(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6813360
(24)【登録日】2020年12月21日
(45)【発行日】2021年1月13日
(54)【発明の名称】ガストラップの故障を検出するためのヒューズ
(51)【国際特許分類】
G01N 31/00 20060101AFI20201228BHJP
G01N 27/12 20060101ALI20201228BHJP
【FI】
G01N31/00 Q
G01N31/00 D
G01N27/12 C
【請求項の数】14
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-567918(P2016-567918)
(86)(22)【出願日】2015年3月4日
(65)【公表番号】特表2017-516993(P2017-516993A)
(43)【公表日】2017年6月22日
(86)【国際出願番号】US2015018707
(87)【国際公開番号】WO2015178998
(87)【国際公開日】20151126
【審査請求日】2018年3月2日
(31)【優先権主張番号】62/002,386
(32)【優先日】2014年5月23日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】517430716
【氏名又は名称】ビーエル テクノロジーズ、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マンレイ,ジェシー・コリン
【審査官】
倉持 俊輔
(56)【参考文献】
【文献】
特開2007−178377(JP,A)
【文献】
特開2005−214766(JP,A)
【文献】
米国特許第05466605(US,A)
【文献】
国際公開第2003/029801(WO,A1)
【文献】
登録実用新案第3162656(JP,U)
【文献】
特開2013−137220(JP,A)
【文献】
特開2008−058253(JP,A)
【文献】
特表2001−504583(JP,A)
【文献】
英国特許出願公開第02453970(GB,A)
【文献】
特開2005−331364(JP,A)
【文献】
特表平10−503858(JP,A)
【文献】
M. F. Mabrook et al.,An inkjet-printed chemical fuse,APPLIED PHISICS LETTERS,2004年,vol. 86, no. 1,13507-1-13507-3
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 27/04,27/12,
G01N 31/00−31/22
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス検出ヒューズであって、
電極対と、
厚さ約1〜30μmの導電材料であって、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材と
を備えるガス検出ヒューズであって、
対象とするガスと導電材料との化学反応が、電極対間の電気的接続を物理的に切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、ガス検出ヒューズ。
【請求項2】
接続部材が、導電材料のシートを備える、請求項1に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項3】
接続部材が、導電材料のフィラメントワイヤを備える、請求項1に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項4】
接続部材が、非導電性基材に付着した導電材料の層を備える、請求項1に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項5】
導電材料が金属であり、対象とするガスがハロゲンである、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項6】
化学反応が酸化反応である、請求項1に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項7】
電極対及び接続部材が、回路基板に実装されている、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項8】
接続部材が、ガストラップの排気出口および/またはガス導管に配置されている、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項9】
電極のうちの少なくとも1つが、電極対間の電気的接続が切断されると、アラーム信号を生成するように構成されている制御装置に接続されている、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ。
【請求項10】
流入ガス流を受け入れるためのインレット、及び流出ガス流を排出するためのアウトレットを有する筐体と、
厚さ約1〜30μmの導電材料であって、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材と、
電極のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対間の電気的接続が切断されると、ガス警告出力を生成するように構成されている制御装置と
を備える装置であって、
対象とするガスと導電材料との反応が、電極対間の電気的接続を物理的に切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、装置。
【請求項11】
ガス状分析副生成物を排出する排気口を有する全有機炭素(TOC)分析器と、
電極対間の電気的接続を与える導電材料を含み、ガス状分析副生成物と接触するように配置されている接続部材であって、ガス状分析副生成物と導電材料との化学反応が電極対間の電気的接続を切断するように、導電材料が選択される、接続部材と、
電極のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対間の電気的接続が切断されると、TOC分析器を停止させるように構成されている制御装置と
を備える装置。
【請求項12】
接続部材は、ガス状分析副生成物と導電材料との化学反応によって物理的に切断されるように構成されている、請求項11に記載の装置。
【請求項13】
TOC分析器の排気口に接続されているインレット、及びガスを排出するためのアウトレットを有するガストラップを備え、接続部材が、ガストラップのアウトレットに配置されている、請求項11または12に記載の装置。
【請求項14】
ガス状排気を受け入れるために接続されているインレット、及びガスを排出するためのアウトレットを有するガストラップと、
電極対、及び厚さ約1〜30μmの導電材料であって、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材を備えるガス検出ヒューズであって、接続部材が、ガストラップのアウトレットに配置されている、ガス検出ヒューズと
を備える装置であって、
導電材料は、排出するガスと導電材料との化学反応が電極対間の電気的接続を物理的に切断するように、選択される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、有害ガスの検出に関する。より詳細には、本開示は、ハロゲントラップから漏れた塩素ガスの存在を検出するための装置に関する。
【背景技術】
【0002】
全有機炭素(TOC)分析器等のサンプル分析器は、分析されるサンプルに応じて、有害ガスを生じることがある。特に、塩化物を含有するサンプルが分析される場合に生じる塩素ガスは、腐食性が強く、人が負傷し、当技術分野の機器が故障する可能性がある。GE Analytical InstrumentsのInnovOx(商標)TOC分析器を含む、いくつかのTOC分析器は、ハロゲントラップを備える。例えば、ハロゲントラップ内の活性炭は、ハロゲントラップの質量の20%〜50%の塩素を吸着できる(P.Lodewyckx and L.Verhoeven,Using the modified Wheeler−Jonas equation to describe the adsorption of inorganic molecules:chlorine,January 25th,2003.Pg:1217−1219)。しかし、活性炭の反応部位が一度使用される(すなわち、トラップが飽和する)と、又はトラップが何らかの方法で故障している場合、塩素又は他のハロゲンが、トラップから漏れることがある。塩素を測定するための典型的な市販のガスセンサは、比較的複雑かつ高価である傾向がある。本発明者は、塩素等の有害ガスを検出する代替手段に対する需要を特定した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】英国特許出願公開第2453970号明細書
【発明の概要】
【0004】
本開示は、対象とするガスを検出するための、金属等の導電材料を含む、2つの電極を接続する接続部材(例えば、薄帯又はシート、1以上のワイヤ等)を備えるガス検出ヒューズを提供する。対象とするガスが導電材料と接触すると、(例えば、ガスと反応した結果、導電材料が物理的一体性を失うことにより、又は非導電性になることにより、)電極間の電気的接続が切断されるように、導電材料は、対象とするガスとの反応性を有するように選択され、比較的大きな表面積を有する。
【0005】
本明細書は、対象とするガスが塩素であり、金属が錫である例を説明している。錫が塩素に曝露されると、錫は酸化され、液体の四塩化錫を生じるので(Sn(s)+2Cl
2(g)→SnCl
4(l))、電気的接続が切断される。
【0006】
ヒューズは、TOC分析器のハロゲントラップのアウトレットに配置されていてもよく、TOC分析器の制御装置に動作可能に接続されていてもよい。したがって、ヒューズの電気的接続が切断されると、TOC分析器を停止させて、更なる塩素の生成を停止させることにより、フェールセーフとして作用するようにヒューズが構成されていてもよい。
【0007】
ヒューズは、塩素ガスの存在を検出するために、設備又は機器の重要な位置に配置されてもよい。ヒューズのうちの1つが電気的接続を切断すると、アラーム又は他の警告信号が自動的に生成され、設備又は機器の使用者に、対処すべき、可能性のある安全又は制御の懸念に対する注意を促してもよい。したがって、これらのヒューズの早期警告網により、可能性のある生産ラインの停止の状況が回避され得る。
【0008】
本明細書は、電極対と、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材とを備えるガス検出ヒューズを説明する。対象とするガスと導電材料との化学反応が、電極対間の電気的接続を切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されてもよい。接続部材は、導電材料の細線、導電材料の薄いシートもしくは薄帯、非導電性基材に(例えば蒸着等により)付着した導電材料の層、又はガスと反応するための比較的大きな表面積を提供する他の適切な構造を備えていてもよい。
【0009】
また、本明細書は、流入ガス流を受け入れるためのインレット、及び流出ガス流を排出するためのアウトレットを有する筐体と、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材と、電極のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対間の電気的接続が切断されると、ガス警告出力を生成するように構成されている制御装置とを備える装置も説明する。
【0010】
また、本明細書は、ガス状分析副生成物を排出する排気口を有する全有機炭素(TOC)分析器と、電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材と、電極のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対間の電気的接続が切断されると、TOC分析器を停止させるように構成されている制御装置とを備える装置も説明する。
【0011】
また、本明細書は、ガス状排気を受け入れるために接続されているインレット、及びガスを排出するためのアウトレットを有するガストラップと、電極対、及び電極対間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材を備えるガス検出ヒューズであって、接続部材が、ガストラップのアウトレットに配置されている、ガス検出ヒューズとを備える装置も説明する。
【0012】
本開示の他の態様及び特徴は、具体的な実施形態の下記の説明、及び添付の図面を再検討することにより、当業者に明らかになるであろう。
【0013】
本開示の実施形態は、単なる例として、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】一実施形態による、ガスヒューズ及び全有機炭素(TOC)分析器の使用を概略的に示すブロック図である。
【
図2】一実施形態によるヒューズの例を概略的に示す図である。
【
図3】一実施形態による、TOC分析器の塩素の発生を制御する方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1は、一実施形態によるガス検出ヒューズ110を備えるシステム100の例を示す。システム100は、TOC分析器102を備え、TOC分析器102は、当技術分野で知られている任意の適切なサンプル分析器であってもよい。TOC分析器102は、サンプルを分析するときに、排気ガス105を生じ、排気ガスは、ハロゲントラップ106に向かう。ハロゲントラップ106は、例えば、活性炭の層を備えていてもよい。ハロゲントラップ106から排出されるガス107が、実質的にハロゲンを含まないように、ハロゲントラップ106は通常、ハロゲンガスを吸着する。しかし、一度トラップ106が飽和すると、又はトラップ106が故障している場合、ガス107は、塩素又は他のハロゲンガスを含有し得る。トラップ106を通過した後、ガス107はガス検出ヒューズ110と接触し、その後、アウトレット109から周囲の環境に排気される。
【0016】
以下で更に説明される通り、ヒューズ110は、2つの電極間に接続されている、導電材料の接続部材を備える。対象とするガスが、トラップ106から排出されるガス107に存在するときに、電極間の電気的接続が切断されるように、導電材料は、対象とするガスと反応するように選択される。
【0017】
例えば、いくつかの実施形態では、錫が塩素に曝露されると、錫が酸化され、次の反応:Sn(s)+2Cl
2(g)→SnCl
4(l)により、液体の四塩化錫を生じるように、対象とするガスは塩素であり、導電材料は錫である。液体の四塩化錫は、空気と接触して発煙し、減少し、したがって電気的接続が切断される。
【0018】
他の実施形態では、他の材料を使用してもよい。例えば、凝縮水の多い環境では、塩素を検出するために、錫の代わりに銅を使用できる。含水量の低い環境における銅の接続部材の初期の試作試験は、金属を不動態化するだけであった。銅の接続部材を、塩素及び高含有量の凝縮水に曝露した場合、金属が破壊され、接続が切断された。
【0019】
接続部材は、断面積に対する表面積の比率が比較的高い。接続部材は、例えば、導電材料の細線、導電材料の薄いシートもしくは薄帯、非導電性基材に(例えば蒸着等により)付着した導電材料の層、又はガスと反応するための比較的大きな表面積を提供する他の適切な構造を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、接続部材は、厚さ約1〜30μmの範囲の導電材料の膜を備える。接続部材の具体的なサイズ及び形状は、用途に基づいて選択されてもよい。例えば、導電材料のシートは、ヒューズの輸送又は他の取り扱い中の耐久性を高くするために、使用することができる。一方、フィラメントワイヤ等は、輸送中に破損しやすいかもしれないが、ヒューズがあまり動かされない場合には適切であり得る。一般に、より薄い接続部材は、導電材料と反応性のガスの存在下で、より速く電気的接続を切断する傾向があるであろう。したがって、より厚い接続部材よりも、高い感度及び早い警告表示を提供し得る。
【0020】
図示される実施形態では、ヒューズ110は、TOC分析器102の制御装置104に動作可能に接続されている。制御装置104は、ヒューズ110の電気的接続の切断を検出し、電気的接続の切断に応じて、TOC分析器102を停止させるように構成されている。当業者が認識するであろうように、ヒューズ110とTOC分析器102との間の動作接続は、色々な方法で実施することができる。例えば、ヒューズ110の電気的接続が切断されると、制御装置104によって監視される電圧又は電流は変化し得、又は制御装置104及び/もしくはTOC分析器102への電力の供給は停止され得る。
【0021】
図2は、一実施形態によるガス検出ヒューズ110の例を示す。筐体112は、筐体112を通過するガス流113を有する。筐体112は、例えば、導管、機器の排気の一部、又は対象とするガスが通過し得る任意の他のボリュームであってもよい。リード対114が、電極対116に接続され、導電材料の接続部材118が、電極対間の電気的接続を与える。リード114は、電極116同士の間の電気的接続の切断を検出するように構成されているローカルコントローラ又はリモートコントローラに接続されていてもよい。接続部材118は、筐体112のガス流113と接触するように配置されている。接続部材118が対象とするガスに曝露されるときに、電極116同士の間の電気的接続が切断されるように、導電材料は、対象とする1以上のガスとの反応性に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、リード114が電極116として作用してもよい。例えば、リード114を、接続部材118にはんだ付けし、又は他の方法で直接取り付けることができる。
【0022】
InnovOx実験機器で、1%のHClを有する30%のNaCl(wt/vol)、及び30%の過硫酸ナトリウムを混合した脱イオン水を用いて、試験を行った。試験で使用した錫ヒューズの例は、厚さが25μmであった。下記の表は、ヒューズを、様々な塩素の量に、様々な濃度で曝露した場合に、ヒューズが切断するための時間を列挙している。
【0023】
【表1】
上記の結果から、平均ppm/m
3は、5.53ppmであった。塩素ガスのOSHA限界は、長期曝露では0.5ppmであり、短期曝露では1.0ppmである。したがって、ハロゲントラップが飽和し、又は他の理由で塩素の通過を許容する場合であっても、本明細書で開示されるガス検出ヒューズは、約6m
3以上の室内で塩化物イオンと接触すると、OSHA限界を超えて十分な塩素ガスが蓄積される前に、InnovOx機器等のTOC分析器を停止できるであろう。
【0024】
図3は、一実施形態による、分析器からの排気ガスと接触するように配置されているガス検出ヒューズを備える分析器を制御するための方法200のフローチャートである。ヒューズの電気的接続は、204で電気的接続の切断が検出されるまで、202で連続的に監視される。一度電気的接続が切断されると、206でTOC分析器を停止させる。任意で、208において、TOC分析器の使用者に知らせるためのアラートも送信されてもよい。
【0025】
前述の説明では、説明のために、多数の詳細が、実施形態を完全に理解するために明記されている。しかし、これらの具体的な詳細が必須のものではないことが、当業者には明白であろう。他の例では、理解を曖昧にしないために、よく知られた電気的構造及び回路が、ブロック図の形態で示されている。例えば、本明細書で説明される実施形態が、ソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、又はこれらの組合せとして実施されるか否かに関して、具体的な詳細は提供されていない。
【0026】
本開示の実施形態は、機械可読媒体(コンピュータ可読媒体、プロセッサ可読媒体、又はコンピュータ使用可能媒体に具現化されているコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ使用可能媒体とも称される)に記憶されるコンピュータプログラム製品として表されてもよい。機械可読媒体は、磁気記憶媒体、光記憶媒体、又は電気的記憶媒体を含む、任意の適切な有体の非一時的媒体であってもよく、この記憶媒体としては、ディスケット、コンパクトディスク読み出し専用メモリ(CD−ROM)、メモリデバイス(揮発性又は不揮発性)、又は同様の記憶機構が挙げられる。機械可読媒体は、命令の様々なセット、コードシーケンス、構成情報、又は他のデータを含んでもよく、これらは、実行時に、本開示の実施形態による方法のステップをプロセッサに行わせる。当業者は、説明される実施を行うために必要な他の命令及び操作も、機械可読媒体に記憶できることを認識するであろう。機械可読媒体に記憶される命令は、プロセッサ又は他の適切な処理デバイスによって実行でき、回路機構とインターフェイスして説明されるタスクを行うことができる。
【0027】
上記の実施形態は、単なる例であることが意図される。当業者により、具体的な実施形態に対して、改変、修正及び変更が行われ得る。特許請求の範囲は、本明細書で明記される具体的な実施形態によって限定されるべきでなく、全体として、明細書と合致するように解釈されるべきである。
[実施態様1]
電極対(116)と、
電極対(116)間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材(118)とを備えるガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様2]
対象とするガスと導電材料との化学反応が、電極対(116)間の電気的接続を切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、実施態様1に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様3]
接続部材(118)が、厚さ約1〜30μmの導電材料のシートを備える、実施態様1又は2に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様4]
接続部材(118)が、導電材料のフィラメントワイヤを備える、実施態様1又は2に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様5]
接続部材(118)が、非導電性基材に付着した導電材料の層を備える、実施態様1又は2に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様6]
導電材料が金属であり、対象とするガスがハロゲンである、実施態様1乃至実施態様5のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様7]
化学反応が酸化反応である、実施態様2に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様8]
導電材料が錫である、実施態様1乃至実施態様7のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様9]
導電材料が錫であり、対象とするガスが塩素である、実施態様2に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様10]
電極対(116)及び接続部材(118)が、回路基板に実装されている、実施態様1乃至実施態様9のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様11]
接続部材(118)が、ガストラップ(106)の排気出口に配置されている、実施態様1乃至実施態様10のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様12]
接続部材(118)が、ガス導管に配置されている、実施態様1乃至実施態様11のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様13]
電極(116)のうちの少なくとも1つが、電極対(116)間の電気的接続が切断されると、アラーム信号を生成するように構成されている制御装置(104)に接続されている、実施態様1乃至実施態様12のいずれか1項に記載のガス検出ヒューズ(110)。
[実施態様14]
流入ガス流を受け入れるためのインレット、及び流出ガス流を排出するためのアウトレットを有する筐体(112)と、
電極対(116)間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材(118)と、
電極(116)のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対(116)間の電気的接続が切断されると、ガス警告出力を生成するように構成されている制御装置(104)と、
を備える装置。
[実施態様15]
対象とするガスと導電材料との反応が、電極対(116)間の電気的接続を切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、実施態様14に記載の装置。
[実施態様16]
ガス状分析副生成物を排出する排気口を有する全有機炭素(TOC)分析器(102)と、
電極対(116)間の電気的接続を与える導電材料を含み、ガス状分析副生成物と接触するように配置されている接続部材(118)と、
電極(116)のうちの少なくとも1つに接続されており、電極対(116)間の電気的接続が切断されると、TOC分析器(102)を停止させるように構成されている制御装置(104)と、
を備える装置。
[実施態様17]
対象とするガスと導電材料との反応が、電極対(116)間の電気的接続を切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、実施態様16に記載の装置。
[実施態様18]
TOC分析器(102)の排気口に接続されているインレット、及びガスを排出するためのアウトレットを有するガストラップ(106)を備え、接続部材(118)が、ガストラップ(106)のアウトレットに配置されている、実施態様16又は17に記載の装置。
[実施態様19]
ガス状排気を受け入れるために接続されているインレット、及びガスを排出するためのアウトレットを有するガストラップ(106)と、
電極対(116)、及び電極対(116)間の電気的接続を与える導電材料を含む接続部材(118)を備えるガス検出ヒューズ(110)であって、接続部材(118)が、ガストラップ(106)のアウトレットに配置されている、ガス検出ヒューズ(110)と、
を備える装置。
[実施態様20]
対象とするガスと導電材料との反応が、電極対(116)間の電気的接続を切断するように、導電材料が、対象とするガスに基づいて選択されている、実施態様19に記載の装置。
【符号の説明】
【0028】
100 システム
102 TOC分析器
104 制御装置
105 排気ガス
106 ハロゲントラップ
107 ガス
109 アウトレット
110 ガス検出ヒューズ
112 筐体
113 ガス流
114 リード対
116 電極対
118 接続部材