JPH08313471A - 接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】動作温度が常温近傍で、不完全燃焼ガスを高感
度で検知可能な、低消費電力タイプの接触燃焼式不完全
燃焼ガスセンサおよびその製造方法を提供する。 【構成】測温抵抗体に貴金属よりなる触媒を担持する活
性炭が固着されてなるガス検知素子と、測温抵抗体に活
性炭が固着されてなる補償素子とからなる接触燃焼式不
完全燃焼ガスセンサであり、触媒は、白金、パラジウム
またはロジウムのうちの少なくとも１つからなる。本発
明のセンサの一酸化炭素と水素に対する感度カーブは
ａ，ｂであり、従来のセンサのそれはｃ，ｄである。そ
の製造方法は、活性炭に触媒を担持した後に測温抵抗体
に付着されるかまたは測温抵抗体に付着され後触媒を担
持するかであり、活性炭はコロイダルアルミナに混合さ
れペースト状にされて測温抵抗体に付着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料の不完全燃焼時
に発生する、一酸化炭素ガスおよび水素ガスを検知する
接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一酸化炭素ガス（以下COガスと記す) や
水素ガスなどの不完全燃焼ガスを検知するガスセンサと
しては、以下の２つの方式がある。第１の方式は、酸化
スズなどの、金属酸化物半導体を加熱して使用する半導
体式ガスセンサと言われるもので、不完全燃焼ガスが酸
化スズに接触すると、その電気抵抗値が減少する性質を
利用している。

【０００３】COガスを検知する場合は、通常、センサ
は、約100 〜150 ℃の温度に加熱されて使用される。こ
の方式のセンサは、CO検知の温度が比較的低温であるこ
とから、ガス中に共存する水分を吸着することによって
検知精度の誤差が生じ易い。これを避けるため、周期的
にセンサを約300 ℃以上の高温に加熱して、吸着した水
分を脱離させている。このため、センサに２種類の電圧
を周期的に印加させる電源回路が必要となる。

【０００４】第２の方式は、接触燃焼式不完全燃焼ガス
センサであり、ガス検知部と補償部とからなる。図６は
接触燃焼式ガスセンサに用いられるガス検知部の断面図
である。ガス検知素子ｄは、白金コイルなどの測温抵抗
体１ｔを密着して包み込んでいる担体１ｈには酸化触媒
１ｙが担持されているものであり、絶縁体のベース１１
に貫通固定されているピン１２に張架され、金網１３が
被せられてガス検知部Ｄとされる。補償部は、ガス検知
部のガス検知素子を触媒を担持しない温度補償素子に換
えたものであり、同じ構成である。２つの素子が１個の
ベース、金網内に組み立てられることもある。

【０００５】不完全燃焼ガスを検知する場合は、測温抵
抗体１ｔに電流を流してガス検知素子１ｄは約100 〜20
0 ℃に加熱されている。不完全燃焼ガスがガス検知素子
１ｄに接触すると、その表面では触媒作用により不完全
燃焼が燃焼し、その熱によるコイルの温度上昇値をコイ
ルの抵抗値変化として検知するものである。抵抗値変化
は小さいので温度補償素子と共にブリッジ回路に組み込
まれる。

【０００６】図７はブリッジ回路の結線図である。接触
燃焼式ガスセンサのガス検出素子Ｄと温度補償素子およ
び固定抵抗Ｒ１、Ｒ２とはブリッジ回路の４つの枝辺を
構成している。ブリッジ回路には給電のための電源Ｅが
接続されている。出力端子間には負荷Ｖが接続され、ブ
リッジ出力は負荷Ｖに印加される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接触燃
焼式不完全燃焼センサにおいては、通常、不完全燃焼ガ
スを接触燃焼させるには、酸化触媒の種類にもよるが、
代表的な酸化触媒である貴金属をアルミナに担持したも
のでは、約100 ℃から200 ℃に加熱する必要がある。そ
のため電源回路の小型化に限度があった。

【０００８】上記いずれの方式においても、不完全燃焼
センサを組み込んだ不完全燃焼警報器は、できるだけコ
ンパクトであることが好ましく、そのためにはガスセン
サの消費電力を抑えた、小電力型のセンサであることが
必要とされる。本発明の目的は、動作温度が常温近傍で
も、不完全燃焼ガスを高感度で検知可能な、低消費電力
タイプの不完全燃焼センサを得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサにおいて、測温抵
抗体に貴金属よりなる触媒を担持する活性炭が固着され
てなるガス検知素子と、測温抵抗体に活性炭が固着され
てなる温度補償素子とからなることを特徴とする接触燃
焼式不完全燃焼ガスセンサ。

【００１０】前記触媒は、白金、パラジウムまたはロジ
ウムのうちの少なくとも１つからなると良い。前記不完
全燃焼ガスセンサの製造方法において、活性炭は前記触
媒を構成する貴金属の可溶性塩の水溶液に順次、混合、
乾燥および還元処理されて、貴金属触媒が活性炭表面に
析出された後、測温抵抗体に固着されることとする。

【００１１】また、活性炭が測温抵抗体に固着された
後、前記触媒を構成する貴金属の可溶性塩の水溶液に順
次、浸漬、乾燥および還元処理されて、貴金属触媒が活
性炭表面に析出されても良い。さらに、前記活性炭はコ
ロイダルアルミナに混合されペースト状にされて測温抵
抗体に付着され、焼成されて、測温抵抗体に固着される
と良い。

【００１２】

【作用】本発明によれば、接触燃焼式不完全燃焼ガスセ
ンサを、測温抵抗体に貴金属よりなる触媒を担持する活
性炭が固着されてなるガス検知素子と、測温抵抗体に活
性炭が固着されてなる温度補償素子とから構成すること
にした。活性炭の比表面積は、通常酸化触媒の担体に用
いられる活性アルミナの比表面積（約100 〜200m²/g）
に比べ、約10倍の比表面積を持つので、ほぼ常温近傍の
温度においてもCOガスや水素ガスなどの不完全燃焼ガス
に対して極めて高い、酸化活性を持つ。

【００１３】また、活性炭は、細孔内に水分を一部吸着
する性質を持つが、半導体式センサのような、水分の吸
着による性能の変化が無く、逆に、少量の吸着水は貴金
属/活性炭表面でのCOガスの酸化を促進させるという、
特異な効果を持つ。そのため、吸着水を脱離する必要は
ない。さらに、温度補償素子をガス検知素子の担体と同
じ活性炭としたため、温度補償素子では不完全燃焼ガス
の燃焼はおこらず、周囲温度に対しては、その抵抗値の
温度特性はガス検知素子のそれと同じとなり、温度補償
素子として極めてマッチングが良い。

【００１４】

【実施例】本発明に係る実施例を図面に基づいて説明す
る。 実施例１ 比表面積が1500m²/gの粉末状活性炭に触媒として白金を
5 wt％担持させた。触媒の担持方法は以下の様に行っ
た。

【００１５】塩化白金酸の水溶液に活性炭粉末を懸濁さ
せ、20分間の超音波処理により、液中に活性炭粉末を均
一に分散させた。次いで、この混合物を水浴上で乾燥さ
せ、次いで、100 ℃の窒素ガス気流中で、5 時間加熱
後、250 ℃の水素気流中で、5時間還元処理して、活性
炭粉末上に白金を析出させた。活性炭は上記の粉状の他
に、細かい粒状、短繊維状、あるいはこれらの混合物で
あっても用いることができる。

【００１６】この白金触媒を担持した活性炭粉末を、コ
ロイダルアルミナのバインダと混合してペースト状と
し、これを測温抵抗体としての白金コイルの周囲にビー
ズ状に付着させた。測温抵抗体としては、白金の他にニ
ッケルなど抵抗の温度変化の大きい線状のものであれば
用いることができる。この後、白金コイルに通電してセ
ンサの温度を約180 ℃に加熱し、活性炭を白金コイルの
回りに焼成し、固着させ、ガス検知素子を作製した。

【００１７】ガス検知素子を絶縁性のベース２１に立て
られた２本の金属製ピン２２にガス検知素子１ｄの両端
の白金線をボンディングし、さらに、防爆用の金網２３
を装着しガス検知部に組み立てた。（図６参照） また、ガス検知素子を金網に代えて通気性のない金属キ
ャップとして組み立て温度補償部とし、温度補償部とガ
ス検知部をそれぞれをブリッジ回路に組み込みブリッジ
出力を測定した。被検ガスはCOガス( 濃度1000ppm)およ
び水素ガス( 濃度1000ppm)とした。比較のため、活性ア
ルミナに白金を5 wt％担持した従来のガスセンサついて
も同様の測定をおこなった。

【００１８】図１は本発明に係る実施例の接触燃焼式不
完全燃焼ガスセンサのブリッジ出力の温度依存性のグラ
フである。本実施例のセンサのCOガスに対する特性はカ
ーブａであり、水素ガスに対する特性はカーブｂであ
る。比較例のセンサのCOガスに対する特性はカーブｃで
あり、水素ガスに対する特性はカーブｄである。図１よ
り、従来の、白金／活性アルミナセンサは、COガスに対
するブリッジ出力は約130 ℃で飽和し、水素ガスに対す
るブリッジ出力は約 90 ℃で飽和するのに対し、本発明
の白金／活性炭センサでは、COガスに対するブリッジ出
力は約 40 ℃で飽和し、水素ガスに対するブリッジ出力
は約40℃で飽和することが判る。

【００１９】次に、本実施例のガスセンサをセンサ温度
60℃で、25℃、65％の大気中で通電した時の、COガスに
対するブリッジ出力の経時安定性を調べた。図２は、本
発明に係る実施例の接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサの
ブリッジ出力の経時安定性を示すグラフである。図２に
示すように、本発明のガスセンサは、大気中での通電に
よっても、特性劣化が認められないことが判る。 実施例２ パラジウムの出発原料として、塩化パラジウムを用い
て、実施例１と同様の方法によって、パラジウムを5 wt
％担持した活性炭粉末を用いてガス検知素子を作製し
た。

【００２０】この、パラジウム触媒を担持した活性炭よ
りなるガス検知素子について、実施例１と同様にガス検
知部および温度補償部を組み立て、ブリッジ回路に組み
込みそのブリッジ出力を測定した。図３は本発明に係る
他の実施例の接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサのブリッ
ジ出力の温度依存性のグラフである。本実施例のセンサ
のCOガスに対する特性はカーブｅであり、水素ガスに対
する特性はカーブｆである。図３に示されるように、パ
ラジウム触媒を担持したガスセンサも、実施例１のガス
センサと同様、出力の飽和温度は約30℃であった。 実施例３、４ 活性炭への触媒担持の工程順を、実施例１、２とは変え
てガス検知素子を作製した。

【００２１】先ず、触媒を担持しない活性炭とコロイダ
ルアルミナのバインダとを混合してペースト状とし、こ
れを白金コイルの周囲にビーズ状に付着させた。次い
で、この素子を約180 ℃に加熱して活性炭を焼成して、
白金コイルに固着させ担体とした。これら担体に、以下
に示す２種類の触媒をそれぞれ担持させた。

【００２２】実施例３のガス検知素子は、白金を担持し
たもので、上記のビーズ状担体を塩化白金酸水溶液中に
浸漬し、150 ℃の窒素気流中で 5時間熱処理し、さらに
150℃の水素気流中で 5時間還元処理し、活性炭の細孔
表面に白金を析出させた。実施例４のガス検知素子は、
パラジウムを担持したもので、ビード状担体を塩化パラ
ジウム水溶液中に浸漬し、その後の工程は、上記白金を
担持した方法（実施例３）と同様にして、パラジウム触
媒を担持した活性炭のガス検知素子を作製した。

【００２３】これら２種類のガス検知素子センサを、実
施例１と同様の方法によって組立て、ブリッジ出力を実
施例１と同様に評価した。図４は、本発明に係る２つの
実施例の接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサのブリッジ出
力の温度依存性のグラフである。白金触媒を担持したガ
スセンサのCOガスに対する特性はカーブｇであり、水素
ガスに対する特性はカーブｈである。パラジウム触媒を
担持したガスセンサのCOガスに対する特性はカーブｉで
あり、水素ガスに対する特性はカーブｊである。

【００２４】図４から、この実施例の２種のガスセンサ
は、COガスに対する出力の飽和温度は約40℃であり、従
来のガスセンサに比べかなりの低温度でも、COガスある
いは水素ガスに対して優れた感度（ブリッジ出力）を持
っていることが判る。 実施例５ 本発明のガス検知素子と対として用いるための温度補償
素子として、実施例３、４に記した方法の内の触媒担持
法を除いた方法により、触媒を担持しない温度補償素子
を作製した。

【００２５】この温度補償素子を、実施例１のガス検知
素子の組み立てと同じ形態に組み立て補償部とし、実施
例１のガス検知部と組み合わせて、ブリッジ回路に組み
込みガスセンサ温度とCOガスおよび水素ガスに対するブ
リッジ出力の関係を評価した。図５は、本発明に係る別
の実施例の接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサのブリッジ
出力の温度依存性のグラフである。COガスに対する特性
はカーブｋであり、水素ガスに対する特性はカーブｌで
ある。

【００２６】図５のカーブｋ，ｌと、実施例１の図１の
カーブａ，ｂとを比較すると、両者の曲線は殆ど、同一
の挙動を示していることが判る。このことは、本実施例
で作製したビード状の活性炭から成る温度補償素子が、
COに対して全く酸化活性を持たず、温度補償素子として
の機能を持っていることを示している。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、接触燃焼式不完全燃焼
ガスセンサを、測温抵抗体に貴金属よりなる触媒を担持
する活性炭が固着されてなるガス検知素子と、測温抵抗
体に活性炭が固着されてなる温度補償素子とから構成す
ることにした。そのため、活性炭の大比表面積と貴金属
触媒との相乗作用により、ほぼ常温近傍の温度において
もCOガスや水素ガスなどの不完全燃焼ガスに対して極め
て高い感度を持つ。

【００２８】また、水素ガスに対して高い感度をもつの
で、水素ガスセンサとしても利用ができる。また、活性
炭は、少量の吸着水は貴金属／活性炭表面でのCOガスの
酸化を促進させる特異な効果を持つため、吸着水を脱離
する必要はない。従って、単一電源により動作できる。

【００２９】さらに、温度補償素子をガス検知素子の担
体と同じ活性炭としたため、温度補償素子では不完全燃
焼ガスの燃焼はおこらず、周囲温度に対しては、その抵
抗値の温度特性はガス検知素子のそれと同じとなり、温
度補償素子として極めてマッチングが良い。本発明によ
れば、不完全燃焼の指標ガスであるCOガスを、ほぼ常温
に近いセンサ温度で、検知することができ、センサの消
費電力を極めて小さく抑えることができ、センサを加熱
するための電源トランスを飛躍的に小容量化でき、警報
器の小型、軽量化が可能となる。

【００３０】さらに、センサ自身の小型化を進めること
によって、電源コードが不要な電池駆動式警報器が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の不完全燃焼ガスセンサの
不完全燃焼ガスに対するガスセンサ出力の温度変化のグ
ラフ

【図２】本発明に係る他の不完全燃焼ガスセンサの不完
全燃焼ガスに対するガスセンサ出力の経時変化のグラフ

【図３】本発明に係る別の実施例の不完全燃焼ガスセン
サの不完全燃焼ガスに対するガスセンサ出力の温度変化
のグラフ

【図４】本発明に係るさらに別の実施例の不完全燃焼ガ
スセンサの不完全燃焼ガスに対するガスセンサ出力の温
度変化のグラフ

【図５】本発明に係るさらに別の実施例の不完全燃焼ガ
スセンサの不完全燃焼ガスに対するガスセンサ出力の温
度変化のグラフ

【図６】接触燃焼式ガスセンサに用いられるガス検知部
の断面図

【図７】ブリッジ回路の結線図

【符号の説明】

１ｄ ガス検知素子 １ｈ 担体 １ｔ 測温抵抗体 １ｙ 触媒 Ｄ ガス検知部 Ｃ 補償部 ２１ ベース ２２ ピン ２３ 金網 Ｒ１ 固定抵抗 Ｒ２ 固定抵抗 Ｅ 電源 Ｖ 負荷

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサにおい
   て、測温抵抗体に貴金属よりなる触媒を担持する活性炭
   が固着されてなるガス検知素子と、測温抵抗体に活性炭
   が固着されてなる温度補償素子とからなることを特徴と
   する接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の接触燃焼式不完全燃焼ガ
   スセンサにおいて、前記触媒は、白金、パラジウムまた
   はロジウムのうちの少なくとも１つからなることを特徴
   とする接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサ。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の不完全燃焼ガス
   センサの製造方法において、活性炭は前記触媒を構成す
   る貴金属の可溶性塩の水溶液に順次、混合、乾燥および
   還元処理されて、貴金属触媒が活性炭表面に析出された
   後、測温抵抗体に固着されること特徴とする接触燃焼式
   不完全燃焼ガスセンサの製造方法。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載の不完全燃焼ガス
   センサの製造方法において、活性炭が測温抵抗体に固着
   された後、前記触媒を構成する貴金属の可溶性塩の水溶
   液に順次、浸漬、乾燥および還元処理されて、貴金属触
   媒が活性炭表面に析出されること特徴とする接触燃焼式
   不完全燃焼ガスセンサの製造方法。
5. 【請求項５】請求項１ないし４に記載の不完全燃焼ガス
   センサの製造方法において、前記活性炭はコロイダルア
   ルミナに混合されペースト状にされて測温抵抗体に付着
   され、焼成されて、測温抵抗体に固着されること特徴と
   する接触燃焼式不完全燃焼ガスセンサの製造方法。