JP4375336B2 - Gas sensor and gas detection method - Google Patents

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Description

本発明は、自動車の排ガスのように内燃機関から排出される排ガスに含まれるガス成分を検知するのに好適な、可燃性ガスの量或いは濃度を検知するためのガスセンサ及びガス検知方法に関する。 The present invention relates to a gas sensor and a gas detection method for detecting the amount or concentration of a combustible gas suitable for detecting a gas component contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as automobile exhaust gas.

ガスセンサの一つに接触燃焼式ガスセンサがある。このガスセンサの原理は、白金線の上に酸化触媒を塗布したものを検知素子とし、素子表面での可燃性ガスの接触燃焼反応に伴う温度上昇を、白金線の電気抵抗の変化として検出するものである。1991年12月20日 第1版第1刷発行「触媒利用技術集成」発売元(株)大学図書 第229−231頁には、この接触燃焼式ガスセンサの素子構造及び検知原理について記載されている。   One of the gas sensors is a contact combustion type gas sensor. The principle of this gas sensor is to detect the temperature rise associated with the catalytic combustion reaction of combustible gas on the surface of the platinum wire as a change in the electrical resistance of the platinum wire. It is. December 20, 1991 1st edition, 1st printing, “Catalyst Utilization Technology Collection” publisher, University Books, pages 229-231, describes the element structure and detection principle of this catalytic combustion gas sensor. .

この先行技術文献には、本方式のガスセンサはガス選択性に劣ると記載されている。自動車等の内燃機関から排出される排ガスには、炭化水素,一酸化炭素,水素などの複数種の可燃性ガスが共存して含まれている。また、炭化水素もCH4,C38,ナフサ等の複数種が含まれている。 This prior art document describes that this type of gas sensor is inferior in gas selectivity. The exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile contains a plurality of types of combustible gases such as hydrocarbons, carbon monoxide, and hydrogen. Also, hydrocarbons include a plurality of types such as CH 4 , C 3 H 8 and naphtha.

本発明の目的は、複数の可燃性ガスが共存して含まれているガスから、特定の1種または2種以上の可燃性ガスの量あるいは濃度を検知できるようにした接触燃焼式ガスセンサ及びガス検知方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a catalytic combustion type gas sensor and gas capable of detecting the amount or concentration of one or more specific types of combustible gases from a gas containing a plurality of combustible gases. It is to provide a detection method.

本発明は、可燃性ガスを接触燃焼させる触媒と該触媒の温度を測定する触媒温度測定装置とを備え、該触媒上で可燃性ガスが接触燃焼したときの触媒の温度変化を測定して可燃性ガスの量と濃度の少なくとも一方を求めるようにした接触燃焼式ガスセンサにおいて、検知対象外の可燃性ガスを除去する非対象可燃性ガス除去装置を設け、検知対象外の可燃性ガスが除去されたガスを前記触媒に接触させるようにしたことにある。   The present invention comprises a catalyst for catalytically combusting a combustible gas and a catalyst temperature measuring device for measuring the temperature of the catalyst, and measures the temperature change of the catalyst when the combustible gas is contact-combusted on the catalyst, thereby combustible. In a catalytic combustion gas sensor that seeks at least one of the amount and concentration of flammable gas, a non-target flammable gas removal device that removes flammable gas that is not detected is provided, and flammable gas that is not detected is removed. The gas is brought into contact with the catalyst.

前記触媒には、ガスが一方向に流れるようにガス流通路を設けることが望ましい。このようにすれば、ガス流通路を流れるガス以外のガスが触媒に接触するのを防止でき、センサの検知精度を高めることができる。   The catalyst is preferably provided with a gas flow passage so that the gas flows in one direction. If it does in this way, it can prevent that gas other than the gas which flows through a gas flow path contacts a catalyst, and can raise the detection accuracy of a sensor.

前記非対象可燃性ガス除去装置すなわち測定対象以外の可燃性ガスを除去する装置としては、触媒,選択透過膜,フィルター等を用いることができるが、本発明では、特に触媒を用いることを推奨する。   As the non-target flammable gas removal device, that is, a device that removes flammable gas other than the measurement target, a catalyst, a selectively permeable membrane, a filter, and the like can be used. In the present invention, it is particularly recommended to use a catalyst. .

貴金属例えば白金(Pt),パラジウム(Pd),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh)から選ばれた少なくとも1種を活性成分として含む触媒、或いは鉄(Fe),コバルト(Co)及びマンガン(Mn)から選ばれた少なくとも1種を活性成分として含む触媒は、触媒の加熱温度を変えることにより特定の可燃性ガスを選択的に接触燃焼除去できるという性質がある。また、触媒成分や量を変えることでも、特定の可燃性ガスを選択的に接触燃焼除去することは可能である。本発明では、触媒のこのような性質を利用し、非対象可燃性ガス除去装置として使用することを推奨する。なお、複数の可燃性ガスの量或いは濃度を個別に検知したい場合には、触媒を複数個備えることで対応できる。ただし、その場合、触媒同士が接触すると、接触燃焼反応で発生した熱が隣の触媒に伝達されて、測定精度に悪影響が及ぶことがあるので、各触媒は非接触にしておくことが望ましい。   Catalyst containing noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhodium (Rh) as an active component, or iron (Fe), cobalt (Co) and manganese (Mn) The catalyst containing at least one selected from the above as an active component has the property that a specific combustible gas can be selectively removed by catalytic combustion by changing the heating temperature of the catalyst. In addition, it is possible to selectively remove specific combustible gas by catalytic combustion by changing the catalyst component or amount. In the present invention, it is recommended to use the non-target combustible gas removing device by utilizing such properties of the catalyst. In addition, when it is desired to individually detect the amount or concentration of a plurality of combustible gases, it can be handled by providing a plurality of catalysts. However, in this case, if the catalysts are in contact with each other, the heat generated in the catalytic combustion reaction is transferred to the adjacent catalyst, which may adversely affect the measurement accuracy.

アルミナ(Al23)担体にPdを担持した触媒を例にとって、本発明を説明する。本触媒は、H2の着火温度が最も低く、次いでCO,CH4の順に着火温度が高くなる。したがって、H2,CO,CH4が共存して含まれているガスからCH4を検知したい場合には、本触媒を2つ設置し、まず先にCOは着火するがCH4は着火しない温度に加熱温度を設定した触媒にガスを接触させ、次いでCH4が着火する温度に加熱温度を設定した触媒にガスを接触させる。これにより、前段の触媒にてH2とCOを燃焼させて除去し、後段の触媒へはCH4を含むガスのみを流通させることができる。前段の触媒は、COが着火する温度に加熱されているので、COは勿論のことCOよりも低温で着火するH2も燃焼除去される。CH4の燃焼除去を行う触媒に触媒温度測定装置を設置しておき、CH4が燃焼除去される際の温度変化を測定すれば、それよりCH4の量或いは濃度を求めることができる。 The present invention will be described with reference to a catalyst in which Pd is supported on an alumina (Al 2 O 3 ) support. This catalyst has the lowest ignition temperature of H 2 , and then the ignition temperature increases in the order of CO and CH 4 . Therefore, when it is desired to detect CH 4 from a gas containing H 2 , CO, and CH 4 in coexistence, two of the present catalysts are installed. First, CO is ignited first, but CH 4 is not ignited. The gas is brought into contact with the catalyst whose heating temperature is set to 1, and then the gas is brought into contact with the catalyst whose heating temperature is set to a temperature at which CH 4 is ignited. As a result, H 2 and CO are burned and removed by the front catalyst, and only the gas containing CH 4 can be circulated to the rear catalyst. Since the catalyst in the previous stage is heated to a temperature at which CO is ignited, not only CO but also H 2 ignited at a lower temperature than CO is combusted and removed. If a catalyst temperature measuring device is installed in the catalyst that performs the combustion removal of CH 4 , and the temperature change when CH 4 is burned and removed, the amount or concentration of CH 4 can be determined therefrom.

また、H2,CO,CH4の各可燃性ガスの量或いは濃度をそれぞれ測定したい場合には、触媒を3つ設けて、最初にH2は着火するがCO,CH4は着火しない温度に設定された触媒にガスを流通させてCOのみを燃焼させる。次いでCOは着火するがCH4は着火しない温度に設定された触媒にガスを流通させてCOを燃焼させる。最後にCH4が着火する温度に設定された触媒にガスを流通させてCH4を燃焼させる。各触媒にそれぞれ触媒温度測定装置を設置しておき、それぞれの触媒の温度変化を測定すれば、H2,CO及びCH4の各可燃性ガスの量或いは濃度を求めることができる。触媒を所定の温度に加熱するために、各触媒にはそれぞれヒーターを備えておくことが望ましい。 When it is desired to measure the amount or concentration of each combustible gas of H 2 , CO, and CH 4 , three catalysts are provided, and at a temperature at which H 2 is first ignited but CO and CH 4 are not ignited. Gas is circulated through the set catalyst to burn only CO. Next, CO is ignited, but gas is circulated through a catalyst set to a temperature set so that CH 4 does not ignite, and CO is combusted. Finally, gas is circulated through the catalyst set to a temperature at which CH 4 is ignited to burn CH 4 . If a catalyst temperature measuring device is installed in each catalyst and the temperature change of each catalyst is measured, the amount or concentration of each combustible gas of H 2 , CO, and CH 4 can be determined. In order to heat the catalyst to a predetermined temperature, each catalyst is preferably provided with a heater.

本発明のガスセンサは、白金線或いは鉄−パラジウム合金線等よりなる測温抵抗体の上に触媒層を塗布等により形成したものを以ってガス検知素子とすることができる。触媒上で可燃性ガスが燃焼すると、燃焼熱により白金線或いは鉄−パラジウム合金線の温度が上昇する。白金線或いは鉄−パラジウム合金線は、その温度により電気抵抗が異なるので、可燃性ガス燃焼時の電気抵抗の変化を計測することにより可燃性ガスの濃度あるいは量を求めることができる。この場合、上記ガス検知素子と同様の構造を持つが触媒層を形成していない補償素子を用いて、ガス検知素子と補償素子を二辺とするブリッジ回路を構成すれば、両素子の電気抵抗の差を測定することができ、より精密にガス濃度あるいは量を計測することができる。なお、鉄−パラジウム合金線を測温抵抗体として用いる場合には、白金に比べて温度係数が大きく、比抵抗が大きいので、印加電圧を高くすることができ、センサ出力を大きくしてセンサ感度を高めることができるという効果がある。   The gas sensor of the present invention can be used as a gas detection element by forming a catalyst layer on a resistance temperature detector made of a platinum wire or an iron-palladium alloy wire by coating or the like. When combustible gas burns on the catalyst, the temperature of the platinum wire or iron-palladium alloy wire rises due to the heat of combustion. Since the platinum wire or the iron-palladium alloy wire has different electric resistance depending on its temperature, the concentration or amount of the combustible gas can be obtained by measuring the change in the electric resistance during the combustion of the combustible gas. In this case, if a compensation circuit having the same structure as that of the gas sensing element but having no catalyst layer is used to form a bridge circuit having two sides of the gas sensing element and the compensation element, the electric resistance of both elements The gas concentration or amount can be measured more precisely. When using an iron-palladium alloy wire as a resistance temperature detector, the temperature coefficient is larger and the specific resistance is larger than that of platinum, so the applied voltage can be increased, the sensor output is increased, and the sensor sensitivity is increased. There is an effect that can be increased.

触媒の温度変化を測定する手段としては、前記測温抵抗体を用いるほかに、熱電変換素子を用いることができる。可燃性ガスが触媒上で燃焼すると燃焼熱が発生する。その際に触媒にはガス流通路に沿って温度の勾配ができる。その温度勾配に沿うように熱電変換素子を設置しておけば、温度勾配に従って熱電変換素子に熱起電力が発生する。この熱起電力を計測すれば発生した燃焼熱を求めることができ、可燃性ガスの量あるいは濃度を検知することができる。熱電変換素子としては、温度の勾配を検知できるものであればなんでも良く、例えばBi2Te3,BiSb4Te7.5,Bi2Te2Se,PbSnTeとMnTeとの混合物、Si78Ge22,TeSbGeAg,Cu1.97Ag0.03Se,GdSe等よりなる金属間化合物を用いることができる。 As means for measuring the temperature change of the catalyst, a thermoelectric conversion element can be used in addition to the resistance temperature detector. When the combustible gas burns on the catalyst, combustion heat is generated. At that time, the catalyst has a temperature gradient along the gas flow path. If the thermoelectric conversion element is installed along the temperature gradient, a thermoelectromotive force is generated in the thermoelectric conversion element according to the temperature gradient. By measuring the thermoelectromotive force, the generated combustion heat can be obtained, and the amount or concentration of the combustible gas can be detected. Any thermoelectric conversion element can be used as long as it can detect a temperature gradient. For example, Bi 2 Te 3 , BiSb 4 Te 7.5 , Bi 2 Te 2 Se, a mixture of PbSnTe and MnTe, Si 78 Ge 22 , TeSbGeAg, An intermetallic compound made of Cu 1.97 Ag 0.03 Se, GdSe or the like can be used.

可燃性ガスを接触燃焼させる触媒には、既に述べたように貴金属やMn,Fe及びCo等の遷移金属を含むものを使用することができる。これらの触媒活性成分は、その分散性を高めるために多孔質担体上に担持することが望ましい。多孔質担体には、アルミナのほかに、チタニア,シリカ,シリカ−アルミナ,ジルコニア,マグネシア等の金属酸化物或いはLaとAlとの複合酸化物等を用いることができる。   As described above, a catalyst containing a transition metal such as a noble metal or Mn, Fe, or Co can be used as a catalyst for catalytic combustion of a combustible gas. These catalytically active components are desirably supported on a porous carrier in order to increase the dispersibility thereof. As the porous carrier, in addition to alumina, metal oxides such as titania, silica, silica-alumina, zirconia, and magnesia, or a composite oxide of La and Al can be used.

本発明の可燃性ガス検知ガスセンサは、窒素酸化物(以下、NOxという)センサまたは硫黄酸化物(以下、SOxという)センサと組み合わせて用いることができる。この場合、可燃性ガスのみならずNOxまたはSOxも同時に測定することができる。また、本発明の可燃性ガスセンサを酸素(O2)センサと組み合わせて用いると、ガス中のHC,CO,O2濃度を検知することができるため、排ガスの空燃比(空気Aと燃料Fの重量比率A/F比)を算出することができる。 The combustible gas detection gas sensor of the present invention can be used in combination with a nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) sensor or a sulfur oxide (hereinafter referred to as SOx) sensor. In this case, not only combustible gas but also NOx or SOx can be measured simultaneously. Further, when the combustible gas sensor of the present invention is used in combination with an oxygen (O 2 ) sensor, the HC, CO, and O 2 concentrations in the gas can be detected. (Weight ratio A / F ratio) can be calculated.

本発明のNOxガスセンサは、流入する排ガスが酸化雰囲気であるときに該排ガス中に含まれる窒素酸化物を捕捉し、流入する排ガスが還元雰囲気であるときに捕捉した前記窒素酸化物を可燃性ガスとの接触反応により窒素に還元する窒素酸化物還元触媒と、該触媒の温度を測定する触媒温度測定装置とを備える。この触媒に酸化雰囲気の排ガスをまず接触させ、次いで還元雰囲気の排ガスを接触させて、還元雰囲気のガスを接触させたときに触媒の温度がどの程度上昇したかを測定すれば、酸化雰囲気の排ガスに含まれるNOxの量或いは濃度を検知することができる。本NOxガスセンサは、本発明の可燃性ガスセンサと同様に白金線或いは鉄−パラジウム合金線の上に触媒層を形成して検知素子とすることができる。   The NOx gas sensor of the present invention captures nitrogen oxides contained in the exhaust gas when the inflowing exhaust gas is in an oxidizing atmosphere, and combusts the nitrogen oxides captured when the inflowing exhaust gas is in a reducing atmosphere. And a catalyst for measuring the temperature of the catalyst that measures the temperature of the catalyst. If the exhaust gas in the oxidizing atmosphere is first contacted with this catalyst, then the exhaust gas in the reducing atmosphere is contacted, and the degree of increase in the temperature of the catalyst when contacting the gas in the reducing atmosphere is measured, the exhaust gas in the oxidizing atmosphere The amount or concentration of NOx contained in can be detected. This NOx gas sensor can be used as a sensing element by forming a catalyst layer on a platinum wire or an iron-palladium alloy wire, similarly to the combustible gas sensor of the present invention.

また、還元雰囲気のガスに含まれるNOxを検知したい場合には、本発明のNOxガスセンサにガスを接触させる前に、本発明の可燃性ガスセンサにガスを接触させ、ここで可燃性ガスを燃焼除去して酸化雰囲気にしてからNOxガスセンサにガスを流通させるか或いは酸素を含んだガスを添加して酸化雰囲気のガスにしてからNOxガスセンサに接触させることが望ましい。次いで、NOxガスセンサに還元雰囲気のガスを流通させるときには、可燃性ガスセンサの触媒の温度を低くして可燃性ガスが着火しないようにしておくか、或いは可燃性ガスセンサをバイパスしてNOxガスセンサに還元雰囲気ガスを流通させることが望ましい。   When it is desired to detect NOx contained in a reducing atmosphere gas, before bringing the gas into contact with the NOx gas sensor of the present invention, the gas is brought into contact with the combustible gas sensor of the present invention, where the combustible gas is burned and removed. Then, it is desirable that the gas be circulated through the NOx gas sensor after the oxidation atmosphere is made, or the gas containing oxygen is added to make the gas in the oxidation atmosphere and then contacted with the NOx gas sensor. Next, when the reducing atmosphere gas is circulated through the NOx gas sensor, the temperature of the catalyst of the flammable gas sensor is lowered so that the flammable gas does not ignite, or the flammable gas sensor is bypassed and the reducing atmosphere is passed to the NOx gas sensor. It is desirable to distribute gas.

本明細書において、酸化雰囲気のガスとは、酸素過剰のガスいわゆるリーンバーン排ガスを意味し、還元雰囲気のガスとは、燃料過剰のガスいわゆる理論空燃比(ストイキ)や空燃比がリッチの状態で燃焼された排ガスを意味する。   In this specification, the gas in an oxidizing atmosphere means an oxygen-excess gas, so-called lean burn exhaust gas, and the reducing atmosphere gas means a fuel-excess gas, so-called stoichiometric or rich air-fuel ratio. It means burned exhaust gas.

本発明のNOxガスセンサにおいて、NOx捕捉触媒は、NOx捕捉機能を有する成分とNOx還元機能を有する成分とを含むことが望ましい。NOx捕捉機能を有する成分は、Na,K及びLi等のアルカリ金属またはSr,Ca及びBa等のアルカリ土類金属から選ばれることが望ましい。これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、NOx還元機能を有する成分は、Rh,Pt及びPdからなる貴金属から選ばれることが望ましい。これらの貴金属も1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの成分に加えて更にMnを含むようにすれば、酸化雰囲気におけるNOx捕捉能力を一層高めることができる。これらの成分は、その分散性を高めるためにアルミナ等の多孔質担体に担持されることが望ましい。   In the NOx gas sensor of the present invention, the NOx trapping catalyst preferably includes a component having a NOx trapping function and a component having a NOx reduction function. The component having the NOx trapping function is preferably selected from alkali metals such as Na, K and Li or alkaline earth metals such as Sr, Ca and Ba. These 1 type (s) or 2 or more types can be used in combination. Moreover, it is desirable that the component having the NOx reduction function is selected from noble metals composed of Rh, Pt and Pd. These noble metals can also be used alone or in combination of two or more. If Mn is further contained in addition to these components, the NOx trapping ability in an oxidizing atmosphere can be further enhanced. These components are desirably supported on a porous carrier such as alumina in order to increase the dispersibility thereof.

本発明の硫黄酸化物(SOx)ガスセンサは、排ガスが酸化雰囲気であるときに排ガス中の硫黄分を捕捉し排ガスが還元雰囲気であるときに捕捉した硫黄分を脱離する硫黄捕捉触媒と、該硫黄捕捉触媒の温度を測定する触媒温度測定装置を備える。このガスセンサに酸化雰囲気の排ガスを接触させたのち還元雰囲気の排ガスを接触させて、硫黄捕捉触媒上に捕捉されている硫黄分が触媒から脱離する際に発生する熱を測定し、これから酸化雰囲気の排ガスに含まれる硫黄酸化物の量及び濃度の少なくとも一方を検知する。   The sulfur oxide (SOx) gas sensor of the present invention includes a sulfur capture catalyst that captures a sulfur content in exhaust gas when the exhaust gas is in an oxidizing atmosphere and desorbs the captured sulfur content when the exhaust gas is in a reducing atmosphere; A catalyst temperature measuring device for measuring the temperature of the sulfur capture catalyst is provided. After contacting the exhaust gas in the oxidizing atmosphere with this gas sensor, the exhaust gas in the reducing atmosphere is contacted, and the heat generated when the sulfur content captured on the sulfur capturing catalyst is desorbed from the catalyst is measured. At least one of the amount and concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas is detected.

還元雰囲気の排ガスに含まれる硫黄酸化物を検知する場合には、先のNOxガスセンサで説明したのと同様に、可燃性ガスセンサを設けるか、或いは酸素含有ガス添加手段を設けて、還元雰囲気のガスを酸化雰囲気のガスに変換すればよい。   When detecting sulfur oxides contained in the exhaust gas in the reducing atmosphere, a combustible gas sensor or an oxygen-containing gas addition means is provided in the same manner as described above for the NOx gas sensor, and the gas in the reducing atmosphere is provided. May be converted into a gas in an oxidizing atmosphere.

硫黄捕捉触媒は、硫黄捕捉機能を有する成分と硫黄分を脱離する機能を有する成分とを含むことが望ましい。硫黄捕捉機能を有する成分は、Na,K及びLi等のアルカリ金属またはSr,Ca及びBa等のアルカリ土類金属から選ばれる1種または2種以上よりなることが望ましい。また、硫黄分を脱離する機能を有する成分は、Rh,Pt及びPdから選ばれる貴金属の1種または2種以上からなることが望ましい。これらの成分は、その分散性を高めるためにアルミナ等の多孔質担体上に担持されることが望ましい。   It is desirable that the sulfur trapping catalyst includes a component having a sulfur trapping function and a component having a function of desorbing sulfur. The component having a sulfur trapping function is preferably composed of one or more selected from alkali metals such as Na, K and Li or alkaline earth metals such as Sr, Ca and Ba. In addition, the component having a function of desorbing sulfur is preferably composed of one or more kinds of noble metals selected from Rh, Pt and Pd. These components are desirably supported on a porous carrier such as alumina in order to increase the dispersibility thereof.

硫黄捕捉触媒としてPtNa/Al23を用いた場合には、下記反応式により、酸化雰囲気のSOxが触媒に取り込まれるものと推定される。 When PtNa / Al 2 O 3 is used as the sulfur trapping catalyst, it is presumed that SOx in the oxidizing atmosphere is taken into the catalyst by the following reaction formula.

SO2+1/2O2+Na2CO3→Na2SO4+CO2 SO 2 + 1 / 2O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SO 4 + CO 2

次に還元雰囲気のガスを流通させると、下記反応式により触媒から硫黄分が脱離する。   Next, when a gas in a reducing atmosphere is circulated, sulfur is desorbed from the catalyst according to the following reaction formula.

Na2SO4+CO,HC→Na2CO3,SO2,CO2,H2O,N2 Na 2 SO 4 + CO, HC → Na 2 CO 3 , SO 2 , CO 2 , H 2 O, N 2

硫黄分は、主にSO2として脱離されるものと思われる。硫黄分が触媒から脱離される際には発熱が生じ、触媒に捕捉された硫黄量が多いとそれに応じて発熱量も多くなる。従って還元反応時の触媒の温度上昇を測定することにより、捕捉された硫黄量が分かり、排ガス中のSOx量あるいは濃度を検知することができる。 Sulfur is mainly believed to be eliminated as SO 2. When the sulfur component is desorbed from the catalyst, heat is generated, and if the amount of sulfur trapped in the catalyst is large, the heat generation amount is increased accordingly. Therefore, by measuring the temperature rise of the catalyst during the reduction reaction, the amount of trapped sulfur can be known, and the amount or concentration of SOx in the exhaust gas can be detected.

本発明の硫黄捕捉触媒には、NOxガスセンサのNOx捕捉触媒に使用される触媒成分と同様の成分が使用できる。したがって、ガス中にNOxとSOxが共存すると、SOx捕捉触媒といえどもNOxとSOxの両方が取り込まれてしまう可能性がある。このことは、NOx捕捉触媒についてもいえる。このため、還元反応時の触媒の温度上昇がNOxとSOxのどちらに起因するものなのか判断がつかない場合がある。   In the sulfur capture catalyst of the present invention, the same components as the catalyst components used for the NOx capture catalyst of the NOx gas sensor can be used. Therefore, if NOx and SOx coexist in the gas, both NOx and SOx may be taken in even with the SOx trapping catalyst. This is also true for the NOx trapping catalyst. For this reason, it may not be possible to determine whether the temperature increase of the catalyst during the reduction reaction is caused by NOx or SOx.

このような場合には、NOxガスセンサとSOxガスセンサの両方を設置して、NOxガスセンサによるNOx還元除去時の設定温度とSOxガスセンサによる硫黄分脱離時の設定温度を違えることが望ましい。硫黄分の脱離温度或いはNOxの還元温度は、使用される触媒の成分や組成比によっても異なるが、両者を比べると、一般にはSOxの還元温度の方が高い。例えば、先に述べたアルカリ金属やアルカリ土類金属を含む触媒は、NOx還元温度が100〜400℃であるのに対して、硫黄分の脱離温度は500〜800℃である。したがって、NOxガスセンサで使用する触媒温度域においては触媒からの硫黄の脱離は殆ど生ぜず、SOxによる干渉を殆ど受けることなくNOxに起因する温度上昇のみを測定することができる。一方、SOxセンサで使用する温度域においてはNOxの還元及び硫黄の脱離が同時に生じる。従って、まずNOxセンサを用いてNOx濃度あるいは量を測定しておき、次にSOxガスセンサでSOxを検知するようにすれば、下記式から、SOxに起因する温度上昇が分かり、SOxの濃度あるいは量を求めることができる。   In such a case, it is desirable that both the NOx gas sensor and the SOx gas sensor are installed, and the set temperature at the time of NOx reduction removal by the NOx gas sensor and the set temperature at the time of sulfur desorption by the SOx gas sensor are different. The sulfur desorption temperature or the NOx reduction temperature varies depending on the components and composition ratio of the catalyst used, but the SOx reduction temperature is generally higher than the two. For example, the catalyst containing alkali metal or alkaline earth metal described above has a NOx reduction temperature of 100 to 400 ° C., whereas a desorption temperature of sulfur is 500 to 800 ° C. Accordingly, sulfur desorption from the catalyst hardly occurs in the catalyst temperature range used in the NOx gas sensor, and only the temperature rise caused by NOx can be measured with almost no interference by SOx. On the other hand, in the temperature range used in the SOx sensor, NOx reduction and sulfur desorption occur simultaneously. Therefore, if the NOx concentration or amount is first measured using the NOx sensor and then SOx is detected by the SOx gas sensor, the temperature rise caused by SOx can be found from the following equation, and the concentration or amount of SOx can be determined. Can be requested.

(SOxに起因する温度上昇)=(SOxセンサで検知した温度上昇)
−(測定したNOx濃度あるいは量から推定される温度上昇)
(Temperature rise caused by SOx) = (Temperature rise detected by SOx sensor)
-(Temperature rise estimated from measured NOx concentration or amount)

本発明によるガスセンサにおいて、ガス流通路の断面形状は、四角形,丸型,六角形等様々な形状を取り得る。四角形或いは六角形の場合には、センサを積層して用いることができるため、省スペース化につながるという利点がある。一方、丸型断面の場合には、ガス拡散の不均一が無くなるという利点がある。   In the gas sensor according to the present invention, the cross-sectional shape of the gas flow passage can take various shapes such as a square shape, a round shape, and a hexagonal shape. In the case of a quadrangular or hexagonal shape, sensors can be stacked and used, which has the advantage of leading to space saving. On the other hand, in the case of a round cross section, there is an advantage that non-uniformity of gas diffusion is eliminated.

本発明によるガスセンサの断面積は0.1mm2〜30mm2が好適である。これより小さいと、ガス流通路内の圧損が高くなり、ガスが流通炉内を拡散しにくくなる。また、これより大きいと可燃性ガスが触媒と反応しにくくなり、正確なガス検知がしにくくなり、応答性も悪くなる。 Sectional area of the gas sensor according to the invention is suitable 0.1mm 2 ~30mm 2. When smaller than this, the pressure loss in a gas flow path will become high, and it will become difficult to diffuse gas in a distribution furnace. On the other hand, if it is larger than this range, the combustible gas hardly reacts with the catalyst, and it becomes difficult to detect the gas accurately, and the responsiveness also deteriorates.

NOxガスセンサにおいて、触媒へNOxを捕捉させる時の温度は、好ましくは50℃〜400℃であり、100℃〜350℃が特に好適である。これより温度が低すぎても高すぎてもNOxが捕捉されにくくなり、正確なNOx検知ができなくなるおそれがある。また、SOxセンサに使用する触媒へ硫黄分を捕捉させる時の温度は、好ましくは50℃〜600℃であり、100℃〜450℃が特に好適である。これより温度が低すぎても高すぎても硫黄分が捕捉されにくくなり、正確なSOx検知ができなくなるおそれがある。   In the NOx gas sensor, the temperature at which the catalyst captures NOx is preferably 50 ° C. to 400 ° C., and 100 ° C. to 350 ° C. is particularly suitable. If the temperature is too low or too high, NOx is difficult to be captured, and accurate NOx detection may not be possible. The temperature at which the catalyst used for the SOx sensor captures sulfur is preferably 50 ° C to 600 ° C, particularly preferably 100 ° C to 450 ° C. If the temperature is too low or too high, the sulfur content is difficult to be captured, and accurate SOx detection may not be possible.

本発明のガスセンサに流通させるガス量は、センサ内の触媒に対してSV=1000/h〜100000/hが好適である。これより小さいと、センサ内へのガス拡散が遅くなり複数のガス種を含むガスから特定のガスを検知する際のガス選択性が低下する。また、これより大きいと触媒上での反応が進みにくくなり、正確にガス濃度或いは量を検知することが難しくなる。本発明のガスセンサは、例えばエアフローセンサを用いて得られた排ガス量と組み合わせることで、より正確にガス濃度あるいは量を検知できるようになる。   SV = 1000 / h to 100,000 / h is suitable for the amount of gas flowing through the gas sensor of the present invention with respect to the catalyst in the sensor. If it is smaller than this, gas diffusion into the sensor is delayed, and gas selectivity when detecting a specific gas from a gas containing a plurality of gas species is lowered. On the other hand, if it is larger than this, the reaction on the catalyst is difficult to proceed, and it becomes difficult to accurately detect the gas concentration or amount. The gas sensor of the present invention can detect the gas concentration or amount more accurately by combining with the amount of exhaust gas obtained using, for example, an air flow sensor.

本発明のガスセンサに使用される触媒の調製方法は特に限定されず、含浸法,混練法,共沈法,ゾルゲル法,イオン交換法,蒸着法等の物理的調製方法或いは化学反応を利用した調製方法等がいずれも適用できる。また、触媒の出発原料には、硝酸化合物,酢酸化合物,錯体化合物,水酸化物,炭酸化合物,有機化合物などの種々の化合物や金属或いは金属酸化物を用いることができる。   The method for preparing the catalyst used in the gas sensor of the present invention is not particularly limited, and a physical preparation method such as an impregnation method, a kneading method, a coprecipitation method, a sol-gel method, an ion exchange method, a vapor deposition method, or a preparation using a chemical reaction. Any method can be applied. Further, various compounds such as nitric acid compounds, acetic acid compounds, complex compounds, hydroxides, carbonic acid compounds, organic compounds, metals, or metal oxides can be used as starting materials for the catalyst.

本発明のガスセンサを、一例としてリーンバーンエンジン車に適用した場合について考察する。リーンバーン車には、リーン領域においても排ガス中のNOxを除去できるようにリーンNOx触媒が設置されている。リーンNOx浄化触媒は、触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンの状態のときに排ガス中のNOxを吸着または吸収により捕捉し、触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンの状態からリッチ或いはストイキの状態に切り替えられると、該触媒に捕捉されていたNOxがN2へ還元されるように構成されている。そして、リーンバーン車は、通常の市街地走行では空燃比18以上のリーンで運転され、加速時或いは始動時には空燃比14.7或いはそれ以下のストイキまたはリッチで運転されるように設定されている。リーンNOx浄化触媒に排ガス中の硫黄が付着し蓄積すると、リーン運転でのNOx捕捉性能が劣化してしまう。このとき、本発明のNOxガスセンサをリーンNOx触媒の前後に設置してNOxの濃度或いは量を検知するようにすれば、リーン時にリーンNOx浄化触媒に捕捉されているNOx量が分かるため、リーンNOx浄化触媒がどの程度劣化しているかを判断できる。つまり、本発明のNOxガスセンサにてリーンNOx浄化触媒の劣化状態をモニタリングすることにより、リーン状態からストイキまたはリッチ状態へ切り替えるタイミング或いは、ストイキまたはリッチで運転する時間、更にはEGR(exhaust gas recirculation)を行うタイミング等の制御へフィードバックをかけることができ、更にOBD(on−board−diagnostic system)法規制への対応にも用いることができる。 Consider a case where the gas sensor of the present invention is applied to a lean burn engine vehicle as an example. The lean burn vehicle is provided with a lean NOx catalyst so that NOx in the exhaust gas can be removed even in the lean region. The lean NOx purification catalyst captures NOx in the exhaust gas by adsorption or absorption when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is rich or stoichiometric from the lean state. When switched to the state, NOx trapped in the catalyst is reduced to N 2 . The lean burn vehicle is set to operate at a lean air / fuel ratio of 18 or more during normal urban driving, and to operate at a stoichiometric or rich air / fuel ratio of 14.7 or less during acceleration or start-up. If sulfur in the exhaust gas adheres and accumulates on the lean NOx purification catalyst, the NOx trapping performance in the lean operation deteriorates. At this time, if the NOx gas sensor of the present invention is installed before and after the lean NOx catalyst so as to detect the concentration or amount of NOx, the amount of NOx trapped by the lean NOx purification catalyst at the time of lean can be known. It can be judged how much the purification catalyst has deteriorated. That is, by monitoring the deterioration state of the lean NOx purification catalyst with the NOx gas sensor of the present invention, the timing for switching from the lean state to the stoichiometric or rich state, the time for operating in the stoichiometric or rich state, and EGR (exhaust gas recirculation) It is possible to apply feedback to control such as the timing of performing OBD, and also to respond to OBD (on-board-diagnostic system) laws and regulations.

本発明のガスセンサは、このほかにも、例えば三元触媒の劣化状態のモニタリングに用いることができる。また、EGR通路に本発明のNOxセンサを設置すれば、EGR通路内のNOx濃度のみならず排ガス温度も同時に検知できるため、EGRの制御が正確にできるようになる。   In addition to this, the gas sensor of the present invention can be used, for example, for monitoring the deterioration state of a three-way catalyst. If the NOx sensor of the present invention is installed in the EGR passage, not only the NOx concentration in the EGR passage but also the exhaust gas temperature can be detected at the same time, so that the EGR control can be performed accurately.

なお、本発明のNOxセンサは、SOx含有ガスに接触すると硫黄分が付着し、センサの感度が低下するおそれがある。このような場合には、NOxセンサ内の触媒を600℃以上に加熱して、ストイキもしくはリッチのガスを流すようにすれば、触媒に付着した硫黄分を脱離することができる。   Note that when the NOx sensor of the present invention comes into contact with the SOx-containing gas, sulfur content adheres and the sensitivity of the sensor may be lowered. In such a case, if the catalyst in the NOx sensor is heated to 600 ° C. or higher and a stoichiometric or rich gas is allowed to flow, the sulfur component adhering to the catalyst can be desorbed.

また、本発明のSOxセンサを自動車に搭載されている触媒の前後に設置すると、リーン時に触媒に捕捉されている硫黄量が分かるため、触媒の硫黄分による被毒度合いを判断することができ、リッチスパイクモードにより触媒から硫黄分を脱離させるタイミングを判断することができる。また、このとき、リッチスパイクモードにより触媒から脱離した硫黄分を計測するようにすれば、触媒の性能がどの程度回復したかを判断することもできる。   In addition, when the SOx sensor of the present invention is installed before and after the catalyst mounted on the automobile, the amount of sulfur captured by the catalyst during lean can be known, so the degree of poisoning due to the sulfur content of the catalyst can be determined, The timing for desorbing sulfur from the catalyst can be determined by the rich spike mode. At this time, if the sulfur content desorbed from the catalyst is measured by the rich spike mode, it is possible to determine how much the catalyst performance has been recovered.

本発明によれば、複数のガスが共存している場合でも特定の可燃性ガスの濃度或いは量を選択的に検知することができる。   According to the present invention, even when a plurality of gases coexist, the concentration or amount of a specific combustible gas can be selectively detected.

本発明の一実施例によるガスセンサの斜視図である。1 is a perspective view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention. 触媒による可燃性ガスの燃焼率を示したグラフである。It is the graph which showed the combustion rate of the combustible gas by a catalyst. 複数のガスが存在する場合のガス検知例を示した概略図である。It is the schematic which showed the example of a gas detection in case several gas exists. 触媒の温度変化を検知するために熱電変換素子を用いた時の斜視図である。It is a perspective view at the time of using a thermoelectric conversion element in order to detect the temperature change of a catalyst. 触媒の温度変化を検知するために、白金(Pt)線を用いた場合と熱電変換素子を用いた場合との比較図である。It is a comparison figure with the case where a platinum (Pt) wire is used and the case where a thermoelectric conversion element is used in order to detect the temperature change of a catalyst. 触媒による可燃性ガスの燃焼率を示したグラフである。It is the graph which showed the combustion rate of the combustible gas by a catalyst. NOx還元反応の前後での触媒の温度変化を示したグラフである。It is the graph which showed the temperature change of the catalyst before and behind NOx reduction reaction. リーンNOx浄化触媒の前後にNOxセンサを設置した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which installed the NOx sensor before and behind the lean NOx purification catalyst. ガス中のNOxを検知する例を示した概略図である。It is the schematic which showed the example which detects NOx in gas. リーンNOx浄化触媒の前後にSOxセンサを設置した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which installed the SOx sensor before and behind the lean NOx purification catalyst.

以下実施例を説明する。   Examples will be described below.

図1は、本発明の一実施例によるガスセンサを示している。このガスセンサは、Pt線2の上に触媒層1が形成されており、触媒層2のほぼ中央部に矩形断面のガス流通路3が設けられている。このガスセンサのガス検知メカニズムについて説明する。まず、Pt線2の両端には常時、電流を流しておく。触媒層1に可燃性ガスが接触すると、触媒作用で可燃性ガスが燃焼し、それに伴ってPt線の温度が上昇しPt線2の電気抵抗が大きくなる。するとPt線2の両端に電位差Eが発生する。この電位差Eは可燃性ガスの燃焼によって生じるPt線の電気抵抗変化ΔRに比例し、また、ΔRは可燃性ガスの燃焼によるPt線2の温度変化ΔTに比例する。このため、下式が得られる。   FIG. 1 shows a gas sensor according to an embodiment of the present invention. In this gas sensor, a catalyst layer 1 is formed on a Pt line 2, and a gas flow passage 3 having a rectangular cross section is provided at a substantially central portion of the catalyst layer 2. The gas detection mechanism of this gas sensor will be described. First, a current is always passed through both ends of the Pt line 2. When the combustible gas comes into contact with the catalyst layer 1, the combustible gas is burned by the catalytic action, and accordingly, the temperature of the Pt line increases and the electric resistance of the Pt line 2 increases. Then, a potential difference E is generated at both ends of the Pt line 2. This potential difference E is proportional to the electric resistance change ΔR of the Pt line caused by the combustion of the combustible gas, and ΔR is proportional to the temperature change ΔT of the Pt line 2 due to the combustion of the combustible gas. For this reason, the following formula is obtained.

E=k1×ΔR=k2×ΔT     E = k1 × ΔR = k2 × ΔT

更にPt線の温度変化ΔTは可燃性ガスの燃焼に伴う発熱量Qに比例し、発熱量Qは可燃性ガスの濃度C及びモル燃焼熱ΔHにも比例するため、下式が得られる。   Further, since the temperature change ΔT of the Pt line is proportional to the calorific value Q accompanying combustion of the combustible gas, and the calorific value Q is also proportional to the concentration C of the combustible gas and the molar combustion heat ΔH, the following equation is obtained.

E=k2×ΔT=k3×Q=K×C×ΔH     E = k2 × ΔT = k3 × Q = K × C × ΔH

なお、前記2つの式において、k1,k2及びk3は定数である。   In the two equations, k1, k2 and k3 are constants.

したがって、センサの出力電圧は可燃性ガスが決まっていれば可燃性ガスの濃度Cに比例するため、Pt線両端の電位差Eを計測すればガス濃度Cが求まることになる。また、ガス濃度及びガス全体の流量が分かれば、可燃性ガスの量も計算できることになる。この方法のほかに、Pt線の電気抵抗の変化と可燃性ガスの濃度との関係をマッピングしておけば、そのマップを用いて可燃性ガス濃度を容易に求めることができる。   Accordingly, if the combustible gas is determined, the sensor output voltage is proportional to the combustible gas concentration C. Therefore, if the potential difference E across the Pt line is measured, the gas concentration C can be obtained. If the gas concentration and the flow rate of the entire gas are known, the amount of combustible gas can be calculated. In addition to this method, if the relationship between the change in the electrical resistance of the Pt line and the concentration of the combustible gas is mapped, the concentration of the combustible gas can be easily obtained using the map.

図1に示す構造のガスセンサを以下のようにして製作し、各種可燃性ガスの着火温度を測定した。まず、触媒の調製方法について説明する。   A gas sensor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured as follows, and ignition temperatures of various combustible gases were measured. First, a method for preparing the catalyst will be described.

硝酸Alと硝酸Laを水に溶解した混合溶液を攪拌しながらNH3を加えてLaとAlの共沈物を得た。この共沈物を120℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。さらにその後900℃で1時間焼成してLaとAlとの複合酸化物を製造した。この複合酸化物を担体として、ジニトロジアンミンPd硝酸溶液を含浸した後、120℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。これにより、Al23100gに対して、Laが元素換算で13g、Pdが1g含有されているPd/(La−Al)酸化物触媒を調製した。以下、この触媒を触媒Aと称する。触媒Aにアルミナゾルを添加し調製したスラリーを、1セルのみのコージェライト製ハニカム(400セル/inc2)にPt線を設置したものに対して、ハニカム1L換算で触媒を190gコーティングした後、120℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。以上により、Pdを触媒活性成分として含む図1に示す構造のガスセンサを得た。本ガスセンサは断面が四角形であり、断面の一辺の長さはおよそ1mmである。Pt線2が設置された方向の長さはおよそ5mmである。このガスセンサの周りには、断熱材を設置して、外気との断熱性を高めた。 While stirring a mixed solution of Al nitrate and La nitrate in water, NH 3 was added to obtain a coprecipitate of La and Al. The coprecipitate was dried at 120 ° C. and then calcined at 600 ° C. for 1 hour. Further, it was fired at 900 ° C. for 1 hour to produce a composite oxide of La and Al. The composite oxide was used as a carrier, impregnated with a dinitrodiammine Pd nitric acid solution, dried at 120 ° C., and then calcined at 600 ° C. for 1 hour. Thus, a Pd / (La—Al) oxide catalyst containing 13 g of La in terms of element and 1 g of Pd with respect to 100 g of Al 2 O 3 was prepared. Hereinafter, this catalyst is referred to as catalyst A. A slurry prepared by adding alumina sol to catalyst A was coated with 190 g of catalyst in terms of 1 L of honeycomb on a cordierite honeycomb having only one cell (400 cells / inc 2 ) and converted to 1 L of honeycomb. C. dried at 600.degree. C. and then calcined at 600.degree. C. for 1 hour. As described above, a gas sensor having the structure shown in FIG. 1 containing Pd as a catalytic active component was obtained. This gas sensor has a square cross section, and the length of one side of the cross section is approximately 1 mm. The length in the direction in which the Pt line 2 is installed is approximately 5 mm. A heat insulating material was installed around the gas sensor to improve heat insulation from the outside air.

図1に示す構造のガスセンサに対して、ヒーターを用いて外部から熱を加え、表1に示す可燃性ガスを個別に流通させ、その着火温度を評価した。可燃性ガスの濃度はCH4の場合はモル比で3%(残りは空気)とし、それ以外の可燃性ガスに関しては発熱量換算でCH4が3%である場合と等しくなるように濃度を調整した。表1に各種可燃性ガスの着火温度を示す。 With respect to the gas sensor having the structure shown in FIG. 1, heat was applied from the outside using a heater, the combustible gases shown in Table 1 were individually circulated, and the ignition temperature was evaluated. The concentration of flammable gas is 3% in CH 4 (remaining is air) in the case of CH 4 , and the concentration of other flammable gases is equal to the case where CH 4 is 3% in terms of calorific value. It was adjusted. Table 1 shows the ignition temperatures of various combustible gases.

Figure 0004375336
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着火温度は、可燃性ガスの種類によって異なることが分かる。従って、例えばH2,CO,CH4が含まれているガスに対してCH4の濃度を計測する場合には、本実施例のガスセンサに使用されている触媒と同種のものを本ガスセンサの上流に設置し、その触媒の温度を300℃に設定してガスを流通させれば、H2,COが燃焼除去されCH4のみが本発明のガスセンサに流入することになり、CH4を選択的に検知することができる。 It can be seen that the ignition temperature varies depending on the type of combustible gas. Therefore, for example, when measuring the concentration of CH 4 with respect to a gas containing H 2 , CO, and CH 4 , the same type of catalyst as that used in the gas sensor of this embodiment is used upstream of the gas sensor. If the temperature of the catalyst is set to 300 ° C. and gas is circulated, H 2 and CO are burned and removed, and only CH 4 flows into the gas sensor of the present invention, and CH 4 is selectively used. Can be detected.

図1に示すセンサを積層することにより容量を6c.c.としたセンサを製作した。但しセンサに設置するPt線の数は1本のみとした。このガスセンサに、H2,CO,CH4ガスを個別に流通させ、ガスセンサ流通前後の触媒の燃焼率を計測した。流通ガス量は3L/minとした。ガス濃度は実施例1と同様にした。次式により可燃性ガスの燃焼率を求めた。 A sensor having a capacity of 6 c.c. was manufactured by stacking the sensors shown in FIG. However, the number of Pt lines installed in the sensor was only one. Through this gas sensor, H 2 , CO, and CH 4 gas were individually circulated, and the combustion rate of the catalyst before and after the gas sensor was circulated was measured. The circulating gas amount was 3 L / min. The gas concentration was the same as in Example 1. The burning rate of the combustible gas was calculated by the following formula.

燃焼率(%)=((触媒に流入した可燃性ガス量)−(触媒から流出した可燃性ガス 量))/(触媒に流入した可燃性ガス量)×100     Combustion rate (%) = ((amount of combustible gas flowing into the catalyst) − (amount of combustible gas flowing out from the catalyst)) / (amount of combustible gas flowing into the catalyst) × 100

図2にセンサの温度に対するH2,CO2,CH4の浄化率を示す。図2から、例えばセンサ温度が150℃においてはH2が殆ど燃焼し、CO,CH4は燃焼しないことが分かる。また、センサ温度が250℃においては、CO,H2が燃焼し、CH4は燃焼しないことが分かる。従って、H2,CO,CH4が共存するガス(このようなガスは自動車排ガスによく見られる)に対し、図3に示すように複数のガスセンサを設置して、それぞれの温度を特定の可燃性ガスが選択的に燃焼するように設定しておけば、H2,CO,CH4の各ガスの濃度或いは量を選択的に検知することができる。図3のセンサにおいて、センサ部(a)の温度を150℃に設定しておけば、H2ガスのみが燃焼し、その燃焼熱をPt線の電気抵抗変化から評価すればH2の濃度あるいは量を求めることができる。また、センサ部(b)の温度を250℃に設定すればCOのみが燃焼し、COの濃度あるいは量を測定することができる。さらにセンサ部(c)の温度を550℃に設定すれば、CH4の濃度あるいは量を計測することができる。 FIG. 2 shows the purification rates of H 2 , CO 2 , and CH 4 with respect to the sensor temperature. From FIG. 2, it can be seen that, for example, when the sensor temperature is 150 ° C., H 2 is almost burned, and CO and CH 4 are not burned. It can also be seen that when the sensor temperature is 250 ° C., CO and H 2 burn, and CH 4 does not burn. Therefore, with respect to a gas in which H 2 , CO, and CH 4 coexist (such a gas is often found in automobile exhaust gas), a plurality of gas sensors are installed as shown in FIG. If the gas is set to selectively burn, the concentration or amount of H 2 , CO, or CH 4 gas can be selectively detected. In the sensor of FIG. 3, if the temperature of the sensor part (a) is set to 150 ° C., only H 2 gas is combusted, and if the heat of combustion is evaluated from the change in electric resistance of the Pt line, the concentration of H 2 or The amount can be determined. If the temperature of the sensor part (b) is set to 250 ° C., only CO is burned, and the concentration or amount of CO can be measured. Furthermore, if the temperature of the sensor part (c) is set to 550 ° C., the concentration or amount of CH 4 can be measured.

なお、本実施例において、たとえばH2,CO,CH4がそれぞれ1mol燃焼した場合に発生する燃焼熱は、H2が68.3kcal、COが67.6kcal、CH4が212.9kcal(高等学校「新選化学」,昭和60年12月10日新興出版社啓林館発行、第76頁表1参照)であり、センサのガス流通路の断熱性を高めておけば、図3の例えばセンサ部(a)においてH2が燃焼した場合、ガス温度が高まる為、センサ部(b)(c)の触媒を加熱するために要するヒーター電力等を節約できる。 In this embodiment, for example, the combustion heat generated when 1 mol of H 2 , CO, and CH 4 is burned each is 68.3 kcal for H 2 , 67.6 kcal for CO, and 212.9 kcal for CH 4 (high school) 3) If the heat insulation of the gas flow passage of the sensor is improved, the sensor unit shown in FIG. When H 2 burns in (a), the gas temperature increases, so that it is possible to save heater power and the like required for heating the catalyst of the sensor parts (b) and (c).

触媒温度の変化を検知する素子としてPt線の代わりに熱電変換素子4を用いた例を説明する。図4は本実施例のセンサの概念図を示す。可燃性ガスがガス流通路3内において触媒層1によって燃焼した際、センサ前段部分ほど可燃性ガスが燃焼しやすく、従ってガス燃焼に伴う燃焼熱もセンサ前段部の方が大きい。このため、ガス流通路に沿って触媒温度Tの勾配ができる。これを模式的に示したのが図5の(I)である。図5の(I)はリッチガスを流通後の触媒の温度とリッチガス流通前の触媒の温度との差ΔTが、センサ入り口からの距離によって変化する様子を示している。その場合、図5の(II)のように、Pt線の電気抵抗Rを計測する方式ではPt線の電気抵抗Rも勾配が生じてしまう。図5の(II)は、リッチガス流通後のPt線の電気抵抗とリッチガス流通前のPt線の電気抵抗との差ΔVrが、センサ入り口からの距離によって変化する様子を示している。従って、例えば触媒入り口からの距離を表しているa点とb点、a点とc点にて電気抵抗変化を計測する方式では両者の結果に違いが生じる。一方、図5の(III)のように、その温度勾配に沿うように熱電変換素子を予め設置しておく場合、温度勾配に従って熱電変換素子に熱起電力が発生する。リッチガス流通後の熱起電力とリッチガス流通前の熱起電力との差ΔVsは、計測点による違いが小さく、従ってセンサ内温度の勾配によるガス濃度あるいは量の検知誤差が少ない。   An example in which the thermoelectric conversion element 4 is used instead of the Pt line as an element for detecting a change in the catalyst temperature will be described. FIG. 4 is a conceptual diagram of the sensor of this embodiment. When the combustible gas is combusted by the catalyst layer 1 in the gas flow passage 3, the combustible gas is more easily combusted in the front part of the sensor, and therefore the combustion heat accompanying the gas combustion is larger in the front part of the sensor. For this reason, the gradient of the catalyst temperature T is made along the gas flow path. This is schematically shown in (I) of FIG. (I) of FIG. 5 shows how the difference ΔT between the temperature of the catalyst after flowing the rich gas and the temperature of the catalyst before flowing the rich gas changes depending on the distance from the sensor entrance. In that case, as shown in FIG. 5 (II), in the method of measuring the electrical resistance R of the Pt line, the electrical resistance R of the Pt line also has a gradient. (II) of FIG. 5 shows a state in which the difference ΔVr between the electric resistance of the Pt line after the rich gas flow and the electric resistance of the Pt line before the rich gas flow changes depending on the distance from the sensor entrance. Therefore, for example, in the method of measuring the electrical resistance change at points a and b, and points a and c representing the distance from the catalyst entrance, there is a difference between the two results. On the other hand, when the thermoelectric conversion element is previously installed along the temperature gradient as shown in FIG. 5 (III), a thermoelectromotive force is generated in the thermoelectric conversion element according to the temperature gradient. The difference ΔVs between the thermoelectromotive force after the rich gas circulation and the thermoelectromotive force before the rich gas circulation is small depending on the measurement point, and therefore there is little detection error of the gas concentration or amount due to the temperature gradient in the sensor.

触媒Aにおいて、Pdの代わりにPt及びRu,Mn,Co,Feを担持したこと以外は触媒成分、調製法は同じにして触媒B〜Fを調製した。触媒Bに関して、実施例2と同様の測定を行った結果を図6に示す。また、触媒C〜Fに関して、それぞれのガスに対して浄化率が50%となる温度を表2に示した。ここで浄化率が50%になる温度としたのは、触媒性能を判断するのに浄化率50%が基準にされるからである。図6及び表2により、触媒の成分及びガス種類によって燃焼温度が異なることが分かる。従って、センサに設置する触媒に関して、触媒Aのみならず触媒B〜Fを組み合わせて加熱温度等を最適化することによりガス検知時のガス選択性が高まる。   Catalysts B to F were prepared in the same manner as in catalyst A except that Pt and Ru, Mn, Co, and Fe were supported instead of Pd. FIG. 6 shows the results of measurement similar to Example 2 for Catalyst B. In addition, regarding the catalysts C to F, Table 2 shows temperatures at which the purification rate is 50% for each gas. The reason why the temperature at which the purification rate is 50% is that the purification rate of 50% is used as a reference for judging the catalyst performance. From FIG. 6 and Table 2, it can be seen that the combustion temperature varies depending on the catalyst components and gas types. Therefore, regarding the catalyst installed in the sensor, gas selectivity at the time of gas detection is enhanced by combining not only catalyst A but also catalysts B to F to optimize the heating temperature and the like.

Figure 0004375336
Figure 0004375336

アルミナ粉末及びアルミナの前駆体からなり硝酸酸性に調製したスラリーを、Pt線を取り付けたコージェライト製ハニカム(400セル/inc2)にコーティングした後、該アルミナコートハニカムに第一回目含浸成分として硝酸Ce溶液を含浸した後、120℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。次に第二回目含浸成分として該Ce担持ハニカムにジニトロジアンミンPt硝酸溶液とジニトロジアンミンPd硝酸溶液と硝酸Rh溶液と硝酸Mnと酢酸Kの混合溶液を含浸し、200℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。次に第三回目含浸成分として、酢酸K溶液と硝酸Na溶液と硝酸Li溶液とTiゾルの混合溶液を含浸した後、200℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。第二回目含浸液と第三回目含浸液に含有されているKは同じ添加量とした。 A slurry made of alumina powder and an alumina precursor and prepared to be acidic with nitric acid is coated on a cordierite honeycomb (400 cells / inc 2 ) attached with Pt wire, and then the alumina-coated honeycomb is mixed with nitric acid as a first impregnation component. After impregnating with the Ce solution, it was dried at 120 ° C. and then calcined at 600 ° C. for 1 hour. Next, as the second impregnation component, the Ce-supported honeycomb is impregnated with a dinitrodiammine Pt nitric acid solution, a dinitrodiammine Pd nitric acid solution, a nitric acid Rh solution, a mixed solution of Mn nitrate and acetic acid K, dried at 200 ° C., and subsequently 600 ° C. For 1 hour. Next, as a third impregnation component, a mixed solution of an acetic acid K solution, a sodium nitrate solution, a lithium nitrate solution, and a Ti sol was impregnated, dried at 200 ° C., and then fired at 600 ° C. for 1 hour. K contained in the second impregnation liquid and the third impregnation liquid was the same addition amount.

以上により、ハニカム1Lに対してアルミナが190g、及び元素換算でCe27g,Na12.4g,K15.6g,Li1.6g,Ti4.3g,Mn13.7g,Rh0.139g,Pt2.792g,Pd1.35gを含有する触媒Gを得た。   As described above, 190 g of alumina per 1 L of honeycomb, and Ce27 g, Na12.4 g, K15.6 g, Li1.6 g, Ti4.3 g, Mn13.7 g, Rh0.139 g, Pt2.792 g, and Pd1.35 g in terms of elements. The contained catalyst G was obtained.

この触媒を用いて、図1に示す構造のNOxガスセンサを作成し、次の条件でNOx還元時に発生する熱の測定を行った。まず、図1に示すセンサを積層して容量を6c.c.としたものを、石英ガラス製反応管中に固定した。この反応管を電気炉中に導入し、センサに導入されるガス温度が150℃となるように加熱制御した。反応管に導入されるガスは、自動車のエンジンが理論空燃比で運転されているときの排ガスを想定したモデルガス(以下ストイキモデルガス)と、自動車のエンジンがリーンバーン運転を行っているときの排ガスを想定したモデルガス(以下、リーンモデルガス)を3分毎に切り替えて導入した。ストイキモデルガスの組成は、NOx:1000ppm,C38:1800ppm,CO:0.6%,CO2:10%,O2:0.5%,H2:0.3%,H2O:4%,N2:残部とした。リーンモデルガスの組成は、NOx:160ppm〜500ppm,C38:300ppm,CO:0.1%,CO2:4%,O2:11%,H2O:4%,N2:残部とした。リーンモデルガスのNOx濃度が160ppm,300ppm,500ppmの3つの場合について実験を行った。 Using this catalyst, a NOx gas sensor having the structure shown in FIG. 1 was prepared, and the heat generated during NOx reduction was measured under the following conditions. First, the sensor shown in FIG. 1 was laminated to have a capacity of 6 c.c. was fixed in a quartz glass reaction tube. This reaction tube was introduced into an electric furnace, and the heating was controlled so that the gas temperature introduced into the sensor was 150 ° C. The gas introduced into the reaction tube is model gas (hereinafter referred to as stoichiometric model gas) that assumes exhaust gas when the automobile engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, and when the automobile engine is performing lean burn operation. Model gas assuming exhaust gas (hereinafter referred to as lean model gas) was introduced by switching every 3 minutes. The composition of the stoichiometric model gas is NOx: 1000 ppm, C 3 H 8 : 1800 ppm, CO: 0.6%, CO 2 : 10%, O 2 : 0.5%, H 2 : 0.3%, H 2 O : 4%, N 2 : The balance. The composition of the lean model gas is NOx: 160 ppm to 500 ppm, C 3 H 8 : 300 ppm, CO: 0.1%, CO 2 : 4%, O 2 : 11%, H 2 O: 4%, N 2 : balance It was. Experiments were conducted for three cases where the NOx concentration of the lean model gas was 160 ppm, 300 ppm, and 500 ppm.

この時、リーン雰囲気において触媒に捕捉されたNOxはストイキガスを流通させると還元されるが、その際に熱が発生し、触媒温度が上昇する。ストイキガス流通による触媒温度の変化を下式により算出した。   At this time, NOx trapped by the catalyst in the lean atmosphere is reduced when the stoichiometric gas is circulated, but heat is generated at that time, and the catalyst temperature rises. The change in the catalyst temperature due to the stoichiometric flow was calculated by the following equation.

触媒温度変化ΔT(℃)=(ストイキに切り替え3分後の触媒層温度(℃))
−(ストイキに切り替える直前の触媒層温度(℃))
Catalyst temperature change ΔT (° C) = (Catalyst layer temperature (° C) after 3 minutes switching to stoichiometry)
-(Catalyst layer temperature (° C) just before switching to stoichiometry)

上記試験法により、NOx濃度を変化させて触媒温度変化ΔT(℃)を計測した結果を図7に示す。リーン雰囲気でのNOx濃度が高いほどストイキ流通時の触媒温度変化は大きく、この結果を用いればΔTを計測することにより、リーン雰囲気でのNOx濃度或いは量を計測することができる。従って空燃比がリーンの排ガスと空燃比がリッチ或いはストイキの排ガスとが流入する内燃機関の排ガス流路にこのセンサを設置することにより、NOx濃度あるいは量を検知できる。   FIG. 7 shows the result of measuring the catalyst temperature change ΔT (° C.) by changing the NOx concentration by the above test method. The higher the NOx concentration in the lean atmosphere, the larger the change in the catalyst temperature during the stoichiometric distribution. Using this result, the NOx concentration or amount in the lean atmosphere can be measured by measuring ΔT. Accordingly, the NOx concentration or amount can be detected by installing this sensor in the exhaust gas flow path of the internal combustion engine into which the exhaust gas having a lean air-fuel ratio and the exhaust gas having a rich or stoichiometric air-fuel ratio flows.

図8は実施例5で用いたNOxガスセンサ5を、リーンバーン車に搭載した概略図である。図8に示すように、本発明によるNOxセンサを自動車に搭載されているリーンNOx浄化触媒6の前後に設置し、それぞれのNOx濃度あるいは量の時間変化を計測すれば、下式によりリーン時にリーンNOx浄化触媒に捕捉されているNOx量が分かる。   FIG. 8 is a schematic view in which the NOx gas sensor 5 used in Example 5 is mounted on a lean burn vehicle. As shown in FIG. 8, if the NOx sensor according to the present invention is installed before and after the lean NOx purification catalyst 6 mounted on the automobile and the change of each NOx concentration or amount with time is measured, the following equation is used for leaning: The amount of NOx trapped by the NOx purification catalyst is known.

捕捉NOx量=(リーンNOx浄化触媒に流入した総NOx量)−(リーンNOx浄 化触媒後流から出た総NOx量)     Captured NOx amount = (total NOx amount flowing into lean NOx purification catalyst) − (total NOx amount coming out from the downstream of the lean NOx purification catalyst)

触媒に捕捉されたNOx量を計測することにより、リーン運転時における触媒のNOx浄化率の経時変化を検知することができるため、ストイキもしくはリッチに切り替えるタイミングを判断することができる。更に、触媒の劣化度合いを検知することも可能となる。   By measuring the amount of NOx trapped in the catalyst, it is possible to detect a change with time in the NOx purification rate of the catalyst during the lean operation, and therefore it is possible to determine the timing for switching to stoichiometric or rich. Furthermore, it is possible to detect the degree of deterioration of the catalyst.

可燃性ガス酸化触媒Dと、触媒Gとを組み合わせて形成したNOxセンサを図9に示す。測定対象ガスの組成はNOx:1000ppm,CO:0.6%,O2:1.0%,H2:0.3%,N2:残部とした。図9の(I)に示すように、触媒Dの温度を500℃に設定し、さらに触媒Gの温度を150℃に設定すると、触媒Dにおいて測定ガス中の可燃性ガスH2,COは全て燃焼し、ガス中にはNOx,O2,CO2,H2O,N2のみとなる。このガスを触媒Gに流通させることによりNOxを触媒上に捕捉させることができる。次に、図9の(II)に示すように触媒Dの加熱温度を50℃以下に設定して、可燃性ガスを含めたガスを触媒Gに流通させれば、触媒G上に捕捉されたNOxが還元され、その時点での還元熱を計測することにより、ガス中のNOxを検知することができる。図9のごとき構成のガスセンサを用いれば、ガス雰囲気を切り替えることなく、ガス中のNOxを検知することができる。 A NOx sensor formed by combining the combustible gas oxidation catalyst D and the catalyst G is shown in FIG. The composition of the gas to be measured was NOx: 1000 ppm, CO: 0.6%, O 2 : 1.0%, H 2 : 0.3%, N 2 : balance. As shown in (I) of FIG. 9, when the temperature of the catalyst D is set to 500 ° C. and the temperature of the catalyst G is set to 150 ° C., the combustible gases H 2 and CO in the measurement gas in the catalyst D are all. It burns, and only NOx, O 2 , CO 2 , H 2 O, and N 2 are contained in the gas. By passing this gas through the catalyst G, NOx can be trapped on the catalyst. Next, as shown in FIG. 9 (II), when the heating temperature of the catalyst D is set to 50 ° C. or lower and a gas including a combustible gas is allowed to flow through the catalyst G, the catalyst D is trapped on the catalyst G. NOx is reduced, and NOx in the gas can be detected by measuring the heat of reduction at that time. If a gas sensor having a configuration as shown in FIG. 9 is used, NOx in the gas can be detected without switching the gas atmosphere.

アルミナ粉末及びアルミナの前駆体からなり硝酸酸性に調製したスラリーを、Pt線が取り付けられたコージェライト製ハニカム(400セル/inc2)にコーティングした後、該アルミナコートハニカムに含浸成分として硝酸Na溶液を含浸した後、120℃で乾燥、続いて600℃で1時間焼成した。以上により、ハニカム1Lに対してアルミナが190g、及びNa2CO3が42gを含有する触媒Hを得た。 A slurry made of alumina powder and an alumina precursor and prepared to be nitric acid is coated on a cordierite honeycomb (400 cells / inc 2 ) to which a Pt wire is attached, and then the alumina-coated honeycomb is impregnated with a sodium nitrate solution as an impregnation component. After being impregnated, it was dried at 120 ° C. and then calcined at 600 ° C. for 1 hour. Thus, catalyst H containing 190 g of alumina and 42 g of Na 2 CO 3 was obtained with respect to 1 L of honeycomb.

触媒Hを用いて図1に示す構造のSOxガスセンサを作成した。図1に示すセンサを積層することにより容量を6c.c.としたセンサを石英ガラス製反応管中に固定した。この反応管を電気炉中に導入し、センサに導入されるガス温度が300℃となるように加熱制御した。反応管に導入されるガスは、SO2含有リーンモデルガス(組成C36:300ppm,CO:0.1%,CO2:4%,O2:11%,H2O:4%,SO2:300ppm,N2:残部)とした。このリーンモデルガスをセンサ内に流通させた。この時、触媒H中のNaは、下式の反応により、一部硫酸Naとなる。 Using the catalyst H, an SOx gas sensor having the structure shown in FIG. A sensor having a capacity of 6 c.c. was fixed in a quartz glass reaction tube by stacking the sensors shown in FIG. This reaction tube was introduced into an electric furnace, and the heating was controlled so that the gas temperature introduced into the sensor was 300 ° C. The gas introduced into the reaction tube was an SO 2 -containing lean model gas (composition C 3 H 6 : 300 ppm, CO: 0.1%, CO 2 : 4%, O 2 : 11%, H 2 O: 4%, SO 2 : 300 ppm, N 2 : balance). This lean model gas was circulated in the sensor. At this time, Na in the catalyst H is partially converted to Na sulfate by the reaction of the following formula.

Na2CO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+CO2 Na 2 CO 3 + SO 2 + 1 / 2O 2 → Na 2 SO 4 + CO 2

このセンサを600℃に保持し、モデルガス(組成:C36:600ppm,CO:0.6%,CO2:12%,O2:0.5%,H2:0.3%,H2O:11%,N2:残部)を10minセンサ内のガス流通路に流通させた場合に発生する熱をMALT2(パソコン用熱力学データベース:日本熱測定学会)により計算した。その結果、発生する熱は3400kJであった。発生する熱は触媒H中に含有されているNa2SO4がNa2CO3,SO2,H2Sに変化する際に発生する熱であると考えられる。従って、発生した熱を計測すれば、センサに含有されていたS量つまり、リーンガスをセンサ内に流通させた場合のリーンガス中のSOx濃度あるいは量を検知することができる。 This sensor is kept at 600 ° C. and model gas (composition: C 3 H 6 : 600 ppm, CO: 0.6%, CO 2 : 12%, O 2 : 0.5%, H 2 : 0.3%, The heat generated when H 2 O: 11%, N 2 : balance) was circulated through the gas flow passage in the sensor for 10 min was calculated by MALT2 (thermodynamic database for personal computers: The Japan Society for Thermometry). As a result, the generated heat was 3400 kJ. The generated heat is considered to be generated when Na 2 SO 4 contained in the catalyst H is changed to Na 2 CO 3 , SO 2 , H 2 S. Therefore, if the generated heat is measured, the amount of S contained in the sensor, that is, the SOx concentration or amount in the lean gas when the lean gas is circulated in the sensor can be detected.

図10は上記SOxガスセンサ7を、空燃比がリーンの排ガスと空燃比がリッチ或いはストイキの排ガスとが流入するリーンバーン車に搭載した図である。図10に示すように、本発明によるSOxセンサを自動車に搭載されているリーンNOx浄化触媒6の前後に設置し、それぞれのSOx濃度あるいは量の時間変化を計測すれば、下式によりリーン時にリーンNOx浄化触媒に捕捉されているSOx量が分かる。   FIG. 10 is a diagram in which the SOx gas sensor 7 is mounted on a lean burn vehicle into which exhaust gas having a lean air-fuel ratio and exhaust gas having a rich or stoichiometric air-fuel ratio flows. As shown in FIG. 10, if the SOx sensors according to the present invention are installed in front of and behind the lean NOx purification catalyst 6 mounted on the automobile, and the time change of the respective SOx concentration or amount is measured, the lean condition is calculated by the following equation. The amount of SOx trapped by the NOx purification catalyst is known.

捕捉SOx量=(リーンNOx浄化触媒に流入した総SOx量)−(リーンNOx浄 化触媒後流から出た総SOx量)     Captured SOx amount = (total SOx amount flowing into the lean NOx purification catalyst) − (total SOx amount coming out from the downstream of the lean NOx purification catalyst)

リーンNOx浄化触媒に捕捉されたSOx量を計測することにより、リーンNOx浄化触媒がSOxによりどの程度被毒を受けているのかが分かる。   By measuring the amount of SOx trapped by the lean NOx purification catalyst, it can be determined how much the lean NOx purification catalyst is poisoned by SOx.

本発明によれば、複数のガスが共存している場合でも特定の可燃性ガスの濃度或いは量を選択的に検知することができる。さらにNOx,SOxの濃度或いは量を選択的に検知することができる。   According to the present invention, even when a plurality of gases coexist, the concentration or amount of a specific combustible gas can be selectively detected. Furthermore, the concentration or amount of NOx and SOx can be selectively detected.

自動車排ガス規制が強化されるなか、より高精度のHCセンサ,NOxセンサ,SOxセンサが要望される。また、PEFC(polymer electrolyte fuel cell)を用いた燃料電池車においては、H2漏れ検知のために、H2とCOの共存ガスにおいてそれぞれのガス濃度を正確に検知できるセンサが要望される。本発明は、これらの要望に応えるものである。 As automobile exhaust gas regulations are tightened, more accurate HC sensors, NOx sensors, and SOx sensors are desired. Further, in a fuel cell vehicle using a PEFC (polymer electrolyte fuel cell), there is a demand for a sensor that can accurately detect each gas concentration in the coexisting gas of H 2 and CO in order to detect H 2 leakage. The present invention meets these needs.

1 触媒層
2 Pt線
3 ガス流通路
4 熱電変換素子
5 NOxガスセンサ
6 NOx浄化触媒
7 SOxガスセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Catalyst layer 2 Pt line 3 Gas flow path 4 Thermoelectric conversion element 5 NOx gas sensor 6 NOx purification catalyst 7 SOx gas sensor

Claims (7)

可燃性ガスを接触燃焼させる触媒と該触媒の温度を測定する触媒温度測定装置とを備え、該触媒上で可燃性ガスが接触燃焼したときの触媒の温度変化を測定して可燃性ガスの量と濃度の少なくとも一方を求めるようにした接触燃焼式ガスセンサにおいて、
検知対象外の可燃性ガスを除去する非対象可燃性ガス除去装置を設け、検知対象外の可燃性ガスが除去されたガスを前記触媒に接触させるようにし
複数個の接触燃焼触媒を可燃性ガスが順次に接触するように設け、複数個の各触媒にそれぞれ触媒温度測定装置を備え、それぞれの触媒は目標とする可燃性ガスは着火するがそれよりも高温で着火する可燃性ガスは着火しない温度に設定し、可燃性ガスの流れ方向の上流側の触媒にて低温で着火する可燃性ガスを検知し可燃性ガス流れ方向の下流側の触媒になるにしたがって順次に高温で着火する可燃性ガスを検知するようにしたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
A catalyst for catalytically combusting combustible gas and a catalyst temperature measuring device for measuring the temperature of the catalyst are provided, and the amount of combustible gas is measured by measuring the temperature change of the catalyst when the combustible gas is catalytically combusted on the catalyst. In the contact combustion type gas sensor that seeks at least one of the concentration and
A non-target flammable gas removal device that removes flammable gas outside the detection target is provided, and the gas from which the flammable gas outside the detection target is removed is brought into contact with the catalyst ,
A plurality of catalytic combustion catalysts are provided so that the combustible gas sequentially comes into contact with each other, and each of the plurality of catalysts is provided with a catalyst temperature measuring device, and each catalyst ignites the target combustible gas, but more than that. Combustible gas that ignites at high temperature is set to a temperature that does not ignite, and a combustible gas that ignites at low temperature is detected by a catalyst on the upstream side in the flow direction of the combustible gas and becomes a downstream catalyst in the flow direction of the combustible gas. In accordance with the invention, a combustible gas that is sequentially ignited at a high temperature is detected .
請求項1において、第1の前記触媒のほかに第2の接触燃焼触媒を設け、該第2の触媒を通ったガスが第1の前記触媒に接触するようにし、該第2の触媒の温度を検知対象の可燃性ガスが着火する温度よりも低く設定し、第1の前記触媒の温度を検知対象の可燃性ガスは着火するが検知対象の可燃性ガスよりも高温で着火する可燃性ガスは着火しない温度に設定して、前記第2の触媒にて検知対象の可燃性ガスよりも低温で着火する可燃性ガスを燃焼除去した後のガスを第1の前記触媒に接触させるようにしたことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。  2. The second catalytic combustion catalyst according to claim 1, wherein a second catalytic combustion catalyst is provided in addition to the first catalyst so that a gas passing through the second catalyst comes into contact with the first catalyst. Is set lower than the temperature at which the combustible gas to be detected is ignited, and the temperature of the first catalyst is combusted by the combustible gas to be detected, but is combusted at a higher temperature than the combustible gas to be detected. Is set to a temperature that does not ignite, and after the flammable gas that is ignited at a lower temperature than the combustible gas to be detected is burned and removed by the second catalyst, the gas is brought into contact with the first catalyst. The contact combustion type gas sensor characterized by the above-mentioned. 請求項1において、前記触媒にガスが一方向に通り向けるようにガス流通路を形成したことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。 2. The catalytic combustion type gas sensor according to claim 1, wherein a gas flow passage is formed so that the gas is directed to the catalyst in one direction . 請求項1において、H 2 とCO及び炭化水素が共存する可燃性ガスから炭化水素を検知する場合に、炭化水素の着火温度が最も高い接触燃焼触媒を少なくとも2つ備え、最も下流側の触媒に前記触媒温度測定装置を備え且つ該触媒の温度を炭化水素が着火する温度に設定し、その他の触媒の温度をH 2 とCOは着火するが炭化水素は着火しない温度に設定することを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。 In claim 1, when detecting hydrocarbons from a combustible gas in which H 2 , CO and hydrocarbons coexist, at least two catalytic combustion catalysts having the highest hydrocarbon ignition temperature are provided, and the most downstream catalyst is The catalyst temperature measuring device is provided, and the temperature of the catalyst is set to a temperature at which hydrocarbons are ignited, and the temperature of other catalysts is set to a temperature at which H 2 and CO are ignited but hydrocarbons are not ignited. Contact combustion type gas sensor. 可燃性ガスが触媒上で接触燃焼したときの触媒の温度変化をもとに可燃性ガスの量と濃度の少なくとも一方を求めるようにした接触燃焼式ガス検知方法において、In the catalytic combustion type gas detection method in which at least one of the amount and concentration of the combustible gas is obtained based on the temperature change of the catalyst when the combustible gas is catalytically combusted on the catalyst,
検知対象外の可燃性ガスを事前に除去してから前記触媒上で検知対象とする可燃性ガスを接触燃焼させるようにし、Combustion gas that is not subject to detection is removed in advance, and then the combustible gas that is subject to detection on the catalyst is subjected to contact combustion,
複数個の接触燃焼触媒を可燃性ガスが順次に接触するように設け、複数個の各触媒にそれぞれ触媒温度測定装置を備え、それぞれの触媒は目標とする可燃性ガスは着火するがそれよりも高温で着火する可燃性ガスは着火しない温度に設定し、可燃性ガスの流れ方向の上流側の触媒にて低温で着火する可燃性ガスを検知し可燃性ガス流れ方向の下流側の触媒になるにしたがって順次に高温で着火する可燃性ガスを検知するようにしたことを特徴とする接触燃焼式ガス検知方法。A plurality of catalytic combustion catalysts are provided so that the combustible gas sequentially comes into contact with each other, and each of the plurality of catalysts is provided with a catalyst temperature measuring device, and each catalyst ignites the target combustible gas, but more than that. Combustible gas that ignites at high temperatures is set to a temperature that does not ignite, and a combustible gas that ignites at a low temperature is detected by an upstream catalyst in the flow direction of the combustible gas and becomes a downstream catalyst in the flow direction of the combustible gas In accordance with the present invention, a combustible gas that is sequentially ignited at a high temperature is detected.
請求項5において、複数種の可燃性ガスが共存するガスから目標とする検知対象可燃性ガスを検知するにあたり、前記複数種の可燃性ガスが共存するガスを第1の前記触媒に接触させるよりも前に第2の接触燃焼触媒に接触させ、該第2の触媒の温度を検知対象可燃性ガスが着火するよりも低温に設定して該第2の触媒上で検知対象可燃性ガスよりも低温で着火する可燃性ガスを燃焼除去するようにしたことを特徴とする接触燃焼式ガス検知方法。 In detecting the target combustible gas from the gas in which plural kinds of combustible gases coexist, the gas in which the plural kinds of combustible gases coexist is brought into contact with the first catalyst. Before making contact with the second catalytic combustion catalyst, and setting the temperature of the second catalyst to be lower than that of the combustible gas to be detected is ignited, than on the combustible gas to be detected on the second catalyst. A catalytic combustion type gas detection method characterized in that combustible gas ignited at a low temperature is burned and removed . 請求項6において、第1の前記触媒の温度を検知対象可燃性ガスは着火するがそれよりも高温で着火する可燃性ガスは着火しない温度に設定することを特徴とする接触燃焼式ガス検知方法。 7. The catalytic combustion type gas detection method according to claim 6, wherein the temperature of the first catalyst is set to a temperature at which the combustible gas to be detected is ignited but the combustible gas to be ignited at a higher temperature is not ignited. .
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