JPS62147352A - 可燃性ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は接触燃焼大町燃性ガスセ／す、更に具体的に
はアルコールによる誤動作を防止した可燃性ガスセンサ
に関するものである。

Ｃ従来技術とその問題点〕 近年、接触燃焼式可燃性ガスセンサは、ガス漏れ事故の
防災上甑めて有効な手段として一般家庭にも広く停及し
始めている。しかしながら、調理あるいは日本酒の燗等
でアルコール分が気化し、比較的高濃度のアルコール蒸
気として空気中に共存した場合、その動作原理上ガスセ
ンサが誤動作して警報を発する場合があり、安全サイド
に動作するとはいえその改良が望まれていた。

接触燃焼式可燃性ガスセンサに用いられるガス検知素子
は、第１図に示すように、白金などの抵抗の温度係数の
高＾材質の線をコイル状にした熱線条ｌを活性アルミナ
等の担体２で被覆し、更にこれに可燃性ガス成分である
プロバイ、メタン等のガスに対する酸化活性の優れた触
媒を付着させた構造になっている。まだ一方、温度補償
素子は一般に、可燃性ガスに対して不活性な点を除けば
ガス検知素子と同様の形状をしており、実際のセンサは
第２図に示すようにガス検知素子３とｉ変補償素子４が
ブリッジ回路の＠接する位置にセットされている。ガス
検知素子３および温度補償素子４ば、通常コイルに電流
を流すことにより触媒を可燃性ガスの酸化に必要な温度
まで加熱して使用されている。

このような状態のセ／す部に、アルコール蒸気が接触し
た場合、ガス検知素子側の触媒上でアルコールが燃焼し
、ガス検知素子側のコイルの抵抗値が変化することによ
って前記ブリッジのバランスがくずれ、検知ガス成分で
あるプロパン、メタンなどがセンサ部に接触した場合と
同様な結果が導かれ、センナが誤報する。

上記のような問題の解決策としては、 １）ガス検知素子側に１プロパン、メタン等のガスを選
択的に酸化できる触媒を用いる。

２）温度補償素子側にアルコールを選択的に酸化できる
触媒を用い、ガス検知素子側でのアルコールの燃焼分を
キャンセルできるようにする。

の２つの方法がある。

１）の方法では、比較的難燃性のプロパン、メタン等を
燃焼し、易燃性のアルコールを燃焼しないような触媒を
見い出す必要があるが、これは技術的に啄めて困難であ
り、現実的でない。２）の方法は、■）と全く逆の選択
性を有する触媒を見つけ出せば良い訳であり、各ガスの
酸化の帷易変の序列から見ても、１）に比べ可能性が高
い。

このような考え方に基づき本発明者等は各種の触媒につ
いて実験を行い、微量の白金触媒を温度補償素子側に担
持することによって、＠度補償素子側でプロパン、メタ
ン等の検知ガスをほとんど燃焼することなく、はとんど
のアルコールを選択的に燃焼することが可能であり、ガ
スセンサのアルコール感度を大幅に低減し、アルコール
による誤動作が起きにくい接触燃焼式可燃性ガスセンサ
が可能であることを見い出した。

〔発明の目的〕

この発明は、アルコールによる誤動作を防止した接触燃
焼式可燃性ガスセンサを提供することを目的としている
。

〔発明の要点〕

この発明の要点は、温度補償素子側に微量の白金触媒を
担持することによって温度補償素子でもアルコールのみ
を選択的に燃焼させ、ガス検知素子側でのアルコールの
燃・暁分をキャンセルすることによって、アルコールに
対するセンサの感度を低減し、アルコールによる誤動作
を防止しようとするものである。

〔発明の実雇例〕

本発明の内容を、以下に実施例を用いて詳細に説明する
。

実施例１ φ ＠径２０μｍの白金線を用いてコイル外（ｌ　Ｏ，２５
ｍｓ　。

コイル外長０．４５＋＋ｌｌ＋１．巻き数７のコイルを
用意した。

次に平均粒径５μｍの活性アルミナ粉末とアルミナゾル
とを、活性アルミナとアルミナゾル中のアルミナとの重
昨比が２０：１となるよう［ａ合し、更にこれに適当量
の純水を加えてペースト状とした。

このペーストを細い針金を用いて白金コイルに塗布し第
１図に示されるようにコイル１が活性アルミナを主成分
とする被覆層２でほぼ球状に橿われる素子担体を形成し
た。その後、常温で３時間、１１０℃で一晩乾燥後電気
炉中で８００℃、３時間・焼成したつこのようにして得
られた直径０．５０　ｍ〜０．５５ｍｍの素子担体に後
述する各処理を施し、ガス検知素子あるいは温度補償素
子として用いた。

イ）ガス検知久子の作成 冶子担体を、白金とパラジウムの重縫比がｌ：１、白金
とパラジウムとして合計１０重建入の濃度の塩化白金酸
と塩化パラジウムの塩酸酸性水＠液中に虜温で１時間浸
漬した後これを引き上げ、常温で３時間、１１０℃で一
晩乾燥後、水素中で４００℃。

３時間還元し、素子担体上に白金とパラジウムからなる
混合触媒を担持したっこのようにして得られたガス検知
素子を、後述する全ての温度補償素子のペアーとして共
通化して用いた。

口）温度補償素子の作成 素子担体を、白金として０．２重重％のＩＩｋ度の塩化
白金酸水溶液中に常・見で１時間浸漬した後、これを引
き上げ、常温で３時間、１１０℃で一晩乾燥後、水素中
で４００℃、３時間・咥元し素子担体とに白金を担持さ
せた。なお化学分析により白金の素子担体への担持量を
調べたところ、白金として０．０７重世％であった。

このようにして試作したガス検知層子、温度補償素子の
ベアをセンサＣとして性能の測定に供した。

以喚の実殉例のガス検知素子は、実殉例１で作成したガ
ス検知素子と同等であるので、温度補償素子の作成ｌこ
ついてのみ記述する。

実施例２ １子担体を白金として１．０重着％の４ｅの塩化白金酸
水溶液中に常温で１時間浸漬した後、実施例１の口）と
同様の操作を行い温度補償素子を作成した。このように
して作成した素子を実施例１と同様化学分析を行ったと
ころ、白金として０．４５重潰％が担持されていたう この温度補償素子とガス検知素子を用いたペアーをセン
サＥとする。

実施例３ 素子担体を白金として帆４重着％の濃度の塩化白金酸水
溶液中に常温で１時間浸漬した後、実施例１の口）と同
様の操作を行い温度補償素子を作成した。このようにし
て作成した素子を実施例１と同様化学分析を行ったとこ
ろ、白金として０．１７重１％が担持されていた。

この温度補償素子とガス検知素子を用いたペアーをセン
サＤとする。

実施例４ 素子担体を白金として０．０５重量％の濃度の塩化白金
酸水溶液中に常温で１時間浸漬した後、実施例１の口）
と同様の操作を行い、温度補償素子を試作した。このよ
うにして試作した素子を実、怖例１と同様化学分析を行
ったところ、白金として０．０２重量％が担持されてい
た。

この温度補償素子とガス検知素子を用いたペアーをセン
サＢとする。これらのペアーとの性能を比較するため、
従来一般に用いられているペアーとして温度補償素子に
は触媒が担持される前の状団の素子担体をガス検知素子
には実施例１〜４で共通に用いたガス検知素子を用い、
これをセンサＡとした。

センサＡ−Ｅを端２図に示したようなブリッジ回路に組
み込み、ブリッジ電圧（Ｙａ）を１．５ｖ〜２．５Ｖに
変え、Ｑ、４ｖｏ１％エチルアルコール／空気、０．２
ｖｏ１％イソブタン／空気、０．４ｖｏ１％メタン／空
気に対する出力を調べ、それぞれ第３図〜第５図の結果
を得た。なおイソブタンはプロパ７とｆｌ似の性質のガ
ス種で、プロパンの代わりの評価ガスとして用いたつ 第３図〜第５図の曲線図において、センサＡ〜Ｅの出カ
ーブリッジ′成圧曲線は、それぞれ順に曲＠Ａ−Ｅで示
した。第３図から、温度補償素子に触媒を担持していな
いセンサＡ（曲＠Ａ）はアルコールに対する出力、すな
わち感度が著しく高いことが分かる。父、温度補償素子
に微量の白金触媒を担持したセンサＢ−Ｅ（曲＠Ｂ−４
：）のアルコールに対する出力は、白金触媒が担持され
ていないセンサＡ（曲線Ａ）Ｋ比べて大幅に低下し、ア
ルコール感度が減少していることが分かる。その傾向は
、ブリッジ電圧が高い程、また温度補償素子の白金担持
量が増加する程（白金担持量：センサＥ＞Ｄ）Ｃ）Ｂ）
Ａ＝０　）著しい。これは、白金担持量が増加するに伴
い温度補償素子の酸化活性点が増加し、またブリッジ電
圧が増加するにつれて素子温度が上昇し、温度補償素子
の触媒上でのアルコールの燃焼反応が促進されるためで
ある。

しかしながら白金担持量の著しい増加は、第４図から分
かるように、検知ガスであるイソブタンに対する出力の
低下をもたらすためあまり好ましくない。

この傾向は、ブリッジ電圧が高い場合特に著しく、最も
白金の担持量の多いセンサＥ（曲線Ｅ）と、白金を温度
補償素子に担持していないセンナＡ（曲線Ａ）のイソブ
タンに対する出力を２．５ｖのブリッジ°成圧で比較し
た場合、約１／３に減少していることが分かる。この原
因は、明らかに温度補償素子側で検知ガスのイソブタン
が一部燃焼していることに起因している。すなわち、白
金担持量の増加は温度補償素子における酸化の選択性を
低下させるため好ましくない。

このような傾向は第５図から分かるように、難燃性のメ
タンに対しては全く認められない。

一般にセンナを動作させるブリッジ電圧の下限。

上限は、次のようにして決定される。

ａ）センサでの検知ガスの燃焼反応がガスの拡散律速の
領域、すなわち電圧に対するセンナ出力が飽和した領域
で使用する。

ｂ）高湿度下で水分の吸着による素子性能の劣化が起き
ない温度に素子を加熱して、すなわちブリッジ電圧を上
げて使用する。

Ｃ）センサを構成する触媒、担体が長期間に亘り熱的な
劣化を起こさない素子温度、すなわちブリッジ電圧以下
で使用する。

ｄ）センサを構成する白金コイルが長期間使用しても断
線しないブリッジ電圧で使用する。

上記制約を考１した場合、本センサのブリッジ電圧の下
限は約２．ＯＶ　、上限は２．５ｖとなる。ちなみに素
子の温度は、ブリッジ電圧が２．Ｏｖで約２７０℃、２
．５　Ｖ　−１’　約３９０℃であった。

次に、アルコールに対するセンナ感度は低ければ低い程
好ましいが、第４図でも明らかなように、白金担持ｔを
０．４５ｗｔ％にした場き、インブタンの感度も同時に
低下してしまい好捷しくない。一般に、アルコール感度
としてはメタン、イノブタンの感度と同等以下、すなわ
ちセンナ出力が同程度以下にすれば、通常の使用状態で
はアルコールによるセンナの誤動作は起きないと言われ
ている。

以上のことを考・・黒に入れ第３図〜第５図を見比べる
と、温度補償素子への白金の担持量は約０．０１〜約帆
２重量％が好ましいことが分かる。第６図は、温度補償
素子に０．０１重量イ、　０．２０重量％の白金触媒を
担持した場合のメタン、インブタン、アルコールに対す
る出力の電圧依存性を調べた曲線図である。第６図にお
いて、曲線イ２２ロ、ノは、０．０１重漬％の白金触媒
を担持した温度補償素子を用いた場合のメタン、イソブ
タン、アルコールに対する出力の電圧依存性を示す曲線
図、曲線二。

ホ、へは０．２重ｔＸの場合のメタン、イソブタン。

アルコールに対する出力の電圧依存性を示す曲線図であ
る。この曲線図から見て分かるように、温度補償素子に
０．０１〜０．２０重１％の白金触媒を担持することに
よって、メタンあるいはイソブタンの感度にほとんど影
響を与えることなく、アルコールに対する感度のみを大
幅に低下できることが明らかになった。

以上の説明から、温度補償素子に０．０１〜０．２０重
透イの微量の白金触媒を担持することによって、プロパ
ン、メタン等の検知ガス感度を低下することなく、アル
コール感度のみを大幅に低下できることは明らかである
。なお、水素ガスを含む可燃性ガスに対してはメタンと
水素ガスの感度をほぼ同等にすることが好ましいが、ｏ
、４ｙ水；Ｊ／生空気対するセンサＡ−Ｅ（曲線Ａ−Ｅ
）の出力のブリッジ電圧依存性を示す第７図の曲線図を
見て分かるように、温度補償素子への白金触媒の担持量
を０．０２〜０．０７４１％にすることによって、その
ような条件をほぼ満たすことが可能であり、そのような
用途にも勿論適用できる。

〔発明の効果〕

接触熱・暁弐町燃性ガスセンサの温度補償素子に０．０
１〜０．２０重建入の微瞼の白金触媒を担持することに
よって、温度補償素子でアルコールだけを選択的に燃焼
し、ガス検知素子側でのアルコール燃焼外の大部分をキ
ャンセルすることを町卵にした゛結果、センサのアルコ
ール感を肥が大幅に低減し、アルコールによるセンサの
誤報を実′ぼ的に防止できる可燃性ガスセンサが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は接触燃焼式可燃性ガスセンサの素子の構成図、
第２図は接触燃焼式可燃性ガスセンサに用いられるブリ
ッジ回路図、第３図は０．４ｖｏｌ％エチルアルコール
／空気に対するセンサ出カーブリッジ亀圧依存性を示し
た曲線図、第４図は０．２ＶＯ１％イソブタン／空気に
対するセンサ出・カーブリッジ電圧依存性を示した曲線
図、第５図は０．４ｖｏｌＳ％メタン／空気に対するセ
ンナ出力−ブリッジ電圧依存性を示した曲線図、第６図
は０．４ｖｏｌ％エチルアルコール／空気、０．２％イ
ソブタン／空気、０．４ｖｏｌ　＋Ｘメタン／空気に対
するセンサ出力−ブリッジ電圧依存性を示した曲線図、
第７図は０．４ｖｏｌ％水素／空気に対する、センナ出
力−ブリッジ電圧依存性を示した曲線図である。 １・・・コイル、２・・・被覆層、３・・・ガス検知素
子、４・・・温度補償素子。 〕− 第　１　図 フ゛リッジ電圧（Ｖ） 第　３　図 ７′リツゾ電圧　（７） 第　４．　図 フ”ソッジ電Ｊ王（Ｖ） 第５図 ブゾッン°電ｒＦ、、　　（Ｊ） ））６　図 ７″ゾ・、７ジ°電圧　（Ｖ） 第７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属線をらせん状に巻いたコイルを触媒付き担体で被覆
   したガス検知素子および温度補償素子を有する接触燃焼
   式可燃性ガスセンサにおいて、温度補償素子に０．０１
   〜０．２０重量％の白金触媒を担持したことを特徴とす
   る可燃性ガスセンサ。