ガスフィルタ及びガスセンサ
【課題】H2やCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができるガスフィルタ、及びそのガスフィルタを用いたガスセンサを提供する。
【解決手段】通気性構造体と、Ruを含む吸着剤2とを備え、吸着剤2は通気性構造体の内部において、通気性構造体によって挟持され、または接着により通気性構造体に固定してある。
【解決手段】通気性構造体と、Ruを含む吸着剤2とを備え、吸着剤2は通気性構造体の内部において、通気性構造体によって挟持され、または接着により通気性構造体に固定してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスフィルタ及びそのガスフィルタを用いたガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、ガス中の特定の種類のガスを除去する場合には、ガスが通過する際に特定の種類のガスのみを吸着するガスフィルタが使用される。この種のガスフィルタとしては、例えば、硫黄系ガス等の酸性ガスを除去するための塩基性酸化物等のフィルタや、塩基性ガスを除去するための酸性酸化物等のフィルタ等が知られており、除去したいガスの種類に応じて、適宜選択される。
【0003】
このようなガスフィルタは、例えば、ガスセンサ等に用いられており、外部空間からガス検知素子へガスを導入するガス導入路に設けて、検知対象となるガスを通過させつつ、ガス検知素子に悪影響を及ぼすガスを除去することができる(例えば、特許文献1参照)。このガスセンサによれば、シリカやシリカアルミナ等の無機粒子とPtとを有するガスフィルタを設けて、ガス検知特性を低下させるシリコーンガスを除去することができる。
【0004】
【特許文献1】特開2004−45324号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のガスフィルタは、特定の種類のガスに対して優れた除去性能を有するため、ガスセンサ等に用いる場合には、ガス中の特定の種類のガスをほぼ完全に遮断し、ガス検知素子に到達しないようにすることができる。
【0006】
しかし、従来のガスフィルタではガス選択性が不十分であり、通過させたいガスまでも除去してしまう虞があった。このようなガスフィルタをガスセンサに用いると、本来検知したいガスまでも除去されてしまい、ガス検知素子によって検知できなくなるため、ガスセンサとして適用できる用途が限られていた。
【0007】
このように、ガスフィルタでは単なる除去機能ではなく、ガス選択通過性が必要とされており、特にSO2やH2S等の硫黄系の腐食ガスを選択的に除去できると共に、水素ガスセンサや一酸化炭素ガスセンサに適用できるガスフィルタが求められている。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、H2やCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができるガスフィルタ、及びそのガスフィルタを用いたガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するための本発明に係るガスフィルタの第1特徴構成は、通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してある点にある。
【0010】
RuはSO2やH2S等の硫黄系ガスには高い活性を示すのに対し、H2やCOには不活性となる。
したがって、本構成によれば、H2及びCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができる。
【0011】
本発明に係るガスフィルタの第2特徴構成は、前記吸着剤は、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含む点にある。
【0012】
上記の無機粒子はシリコーンガスに対して高い吸着活性を有する。このため、本構成のガスフィルタでは、硫黄系ガスに加えてシリコーンガスを除去することができる。
【0013】
本発明に係るガスフィルタの第3特徴構成は、前記無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合してある点にある。
【0014】
前記無機粒子に対してRu粒子を5wt%以上含ませてあれば、硫黄系ガスを十分に除去することができる。よって、ガスセンサに適用した場合には、硫黄系ガスの有無に関わらず検知ガスに対して安定した感度を保つことができる。
一方、前記無機粒子に対するRu粒子の比率を30wt%以下にすると、シリコーンガスを十分に除去することができる。
したがって、本構成によれば、硫黄系ガス及びシリコーンガスの両方の種類のガスを効率よく除去することができる。
【0015】
本発明に係るガスフィルタの第4特徴構成は、前記通気性構造体は、一対の通気性シートをシリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方により一体接着成形したものであり、前記吸着剤は前記一対の通気性シートの間に介在させて固定してある点にある。
【0016】
つまり、この構成によれば、一対の通気性シートを、その間に吸着剤を介在させて一体接着成形してあるため、吸着剤を通気性構造体の内部で流動しないように保持することができる。また、シリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方を用いると、ゾルは粒子化しつつ一体化するため、ガスフィルタの通気性を確保することができる。
【0017】
本発明に係るガスセンサの特徴構成は、外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備え、当該ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に前記ガスフィルタを設けてある点にある。
【0018】
つまり、この構成によれば、硫黄系ガスはガスフィルタに吸着させて検知ガス中から除去することができるため、硫黄系ガスがガス検知素子に到達し難くすることができる。このため、硫黄系ガスがガス検知素子に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
また、ガスフィルタはH2及びCOを通過させることができるため、水素センサや一酸化炭素センサ等のH2やCOを検知対象とするガスセンサに使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明に係るガスフィルタは、通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してあるものである。すなわち、本発明者らは、吸着剤としてRuに着目し、RuがSO2やH2S等の硫黄系ガスには高い活性を示すのに対し、H2やCOには不活性であることを見出した。したがって、本発明に係るガスフィルタによれば、H2やCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができる。
【0020】
また、本発明に係るガスフィルタは、吸着剤に、さらにシリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含んでいることが好ましい。この種の無機粒子はシリコーンガスに対して高い吸着活性を有するため、このようなガスフィルタでは、硫黄系ガスに加えてシリコーンガスも除去することができる。
【0021】
従来、酸性ガスである硫黄系ガスの除去には塩基性酸化物等のフィルタを使用していた。一方、シリコーンガスは塩基性酸化物等のフィルタでは除去できないため、酸性酸化物等のフィルタを用いて除去していた。このため、硫黄系ガスとシリコーンガスとを除去する場合には上記の2種類のフィルタを使用する必要がある。しかし、塩基性のフィルタと酸性のフィルタとは、接触させると活性が低下するため離間して配置しなければならず、フィルタとしては大規模になり、実用に供し難いものとなっていた。したがって、本発明に係るガスフィルタによれば、吸着剤に上記の無機粒子を加えることによって、フィルタの大きさを変えることなく、硫黄系ガス及びシリコーンガスを除去することができる。さらに、吸着剤に、上記の無機粒子に代えて、もしくは上記の無機粒子に加えて、他の種類のガスに対して吸着性能を有するものを含有させれば、ガスフィルタのガス選択通過性を制御することもできる。
【0022】
このようなガスフィルタは、例えば、外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備えたガスセンサにおいて、前記ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に設けて用いることができる。これにより、硫黄系ガスはガスフィルタに吸着されて検知ガス中から除去されるため、硫黄系ガスがガス検知素子に到達し難くなる。このため、硫黄系ガスによって、ガス検知素子が検知ガスに対して高感度化することを防ぐことができる。また、ガスフィルタはH2やCOを通過させることができるため、水素センサ、一酸化炭素センサ等のH2やCOを検知対象とするガスセンサとして使用することができる。さらに、検知ガスにシリコーンガスが含まれている場合には、Ruに加え、上記の無機粒子を含んだガスフィルタを用いることにより、シリコーンガスによって、ガス検知素子が検知ガスに対して高感度化することも防ぐことができる。
【0023】
以下、本発明に係るガスフィルタを用いたガスセンサの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るガスセンサは、図2に示すように、ガスが流通可能な通気口D1を備える円筒形状のハウジングDと、ハウジングDの内部に設けたガス検知素子Aと、ハウジングDの内部のうちガス検知素子Aの上流側である通気口D1に設けたフィルタCとを備え、検知ガスがハウジングDで形成されるガス流通路によって、外部空間BからガスフィルタCを介してガス検知素子Aに導入されるよう構成してある。
【0024】
ガス検知素子Aとしては、例えば、貴金属コイルに金属酸化物半導体を塗布焼結した熱線型半導体式ガス検知素子が使用され、このガス検知素子Aを備えたセンサ基台D2をハウジングDの下部から挿入することにより、ガス検知素子AをハウジングDに取り付けてある。なお、ガス検知素子Aは、上記の熱線型半導体式ガス検知素子に限定されるものではなく、接触燃焼式ガス検知素子等、用途に応じて適宜選択することができる。
【0025】
ハウジングDは、検知ガスを導入できるように気密性の材料で構成してあり、通気口D1には、ガスフィルタCを介して防爆用金網D3が全面に亘って設けてある。
【0026】
ガスフィルタCは、図1に示すように、一対の通気性シート1によって通気性構造体を形成し、吸着剤2を通気性シート1の間に介在させて固定してある。通気性シート1としては、例えば、ガラス繊維不織布等の耐熱繊維の多孔シートが用いられ、この通気性シート1同士をバインダによって一体接着成形してある。通気性シート1は、通気性を有するものであれば特に限定されないが、耐熱性繊維で形成してあれば、ガスフィルタCを一般に作動状態では高温となり易いガス検知素子Aに近接して設けたとしても熱によって劣化し難いため、特に好ましい。また、不織布等の多孔シートの繊維密度は、ガスの通気量に応じて適宜設定することができる。
なお、本実施形態においては、通気性構造体は一対の通気性シート1を一体接着成形して形成してあるが、これに限らず、例えば、通気性シート1より厚みのある不織布や、短繊維を立体形状に成形した繊維ブロック体、スポンジ等の通気性発泡体等を用いることができる。この場合、吸着剤2は、例えば、通気性構造体の側面に切れ込みを設けて挟持することや、バインダ等で接着することにより、通気性構造体を固定することができる。
【0027】
バインダは、特に限定はされないが、シリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方であることが好ましい。これらのバインダを用いればゾルが粒子化しつつ一体化するため、ガスフィルタCの検知ガスの通気性を妨げることがない。また、ガスフィルタCでシリコーンガスを除去することも求められる場合には、シリカゾル及びアルミナゾルは、ガスフィルタCを形成した後にはシリコーンガスの吸着に寄与することができるため、ガスフィルタCのシリコーンガスに対する吸着能力を向上させることができる。なお、この種のバインダは、例えば、接着面において約0.1g/cm2の割合となるように配置して接着させることができる。
【0028】
吸着剤2は、Ruを含むものであれば、硫黄系ガスを吸着させることができるため特に限定はされないが、例えば、吸着剤2に、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子をさらに含有したものを使用すれば、硫黄系ガス及びシリコーンガスを吸着させることができるため好ましい。この場合、
Ruと無機粒子とは、物理混合、無機粒子にRuが担持、Ruに無機粒子が担持等、いずれの形態で存在していてもよい。特には、Ru粒子として無機粒子に対して5〜30wt%混合してあることが好ましい。後述の実施例で示すように、無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合することで、硫黄系ガス及びシリコーンガスの両方の種類のガスを効率よく除去することができる。
【0029】
尚、その他のガスセンサの構成、機能については、従来公知のガスセンサと同様である。そして、本発明に係るガスセンサは、既知のガス検知回路等に組み込むことにより、ガス警報器等として適用することができる。
【0030】
ガス警報器の一例としては、図3に示すような台所の壁面に設置される家庭用のガス警報器Xがある。このガス警報器Xは、方形の箱型に形成された警報器ボックスX1を有し、警報器ボックスX1の内部には、ガスセンサが配設され、壁部に複数の通気孔X5が設けられたセンサ室X2と、発声器・トランス・電源制御機器等の機器Xxが配設される機器室X3とが隔壁X4によって仕切られて設けてある。このようなガス警報器Xでは、本実施形態に係るガスセンサを通気口D1が警報器ボックスX1の正面に設けた通気孔X5と対向するように配置して使用される。
【実施例】
【0031】
以下に、本発明に係るガスセンサとして、図2に示すガスセンサを用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
Ruとして、図4に示すような粒度分布を有し、平均粒子径が約5μmのRu微粒子を用いた。このRu微粒子0.15gと、平均粒径1μm以下のシリカ微粒子1gと、濃度10%のシリカゾル5mlと、蒸留水5mlとを混合して分散混合液を調製した。この分散混合液を直径90mmのガラス繊維からなるろ紙で挟み込み、80℃で15時間乾燥して、本発明のガスフィルタCを作製した。そして、得られたガスフィルタCを直径5mmの円形状に打ち抜き、図2に示す可燃性ガスセンサに取り付けた。このガスセンサを用いて、0.4ppmのSO2中に10日間放置するという腐食試験を行い、腐食試験前(初期)及び腐食試験後のCH4及びH2のそれぞれに対する感度変化を調べ、その結果を図5に示した。なお、腐食試験後の感度は、ガスセンサを腐食試験後さらに大気中で24時間放置した後に測定した。
また、比較例として、実施例1のガスフィルタCにおいて、シリカ微粒子のみを用いた場合(比較例1)、及びRu微粒子の代わりにPt微粒子を用いた場合(比較例2)に、同様に感度変化を調べて、その結果をそれぞれ図6、7に示した。
【0032】
実施例1では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後においてガス感度の変化がほとんどなく、ガスフィルタCによってSO2が十分に除去できていることが分かった。また、CH4及びH2に対してはガス濃度に応じてガス感度が上昇しており、ガスフィルタCはCH4及びH2のいずれのガスも通過させていることが確認できた。一方、比較例1のシリカ微粒子のみを用いた場合では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後でガス感度が大きく変化しており、SO2がガス検知素子に到達したことにより、悪影響を及ぼしたものと考えられる。また、比較例2のRu微粒子の代わりにPt微粒子を用いた場合では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後においてガス感度の変化がほとんどないものの、H2のガス濃度変化に対するガス感度の変化が小さく、不安定となるため、水素検知には使用できないことが分かった。これは、ガスフィルタによってH2がある程度吸着したために、ガス検知素子に到達したH2の濃度が実際の濃度より低くなり、ガス感度の変化が小さくなったものと考えられる。
【0033】
(実施例2)
実施例1で使用したガスセンサと、比較例としての実施例1のガスフィルタCのRu微粒子をPt微粒子に代えたガスフィルタを使用したガスセンサ(比較例3)とを用いて、センサの通電日数に対するH2(5000ppm)の感度変化を調べた。その結果、図8に示すように、実施例2のRu微粒子を有するガスフィルタを用いたガスセンサでは感度変化がほとんどなく、長期に亘って安定してH2の濃度を検知できるのに対し、比較例3のPt微粒子に代えたガスフィルタを用いたガスセンサでは、通電日数が経過するにつれ感度が低下することが分かった。これは、ガス検知素子からの加熱(約30〜80℃)により、Pt微粒子の活性が時間と共に上昇し、H2の吸着量が増加したためであると考えられる。
【0034】
(実施例3)
実施例1で使用したガスセンサを使用し、ガスフィルタCのシリカ微粒子に対するRu微粒子の比率を変えた場合の腐食試験前後におけるH2(5000ppm)の感度変化率を調べた。その結果、図9に示すように、シリカ微粒子に対するRu微粒子の添加率が5wt%以上になると、H2の感度変化率は約10%となっており、ガス検知素子に影響を及ぼさない程度にSO2が除去できていることが分かった。このため、SO2を除去する観点からは、Ru微粒子の添加率は5wt%以上が好ましく、7wt%以上がより好ましく、10wt%以上がさらに好ましい。
【0035】
(実施例4)
実施例1で使用したガスセンサを用いて、20ppmのヘキサメチルジシロキサン(シリコーンガス)中に100時間放置するという曝露試験を行い、ガスフィルタCのシリカ微粒子に対するRu微粒子の比率を変えた場合の曝露試験前後におけるH2(5000ppm)の感度変化率を調べた。その結果、図10に示すように、Ru微粒子のシリカ微粒子に対する添加率が30wt%以下では、H2の感度変化率は10%以下になっており、ガス検知素子に影響を及ぼさない程度にシリコーンガスが除去できていることが分かった。このような観点からは、Ru微粒子の添加率は、25wt%以下がより好ましく、20wt%以下がさらに好ましい。一方、Ru微粒子の添加率が30wt%を超えると、H2の感度変化率は大きくなっていた。これは、シリカ微粒子の比率の低下に伴い、シリコーンガスの除去率が低下したためと考えられる。なお、本実施例において、無機粒子としてシリカ微粒子に代えて、シリカアルミナ微粒子を用いた場合にも、同様の結果を示した。
したがって、実施例3及び4の結果から、硫黄系ガス及びシリコーンガスを効率よく除去するためには、Ru微粒子は無機粒子に対し5〜30wt%の比率で混合することが好ましく、7〜25wt%の比率で混合することがより好ましい。
【0036】
(実施例5)
実施例1で使用したガスセンサと、実施例1のガスフィルタCにおいてRu微粒子を添加せず、シリカ微粒子のみを用いたガスセンサ(比較例4)と、実施例1のガスフィルタCにおいてRu微粒子に代えてPt微粒子を添加したガスセンサ(比較例5)とを用いて、COに対する感度を調べた。その結果、図11に示すように、Ru微粒子を添加した場合では、比較例4のRu微粒子無添加の場合と同様に良好なCO感度を示したのに対し、比較例5のPt微粒子を添加した場合ではCOに対する感度をほとんど示さなかった。これにより、Ru微粒子を添加したガスフィルタではCOを通過させるのに対し、Pt微粒子を添加したガスフィルタではCOをほとんど吸着し、通過させないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明に係るガスフィルタは、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素等を検知する各種ガスセンサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本実施形態に係るガスフィルタの全体斜視図
【図2】本実施形態に係るガスセンサの分解図
【図3】本実施形態に係るガス警報器の分解斜視図
【図4】Ru微粒子の粒度分布を示すグラフ
【図5】実施例1のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図6】比較例1のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図7】比較例2のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図8】ガスセンサの通電日数に対するH2感度変化を示すグラフ
【図9】ガスセンサの腐食試験前後のRu添加率に対するH2感度変化率を示すグラフ
【図10】ガスセンサの曝露試験前後のRu添加率に対するH2感度変化率を示すグラフ
【図11】ガスセンサのCO濃度に対するCO感度変化を示すグラフ
【符号の説明】
【0039】
1 通気性シート
2 吸着剤
A ガス検知素子
B 外部空間
C ガスフィルタ
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスフィルタ及びそのガスフィルタを用いたガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、ガス中の特定の種類のガスを除去する場合には、ガスが通過する際に特定の種類のガスのみを吸着するガスフィルタが使用される。この種のガスフィルタとしては、例えば、硫黄系ガス等の酸性ガスを除去するための塩基性酸化物等のフィルタや、塩基性ガスを除去するための酸性酸化物等のフィルタ等が知られており、除去したいガスの種類に応じて、適宜選択される。
【0003】
このようなガスフィルタは、例えば、ガスセンサ等に用いられており、外部空間からガス検知素子へガスを導入するガス導入路に設けて、検知対象となるガスを通過させつつ、ガス検知素子に悪影響を及ぼすガスを除去することができる(例えば、特許文献1参照)。このガスセンサによれば、シリカやシリカアルミナ等の無機粒子とPtとを有するガスフィルタを設けて、ガス検知特性を低下させるシリコーンガスを除去することができる。
【0004】
【特許文献1】特開2004−45324号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来のガスフィルタは、特定の種類のガスに対して優れた除去性能を有するため、ガスセンサ等に用いる場合には、ガス中の特定の種類のガスをほぼ完全に遮断し、ガス検知素子に到達しないようにすることができる。
【0006】
しかし、従来のガスフィルタではガス選択性が不十分であり、通過させたいガスまでも除去してしまう虞があった。このようなガスフィルタをガスセンサに用いると、本来検知したいガスまでも除去されてしまい、ガス検知素子によって検知できなくなるため、ガスセンサとして適用できる用途が限られていた。
【0007】
このように、ガスフィルタでは単なる除去機能ではなく、ガス選択通過性が必要とされており、特にSO2やH2S等の硫黄系の腐食ガスを選択的に除去できると共に、水素ガスセンサや一酸化炭素ガスセンサに適用できるガスフィルタが求められている。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、H2やCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができるガスフィルタ、及びそのガスフィルタを用いたガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するための本発明に係るガスフィルタの第1特徴構成は、通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してある点にある。
【0010】
RuはSO2やH2S等の硫黄系ガスには高い活性を示すのに対し、H2やCOには不活性となる。
したがって、本構成によれば、H2及びCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができる。
【0011】
本発明に係るガスフィルタの第2特徴構成は、前記吸着剤は、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含む点にある。
【0012】
上記の無機粒子はシリコーンガスに対して高い吸着活性を有する。このため、本構成のガスフィルタでは、硫黄系ガスに加えてシリコーンガスを除去することができる。
【0013】
本発明に係るガスフィルタの第3特徴構成は、前記無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合してある点にある。
【0014】
前記無機粒子に対してRu粒子を5wt%以上含ませてあれば、硫黄系ガスを十分に除去することができる。よって、ガスセンサに適用した場合には、硫黄系ガスの有無に関わらず検知ガスに対して安定した感度を保つことができる。
一方、前記無機粒子に対するRu粒子の比率を30wt%以下にすると、シリコーンガスを十分に除去することができる。
したがって、本構成によれば、硫黄系ガス及びシリコーンガスの両方の種類のガスを効率よく除去することができる。
【0015】
本発明に係るガスフィルタの第4特徴構成は、前記通気性構造体は、一対の通気性シートをシリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方により一体接着成形したものであり、前記吸着剤は前記一対の通気性シートの間に介在させて固定してある点にある。
【0016】
つまり、この構成によれば、一対の通気性シートを、その間に吸着剤を介在させて一体接着成形してあるため、吸着剤を通気性構造体の内部で流動しないように保持することができる。また、シリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方を用いると、ゾルは粒子化しつつ一体化するため、ガスフィルタの通気性を確保することができる。
【0017】
本発明に係るガスセンサの特徴構成は、外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備え、当該ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に前記ガスフィルタを設けてある点にある。
【0018】
つまり、この構成によれば、硫黄系ガスはガスフィルタに吸着させて検知ガス中から除去することができるため、硫黄系ガスがガス検知素子に到達し難くすることができる。このため、硫黄系ガスがガス検知素子に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
また、ガスフィルタはH2及びCOを通過させることができるため、水素センサや一酸化炭素センサ等のH2やCOを検知対象とするガスセンサに使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明に係るガスフィルタは、通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してあるものである。すなわち、本発明者らは、吸着剤としてRuに着目し、RuがSO2やH2S等の硫黄系ガスには高い活性を示すのに対し、H2やCOには不活性であることを見出した。したがって、本発明に係るガスフィルタによれば、H2やCOを通過させつつ、硫黄系ガスを除去することができる。
【0020】
また、本発明に係るガスフィルタは、吸着剤に、さらにシリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含んでいることが好ましい。この種の無機粒子はシリコーンガスに対して高い吸着活性を有するため、このようなガスフィルタでは、硫黄系ガスに加えてシリコーンガスも除去することができる。
【0021】
従来、酸性ガスである硫黄系ガスの除去には塩基性酸化物等のフィルタを使用していた。一方、シリコーンガスは塩基性酸化物等のフィルタでは除去できないため、酸性酸化物等のフィルタを用いて除去していた。このため、硫黄系ガスとシリコーンガスとを除去する場合には上記の2種類のフィルタを使用する必要がある。しかし、塩基性のフィルタと酸性のフィルタとは、接触させると活性が低下するため離間して配置しなければならず、フィルタとしては大規模になり、実用に供し難いものとなっていた。したがって、本発明に係るガスフィルタによれば、吸着剤に上記の無機粒子を加えることによって、フィルタの大きさを変えることなく、硫黄系ガス及びシリコーンガスを除去することができる。さらに、吸着剤に、上記の無機粒子に代えて、もしくは上記の無機粒子に加えて、他の種類のガスに対して吸着性能を有するものを含有させれば、ガスフィルタのガス選択通過性を制御することもできる。
【0022】
このようなガスフィルタは、例えば、外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備えたガスセンサにおいて、前記ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に設けて用いることができる。これにより、硫黄系ガスはガスフィルタに吸着されて検知ガス中から除去されるため、硫黄系ガスがガス検知素子に到達し難くなる。このため、硫黄系ガスによって、ガス検知素子が検知ガスに対して高感度化することを防ぐことができる。また、ガスフィルタはH2やCOを通過させることができるため、水素センサ、一酸化炭素センサ等のH2やCOを検知対象とするガスセンサとして使用することができる。さらに、検知ガスにシリコーンガスが含まれている場合には、Ruに加え、上記の無機粒子を含んだガスフィルタを用いることにより、シリコーンガスによって、ガス検知素子が検知ガスに対して高感度化することも防ぐことができる。
【0023】
以下、本発明に係るガスフィルタを用いたガスセンサの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るガスセンサは、図2に示すように、ガスが流通可能な通気口D1を備える円筒形状のハウジングDと、ハウジングDの内部に設けたガス検知素子Aと、ハウジングDの内部のうちガス検知素子Aの上流側である通気口D1に設けたフィルタCとを備え、検知ガスがハウジングDで形成されるガス流通路によって、外部空間BからガスフィルタCを介してガス検知素子Aに導入されるよう構成してある。
【0024】
ガス検知素子Aとしては、例えば、貴金属コイルに金属酸化物半導体を塗布焼結した熱線型半導体式ガス検知素子が使用され、このガス検知素子Aを備えたセンサ基台D2をハウジングDの下部から挿入することにより、ガス検知素子AをハウジングDに取り付けてある。なお、ガス検知素子Aは、上記の熱線型半導体式ガス検知素子に限定されるものではなく、接触燃焼式ガス検知素子等、用途に応じて適宜選択することができる。
【0025】
ハウジングDは、検知ガスを導入できるように気密性の材料で構成してあり、通気口D1には、ガスフィルタCを介して防爆用金網D3が全面に亘って設けてある。
【0026】
ガスフィルタCは、図1に示すように、一対の通気性シート1によって通気性構造体を形成し、吸着剤2を通気性シート1の間に介在させて固定してある。通気性シート1としては、例えば、ガラス繊維不織布等の耐熱繊維の多孔シートが用いられ、この通気性シート1同士をバインダによって一体接着成形してある。通気性シート1は、通気性を有するものであれば特に限定されないが、耐熱性繊維で形成してあれば、ガスフィルタCを一般に作動状態では高温となり易いガス検知素子Aに近接して設けたとしても熱によって劣化し難いため、特に好ましい。また、不織布等の多孔シートの繊維密度は、ガスの通気量に応じて適宜設定することができる。
なお、本実施形態においては、通気性構造体は一対の通気性シート1を一体接着成形して形成してあるが、これに限らず、例えば、通気性シート1より厚みのある不織布や、短繊維を立体形状に成形した繊維ブロック体、スポンジ等の通気性発泡体等を用いることができる。この場合、吸着剤2は、例えば、通気性構造体の側面に切れ込みを設けて挟持することや、バインダ等で接着することにより、通気性構造体を固定することができる。
【0027】
バインダは、特に限定はされないが、シリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方であることが好ましい。これらのバインダを用いればゾルが粒子化しつつ一体化するため、ガスフィルタCの検知ガスの通気性を妨げることがない。また、ガスフィルタCでシリコーンガスを除去することも求められる場合には、シリカゾル及びアルミナゾルは、ガスフィルタCを形成した後にはシリコーンガスの吸着に寄与することができるため、ガスフィルタCのシリコーンガスに対する吸着能力を向上させることができる。なお、この種のバインダは、例えば、接着面において約0.1g/cm2の割合となるように配置して接着させることができる。
【0028】
吸着剤2は、Ruを含むものであれば、硫黄系ガスを吸着させることができるため特に限定はされないが、例えば、吸着剤2に、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子をさらに含有したものを使用すれば、硫黄系ガス及びシリコーンガスを吸着させることができるため好ましい。この場合、
Ruと無機粒子とは、物理混合、無機粒子にRuが担持、Ruに無機粒子が担持等、いずれの形態で存在していてもよい。特には、Ru粒子として無機粒子に対して5〜30wt%混合してあることが好ましい。後述の実施例で示すように、無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合することで、硫黄系ガス及びシリコーンガスの両方の種類のガスを効率よく除去することができる。
【0029】
尚、その他のガスセンサの構成、機能については、従来公知のガスセンサと同様である。そして、本発明に係るガスセンサは、既知のガス検知回路等に組み込むことにより、ガス警報器等として適用することができる。
【0030】
ガス警報器の一例としては、図3に示すような台所の壁面に設置される家庭用のガス警報器Xがある。このガス警報器Xは、方形の箱型に形成された警報器ボックスX1を有し、警報器ボックスX1の内部には、ガスセンサが配設され、壁部に複数の通気孔X5が設けられたセンサ室X2と、発声器・トランス・電源制御機器等の機器Xxが配設される機器室X3とが隔壁X4によって仕切られて設けてある。このようなガス警報器Xでは、本実施形態に係るガスセンサを通気口D1が警報器ボックスX1の正面に設けた通気孔X5と対向するように配置して使用される。
【実施例】
【0031】
以下に、本発明に係るガスセンサとして、図2に示すガスセンサを用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
Ruとして、図4に示すような粒度分布を有し、平均粒子径が約5μmのRu微粒子を用いた。このRu微粒子0.15gと、平均粒径1μm以下のシリカ微粒子1gと、濃度10%のシリカゾル5mlと、蒸留水5mlとを混合して分散混合液を調製した。この分散混合液を直径90mmのガラス繊維からなるろ紙で挟み込み、80℃で15時間乾燥して、本発明のガスフィルタCを作製した。そして、得られたガスフィルタCを直径5mmの円形状に打ち抜き、図2に示す可燃性ガスセンサに取り付けた。このガスセンサを用いて、0.4ppmのSO2中に10日間放置するという腐食試験を行い、腐食試験前(初期)及び腐食試験後のCH4及びH2のそれぞれに対する感度変化を調べ、その結果を図5に示した。なお、腐食試験後の感度は、ガスセンサを腐食試験後さらに大気中で24時間放置した後に測定した。
また、比較例として、実施例1のガスフィルタCにおいて、シリカ微粒子のみを用いた場合(比較例1)、及びRu微粒子の代わりにPt微粒子を用いた場合(比較例2)に、同様に感度変化を調べて、その結果をそれぞれ図6、7に示した。
【0032】
実施例1では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後においてガス感度の変化がほとんどなく、ガスフィルタCによってSO2が十分に除去できていることが分かった。また、CH4及びH2に対してはガス濃度に応じてガス感度が上昇しており、ガスフィルタCはCH4及びH2のいずれのガスも通過させていることが確認できた。一方、比較例1のシリカ微粒子のみを用いた場合では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後でガス感度が大きく変化しており、SO2がガス検知素子に到達したことにより、悪影響を及ぼしたものと考えられる。また、比較例2のRu微粒子の代わりにPt微粒子を用いた場合では、CH4及びH2のいずれの場合も腐食試験前後においてガス感度の変化がほとんどないものの、H2のガス濃度変化に対するガス感度の変化が小さく、不安定となるため、水素検知には使用できないことが分かった。これは、ガスフィルタによってH2がある程度吸着したために、ガス検知素子に到達したH2の濃度が実際の濃度より低くなり、ガス感度の変化が小さくなったものと考えられる。
【0033】
(実施例2)
実施例1で使用したガスセンサと、比較例としての実施例1のガスフィルタCのRu微粒子をPt微粒子に代えたガスフィルタを使用したガスセンサ(比較例3)とを用いて、センサの通電日数に対するH2(5000ppm)の感度変化を調べた。その結果、図8に示すように、実施例2のRu微粒子を有するガスフィルタを用いたガスセンサでは感度変化がほとんどなく、長期に亘って安定してH2の濃度を検知できるのに対し、比較例3のPt微粒子に代えたガスフィルタを用いたガスセンサでは、通電日数が経過するにつれ感度が低下することが分かった。これは、ガス検知素子からの加熱(約30〜80℃)により、Pt微粒子の活性が時間と共に上昇し、H2の吸着量が増加したためであると考えられる。
【0034】
(実施例3)
実施例1で使用したガスセンサを使用し、ガスフィルタCのシリカ微粒子に対するRu微粒子の比率を変えた場合の腐食試験前後におけるH2(5000ppm)の感度変化率を調べた。その結果、図9に示すように、シリカ微粒子に対するRu微粒子の添加率が5wt%以上になると、H2の感度変化率は約10%となっており、ガス検知素子に影響を及ぼさない程度にSO2が除去できていることが分かった。このため、SO2を除去する観点からは、Ru微粒子の添加率は5wt%以上が好ましく、7wt%以上がより好ましく、10wt%以上がさらに好ましい。
【0035】
(実施例4)
実施例1で使用したガスセンサを用いて、20ppmのヘキサメチルジシロキサン(シリコーンガス)中に100時間放置するという曝露試験を行い、ガスフィルタCのシリカ微粒子に対するRu微粒子の比率を変えた場合の曝露試験前後におけるH2(5000ppm)の感度変化率を調べた。その結果、図10に示すように、Ru微粒子のシリカ微粒子に対する添加率が30wt%以下では、H2の感度変化率は10%以下になっており、ガス検知素子に影響を及ぼさない程度にシリコーンガスが除去できていることが分かった。このような観点からは、Ru微粒子の添加率は、25wt%以下がより好ましく、20wt%以下がさらに好ましい。一方、Ru微粒子の添加率が30wt%を超えると、H2の感度変化率は大きくなっていた。これは、シリカ微粒子の比率の低下に伴い、シリコーンガスの除去率が低下したためと考えられる。なお、本実施例において、無機粒子としてシリカ微粒子に代えて、シリカアルミナ微粒子を用いた場合にも、同様の結果を示した。
したがって、実施例3及び4の結果から、硫黄系ガス及びシリコーンガスを効率よく除去するためには、Ru微粒子は無機粒子に対し5〜30wt%の比率で混合することが好ましく、7〜25wt%の比率で混合することがより好ましい。
【0036】
(実施例5)
実施例1で使用したガスセンサと、実施例1のガスフィルタCにおいてRu微粒子を添加せず、シリカ微粒子のみを用いたガスセンサ(比較例4)と、実施例1のガスフィルタCにおいてRu微粒子に代えてPt微粒子を添加したガスセンサ(比較例5)とを用いて、COに対する感度を調べた。その結果、図11に示すように、Ru微粒子を添加した場合では、比較例4のRu微粒子無添加の場合と同様に良好なCO感度を示したのに対し、比較例5のPt微粒子を添加した場合ではCOに対する感度をほとんど示さなかった。これにより、Ru微粒子を添加したガスフィルタではCOを通過させるのに対し、Pt微粒子を添加したガスフィルタではCOをほとんど吸着し、通過させないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0037】
本発明に係るガスフィルタは、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素等を検知する各種ガスセンサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本実施形態に係るガスフィルタの全体斜視図
【図2】本実施形態に係るガスセンサの分解図
【図3】本実施形態に係るガス警報器の分解斜視図
【図4】Ru微粒子の粒度分布を示すグラフ
【図5】実施例1のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図6】比較例1のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図7】比較例2のガスセンサの腐食試験前後のガス感度変化を示すグラフ
【図8】ガスセンサの通電日数に対するH2感度変化を示すグラフ
【図9】ガスセンサの腐食試験前後のRu添加率に対するH2感度変化率を示すグラフ
【図10】ガスセンサの曝露試験前後のRu添加率に対するH2感度変化率を示すグラフ
【図11】ガスセンサのCO濃度に対するCO感度変化を示すグラフ
【符号の説明】
【0039】
1 通気性シート
2 吸着剤
A ガス検知素子
B 外部空間
C ガスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してあるガスフィルタ。
【請求項2】
前記吸着剤は、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含む請求項1に記載のガスフィルタ。
【請求項3】
前記無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合してある請求項2に記載のガスフィルタ。
【請求項4】
前記通気性構造体は一対の通気性シートをシリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方により一体接着成形したものであり、前記吸着剤は前記一対の通気性シートの間に介在させて固定してある請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスフィルタ。
【請求項5】
外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備え、当該ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスフィルタを設けてあるガスセンサ。
【請求項1】
通気性構造体と、Ruを含む吸着剤とを備え、当該吸着剤は前記通気性構造体の内部において、前記通気性構造体によって挟持され、または接着により前記通気性構造体に固定してあるガスフィルタ。
【請求項2】
前記吸着剤は、シリカ、シリカアルミナ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から選択される少なくとも一種の無機粒子を含む請求項1に記載のガスフィルタ。
【請求項3】
前記無機粒子に対してRu粒子を5〜30wt%混合してある請求項2に記載のガスフィルタ。
【請求項4】
前記通気性構造体は一対の通気性シートをシリカゾル及びアルミナゾルのうち少なくとも一方により一体接着成形したものであり、前記吸着剤は前記一対の通気性シートの間に介在させて固定してある請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスフィルタ。
【請求項5】
外部空間から検知ガスを導入するガス導入路と、当該ガス導入路に設けたガス検知素子とを備え、当該ガス導入路のうち前記ガス検知素子の上流側に請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスフィルタを設けてあるガスセンサ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2008−14662(P2008−14662A)
【公開日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−183449(P2006−183449)
【出願日】平成18年7月3日(2006.7.3)
【出願人】(000190301)新コスモス電機株式会社 (112)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年1月24日(2008.1.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年7月3日(2006.7.3)
【出願人】(000190301)新コスモス電機株式会社 (112)
【Fターム(参考)】
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