JP4094249B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス検出装置に関し、特に絶縁ガスとして六フッ化硫黄ガスを封入した絶縁電気機器の内部で放電などの異常が発生した際などに、六フッ化硫黄ガスの分解により生成する分解ガスを検出するガス検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
GISなどの高電圧の電気機器では、六フッ化硫黄ガスあるいは六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスが絶縁媒体として一般的に使用されており、その安全運転のために定期的な保守管理がなされている。この保守管理においては、六フッ化硫黄ガスは放電によりその一部が分解して4フッ化硫黄ガスやフッ化水素ガスなどの含フッ素ガスを発生する事実に基づいて、上記絶縁媒体中におけるかかる含フッ素ガスの有無、あるいは発生した含フッ素ガスの量を検出することが行われている。
【0003】
特開2000−105216号公報には、上記の含フッ素ガスを検出するガスセンサが提案されており、図4はその概略説明図である。図4において、1は検出電極、2はフッ化物固体電解などのフッ素イオン導電性の固体電解質、3は対向電極、4はリード線、5は直流電源、6は電流計である。検出電極1と対向電極3とは、固体電解質2を間に挟んで互いに対向するように固体電解質2の表面に密着して設けられている。リード線4は、検出電極1と電流計6とを接続するリード線部分41と、対向電極3と直流電源5と電流計6とを順次接続するリード線部分42とからなる。上記のガスセンサは、その使用に際しては、検出電極1が含フッ素ガスと接触するように被検出ガスの雰囲気中に設置される。
【0004】
直流電源5は、リード線部分41、42を介して、検出電極1と対向電極3の間に直流電圧を印加する機能をなし、この直流電圧の印加により検出電極1で電極反応が生じて上記の含フッ素ガスが電気分解され、このときの電気分解電流は電流計6によりセンサ出力として取り出される。従って、電流計6で検出される電流値から含フッ素ガスの量を知ることができる。なお図4では、含フッ素ガスの一例としてフッ化水素ガス(HF)を対象とした例が示されている。
【0005】
ところで図5は、従来のガスセンサにおける電流値の経時変化を示したグラフであって、縦軸は電流計6に現れた電流値、横軸は通電時間を示す。図5から明らかな通り、直流電圧の印加直後に非常に大きな電流が流れ、その後、電流量は漸次減少して一定値に落ちつく。直流電圧印加直後に大きな電流が流れる現象は、固体電解質2に電荷が蓄積されることによる。即ち固体電解質2は、電気回路要素的にはコンデンサと抵抗が並列に接続された如き性質を示し、直流電圧を印加した場合、上記コンデンサに一定の電荷が蓄積されるまで回路には充電電流が流れる。なお固体電解質2への電荷蓄積には、数分程度の比較的長い時間を要する。
【0006】
しかして従来のガスセンサは、上記のように直流電圧を印加しているため、固体電解質2に一定の電荷が蓄積されるまで正確な測定ができない問題点があった。図5には含フッ素ガスの一例としてフッ化水素ガス(HF)が有る場合と無い場合の両方について各電流値の変化を示しているが、いずれの場合も電圧印加直後には回路に大きな充電電流が流れるため、正確な測定が実施できない。従って、従来のガスセンサでは、直流電圧を数分間印加して回路に流れる充電電流が十分に小さな値となった時点で電流値を計測し、分解ガスの有無を調査していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における以上のような問題点を解決するためになされたものであって、電圧印加直後の充電電流の影響を排除して、含フッ素ガスの検出を短時間で行えるガス検出装置を提供することを課題とするものである。
【0008】
【問題を解決するための手段】
本発明のガス検出装置は、(1)固体電解質、上記固体電解質の一方の面に設けられて被検出ガスとしての六フッ化硫黄ガスの分解により生成した含フッ素ガスと接する検出電極、上記固体電解質の他方の面に設けられた対向電極、上記検出電極と上記対向電極とを含む閉回路に流れる電流値を計測する電流計、上記検出電極と上記対向電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたものである。
【0009】
(2)上記(1)において、上記固体電解質は、フッ化物固体電解質である。
【0010】
(3)上記(1)または(2)において、上記検出電極は、この検出電極における電極反応を促進する反応促進金属により構成されているものである。
【0011】
(4)上記(1)において、上記交流電圧の周波数は、1〜1000Hzである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下の諸実施の形態において、図4の従来技術に示された部位と同じ部位については同符号を付し、各内容の説明は図4での説明を参照することとして以下では一部の説明を省略する。
【0013】
実施の形態1.
図1〜図2は、本発明のガス検出装置における実施の形態1を説明するものであって、図1は実施の形態1の概略説明図であり、図2は図1のガス検出装置を使用した場合における電流値の経時変化を示すグラフである。図1において、7は交流電源であって、実施の形態1では図4の従来技術における直流電源5に代えて交流電源7が用いられており、その他の点は従来技術と同じである。
【0014】
実施の形態1における検出電極1、固体電解質2、および対向電極3の形成材料や形成方法などについては、それぞれ斯界で従来から周知あるいは実用されている技術を制限なく採用することができるが、以下では従来技術のうちの好ましいものの若干例を説明する。
【0015】
検出電極1としては、可及的低電圧下にて前記含フッ素ガスを電極反応により電気分解し得る材料からなるものが好ましく、かかる材料としては、白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなどの遷移金属類の少なくとも1種から形成されたもの、または上記金属材料を主成分とする、あるいは含有する金属材料から形成されたものが好ましい。対向電極3の形成材料については特に制限はなく、検出電極1と同一とすると実施の形態1の工業生産が容易となる。固体電解質2としては、フッ素イオン導電性の良好な固体電解質が一般的に好ましく、かかる固体電解質としては例えば0.3モル%程度のユーロビウムを添加したLaF3の単結晶を例示し得る。
【0016】
検出電極1と対向電極3とは、固体電解質2の表面に真空蒸着、スパッタ蒸着などにより形成可能であり、なお検出電極1をスリット状とする場合にはフォトリソグラフィおよびフォトエッチングにより形成可能である。
【0017】
図2では、実施の形態1の作用を図4に示す従来のガスセンサのそれと比較して示し、縦軸は電流計に現れた電流値、横軸は通電時間である。図2から明らかな通り、直流電圧を印加する従来のガスセンサでは電圧印加直後に非常に大きな充電電流が流れるのに対して、交流電圧を印加する実施の形態1では得られる電流は電圧印加直後から安定しており、経時変化はない。これは、直流電圧印加の場合に生じる固体電解質2への電荷蓄積が、交流電圧印加の際には発生しないためである。従って直流電圧を印加する従来のガスセンサでは、含フッ素ガスの検出に数分間の時間を要するのに対して、実施の形態1によれば充電電流の影響が発生しないために交流電圧印加の直後から正確な含フッ素ガスの検出が可能となる。
【0018】
実施の形態2.
図3は、本発明のガス検出方法における実施の形態2を説明する印加交流電圧の周波数−電流値の関係グラフである。実施の形態2では、前記実施の形態1のガス検出装置が用いられ、その検出電極1を含フッ素ガスの一例としてのフッ化水素ガス(HF)が存在する雰囲気に曝した状態で種々の周波数の交流電圧を印加した場合とフッ化水素ガス(HF)あるいはその他の含フッ素ガスがいっさい存在しない雰囲気に曝した状態で上記と同様の交流電圧を印加した場合とにおける電流値を比較している。
【0019】
図3から明らかな通り、フッ化水素ガスなどの含フッ素ガスが存在しない雰囲気では、得られる電流値は周波数に依らず一定であるが、フッ化水素ガスが存在する雰囲気では、電流値は周波数の増加とともに減少しており、1000Hz以上の高周波域では、フッ化水素ガスの有無に係わらず得られる電流値は同じである。この現象は、電流発生に寄与するフッ素イオンの移動度の周波数特性を示しており、1000Hzより高い高周波域下ではフッ素イオンの移動が起こり難いことが分かる。
【0020】
従って、本発明のガス検出方法において印加する交流電圧としては、殊に検出対象とするイオンがフッ素イオンの場合においては、周波数が1〜1000Hz程度、特に1〜500Hz程度、さらには1〜100Hz程度であることが好ましい。
【0021】
【発明の効果】
本発明のガス検出装置は、以上説明した通り、(1)固体電解質、上記固体電解質の一方の面に設けられて被検出ガスとしての六フッ化硫黄ガスの分解により生成した含フッ素ガスと接する検出電極、上記固体電解質の他方の面に設けられた対向電極、上記検出電極と上記対向電極とを含む閉回路に流れる電流値を計測する電流計、上記検出電極と上記対向電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたものであると、交流電圧印加の際には、直流電圧印加の場合に生じる固体電解質への電荷蓄積が発生しないので、交流電圧印加の直後から精度の高い含フッ素ガスの検出が可能となる効果がある。
【0022】
また(2)上記(1)において、上記固体電解質は、フッ化物固体電解質であり、(3)上記(2)において、上記検出電極は、この検出電極における電極反応を促進する反応促進金属により構成されているものであると、上記含フッ素ガスの検出速度や検出感度が一層向上する効果がある。
【0023】
また(4)上記(1)において、上記交流電圧の周波数は、1〜1000Hzとしたものであると、電流発生に寄与するフッ素イオンの移動度が良好であるので、交流電圧印加の直後から含フッ素ガスの精度の高い検出が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のガス検出装置における実施の形態1の概略説明図。
【図2】 実施の形態1における電流値の経時変化を示すグラフ。
【図3】 本発明のガス検出方法での実施の形態2における印加交流電圧の周波数−電流値の関係グラフ。
【図4】 従来技術のガスセンサの概略説明図。
【図5】 従来技術における電流値の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
1 検出電極、2 固体電解質、3 対向電極、4 リード線、6 電流計、
7 交流電源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to gas detection equipment, especially such as when such internal discharge of insulated electrical devices sulfur hexafluoride gas is sealed as an insulating gas abnormality occurs, produced by decomposition of sulfur hexafluoride gas those concerning the gas detection equipment for detecting a decomposed gas.
[0002]
[Prior art]
In high-voltage electrical equipment such as GIS, sulfur hexafluoride gas or a mixed gas of sulfur hexafluoride gas and nitrogen gas is generally used as an insulating medium, and regular maintenance is performed for its safe operation. Management is done. In this maintenance and management, sulfur hexafluoride gas is partially decomposed by discharge and generates fluorine-containing gas such as sulfur tetrafluoride gas or hydrogen fluoride gas. The presence or absence of fluorine-containing gas or the amount of fluorine-containing gas generated is detected.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-105216 proposes a gas sensor for detecting the above-mentioned fluorine-containing gas, and FIG. 4 is a schematic explanatory diagram thereof. In FIG. 4, 1 is a detection electrode, 2 is a fluorine ion conductive solid electrolyte such as fluoride solid electrolysis, 3 is a counter electrode, 4 is a lead wire, 5 is a DC power source, and 6 is an ammeter. The
[0004]
The
[0005]
FIG. 5 is a graph showing the change over time of the current value in the conventional gas sensor, where the vertical axis shows the current value appearing on the
[0006]
Therefore, since the conventional gas sensor applies a DC voltage as described above, there is a problem that accurate measurement cannot be performed until a certain amount of electric charge is accumulated in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and eliminates the influence of the charging current immediately after the voltage application, and can detect the fluorine-containing gas in a short time. it is an object of the present invention to provide a equipment.
[0008]
[Means for solving problems]
The gas detection device of the present invention includes (1) a solid electrolyte, a detection electrode provided on one surface of the solid electrolyte and in contact with a fluorine-containing gas generated by decomposition of sulfur hexafluoride gas as a detection gas, the solid A counter electrode provided on the other surface of the electrolyte, an ammeter for measuring a current value flowing in a closed circuit including the detection electrode and the counter electrode, and applying an AC voltage between the detection electrode and the counter electrode An AC power supply is provided.
[0009]
(2) In the above (1), the solid electrolyte is a fluoride solid electrolyte.
[0010]
(3) In the above (1) or (2), the detection electrode is made of a reaction promoting metal that promotes an electrode reaction in the detection electrode .
[0011]
(4) In the above (1), the frequency of the AC voltage is 1-1000 Hz.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following embodiments, the same parts as those shown in the prior art of FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description of each content is referred to the description in FIG. Is omitted.
[0013]
1 to 2 are diagrams for explaining the first embodiment of the gas detection apparatus of the present invention. FIG. 1 is a schematic explanatory view of the first embodiment, and FIG. 2 shows the gas detection apparatus of FIG. It is a graph which shows a time-dependent change of the electric current value in the case of using. In FIG. 1,
[0014]
As the forming material and forming method of the
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
In FIG. 2, the operation of the first embodiment is shown in comparison with that of the conventional gas sensor shown in FIG. 4, where the vertical axis represents the current value appearing on the ammeter and the horizontal axis represents the energization time. As is clear from FIG. 2, in the conventional gas sensor that applies a DC voltage, a very large charging current flows immediately after the voltage application, whereas in
[0018]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the frequency and the current value of the applied AC voltage for explaining
[0019]
As is clear from FIG. 3, the current value obtained is constant regardless of the frequency in an atmosphere in which no fluorine-containing gas such as hydrogen fluoride gas exists, but in the atmosphere in which hydrogen fluoride gas exists, the current value is the frequency. The current value obtained is the same regardless of the presence or absence of hydrogen fluoride gas in a high frequency range of 1000 Hz or higher. This phenomenon shows the frequency characteristics of the mobility of fluorine ions that contribute to the generation of current, and it can be seen that the movement of fluorine ions hardly occurs under a high frequency range higher than 1000 Hz.
[0020]
Therefore, the alternating voltage applied in the gas detection method of the present invention is about 1 to 1000 Hz, particularly about 1 to 500 Hz, and further about 1 to 100 Hz, particularly when the ions to be detected are fluorine ions. It is preferable that
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the gas detection device of the present invention is in contact with (1) a solid electrolyte and a fluorine-containing gas that is provided on one surface of the solid electrolyte and generated by decomposition of sulfur hexafluoride gas as a detection gas. A detection electrode, a counter electrode provided on the other surface of the solid electrolyte, an ammeter for measuring a current value flowing in a closed circuit including the detection electrode and the counter electrode, and between the detection electrode and the counter electrode With an AC power supply that applies AC voltage, when ac voltage is applied, charge accumulation in the solid electrolyte that occurs when DC voltage is applied does not occur. This has the effect of enabling detection of fluorine-containing gas.
[0022]
(2) In (1), the solid electrolyte is a fluoride solid electrolyte. (3) In (2), the detection electrode is composed of a reaction promoting metal that promotes an electrode reaction in the detection electrode. In this case, the detection speed and detection sensitivity of the fluorine-containing gas are further improved.
[0023]
(4) In (1) above, if the frequency of the AC voltage is 1 to 1000 Hz, the mobility of fluorine ions contributing to current generation is good. There is an effect that the fluorine gas can be detected with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of
FIG. 2 is a graph showing a change with time of a current value in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency and current value of applied AC voltage in
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a conventional gas sensor.
FIG. 5 is a graph showing a change in current value with time in the prior art.
[Explanation of symbols]
1 detection electrode, 2 solid electrolyte, 3 counter electrode, 4 lead wire, 6 ammeter,
7 AC power supply.
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