JP2020008340A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ガス検出素子での誤作動を抑制することができるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、ガス導入口１４が形成された筐体１０と、筐体内に配置されてガス導入口から流入する検出対象ガスを検出するガス検出素子２と、筐体内におけるガス導入口とガス検出素子との間に配置され、ガス導入口から流入する非検出対象ガスを吸着する吸着部材２１とを備えている。吸着部材は、吸着した非検出対象ガスの進行方向において、ガス検出素子に近い方が遠い方に比べて細くなる領域を備えている。吸着部材は、ガス検出素子に近付くに従って細くなる錐体形状部２３を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、非検出対象ガスを除去することができるガスセンサに関する。

ガスセンサは、メタンガス（ＣＨ_４）、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）、一酸化炭素（ＣＯ）等のガス漏れや不完全燃焼の検出に用いられている。かかるガスセンサにてＣＯ等を所定の温度領域で選択的に検知しようとすると、検出対象ガスと検知温度が近い非検出対象ガスである低沸点のアルコール類等を除去する必要がある。

そこで、感応部と、非検出対象ガスを除去するシリカゲルフィルタや活性炭からなる除去手段と、雰囲気の温度上昇により除去手段から放出される非検出対象ガスの感応部への流入を制限する流入制限板とを有する検知素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の検知素子は、感応部及び除去手段を内包するきょう体を備え、きょう体の上端側に測定雰囲気が感応部に接触するための開口が形成され、この開口を閉塞するように除去手段が設けられる。

除去手段にあっては、きょう体が円筒状の場合、該円筒の内周面に沿って収まるように円柱状或いは円板状に形成される。開口部から非検出対象ガスが侵入した場合、その非検出対象ガスが除去手段で吸着され、感応部での誤作動を防止している。また、雰囲気の温度変化によって除去手段が吸着したアルコール等の非検出対象ガスを放出する場合、その放出を流入制限板によって制限している。

特許文献１の除去手段では、きょう体の開口側で非検出対象ガスを吸着し、その後、除去手段内で吸着したガス成分が開口側及び感応部側の両方向に進行して放出される。また、特許文献１では、除去手段が円柱状や円板状に形成されている。

特開平１０−１９７４７０号公報

特許文献１の除去手段にあっては、円柱状や円板状に形成、つまり、上下方向に直交する断面が一様の面積になる形状とされるので、吸着した非検出対象ガスが感応部側に短時間で大量に進行して放出される。このため、感応部周りにおいて、吸着した非検出対象ガスの単位時間当たりの濃度が高くなって感応部の誤作動の原因になる、という問題がある。

しかも、除去手段にて吸着した非検出対象ガスが感応部側に大量に放出されることによって、きょう体の開口側での放出量が少なくなる。従って、これによっても、きょう体内の感応部側で非検出対象ガスが高濃度となり、感応部が誤作動を引き起こす原因になる、という問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ガス検出素子での誤作動を抑制することができるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明におけるガスセンサは、ガス導入口が形成された筐体と、前記筐体内に配置されて前記ガス導入口から流入する検出対象ガスを検出するガス検出素子と、前記筐体内における前記ガス導入口と前記ガス検出素子との間に配置され、該ガス導入口から流入する非検出対象ガスを吸着する吸着部材とを備え、前記吸着部材は、吸着した非検出対象ガスの進行方向において、前記ガス検出素子に近い方が遠い方に比べて細くなる領域を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、吸着部材が上述のように細くなる領域を備えているので、吸着した非検出対象ガスがガス検出素子側に短時間で大量に放出されることを回避することができる。言い換えると、吸着した非検出対象ガスはゆっくりと少しずつガス検出素子側に放出されるようになり、ガス検出素子周りにおける非検出対象ガスの単位時間当たりの濃度を低く抑えてガス検出素子が誤作動することを防止することができる。

しかも、吸着した非検出対象ガスがガス検出素子側にゆっくりと少しずつ放出されることで、吸着部材のガス導入口側から筐体外部へ放出される非検出対象ガスの量を増やすことができる。これにより、吸着した非検出対象ガスのガス検出素子側への放出量を少なくすることができ、ガス検出素子周りにおける非検出対象ガスを低濃度としてガス検出素子の誤作動を防止することができる。

このように、上記構成によれば、吸着部材で吸着した非検出対象ガスをゆっくりと少しずつガス検出素子側に放出する作用と、吸着部材のガス導入口側での吸着した非検出対象ガスの放出を促進する作用との２つの作用を同時に得ることができる。これにより、吸着した非検出対象ガスの放出に起因するガス検出素子の誤作動をより良く回避することが可能となる。

本発明によれば、非検出対象ガスを吸着する吸着部材におけるガス検出素子に近い方が細く形成されるので、ガス検出素子周りにおける非検出対象ガスを低濃度にでき、ガス検出素子での誤作動を抑制することができる。

第１の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。 第２の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。 第３の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１は、第１の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。なお、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」は、図１を基準として用いる。

図１に示すように、ガスセンサ１は、筐体１０内に配置されたガス検出素子２を備え、ガス漏れ警報器等のガス検出装置（不図示）に用いることが例示できる。ガス検出素子２は、詳細な構成の説明を省略するが、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加工により形成される半導体式のガスセンサの他、接触燃料式のガスセンサや電気化学式のガスセンサを例示できる。ガス検出素子２は、検出対象ガスとして、例えば、燃料用ガス（主成分はメタン、プロパン、ブタン）、燃料用ガスが不完全燃焼時に発生する一酸化炭素ガス、水素ガス等を検出する。

筐体１０は、ガス検出素子２が上面に固定される円板状のセンサベース１１を備えている。センサベース１１の下方からはリード端子１２が突出しており、かかるリード端子１２に不図示のガス検出装置における電源や制御手段が接続される。

筐体１０は、円筒状をなすケース１３を備えており、ケース１３の下端側がセンサベース１１の周縁に固定されてガス検出素子２の周囲を覆っている。ケース１３の上端面には、ガスが流通する開口としてガス導入口１４が形成されており、本実施の形態ではガス導入口１４は円形に形成される。筐体１０内のガス検出素子２は、ガス導入口１４から流入する検出対象ガスを検出する。

ガスセンサ１にあっては、筐体１０内におけるガス導入口１４とガス検出素子２との間に配置されるフィルタ２０を更に備えている。フィルタ２０は、ケース１３の概略上半部に収容され、上端部がガス導入口１４の近傍に配置されている。フィルタ２０は、吸着部材２１と、吸着部材２１が充填されるフィルタケース２２とを備えている。

吸着部材２１は、粒状（粉状、球状、破砕状）の活性炭を主体として構成されている。かかる活性炭は、気相においてファンデルワールス力による物理的吸着を行う。活性炭は、例えば、アルコール蒸気、シロキサン化合物、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ＶＯＣ類等といった、いわゆる雑ガスや酸性ガスと称される非検出対象ガスを吸着し、上述した検出対象ガスは吸着しない。また、吸着部材２１は、活性炭と同性能で吸着を行うものであれば、シリカゲル、ゼオライト等の他の材料を用いてもよい。

フィルタケース２２は、特に限定されるものでないが、ステンレス等の金属を加工或いは成形することによって形成される。フィルタケース２２は、上部開口２２ａ及び下部開口２２ｂを備え、上部開口２２ａより下部開口２２ｂの方が小さい開口面積となる漏斗状に形成されている。従って、フィルタケース２２内に充填される吸着部材２１は、概略円錐状若しくは円錐台状となり、上下方向に直交する断面積がガス検出素子２側となる下方に向かって次第に縮小する形状に形成されている。言い換えると、吸着部材２１は、ガス検出素子２に近付くに従って細くなる錐体形状部２３を備えた形状に設けられている。

ここで、吸着部材２１では、非検出対象ガスが吸着されると、その非検出対象ガスが上部開口２２ａ及び下部開口２２ｂに向かって進行して放出されるようになる。つまり、吸着部材２１にて、吸着された非検出対象ガスの進行方向は上下方向となる。吸着部材２１は、上述した錐体形状部２３を備えた形状となるので、非検出対象ガスの進行方向（上下方向）において、ガス検出素子２に近い方（下方）が遠い方（上方）に比べて細くなる領域を備えている。

なお、上部開口２２ａは、ガス導入口１４より大きい平面形状に形成され、上部開口２２ａの内側にガス導入口１４の全領域が収まるようになっている。

ガスセンサ１は、筐体１０内に配置される第１金属メッシュ３１及び第２金属メッシュ３２を更に備えている。第１金属メッシュ３１は、ケース１３の内部に取り付けられてガス導入口１４を覆っている。第１金属メッシュ３１とフィルタ２０の上面との間には不織布３３が介在され、第１金属メッシュ３１と不織布３３とで吸着部材２１がガス導入口１４側に漏れないように固定している。また、第２金属メッシュ３２は、ケース１３の内部であってフィルタ２０の下部に取り付けられている。第２金属メッシュ３２とフィルタ２０の下面との間には不織布３４が介在され、第２金属メッシュ３２と不織布３４とで吸着部材２１がガス検出素子２側に落下しないように固定している。

ガスセンサ１は、筐体１０内におけるガス導入口１４とガス検出素子２との間に配置されるアルコール酸化触媒３６を更に備えている。アルコール酸化触媒３６は、フィルタ２０の下端面に接触、すなわち、フィルタケース２２の下部開口２２ｂを通じて吸着部材２１に接触している。アルコール酸化触媒３６は、アルコール蒸気を吸着して常温で分解するものであればよく、２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシルを採用する他、粒状あるいはシート状の活性炭−Ｐｔ（白金）からなる酸化触媒を採用することができる。また、アルコール酸化触媒３６としては、シート状の活性炭にＰｔを担持しても、ゼオライト、シリカゲル等の吸着剤にＰｔを担持してもよく、また活性炭−Ｐｄ、活性炭−ＲｕＯ２、カーボンブラック−Ｐｔ、Ｆｅ２Ｏ３−Ａｕ、ＬａＣｏＯ３−Ｐｔ、ＬａＣｒＯ３−Ｐｔ、ＭｎＯ２−ＣｕＯ−Ｐｔ，ＭｎＯ２−Ｐｔ等の酸化触媒でもよい。

アルコール酸化触媒３６の平面サイズは、図示構成例では、ケース１３の内周面に沿う大きさとしたが、内部に下部開口２２ｂが収まるものであれば縮小してもよい。

本実施の形態のガスセンサ１によるガス検知では、ガス導入口１４を通じて検出対象ガスの他に、非検出対象ガスがケース１３の内部に流入される。非検出対象ガスの大部分はフィルタ２０の吸着部材２１に吸着され、ガス検出素子２に到達するのは極微量とされる。検出対象ガスは極微量が吸着部材２１に吸着されるものの、大部分が吸着部材２１を通過してガス検出素子２に到達される。従って、ガスセンサ１では、吸着部材２１によって非検出対象ガスが除去されることで、ガス検出素子２にて検出対象ガスが高精度に検出される。

かかるガス検知において、非検出対象ガスが吸着部材２１に吸着された場合、その非検出対象ガスは、フィルタ２０のガス導入口１４側及びガス検出素子２側の両側（上下両側）に経時的に進行して放出される。つまり、吸着された非検出対象ガスの一部はガス導入口１４から放出され、その他の一部は筐体１０内のガス検出素子２側に放出される。

ここで、本実施の形態のガスセンサ１におけるフィルタ２０の作用、機能を説明するため、比較対象として従来構造を説明する。かかる従来構造では、非検出対象ガスを吸着する吸着部材が円柱状や円板状となり、上下方向に直交する断面が一様の面積に形成される。このため、吸着した非検出対象ガスがガス検出素子側に経時的に進行した後、ガス検出素子に向かって大量の非検出対象ガスが短時間で放出されることとなる。その結果、従来構造では、筐体内におけるガス検出素子周りで、非検出対象ガスの単位時間当たりの濃度が高くなり、メタンや一酸化炭素等を検出するガス検出素子に誤作動が生じ易くなる。

そこで、本実施の形態のフィルタ２０では、上述のように吸着部材２１が錐体形状部２３を備えた形状としてガス検出素子２側に向かって次第に細くなる構成を採用している。この構成によれば、吸着部材２１に吸着された非検出対象ガスは、ガス検出素子２側に放出されるにあたり、細くなった分、比較構造に比べてゆっくりと少しずつフィルタ２０の下部開口２２ｂから放出されるようになる。これにより、吸着した非検出対象ガスがガス検出素子２側に短時間で大量に放出されることを抑制することができる。この結果、筐体１０内において、ガス検出素子２周りでの非検出対象ガスの単位時間当たりの濃度を低く抑え、ガス検出素子２が誤作動することを防止することができる。

更には、本実施の形態では、吸着部材２１で吸着された非検出対象ガスがガス検出素子２側にゆっくりと少しずつ放出されるので、比較構造に比べてガス導入口１４側から筐体１０の外部に放出される非検出対象ガスの量を増やすことができる。従って、相対的に、非検出対象ガスのガス検出素子２側への放出量を少なくでき、ガス検出素子２周りにおける非検出対象ガスの低濃度化を通じてガス検出素子２の誤作動を防止することができる。

本実施の形態のフィルタ２０では、ガス検出素子２周りにおける非検出対象ガスの単位時間当たりの濃度を低くするため、上述した二通りの作用を同時に奏するものである。つまり、一つは、吸着部材２１で吸着した非検出対象ガスをゆっくりと少しずつガス検出素子２側に放出し、もう一つは、吸着部材２１のガス導入口１４側での放出量を増やしている。このように二つの作用が同時に得られるので、本実施の形態では、吸着した非検出対象ガスの放出に起因するガス検出素子２の誤作動をより良く回避することが可能となる。これにより、吸着部材が吸着したアルコール蒸気が高濃度となったり吸着量が多量になったりしても、ガス検出素子２で検知対象ガスを良好に検知することができる。

また、本実施の形態では、アルコール酸化触媒３６を設けたので、吸着部材２１に吸着された非検出対象ガスがアルコール類を含んでいても、そのアルコール類を分解してガス検出素子２側へ放出されることを抑制することができる。しかも、アルコール酸化触媒３６と吸着部材２１の下端面とが接触するので、吸着部材２１の下端面近傍で吸着状態となるアルコール類をアルコール酸化触媒３６で分解することができる。これにより、吸着部材２１から放出される前段階においても、アルコール類の分解を進行させることができ、ガス検出素子２側への放出をより良く抑制することができる。なお、別の形態として、アルコール酸化触媒３６はフィルタ２０の上端面に接触して設けられていても良いし、フィルタ２０の上端面と下端面との双方に接触して設けられても良い。

次に、本発明の前記以外の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、説明する実施の形態より前に記載された実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。図２は、第２の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。図２に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対し、吸着部材２１が延長部２５を備えた構成としている。

第２の実施の形態の吸着部材２１では、第１の実施の形態に対し、錐体形状部２３の上下寸法が約半分に設定され、錐体形状部２３の下端に連なって延長部２５が下方（ガス検出素子２側）に延在して形成されている。延長部２５は、錐体形状部２３とは上下反転した概略円錐状若しくは円錐台状をなし、上下方向に直交する断面積がガス検出素子２側となる下方に向かって次第に拡大する形状に形成されている。言い換えると、延長部２５は、ガス検出素子２に近付くに従って太くなっている。

なお、延長部２５の上部においては、上下方向に直交する断面積が同一断面積となる領域を有するが、かかる領域の形成を省略してもよい。また、フィルタケース２２は、吸着部材２１の外周面形状に応じた形状に形成される。

このような第２の実施の形態によっても、錐体形状部２３にて第１の実施の形態と同様の作用を得ることができ、ガス検出素子２周りにおける非検出対象ガスの低濃度化を通じてガス検出素子２の誤作動を防止することができる。また、吸着部材２１が延長部２５によりガス検出素子２側に向かって太く形成されることで、吸着部材２１自体の体積を大きくすることができ、非検出対象ガスの吸着量を増大させることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。図３は、第３の実施の形態に係るガスセンサの概略縦断面図である。図３に示すように、第３の実施の形態では、円柱状に形成した吸着部材２７に複数の溝２８を形成している。各溝２８は、上下方向に対して直交（交差）する方向に延在し、図３の断面視にて、一端が吸着部材２７の外周面に達し、他端が吸着部材２１内に位置するように形成される。また、各溝２８は、上下方向にて互い違いになるように形成され、吸着した非検出対象ガスの進行方向を蛇行させている。この蛇行する非検出対象ガスの進行方向において、非検出対象ガスの吸着における初期段階では、吸着部材２７の上面全体で非検出対象ガスが吸着される。吸着された非検出対象ガスが吸着部材２７内をガス検出素子２側に進行する場合、溝２８によって区切られて吸着部材２７の上面より狭い領域を蛇行して進行する。従って、第３の実施の形態における吸着部材２７にあっても、吸着した非検出対象ガスの進行方向において、ガス検出素子２に近い方が遠い方に比べて細くなる領域を備えている。

なお、フィルタケース２２は、吸着部材２７の外周面形状に応じた円筒形状に形成される。

このような第３の実施の形態によっても、溝２８が形成された吸着部材２７にて第１の実施の形態と同様の作用を得ることができ、ガス検出素子２周りにおける非検出対象ガスの低濃度化を通じてガス検出素子２の誤作動を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

例えば、第１及び第２の実施の形態において、吸着部材２１の錐体形状部２３の形状は、ガス検出素子２が近付くに従って細くなる形状であれば、概略角錐状若しくは角錐台状にする等、種々の変更が可能である。

また、上記各実施の形態において、アルコール酸化触媒３６を省略した構成を採用することを妨げるものでない。

また、上記各実施の形態において、筐体１０内におけるガス導入口１４とガス検出素子２との間、例えば、フィルタ２０の下端面に接する位置にガス選択透過膜を設けてもよい。ガス選択透過膜は、多孔性セラミックまたは多孔性ガラスによって構成され、その孔径が検出対象ガスの通過を許容し、非検出対象ガスの通過を規制するように設定される。かかるガス選択透過膜を設けることによっても、ガス検出素子２周りにおける非検出対象ガスの低濃度化を通じてガス検出素子２の誤作動を防止することができる。

１ ガスセンサ
２ ガス検出素子
１０ 筐体
１４ ガス導入口
２１ 吸着部材
２３ 錐体形状部
２５ 延長部
２７ 吸着部材
２８ 溝
３６ アルコール酸化触媒

Claims (8)

1. ガス導入口が形成された筐体と、
   前記筐体内に配置されて前記ガス導入口から流入する検出対象ガスを検出するガス検出素子と、
   前記筐体内における前記ガス導入口と前記ガス検出素子との間に配置され、該ガス導入口から流入する非検出対象ガスを吸着する吸着部材とを備え、
   前記吸着部材は、吸着した非検出対象ガスの進行方向において、前記ガス検出素子に近い方が遠い方に比べて細くなる領域を備えていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記吸着部材は、前記ガス検出素子に近付くに従って細くなる錐体形状部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記吸着部材は、前記錐体形状部に連なって前記ガス検出素子側に延びる延長部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記延長部は、前記ガス検出素子に近付くに従って太くなる錐体形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記吸着部材には溝が形成され、該溝によって吸着した非検出対象ガスの進行方向を蛇行させていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載のガスセンサ。
6. 前記筐体内における前記ガス導入口と前記ガス検出素子との間にアルコール酸化触媒を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載のガスセンサ。
7. 前記アルコール酸化触媒は、２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル、又は、白金を担持した活性炭により構成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
8. 前記筐体内における前記ガス導入口と前記ガス検出素子との間にガス選択透過膜を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載のガスセンサ。

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