to claim 1 or 2, wherein the catalyst metal is a mixture containing palladium and iridium, the palladium content in the catalytic site is 0.3 mass% or more, and the iridium content is 0.3 mass% or more. The gas detector described. 前記触媒金属がパラジウムとイリジウムを含む混合物であり、前記触媒部位におけるパラジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下であり、イリジウムの含有率が0.01質量%以上5質量%以下である請求項1または2に記載のガス検知装置。   The catalyst metal is a mixture containing palladium and iridium, the palladium content in the catalyst portion is 0.01% by mass to 5% by mass, and the iridium content is 0.01% by mass to 5% by mass. The gas detection device according to claim 1 or 2. 前記触媒金属は、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計が0.3質量%以上である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The catalyst metal includes one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium, and the total content of the metals in the catalyst portion is 0.3% by mass or more. The gas detection device according to any one of 8. 前記触媒金属は、パラジウム、白金およびイリジウムから構成される群より選ばれる1つ以上の金属を含み、前記触媒部位における当該金属の含有率の合計が0.01質量%以上6質量%以下である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The catalyst metal includes one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, and iridium, and the total content of the metals in the catalyst site is 0.01% by mass or more and 6% by mass or less. The gas detection device according to any one of claims 1 to 8. 前記触媒部位における白金の含有率が0.3質量%以上である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein a platinum content in the catalyst portion is 0.3 mass% or more. 前記触媒部位における白金の含有率が0.01質量%以上6質量%以下である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas detector according to any one of claims 1 to 8, wherein a platinum content in the catalyst portion is 0.01 mass% or more and 6 mass% or less. 前記触媒部位における白金とイリジウムの含有率の合計が0.3質量%以上である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein a total content of platinum and iridium in the catalyst portion is 0.3 mass% or more. 前記触媒部位における白金とイリジウムの含有率の合計が0.01質量%以上4.5質量%以下である請求項1から8のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein a total content of platinum and iridium in the catalyst portion is 0.01% by mass or more and 4.5% by mass or less. 前記触媒部位におけるイリジウムの含有率が0.3質量%以上である請求項1から14のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas detector according to any one of claims 1 to 14, wherein a content of iridium in the catalyst portion is 0.3% by mass or more. 前記第1温度が250℃以下であり、前記第2温度が300℃以上である請求項1から15のいずれか一項に記載のガス検知装置。   The gas detection device according to any one of claims 1 to 15, wherein the first temperature is 250 ° C or lower and the second temperature is 300 ° C or higher. 前記加熱制御部は、前記ヒータ部位による加熱を行う加熱動作と、前記ヒータ部位による加熱を停止する非加熱動作とを行うよう構成されている請求項1から16のいずれか1項に記載のガス検知装置。   The gas according to any one of claims 1 to 16, wherein the heating control unit is configured to perform a heating operation for heating by the heater part and a non-heating operation for stopping the heating by the heater part. Detection device. 検出対象ガスとの接触により特性が変化するガス検知部位と、
前記ガス検知部位の少なくとも一部を覆って設けられる触媒部位と、
前記ガス検知部位および前記触媒部位を加熱するヒータ部位とを有し、
前記触媒部位が担体に触媒金属を担持させて構成され、前記触媒金属がパラジウム、イリジウム、白金およびロジウムから構成される群より選ばれる少なくとも1つ以上の物質を含むガスセンサ。
A gas detection region whose characteristics change due to contact with the detection target gas;
A catalyst portion provided to cover at least a part of the gas detection portion;
A heater part for heating the gas detection part and the catalyst part;
A gas sensor, wherein the catalyst portion is configured by supporting a catalyst metal on a carrier, and the catalyst metal includes at least one substance selected from the group consisting of palladium, iridium, platinum, and rhodium.
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