JPS587941B2 - 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タメノフクゴウガタガスケンチソシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特定種類の還元性ガスを選択的に検出するた
めの複合型ガス検知素子に関するものである。

従来のガス検知素子及びこれを用いた装置においては、
種々の還元性ガスが無差別に検出されるものであったた
め、実際の使用にあたって、本来検出の目的とするガス
は、アルコールガス検出用、プロパンガス検出用、ＣＯ
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
ガス以外の不要な還元性ガスが混入している場合でも検
出に際してこれらを区別することができず、このような
不要なガスによる影響で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って精度上極めて信頼
性の乏しいものであった。

本発明は上記従来の欠点を克服するもので、それぞれフ
ィルターを通して選択的にガスが導入される一対のガス
感知部を複合して形成し、この一対の感知部が適当な回
路中において所望の特定種類の還元性ガスだけを選択的
に検出する作用を発揮し、以って、用途に応じてその目
的とする還元性ガスだけを検出し得て検出対象外の還元
性ガスの影響による誤差をなくし、検出装置の精度上の
信頼性を格段に向上せしめることができ、しかも、この
ような一対のガス感知部が複合一体化されて非常にコン
パクトに形成され、且つ、各ガス感知部のそれぞれの電
極からの端子の取出し、及び回路への接続が容易で、装
置への組込みに極めて使利な特定種類の還元性ガスを選
択的に検出するための複合型ガス検知素子を提供せんと
するものであって、その構成は次の通りである。

本発明は、気密性を有する素材にて形成した両端が開口
せる筒状の容器内の中央に、酸化触媒を用いたフィルタ
ー材または無通気性素材からなる仕切部を設け、該仕切
部の両側にガス敏感性金属酸化物半導体からなるガス感
知部を、容器両端開口部分に酸化触媒を素材とした選択
的なガス透過性を有するフィルターをそれぞれ配備し、
上記両フィルターの酸化能力を相違せしめると共に、こ
れら全体の中心軸部分に絶縁性の電極担持体を貫通せし
め、該電極相持体の周面に、その両端部からそれぞれ中
央近傍部に至るまでの範囲で長手方向にわたって分割さ
れた上記両ガス感知部に対する各一対の電極を形成して
なる特定種類の還元性ガスを選択的に検出するための複
合型ガス検知素子である。

本発明を具体的に説明するにあたり、先ず本発明の素子
に組込まれるフィルターの透過性について説明しておく
。

このフィルターの素材としては、Ｎｉｐ，Ｃｏ２０３、
Ｃｏｏ，ＺｎＯ，Ｓｎ０２、Ｆｅ２０３、Ｖ２０５、Ａ
ｇ２０，ＣｕＯ等の各種の金属酸化物触媒、或いは金属
酸化物にＰｄ，Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ等
の貴金属系の酸化触媒の一乃至数種類を添加したもの、
或いはこのような貴金属系の酸化触媒をアスベスト、ア
ルミナ、シリカなどの基材に混入または担持せしめたも
の等酸化触媒として働く任意の素材を採用し得る。

そして、このような酸化触媒を素材とするフィルターは
、その酸化触媒としての能力に応じ、酸化され易い特定
の一乃至数種類の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ガスに変えることによりその還元
性ガスとしての透過を阻止し、その他の酸化されにくい
還元性ガスはそのまま透過するという選択的透過性を有
し、且つ、このようにして選択的に透過されるガスの種
類はフィルターの酸化能力の程度に依存するもので、そ
の関係は第１図のグラフに示す如くなる。

つまり、第１図のグラフは、酸化触媒を素材とするフィ
ルターの酸化能力と各種還元性ガスに対する透過性との
関係を示すもので、同グラフにおいて、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酸化能力
即ち酸化触媒としての活性度を表わしており、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がインブタン、Ｅがメタンに対するフィル
ターの酸化能力と透過率との関係を示す。

同グラフに示す如く、これらのガスの中ではＣＯガスが
最も透過が阻止され易く、フィルターが同グラフの横軸
に符号Ｆ１ で示す程度の比較的低い酸化能力を持つ場
合には、ＣＯガスのみ透過が阻止されて他のガスは殆ど
透過することとなる。

これはつまり、この程度の酸化能力においては、上記各
ガスの中で最も酸化され易いＣＯガスがフィルターの触
媒作用で大気中の０２で酸化されて不活性なＣＯ２とな
る結果ＣＯガス自体の透過は阻止され、一方これより酸
化されにくい他の各ガスは殆ど酸化作用を受けずにその
まま透過されるためである。

また、フィルターの酸化能力がこれよりもう少し高くて
同グラフに符号Ｆ２で示す程度である場合には、ＣＯガ
スに加えてその次に酸化され易いＨ２ガスも酸化されて
Ｈ２０に変わるので、この二種類のガスの透過が阻止さ
れてその他のガスが透過されることとなる。

以下同様にして、フィルターの酸化能力が高くなるにつ
れて酸化され易いものから順に透過を阻止されるガスの
種類が増し、同グラフに例示したガスについていえば、
同グラフに符号Ｆ３で示す程度の酸化能力においてはＣ
Ｏ、Ｈ２、アルコールの三者が透過を阻止されてイソブ
タンとメタンが透過し、符号Ｆ４で程度の酸化能力にお
いてはメタンだけが透過されることとなる。

このように、酸化触媒にて形成されたフィルターは選択
的なガス透過作用を有し、且つ、選択的に透過し得るガ
スの種類はフィルターの酸化能力即ち酸化触媒としての
活性度に依存することとなるわけである。

なお、符号Ｆ０で示す程度にまでフィルターの酸化能力
を低くすると同グラフ中にＡ−Ｅで示すガスのすべてが
透過される。

これら種々の酸化能力を有するフィルターの具体例を次
の（表１）に示しておく。

同表中の酸化能力を示す符号は、第１図のグラフに示す
符号に対応する。

このような酸化触媒を用いたフィルターの特性を利用し
て本発明の素子が構成されており、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、１はセラミック或いはガラス等の絶縁
性材料または絶縁コートされた金属パイプ等にて形成し
た両端が開口せる筒状の容器で、その周壁からガスが透
過することがないように適度の密度並びに厚みを持たせ
て形成してある。

該容器１内には、左右に配置された二つのガス感知部２
ａ，２ｂと、該両感知部２ａ，２ｂの間に介在する中央
部の仕切部としてのフィルター３と、両端開口部分にそ
れぞれ配置されたフィルター４ａ，４ｂとが装備され、
且つ、これらの中心部分に絶縁性材料にて形成された細
長い棒状の電極担持体５が貫通せしめられており、該電
極担持体５の両端部は上記容器１の側方に突出している
。

そして、この電極担持体５の周面には、中央部分を除く
その両側にそれぞれ、長手方向に沿って分割された各一
対の電極６ ａ ，６ ａ’及び６ｂ，６ｂ’が形成さ
れている。

つまり、上記各一対の電極６ａと６ａ′及び６ｂと６ｂ
’は、それぞれ周方向に向き合った状態で、このそれぞ
れの中央寄り部分が上記各ガス感知部４ａ及び４ｂに接
し、各電極５ａ，５ａ’及び６ｂ，６ｂ’の端部は容器
１の外部に露出するように構成されている。

この各電極５ ａ ， ５ ａ’及び６ｂ，６ｂ’は、
上記電極相持体２０周面の各所定部分にＡｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ等の電極材料を被着せしめて形成してお匂 前記両ガス部２ａ ，２ｂの素材としては、Ｓｎ０２、
Ｉｎ２０３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ，ＮｉＯ、Ｃｒ２０３等
の各種金属酸化物半導体の単体、若しくは複数種類の金
属酸化物半導体を混合したもの、或いはこのような金属
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て機械的強度を高めたもの
など、金属酸化物半導体を主体としたガス感知作用を有
する任意のものを採用し得る。

また、前記各フィルター３，４ａ，４ｂは、前に説明し
たように、酸化触媒を素材とし、その酸化能力に応じた
選択的なガス透過性を有するものである。

この各フィルター３ ，４ａ ，４ｂの酸化能力は、一
方の端部に位置するフィルター４ａより他端部のフィル
ター４ｂの酸化能力を高くし、中央部のフィルター３は
酸化能力の高い方のフィルター４ｂと同程度或いはこれ
より高い酸化能力を持たせておくという条件のもとで、
後に詳述する如く、検出すべきガスの種類に応じて適宜
設定しておく。

容器中央部に設けられる仕切部としては、上記フィルタ
ー３の代りに無通気性素材を用いてもよい。

すなわち、上記仕切部は、上記他端部のフィルター４ｂ
において透過を阻止されるガスが、上記一端部（酸化能
力の低い方）のフィルター４ａからガス感知部２ａを通
ってガス感知部２ｂに侵入することを防止するためのも
のである。

従って、仕切部を無通気性素材により形成しても、こゝ
でガスを遮断することにより、上記の仕切部として必要
な機能が得られる。

ただし、当実施例のように仕切部を酸化触媒を用いたフ
ィルター３により形成して前述のように酸化能力を設定
しておけば、仕切部として必要な機能を満足し、しかも
通気性は良好に保たれるため、より好ましい。

また、この場合、それぞれのフィルター３，４ａ，４ｂ
に適当な酸化能力を持たせるには、その素材や温度条件
などを選定しておけばよい。

つまり、例えば金属酸化物やアスベスト、アルミナ、シ
リカなどの基材に貴金属系酸化触媒を添加してフィルタ
ーを形成するような場合、貴金属系酸化触媒の添加量を
多くすれば触媒作用即ち酸化能力が高くなる。

また酸化能力は加熱温度にも依存するので、このような
素材と加熱温度との関係で上記各フィルター３ ， ４
ａ ，４ ｂが上述せる条件を満足するような適当能
力を持つようにしておく。

７は上記容器１の外周面部に讐着された膜状のヒーター
で、上記各フィルター３，４ａ，４ｂ及び前記両ガス感
知部２ａ，２ｂを加熱する。

このようにして本発明の素子Ｓが構成され、この素子Ｓ
は、前記電極担持体５の両端部分をそれぞれ、例えば基
盤等に取付けたリード兼用の各一対の導電性支柱８ａ，
８ａ’， ８ｂ ， ８ｂ’の間に挾止固定するよう
にしておけば前記各電極６ａ，６ａ′及び６ｂ，６ｂ’
からの端子の取出し並びに回路への組込み等に便利であ
る。

そして、この素子Ｓは通常第４図に示すような回路に組
込まれて利用される。

即ち、この回路は、本発明の素子Ｓにおいて一体的に装
備された前記両感知部２ａ，２ｂを電源９に対して互い
に並列に接続し、且つ、上記感知部２ａ ，２ｂにそれ
ぞれ抵抗１０ａ，１０ｂを直列に接続すると共に、この
間に電気作動物１１を接続することにより、上記両ガス
感知体２ａ及び２ｂから得られる各出力の差にあたる電
圧が電気作動物１１にかかるようにしたものである。

上記電気作動物１１としては、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任意に採用し得
る。

次に、上記の如き回路に組込まれた時の本発明の素子の
作用を説明すると、例えば、上記各フィルター３，４ａ
，４ｂのうち、一方の端部のフィルター４ａの酸化能力
を同グラフに符号Ｆ２で示す程度とし、他端部のフィル
ター４ｂ及び中央部のフィルター３の酸化能力を同グラ
フに符号Ｆ３で示す程度にした場合、同グラフから解る
ように、同グラフに示す各還元性ガスの中で、ＣＯガス
とＨ２ガスは両端のフィルター４ａと４ｂにおいて共に
透過を阻止されるので前記両感知部３ａ，３ｂには殆ど
到達し得す、またイソブタンとメタンは各フィルター４
ａ ，４ａ及び３のいずれをも殆んど自由に透過するの
で両感知部２ａ，２ｂにおいて同程度に感知される。

そして、アルコールは一端部のフィルター４ａだげを透
過し得るので、一方の感知部２ａには感知され得るが他
方の感知部２ｂでは感知され得ないこととなる。

従って、このように各フィルター４ａ，４ｂ及び３の酸
化能力を定めた場合には、第４図の回路に示す如く上記
両感知部２ａ，２ｂの出力の差を最終的な出力として取
出すようにしておけば、アルコールだけが充分に検出さ
れ、他の還元性ガスの出力は殆ど打消される。

尤も、実際にはこのような設定条件においても、各フィ
ルター４ａ，４ｂ，３の酸化能力に応じてアルコールよ
り酸化され易いＨ２ガス等も多少は透過され、またアル
コールより酸化されにくいイソブタン等も多少は透過が
阻止されるので、これらのガスに対しても上記の回路に
おいて少しは最終的な出力が出てくるが、これらの出力
はアルコールに対する出力に比べて非常に小さいため、
アルコールに対して秀れた選択的検出効果が得られるこ
とは間違いない。

同様にして、その他の各還元性ガスについても、それに
応じてフィルター４ａとフィルター４ｂ及び３との酸化
能力を適宜しておくことにより、その所望の特定単一種
類の還元性ガスを選定的に検出し得る。

また、フィルター４ａとフィルター４ｂ及び３との酸化
能力の差を大きくしておけば、その間において透過率の
変わる数種類の還元性ガスを選択的に検出せしめること
もできる。

こゝで、本発明の素子を用いた場合の特定種類のガスに
対する選択的検出効果につき、当発明者が行った実験の
結果を次の（表２）に示しておく。

なお、この実験は、イソブタンを選択的に検出するよう
にしたもので、第２図に示す形状の素子において、一端
側のフィルター４ａには前記（表１）中の酸化能力Ｆ３
に相当するフィルターを、他端側および中央部のフィル
ター４ｂ，３にはともに前記（表１）の酸化能力Ｆ４に
相当するフィルターを用いた。

加熱温度は３７０℃である。また、ガス感知部２ａ，２
ｂの金属酸化物半導体にはそれぞれＳｎＯ２の単体を用
いた。

そして、第４図に示す回路に組込み、電源９の電圧を１
０Ｖ、抵抗１０ａの抵抗値を６ＫΩ、抵抗１０ｂの抵抗
値を９ＫΩとして、（表２）に示す各ガス中でのガス感
知部２ａ，２ｂの各抵抗値および電気作動物１１にか５
る出力電圧を測定した。

測定は自然流通法で行ったものである。

この表から、上記実験条件によれば、空気中における場
合と比較してイソブタン１ ０ ０ ０ ｐｐｍ中では
出力電圧が大きく変化し、他のガス中では出力電圧の変
化が小さく、イソブタンが選択的に検出されることが解
る。

第５図は本発明の素子Ｓの他の実施例を示すものであり
、これは、円筒状の容器１の中心軸部に貫通せる電極担
持体５′をパイプ状に形成してあり、その内部にヒータ
ー７′を挿通している。

該電極相持体５′の周面に設けられる各一対の電極６ａ
，６ａ′及び６ｂ，６ｂ’やこの電極担持体５′と容器
１との間に配設される両ガス感知体２ａ，２ｂ並びに各
フィルター３ ，４ａ ，４ｂの構成は前記実施例の場
合と同様である。

尚、上記各実施例に示す如き構成において、両ガス感知
部２ａ，２ｂに対する各一対の電極６ａ，６ａ′及び６
ｂ，６ｂ’は、図例では長手方向に沿つた直線帯状にし
てあるが、かかる構造以外にも、例えば、各一対の電極
をそれぞれ一定間隔を保たしめた状態で周方向に捩った
形のスパイラル状にし、或いは一対の電極の相対向する
辺部を、互いの凹部と凸部とが対向し合うような鋸刃状
その他の凹凸形状にした構造なども任意に採用し得ると
ころであり、このようにすれば各一対の電極の対向面積
が大きくなって電極間の抵抗値を低くすることができる
。

また、両ガス感知部２ａ ，２ｂのそれぞれに対する各
一方の電極６ａと６ｂとを長手力向に連成して両ガス感
知部２ａ，２ｂに共通する電極として形成しておいても
よい。

ただしこの場合には、第４図に示す如き回路に組込むに
あたっては上記の両ガス感知部２ａ ，２ｂに共通する
電極が電源９に接続されることを要する。

その他各部の構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
任意に設計変更して差し支えないことは言うまでもない
。

叙上の如く、本発明のガス検知素子は、一対のガス感知
部を備え、この両ガス感知部に対してそれぞれ、酸化能
力に応じた選択的なガス透過性を有するフィルターを配
設することにより、両感知部がそれぞれのフィルターを
透過する還元性ガスだけを選択的に感知するようにし、
且つ、それぞれの感知部に対する各フィルターの酸化能
力を相違せしめることによって各フィルターを透過し得
る還元性ガスの種類即ち各感知部において感知し得るガ
スの種類に差を持たせ、以って、この差にあたる特定種
類の還元性ガスに対してのみ両感知部の感度が顕著に異
なるようにしてあるため、該両感知部の出力の差を取出
すブリッジ回路等に組込まれることにより、特定種類の
還元性ガスだけを選択的に検出せしめてその他の還元性
ガスによる影響を非常に小さくすることができる。

そして、第１図のグラフから解る如く、各フィルターの
酸化能力の選定の仕方によって所望の特定還元性ガスを
上述せるようにして選択的に検出し得るので、任意の用
途において、その用途に応じた検出の目的とする特定還
元性ガスだけを選択的に検出せしめ、検出対象外の不要
な還元性ガスによる装置の誤動作を防止し得て検出精度
を格段に向上することができる。

しかも、上記両ガス感知部及び各感知部に対するフィル
ターなどを筒状の容器内に配列装備して複合一体化した
構造に形成してあるため、構造が合理化されて非常にコ
ンパクトになる。

さらに、これらの中心部分に貫通せしめた電極相持体の
周面に上記両素子のそれぞれに対する各一対の電極を形
成し、この各電極が電極相持体に担持せしめられた状態
で外部に導出されているため、各電極からの端子の取出
しゃ回路への接続、取付け等が容易になって装置への組
込みに極めて便利である等、実用に適した多大の効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の素子において用いられるフィルターの
酸化能力と各種還元性ガスに対する透過率との関係を示
すグラフ、第２図は本発明の実施例を示す断面図、第３
図は電極相持体の斜視図、第４図は本発明の素子を用い
たガス検出装置の回路構成の一例を示す回路図、第５図
は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １……容器、２ａ ，２ｂ……ガス感知部、３……中央
仕切部、４ａ ，４ｂ……フィルター、５，５′……電
極担持体、６ａ ，６ａ’，６ｂ，６ｂ’……上記両ガ
ス感知部に対する各一対の電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気密性を有する素材にて形成した両端が開口せる筒
   状の容器内の中央に、酸化触媒を用いたフィルター材ま
   たは無通気性素材からなる仕切部を設け、該仕切部の両
   側にガス敏感性金属酸化物半導体からなるガス感知部を
   、容器両端開口部分に酸化触媒を素材とした選択的なガ
   ス透過性を有するフィルターをそれぞれ配備し、上記両
   フィルターの酸化能力を相違せしめると共に、これら全
   体の中心軸部分に絶縁性の電極担持体を貫通せしめ、該
   電極相持体の周面に、その両端部からそれぞれ中央近傍
   部に至るまでの範囲で長手力向にわたって分割された上
   記両ガス感知部に対する各一対の電極を形成してなる特
   定種類の還元性ガスを選択的に検出するための複合型ガ
   ス検知素子。