JP2020523182A - 硫黄化合物用フィルタ - Google Patents

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Abstract

フィルタは、気体が移動可能なフィルタ媒体材料、フィルタ媒体材料上に固定された第１の金属塩、およびフィルタ媒体材料上に固定された第２の金属塩を含み、第１の金属塩および第２の金属塩は、第１の金属塩および第２の金属塩を含む水溶液からフィルタ媒体材料上に固定されている。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年６月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／５１７，９３９号の利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
背景
以下の情報は、以下に開示される技術およびそのような技術が典型的に使用され得る環境を理解する際に、読者を助けるために提供される。本明細書で使用される用語は、本文書で別段の明確な規定がない限り、特定の狭義の解釈に限定されることを意図するものではない。本明細書中に記載された参照は、技術またはその背景の理解を促進することができる。本明細書に引用されている全ての参考文献の開示は、参考として組み込まれる。
硫黄化合物、特に硫化水素は、可燃性／引火性ガスとともに排出される。このことは、例えば、低電力パラジウムベースの触媒成分が硫黄化合物によって阻害または不活性化され得るので、触媒可燃性センサ設計者にとって問題となる。可燃性ガスセンサの分野における触媒阻害は、結果として生じるガス濃度の読み取り値が環境中に存在するものよりも低い可能性があるため、安全上の懸念事項である。多くのセンサ設計者は、検体ガスからＨ２Ｓを選択的に除去するために、活性要素の上流で化学的濾過を使用することによって、Ｈ２Ｓ反応およびその後のセンサ要素の阻害の問題に対処する。
一般的な工業では硫化水素の除去は、一般に、液体アルカノールアミン、アンモニア、およびアルカリ塩のような溶液との接触を含む種々の方法で、周囲温度またはそれに近い温度で達成される。活性炭または鉄のような金属酸化物への気相吸着は、個人防護のための空気浄化マスクのような非湿潤用途では一般的である。化学センサ濾過の場合、他の一般的な産業用途と比較して、質量除去要件が低く、利用可能な体積が少なく、効率仕様が高いため、銀または銅のような高コストの材料を考慮することができる。銀化合物は、二酸化塩素、エチレンオキシド、および一酸化炭素の電気化学センサにおける硫黄ゲッターとして使用されてきた。銅は、金属焼結体の形態で、または表面積の大きい吸着剤に担持される塩として可燃性センサに使用されてきた。化合物は、種々の粉末、インク、および他の非水溶性プロセスからフィルタに形成され得る。例えば、Ｈ２Ｓの効果的な濾過のために、「ホワイトレライト」型活性炭を処理するためには、アンモニア溶液が必要である。活性炭またはシリカのような含浸吸着剤を可燃性センサの濾過に使用すると、Ｈ２Ｓを効果的に濾過することができるが、高分子量可燃性ガスのセンサヘッドへの通過を妨げることもある。
多くの現在利用可能な可燃性ガスセンサＨ２Ｓフィルタは酢酸鉛を使用しており、微量水分の存在下でＨ２Ｓと反応して硫化鉛を生成し、可燃性ガスまたは蒸気とは有意に反応しない。このフィルタは、ガラスフィルタ媒体を酢酸鉛のほぼ飽和した水溶液により室温で湿らせた後、フィルタを乾燥させることによって製造することができる。フィルタ対フィルタ堆積質量は、含浸が室温であり、緩慢な蒸発を伴う比較的速いプロセスであるため再現性があり、これにより、酢酸鉛濃度は、手順を通して比較的一定に維持することができる。さらに、水ベースの化学は、腐食性または可燃性溶媒、およびそのような溶媒に必要とされる関連する特殊な装置および手順の使用を回避する。化学フィルタ基板としてのガラス媒体の使用は、吸着剤基板が使用される場合、より長鎖の炭化水素に対してより遅い応答と比較して、種々の可燃性ガスに対してより速い応答をもたらす。Ｗｈａｔｍａｎから入手可能なガラス媒体、例えばタイプＥＰＭ２０００は、この用途に使用されている。
しかし、電子廃棄物中の鉛の有害性が世界的に認識された結果、化学品の計画的なフェーズアウトが達成された。例えば、欧州連合で始まり、電気・電子製品中に見出される６つの有害物質の使用を制限する指令２００２／９５／ＥＣとしても知られる有害物質の制限ＲｏＨＳ規則に詳述されているような、この化学品のフェーズアウトは、本明細書に参考として組み込まれる。そのような規制および／または基準に従うために、酢酸鉛化学センサフィルタの１つ以上の有効な代替案が見出される事が求められる。
要約
一態様では、フィルタは、ガスが移動可能なフィルタ媒体材料と、フィルタ媒体材料上に固定された第１の金属塩と、フィルタ媒体材料上に固定された第２の金属塩とを含み、第１の金属塩および第２の金属塩は、第１の金属塩および第２の塩を含む水溶液からフィルタ媒体材料上に固定されている。フィルタ媒体材料は、例えば、ガラスまたは石英を含んでもよく、またはそれらであってもよい。
第１の金属塩は、例えば、銅塩であってもよい。第１の金属塩は、例えば、亜鉛塩であってもよい。多くの実施形態では、第１の金属塩は銅塩であり、第２の金属塩は亜鉛塩である。いくつかの実施態様において、銅塩は、硫酸第二銅および酢酸第二銅からなる群より選択され、亜鉛塩は、硫酸亜鉛および酢酸亜鉛からなる群より選択される。
フィルタ媒体材料は、例えば、実質的に鉛を全く含まないか、または全く含まない。多くの実施形態では、フィルタ媒体材料は、ＲｏＨＳ規格などの規格に適合するように、適切に少量の鉛を含むか、または鉛を含まない。
別の態様では、ガスセンサは、ハウジングと、ハウジング内の入口と、入口に流体接続された少なくとも１つの検知要素と、入口と検知要素との間に配置されたフィルタとを含む。フィルタは、ガスが移動可能なフィルタ媒体材料と、フィルタ媒体材料上に固定された第１の金属塩と、フィルタ媒体材料上に固定された第２の金属塩とを含み、第１の金属塩および第２の金属塩は、第１の金属塩および第２の塩を含む水溶液からフィルタ媒体材料上に固定されている。多くの実施形態では、フィルタ媒体材料は、ガラスまたは石英を含むか、またはそれらである。検知要素は、例えば、支持体上に固定された触媒と、支持体上に固定された触媒を加熱する加熱要素とを含む可燃性ガスセンサ検知要素であってもよい。
上述のように、第１の金属塩は、例えば、銅塩であってもよい。あるいは、第１の金属塩は、例えば、亜鉛塩であってもよい。多くの実施形態では、第１の金属塩は銅塩であり、第２の金属塩は亜鉛塩である。銅塩は、例えば、硫酸第二銅および酢酸第二銅からなる群より選択することができ、亜鉛塩は、例えば、硫酸亜鉛および酢酸亜鉛からなる群より選択することができる。
繰り返しになるが、前記フィルタのフィルタ媒体材料は、例えば、実質的に鉛を全く含まないか、または全く含まない。一般に、フィルタ媒体材料は、ＲｏＨＳ規格等の規格に適合するように、適切に少量の鉛を含むか、または鉛を含まない。
ガスセンサは、例えば、入口と検知要素との間に配置されたシリコン化合物を除去するためのフィルタをさらに含むことができる。シリコン化合物を除去するためのフィルタは、例えば、二酸化ケイ素を含むことができる。シリコン化合物を除去するためのフィルタは、例えば、硫黄化合物を除去するために固定された材料をさらに含むことができる。いくつかの実施態様において、シリコン化合物を除去するためにフィルタ上に固定された硫黄化合物を除去する材料は、銅塩または亜鉛塩の少なくとも１つを含む。多くの実施態様において、シリコン化合物を除去するためにフィルタ上に固定された硫黄化合物を除去する材料は、硫酸銅を含む。
さらなる実施形態において、硫黄化合物を除去するためのフィルタを形成する方法は、銅塩および亜鉛塩などの２つ以上の金属塩を含む水溶液を形成すること、ガスが通過可能なフィルタ媒体材料を水溶液中に浸漬すること、水溶液からフィルタ媒体材料を取り除くこと、フィルタ媒体材料を乾燥すること、を含み、これにより２つ以上の金属塩（例えば、銅塩および亜鉛塩）が、フィルタ媒体材料上に固定される。この方法は、例えば、フィルタ媒体材料を乾燥させた後、少なくとも２回、水溶液中にフィルタ媒体材料を浸漬させ、水溶液からフィルタ媒体材料を取り除き、フィルタ媒体材料を乾燥させること、をさらに含んでもよい。
多くの実施態様において、フィルタ媒体材料は、ガラスまたは石英を含む。多くの実施形態では、第１の金属塩は銅塩であり、第２の金属塩は亜鉛塩である。銅塩は、例えば、硫酸第二銅および酢酸第二銅からなる群より選択することができ、亜鉛塩は、例えば、硫酸亜鉛および酢酸亜鉛からなる群より選択することができる。
本発明の装置、システム、方法および組成物は、それらの属性および付随する利点と共に、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明に照らして理解されるであろう。
図１は、凡例に記載されているように、金属塩を含浸したガラスフィルタで作られた可燃性センサの応答を示す図である。
図２Ａは、硫黄化合物を除去するためのフィルタおよび高分子量化合物を除去するためのフィルタを含む可燃性ガスセンサの一部を概略的に示す図である。
図２Ｂは、図２Ａの可燃性ガスセンサの検知素子の拡大図である。
図２Ｃは、図２Ａの可燃性ガスセンサのためのホイートストンブリッジ回路を示す図である。
図２Ｄは、図２Ａのフィルタを含む可燃性ガスセンサを分解した斜視図を示す図である。
詳細な説明
本明細書の図に一般的に記載され、図示されている実施形態の構成要素は、記載された代表的な実施形態に加えて、広範な異なる構成に配置され、設計されてもよいことが容易に理解されるであろう。従って、以下の、図に示されるような代表的な実施形態のより詳細な説明は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではなく、単に代表的な実施形態を例示するに過ぎない。
本明細書を通して「一実施形態」（または類似のもの）への言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特徴が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所における「一実施形態において」などの語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているわけではない。
さらに、記載された特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の説明では、実施形態の完全な理解を与えるために、多数の特定の詳細が提供される。しかし、当業者であれば、種々の実施形態は、特定の詳細の１つ以上を用いることなく、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実施することができることを理解するであろう。他の例では、周知の構造、材料、または動作は、不明瞭化を回避するために詳細に示されていないかまたは説明されていない。
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別のものを指示しない限り、複数の参照を含む。従って、例えば、「フィルタエレメント」への言及は、当業者に知られている複数のそのようなフィルタエレメントおよびその等価物を含み、「フィルタエレメント」への言及は、当業者に知られているそのような１以上のフィルタエレメントおよびその等価物への言及などである。同様に、「金属塩」への言及は、複数のそのような金属塩を含み、「金属塩」への言及は、当業者に公知のそのような１つ以上の金属塩およびその等価物への言及などである。本明細書における値の範囲の記載は、単に、範囲内に入る各個別の値を個別に参照するための簡略化された方法として機能することを意図しているにすぎない。本明細書に別段の記載がない限り、各別個の値、および中間の範囲は、あたかも本明細書に個別に記載されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書中に記載された全ての方法は、本明細書中に別段の指示がない限り、または本文により別段の明白な忌避が示されない限り、任意の適切な順序で実施することができる。
多くの実施形態において、本明細書のフィルタまたはフィルタエレメントは、酢酸鉛の成分に基づくフィルタと同様の、またはより良好なＨ２Ｓ耐性を提供し、同様の室温、水性プロセスで展開することができる。いくつかの実施態様において、水溶液中の２以上の水溶性金属塩の溶液がフィルタ媒体に適用される。本明細書で使用される「フィルタ媒体」とは、本明細書の金属塩を固定するのに適し、ガス（例えば、ガス分析物を含む）が移動可能である材料を指す。可燃性ガスセンサの場合、本明細書のフィルタ媒体は、例えば、高温で動作する検知要素の近傍での使用に適している。可燃性ガスセンサに使用するのに適したフィルタ媒体材料としては、ガラスおよび石英が挙げられるが、これらに限定されない。低温での使用のために、フィルタ媒体ペーパーのような他の材料が使用されてもよい。２つ以上の金属塩の溶液は、多くの目的に用いられ得る。最初に、２つ以上の塩の溶液は、単一の塩溶液と比較して、より高い全溶解度を可能にする。さらに、金属の組合せは、個々の金属と比較して硫黄化合物の除去を強化することが分かった。いかなる機構を限定するものではないが、固定された金属混合物または組合せは、例えば、Ｈ２Ｓのような硫黄化合物との反応中に固体イオン拡散を誘発するように動作可能であり、これにより、分離した成分の合計と比較して硫黄容量が増加される。
いくつかの代表的な実施形態では、本明細書の２つ以上の金属塩の溶液は、水溶性銅塩および／または水溶性亜鉛塩を含む。多くの代表的な試験では、硫酸第二銅五水和物と酢酸亜鉛二水和物との水溶液を、ガラスのようなフィルタ媒体材料に適用した。
多数の代表的な実施形態では、マサチューセッツ州マールボロのＧＥヘルスケアライブサイエンスから入手可能なバインダーを含まないガラス微小繊維フィルタ（ホウケイ酸ガラスから形成された）（例えば、ＥＰＭ２０００、ＧＦ／Ａ、ＧＦ／ＢおよびＧＦ／Ｄガラス微小繊維フィルタ）が用いられた。ＥＰＭ２０００フィルタは、ＧＦ／Ａフィルタと比較して、水性含浸の間、より多くの量の金属塩を保持するため、さらなる調査のために選択された。ＧＦ／ＢおよびＧＦ／Ｄで作製したセンサは高い塩負荷を達成したが、ＥＰＭ２０００フィルタと比較して低いメタン感度を示した。ＥＰＭ２０００フィルタ（ガラス微小繊維フィルタシート）は、厚さ０．４６ｍｍ、孔径２．０μｍであった。ＧＦ／ＢおよびＧＦ／Ｄフィルタは、それぞれ０．６８および０．６７ｍｍの厚さおよび１．０および２．７μｍの細孔サイズを有した。
本明細書のいくつかの実施形態では、フィルタのフィルタ媒体材料は、空気流量が約２〜１２秒／１００ｍＬ／ｉｎ２の範囲のガラスまたは他の媒体であり、坪量は約５０〜１３０ｇ／ｍ２の範囲であり、厚さは約０．２５〜０．７０ｍｍの範囲である。多くの実施形態では、空気流量は、約４〜７秒／１００ｍＬ／ｉｎ２の範囲であり、坪量は、約７５〜９５ｇ／ｍ２の範囲であり、厚さは、約０．３５〜０．５５ｍｍの範囲である。
いくつかの実施形態において、一般に、銅および亜鉛の水溶性塩は、本明細書の代表的な前駆体水溶液中で使用することができる。検討した代表的な塩は、硫酸第二銅、酢酸第二銅、硫酸亜鉛、および酢酸亜鉛である。多くの研究において、前駆体水溶液の２つの塩の質量比は、一方の化合物の溶解度を最大にし、他方の化合物を交差沈殿を防止する最大量で添加することによって決定された。ＣｕＳＯ４：ＺｎＡｃの質量比の場合、得られた比は５０：１１および１０：４３であった。すべての中間比もまた、効果的な硫黄フィルタをもたらす。
硫酸第二銅および酢酸亜鉛の場合、２５℃における硫酸第二銅五水和物の最大溶解度は水１００ｍＬ当たり４０．０ｇである。これにより、酢酸亜鉛二水和物８．８ｇを沈殿させることなく加えることが決定された。従って、溶液中における全金属担持は、単一塩と比較して２６％増加した。表１のデータに示されているように、特にフィルタ媒体（ガラスフィルタ）を一度浸漬させ、乾燥させ、次いで浸漬させ、二度目に乾燥させた場合に、高い金属担持が得られた。しかしながら、耐硫黄性は、金属担持に対して弱い相関しか示さなかった。繰り返しになるが、いかなるメカニズムを限定するものでもないが、より高い質量担持に加えて、組み合わせた塩の耐硫黄性の増大は、硫化生成物である硫化銅と硫化亜鉛との間の固体−固体相互作用により、改良されたＨ２Ｓ能力がもたらされたことにより説明され得る。この固体−固体硫化物相互作用は、図１に示されるような、単一の塩から作られた硫酸第二銅または酢酸亜鉛フィルタと、組み合わせた塩フィルタとを比較した際の、硫黄容量の増大を説明することができる。
表１および図１は、飽和水溶液を用いて種々の金属塩を含浸したガラスフィルタを用いたセンサ試験の結果を示す。酢酸第二銅−酢酸亜鉛溶液は、前述のように、脱イオン水１００ｍＬ当たり、前者４０．０ｇおよび後者８．８ｇである。
表１において、結果は平均±標準偏差で示されている。フィルタは、電気化学的Ｈ２Ｓセンサのすぐ上流にフィルタを固定／配置した実験セットアップで試験に供された。試験ガスは、空気中に４０ｐｐｍのＨ２Ｓを含んでいた。Ｈ２Ｓ容量は、１６時間の試験中にスクラブされたＨ２Ｓの曲線下面積から計算された。全てのフィルタは１回含浸された。
いくつかの実施形態において、本明細書の硫黄化合物フィルタは、可燃性ガスセンサに関連して使用される。触媒または可燃性（可燃性）ガスセンサは、例えば、可燃性または可燃性ガスの爆発による事故を防止するために、長年使用されている。一般に、可燃性ガスセンサは、可燃性ガスの触媒酸化によって作動する。触媒可燃性ガスセンサの動作は、酸化触媒上の可燃性ガスの反応熱の電気的検出を通して、通常は抵抗変化を通して進行する。酸化触媒は、典型的には、３００℃を超える温度で動作し、分析物の燃焼を触媒する（例えば、メタン検出のための３５０〜６００℃の温度範囲）。従って、センサは、抵抗加熱を通して感知素子を十分に加熱しなければならない。多くの可燃性ガスセンサにおいて、加熱および検出要素は、抵抗の温度係数が大きく、ターゲット／分析物ガス中の信号が大きいために、一つであり、同じであり、白金合金から構成される。加熱要素は、上述のような細いワイヤの螺旋コイル、ホットプレートまたは他の類似の物理的形態に形成された平面蛇行部であってもよい。加熱される触媒は、耐熱性触媒基材または支持構造体上に分散された活性金属触媒であることが多い。通常、活性金属は、パラジウム、白金、ロジウム、銀などの１つ以上の貴金属であり、支持構造は、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、シリコン、セリウム、錫、ランタンなどの１つ以上の酸化物を含む耐熱性金属酸化物である。支持構造は、大きな表面積（すなわち、７５ｍ２／ｇより大きい）を有しても有しなくてもよい。支持構造および触媒金属のための前駆体は、例えば、厚膜またはセラミックスラリー技術を用いて、一段階または別個の段階で加熱要素に接着されてもよい。触媒性金属塩前駆体を、例えば、加熱して、所望の分散した活性金属、金属合金、および／または金属酸化物に分解することができる。このような要素を含む要素および触媒可燃性ガスセンサの詳細な議論は、「Ｍｏｓｅｌｙ， Ｐ．Ｔ． ａｎｄ Ｔｏｆｉｅｌｄ， Ｂ．Ｃ．， ｅｄ．， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｇａｓ Ｓｅｎｓｏｒｓ， Ａｄａｍｓ Ｈｉｌｇｅｒ Ｐｒｅｓｓ， Ｂｒｉｓｔｏｌ， Ｅｎｇｌａｎｄ （１９８７）」に記されている。可燃性ガスセンサは一般に、「Ｆｉｒｔｈ， Ｊ．Ｇ． ｅｔ ａｌ．， Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｌａｍｅ ２１， ３０３ （１９７３）およびＣｕｌｌｉｓ， Ｃ．Ｆ．， ａｎｄ Ｆｉｒｔｈ， Ｊ．Ｇ．， Ｅｄｓ．， Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｇａｓｅｓ， Ｈｅｉｎ」において議論されている。
図１には、金属塩を含浸させた１つのガラスフィルタが例示として示されており、３０ｍｇの硫酸銅含浸二酸化ケイ素吸着剤の１つの圧縮ペレット、および活性ペレットまたはセンサ要素とガス流との間の金属焼結体で作られた可燃性センサの応答を示す。試験ガスは、２００ｐｐｍのＨ２Ｓ、２．５ｖｏｌ％のメタン、バランス空気から成る。縦座標は、２．５ｖｏｌ％のメタン（５０％爆発下限またはＬＥＬ）のセンサ信号を示し、経時的なセンサの非作動の尺度を提供する。横座標は、実験時間を時間単位で示す。これらの条件での５時間の実行時間は、Ｈ２Ｓの総投与量１０００ｐｐｍ−ｈに相当する。凡例は、硫酸第二銅、酢酸亜鉛、酢酸第二銅−酢酸亜鉛溶液の１回の含浸、酢酸第二銅−酢酸亜鉛溶液の２回の含浸、および酢酸鉛、を含むフィルタを室温で乾燥した後のそれぞれの担持量を示している。
上述のように、本明細書の硫黄化合物フィルタは、分析物の流れから高分子量の毒物を除去する目的で含まれる第２の材料（例えば、吸着剤材料）と共に使用することができる。高分子量の可燃性センサ毒の一つのファミリーは、シリコン含有化合物である。代表的な有効吸着体材料は、米国特許第６，７５６，０１６号に記載されており、該開示はここで参照として本明細書に取り込まれ、該開示は、約２００ｍ２／ｇ以下の表面積を有する多孔質材料を記載している。表面積は、重質炭化水素分析物がフィルタを迅速に通過できるように制限されている。また、さらなる硫黄耐性のために、硫酸銅のような硫黄ゲッタリング塩を多孔質材料に含浸させることも可能である。他の実施形態では、より大きな表面積の材料を使用することにより、多孔質材料に投入される容積を最小限にすることができる。例えば、５００ｍ２／ｇの表面積を有するＥｖｏｎｉｋ Ｓｉｐｅｒｎａｔ ＳＩＰ５０Ｓシリカを使用して、６，７５６，０１６に記載されている材料と同様の吸着能力を有しつつ、その容積は半分未満であるペレットを製造することができる。センサスタックアップ／設計における利用可能な空間は、上述のように、１つ以上の塩含浸媒体フィルタ（例えば、塩含浸ガラス）によって使用されてもよい。多くの実施形態では、本明細書の２つの塩含浸媒体フィルタが使用される。ここでも、高分子量毒物用の他の吸着剤材料のＳＩＰ５０Ｓシリカに、さらなるセンサレベルの硫黄容量のための硫黄ゲッタリング塩を含浸させることができる。
例えば、銅塩（例えば、硫酸第二銅および／または酢酸第二銅）および／または亜鉛塩（例えば、硫酸亜鉛および／または酢酸亜鉛）をＳｉＯ２上に固定することができる。本明細書の別個の硫黄化合物フィルタ（金属塩の組合せがガラスまたは石英のような材料上に固定されている）は、炭化水素に対する感度損失がないという利点を有する付加的な硫黄化合物容量を提供する。
図２Ａから図２Ｄを参照して、本明細書のセンサ１０の一実施形態は、ハウジング１２を含み、該ハウジング１２は入口１３を備え、該入口を介してセンサ１０を取り囲む環境からのガスがハウジング１２に導入される。ベース１４は、例えば、ハウジング１２と協働して、センサ１０の構成要素を囲むことができる。能動素子２０および補償素子３０は、それぞれ、センサ１０の熱シールド１５内に形成されたチャンバ６０および６０’内に配置される。センサ１０の能動素子２０は、例えば、図２Ｂに示されているように、白金合金ワイヤ２４を収容する触媒ビーズ２２を含んでもよい。触媒ビーズ２２は、例えば、パラジウム、白金、または当技術分野で公知の他の触媒を有するセラミック基板を含んでもよい。能動素子２０および補償素子３０は、図２Ａに示されるように、円筒形のウェルまたはチャンバ６０、６０’内の導電性ポスト５０に電気的に接続され、ボアにされるか（ｂｏｒｅｄ）、または熱シールド１５（それは例えば、プラスチックまたは金属から形成され得る）に成形される。可燃性ガスセンサ１０はまた、当技術分野で公知の多孔性フリットのようなフラッシュバックアレスタ７０を含む。
能動素子２０、および補償素子３０（仮に存在するならば）は、能動素子２０および補償素子３０のそれぞれの容積に比べて大きい、圧縮された多孔質フィルタ／フィルタ材料８６の圧縮された容積によって入口１３から分離されてもよい。フィルタ８６は、例えば、比較的高分子量の触媒阻害剤またはシリコン化合物（例えば、ヘキサメチルジシロキサンまたはＨＭＤＳ）のような毒物を除去（例えば、吸着によって）するように構成することができる。図示された実施形態では、センサ１０は、入口１３と能動素子２０／補償素子３０との間に配置された、本明細書に記載されるような硫黄化合物フィルタ８０をさらに含む。このようなフィルタは、複数設けられてもよい。
能動素子２０は、その出力を変化させることができる触媒酸化以外の現象（すなわち、ビーズ上のエネルギーバランスを変化させるもの）に反応し、それによって可燃性ガス濃度の測定に誤差が生じる。これらの現象の中には、周囲温度、湿度、および圧力の変化がある。センサ出力に対するそのような二次効果の影響を最小限にするために、可燃性ガスの酸化速度は、例えば、不活性、補償素子または素子３０に具現化される参照抵抗に対する検出要素または素子２０の抵抗の変化の観点から測定されてもよい。２つの抵抗は、例えば、図２Ｃに示すようなホイートストンブリッジ回路のような測定回路の一部であってもよい。可燃性ガスが存在するときにブリッジ回路を横切って発生する出力または電圧は、可燃性ガスの濃度の測定値を提供する。補償素子３０の特性は、典型的には、能動または感知素子２０と可能な限り密接に整合される。しかしながら、多くのシステムにおいて、補償素子３０は、触媒を持たないか、または不活化あるいは被毒触媒を担持することができる。一般に、周囲条件の変化によって生じる補償素子の特性の変化は、検知要素における同様の変化を調整または補償するために使用される。
当技術分野で知られているように、可燃性ガスセンサ１０は、例えば回路９０を含んでもよく、これは例えば、測定回路（例えば、図２Ｃに記載されているような）、制御回路、１つ以上のプロセッサシステム９２（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサを含む）、および関連するメモリシステム９４（制御／測定ソフトウェアが保存されてもよい）をプロセッサ９２との通信接続をした状態で含むことができる。電源９６は、例えば、ポータブル可燃性ガスセンサの場合、１つ以上のバッテリを含むことができる。回路９０は、例えば、図２Ｄに示すように、１つまたは複数のプリント回路基板９８ａおよび９８ｂ上に配置することができる。
本明細書で使用される「電子回路」、「電気回路構成」、「回路」などという用語は、機能または動作を実行するためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたは各々の組み合わせを含むが、これらに限定されない。例えば、所望の特徴または必要性に基づく。回路は、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような離散論理回路、または他のプログラムされた論理デバイスを含むことができる。回路は、ソフトウェアとして完全に具体化することもできる。本明細書で使用される「回路」は、「論理（ｌｏｇｉｃ）」と同義であると考えられる。本明細書で使用される「論理（ｌｏｇｉｃ）」という用語は、限定されるものではないが、機能またはアクションを実行するか、または別の構成要素から機能またはアクションを引き起こすための、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、または各々の組み合わせを含む。例えば、所望の用途または必要性に基づいて、ロジックは、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような個別のロジック、または他のプログラムされたロジックデバイスを含んでもよい。また、ロジックは、ソフトウェアとして完全に具現化されてもよい。
本明細書で使用される用語「プロセッサ」は、任意の組み合わせで、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置（ＣＰＵｓ）、およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）のような、事実上任意の数のプロセッサシステムまたはスタンドアロンプロセッサのうちの１つ以上を含むが、これらに限定されない。プロセッサは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、クロック、デコーダ、メモリ・コントローラ、または割り込みコントローラなど、プロセッサの動作をサポートする種々の他の回路と関連付けることができる。これらの支持回路は、プロセッサまたはその関連する電子パッケージングの内部または外部であってもよい。支持回路は、プロセッサと動作可能な通信を行っている。支持回路は、必ずしもプロセッサとは別個にブロック図または他の図面で示されていない。
本明細書で使用される用語「コントローラ」は、１つ以上の入力または出力デバイスの動作を調整および制御する任意の回路またはデバイスを含むが、これらに限定されない。例えば、コントローラは、入出力機能を実行するようにプログラムすることができる１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、または中央処理装置（ＣＰＵｓ）を有するデバイスを含むことができる。
本明細書で使用される用語「ソフトウェア」は、コンピュータまたは他の電子デバイスに所望の方法で機能、動作、または挙動を実行させる、１つ以上のコンピュータ読取り可能または実行可能な命令を含むが、これらに限定されない。命令は、ルーチン、アルゴリズム、モジュール、または、ダイナミックにリンクされたライブラリからの別個のアプリケーションまたはコードを含むプログラムのような種々の形式で具体化することができる。ソフトウェアはまた、スタンドアロン・プログラム、ファンクション・コール、サーブレット、アプレット、メモリに格納された命令、オペレーティング・システムの一部、または他のタイプの実行可能な命令のような種々の形式で実装することができる。ソフトウェアの形態は、例えば、所望のアプリケーションの要件、それが実行される環境、またはデザイナ／プログラマの所望等に依存することが当業者には理解されるであろう。
上記のように、酢酸鉛含浸ガラスフィルタ媒体は、硫黄含有化合物のための有効なフィルタとして使用されてきた。しかし、このようなフィルタにおける鉛は、潜在的な環境上の脅威をもたらす。本フィルタは、鉛フリーおよび／またはＲｏＨＳ規格などの規格に準拠しており、一方、比較的高い硫黄化合物（例えば、Ｈ２Ｓ）耐性を提供する。さらに、本発明のフィルタは、水溶性の金属塩前駆体を用いて調製される。亜鉛および銅前駆体のような金属塩前駆体の組み合わせは、組み合わせて添加して、金属塩の全溶解度を増加させ、それにより、フィルタ媒体上のＨ２Ｓ除去のための化学吸着サイトを増加させることができる。水溶性前駆体の使用（特に室温で）は、本明細書のフィルタの製造を容易にする。危険の可能性のある溶液（例えば、アンモニアのような溶媒を使用する）を取り扱うため、またはプロセス溶液を連続的に加熱するために特別な装置は必要とされない。
本明細書のフィルタ装置、システムおよび方法は、Ｈ２Ｓのような硫黄化合物を除去することが望ましい任意の状況で使用することができる。上記の代表的な例に関連して記載されているように、本明細書のフィルタ装置、システムおよび方法はガスセンサと関連して使用され得、該ガスセンサにおいて１つ以上の硫黄化合物は、触媒的に活性な検知要素に対する干渉剤、阻害剤または毒物であり得る。これらのフィルタは、可燃性ガスセンサにおいて特に有用である。そのような可燃性ガスセンサは、例えば、本明細書に記載されているような、米国特許第８，８２６，７２１号および米国特許出願番号１５／５９７，８５９並びに１５／５９７，９３３に記載されているような、多くの異なる方法で設計および／または動作され得、これらの開示は参照として本明細書に組み入れられる。
前述の説明および添付の図面は、現時点でいくつかの代表的な実施形態を記載している。当然のことながら、種々の修正、追加、および代替の設計は、前述の説明ではなく、以下の特許請求の範囲によって示される本明細書の範囲から逸脱することなく、前述の教示に照らして当業者に明らかになるであろう。クレームの同等性の意味および範囲内にあるすべての変更および変形は、それらの範囲内に包含されるものとする。

Claims (28)

  1. ガスが移動可能なフィルタ媒体材料と、
    前記フィルタ媒体材料上に固定された第１の金属塩と、前記フィルタ媒体材料上に固定された前記第１の金属塩とは異なる少なくとも第２の金属塩と、を含み、
    前記第１の金属塩および前記少なくとも第２の金属塩は、前記第１の金属塩および前記少なくとも第２の塩を含む水溶液から前記フィルタ媒体材料上に固定されている、フィルタ。
  2. 前記第１の金属塩が銅塩である、請求項１に記載のフィルタ。
  3. 前記第１の金属塩が亜鉛塩である、請求項１に記載のフィルタ。
  4. 前記第１の金属塩が銅塩であり、前記少なくとも第２の金属塩が亜鉛塩である、請求項１に記載のフィルタ。
  5. 前記フィルタ媒体材料が、ガラスまたは石英を含む、請求項５に記載のフィルタ。
  6. 前記銅塩が硫酸銅および酢酸第二銅からなる群より選択され、前記亜鉛塩が硫酸亜鉛および酢酸亜鉛からなる群より選択される、請求項５に記載のフィルタ。
  7. 前記フィルタ媒体材料は、鉛を含まない、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ。
  8. ハウジングと、
    前記ハウジング内の入口と、
    前記入口と流体接続された少なくとも１つの感知素子と、
    前記入口と前記少なくとも１つの感知素子との間に配置されたフィルタと、を備え、
    前記フィルタが、ガスが移動可能なフィルタ媒体材料と、前記フィルタ媒体材料上に固定された第１の金属塩と、前記フィルタ媒体材料上に固定された少なくとも第２の金属塩と、を含み、
    前記第１の金属塩および前記少なくとも第２の金属塩は、前記第１の金属塩および前記少なくとも第２の塩を含む水溶液から前記フィルタ媒体材料上に固定されている、ガスセンサ。
  9. 前記第１の金属塩が銅塩である、請求項８に記載のガスセンサ。
  10. 前記第１の金属塩が亜鉛塩である、請求項８に記載のガスセンサ。
  11. 前記第１の金属塩が銅塩であり、前記少なくとも１つの第２の金属塩が亜鉛塩である、請求項８に記載のガスセンサ。
  12. 前記少なくとも１つの感知要素が、支持体上に固定された触媒と、前記支持体上に固定された前記触媒を加熱する加熱要素とを含む可燃性ガスセンサ感知要素である、請求項１１に記載のガスセンサ。
  13. 前記フィルタ媒体材料が、ガラスまたは石英を含む、請求項１２に記載のガスセンサ。
  14. 前記銅塩が硫酸第二銅と酢酸第二銅からなる群より選択され、前記亜鉛塩が硫酸亜鉛と酢酸亜鉛からなる群より選択される、請求項１２に記載のガスセンサ。
  15. 前記入口と前記少なくとも１つの感知要素との間に配置されたシリコン化合物を除去するためのフィルタをさらに備える、請求項１２に記載のガスセンサ。
  16. 前記シリコン化合物を除去するためのフィルタは二酸化ケイ素を含む、請求項１５に記載のガスセンサ。
  17. 前記シリコン化合物を除去するためのフィルタが、硫黄化合物を除去するために固定された材料をさらに含む、請求項１６に記載のガスセンサ。
  18. 前記フィルタ上に固定された硫黄化合物およびシリコン化合物を除去する前記材料が、銅塩または亜鉛塩の少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のガスセンサ。
  19. 前記フィルタ上に固定された硫黄化合物を除去してシリコン化合物を除去する前記材料が、硫酸銅を含む、請求項１７に記載のガスセンサ。
  20. 前記フィルタ媒体材料は、鉛を含まない、請求項８〜１９のいずれか一項に記載のガスセンサ。
  21. 硫黄化合物を除去するためのフィルタを形成する方法であって、
    第１の金属塩および少なくとも１つの第２の金属塩を含む水溶液を形成すること、
    ガスが移動可能なフィルタ媒体材料を前記水溶液に浸漬すること、
    前記水溶液から前記フィルタ媒体材料を取り除くこと、
    前記フィルタ媒体材料を乾燥させることにより、前記第１の金属塩および前記１つの第２の金属塩を前記フィルタ媒体材料上に固定すること、を含む方法。
  22. 前記第１の金属塩が銅塩である、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記第１の金属塩が亜鉛塩である、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記第１の金属塩が銅塩であり、前記少なくとも１つの第２の金属塩が亜鉛塩である、請求項２１に記載の方法。
  25. 前記フィルタ媒体材料を乾燥させた後、前記フィルタ媒体材料を前記水溶液に少なくとも２回目の浸漬を行うこと、
    前記水溶液から前記フィルタ媒体材料を取り除くこと、および、
    前記フィルタ媒体材料を乾燥させること、
    をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
  26. 前記フィルタ媒体材料が、ガラスまたは石英を含む、請求項２１に記載の方法。
  27. 前記第１の金属塩が、硫酸銅および酢酸銅からなる群より選択され、前記第２の金属塩の亜鉛塩が、硫酸亜鉛および酢酸亜鉛からなる群より選択される、請求項２１に記載の方法。
  28. 前記フィルタ媒体材料は、鉛を含まない、請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
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