(57)【要約】【課題】少ないセンサ触媒によって複数の異なる種類の被検出ガスの特定を行なうことができ、センサ触媒の選定を必要としないガス検出装置を提供することである。【解決手段】半導電性又は電気絶縁性の固体からなる少なくとも２以上の互いに異なる種類のセンサ触媒１０、１１と、外光から遮断した状態で前記センサ触媒１０、１１を収容するセンサ収容部１２と、前記センサ触媒１０、１１の温度を調整する温度調整手段２０と、前記センサ収容部１２内に被検出ガスを流動させるガス流動手段２４、２６と、前記センサ触媒１０、１１から放射されるルミネッセンスを検出する検出手段２２と、を備え、前記温度調整手段２０は、前記ガス流動手段２４、２６によって流動される被検出ガスが化学吸着しない低温から少なくとも前記センサ触媒に化学吸着する被検出ガスと脱離する被検出ガスが平衡状態となる高温まで昇温させるよう構成されており、前記検出手段２２は、前記センサ触媒が放射するルミネッセンスの強度の最高値と安定値を検出するよう構成されていることを特徴とするガス検出装置である。【選択図】図１
2005283216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導電性又は電気絶縁性の固体からなる少なくとも２以上の互いに異なる種類のセンサ触媒と、外光から遮断した状態で前記センサ触媒を収容するセンサ収容部と、前記センサ触媒の温度を調整する温度調整手段と、前記センサ収容部内に被検出ガスを流動させるガス流動手段と、前記センサ触媒から放射されるルミネッセンスを検出する検出手段と、を備え、
前記温度調整手段は、前記ガス流動手段によって流動される被検出ガスが化学吸着しない低温から少なくとも前記センサ触媒に化学吸着する被検出ガスと脱離する被検出ガスが平衡状態となる高温まで昇温させるよう構成されており、
前記検出手段は、前記センサ触媒が放射するルミネッセンスの強度の最高値と安定値を検出するよう構成されていることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記温度調整手段は、前記センサ触媒の高温の状態を所定の時間保つように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記温度調整装置は、前記高温の状態から前記低温の状態に降温させるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記検出手段によって検出されたルミネッセンスの強度の最高値と安定値に基づいて、被検出ガスの種類を特定するガス特定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記ガス特定手段は、前記検出手段によって検出された一のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の安定値と他のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の安定値の比と、前記検出手段によって検出された一のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比、又は他のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比と、から被検出ガスの種類を特定するよう構成されていることを特徴とする請求項４記載のガス検出装置。
【請求項６】
少なくとも１以上の被検出ガスについて、前記一のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の安定値と他のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の安定値の比と、一のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比、又は他のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比に関するデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記ガス特定手段は、該記憶部に記憶されているデータを参照して、被検出ガスの種類を特定するよう構成されていることを特徴とする請求項５記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導電性又は電気絶縁性固体からなるセンサ触媒と光検出装置を用いて、ガスの種類を特定するガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導電性又は電気絶縁性固体からなるセンサ触媒と光検出装置を用いて、ガスの特定やガスの濃度を検出するガス検出装置がある（特許文献１参照）。この種のガス検出装置は、図６に示すように例えばγ−Ａｌ２Ｏ３の焼結体などからなるセンサ触媒５０と、外光から遮断した状態でセンサ触媒５０が収容されたセンサ収容部５２と、センサ触媒５０を所定の温度に加熱可能な温度調整装置５４と、センサ触媒５０から放射されるルミネッセンスを検出する検出装置５６と、検出装置５６によって検出されたルミネッセンスに基づいて被検出ガスの特定を行なうガス特定装置５８と、検出装置５６によって検出されたルミネッセンスに基づいて被検出ガスの濃度を測定する濃度測定装置６０と、センサ収容部５２内に被検出ガスを流入可能なガス流入路６２と、センサ収容部５２内の被検出ガスを流出可能なガス流出路６４と、を備えている。
【０００３】
この種のガス検出装置は、次のようにガスの検出を行なう。先ず、温度調整装置５４によってセンサ触媒５０を触媒酸化反応が生じる温度に加熱しておく。次に、ガス流入路６２からセンサ収容部５２内に被検出ガスを一定の流速で流入させる。被検出ガスがセンサ触媒５０の表面で触媒酸化反応をすると、センサ触媒５０からルミネッセンスが放射するので、検出装置５６によって、そのルミネッセンスを検出し、ガス特定装置５８は、そのルミネッセンスの発光スペクトル又は発現温度から被検出ガスの特定を行なうことができる。また、濃度測定装置６０は、検出されたルミネッセンスの強度から被検出ガスの濃度を測定することができる。
【０００４】
また、このようなガス検出装置において、複数のセンサ触媒を使用して、ガスの種類の特定を効果的に行なうものがある（特許文献２）
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１７２２３５号公報
【特許文献２】特開２００３−２９４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のこの種のガス検出装置は、センサ触媒と被検出ガスの相性による化学的特性のみを利用した識別方法であり、一つのセンサ触媒から得られる被検出ガスの情報は一つであるので、多種のガスの識別には、特性の異なる多種のセンサ触媒が必要とするという問題がある。また、このようにセンサ触媒と被検出ガスの相性による化学的特性を利用したものなので、被検出ガスの種類の特定に必要なセンサ触媒の選定が難しく、試行錯誤的にセンサ触媒を選定しなければならないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、少ないセンサ触媒によって複数の異なる種類の被検出ガスの特定を行なうことができ、センサ触媒の選定を必要としないガス検出装置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】
【０００８】
以上の目的を達成するため、本発明は、半導電性又は電気絶縁性の固体からなる少なくとも２以上の互いに異なる種類のセンサ触媒と、外光から遮断した状態で前記センサ触媒を収容したセンサ収容部と、前記センサ触媒の温度を調整する温度調整手段と、前記センサ収容部内に被検出ガスを流動させるガス流動手段と、前記センサ触媒から放射されるルミネッセンスを検出する検出手段と、を備え、前記温度調整手段は、前記ガス流動手段によって流動される被検出ガスが化学吸着しない低温から少なくとも前記センサ触媒に化学吸着する被検出ガスと脱離する被検出ガスが平衡状態となる高温まで昇温させるよう構成されており、前記検出手段は、前記センサ触媒が放射するルミネッセンスの強度の最高値と安定値を検出するよう構成されていることを特徴とするガス検出装置である。
【０００９】
本発明に係るガス検出装置の温度調整手段が少なくとも２以上の互いに異なる種類のセンサ触媒を昇温させて前記高温状態とすると、低温の状態においてセンサ触媒に物理吸着して蓄積していた被検出ガスのうち、ガスとセンサ触媒の性質によって決まる特定の割合のガス分子が、温度上昇によって化学反応して、各センサ触媒に化学吸着し、その際に、各センサ触媒は、ルミネッセンスを放射する。各センサ触媒は、このように物理吸着から化学吸着に変わる際にルミネッセンスを放射するので、そのルミネッセンスの強度は、温度の上昇とともに上昇してピークに達するが、その後、これらセンサ触媒に気相から輸送されて化学吸着する被検出ガスと脱離する被検出ガスが平衡状態になるため、一定な値に安定する。検出手段は、そのピークに達したときのルミネッセンスの強度を最高値Ｉｐとし、一定な値に安定したときのルミネッセンスの強度を安定値Ｉｓｓとして検出する。
【００１０】
本発明者らは、これら各センサ触媒から放射するルミネッセンスの強度の最高値と安定値から、複数の被検出ガスを特定できることを見出した。すなわち、一のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の最高値Ｉｐをその安定値Ｉｓｓによって割った値Ｉｐ／Ｉｓｓは、センサ触媒に対する被検出ガスの物理吸着量が多いほど大きくなり、物理吸着しやすく、脱離しにくいガスほど大きな値を示すので、被検出ガスのセンサ触媒に対する物理吸着の性質を示す値である。これに対して、例えば二種類のセンサ触媒を用い、それぞれのルミネッセンスの強度の安定値の比Ｉ１ｓｓ／Ｉ２ｓｓを算出すると、これは一のセンサ触媒における被検出ガスの化学反応と他のセンサ触媒における被検出ガスの化学反応の相違に起因するルミネッセンスの強度比を示すので、被検出ガスのセンサ触媒に対する化学反応の性質を示す値である。これら物理吸着を示す値と化学反応を示す値は、被検出ガス独自のものであるので、これらの値に基づいて被検出ガスの特定を行なうことができる。
【００１１】
本発明に係るガス検出装置において、前記温度調整手段は、前記高温の状態から前記低温の状態に降温させるよう構成されていることが好ましく、また、前記センサ触媒の低温の状態と高温の状態を所定の時間保つように構成されていることが好ましい。このようにセンサ触媒の低温の状態と高温の状態を所定の時間保つことにより、安定した安定値を検出することができ、ガス検出の精度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係るガス検出装置において、前記温度調整手段は、前記低温の状態及び前記高温の状態への昇温及び降温を繰り返し行なうよう構成されていることが好ましく、このように繰り返し行なうように構成することにより複数の最高値と安定値を得ることができ、ガス検出の精度を向上させることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係るガス検出装置は、前記検出手段によって検出されたルミネッセンスの強度の最高値と安定値に基づいて、被検出ガスの種類を特定するガス特定手段をさらに備えていることが好ましく、このガス特定手段は、前記検出手段によって検出された一のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の安定値と他のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の安定値の比と、前記検出手段によって検出された一のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比、又は他のセンサ触媒が放射するルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比と、から被検出ガスの種類を特定するよう構成されていることが好ましい。この際、少なくとも１以上の被検出ガスについて、前記一のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の安定値と他のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の安定値の比と、一のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比、又は他のセンサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比に関するデータを記憶する記憶部をさらに備え、前記ガス特定手段は、該記憶部に記憶されているデータを参照して、被検出ガスの種類を特定するよう構成されていることが好ましい。
【００１４】
またさらに、本発明に係るガス検出装置は、自然対流による流れの流速よりも速い流速で前記センサ触媒の表面に被検出ガスを吹き付ける吹付け手段をさらに備えていることが好ましい。また、本発明に係るガス検出装置は、前記センサ収容部内を第１室と第２室に分離するとともに、第１室と第２室を連通する少なくとも１以上の連通口を有する分離壁を備え、前記ガス流入手段は、前記第２室内に被検出ガスを流入可能に構成されており、前記ガス流出手段は、前記第１室内の被検出ガスを流出可能に構成されており、前記センサ触媒は、前記連通口から前記第１室内に流動する被検出ガスが吹き付けられる前記第１室内の位置に設置されていることが好ましく、この際、前記分離壁は、不透明な素材で構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明に係るガス検出装置は、各センサ触媒から二つの情報を得て被検出ガスの特定を行なうので、少ないセンサ触媒によって複数の被検出ガスの特定を行なうことができ、センサ触媒の選定を必要としないガス検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係るガス検出装置の実施例について図面に基づいて説明する。図１は、本実施例に係るガス検出装置の概念図である。本実施例に係るガス検出装置は、第１センサ触媒１０と、第２センサ触媒１１と、外光から遮断した状態で第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１を収容するセンサ収容部１２と、センサ収容部１２内を第１室１４と第２室１６に分離する分離壁１８と、第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１の温度を調整する温度調整装置２０と、第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１から放射されるルミネッセンスを検出する検出装置２２と、第２室１６内に被検出ガスを流入可能なガス流入管２４と、第１室１４内の被検出ガスを流出可能なガス流出管２６と、を備えている。
【００１７】
第１センサ触媒１０は、３２μｍ以下に粒径が揃えられたγ−Ａｌ２Ｏ３粉末に対して２ｍｏｌ％の割合でＤｙを加えた後に９００℃で１時間の熱処理を施し、γ−Ａｌ２Ｏ３：Ｄｙの粉末を調整し、これにバインダーとしてコロイダルシリカを加え、裏面に温度調整装置を設けたセラミックヒータ（３×３×０．３５ｍｍ）にスクリーン印刷法により厚膜を形成・焼成することによって作製された。第２センサ触媒１１は、３２μｍ以下に粒径が揃えられたγ−Ａｌ２Ｏ３粉末を９００℃で１時間の熱処理し、γ−Ａｌ２Ｏ３の粉末を調整し、これにバインダーとしてコロイダルシリカを加え、裏面に温度調整装置を設けたセラミックヒータ（３×３×０．３５ｍｍ）にスクリーン印刷法により厚膜を形成・焼成することによって作製された。
【００１８】
センサ収容部１２は、内径３０ｍｍの円筒状に形成されており、上面近傍及び底面近傍にセンサ収容部１２の内周面に密着するように円盤状に形成されたガラス板２８、３０が設置されている。このガラス板２８、３０によってセンサ収容部１２は、密閉状態を保つように構成されている。
【００１９】
分離壁１８は、センサ収容部１２の内周面に密着するように円盤状に形成されており、その中心部を対象とした位置に第１室１４と第２室１６を連通する直径２ｍｍの第１連通口３２及び第２連通口３３が形成されている。第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１は、第２室１６から第１室１４内に流動する被検出ガスが吹き付けられるように、この分離壁１８の第１連通口３２及び第２連通口３３の上方２ｍｍの位置に設置されている。
【００２０】
検出装置２２は、検出したルミネッセンスの強度を電子信号に変える変換装置３４に接続されており、この変換装置３４は、電子信号に変換されたルミネッセンスの強度のデータ処理を行なうマイクロプロセッサ３６に接続されている。このマイクロプロセッサ３６には、少なくとも１以上の被検出ガスについて、第１センサ触媒１０から放射されるルミネッセンス強度の安定値と第２センサ触媒から放射されるルミネッセンス強度の安定値の比と、第１センサ触媒１０から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比、又は第２センサ触媒１１から放射されるルミネッセンス強度の最高値とその安定値の比に関するデータを記憶する記憶装置３５、及びマイクロプロセッサ３６によって処理されたデータを表示する表示装置３７が接続されている。また、分離壁１８の連通口３２に対向するセンサ収容部１２の底面部１２Ａの位置には、センサ触媒１０から放射されるルミネッセンスが透過可能な透過口３８が形成されている。
【００２１】
流入管２４は、センサ収容部１２の第２室１６に連通しており、被検出ガスが溜められたガスタンク（図示省略）にポンプ４０を介して接続されている。このポンプ４０は、センサ収容部１２に流入する被検出ガスの流量を調整できるように構成されている。また、流出管２６は、センサ１２の第１室１４に連通しており、また流出される被検出ガスを処理する処理装置（図示省略）に接続されている。
【００２２】
次に、本実施例に係るガス検出装置の動作を図２に示す温度チャートに基づいて説明する。先ず、ポンプ４０を稼動することによって被検出ガスを流入管２４からセンサ収容部１２の第２室１６並びに第１連通口３２及び第２連通口３３を介して第１室１４内に流入して、第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１に被検出ガスを常時吹き付けておく。次いで、温度調整装置２０によって第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１の温度を１００℃で一定に保たせて、その状態で、被検出ガスを第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１に物理吸着させる（Ｓ１）。次に、第２センサ触媒１１の温度を１００℃に保った状態で、温度調整装置２０により第１センサ触媒１０の温度を５００℃まで２５℃／秒で昇温させ、物理吸着しているガスを第１センサ触媒１０に化学吸着させ（Ｓ２）、その５００℃の状態で２分間一定に保たせる（Ｓ３）。次に、温度調整装置２０によって第１センサ触媒１０の温度を１００℃まで２５℃／秒で降温させることにより化学吸着の状態から物理吸着の状態に戻し（Ｓ４）、第１センサ触媒１０を１００℃の状態で保たせる（Ｓ５）。次に、第２センサ触媒１１を４分間１００℃に保たせた後、第１センサ触媒１０の温度を１００℃に保った状態で、温度調整装置２０によって第２センサ触媒１１の温度を５００℃まで２５℃／秒で昇温させ、物理吸着しているガスを第２センサ触媒１１に化学吸着させ（Ｓ６）、その５００℃の状態で２分間一定に保たせる（Ｓ７）。次に、温度調整装置２０によって第２センサ触媒１１の温度を１００℃まで２５℃／秒で降温させることにより化学吸着の状態から物理吸着の状態に戻し（Ｓ８）、第２センサ触媒１１を１００℃の状態で保たせる（Ｓ９）。次に、第１センサ触媒１０を４分間１００℃に保たせた後、第２センサ触媒１１の温度を１００℃に保った状態で、温度調整装置２０によって第１センサ触媒１０の温度を５００℃まで２５℃／秒で昇温させ（Ｓ１０）、その後これら動作を繰り返し行う。そして、検出装置２２は、これら動作を行っている際に、第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１から放射するルミネッセンスを検出する。
【００２３】
図２に第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１の温度チャートに対応させたルミネッセンス強度のチャートを示す。図２において、ｐｕｌｓｅ１及びｐｕｌｓｅ３は、第１センサ触媒１０から放射されるルミネッセンスの強度を示すものであり、ｐｕｌｓｅ２及びｐｕｌｓｅ４は、第２センサ触媒１１から放射されるルミネッセンスの強度を示すものである。図２に示すように第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１から放射するルミネッセンスの強度は、温度の上昇とともに上昇してピークに達するが、その後、これら第１センサ触媒１０及び第２センサ触媒１１に化学吸着する被検出ガスと脱離する被検出ガスが平衡状態になるため、一定な値で安定する。そのピークに達したときのルミネッセンスの強度を最高値Ｉｐとし、一定な値に安定したときのルミネッセンスの強度を安定値Ｉｓｓとして、マイクロプロセッサ３６は、第１センサ触媒１０と第２センサ触媒１１それぞれが行った物理吸着と化学吸着の繰り返し、すなわち昇温と降温の繰り返しのうち、２回目以降の物理吸着と化学吸着の繰り返しの間に検出され、変換装置３４によって電子信号に変換されたルミネッセンス強度の最高値Ｉｐと安定値Ｉｓｓを抽出する。図３に示すように抽出された第１センサ触媒１０から検出された安定値Ｉ１ｓｓを第２センサ触媒１１から検出された安定値Ｉ２ｓｓで割った値Ｉ１ｓｓ／Ｉ２ｓｓを横軸とし、第１センサ触媒１０から検出された最高値Ｉ１ｐを安定値Ｉ１ｓｓで割った値Ｉ１ｐ／Ｉ１ｓｓを縦軸としてプロットした。また、図４に示すように抽出された第１センサ触媒１０から検出された安定値Ｉ１ｓｓを第２センサ触媒１１から検出された平均値Ｉ２ｓｓで割った値Ｉ１ｓｓ／Ｉ２ｓｓを横軸とし、第２センサ触媒１１から検出された最高値Ｉ２ｐを安定値Ｉ２ｓｓで割った値Ｉ２ｐ／Ｉ２ｓｓを縦軸としてプロットした。これら図３及び４は、表示装置３７に表示することができる。また、マイクロプロセッサ３６は、図３及び４に示す座標を記憶装置３５に記憶されているデータに当てはめることによって長時間に亘り継続的に被検出ガスの特定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るガス検出装置の実施例の概念図である。
【図２】本実施例に係るガス検出装置の実験例におけるセンサ触媒の温度とルミネッセンス強度のタイミングチャートである。
【図３】本実施例に係るガス検出装置の実験例において第１センサ触媒が放射するルミネッセンス強度を示すグラフである。
【図４】本実施例に係るガス検出装置の実験例において第２センサ触媒が放射するルミネッセンス強度を示すグラフである。
【図５】従来のガス検出装置の概念図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０   第１センサ触媒
１１   第２センサ触媒
２０   温度調整装置
２２   ガス検出装置
２４   ガス流入管
２６   ガス流出管
【図１】
2005283216.tif 000003
【図２】
2005283216.tif 000004
【図３】
2005283216.tif 000005
【図４】
2005283216.tif 000006
【図５】
2005283216.tif 000007