DE2816104C3 - Detektorelement für brennbare Gase - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,daß

d) das Stoffgemisch außer Zeolith Kaolin enthält.

Die Erfindung betrifft ein Detektorelement für brennbare Gase mit einem beheizbaren Draht, einem den Draht einhüllenden Überzug aus einem nichtkatalytischen Trägermaterial mit einem katalytisch aktiven Material sowie einer den Überzug vollständig umgebenden porösen Schutzschicht zur Fernhaltung von Katalysatorgiften vom katalytisch aktiven Material, welche aus einem Zeolith enthaltenden Stoffgemisch besteht.

Bei solchen Detektoren erfährt der Draht infolge der Oxidation eines verbrennbaren, an ihm vorbeitretenden Gases und der daraus folgenden Temperaturänderung eine Widerstandsänderung. Solche Gasdetektoren sind normalerweise in einer Brückenschaltung enthalten, wobei eine Änderung des Brückenabgleiches bei einem Wechsel des Drahtwiderstandes eine Anzeige für die Konzentration des brennbaren Gases ergibt.

Es ist wohl möglich, einen unbedeckten Draht zu verwenden, es ist jedoch üblich, einen Draht zu benutzen, der in eine Umhüllung aus keramischem Material eingebettet ist, damit sich ein robuster Aufbau ergibt. Es ist auch üblich, einen solchen Überzug mit einem Oxidationskatalysator zu beschichten oder einen solchen Oxidationskatalysator dem Gemisch, aus dem der Überzug hergestellt ist, beizufügen, um die Temperatur, bei der die Oxidation des brennbaren Gases stattfindet, herabzusetzen und dadurch ein Verdampfen des Drahtes zu reduzieren oder zu verhindern, um so die Neigung der Charakteristiken des Gasdetektors, während des Gebrauches sich zu verändern, herabzusetzen.

Um noch wirksamer zu verhindern, daß sich die elektrische Charakteristik der Detektoren ändert, weisen sie eine äußere poröse Schutzschicht zur Fernhaltung von Katalysatorgiften auf. Ohne diese Schutzschicht würden i.ichtflüchtige Rückstände im Gas, die sich auf der Oberfläche des Gasdetektors absetzen, dazu führen, daß der Katalysator vergiftet wird und/oder der normale Gasfluß zur Detektoroberfläche behindert wird, die Empfindlichkeit des Gerätes herabsetzen und damit seine elektrische Charakteristik ändern.

Wenn beispielsweise Dämpfe von verbleiten Rohöldestillaten verbrannt werden, kann sich Blei in fester Form an der Oberfläche-des Detektors ablagern, den Gasfluß behindern und/oder den Katalysator vergiften. Die vorliegende Anmeldung geht von einem Detektorelement aus, wie es in der Patentanmeldung 26 40 868.4—52 beschrieben wird Dieses Detektorelement weist eine äußere poröse Schutzschicht aus einer Mischung von Zeolith und Aluminiumoxid auf. Dieses Detektorelement beseitigt bereits recht zufriedenstellend die genannten Schwierigkeiten.

In Nature V. 217, 30. März 1968, Seiten 1252 bis 1253

ίο werden Palladium-Katalysatoren zur Oxidation von Methan untersucht. Bei zwei der beschriebenen Palladium-Katalysatoren liegt das Palladium in der Zeolithstruktur eingebaut vor. Vergiftungsversuche mit Hexamethyldisiloxan bestätigen den Einbau des Palladiums in den Poren des Zeoliths, d. h. daß auf der äußeren Oberfläche des Zeoliths kein metallisches Palladium vorliegt Abgesehen davon, daß in diesem Fall keine äußere poröse Schutzschicht ohne Katalysatormaterial vorliegt, wie es beim eingangs genannten Detektorelement die den Katalysator enthaltende Schicht umgibt, würde eine Schutzschicht aus Zeolith allein eine schlechte Haftung ergeben und daher für Detektorelemente ungeeignet sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Detektorelement der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Ansprechempfindlichkeit und dessen Widerstand gegen Bleivergiftungen vergrößert sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Detektorelement die Schutzschicht Kaolin und Zeolith enthält.

Vorzugsweise wird die poröse Schicht aufgetragen, nachdem die darunter liegende Detektorumhüllung ausgeheizt oder »aktiviert« wurde.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Gasdetektor-Brückenschaltung mit einem erfindungsgemäßen Gasdetektorelement zeigt.

Das Detektorelement 1 in der Zeichnung besteht aus einem heizbaren Platindraht 2, der in einer Umhüllung 3 aus einem homogenen Gemisch aus Aluminiumoxid und einem Oxidationskatalysator-Material besteht. In diesem Beispiel besteht das Oxidationskatalysator-Material aus Palladium und Platin. Um diese Umhüllung 3 ist eine Schicht 4 aus Oxidationskatalysator-Material angebracht, die die Umhüllung 3 vollständig umhüllen kann. Das Oxidationskatalysator-Material der Schicht 4 ist ebenfalls ein Gemisch aus Palladium und Platin, das durch Aufbringen von Lösungen mit relativ hoher Konzentration auf die Außenseite der Umhüllung 3

so gebildet wurde. Auf diese Schicht 4 wird eine aus einem Gemisch von Zeolith und Kaolin bestehende Schicht 14 so aufgetragen, daß die darunterliegende Schicht und die Grundumhüllung 3 vollständig umgeben sind.

Das Detektorelement 1 befindet sich in einem Zweig einer abgeglichenen Brückenanordnung, die aus Widerständen 5 und 6 von gleichem Wert und aus einem Kompensationselement 7 besteht. Das Kompensationselement 7 besteht aus einem in eine Umhüllung 9 aus einem homogenen Gemisch aus Aluminiumoxid und als Gift wirkendem Kaliumhydroxid eingebetteten Platindraht 8, wobei die Umhüllung eine Oxidation von brennbaren Gasen verhindert. An den Endpunkten der Brücke liegt ein Spannungs-Meßinstrument tO, das zur Anzeige von Konzentration brennbarer Gase geeicht ist. Das Instrument 10 ist so angeordnet, daß es durch Einstellung des Abgriffes eines Potentiometers 11 auf Null gestellt werden kann. An den Klemmen 12 kann eine Energiequelle angeschlossen werden, die sowohl

den Heizstrom für die Drähte 2 und 8 als auch die Spannungsversorgung für die Brücke gibt.

Außer dem Aufbau des Detektorelements 1 ist die Anordnung an sich bekannt.

Im Betrieb werden das Detektorelem;nt 1 und das Kompensationselement 7 normaler Atmosphäre ausgesetzt und das Einstellpotentiometer «1 so eingerichtet, daß das Instrument 10 auf Null steht. Das Detektorelement 1 und das Kompensationselenient 7 werden dann der zu überwachenden Atmosphäre ausgesetzt. Be· der Verbrennung von Dämpfen von Rohöldestillaten oxidiert das Blei und verbleibt an der Oberfläche der porösen Schicht 14, während der Kohlenwasserstoffanteil durch die poröse Schicht 14 zur Schicht 4 diffundiert und dort auf normale Weise oxidiert. An der Oberfläche des Kompensationselementes 7 tritt keine Oxidation auf. Wie beschrieben, steigt die Temperatur des Drahtes 2 an mit daraus folgender Widerstandsänderung. Die Anzeige des Instrumentes 10 ergibt dann ein Maß der Konzentration von brennbaren Gasen in der zu 2u überwachenden Atmosphäre.

Bei der Herstellung des Gasdetektors 1 wird zunächst der Draht 2 gewendelt und dann gereinigt. Eine Lösung von Palladiumchlorid, Platinchlorid, konzentrierter Salzsäure, destilliertem Wasser und einer Aluminiumnitratlösung wird mit folgenden Mengenverhältnissen hergestellt:

1 Gramm Palladiumchlorid

1 Gramm Platinchlorid jo

12,5 ml konzentrierte Salzsäure

12,5 ml destilliertes Wasser

100 ml gesättigte Aluminiumnitratlösung bei

20⁰C.

Ein Überzug (Überzug 3) wird dann durch ein an sich j-> bekanntes Verdampfungsverfahren auf dem Platindraht 2 erzeugt.

Eine Lösung von Palladiunichlorid, Platinchlorid, konzentrierter Salzsäure, destilliertem Wasser und einer Aluminiumnitratlösung wird dann mit folgenden Mengenverhältnissen hergestellt:

1 Gramm Palladiumchlorid

1 Gramm Platinchlorid

25 ml 2,5N Salzsäure

S ml gesättigte Aluminiumnitratlösung bei

2O⁰C.

Mit dieser Lösung wird dann eine Schicht (Schicht 4) um den bereits gebildeten Überzug wiederum durch ein Verdampfungsverfahren hergestellt. In diesem Zustand wird der Überzug wie an sich bekannt ausgeheizt oder »aktiviert«, indem das Element bei erhöhter Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre in Betrieb gesetzt wird.

Die Schicht 14 wird dann dadurch gebildet, daß ein Gemisch aus Zeolith-Hydrogenmordenit und aus Kaolin im Verhältnis 60 :40 mit Wasser aufgeschlämmt wird, wobei 10 Gramm des Gemisches in 66 cm³ Wasser aufgeschlämmt werden. Tropfen dieses Schlammes werden auf die Oberfläche der Schicht 4 mit einer Spritze aufgebracht, und der Schlamm wird zum Trocknen erwärmt, indem durch den Draht 2 ein Strom geschickt wird.

Um wiederum Unterschiede der Oberflächenfarbe des Detektorelementes und des Kompensationselementes auszugleichen, wodurch Unterschiede der thermischen Emissivität er/.eugt werden könnten, die den Abgleich der Brücke beeinflussen, kann ein (nicht gezeigter) Kornpensationswiderstand parallel zum Kompensationselement 7 geschaltet werden.

Es hat sich gezeigt, daß eine Wirkung der Verwendung eines Zeolith-Kaolin-Gemisches für die Schicht 14 darin besteht, daß im Vergleich zur Verwendung von Aluminiumoxid eine geringere Herabsetzung der Ansprechempfindlichkeit infolge der Anwesenheit der zusätzlichen Schicht erfolgt, und daß gleichzeitig der Widerstand gegen eine Bleivergiftung verbessert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Detektorelement für brennbare Gase mit

   a) einem beheizbaren Draht,

   b) einem den Draht einhüllenden Überzug aus einem nichtkatalytischen Trägermaterial und einem katalytisch aktiven Material,

   c) einer den Überzug vollständig umgebenden porösen Schutzschicht zur Fernhaltung von Katalysatorgiften vom katalytisch aktiven Material, welche aus einem Zeolith enthaltenen Stoffgemisch besteht,