JP4236174B2 - フルオロカーボンガスの検出装置 - Google Patents

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この発明はフルオロカーボンガスの検出に関する。
フルオロカーボンの検出ではエタノールが主な妨害ガスとなり、フィルタでエタノールを除く必要がある。またこのフィルタは、フルオロカーボンへのガスセンサの応答性を損ねないものが好ましい。エタノール除去用のフィルタとして代表的なものは活性炭であるが、活性炭では代表的なフルオロカーボンであるＲ１３４ａやＲ４０７Ｃなどへの感度が低下した。そこで発明者はエタノールを選択的に除去でき、フルオロカーボンへの感度の低下が少ないフィルタを探求してこの発明に到った。なお特許文献１はゼオライトをエタノール除去用のフィルタに用いることを開示し、特許文献２は携帯用のガス検知器の代表的な構成を開示している。
特許２７９１４７５ 特開２００２−２５７７６８
この発明の課題は、フルオロカーボンガスの検出時の、エタノールによる妨害を小さくすることにある。
この発明での追加の課題は、フルオロカーボンガスへのフィルタによる応答性能の低下を防止し、かつフルオロカーボンガスの検出への水蒸気の影響を小さくすることにある。
この発明のフルオロカーボンガスの検出装置は、フルオロカーボンガスを検出するためのガスセンサと、前記ガスセンサに達する被検ガスからエタノールを除くための、２枚重ねたシート状のシリカゲルからなり、かつシリカゲルの合計厚さが2〜6mmであるフィルタ、とを設けたものである。
シリカゲルまたはゼオライトをフィルタとすると、エタノールを充分に除去でき、しかもフルオロカーボンを除去する割合が低いので、フルオロカーボンガスの検出でのエタノールによる妨害を小さくできる。
またフィルタをシリカゲルとすると、フルオロカーボンに対する応答速度を損ねないので、携帯用や可動式のガス検出装置に適している。さらにシリカゲルフィルタを用いると、水蒸気の影響を小さくできるので、フルオロカーボンガスの検出精度が増す。
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
図１〜図３に、携帯用のフルオロカーボンガスの検出装置を例に実施例を示す。図において、２はセンサ部でパイプ状などの形状をし、図の左から右へと図示しない吸引ポンプにより周囲の雰囲気を吸引する。センサ部２にはガスセンサ６があり、８はセンサ本体で、例えば図示しないヒータにより金属酸化物半導体を加熱して、その抵抗値からフルオロカーボンガスを検出するものとする。なおセンサ本体８は、液体電解質に所定の電位を加えて、フルオロカーボンなどのガスを電解するガスセンサなどでもよい。ガスセンサ６のガス導入部よりにフィルタ１０があり、これは厚さが例えば２mmのシリカゲルシート１２を２枚重ねたものであり、その前後に不織布１４とメッシュ１６とを配置する。不織布１４はフィルタ１０からその材料がこぼれ出すのを防止するためのもので、シリカゲルシート１２の場合設けなくても良い。同様にメッシュ１６も設けなくても良い。ガスセンサ６の出口側にも開口を設けてメッシュ１８を取り付け、メッシュ１６からフィルタ１０を通りセンサ本体８に達したガスが、メッシュ１８から吸引されるようにする。２０はセンサ部２のからのガスの出口である。ガスセンサ６は、センサ本体８の上流側にシリカゲルシート１２からなるフィルタ１０を設けたもので、シリカゲルの合計の厚さは２〜６mmが好ましい。
図２に変形例のフルオロカーボンガスの検出装置を示すと、２２は新たなセンサ部で、２４はガスセンサで、図１のガスセンサ６からフィルタ１０を除いたものとし、２６は新たなフィルタで、例えばシリカゲルのシート１２を適宜の厚さにして、その両側を不織布やメッシュなどで覆って、センサ部２２に取り付けたものである。
図３に、フルオロカーボンガスの検出装置の構成を示す。３０はサーミスタで、その他の温度センサなどでも良く、３２は吸引ポンプで、センサ部２，２２から雰囲気を吸引する。ただし定置式のガス検出装置などの場合、吸引ポンプ３２を設けなくても良い。３４は処理回路で、マイクロコンピュータなどの信号処理回路と、ガスセンサ６の付帯抵抗などからなり、３６はＬＣＤで、求めたフルオロカーボンガスの濃度を表示し、あるいはメッセージなどを表示する。ＬＥＤ３８は、ガス検出装置の状態や、フルオロカーボン濃度などにより表示を変え、ブザー４０は警報濃度以上のフルオロカーボンガスを検出すると警報する。
処理回路３４では、センサ部２から得られるガスセンサの出力を、サーミスタ３０の温度信号で補正し、温度補正済みのセンサ信号から、フルオロカーボンガス濃度を求める。携帯用のフルオロカーボンガスの検出装置の場合、最初にフルオロカーボンの漏れが存在しない、漏れが存在する可能性があるの２種類に弁別し、漏れの可能性がある場合には、時間をかけて漏れを検査する。従って、短時間で漏れの有無をチェックできるように、低濃度のフルオロカーボンガスを素速く検出する必要があり、このため温度補正済みのセンサ信号を微分する、もしくは基準値に対する温度補正済みのセンサ信号の差分を求める、などを行う。
フィルタ材料として、粒状の活性炭と、シート状のシリカゲル、粒状シリカゲル、粒状ゼオライト（材質はモルデナイトで、ＭＳ５ＡやＭＳ１３Ａなどの他のゼオライトでも良い）、の４種類を検討した。シート状シリカゲルの厚さは１枚あたり２mmで、原則として２枚重ねて使用したが、３枚などの枚数でも良く、粒状の活性炭やシリカゲル、ゼオライトをフィルタ材料とする場合、合計の厚さが４mmとなるように充填した。またフルオロカーボンガスを代表するものとして、Ｒ１３４ａ（ＣＨ2Ｆ−ＣＦ3）及びＲ４０７Ｃ（Ｒ１３４ａ５２質量％と、ＣＨＦ3 ２３質量％、ＣＨＦ2−ＣＦ3 ２５質量％の混合物）を用いた。各１０００ppmのＲ１３４ａ、Ｒ４０７Ｃ、エタノールに対するガスセンサの抵抗値を表１に示す。フィルタがない場合、Ｒ１３４ａやＲ４０７Ｃへの感度は、エタノールへの感度と大差はなく、従って低濃度のフルオロカーボンを検出する場合、周囲に僅かでもエタノールが存在すると影響を受ける。粒状活性炭フィルタを用いると、エタノールの影響をほぼ除くことができるが、Ｒ１３４ａ中やＲ４０７Ｃ中での抵抗値も、ノンフィルタの場合の数倍〜１０倍程度に達し、フルオロカーボンに対する感度が低下する。これに対してシート状シリカゲルを用いると、１０００ppmのエタノールと１０００ppmのフルオロカーボンガス中での抵抗値の比は、８：１程度となり、フルオロカーボンガスを選択的に検出できる。同様に粒状のシリカゲルや粒状のゼオライトを用いても、フルオロカーボンガスを選択的に検出できる。これらのことから、フィルタ材料にはシリカゲルやゼオライトが好ましいことが分かった。
携帯用のフルオロカーボンガスの検出装置の場合、低濃度のフルオロカーボンへの応答が速いことが重要である。そこで被検ガスとしてＲ１３４ａ ５ppmを用い、清浄空気中からＲ１３４ａ ５ppmの雰囲気中にセンサ部を挿入した際の９０％応答時間と、Ｒ１３４ａ ５ppm中での定常出力電圧とを求めた。なおセンサ部は図１のもので、吸引流量は毎分１００mlで、流量を変えても結果は同様であった。９０％応答時間は、出力電圧に変化が生じた後、定常出力の９０％まで応答するための時間である。９０％応答時間はシート状シリカゲルでは比較的短いが、粒状活性炭や粒状のシリカゲルでは長く、特に粒状のゼオライトでは異常に長い値となる。次に定常出力電圧を見ると、活性炭では出力電圧が小さく、シート状や粒状のシリカゲルで比較的大きな出力電圧が得られる。さらにシート状並びに粒状のシリカゲルについて水蒸気感度を測定した。ビーカーに４０℃の水を保持し、水面から２cm上の空気を吸引し、ガスセンサの定常出力電圧を求めた。なお清浄空気中でのガスセンサの出力電圧は０.１Ｖ以下で、フィルタを設けない場合、水蒸気感度により出力電圧は２.４Ｖに達したが、シート状もしくは粒状のシリカゲルを用いると、出力電圧は０.１Ｖ以下に保たれた。これらのことから、シリカゲルを用いると応答時間が比較的短く、フルオロカーボンガスへの出力電圧も大きいことが判明した。さらに水蒸気感度を小さくできた。このため湿けった雰囲気をサンプリングして誤報することを防止できる。
清浄空気中での出力電圧を測定した後、Ｒ１３４ａ １ppm中に５秒間さらし、続いてＲ１３４ａ ５ppm中に５秒間さらして、Ｒ１３４ａ １ppm中での最大出力電圧と、Ｒ１３４ａ ５ppm中での最大出力電圧を求めた。なお清浄空気中での出力電圧はいずれも０.１Ｖ未満であった。粒状活性炭の場合、Ｒ１３４ａ ５ppm中での出力は低く、１ppmと５ppmの間の出力変化も小さい。粒状ゼオライトの場合、５ppmでの出力も小さく、１ppmと５ppmとの間の出力変化も小さい。これに対してシリカゲルを用いると、５ppmでの出力電圧が大きく、１ppmと５ppmの間の出力変化も大きい。特にシート状のシリカゲルを用いると、１ppmや５ppmで大きな出力電圧を得ることができ、また１ppmと５ppm間の出力変化を大きくすることができる。
以上のことから、シリカゲル、特にシート状のシリカゲルをフィルタに用いることにより、エタノールによる妨害を小さくできることが判明した。またフルオロカーボンガスへの応答時間も短く、水蒸気感度が僅かで、低濃度のフルオロカーボンガスに短時間触れた場合にも十分に検出できる。これらのため、例えば携帯用のガス検出装置では、フルオロカーボンの僅かな漏れを確実に検出できる。
表１ 感度 （ガス中での抵抗値で表示）
フィルタ Ｒ１３４ａ1000ppm Ｒ４０７Ｃ1000ppm エタノール1000ppm
ノンフィルタ ２.３ ２.１ ３.４
粒状活性炭 ２１ １２ ５５
シート状シリカゲル ２.３ ２.３ １９
粒状シリカゲル ２.５ ２.７ １６
粒状ゼオライト ２.４ ２.９ ２４
＊ 値はセンサ抵抗の平均値（ｎ＝３）をＫΩ単位で示し、
ガスの吸引開始から５分後の定常値を表示.
表２ 応答性能 （Ｒ１３４ａ５ppm）
フィルタ ９０％応答時間（秒） 定常出力電圧（Ｖ） 水蒸気感度（Ｖ）
ノンフィルタ ２.４ ５.２ ２.４
粒状活性炭 ４.５ １.６ 未測定
シート状シリカゲル ３.８ ５.６ 感度無し
粒状シリカゲル ４.４ ５.２ 感度無し
粒状ゼオライト ８.５ ４.８ 未測定
＊ 値は３個のセンサの平均値で、
流量は毎分１００ml，ガスや水蒸気に曝す前の出力は０.１Ｖ以下，
水蒸気は４０℃の水を保持したビーカーの水面から２cm上の空気をサンプリング.
表３ 応答性能 （出力電圧）
フィルタ 空気 １ppm ５ppm
ノンフィルタ ＜０.１ １.８ ５.４
粒状活性炭 ＜０.１ ０.５ １.１
シート状シリカゲル ＜０.１ １.７ ５.１
粒状シリカゲル ＜０.１ １.３ ４.１
粒状ゼオライト ＜０.１ ０.９ ２.２
＊ 値は３個のセンサの平均値で、
空気中での出力レベル、Ｒ１３４ａ１ppmに中での最大出力、Ｒ１３４ａ１ppmから５ppmに雰囲気を切り替えた後の最大出力を示す（Ｖ単位）.
実施例のフルオロカーボンガスの検出装置の要部断面図 変形例の検出装置の要部断面図 実施例のフルオロカーボンガスの検出装置のブロック図
符号の説明
２，２２ センサ部
６，２４ ガスセンサ
８ センサ本体
１０，２６ フィルタ
１２ シリカゲルシート
１４ 不織布
１６，１８ メッシュ
２０ 出口
３０ サーミスタ
３２ 吸引ポンプ
３４ 処理回路
３６ ＬＣＤ
３８ ＬＥＤ
４０ ブザー

Claims (1)

  1. フルオロカーボンガスを検出するためのガスセンサと、
    前記ガスセンサに達する被検ガスからエタノールを除くための、２枚重ねたシート状のシリカゲルからなり、かつシリカゲルの合計厚さが2〜6mmであるフィルタ、
    とを備えた、フルオロカーボンガスの検出装置。
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