JPS5928862B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス検出素子と温度補償素子とをブリッジ回
路の枝道に組込んだ接触燃焼式熱線形ガス検出装置の温
度補償素子に関する。

接触燃焼式熱線形ガス検出装置における温度補償素子は
、従来次の二種類に大別されている。

〔Ｉ〕 ガス検出素子と同一製法により製作された素子
を金属キャップにより密閉して温度補償素子として使用
する。Π 熱線条に付着させた担体表面を酸化鉛などの
不活性物質で被覆した素子を温度補償素子として使用す
る。

特にΠによる温度補償素子の場合には、ガス検出素子と
温度補償素子とが同一条件で周囲雰囲気にさらされるの
で、画素子が周囲雰囲気の温度変化に追随しやすく、そ
のため零点の温度依存性が小さいということから一般家
庭用液化石油ガス漏れ警報器などに広く使用されている
。

ところで、本発明者の種々の研究および数々の実験の結
果、上記〔Ｉ〕およびｌ（７）温度補償素子を用いた接
触燃焼式熱線形ガス検出装置を都市ガス漏れ警報器に適
用した場合、都市ガスの種類によつて、警報濃度が大き
く異なるということが明らかとなつた。

特に、液化天然ガスガスＬＮＧを主成分とした都市ガス
と従来の製法による石油を原料とした液化石油ガスＬＰ
Ｇを主成分とした都市ガスとでは、警報濃度の差異が無
視できないほど大きくなり、都市ガスの種類に応じて都
市ガス漏れ警報器の仕様を変更しなければならないとい
う問題を生じている。また、すでに一般家庭で使用され
ている液化石油ガス漏れ警報器を都市ガス用に使用する
ことも困難となつた。この原因は液化天然ガスの主成分
であるメタンが他の炭火水素ガスと比較して分子燃焼熱
が小さく、化学的に安定であるため接触燃焼式熱線形ガ
ス検出装置による出力が他の炭化水素ガスより小さいた
めである。本発明は、このような問題点を改良して、イ
〕都市ガスの種類が異なつても警報濃度の違いが小さく
、回液化石油ガスＬＰＧと都市ガス、特に液化天然ガス
ＬＮＧを主成分とした都市ガスの両方に使用できるガス
検出装置のための温度補償素子を提供することを目的と
する。このような目的は、本発明によれば、炭火水素ガ
スの種類によつて活性が異なるような素子、すなわちメ
タンに対しては接触燃焼を生じないが、メタンを除く炭
火水素ガスに対しては接触燃焼を生じる素子を温度補償
素子として用いることにより達成される。

温度補償素子は、本発明の一つの優れた実施例によれば
、温度補償用熱線条に付着させた担体上に、酸化触媒性
を持つ金属酸化物を付着させた素子より成る。

その際に、その金属酸化物としては、本発明においては
、酸化マンガンあるいは酸化鉄もしくはこれらの混合物
が選択される。しかして、本発明者等の実験によれば、
このような温度補償素子は、液化天然ガスＬＮＧの主成
分であるメタンに対しては接触燃焼を生じないが、メタ
ンを除く炭火水素ガスたとえば液化石油ガスＬＰＧの主
成分であるイソブタン等に対してはある程度の接触燃焼
を生じる。

このような温度補償素子を用いる本発明は次のような技
術的思想に基づいている。

すなわち、上述したように、メタンは他の炭化水素たと
えばイソブタンに対して分子燃焼熱が小さい。

このことは、同一濃度のメタンとイソブタンとがガス検
出素子に接触した場合、そのガス検出素子は、イソブタ
ンの際には大幅な抵抗変化ΔＲ，を生じるが、メタンの
際にはあまり抵抗変化△Ｒ２を生じない。ガス検出素子
のこれらの抵抗変化△Ｒ１〜△Ｒ２は温度補償素子の抵
抗値を基準として取出されるが、従来この温度補償素子
は検出ガス（メタン、イソブタンなど）に対して抵抗変
化を生じない素子が使われる。従つて、これらガス検出
素子および温度補償素子が組込まれた従来のブリツジ回
路からは、ガス検出素子自身の抵抗変化ΔＲｌ，△Ｒ２
に関連した出力電圧が取出されることになる。それゆえ
、ブリツジ回路の出力電圧が所定電圧以上になつた際に
警報器が動作するようにガス検出装置が構成されている
場合には、同一濃度でも、イソブタンが接触した際には
警報が発せられるが、メタンが接触した際には警報が発
せられないということにもなる。そこで、本発明者等は
、種々の研究と実験とを重ねた結果、温度補償素子を検
出ガスに対して抵抗変化を生じないように構成するとい
う従来の発想からの転換を図り、上述の如く、メタンに
対しては接触燃焼を生じないがメタン以外の炭化水素た
とえばイソブタンに対しては接触燃焼を生じるように温
度補償素子を構成すればよいことを見出した。つまり、
このような温度補償素子を用いた場合には、メタンがこ
の温度補償素子に接触した際には、この温度補償素子は
接触燃焼を生じないので、ブリツジ回路の出力電圧は上
述した従来のガス検出装置と同様にガス検出素子の抵抗
変化分△Ｒ１のみに関連して現われる。一方、イソブタ
ンがこの温度補償素子に接触した際には、この温度補償
素子も接触燃焼を生じるので、ブリツジ回路の出力電圧
はガス検出素子の抵抗変化△Ｒ２と温度補償素子の抵抗
変化分△Ｒ３との差△Ｒ（＝△Ｒ２−△Ｒ３）に関連し
て現われる。そこで、メタンに対するガス検出素子の抵
抗変化分ΔＲ１とイソブタンに対するガス検出素子およ
び温度補償素子の抵抗変化分の差△Ｒとがほぼ等しくな
るように、この差ΔＲすなわち温度補償素子の抵抗変化
分△Ｒ３を設定しておくことによつて、ガスの種類に拘
わらずに同一濃度の検出ガスに対しては警報を発するこ
とができるようになる。次に本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の回路図であり、第２図はそ
の要部の組立図である。

本発明によるガス検出装置は主として固定抵抗Ｒ，，Ｒ
２、ガス検出素子Ｍおよび温度補償素子Ｋからなる抵抗
ブリツジ回路Ｂと、このブリツジ回路Ｂに給電する電源
Ｅと、ブリツジ回路Ｂの出力側に接続された負荷Ｖ（た
とえば警報器）とから構成されている。ガス検出素子Ｍ
は、白金線条１にアルミナ担体２が付着させられ、この
アルミナ担体２の上にパラジウム触媒３が担持された構
成になつており、約３５０℃に加熱されている。このガ
ス検出素子Ｍに炭化水素ガスが接触するとその燃焼によ
る温度変化に起因して白金線条１の抵抗値が変化する。
温度補償素子Ｋは、白金線条４にアルミナ担体５が付着
され、この担体５に酸化マンガンなどが担持された構成
となつており、ガス検出素子Ｍと同様に約３５０℃に加
熱されている。この温度補償素子Ｋにメタン以外の炭化
水素ガスが接触すると炭化水素ガスの種類によつて燃焼
をおこし、その温度変化に起因して白金線条４の抵抗値
が変化する。これは担体５に付着した酸化マンガン６が
炭化水素ガスの種類によつて、表面活性が異なるためで
ある。ガス検出素子Ｍは、リード棒Ｆｌ，Ｆ２により基
板Ｄに固定され、また温度補償素子Ｋはリード棒Ｈｌ，
Ｈ２によりガス検出素子Ｍに近接して同様に基板Ｄに固
定される。かくして炭化水素ガスがガス検出装置に接触
すると、ガス検出素子Ｍと温度補償素子Ｋがそれぞれ温
度変化を生じ、それゆえ白金線条１と白金線条４の抵剤
値が変化し、ブリツジ回路Ｂの出力電圧が変化する。こ
れにより負荷たとえば警報装置が作動させられる。次に
ガス検出素子Ｍおよび温度補償素子Ｋの製造方法につい
て説明する。

ガス検出素子について まず直径０．０６ｍｍの白金線により、外径０．６ｍｍ
巻回数１０ターン、長さ１．５ｍｍの白金線条を特殊巻
線機で製造する。

次にこの白金線条にアルミナ粉末とアルミナゾルとの混
合ペーストを付着させ、８００℃で焼成して、アルミナ
担体を白金線条に固着させる。

その後、アルミナ担体に塩化パラジウム水溶液を含浸さ
せ、５００℃で加熱分解して、アルミナ担体上にパラジ
ウム触媒を担持させる。なお、担体としてはシリカ担体
あるいはアルミナ−シリカ混合担体を用いることもでき
る。また酸化触媒としては、パラジウム触媒を用いるこ
とについて述べたが、ロジウム触媒およびこれらの混合
触媒を用いることもできる。また、これらの触媒に白金
を添加した触媒を用いることもできる。温度補償素子に
ついて 例１ まず、ガス検出素子と同様に直径０．０６ｍ７！Ｌの白
金線により、外径０．６ｍｍ、巻回数１０ターン、長さ
１．５ｍｍの白金線条を製造する。

次に、この白金線条にアルミナ粉末とアルミナゾルとの
混合ペーストを付着させ、８００℃で焼成してアルミナ
担体を白金線条に固着させる。その後にアルミナ担体に
マンガン濃度が２％の硝酸マンガン水溶液を含浸させ、
５００℃で加熱分解して、酸化マンガンをアルミナ担体
に付着させる。なお、この実施例においては、酸化マン
ガンの出発原料として、硝酸マンガンについて述べたが
、硫酸マンガンあるいは塩化マンガンなど水溶性マンガ
ン化合物を用いることもできる。

例２ アルミナ担体を白金線条に固着させるまでは例１と同じ
である。

その後に、アルミナ担体に、鉄濃度が２％の硝酸第二鉄
水溶液を含浸させ、５００２Ｃで加熱分解して、酸化鉄
をアルミナ担体に付着させる。なお、この例においては
、酸化鉄の出発原料として、硝酸第二鉄について述べた
が、硝酸第一鉄、あるいは塩化第二鉄など、水溶性鉄化
合物を用いることもできる。

例１および２で述べた温度補償素子は、メタンを除く炭
化水素ガスとの接触燃焼反応に高い活性を示すが、メタ
ンとの接触燃焼反応には、まつたく活性をもたないのが
特徴である。

次に実験結果の一例を図面で説明する。

第３図は、ガス検出素子Ｍとしてパラジウム触媒−アル
ミナ担体の素子を用い、温度補償素子Ｋとして従来の方
法による酸化鉛を表面に付着させて不活性化された素子
を用いて、第１図のブリツジ回路Ｂを構成し、電源電圧
Ｅ＝１．８Ｖを供給し、炭化水素ガスのイソブタン、ｎ
−ブタン、プロパン、プロピレン、エタン、エチレンお
よびメタンを接触させた際のブリツジ回路Ｂの出力電圧
特性である。

イソブタンおよびｎ−ブタンは特性線イで、フ狛パンお
よびプロピレンは特性線口で、エタンおよびエチレンは
特性線ハで、またメタンは特性線二で示されている。こ
のように、炭化水素ガスの種類により、出力電圧は大き
く異なる。したがつて、第１図のブリツジ回路Ｂの出力
電圧で負荷Ｖたとえば警報装置を作動させるように構成
したガス漏れ警報器では、炭化水素ガスの種類によつて
警報濃度が大きく異なつてしまう。すなわち、ブリツジ
回路の出力電圧が１０ｍＶに達したら警報器が動作する
ようにした場合、イソブタンおよびｎ−ブタンでは約０
．１３％程度で警報が発せられ、一方メタンでは約４％
にならなければ警報が発せられない。第４図は温度補償
素子Ｋとして、本発明による担体に酸化マンガンを付着
させた素子を用いて、第３図の場合と同じ条件で炭化水
素ガスを接触させた際の出力電圧特性である。

すなわち、イソブタンおよびｎ−ブタンは特性線イで、
プ叶マロおよびプロピレンは特性線口で、エタンおよび
エチレンは特性線ハで、またメタンは特性線二で示され
ている。第４図から明らかなように、炭化水素ガスの種
類に関係なく、出力電圧は、ほとんどメタンと同じにな
る。したがつて、ガス漏れ警報器では、炭化水素ガスの
種類に関係なく、警報濃度は同じとなる。つまり、炭化
水素ガスの種類に関係なく、警報濃度を約０．３４〜０
．４％の範囲におさえることができる。酸化マンガンと
同様に、酸化鉄および酸化マンガンと酸化鉄の混合物も
上記の効果があることが確認された。

このような温度補償素子を用いた本発明の効果の原因は
次のように考えられる。

すなわち、従来のようにアルミナ担体の表面を酸化鉛な
どで不活性処理した素子を温度補償素子として用いた場
合には、アルミナおよび白金熱線条が不活性物質で覆わ
れるので、温度補償素子の表面では、接触燃焼がおこら
ず、ブリツジ回路の出力は炭化水素ガスの分子燃焼熱と
酸化反応性にしたがつた値となる。一方、本発明のよう
に、担体に酸化マンガンなどを付着させた素子を温度補
償素子として用いた場合には、酸化マンガンなどが触媒
活性を有するために、温度補償素子の担体の表面でイソ
ブタンガスのように燃焼しやすい炭化水素ガスは接触燃
焼がおこる。またアルミナ担体が多孔質であるため、イ
ソブタンガスのような炭化水素ガスが担体内にも拡散浸
透し、その一部が、白金熱線条にも到達して、その表面
でも燃焼する。これらの原因により、第４図に示すよう
に、ガス検出感度が低下し、ブリツジ回路の出力電圧が
小さな値となる。しかし、メタンガスでは、ブリツジ回
路の出力電圧は、温度補償素子として酸化鉛で処理した
素子を用いた場合と同じ値を示す。これはメタンガスが
化学的に安定であるため、酸化マンガンなどでも接触燃
焼をおこさないためと考えられる。以上に説明するよう
に、本発明によれば、温度補償素子として、メタンに対
しては接触燃焼を生じないが、メタン以外の炭化水素ガ
スに対しては接触燃焼を生じる素子を使用することによ
り、炭化水素ガス、たとえばイソブタンとメタンの出力
電圧が同じとなるガス検出装置を簡単な方法で提供する
ことができる。イソブタンは液化石油ガスＬＰＧの主成
分であり、一方メタンは都市ガスに使用される液化天然
ガスＬＮＧの主成分であるので、本発明のガス検出装置
から構成される一般家庭用ガス漏れ警報器は、液化石油
ガスＬＰＧと都市ガスＬＮＧとで、共用化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例の概略構成図
、第３図は従来の方法による不活性化した温度補償素子
を用いた際の炭化水素ガス濃度とブリツジ回路出力電圧
の関係、第４図は、本発明の一実施例による実験結果を
説明するための特性図である。 Ｍ・・・・・・ガス検出素子、Ｋ・・・・・・温度補償
素子、Ｂ・・・・・・ブリツジ回路、Ｖ・・・・・・負
荷、４・・・・・・白金線条、６・・・・・・酸化マン
ガン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガス検出用白金線条１に付着させた担体２の上に触
   媒３を付着させたガス検出素子Ｍと温度補償素子Ｋとを
   備え、これらのガス検出素子と温度補償素子とをブリッ
   ジ回路の枝辺にそれぞれ組込みこのブリッジ回路の出力
   側に負荷を接続するようにしたものにおいて、前記温度
   補償素子として、温度補償用白金線状４に付着させた担
   体５に、酸化マンガンおよび酸化鉄の少なくとも一方を
   付着させたものを用いることを特徴とするガス検出装置
   。