図面 (/)

技術 接触燃焼式ガス検知素子及びその製造方法

出願人 新コスモス電機株式会社
発明者 宮崎洋
出願日 2006年10月11日 (13年5ヶ月経過) 出願番号 2006-278051
公開日 2008年4月24日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2008-096267
状態 特許登録済
技術分野 電気的手段による材料の調査、分析
主要キーワード ベース波形 接触ガス 塗布棒 金属酸化物焼結体 貴金属線 センサ電源 見掛け容積 自己加熱
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年4月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (17)

課題

初期安定時間がより短い接触燃焼式ガス検知素子、及びその製造方法を提供する。

解決手段

貴金属線11に被検知ガス燃焼させる燃焼触媒部12を設けた接触燃焼式ガス検知素子1であって、燃焼触媒部12は、希土類金属酸化物を含有し、燃焼触媒部12の見掛け容積を0.014mm3以下に形成してある。

概要

背景

従来、ガス検知素子一種として、アルミナ等の金属酸化物焼結体白金等の貴金属触媒担持した燃焼触媒部を、白金等の貴金属線に設けた接触燃焼式ガス検知素子が知られている。接触燃焼式ガス検知素子は、燃焼触媒部において検知対象となる被検知ガスを貴金属触媒と接触させて燃焼させることにより、燃焼の際に生じる温度変化を貴金属線の抵抗値の変化として検出する。被検知ガスの燃焼熱は被検知ガスの濃度に比例し、貴金属線の抵抗値は燃焼熱に比例するため、被検知ガスの燃焼による貴金属線の抵抗変化値を測定することによって被検知ガスの濃度を測定することができる。

このような接触燃焼式ガス検知素子は、その独特な検知原理により、被検知ガスの濃度に略比例したセンサ出力が得られる、被検知ガスに対する応答時間や初期安定時間が短い、センサ感度が長期間安定である、等の特徴を有する。このため、接触燃焼式ガス検知素子を備えたガスセンサは、ガス濃度計測監視を目的とした機器等として、工業用定置式ガス検知警報器家庭用ガス警報器携帯用ガス検知器等、幅広い用途に適用される。
尚、本発明における従来技術となる接触燃焼式ガス検知素子は、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。

概要

初期安定時間がより短い接触燃焼式ガス検知素子、及びその製造方法を提供する。貴金属線11に被検知ガスを燃焼させる燃焼触媒部12を設けた接触燃焼式ガス検知素子1であって、燃焼触媒部12は、希土類金属酸化物を含有し、燃焼触媒部12の見掛け容積を0.014mm3以下に形成してある。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、初期安定時間がより短い接触燃焼式ガス検知素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

貴金属線被検知ガス燃焼させる燃焼触媒部を設けた接触燃焼式ガス検知素子であって、前記燃焼触媒部は、希土類金属酸化物を含有し、前記燃焼触媒部の見掛け容積を0.014mm3以下に形成してある接触燃焼式ガス検知素子。

請求項2

前記燃焼触媒部は、略球形に形成してあり、前記燃焼触媒部の径を0.3mm以下に形成してある請求項1に記載の接触燃焼式ガス検知素子。

請求項3

前記燃焼触媒部は貴金属触媒と当該貴金属触媒を担持した触媒担体とを有し、当該触媒担体は、アルミナ及びアルミナシリカの少なくともいずれか一方の金属酸化物セリアを担持してある請求項1または2に記載の接触燃焼式ガス検知素子。

請求項4

貴金属線に被検知ガスを燃焼させる燃焼触媒部を設けた接触燃焼式ガス検知素子の製造方法において、希土類金属酸化物を金属酸化物に担持して触媒担体を作製する工程と、前記触媒担体に貴金属触媒を担持して燃焼触媒を作製する工程と、前記燃焼触媒をペースト状にして前記貴金属線に付着させ、焼成して前記燃焼触媒部を形成する工程とを備えた接触燃焼式ガス検知素子の製造方法。

請求項5

前記触媒担体を作製する工程において、前記希土類酸化物としてセリアを使用し、前記金属酸化物としてアルミナ及びシリカアルミナの少なくともいずれか一方を使用する請求項4に記載の接触燃焼式ガス検知素子の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、貴金属線被検知ガス燃焼させる燃焼触媒部を設けた接触燃焼式ガス検知素子、及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、ガス検知素子一種として、アルミナ等の金属酸化物焼結体白金等の貴金属触媒担持した燃焼触媒部を、白金等の貴金属線に設けた接触燃焼式ガス検知素子が知られている。接触燃焼式ガス検知素子は、燃焼触媒部において検知対象となる被検知ガスを貴金属触媒と接触させて燃焼させることにより、燃焼の際に生じる温度変化を貴金属線の抵抗値の変化として検出する。被検知ガスの燃焼熱は被検知ガスの濃度に比例し、貴金属線の抵抗値は燃焼熱に比例するため、被検知ガスの燃焼による貴金属線の抵抗変化値を測定することによって被検知ガスの濃度を測定することができる。

0003

このような接触燃焼式ガス検知素子は、その独特な検知原理により、被検知ガスの濃度に略比例したセンサ出力が得られる、被検知ガスに対する応答時間や初期安定時間が短い、センサ感度が長期間安定である、等の特徴を有する。このため、接触燃焼式ガス検知素子を備えたガスセンサは、ガス濃度計測監視を目的とした機器等として、工業用定置式ガス検知警報器家庭用ガス警報器携帯用ガス検知器等、幅広い用途に適用される。
尚、本発明における従来技術となる接触燃焼式ガス検知素子は、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、近年、接触燃焼式ガス検知素子を備えたガスセンサは様々な用途に展開されており、これに伴って接触燃焼式ガス検知素子の初期安定時間のさらなる短縮化が求められていた。

0005

例えば、接触燃焼式ガス検知素子を備えたガスセンサは、燃料電池からの水素漏れを検知するために燃料電池自動車への適用が試みられている。燃料電池自動車は、運転手エンジン始動させようとしてキーを回すと、まず、ガスセンサが起動し、水素の濃度を検知して水素の漏れがないことを確認した後、エンジンが始動する。このような燃料電池自動車ではキーを回してから実際にエンジンが始動するまでにタイムラグが発生することになり、このタイムラグを短くするために、ガスセンサが起動してから安定するまでの初期安定時間がより短くなる接触燃焼式ガス検知素子が求められていた。

0006

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、初期安定時間がより短い接触燃焼式ガス検知素子、及びその製造方法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

0007

上記目的を達成するための本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子の第1特徴構成は、貴金属線に被検知ガスを燃焼させる燃焼触媒部を設けた接触燃焼式ガス検知素子であって、前記燃焼触媒部は、希土類金属酸化物を含有し、前記燃焼触媒部の見掛け容積を0.014mm3以下に形成してある点にある。

0008

本構成のように、燃焼触媒部の見掛け容積を0.014mm3以下に形成することにより、燃焼触媒部の付近の熱が貴金属線に伝わり易くなる。このため、起動した際の貴金属線の抵抗値が安定し易くなり、初期安定時間を短縮することができる。

0009

本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子の第2特徴構成は、前記燃焼触媒部が、略球形に形成してあり、前記燃焼触媒部の径を0.3mm以下に形成してある点にある。

0010

本構成のように、燃焼触媒部を略球形に形成することにより、燃焼触媒部の表面における温度変化が貴金属線に均等に伝わる。このため、貴金属線の抵抗値が安定し易くなり、初期安定時間をより短くすることができる。
また、燃焼触媒部の径を0.3mm以下にすることにより、見掛け容積を0.014mm3以下とすることができる。

0011

本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子の第3特徴構成は、前記燃焼触媒部が貴金属触媒と当該貴金属触媒を担持した触媒担体とを有し、当該触媒担体は、アルミナ及びアルミナシリカの少なくともいずれか一方の金属酸化物セリアを担持してある点にある。

0012

本構成によれば、アルミナ及びアルミナシリカの少なくともいずれか一方の金属酸化物は、細孔径が小さく、比表面積が大きいため、貴金属触媒を高分散させることができる。
また、アルミナ等の金属酸化物にセリアを担持させることにより、触媒担体のぬれ性を向上させることができる。これにより、触媒担体を溶媒と共に混練してペースト状にする場合には、流動性が良くなり、貴金属線への塗布工程上の加工精度が向上するため、見掛け容積が小さい燃焼触媒部を貴金属線に設けることができる。

0013

本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子の製造方法の第1特徴手段は、貴金属線に被検知ガスを燃焼させる燃焼触媒部を設けた接触燃焼式ガス検知素子の製造方法において、希土類金属酸化物を金属酸化物に担持して触媒担体を作製する工程と、前記触媒担体に貴金属触媒を担持して燃焼触媒を作製する工程と、前記燃焼触媒をペースト状にして前記貴金属線に付着させ、焼成して前記燃焼触媒部を形成する工程とを備えた点にある。

0014

本手段のように、金属酸化物に希土類酸化物を担持して触媒担体を作製することにより、触媒担体のぬれ性が向上する。これにより、燃焼触媒をペースト状にして貴金属線に付着させる際には、ペーストの流動性が良くなり、加工精度が向上するため、見掛け容積が小さい燃焼触媒部を形成することができる。
また、触媒担体に貴金属触媒を担持した後に貴金属線に付着させるため、見掛け容積が小さい燃焼触媒部を形成する場合には、従来のように触媒担体を貴金属線に付着させた後、貴金属触媒を担持する方法に比べて、貴金属触媒を触媒担体に均一に担持させることができる。
したがって、初期安定時間の短い接触燃焼式ガス検知素子を製造することができる。

0015

本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子の製造方法の第2特徴手段は、前記触媒担体を作製する工程において、前記希土類酸化物としてセリアを使用し、前記金属酸化物としてアルミナ及びシリカアルミナの少なくともいずれか一方を使用する点にある。

0016

本手段のように、金属酸化物としてアルミナ及びアルミナシリカの少なくともいずれか一方を使用することにより、触媒担体の細孔径を小さく、比表面積を大きくすることができるため、貴金属触媒を高分散させることができる。
また、金属酸化物を担持する希土類酸化物としてセリアを使用することにより、触媒担体のぬれ性をより向上させることができるため、見掛け容積が小さい燃焼触媒部を貴金属線に形成させることができる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子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。但し、本発明はこれに限られるものではない。

0018

本実施形態に係るガスセンサは、図2に示すように、被検知ガスを燃焼させて検知する接触燃焼式ガス検知素子1と、環境の変化等、被検知ガスの燃焼以外の温度変化に基づく接触燃焼式ガス検知素子1の抵抗値の変化を補正する温度補償素子2と、固定抵抗R1,R2とをブリッジ回路に組み込んで構成してある。ブリッジ回路は、電源Eによって常時約90〜120mAの電流を供給し、接触ガス検知素子1を被検知ガスが接触燃焼し易い温度に保持してある。

0019

接触燃焼式ガス検知素子1と温度補償素子2とは、抵抗値が等しくなるように設定してある。このため、被検知ガスが存在しない場合には、ブリッジ回路は平衡状態となり、センサ出力Vは生じない。一方、被検知ガスが存在すると、その燃焼によって接触燃焼式ガス検知素子1の温度が上昇して抵抗値が大きくなるため、ブリッジ回路の平衡がくずれ、センサ出力Vが生じる。このセンサ出力Vは被検知ガスの濃度に比例するため、このガスセンサにより空気中の被検知ガスの濃度を測定することができる。

0020

接触燃焼式ガス検知素子1は、図1に示すように、コイル状の貴金属線11に被検知ガスを燃焼させる燃焼触媒部12が設けてある。燃焼触媒部12は、触媒担体に貴金属触媒を担持してある。貴金属触媒としては、白金、パラジウム、白金とパラジウム等が使用でき、特に限定されない。触媒担体は、特に限定されず、例えば、アルミナ、シリカアルミナ等の金属酸化物にセリア、ランタン等の希土類金属酸化物を担持した焼結体を好ましく適用することができる。金属酸化物としてアルミナ及びアルミナシリカの少なくともいずれか一方を用いる場合には、作製する触媒担体の細孔径を小さく、比表面積を大きくすることができるため、触媒担体に貴金属触媒を高分散させることができるため好ましい。もちろん、触媒担体はセリア等の希土類金属酸化物焼結体を主成分とすることもできる。

0021

本実施形態に係る燃焼触媒部12は、見掛け容積が0.014mm3以下となるように設けてある。見掛け容積とは、内部の貴金属線11や燃焼触媒部12の細孔等を含んだ容積である。このような見掛け容積が小さい燃焼触媒部12を備える接触燃焼式ガス検知素子1であれば、燃焼触媒部12の付近の温度等が貴金属線11に伝わり易くなり、また燃焼触媒部12の全体の温度も安定し易くなるため、ガスセンサを起動した際にも、貴金属線11の抵抗値が安定し易くなり、初期安定時間を短縮することができる。

0022

また、燃焼触媒部12は、略球形であることが好ましい。燃焼触媒部12が略球形であれば、燃焼触媒部12の表面における温度変化が貴金属線11に均等に伝わるため、貴金属線11の抵抗値は安定し易く、初期安定時間をより短くすることができる。燃焼触媒部12が略球形である場合には、その径を0.3mm以下にすることにより、見掛け容積を0.014mm3以下とすることができる。

0023

貴金属線11は、燃焼触媒部12の見掛け容積を小さくするため、線径コイル径が小さい方が好ましく、例えば、線径10μm、コイル内径50μm程度のものを使用する。貴金属線11の材質としては白金等を適用でき、特に限定されないが、白金にロジウムを8〜10%含有させた白金ロジウムは硬く、コイル内径が小さいコイル状に加工し易いため好ましい。

0024

このような接触燃焼式ガス検知素子1は、例えば、貴金属線11に、触媒担体に貴金属触媒を担持した燃焼触媒を含有するペーストを付着させた後、焼成して燃焼触媒部12を形成させることにより作製することができる。

0025

具体的には、まず、アルミナ粉末やシリカアルミナ粉末等の金属酸化物を900〜1300℃、2〜3時間焼成し、遊星ミル等を用いて粉砕した後、硝酸セリウム等の希土類金属塩を用い、金属酸化物に対して希土類金属を0.5〜5mol%担持し、800℃、2時間焼成して、金属酸化物に希土類金属酸化物を担持した触媒担体を作製する。次に、白金等の貴金属触媒を触媒担体に対して1〜10wt%担持し、800℃、2時間焼成して燃焼触媒を作製する。

0026

このように作製した燃焼触媒は、エチレングリコールグリセリン等の有機溶媒と、燃焼触媒1gに対して有機溶媒1〜3mlとなるようにメノウ乳鉢等で混合してペースト状にする。このペースト状にした燃焼触媒を、線径10μm、コイル内径50μmの貴金属線11に、球径が0.3mm以下となるように付着させ、貴金属線11の自己加熱等によって焼成して燃焼触媒部12を形成させ、接触燃焼式ガス検知素子1を作製する。
尚、ペースト状の燃焼触媒を貴金属線11に付着させる方法は、貴金属線11に塗布棒等によって直接塗布する方法や、吹き付ける方法等を採用することができ、特に限定はされない。

0027

ペースト状の燃焼触媒を貴金属線11に付着させる際、金属酸化物にセリア等の希土類酸化物を担持した触媒担体用いることにより、触媒担体のぬれ性が向上する。これにより、燃焼触媒をペースト状にして貴金属線に付着させる際には、ペーストの流動性が良くなり、加工精度が向上するため、燃焼触媒部12を見掛け容積が小さく、略球形状に形成することができる。
また、触媒担体に貴金属触媒を担持した後に貴金属線に付着させることにより、見掛け容積が小さい燃焼触媒部12を形成する場合にも、従来のように触媒担体を貴金属線に付着させた後、貴金属触媒を担持する方法に比べて、貴金属触媒を触媒担体に均一に担持させることができる。

0028

温度補償素子2は、接触燃焼式ガス検知素子1の抵抗の変化値を補正するものであるため、接触燃焼式ガス検知素子1と温度特性が同一であることが好ましい。このため、本実施形態においては、接触燃焼式ガス検知素子1と同一の貴金属線に、貴金属触媒を担持しないことのみが異なる担体を同一の見掛け容積になるように設けてある。

0029

尚、その他の接触燃焼式ガス検知素子1を備えたガスセンサの構成、機能については、従来公知のガスセンサと同様である。

0030

以下に、本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子として、図1に示す接触燃焼式ガス検知素子1を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0031

上述の方法により、貴金属線11としての白金にロジウムを10wt%含有させたコイル状の白金ロジウム線に、アルミナに対してセリアを2mol%担持した触媒担体に貴金属触媒としてパラジウム触媒白金触媒とが重量比で1:1となるものを10wt%担持した燃焼触媒部12を、略球形に設けた接触燃焼式ガス検知素子1を作製した。接触燃焼式ガス検知素子1は、表1に示すように、燃焼触媒部の見掛け容積(素子容積)、径(素子径)、白金ロジウム線の線径、コイル径、コイルの巻数をそれぞれ変えたものを作製した。
同様の方法により、接触燃焼式ガス検知素子1とは貴金属触媒を設けないことのみが異なる温度補償素子2を作製し、接触燃焼式ガス検知素子1と共に、図2に示すブリッジ回路に組み込んでガスセンサを作製した。ブリッジ回路に印加した電圧は、それぞれ表1に示す通りであった。

0032

0033

このように作製した接触燃焼式ガス検知素子1の燃焼触媒部12の見掛け容積がそれぞれ異なるガスセンサについてセンサ電源投入時のベース波形を調べ、図3に示した。また、その結果に基づき、センサ電源を投入してからベース値水素濃度500ppm以下の出力値となるまでの時間と、素子容積及び素子径との関係を求め、表2、及び図4,5に示した。その結果、素子容積及び素子径が小さくなるのに伴い、ベース安定時間(初期安定時間)が短くなることが分かった。特に、素子容積が0.014mm3以下(素子径が0.3mm以下)になると、ベース安定時間が1秒以下となることが分かった。

0034

0035

したがって、燃焼触媒部12の見掛け容積(素子容積)を0.014mm3以下とした接触燃焼式ガス検知素子1を備えたガスセンサは、初期安定時間(ベース安定時間)が1秒以下になるため、例えば、燃料電池自動車の水素漏れを検知するガスセンサとして好ましく適用することができる。
また、表2、及び図4,5に示すように、燃焼触媒部12の見掛け容積(径)を小さくすることにより初期安定時間は短縮されるため、燃焼触媒部12の見掛け容積は0.006mm3以下(径は0.225mm以下)が好ましく、少なくとも燃焼触媒部12の見掛け容積が0.001mm3(径が0.125mm)となるまでは、小さくすることによって初期安定時間が短くなることが確認できた。

0036

次に、同様のガスセンサを用い、水素、イソブタンメタンのガス濃度に対するガス感度特性を調べ、図6〜12に示した。また、その結果に基づき、ガス濃度100%LEL時におけるイソブタン及びメタンに対する水素のガス感度比と、素子容積及び素子径との関係を求め、表3、及び図13〜16に示した。その結果、素子容積及び素子径が小さくなると、イソブタン、メタンに対する水素のガス感度が向上することが分かった。特に、メタンに対する水素の選択性については、素子容積が0.006mm3以下(径が0.225mm以下)になるとが大きくなり、素子容積が0.001mm3(径が0.125mm)ではさらに大きくなった。このため、本実施例に係る接触燃焼式ガス検知素子1は、水素ガス検知素子として好ましく適用できることが分かった。

0037

0038

本発明に係る接触燃焼式ガス検知素子は、燃料電池自動車の水素漏れを検知する水素ガスセンサ等、可燃性ガス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

0039

本実施形態に係るガスセンサの構成図
本実施形態に係る接触燃焼式ガス検知素子の概略図
本実施形態に係るガスセンサの電源投入時のベース波形を示すグラフ
素子容積とベース安定時間との関係を示すグラフ
素子径とベース安定時間との関係を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
ガスセンサの被検知ガスに対するガス感度特性を示すグラフ
素子容積とガス感度比との関係を示すグラフ
素子径とガス感度比との関係を示すグラフ
素子容積とガス感度比との関係を示すグラフ
素子径とガス感度比との関係を示すグラフ

符号の説明

0040

1接触燃焼式ガス検知素子
11貴金属線
12燃焼触媒部
2 温度補償素子

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社東芝の「 ガスセンサ」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】 性能の改善を図れる、ヒーターを含むガスセンサを提供すること。【解決手段】 実施形態のガスセンサは、電極5aと、電極5aから離間して配置された可動構造30とを含むMEMSキャパシタ101を... 詳細

  • 住友重機械工業株式会社の「 異物検出装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】歯車装置の潤滑剤中に混入された小さな異物を適切に検出できる異物検出装置を提供する。【解決手段】この異物検出装置(1)は、歯車装置に封入された潤滑剤中の異物を検出する装置である。そして、間隔を開... 詳細

  • 株式会社住化分析センターの「 評価方法」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】活物質層の表面における電気特性を表す物理量の分布を評価する評価方法を提供すること。【解決手段】評価方法(S1)は、顕微鏡像を取得する第1工程(工程S13)と、前記顕微鏡像内に位置するN個の点P... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ