(57)【要約】  可燃性ガス検出器は、電子回路と電気的に接続された、例えば２０μｍ未満の平均直径を有する第１導体要素を備える少なくとも第１検出要素を含む。可燃性ガス検出器は、第１固定端と、第２固定端と、第１固定端と第２固定端との間の延長中間部分とを有する第１支持要素をさらに含み、延長中間部分は第１導体要素に対して支持を提供する。別の可燃性ガス検出器は、第１検出要素および第２検出要素を含む。第１検出要素は、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第１触媒支持部材を含む。第２検出要素は、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第２触媒支持部材を含む。可燃性ガス検出器は、第１検出要素がより高い電力モードで動作し第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、第２検出要素がより高い電力モードで動作し第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルするように適合された電子回路をさらに含む。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路に電気的に接続された、２０μｍ未満の平均直径を有する第１導体要素を備える少なくとも第１検出要素を備える可燃性ガス検出器であって、第１固定端と、第２固定端と、前記第１固定端と前記第２固定端との間の延長中間部分とを有する第１支持要素をさらに備え、前記延長中間部分は前記第１導体要素に支持を提供する、可燃性ガス検出器。
【請求項２】
前記第１支持要素は、そのポンド／平方インチすなわちＰＳＩの単位での引っ張り強さをそのＷ／ｃｍ／℃の単位での熱伝導率で割ることにより計算される商が少なくとも２５０，０００であることを示す、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３】
前記第１検出要素ワイヤは１２．５μｍ未満の平均直径を有する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項４】
前記第１検出要素ワイヤは、約１０μｍ程度の平均直径を有する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項５】
前記第１支持要素の前記第１固定端が固定された第１支持部材と、前記第１支持要素の前記第２固定端が固定された第２支持部材とをさらに備える、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項６】
前記第１導体要素に動作可能に接続された第１触媒支持部材をさらに備え、前記第１支持要素の前記中間部分は、前記第１触媒支持部材と接触することにより、前記第１導体要素に対して支持を提供し、前記第１触媒支持部材は、その上で触媒を支持する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項７】
前記第１支持要素は前記第１触媒支持部材の少なくとも１部分を通過する、請求項６に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項８】
前記第１触媒支持部材は、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する、請求項７に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項９】
前記第１支持要素は、タングステン、ニッケル、モリブデン、またはチタンの内の少なくとも１つと、白金、パラジウム、ロジウム、またはイリジウムの内の少なくとも１つとの合金からなる、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１０】
前記第１支持要素は白金タングステン合金を含む、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１１】
前記第１支持要素は、約０．０００５インチ〜約０．００２５インチの範囲の平均直径を有する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１２】
前記第１導体要素は、約１０μｍ程度の平均直径を有する、請求項１１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１３】
前記第１支持要素は、少なくとも１００，０００ＰＳＩの引っ張り強さを有する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１４】
前記第１支持要素は、０．５Ｗ／ｃｍ／℃程度の熱伝導率を有する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１５】
前記電子回路に電気的に接続された、２０μｍ未満の平均直径を有する第２導電要素を備える少なくとも第２検出要素と、第１固定端、第２固定端、および前記第１固定端と前記第２固定端との間の延長中間部分を備える第２支持要素をさらに備える可燃性ガス検出器と、をさらに備え、前記第２支持要素の前記延長中間部分は前記第２導体要素に支持を提供する、請求項１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１６】
前記第２支持要素は、そのポンド／平方インチすなわちＰＳＩの単位での引っ張り強さをそのＷ／ｃｍ／℃の単位での熱伝導率で割ることにより計算される商が、少なくとも２５０，０００であることを示す、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１７】
前記第２支持要素の前記第１固定端が固定された第３支持部材と、前記第１支持要素の前記第２固定端が固定された第４支持部材と、をさらに備える、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１８】
前記第２導体要素と動作可能に接続された第２触媒支持部材をさらに備え、前記第２支持要素の前記中間部分は前記第２触媒支持部材と接触することにより前記第２導体要素に支持を提供し、前記第２触媒支持部材はその上で触媒を支持する、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項１９】
前記第１支持要素は前記第１触媒支持部材の少なくとも１部分を通過する、請求項１８に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２０】
前記第２触媒支持部材は５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する、請求項１９に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２１】
前記第２支持要素は、タングステン、ニッケル、モリブデン、またはチタンの内の少なくとも１つと、白金、パラジウム、またはロジウムの内の少なくとも１つとの合金からなる、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２２】
前記第２支持要素は白金タングステン合金からなる、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２３】
前記第２支持ワイヤは、約０．０００５インチ〜約０．００２５インチの範囲の平均直径を有する、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２４】
前記第２検出要素ワイヤは約１０μｍ程度の平均直径を有する、請求項２３に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２５】
前記第２検出要素は白金イリジウム合金または白金ロジウム合金からなる、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２６】
前記第２支持要素は少なくとも１００，０００ＰＳＩの引っ張り強さを有する、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２７】
前記第２支持要素は０．５０Ｗ／ｃｍ／℃程度の熱伝導率を有する、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２８】
前記電子回路は、前記第１検出要素がより高い電力モードで動作し前記第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、前記第２検出要素がより高い電力モードで動作し前記第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルするように適合された、請求項１５に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項２９】
前記第１モードにおいて前記第２検出要素は周囲温度変化を補償するために使用され、前記第２モードにおいて前記第１検出要素は周囲温度変化を補償するために使用される、請求項２８に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３０】
前記電子回路は、前記第１モードと前記第２モードとの間で周期的に切り替わるように適合された、請求項２９に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３１】
前記電子回路は、手動制御事象が生じたときに、前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替わるように適合された、請求項２９に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３２】
前記手動制御事象は電源投入事象を含む、請求項３１に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３３】
５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第１触媒支持部材を備え、触媒がその上で支持される第１検出要素と、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第２触媒支持部材を備え、触媒がその上で支持される第２検出要素と、前記第１検出要素がより高い電力モードで動作し前記第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと前記第２検出要素がより高い電力モードで動作し前記第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルするよう適合された電子回路と、を備える、可燃性ガス検出器。
【請求項３４】
前記第１モードにおいて前記第２検出要素は周囲温度変化を補償するために使用され、前記第２モードにおいて前記第１検出要素は周囲温度変化を補償するために使用される、請求項３３に記載の可燃性ガス検出器。
【請求項３５】
５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第１触媒支持部材を備え、触媒がその上で支持される第１検出要素と、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第２触媒支持部材を備え且つ前記第２触媒支持部材上で、触媒がその上で支持される第２検出要素と、を備える可燃性ガス検出器を動作するための方法であって、前記第１検出要素がより高い電力モードで動作し前記第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、前記第２検出要素がより高い電力モードで動作し前記第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルすることを含む、方法。
【請求項３６】
前記第１モードにおいて前記第２検出要素は周囲温度変化を補償するために使用され、前記第２モードにおいて前記第１検出要素は周囲温度変化を補償するために使用される、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本明細書に用いる用語は、本明細書において別段に明記しない限り、何らかの特定の狭い解釈に限定されることを意図するものではない。本明細書に説明される参照は、装置、システム、および／または方法もしくは背景の理解を支援する場合がある。本明細書に引用するあらゆる参照の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
触媒ガス検出器または可燃性（引火性）ガス検出器は、例えば、可燃性ガスまたは引火性ガスの爆発により生じる事故を防ぐために、長年にわたって使用されてきた。一般に、可燃性ガス検出器は、可燃性ガスの触媒酸化により動作する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、従来の可燃性ガス検出器１０は、一般に、耐火性（例えばアルミナ）ビーズ３０に包囲されたプラチナ素線またはコイル２０等の要素を含む。なお、このビーズ３０は、活性要素または検出要素を形成するために触媒（例えば、パラジウムまたは白金）が充填され、これらはしばしばペレメント４０、ペリスター、検出器、または検出要素とも称される。ペレメント、およびかかるペレメントを備える触媒可燃性ガス検出器の詳細な考察が、Ｍｏｓｅｌｙ，Ｐ．Ｔ．およびＴｏｆｉｅｌｄ，Ｂ．Ｃ．編集、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｇａｓ  Ｓｅｎｓｏｒｓ、Ａｄａｍｓ  Ｈｉｌｇｅｒ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｒｉｓｔｏｌ、Ｅｎｇｌａｎｄ（１９８７）に見られる。可燃性ガス検出器については、Ｆｉｒｔｈ，Ｊ．Ｇ．ら、Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌａｍｅ  ２１、３０３（１９７３）、ならびにＣｕｌｌｉｓ，Ｃ．Ｆ．およびＦｉｒｔｈ，Ｊ．Ｇ．編集、Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｇａｓｅｓ、Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ、Ｅｘｅｔｅｒ、２９（１９８１）においても全般的に考察されている。
【０００３】
ビーズ３０は、その出力を変化させることができる触媒酸化以外の現象（すなわち、ビーズ上のエネルギー平衡を変化させるあらゆるもの）にも反応する。そのため、可燃性ガスの濃度計測に誤差を生じる。これらの現象の中には、周囲温度、湿度、および圧力の変化がある。
【０００４】
検出器出力に対する二次的な効果の影響を最小化するために、不活性の補償要素またはペレメント５０における基準抵抗に対する検出要素またはペレメント４０の抵抗値の変化に対する可燃性ガスの酸化率を計測してもよい。２つの抵抗は一般に、例えば図１Ｃに示すホイートストーンブリッジ回路等の計測回路の一部である。可燃ガスが存在する場合にブリッジ回路の両側にわたって生じる出力すなわち電圧が、可燃性ガスの濃度計測値を提供する。補償ペレメント５０の特性は、一般に、活性ペレメントまたは検出ペレメント４０と可能な限り忠実に合致する。一方、補償ペレメント５０は、通常、触媒も不活性／有害触媒も坦持しない。
【０００５】
活性または検出ペレメント４０および補償ペレメント５０は、例えば、防爆ハウジング７０のウェル６０ａおよび６０ｂ内に配置することができ、例えば多孔性金属フリット８０等のフラッシュバックアレスターにより周囲環境から隔てることができる。多孔性金属フリット８０は、周囲ガスがハウジング７０に入り込むことを可能にするが、高温要素による周囲環境における引火性ガスの発火を防ぐ。かかる触媒ガス検出器は、通常、いくつかの場合には、可搬でなくてはならず、そのためにそれ自体の電源装置を有さなければならない機器に取り付けられる。したがって、触媒ガス検出器の電力消費を最小化することが望まれる。
【０００６】
図１Ａ〜図１Ｃに示す触媒ガス検出器の電力消費は、一般的に、２５０ｍＷ〜７００ｍＷ程度である。さらに、触媒要素または触媒ペレメントおよび補償要素または補償ペレメントは、生産コストが高い。触媒要素および補償要素を合わせた対は、一般的に触媒ガス検出器の生産コストの半分を大幅に上回るものである。さらに、寸法および環境応答において検出要素に忠実に合致すべき補償要素は、検出器消費電力の略半分および検出要素／補償要素対のコストの半分を占める。低電力可燃性ガス検出器の開発と、補償要素のコスト削減または補償要素の除去とに対して、多大な研究努力が払われてきた。例えば米国特許第６，６６３，８３４号においては可燃性ガス検出器が開示され、その可燃性ガス検出器においては、補償要素が、周囲温度の変化を補償するために、電子的にサーミスタネットワークにより置換される。しかし、米国特許第６，６６３，８３４号に係る検出器の所要電力は依然として比較的高い値である。
【０００７】
検出要素の検出要素ワイヤおよび触媒支持ビーズの寸法を縮小すると、可燃性ガス検出器の所要電力を低減することができる。ワイヤ径が縮小すると、一般に、抵抗値は大きくなり、したがって、特定の動作温度を達成するための電流／電力が小さくなる。さらに、検出要素／ペレメントの寸法／体積を小さくすると、検出器上における湿度変化および圧力変化の影響が小さくなる。従来、検出器は、要素自体を支持するに十分な寸法および強度を有するワイヤから作られた要素を含んでいた。長年にわたり技術が発達するにつれて、例えば検出要素の寸法を縮小することにより、検出器を動作させるための電力レベルを小さくするための努力がなされるようになった。初期の可燃性ガス検出器が動作に当たり１Ｗを超す電力を要したのに対し、近年利用可能な可燃性ガス検出器は２００ｍＷ〜３００ｍＷの範囲で動作可能となった。
【０００８】
一方、要素寸法の縮小化により、直径が小さくなり、さらに壊れやすくなった検出要素および／またはワイヤのための、何らかの形の機械的支持を組み込むことが必要となった。一般的な機械的支持は、様々なパッキング方法、または第３の支持支柱の使用を含むものであった。
【０００９】
残念ながら、かかる機械的支持を用いることにより、検出要素（および／または補償要素）から熱が取り出され、すなわち伝導により熱が奪われてしまい、その結果、特定範囲の温度において要素を動作させるための所要電力が増大してしまう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの態様において、可燃性ガス検出器は、電子回路と電気的に接続された、２０μｍ未満の直径を有する第１導体要素を含む、少なくとも第１検出要素を含む。可燃性ガス検出器は第１支持要素をさらに含む。なお、この第１支持要素は、その引っ張り強さ（単位：ポンド／平方インチすなわちＰＳＩ）をその熱伝導率（単位：Ｗ／ｃｍ／℃）で割ることにより計算される商が少なくとも２５０，０００であることを示す。第１支持要素は第１導体要素と動作可能に接続されることにより、第１導体要素のための支持を提供する。第１支持要素は、例えば、第１導体要素と接触することにより、第１導体要素のための支持を提供することができる。
【００１１】
別の態様において、この第１検出要素は、電子回路と電気的に接続された、例えば２０μｍ未満の平均直径を有する第１導体要素を備える、可燃性ガス検出器は少なくとも第１検出要素を含む。可燃性ガス検出器は、この第１支持要素は、第１固定端と、第２固定端と、第１固定端と第２固定端との間の延長中間部分とを有する第１支持要素をさらに含み、延長中間部分は第１導体要素に対して支持を提供する。
【００１２】
第１支持要素は、例えば、第１導体要素と動作可能に接続することができ、第１導体要素に対する支持を提供することができる。第１支持要素は、例えば、第１導体要素と接触することができ、第１導体要素に対する支持を提供することができる。第１支持要素は、例えば、その引っ張り強さ（単位：ポンド／平方インチすなわちＰＳＩ）をその熱伝導率（単位：Ｗ／ｃｍ／℃）で割ることによって計算される商が少なくとも２５０，０００であることを示すことができる。
【００１３】
第１導体要素は、例えば、１２．５μｍ未満の直径を有することができる。いくつかの実施形態においては、第１導体要素ワイヤは、約１０μｍ程度の直径を有する。
【００１４】
いくつかの実施形態においては、可燃性ガス検出器は、第１支持要素の第１固定端が固定されたまたは取り付けられた第１支持部材と、第１支持要素の第２固定端が固定されたまたは取り付けられた第２支持部材とを含む。
【００１５】
可燃性ガス検出器は、第１導体要素に動作可能に接続された第１触媒支持部材も含むことができ、第１支持要素の中間部分は、第１触媒支持部材と接触することにより、第１導体要素に支持を提供することができる。いくつかの実施形態においては、第１支持要素は第１触媒支持の少なくとも１部分を通過する。第１触媒支持部材は、第１触媒支持部材上で触媒を支持する。いくつかの実施形態においては、第１触媒支持部材は、５００μｍ未満の直径を有する球より小さい体積を有する（なお、球の体積は、４／３×π×（Ｄ／２）3の公式で計算される）。第１触媒支持部材は、４４０μｍ程度の直径、または３００μｍ程度の直径を有する球の体積を有することができる。
【００１６】
可燃性ガス検出器は、第１導体要素がその間に接続される少なくとも２つの導電性接触部材をさらに含むことができる。これらの接触部材は、電子回路と電気的に接続される。
【００１７】
第１支持要素は、例えば、タングステン、ニッケル、モリブデン、またはチタンの内の少なくとも１つと、白金、パラジウム、ロジウム、またはイリジウムの内の少なくとも１つとの合金を含むことができる。いくつかの実施形態においては、第１支持要素は白金タングステン合金を含む。
【００１８】
第１支持要素は、例えば、約０．０００５インチ（約０．０１２７ｍｍ）〜約０．００２５インチ（約０．０６３５ｍｍ）の範囲の平均直径を有し得る。いくつかの実施形態においては、第１支持要素は、約０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）の平均直径を有する。
【００１９】
いくつかの実施形態においては、第１導体要素は白金イリジウム合金または白金ロジウム合金を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、第１導体要素は、約１０μｍ程度の平均直径を有する。
【００２１】
第１支持要素は、例えば、少なくとも１００，０００ＰＳＩ（６８９，５００，０００Ｎ／ｍ2）、少なくとも２５０，０００ＰＳＩ（１，７２４，０００，０００Ｎ／ｍ2）、または少なくとも５００，０００ＰＳＩ（３，４４７，０００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さを有することができる。第１支持要素は、例えば、０．５Ｗ／ｃｍ／℃程度、０．２５Ｗ／ｃｍ／℃程度、または０．１０Ｗ／ｃｍ／℃程度の熱伝導率を有することができる。
【００２２】
可燃性ガス検出器は、例えば、電子回路と電気的に接続された、２０μｍ未満の平均直径を有する第２導体要素を含む少なくとも第２検出要素をさらに含むことができる。可燃性ガス検出器は、第１固定端と、第２固定端と、第１固定端と第２固定端との間の延長中間部分とを含む、第２支持要素第２支持要素をさらに含むことができる。第２支持要素の延長中間部分は、第２導体要素に支持を提供する。第２支持要素は、例えば、第２導体要素に動作可能に接続されることにより、第２導体要素に対して支持を提供することができる。第２支持要素は、例えば、第２導体要素と接触することにより、第２導体要素に対して支持を提供することができる。第２支持要素は、例えば、その引っ張り強さ（単位：ポンド／平方インチすなわちＰＳＩ）をその熱伝導率（単位：Ｗ／ｃｍ／℃）で割ることにより計算される商が例えば少なくとも２５０，０００であることを示すことができる。
【００２３】
可燃性ガス検出器は、第２支持要素の第１固定端が固定された第３支持部材と、第１支持要素の第２固定端が固定された第４支持部材とをさらに含むことができる。
【００２４】
可燃性ガス検出器は、第２導体要素に動作可能に接続された第２触媒支持部材も含むことができ、第２支持要素の中間部分は、第２触媒支持部材と接触することにより、第２導体要素に支持を提供することができる。第２支持要素は、例えば、第２触媒支持の少なくとも１部分を通過することができる。第２触媒支持部材は、第２触媒支持部材上で触媒を支持する。
【００２５】
第２触媒支持部材は、例えば、５００μｍの直径を有する球程度の体積、４４０μｍ程度の直径を有する球程度の体積、または３００μｍ程度の直径を有する球程度の体積を有することができる。
【００２６】
可燃性ガス検出器は、第２導体要素がその間に接続された、少なくとも２つの導電性接触部材をさらに含むことができる。これらの接触部材は、電子回路と電気的に接続される。
【００２７】
第２支持要素は、例えば、タングステン、ニッケル、モリブデン、またはチタンの内の少なくとも１つと、白金、パラジウム、またはロジウムの内の少なくとも１つとの合金を含むことができる。いくつかの実施形態においては、第２支持要素は白金タングステン合金を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態においては、第２支持要素は、約０．０００５インチ（約０．０１２７ｍｍ）〜約０．００２５インチ（約０．０６３５ｍｍ）の範囲の平均直径を有する。第２支持要素は、例えば、約０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）の平均直径を有する。
【００２９】
第２導体要素は、例えば、白金イリジウム合金または白金ロジウム合金を含むことができる。
【００３０】
いくつかの実施形態においては、第２導体要素は約１０μｍ程度の平均直径を有する。
【００３１】
第２支持要素は、例えば、少なくとも１００，０００ＰＳＩ（６８９，５００，０００Ｎ／ｍ2）、少なくとも２５０，０００ＰＳＩ（１，７２４，０００，０００Ｎ／ｍ2）、または少なくとも５００，０００ＰＳＩ（３，４４７，０００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さを有することができる。第２支持要素は、例えば、０．５０Ｗ／ｃｍ／℃程度、０．２５Ｗ／ｃｍ／℃程度、または０．１０Ｗ／ｃｍ／℃程度の熱伝導率を有することができる。
【００３２】
電子回路は、例えば、第１検出要素がより高い電力モードで動作し第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、第２検出要素がより高い電力モードで動作し第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルするよう適合することができ、またはサイクルするよう動作可能とすることができる。
【００３３】
第１モードにおいては、第２検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。第２モードにおいては、第１検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。
【００３４】
電子回路は、例えば、第１モードと第２モードとの間で周期的に切り替わるように適合することができる。電子回路は、例えば、手動制御事象が生じたときに、第１モードと第２モードとの間で切り替わるよう適合することができる。手動制御事象は、例えば、電源投入事象を含むことができる。
【００３５】
他の態様においては、可燃性ガス検出器は第１検出要素および第２検出要素を含む。第１検出要素は、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第１触媒支持部材を含む。第２検出要素は、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第２触媒支持部材を含む。可燃性ガス検出器は、第１検出要素がより高い電力モードで動作し第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、第２検出要素がより高い電力モードで動作し第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルするように適合された電子回路をさらに含む。
【００３６】
第１モードにおいては、第２検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。第２モードにおいては、第１検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。
【００３７】
第１検出要素は、例えば、電子回路と電気的に接続された、２０μｍ未満または１２．５μｍ未満の平均直径を有する第１導体要素を含むことができる。いくつかの実施形態においては、第１導体要素は、約１０μｍ程度の平均直径を有する。可燃性ガス検出器は、上述の第１支持要素をさらに含むことができる。第２検出要素は、例えば、電子回路と電気的に接続された、２０μｍ未満の平均直径、または１２．５μｍ程度の平均直径を有する第２導体要素を含むことができる。いくつかの実施形態においては、第２導体要素は約１０μｍ程度の平均直径を有する。可燃性ガス検出器は、上述の第２支持要素をさらに含むことができる。
【００３８】
他の態様においては、第１検出要素および第２検出要素を含み、第１検出要素は、触媒がその上に支持される、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第１触媒支持部材を含み、第２検出要素は、触媒がその上で支持される、５００μｍの直径を有する球よりも小さい体積を有する第２触媒支持部材を含む、可燃性ガス検出器を動作させるための方法は、第１検出要素がより高い電力モードで動作し第２検出要素がより低い電力モードで動作する第１モードと、第２検出要素がより高い電力モードで動作し第１検出要素がより低い電力モードで動作する第２モードとの間でサイクルすることを含む。
【００３９】
第１モードにおいては、第２検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。第２モードにおいては、第１検出要素は、例えば、周囲温度変化を補償するために用いることができる。
【００４０】
添付の図面とあわせて以下の詳細な説明を考慮することにより、本明細書に記載の装置、システム、および／または方法は、それらの特性および付随する利点とともに、最もよく認識および理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】現在利用可能な可燃性ガス検出器の実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す可燃性ガス検出器の活性検出要素、ペレメント、または検出器の拡大図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す可燃性ガス検出器の回路の１つの実施形態を示す図である。
【図２Ａ】検出要素が支持ワイヤにより支持される検出器組立体の１つの実施形態の斜視図である。
【図２Ｂ】検出要素ワイヤの上に形成されたセラミックビーズ（触媒がその上に支持される）を備える、図２Ａに示す検出器組立体の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに示す検出器組立体の別の斜視図（図２Ｂの略反対）である。
【図２Ｄ】延長支持要素が検出要素の導体要素に支持を提供する、検出器組立体の別の実施形態の斜視図である。
【図３Ａ】−３０℃〜＋５０℃の温度範囲にわたる２．５％メタンの周期的な流入に対する、検出器応答を示す図である。
【図３Ｂ】時間の関数として、５０％ＬＥＬに較正された検出器応答および温度変化を示す図である。
【図４】制御・計測回路（ボックスとして図示される）に電気的に接続された、図２Ｂに示す２つの検出器組立体を含む、可燃性ガス検出器を示す図である。
【図５】例えば図３Ｂに示す可燃性ガス検出器と接続して用いられる制御および計測回路の１つの実施形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本明細書および添付の請求項において用いられる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に文脈上そうではないと明らかに指示しない限り、複数の参照を含むものである。したがって、例えば、「１つの支持要素」への参照は複数のかかる支持要素および当業者に既知のその等価物等を含み、「その支持要素」への参照は、１つまたは複数のかかる支持要素および当業者に既知のその等価物等を含む。
【００４３】
図２Ａ〜図２Ｃは、検出器組立体１１０（例えば、図１Ａに示すガス検出器に用いられる）の１つの実施形態を示す。例えば、図２Ａに示すように、検出器組立体１１０は、２つの導電性接触部材１３０（この例示的実施形態においては延長部材または支柱）が取り付けられた基部１２０を含む。検出導体要素１４０がこれらの接触部材１３０の間に接続され、導体要素１４０の各端部は接触部材１３０の１つに接続または固定される。図２Ａに図示された実施形態においては、導体要素１４０は、例えば、導体要素１４０の両端部間の略中央に配置することができるコイル部１４２を含む中間部分を含む。検出器組立体１１０は、基部１２０に接続された２つの支持部材１５０（この図示された実施形態においては延長部材または支柱）をさらに含む。この例示的実施形態においては、例えば、ワイヤ、リボン、棒材、または他の好適な支持構造もしくは材料の形態の支持部材または要素１６０は、支持部材または支柱１５０間に延在する。基部１２０、接触部材１３０、および支持部材１５０は、例えば、米国ペンシルバニア州レディングのＣａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＫＯＶＡＲ（登録商標）（ホウケイ酸ガラスの熱膨張特性と互換性を有するよう設計されたニッケルコバルト鉄合金）等の金属で形成することができる。接触部材１３０および支持部材１５０は、電気的絶縁を提供するために、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラスを用いて、基部１２０に封止することができる。
【００４４】
従来から利用可能な可燃ガス検出器においては、いくつかの支持システムまたは構造が、ビーズの、全３平面上のまたは３次元的動きを制限したが、かかる支持構造は、関連する熱損失を克服するために動作電力をさらに必要とした。その両端部において固定され、接続され、または取り付けられた（例えば、２つの支持部材または支柱１５０に固定された）、強度を有しながらも比較的薄い支持要素１６０を使用することにより、熱損失を制限しつつ、ビーズの運動を全３次元において防ぐことができる。図２Ａに示す例示的実施形態においては、支持要素１６０はコイル部１４２のコイルの１つを通過し、当該のコイルと接触する。支持要素１５０と導体要素１４０との間の接触は、このように最小限である。以下に記述したように、支持要素１５０は、導体要素１４０に対して支持を提供するために、導体要素１４０に接触する必要はないが、導体要素１４０を含む触媒支持部材１７０と接触または触媒支持部材１７０を通過することができる。
【００４５】
いくつかの材料または支持構造が、支持部材からの熱損失を最小限にしつつ検出要素を適切に支持するために、研究された。セラミック棒材等の熱伝導率が低い支持要素または構造の多数が研究されたが、適切な強度を獲得するためには、望ましい値よりも大きい直径または断面積が要求され、結果として、過度の熱損失がもたらされた。多数の金属支持要素（例えば、ワイヤまたは棒材）を試験するうちに、引っ張り強さと熱伝導率との間に、効果的結果を達成するためのバランスを確立することができることが見出された。一般に、引っ張り強さ（単位：ポンド／平方インチすなわちＰＳＩ）を熱伝導率（単位：Ｗ／ｃｍ／℃）で割ることにより計算される商または比率は、例えば、少なくとも２５０，０００、少なくとも４００，０００、または少なくとも５００，０００とさえすることができる。例えば、いくつかの研究においては、白金およびタングステンの合金から作られたワイヤの形態の支持要素は、２５０，０００ＰＳＩ（１，７２４，０００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さおよび０．５Ｗ／ｃｍ／℃の熱伝導率を有し、その結果、５００，０００の商をもたらす。より高い引っ張り強さを有する支持要素に対しては、より小さい平均直径（または平均断面積）の支持要素を使用することができるため、より高い熱伝導率が許容されてもよい（その結果、伝導により熱を検出要素から奪う質量がより小さくなる）。例えば、６００，０００ＰＳＩ（４，１３７，０００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さおよび１．２７Ｗ／ｃｍ／℃の熱伝導率を有するタングステン支持要素の場合、より小さい平均直径の支持要素を用いて、上述の白金・タングステン合金支持要素を用いて達成された結果と同じ結果を達成することができる。あるいは、より大きい平均直径を有する、白金と２０％イリジウムの合金の支持要素を選択することができる。かかる白金・イリジウム合金は、１２０，０００ＰＳＩ（８，２７，４００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さおよび０．１８Ｗ／ｃｍ／℃の熱伝導率を有する。上述の特性を有する金属支持要素または金属合金要素を用いると、熱損失を最小化しつつ強度／支持を最大化することができる。
【００４６】
その点で、いくつかの実施形態においては、支持要素１６０は、比較的高い強度（例えば、少なくとも１００，０００ＰＳＩ（６８９，５００，０００Ｎ／ｍ2）、少なくとも２５０，０００ＰＳＩ（１，７２４，０００，０００Ｎ／ｍ2）、または、さらには少なくとも４００，０００ＰＳＩ（２，７５８，０００，０００Ｎ／ｍ2）の引っ張り強さを有する）、並びに低い熱伝導率（例えば、１．５Ｗ／ｃｍ／℃未満、０．５Ｗ／ｃｍ／℃未満、０．２５Ｗ／ｃｍ／℃程度、または、さらに０．１０Ｗ／ｃｍ／℃程度の熱伝導率を有する）を示し、その結果、上述の商が提供される。いくつかの実施形態においては、支持要素１６０の平均直径は約０．０００５インチ（０．０１２７ｍｍ）〜約０．００２５インチ（０．０６３５ｍｍ）の範囲にある（略円形断面の支持要素の場合）。非円形断面積を有する支持要素の場合、平均断面積は、例えば、約０．０００５インチ（０．０１２７ｍｍ）〜約０．００２５インチ（０．０６３５ｍｍ）の範囲の平均直径を有する略円形断面の要素の平均断面積の範囲とすることができる。本明細書においては、特定の平均直径を有する要素について参照する場合は、概して略非円形断面を有する要素であるが、前述の平均直径により提供される平均断面積に等しい平均断面積を有するも参照される。いくつかの代表的研究においては、インモールドされたワイヤ（ｉｎ−ｍｏｌｄｅｄ  ｗｉｒｅ）が支持要素１６０として用いられた。いくつかのかかる実施形態においては、約０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）（すなわち、その１０％以内）の平均直径を有する白金タングステン合金支持要素１６０は、強固な支持を提供し、しかも、検出要素１４０を動作させるにあたって計測可能な追加の電力を必要としなかった。例えば、タングステン、ニッケル、モリブデン、またはチタンと、例えば白金、パラジウム、またはロジウムとの合金が、支持要素１６０に用いられてもよい。図２Ｂに示すように、触媒支持部材１７０（例えば、いくつかの実施形態におけるセラミックビーズ）を、触媒を支持し検出要素／ペレメントを形成するために、検出導体要素１４０のコイル部１２０上に形成することができる。触媒支持部材１７０をセラミックビーズとして形成するとき、アルミ酸化物懸濁液がコイル部１４２上に焼成された。その結果生じた触媒支持部材／セラミックビーズ１７０には、触媒が充填された。可燃性ガス検出器の特定の実施形態においては触媒材料（白金などのような）を含む裸線を検出要素として用いることができるが、触媒支持部材１７０（セラミックビーズなどのような）は、１つまたは複数の触媒種に対し、より広い表面積を提供する。
【００４７】
図２Ａ〜図２Ｃに示す実施形態において、触媒支持部材１７０は、導体要素１４０および支持要素１６０を覆うように（含むように）形成される。いくつかの実施形態においては、支持要素１６０は、導体要素１４０に対する支持を提供するために、導体要素１４０に接触する必要はない。例えば、支持要素１６０は、導体要素１４０に接触せずに触媒支持部材１７０を通過または触媒支持部材１７０と接触し、導体要素１４０に対して間接的に支持を提供する。３次元的に導体要素１４０に支持を提供するにあたっては、支持要素１６０は好ましくは触媒支持部材１７０を通過する。
【００４８】
例えば、支持部材１５０および支持要素１６０を含む支持構造は、従来可能であった平均直径よりも小さい平均直径を有する検出要素１４０の使用を可能にする。いくつかの実施形態においては、例えば、約１０μｍ程度の平均直径を有する白金イリジウム合金から形成されたワイヤが用いられた。かかる小さい平均直径のワイヤ（より大きい直径のワイヤよりも高い対応する単位長さ当たりの抵抗をともなう）は、要求される動作電流の低減（これは可搬型用途に極めて望ましい）、ひいては要求される電力レベルが低減の役に立つ。
【００４９】
本明細書の支持要素は、本明細書の検出器内の任意の好適な固着部に固定することができ、実質的に任意の角度に延長することができる。例えば、別の代表的な実施形態において、図２Ｄは、２つの導電性接触部材１３０’が取り付けられた基部１２０’を含む検出組立体１１０’の１つの実施形態を示す。検出導体要素１４０’が、これら接触部材１３０’の間に接続される。検出器組立体１１０’は、基部１２０’に接続された支持部材１５０’をさらに含む。例えば、ワイヤ、リボン、棒材、または他の適切な支持構造もしくは材料の形態の支持部材または要素１６０’は、支持部材１５０’と基部１２０’との間で、触媒支持部材１７０’を通って延在し、導体要素１４０に支持を提供する。
【００５０】
かかる小さい平均直径または小さい平均断面積の検出導体要素の使用は、従来は不可能であった。なぜなら、上述のように、従来利用可能であった、かかる壊れやすい要素に対する支持機構は、かかる要素を有益に使用するには、取り出す熱が多過ぎた、すなわち伝導により逃げる熱が多過ぎたためである。事実、平均直径が比較的小さい（例えば、２０μｍ未満の平均直径を有する、１５μｍ未満の平均直径を有する、１２．５μｍ未満の平均直径を有する、または特定の実施形態においては約（すなわち１０％以内）１０μｍ程度の平均直径を有する）検出導体要素またはワイヤを有する、平均直径が５００μｍ未満の略球形ビーズを触媒支持部材として有する、強固な検出要素（または検出器）は、従来は利用不可能であった。いくつかの実施形態においては、支持触媒部材１７０の体積は、５００μｍの直径を有する球程度、４４０μｍ程度の直径を有する球の体積程度、４００μｍの直径を有する球の体積程度、または３００μｍの直径を有する球の体積程度である。上述したように、球の体積（Ｖ）は、公式Ｖ＝（４／３）×π×（直径／２）3により求められる。一般に、セラミックビーズとして形成された触媒支持部材は、浸漬することにより形成され、その結果生じたセラミックビーズは略球形または略円筒形である。しかしながら、一般には任意形状の触媒支持部材を使用することができる。
【００５１】
提供された製品が実際に十分に強固であり、落下または衝撃に対して耐えることを保証する工業安全品質規格が導入されている。鉱山安全保健管理局（Ｍｉｎｅ  Ｓａｆｅｔｙ  ａｎｄ  Ｈｅａｌｔｈ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ：ＭＳＨＡ、例えば、ＡＳＴＰ２０１５−可搬型メタン検出器のための落下テスト）、ＣＳＡ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（製品テストおよび認証サービスの提供者、例えばＣ２２．２Ｎｏ．１５２−Ｍ１９８４（２００１）要求事項６．６．２）、およびＡＴＥＸ（欧州連合における規格の設定、例えばＥＮ６１７７９−１：２０００  要求事項４．４．１４）による規格はすべて、３フィート（１ｍ）落下テストなどのような落下テストを含む。今日の市場における多数の製品および設計はこれらの規格に適合することができるが、顧客はより良質な性能をさらに求め続けている。検出要素が各端部において固定された延長支持要素により支持される、本明細書の検出器が顕著に改良された検出器の耐久性を示すことは、表１に示すように、テストにより示された。
【表１】
2013509594.tif 000003
【００５２】
表１のテストに対して、解放時に異なる側面（表面）を下に向けた、それぞれのときに装置を解放するようにして、３回の別個の落下が実行された。したがって、直方体形状の機器に対しては、合計１８回の落下が必要であった。テストを受けた現在利用可能な検出器は、石英ウールパッキングにより支持された直径６２５μｍのビーズおよび１２．５μｍ（白金ロジウム）の検出導体要素を含んだ。本明細書のテストされた、固定された支持要素１６０を有する検出器は、触媒支持部材１７０に対して４４０μｍのビーズ、支持要素１６０に対して２５μｍの白金タングステンワイヤ、検出導体要素１４０に対して１０μｍ（白金・イリジウム）を含んだ。表１に説明されるように本明細書の検出器は、３フィート（１ｍ）落下テストに合格したばかりではなく、本明細書の検出器は、６フィート（２ｍ）、１０フィート（３ｍ）、および２０フィート（６ｍ）の落下テストに合格した。したがって、支持要素１６０は、他の支持システムまたは支持機構を備える検出器と比較して、熱損失が小さくなる一方、耐久性を延長された。
【００５３】
それに関して、図２Ａ〜図２Ｄに説明した支持された検出要素は、従来から利用可能であった可燃性ガス検出器の支持構造と比較してより低い電力を効果的に使用し、十分に小型で、表２および表３（これらの表において、略語ＬＥＬは、より低い爆発限界（ｌｏｗｅｒ  ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ  ｌｉｍｉｔ）を示す）のデータが示すように、周囲湿度の変化または周囲圧力の変化による顕著な影響は受けなかったことを、テストは示した。湿度は、２５℃〜４０℃の温度範囲にわたり、１０％〜９０％相対湿度（ＲＨ）の範囲で調査された。
【表２】
2013509594.tif 000004
【表３】
2013509594.tif 000005
【００５４】
湿度および温度のテストに次いで、検出要素が、可燃性ガスの存在の結果として、温度変化、そして結果として、周囲温暖効果を検出する能力を調査するテストが実施された。十分な熱感度を有する検出導体要素１３０が選択されているため、両方の効果は行き渡ったものであった。図３Ａは、−３０℃〜＋５０℃の温度範囲にわたる、２．５％メタンの周期的な流入／スパイクに対する信号応答を示す。１／２０と表示された軌跡（低電力、補償モード）は、活性検出要素または検出器の１／２０の電力により動作され、それにより、上述の「温度補償」機能を提供する検出要素または検出器のデータを示すものである。図３Ｂは、５０％ＬＥＬに較正された検出器応答を示す。図３Ｂは、調査時における温度変化の様子も示す。
【００５５】
周囲温度のみの変化の影響を監視するために、検出器組立体１１０の検出要素が、低電流（例えば、通常動作電流の１／２０）で動作されたテストも実施された。係る動作モードにおいては、検出要素は、動作するために数ｍＷのみを必要とした（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。テスト結果が示したように、低電力（すなわち、検出要素の触媒活性を低下させる、例えば、検出要素が可燃性ガスに対して実質的にまたは完全に不活性となる、十分に低い電力）で動作時の検出器組立体１１０の検出要素は、補償要素の代替として用いることができる。湿度および圧力の効果が無視可能であり、検出要素においてワイヤの化学温度効果のみが顕著であるため、かかる検出要素に忠実に合致する必要は、現在利用可能な可燃性ガス検出器の検出要素／補償要素対と比較すると、大きさの程度分だけ緩和される。
【００５６】
２つの検出器組立体１１０を備え且つ補償器を備えない検出器または検出器組立体２００が作られた（図４参照）。通常動作時は、検出要素／検出器のうちの一度に１つのみが例えば触媒活性を示すよう（すなわち、高電力／高温で）動作する。他方の検出要素／検出器は、低電圧／低温で（例えば、可燃性ガスに対して実質的にまたは完全に、触媒的に不活性を示すよう）動作し、ひいては温度補償器（すなわち、周囲温度変化の効果に対する補償器）として作用する。検出器２００は、動作するに当たり、１００ｍＷ未満を必要とした。各検出要素が独立的に動作可能であるため、検出器寿命は、現在利用可能な検出器と比較すると、実質的に２倍となり得る。
【００５７】
補償器または補償要素が必要なく、要素を合致させる必要がないため、検出器２００は、現在利用可能な可燃性ガス検出器と比較すると、動作に必要な電力はほぼ半分である。さらに、検出器２００は、実質的により低コストで生産される（別個の補償要素の生産の必要もなく、また合致させる必要もないため）一方で、潜在的に現在利用可能な可燃性ガス検出器の２倍の長さ動作することができる。
【００５８】
他の実施形態においては、検出要素をさらに追加することができる。中程度により低い出力レベルがガス濃度を判定するために選択される、高いガス濃度を計測するために熱伝導率を用いる動作モードも、含むことができる。さらに、検出要素の動作を切替える、または他の方法で電力を節約するために、様々な電子システムおよび方法を用いることができる。必要な電力をさらに低減するために、例えば、動作に関する、パルスモード、パルス幅変調モード、または他の省電力モードを提供することができる。
【００５９】
検出器の検出要素は、高電力／高温活性モードと低電力／低温不活性または補償モードとの間で、広範囲の周期にわたって切替えることができる。一般に、サイクルの周期は、平衡または安定状態動作を達成するために必要な回数により（より下方の端部において）制限される。例えば、２０秒ほどの短い周期が、テストされた検出要素を用いて可能であった。それよりも長い周期（例えば、時間、日、週、月、またはそれよりも長期間）も可能である。各検出器組立体１１０のそれぞれの接触支柱１３０と電気的に接続された電子回路３００（図４参照）は、検出要素モード間の周期的自動切換を実施することが可能である。あるいは、モード間の切換は、手動始動後、または電源遮断／電源投入（電源サイクル）手順もしくは事象等の制御事象後に、実施することができる。
【００６０】
米国特許第４，５３３，５２０号および米国特許第５，７８０，７１５号においては、例えば、ブリッジを電子的に平衡させるため、および検出要素を独立的に動作させるための、システムおよび方法が開示されている。かかるシステムおよび方法は、例えば回路３００に組み込むことができる。図５は、電子（例えば、制御および／または計測）回路３００の回路図を示す。電子回路３００において、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が検出要素／検出器に対する出力レベルを設定する。低ターゲット値（１／２０）を設定することにより、検出要素または検出器要素は、上述のように温度補償器として作用する。各検出要素または検出器要素は、独立的ブリッジ回路に電気的に接続され、プロセッサ／コンピュータにより読み取られる。プロセッサは、関連する応答および最終的ガス応答を計算する。
【００６１】
本明細書に記載の装置、システム、および／または方法は、様々な種類の可燃性ガス検出器に関連して使用することができる。例えば、かかる装置、システム、および／または方法は、例えば、米国特許第５，５９９，５８４号および第６，７０５，１５２号に記載されるもののような、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、薄膜／厚膜システム、または他の適切なマイクロテクノロジーもしくはナノテクノロジーシステムに関連して使用することができる。
【００６２】
前述の記載および添付の図面は、現時点における実施形態を説明するものである。勿論、様々な変更例、追加物、および代替的設計が、前述の教示に照らすことにより、前述の記載よりもむしろ以下の特許請求の範囲により示される本明細書の範囲から逸脱することなく、当業者に明らかになることであろう。特許請求の範囲の等価物の意味および範囲に含まれる、すべての変化例および変更例は、特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【００６３】
関連技術の相互参照
本願は、米国仮特許出願整理番号第６１／２５６，７４９号の利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１Ａ】
2013509594.tif 000006
【図１Ｂ】
2013509594.tif 000007
【図１Ｃ】
2013509594.tif 000008
【図２Ａ】
2013509594.tif 000009
【図２Ｂ】
2013509594.tif 000010
【図２Ｃ】
2013509594.tif 000011
【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
2013509594.tif 000015
【図５】
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【国際調査報告】
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