JPS587939B2 - トクテイシユルイノ カンゲンセイガスオセンタクテキニケンシユツスル ガスケンシユツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、雰囲気中に含まれる各種還元性ガスの中から
所定の特定種類の還元性ガスを選択的に検出することの
できるガス検出装置に関するものである。

従来のガス検出装置は各種還元性ガスを無差別に検出す
るものであったため、本来検出の目的とするガスは、都
市ガス用、プロパンガス用、アルコールガス検出用等の
各用途に応じて限定されるものであるにもかかわらず、
使用される雰囲気中に検出の目的とするガス以外の検出
不要な還元性ガスが混入している場合に、このような不
要なガスにまで応答してしまって装置が本来の目的とは
異なる誤動作を起こすことが往々にしてあり、精度上の
信頼性に極めて乏しいものであった。

本発明は上記の事情に鑑み、検出対象とする特定一種類
乃至数種類の還元性ガスを選択的に検出し、検出対象以
外の還元性ガスの影響による誤差を極力小さくして検出
精度を格段に向上することができ、しかも、設定条件を
適宜定めることにより選択的に検出するガスの種類を用
途等に応じて任意に選定することのできる特定種類の還
元性がスを選択的に検出するガス検出装置を提供せんと
するものであり、その構成は次の通りである。

本発明は、酸化触媒を素材とするガス選別フィルターを
介してのみ外気が導入されるように形成した容器内にガ
ス感知素子を収納すると共に、上記ガス選別フィルター
に対してフィルター加熱用ヒーターを装備せしめて構成
されたガス検知部を備え、上記ヒーターによる上記フィ
ルターの加熱温度を検出するガスの種類に応じて設定す
ることにより、その温度における同フィルターに対して
透過性を有する特定種類の還元性ガスだけが上記ガス感
知素子にて感知されて検出作用を受けるように構成した
ことを特徴とする特定種類の還元性ガスを選択的に検出
するガス検出装置である。

また、上記ガス検知部を２個並設し、両ガス検知部の各
ガス選別フィルターを異なる温度に加熱して、一方のガ
ス検知部のフィルターは被検出ガスを透過してこれより
酸化され易いガスの透過を阻止し、他方のガス検知部の
フィルターは被検出ガスおよびこれより酸化され易いガ
スの透過を阻止するように、それぞれのフィルターに対
するヒーターの加熱条件を設定し、ブリッジ回路におけ
る対応する２辺に上記両ガス検知部の各ガス感知素子を
、他の２辺に抵抗をそれぞれ配置して、上記両ガス感知
素子間の点と両抵抗間の点との間に電源を接続すると共
に、一方の素子と抵抗との間の点と他方の素子と抵抗と
の間の点との間に電気作動物を接続してなることを特徴
とする特定種類の還元性ガスを選択的に検出するガス検
出装置である。

この発明は、酸化触媒を素材として形成したフィルター
が、その触媒作用で、酸化され易い還元性ガスに対して
は大気中の０２と反応せしめて不活性なガスに変えるこ
とによりその還元性ガスとしての透過率を非常に低くし
、その他の酸化されにくい還元性ガスは殆どそのまま透
過するというようなガス選別透過性を持ち、且つ、この
ように選択的に透過するガスの種類は、フィルターの素
材などの条件に加えてフィルターの温度を変えることに
よって異なるという事実を実験的に確認した上で、この
事実をもとにして構成されたものである。

上記フィルターの素材としては、ＮｉＯ、Ｃｏ２０３、
Ｃｏｏ，ＺｎＯ，Ｓｎ０２、Ｆｅ２０３、ｖ２０５、Ａ
ｇ２０，ＣｕＯ等の各種金属酸化物触媒、或いはこのよ
うな金属酸化物にＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈ、Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ
，Ａｕ等の貴金属系酸化触媒の一乃至数種類を添加した
もの、またはこのような貴金属系酸化触媒をアスベスト
、アルミナ、シリカ、水晶、炭化ケイ素等の基材に混入
せしめたもの等、酸化触媒として働く種々の素材を利用
し得る。

先ず第１図に酸化触媒を素材とするフィルターの温度と
各種還元性ガスに対する透過性との関係を調べた実験結
果を示すグラフを掲げておく。

同グラフは、フィルターの素材としてｓｎｏ２に５％の
Ｐｄを添加したものを用いた場合の実験結果を例示した
もので、縦軸はガス透過率をパーセントで表わし、横軸
はフィルターの温度を表わしており、同グラフ中の曲線
Ａ−Ｅは、ＡがＣＯガス、ＢがＨ２ガス、Ｃがエタノー
ル、Ｄがイソブタン、Ｅがメタンに対するフィルターの
温度と透過率との関係を示す。

このグラフから明らかな如く、上記フィルターの温度が
、同グラフ中に符号Ｔ１（１００℃程度）で示す温度以
下であるときには、上記各ガスをすべて透過するが、フ
ィルタ一温度がこれより少し上昇するとＣＯガスに対し
てだけ急激に透過率が減少し、さらにフィルタ一温度を
しだいに上昇せしめていくと、他のガスについても、あ
る程度の温度間隔をおいて順次このような現象があらわ
れる。

この理由は、かかる酸化触媒を用いたフィルターは、そ
の触媒能力の程度に応じ、その触媒能力において容易に
酸化し得る還元性ガスに対しては、大気中の０２でもっ
て酸化して不活性なガスに変えることにより、その還元
性ガス自体としての透過を阻止するものであるが、この
場合、かかるフィルターの触媒能力は温度が低いほど弱
く温度が高くなるにつれて強くなるので、各還元性ガス
のそれぞれについて、そのガスを充分酸化し得る能力を
持たない温度ではそのガスが殆ど透過され容易に酸化し
得る温度に達したところで透過率が急減し、且つ、上記
各還元性ガスの中ではＣＯガスが最も酸化され易く、Ｈ
２、エタノール、イソブタン、メタンという順で酸化さ
れにくくなることに起因して、この順で上記の如く透過
率を急減せしめるところの温度がガスの種類によって異
なるためである。

従って、同グラフにおける温度Ｔ２（１５０℃）付近で
はＣＯガスだけが透過率が低くなって他の還元性ガスは
殆ど透過され、Ｔ３（２００℃）付近ではＣＯ及びＨ２
の二者の透過率が低下し、Ｔ４（３００℃）付近ではエ
タノールの透過率も低下し、Ｔ５（３５０℃）付近では
メタンだけが選択的に透過されることとなり、さらにＴ
６（４００℃）以上にするとすべてのガスの透過が阻止
されるというように、フィルターの設定温度によって、
ガスの選択性が異なってくる。

尚、上記実験データでは、フィルターとじてＳｎＯ２に
５％のＰｄを添加したものを例にとっているが、このＰ
ｄの添加量を増減し、その他前述せる如き任意の酸化触
媒を用いた場合でも、その素材そのものの触媒作用の差
によって上述の各選択性が見られるＴ１〜Ｔ６にあたる
各温度が上記実験データに示す括弧内の値より高く或い
は低くなり、また各ガスに対する透過率曲線における透
過率急変部分の勾配などが若干相違するだけで、基本的
にはほぼ上記実験データと同様の結果が得られる。

このようなガス選別フィルターの特性を利用して本発明
の装置が構成されており、以下、本発明の実施例を図面
に依拠して詳説する。

第２図において、ガス検知部１は、ガス選別フィルター
２，２にて密閉した容器３内にガス感知素子４を収納装
備している。

上記容器３は、例えば、周壁をシリカ、アルミナ、ガラ
スその他適当な素材でガスを透過しない程度の密度並び
に厚みを持たせた円筒状とし、その内部中央に上記ガス
感知素子を位置せしめた状態で、両端部に上記ガス選別
フィルター２，２を密閉状態に装着している。

このフィルター２，２は、前述せる如き酸化触媒として
の働きを持つ任意の素材にて形成される。

また、上記カス感知素子４の素材としては、Ｓｎ０２、
ＩｎＯ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ，Ｎｉｐ，Ｃｒ２０３等の
各種金属酸化物半導体の単体若しくは複合体、またはこ
のような金属酸化物半導体を主材料としてこれにＰｄ，
Ｐｔ，Ｒｈ、Ｉｒ，Ｒｕ、Ａｇ，Ａｕ等の触媒を添加し
たものやアルミナ、シリカ等を含有せしめたものなど、
金属酸化物半導体を主体としたガス感知作用を有する任
意の素材を採用し得る。

或いはまた、このような金属酸化物半導体を用いたガス
吸着方式のものに限らず、ガスの燃焼による温度変化を
利用してガスを感知するガス燃焼方式のものも採用し得
る。

そして、上記ガス感知素子４に対して素子が熱用ヒータ
ー５及びそのヒーター電源６を装着せしめると共に、前
記ガス選別フィルター２，２に対して、フィルター加熱
用ヒーター７，７及びそのヒーター電源８を装備せしめ
てある。

この場合、通常、素子加熱用ヒーター５による素子４の
加熱と、フィルター加熱用ヒーター７．７によるフィル
ター２，２の加熱とが互いに独立して行なわれるように
、上記ガス感知素子４とフィルター２，２との間にある
程度の間隔を持たせ、且つ、上記素子加熱用ヒーター５
およびフィルター加熱用ヒーター７，７はそれぞれ、ガ
ス感知素子４及びフィルター２，２に近接した容器３の
外周面所定箇所に装備しておく。

このようにして構成されたガス感知部１は、そのガス感
知素子４が、回路電源９及び電気作動物１０等に電気的
に接続され、以って装置全体が構成される。

上記電気作動物１０には、メーター、警報器、換気扇、
電磁弁やその他各種の制御機器等を用途に応じて任意に
採用し得る。

このような第２図に示す装置においては、フィルター２
，２に対する加熱温度の設定条件に応じて、次のような
ガス選別性を有する。

即ち、上記フィルター２，２の設定温度を、このフィル
ター２，２の素材などとの関係を考慮にいれて、第１図
のグラフ中の符号Ｔ５にあたる条件が得られる温度にし
た場合には、このフィルター２，２はメタンガスのみ充
分に透過してその他の還元性ガスに対しては透過を著し
く抑制するため、このフィルター２，２にて封鎖した容
器３内に収納せる前記ガス感知素子４において、メタン
ガスが選択的に検知されて他の還元性ガスは殆ど検知さ
れなくなる。

また、フィルター２，２の設定温度を上記グラフ中のＴ
４にあたる温度にした場合には、同グラフ中に示す各ガ
スの中でイソブタンとメタンとが選択的に検知され、以
下同様にして、上記フィルター２，２の温度を適宜設定
しておくことにより、その温度においてこのフィルター
２，２を容易に透過する一乃至数種類の還元性ガスを選
択的に検出し得ることとなる。

従って、検出すべき還元性ガスの種類に応じて適宜フィ
ルター２，２の設定温度を決めておけば、検出を要しな
いガスの影響による検出誤差を極力小さくすることがで
きる。

尚、上記フィルター２，２に対する加熱温度を随時調節
し得るようにしておけば、各種のガス検出に転用するこ
とができて一層効果的である。

また、第３図に示す装置は、検出ガスの選択性をさらに
良くしたもので、２つのガス検知部１ａ，１ｂを装備し
ている。

該両ガス検知部１ａ，１ｂはそれぞれ前記基本実施例に
おけるガス検知部と同様に構成されており、３ａ及び３
ｂは容器、２ａ，２ａ及び２ｂ，２ｂはガス選別フィル
ター、４ａ及び４ｂはガス感知素子、５ａ及び５ｂは素
子加熱用ヒーター、１６′は上記両ヒーター５ａ及び５
ｂに共通するヒーター電源、７ａ，７ａ及び７ｂ，７ｂ
はフィルター加熱用ヒーター、８ａ及び８ｂはこれらに
対するヒーター電源である。

上記フィルター加熱用ヒーター７ａ，７ａ及び７ｂ，７
ｂによるそれぞれのフィルター２ａ，２ａ及び２ｂ，２
ｂに対する加熱条件は、それぞれのフィルター２ａ，２
ａと２ｂ，２ｂとに程度の異なったガス選別性を持たせ
て後に詳述する如く適当な選択的ガス検出作用が発揮さ
れるように設定してお匂それ以外では、両検知部１ａ，
１ｂの構造や条件などはすべて同等にしておく。

そして、上記両ガス感知素子４ａ，４ｂおよびこれらに
それぞれ接続した抵抗１１ａ，１１ｂと、回路電源９′
および電気作動物１２とをもって、ブリッジ回路が構成
されている。

このような装置においては、上記両ガス検知部１ａ及び
１ｂにおける各フィルター２ａ，２ａ及び２ｂ，２ｂの
設定温度条件によって、次のようなガス選別作用を有す
る。

即ち、例えば一方のガス検知部１ａにおけるフィルター
２ａ，２ａを第１図のグラフ中の符号Ｔ３にあたる温度
に設定し、他方のガス検知部１ｂにおけるフィルター２
ｂ，２ｂの温度を上記グラフ中の符号Ｔ４にあたる温度
にした場合、前記一方のガス感知素子４ａに接続された
抵抗１１ａの両端にかかる電圧としては、第１図のグラ
フに示す各種還元性ガスの中ではエタノール、イソブタ
ン及びメタンの三種類の還元性ガスに対する出力があら
われ、他方の素子４ｂに接続された抵抗１ｌｂの両端に
かかる電圧としては、イソブタン及びメタンに対する出
力があらわれることとなる。

従って、両者の差の電圧が加わる前記電気作動物１２に
おいては、イソブタン及びメタンに対する電圧成分は相
殺され、エタノールに対する出力だけが取出されること
となる。

尤も、実際にはこのような場合にも、上記両素子１ａ及
び１ｂの各フィルター２ａ，２ａ及び２ｂ，２ｂにおい
て、ＣＯガスやＨ２ガスも多少は透過され、またイソブ
タンやメタンも多少は透過が阻止されるので、これらの
ガスに対しても、それぞれのフィルター２ａ，２ａ及び
２ｂ，２ｂの設定温度の差により上記電気作動物１２に
おいて少しは出力が出てくるが、これらの出力はエタノ
ールに対する出力に比べると格段に小さいため、エタノ
ールに対して秀れた選択的検出効果が得られることに間
違いない。

この例に準じ、上記のそれぞれのフィルター２ａ，２ａ
及び２ｂ，２ｂに対する加熱温度の設定の組合わせを適
宜変更すれば、その他任意の還元性ガスについても同様
の選択的検出作用を発揮せしめ得ることとなる。

また、上記一方のフィルター２ａ，２ａと他方２ｂ，２
ｂとの温度差を大きくしておけば、その間の温度におい
て透過率が急激に変化する二種類乃至それ以上の還元性
ガスを選択的に検出せしめることも当然可能である。

叙上の如く、本発明は、酸化触媒を素材として形成した
フィルターが、特定種類の還元性ガスを選択的に透過し
てその他の還元性ガスの透過を殆ど阻止するというよう
なガス選別性を持ち、且つ、フィルターの温度によって
このように選択的に透過されるガスの種類が増減すると
いう第１図のグラフに示すような特性を有することを利
用し、該ガス選別フィルターを適宜加熱した状態で、こ
のフィルターを透過する還元性ガスだけがガス感知素子
に感知されるように構成しているため、検出対象とする
還元性ガスに対してそのガスは充分に透過し、他の検出
不要な還元性ガスはできるだけ多く透過を阻止するよう
にフィルターの温度を設定しておくことにより、検出対
象ガスに対する選択的な検出作用が発揮せしめられて検
出対象外のガスの影響による誤差を小さくすることがで
きる。

しかも、フィルターの加熱温度の設定条件を適宜変更調
整することにより、各種の還元性ガスの検出用に利用、
転用することができて汎用性に富む。

また特に、特許請求の範囲の第２項に示す装置において
は、上述せる如きガス選択性を有するガス検知部を２個
並設し、該両ガス検知部における各ガス選別フィルター
の温度を異ならしめ、且つ、両ガス検知部の出力の差が
最終的な出力として電気作動物にかかるようにしてある
ため、両方の検知部において同程度に感知されるガスに
対する出力は殆ど相殺され、上記両ガス検出部のそれぞ
れのフィルターにおいて透過率に著しい差が生ずる特定
種類の還元性ガス、即ち両者の設定温度の間のフィルタ
一温度付近で透過率が急変するような特定種類の還元性
ガスが選択的に検出される。

従って、かかる装置によれば、両フィルターに対する設
定温度を適宜選定しさえすれば、検出ガスに対する選択
的検出効果及び汎用性が一層高くなる。

このように、本発明の装置は、検出不要な還元性ガスに
よる影響を極力防いで、検出対象ガスに対する精度を格
段に向上し、しかも、フィルターに対する設定温度条件
の選定、変更によって各種の還元性ガスの検出用に容易
に利用、転用が可能で極めて汎用性に富む等多大の効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置に用いられるガス選別フィルターの
温度と各種ガスの透過率との関係を示すグラフ、第２図
は本発明の基本構成の実施例を示す説明図、第３図は特
許請求の範囲第２項の実施例を示す説明図である。 １，１ａ，１ｂ……ガス検知部、２，２ａ，２ｂ……ガ
ス選択フィルター、３，３ａ，３ｂ……容器、４，４ａ
，４ｂ……ガス感知素子、７，７ａ，７ｂ……フィルタ
ー加熱用ヒーター、８，８ａ，８ｂ……同ヒーター電源
、９，９′……回路電源、１０，１２……電気作動物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化触媒を素材とするガス選別フィルターを介して
   のみ外気が導入されるように形成した容器内にガス感知
   素子を収納すると共に、上記ガス選別フィルターに対し
   てフィルター加熱用ヒーターを装備せしめて構成された
   ガス検知部を備え、上記ヒーターによる上記フィルター
   の加熱温度を検出するガスの種類に応じて設定すること
   により、その温度における同フィルターに対して透過性
   を有する特定種類の還元性ガスだけが上記ガス感知素子
   にて感知されて検出作用を受けるように構成したことを
   特徴とする特定種類の還元性ガスを選択的に検出するガ
   ス検出装置。 ２ 酸化触媒を素材とするガス選別フィルターを介して
   のみ外気が導入されるように形成した容器内にガス感知
   素子を収納し、かつ、上記ガス選別フィルターに対して
   フィルター加熱用ヒーターを装備せしめてなるガス検知
   部を２個並設し、両ガス検知部の各ガス選別フィルター
   を異なる温度に加熱して、一方のガス検知部のフィルタ
   ーは被検出ガスを透過してこれより酸化され易いガスの
   透過を阻止し、他方のガス検知部のフィルターは被検出
   ガスおよびこれより酸化され易いガスの透過を阻止する
   ように、それぞれのフィルターに対するヒーターの加熱
   条件を設定し、ブリッジ回路における対応する２辺に上
   記両ガス検知部の各ガス感知素子を、他の２辺に抵抗を
   それぞれ配置して、上記両ガス感知素子間の点と両抵抗
   間の点との間に電源を接続すると共に、一方の素子と抵
   抗との間の点と他方の素子と抵抗との間の点との間に電
   気作動物を接続してなることを特徴とする特定種類の還
   元性ガスを選択的に検出するガス検出装置。