JP4094249B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス検出装置に関し、特に絶縁ガスとして六フッ化硫黄ガスを封入した絶縁電気機器の内部で放電などの異常が発生した際などに、六フッ化硫黄ガスの分解により生成する分解ガスを検出するガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＩＳなどの高電圧の電気機器では、六フッ化硫黄ガスあるいは六フッ化硫黄ガスと窒素ガスとの混合ガスが絶縁媒体として一般的に使用されており、その安全運転のために定期的な保守管理がなされている。この保守管理においては、六フッ化硫黄ガスは放電によりその一部が分解して４フッ化硫黄ガスやフッ化水素ガスなどの含フッ素ガスを発生する事実に基づいて、上記絶縁媒体中におけるかかる含フッ素ガスの有無、あるいは発生した含フッ素ガスの量を検出することが行われている。
【０００３】
特開２０００−１０５２１６号公報には、上記の含フッ素ガスを検出するガスセンサが提案されており、図４はその概略説明図である。図４において、１は検出電極、２はフッ化物固体電解などのフッ素イオン導電性の固体電解質、３は対向電極、４はリード線、５は直流電源、６は電流計である。検出電極１と対向電極３とは、固体電解質２を間に挟んで互いに対向するように固体電解質２の表面に密着して設けられている。リード線４は、検出電極１と電流計６とを接続するリード線部分４１と、対向電極３と直流電源５と電流計６とを順次接続するリード線部分４２とからなる。上記のガスセンサは、その使用に際しては、検出電極１が含フッ素ガスと接触するように被検出ガスの雰囲気中に設置される。
【０００４】
直流電源５は、リード線部分４１、４２を介して、検出電極１と対向電極３の間に直流電圧を印加する機能をなし、この直流電圧の印加により検出電極１で電極反応が生じて上記の含フッ素ガスが電気分解され、このときの電気分解電流は電流計６によりセンサ出力として取り出される。従って、電流計６で検出される電流値から含フッ素ガスの量を知ることができる。なお図４では、含フッ素ガスの一例としてフッ化水素ガス（ＨＦ）を対象とした例が示されている。
【０００５】
ところで図５は、従来のガスセンサにおける電流値の経時変化を示したグラフであって、縦軸は電流計６に現れた電流値、横軸は通電時間を示す。図５から明らかな通り、直流電圧の印加直後に非常に大きな電流が流れ、その後、電流量は漸次減少して一定値に落ちつく。直流電圧印加直後に大きな電流が流れる現象は、固体電解質２に電荷が蓄積されることによる。即ち固体電解質２は、電気回路要素的にはコンデンサと抵抗が並列に接続された如き性質を示し、直流電圧を印加した場合、上記コンデンサに一定の電荷が蓄積されるまで回路には充電電流が流れる。なお固体電解質２への電荷蓄積には、数分程度の比較的長い時間を要する。
【０００６】
しかして従来のガスセンサは、上記のように直流電圧を印加しているため、固体電解質２に一定の電荷が蓄積されるまで正確な測定ができない問題点があった。図５には含フッ素ガスの一例としてフッ化水素ガス（ＨＦ）が有る場合と無い場合の両方について各電流値の変化を示しているが、いずれの場合も電圧印加直後には回路に大きな充電電流が流れるため、正確な測定が実施できない。従って、従来のガスセンサでは、直流電圧を数分間印加して回路に流れる充電電流が十分に小さな値となった時点で電流値を計測し、分解ガスの有無を調査していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における以上のような問題点を解決するためになされたものであって、電圧印加直後の充電電流の影響を排除して、含フッ素ガスの検出を短時間で行えるガス検出装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
本発明のガス検出装置は、（１）固体電解質、上記固体電解質の一方の面に設けられて被検出ガスとしての六フッ化硫黄ガスの分解により生成した含フッ素ガスと接する検出電極、上記固体電解質の他方の面に設けられた対向電極、上記検出電極と上記対向電極とを含む閉回路に流れる電流値を計測する電流計、上記検出電極と上記対向電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたものである。
【０００９】
（２）上記（１）において、上記固体電解質は、フッ化物固体電解質である。
【００１０】
（３）上記（１）または（２）において、上記検出電極は、この検出電極における電極反応を促進する反応促進金属により構成されているものである。
【００１１】
（４）上記（１）において、上記交流電圧の周波数は、１〜１０００Ｈｚである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下の諸実施の形態において、図４の従来技術に示された部位と同じ部位については同符号を付し、各内容の説明は図４での説明を参照することとして以下では一部の説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１.
図１〜図２は、本発明のガス検出装置における実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の概略説明図であり、図２は図１のガス検出装置を使用した場合における電流値の経時変化を示すグラフである。図１において、７は交流電源であって、実施の形態１では図４の従来技術における直流電源５に代えて交流電源７が用いられており、その他の点は従来技術と同じである。
【００１４】
実施の形態１における検出電極１、固体電解質２、および対向電極３の形成材料や形成方法などについては、それぞれ斯界で従来から周知あるいは実用されている技術を制限なく採用することができるが、以下では従来技術のうちの好ましいものの若干例を説明する。
【００１５】
検出電極１としては、可及的低電圧下にて前記含フッ素ガスを電極反応により電気分解し得る材料からなるものが好ましく、かかる材料としては、白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなどの遷移金属類の少なくとも１種から形成されたもの、または上記金属材料を主成分とする、あるいは含有する金属材料から形成されたものが好ましい。対向電極３の形成材料については特に制限はなく、検出電極１と同一とすると実施の形態１の工業生産が容易となる。固体電解質２としては、フッ素イオン導電性の良好な固体電解質が一般的に好ましく、かかる固体電解質としては例えば０．３モル％程度のユーロビウムを添加したＬａＦ₃の単結晶を例示し得る。
【００１６】
検出電極１と対向電極３とは、固体電解質２の表面に真空蒸着、スパッタ蒸着などにより形成可能であり、なお検出電極１をスリット状とする場合にはフォトリソグラフィおよびフォトエッチングにより形成可能である。
【００１７】
図２では、実施の形態１の作用を図４に示す従来のガスセンサのそれと比較して示し、縦軸は電流計に現れた電流値、横軸は通電時間である。図２から明らかな通り、直流電圧を印加する従来のガスセンサでは電圧印加直後に非常に大きな充電電流が流れるのに対して、交流電圧を印加する実施の形態１では得られる電流は電圧印加直後から安定しており、経時変化はない。これは、直流電圧印加の場合に生じる固体電解質２への電荷蓄積が、交流電圧印加の際には発生しないためである。従って直流電圧を印加する従来のガスセンサでは、含フッ素ガスの検出に数分間の時間を要するのに対して、実施の形態１によれば充電電流の影響が発生しないために交流電圧印加の直後から正確な含フッ素ガスの検出が可能となる。
【００１８】
実施の形態２.
図３は、本発明のガス検出方法における実施の形態２を説明する印加交流電圧の周波数−電流値の関係グラフである。実施の形態２では、前記実施の形態１のガス検出装置が用いられ、その検出電極１を含フッ素ガスの一例としてのフッ化水素ガス（ＨＦ）が存在する雰囲気に曝した状態で種々の周波数の交流電圧を印加した場合とフッ化水素ガス（ＨＦ）あるいはその他の含フッ素ガスがいっさい存在しない雰囲気に曝した状態で上記と同様の交流電圧を印加した場合とにおける電流値を比較している。
【００１９】
図３から明らかな通り、フッ化水素ガスなどの含フッ素ガスが存在しない雰囲気では、得られる電流値は周波数に依らず一定であるが、フッ化水素ガスが存在する雰囲気では、電流値は周波数の増加とともに減少しており、１０００Ｈｚ以上の高周波域では、フッ化水素ガスの有無に係わらず得られる電流値は同じである。この現象は、電流発生に寄与するフッ素イオンの移動度の周波数特性を示しており、１０００Ｈｚより高い高周波域下ではフッ素イオンの移動が起こり難いことが分かる。
【００２０】
従って、本発明のガス検出方法において印加する交流電圧としては、殊に検出対象とするイオンがフッ素イオンの場合においては、周波数が１〜１０００Ｈｚ程度、特に１〜５００Ｈｚ程度、さらには１〜１００Ｈｚ程度であることが好ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のガス検出装置は、以上説明した通り、（１）固体電解質、上記固体電解質の一方の面に設けられて被検出ガスとしての六フッ化硫黄ガスの分解により生成した含フッ素ガスと接する検出電極、上記固体電解質の他方の面に設けられた対向電極、上記検出電極と上記対向電極とを含む閉回路に流れる電流値を計測する電流計、上記検出電極と上記対向電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたものであると、交流電圧印加の際には、直流電圧印加の場合に生じる固体電解質への電荷蓄積が発生しないので、交流電圧印加の直後から精度の高い含フッ素ガスの検出が可能となる効果がある。
【００２２】
また（２）上記（１）において、上記固体電解質は、フッ化物固体電解質であり、（３）上記（２）において、上記検出電極は、この検出電極における電極反応を促進する反応促進金属により構成されているものであると、上記含フッ素ガスの検出速度や検出感度が一層向上する効果がある。
【００２３】
また（４）上記（１）において、上記交流電圧の周波数は、１〜１０００Ｈｚとしたものであると、電流発生に寄与するフッ素イオンの移動度が良好であるので、交流電圧印加の直後から含フッ素ガスの精度の高い検出が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス検出装置における実施の形態１の概略説明図。
【図２】 実施の形態１における電流値の経時変化を示すグラフ。
【図３】 本発明のガス検出方法での実施の形態２における印加交流電圧の周波数−電流値の関係グラフ。
【図４】 従来技術のガスセンサの概略説明図。
【図５】 従来技術における電流値の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 検出電極、２ 固体電解質、３ 対向電極、４ リード線、６ 電流計、
７ 交流電源。

Claims (4)

1. 固体電解質、上記固体電解質の一方の面に設けられて被検出ガスとしての六フッ化硫黄ガスの分解により生成した含フッ素ガスと接する検出電極、上記固体電解質の他方の面に設けられた対向電極、上記検出電極と上記対向電極とを含む閉回路に流れる電流値を計測する電流計、上記検出電極と上記対向電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたことを特徴とするガス検出装置。
2. 上記固体電解質は、フッ化物固体電解質であることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
3. 上記検出電極は、この検出電極における電極反応を促進する反応促進金属により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガス検出装置。
4. 上記交流電圧の周波数は、１〜１０００Ｈｚであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。

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