EP0334779A1 - Method and apparatus to detect the nature of combustion gas with a view to optimize combustion and applications thereof - Google Patents

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EP0334779A1
EP0334779A1 EP89430005A EP89430005A EP0334779A1 EP 0334779 A1 EP0334779 A1 EP 0334779A1 EP 89430005 A EP89430005 A EP 89430005A EP 89430005 A EP89430005 A EP 89430005A EP 0334779 A1 EP0334779 A1 EP 0334779A1
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phthalocyanine
detector
combustion
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burner
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1455Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor resistivity varying with oxygen concentration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel

Definitions

  • the present invention relates to methods and devices for globally detecting the nature of the combustion gases with a view to optimizing the latter and applications of these devices.
  • Detectors comprising a layer of metallic phthalocyanine placed in contact with the gases resulting from a combustion, for example in contact with the fumes of a burner or the exhaust gases of an internal combustion engine to globally measure the nature and the proportions of the combustion gases.
  • the electrical resistance of the phthalocyanine layer which is a semiconductor varies with the nature and proportions of the combustion gases, which depends on the respective proportions of air and fuel which combine in combustion.
  • Such a detector emits an electrical signal which generally depends on the mixture of gases contained in the combustion gases and which can be used to indicate the ratio between the quantity of air and fuel and / or to optimize this ratio when the signal delivered by the detector is used in a control loop which regulates the amount of air or the amount of fuel.
  • US Patent 4,381,922 describes combustion detectors comprising an insulating plate, electrodes deposited on this plate and a thin layer of an amorphous or crystalline metallophthalocyanine deposited between said electrodes, which is composed of ferrous, ferric phthalocyanine particles , Nickel, cobalt or copper, which have been suspended in a liquid solvent taken from the group of carbon tetrachloride, ether and acetone to be applied in a thin layer.
  • This patent teaches in particular that a copper or iron phthalocyanine, which has been suspended for 24 hours in carbon tetrachloride or in a chlorinated solvent gives rise to a compound whose electrical resistance is ten times lower than that of the same metallic phthalocyanine not treated with carbon tetrachloride or with a chlorinated solvent.
  • This patent also teaches the use of detectors comprising a sensitive layer of copper phthalocyanine, treated with ether to control the proper functioning of a burner.
  • the resistance variation curve as a function of the excess combustion air passes through a fairly flat minimum in the vicinity of the stoichiometric proportions and the detector can be used to regulate the admission of air to the burner.
  • phthalocyanines are p-type semiconductors.
  • water vapor is an electron donor gas which reduces the conductivity of phthalocyanine.
  • the positive charges are stabilized by water vapor and the number of positive carriers capable of ensuring conduction decreases.
  • the semiconductor can become n-type.
  • the gases produced by combustion in particular by the combustion of hydrocarbons necessarily contain water vapor which results of the combination of hydrogen from hydrocarbons with oxygen from the air.
  • US Patent 4,381,922 teaches that, when a phthalocyanine-based detector is used to control a burner in order to regulate the ratio between the quantities of air and of fuels, the detector is placed in a cell heated to a temperature of 95 ° C, to avoid condensation on the combustion water detector by keeping the burner at a temperature above the dew point.
  • detectors based on phthalocyanines are kept at a temperature above the dew point. In fact, if conductive water condenses on the detector, the electrodes of the latter are short-circuited and the electrical signal between the electrodes does not depend on the nature of the combustion gases.
  • U.S. Patent 4,381,922 teaches that one of the problems encountered when using phthalocyanine detectors is their sensitivity to atmospheric humidity. He teaches one way to solve this problem which is to add silica gel or a finely ground molecular sieve saturated with water in a mixture of phthalocyanines and carbon tetrachloride used to make the detectors.
  • the silica gel or molecular sieve powder then acts as a buffer which regulates and stabilizes the reaction to humidity of the detectors.
  • FIG. 10 of this same U.S. patent shows that the logarithm of the resistance of a detector obtained by this method passes through a minimum for a value of the excess of combustion air close to the stoichiometry but this minimum is relatively flat.
  • This flattening of the resistance variation curve near the minimum is due, in particular to the addition of silica gel or a molecular sieve which fix the water and which cause the resistance variations due to a change in composition of gases are masked by the action of water on phthalocyanines.
  • An object of the present invention is to provide new means which make it possible to use phthalocyanine-based detectors to globally detect the nature of the combustion gases which contain water vapor by eliminating the effects of this water vapor on the resistance of said phthalocyanines, which new means have the advantage, compared to known means, that the curve which represents the resistance variations of the detector as a function of the excess combustion air has a very acute minimum peak which coincides with an excess of air corresponding to the combustion optimum of the burner considered.
  • a method for globally detecting the nature of the gases produced by combustion comprises, in known manner, a detector comprising a layer of a metallic phthalocyanine placed between two electrodes which is arranged in the combustion gases and an electrical circuit which one connects to the electrodes between which an electrical signal is collected which varies as a function of the overall nature of the combustion gases, which itself varies as a function of the air / fuel ratio.
  • the objective of the invention is achieved by a process according to which curves of variation of the resistance of metallic phthalocyanine are plotted as a function of the inverse of the temperature thereof expressed in degrees Celsius for various hygrometric degrees of the gases , which curves have a point of convergence and said detector is maintained at a temperature above a minimum threshold, which may be slightly lower than the temperature corresponding to said point of convergence.
  • the phthalocyanine is copper phthalocyanine and the temperature of the detector is maintained above a minimum threshold substantially equal to 40 ° C.
  • the phthalocyanine is cobalt phthalocyanine and the temperature of the detector is maintained at a minimum threshold substantially equal to 30 ° C.
  • a detector according to the invention comprises, in a known manner, a plate made of an insulating material, on which are deposited two electrodes and a film of a metallic phthalocyanine connecting the two electrodes together.
  • the insulating plate also carries electrical heating resistors which are connected to a voltage source.
  • the phthalocyanine film is obtained by applying to said support a thin layer of a suspension of metal phthalocyanine particles in a solvent taken from the group of carbon tetrachloride, ether or acetone, in which has dissolved a very small amount of a hydrophobic material, preferably a liquid or solid alkane whose molecules contain more than ten carbon atoms, for example paraffin oil.
  • a hydrophobic material preferably a liquid or solid alkane whose molecules contain more than ten carbon atoms, for example paraffin oil.
  • the invention results in new detectors comprising a semiconductor layer of a metallic phthalocyanine connecting together two electrodes between which an electrical signal is collected which depends on the composition of the oxygenated gases resulting from combustion in contact with which the detector is placed and which does not depend on the water vapor content of said gases.
  • Phthalocyanines are very sensitive to water vapor which modifies the semiconductor of phthalocyanines by passing it from a p type (electron recipient) to an n type (electron donor).
  • the method according to the invention according to which the temperature of the point of convergence of the curves each representing the evolution of the resistance of a sample of a determined metallic phthalocyanine is determined, as a function of the inverse of the temperature expressed in degrees Celsius, when this phthalocyanine sample is placed in contact with a gaseous atmosphere having a determined hygrometric degree, and the detector made up of this phthalocyanine is kept at a temperature above a minimum threshold which is close to the temperature of said point of convergence and which can be slightly lower than this temperature, makes the detector insensitive to water vapor contained in the combustion gas and therefore to obtain an electrical signal representative of the composition of the combustion gases, which depends on the air / combustible.
  • the method according to the invention has the advantage that the phthalocyanine retains a high sensitivity to variations in the composition of the combustion gases and that the variation curve the resistance of phthalocyanine as a function of the excess air coefficient has a more acute minimum situated in the range of positive air excess coefficients and corresponding to the combustion burner optimum considered for a given load, that is to say for a given fuel flow. It therefore makes it possible to obtain a more precise regulation of combustion, that is to say to maintain the air / fuel ratio closer to the optimum of the burner.
  • the detector By keeping the temperature of the detector near or above the temperature of the point of convergence, the detector is made insensitive to the water vapor contained in the combustion gases, without seeking to avoid the condensation which does not occur if the temperature is higher than the dew point corresponding to the humidity of the combustion gases or if the partially condensed water is trapped.
  • FIG. 1 is a graph drawn up by the inventor which represents on the ordinate the resistance R expressed in ohms of a sample of copper phthalocyanine of type ⁇ and on the abscissa the inverse 1 / t of the temperature t ° of the sample expressed in degrees Celsius.
  • Phthalocyanine type ⁇ corresponds to the monoclinic crystallographic form.
  • This graph represents the resistance variation curves corresponding to different hygrometric degrees staggered between 10% and 70%.
  • This graph shows that, for a determined hygrometric degree, the resistance varies linearly according to the inverse of the temperature and decreases when the temperature increases. It shows that the lines corresponding to different hygrometric degrees are concurrent at a point, called point P of convergence, which corresponds to a value of 1 / t of the order of 0.023, that is to say a temperature of the order of 44 ° C.
  • the present invention is a practical application of this discovery to detectors based on phthalocyanines intended to emit an electrical signal which indicates the nature of the combustion gases charged with water vapor without being influenced by this humidity.
  • This application consists in constantly maintaining the detector at a temperature higher than a value slightly lower than the temperature of the point of convergence P defined by the curves of FIG. 1.
  • the temperature of the phthalocyanine is maintained above 40 ° C.
  • the graph in FIG. 1 shows that for 1 / t ⁇ 0.25, that is to say for t> 40 ° C., the variations in resistance due to variations in humidity of the order of 20% remain low and the electrical signal delivered by the detector is therefore disrupted to a negligible extent by the variations in humidity which are usually encountered.
  • Measurements of variation of the resistance as a function of the inverse of the temperature and the hygrometry carried out on a sample of phthalocyanine of cobalt monoclinic show that one also obtains straight lines which converge at a point which corresponds substantially to a temperature of 36 ° C and which are substantially confused for higher temperatures.
  • the temperature of the detector is kept above approximately 30 ° C. and the effect of a change in the hygrometric degree of the combustion gases becomes negligible.
  • FIG. 2 is a graph which represents the variations of the logarithm of the resistance R plotted on the ordinates of a sample of phthalocyanine of copper, cobalt or iron, maintained at a temperature higher than that of the point of convergence as a function of the coefficient d 'excess air E plotted on the abscissa;
  • FIG. 2 shows that the resistance of a detector composed of metallic phthalocyanine maintained at a temperature higher than a minimum determined according to the nature of the phthalocyanine and placed in contact with the gases of combustion decreases very rapidly when the excess of air increases in the zone corresponding to an air defect, passes through a minimum in the vicinity of optimal combustion, that is to say for slightly positive values depending on the burner and its load and increases again when the excess air increases.
  • FIG. 3 is a graph which represents values measured by means of a detector according to the invention in copper phthalocyanine, maintained at a temperature above 40 ° C. and placed in the fumes emitted by an industrial boiler burner, having a 9.3 MW power.
  • the dashed curve C1 represents the variations in the carbon monoxide (CO) content expressed in parts per million (ppm) as a function of the percentage of oxygen in the flue gases.
  • Curve C2 in solid lines represents the concomitant variations in the resistance expressed in mega-ohms of the detector. This graph shows that the resistance of the detector presents a very accentuated minimum for an excess of air of the order of 3% which corresponds to optimum combustion for which the carbon monoxide content reaches a value substantially zero.
  • FIGS. 2 and 3 show that a detector according to the invention placed in contact with the gases of combustion produces an electrical signal which varies very quickly as a function of the coefficient excess air. On the other hand, the signal does not vary or varies very little as a function of the hydrometric degree of the combustion gases.
  • This signal indicates the quality of combustion. It can be used, for example, to indicate whether a burner fitted to a boiler, an oven or any type of fireplace is operating in good conditions. In this case, it suffices to set a threshold higher than the minimum, to compare the signal emitted by the detector to this threshold and to trigger an alarm signal when this threshold is exceeded to warn the user that the burner is operating in bad conditions. conditions due to either a defect or an excess of air.
  • the signal delivered by a detector composed of metallic phthalocyanines placed in contact with the gases emitted by a combustion device, for example by a burner or by an internal combustion engine can also be used to automatically regulate the coefficient of excess air and to keep it around the optimal value corresponding to the minimum of the electrical resistance value.
  • FIG. 4 schematically represents an exemplary embodiment of a device according to the invention used to optimize the operation of a burner.
  • the reference 1 represents a combustion chamber, for example the hearth of a boiler, equipped with a burner 2 which is supplied with fuel, for example in liquid or gaseous hydrocarbons, by a line 3 which is connected to a source of food 5.
  • a combustion chamber for example the hearth of a boiler, equipped with a burner 2 which is supplied with fuel, for example in liquid or gaseous hydrocarbons, by a line 3 which is connected to a source of food 5.
  • Line 3 may include a flow meter 4 for measuring the fuel flow.
  • the burner 2 is supplied with combustion air through a pipe 7 connected to an air source, for example a fan.
  • Line 7 may include a flow meter 8.
  • a pipe 12 is connected to said flue pipe and to the suction of a fan 13.
  • a chamber or enclosure 11 containing a detector 14 is placed in the path of the pipe 12, so that the detector 14 is constantly in contact with combustion gases which are renewed.
  • the detector 14 includes a semiconductor pad composed of a metallic phthalocyanine, the resistance of which varies as a function of the composition of the combustion gases and in particular, if no precautions were taken, of the water vapor contained in these gases.
  • the semiconductor pad is placed between two electrodes which are connected to a measuring device 15 which emits a signal which varies with the resistance of the detector 14.
  • This signal is used in a servo loop comprising for example an electrical circuit 16 which automatically controls an automatic adjustment means 18 of the air flow arriving at the burner via line 7 or of the fuel flow supplying the burner through line 3 .
  • the electrical circuit 16 can be an analog regulator with derivative action.
  • the electronic circuit 16 can also be a computer coupled to an analog to digital converter. In this case, the computer automatically reduces to the minimum the value of the resistance of the detector 14. For this, it controls the register 18 in one direction, for example that which increases the air flow and it compares the value of the resistance of the detector to a previous value.
  • FIG. 5 represents a preferred embodiment of the detector 14.
  • This detector comprises an insulating support 25 which is for example a plate made of sintered alumina or of epoxy resin or of any rigid material, such as a plastic material coated with a film made of a copolymer of aromatic anhydride and aromatic diamine sold under the name "KAPTON".
  • the material composing the wafer 25 has a very high resistivity for example greater than 1015 ⁇ .cm, much greater than that of the phthalocyanine that makes up the active layer.
  • the plate 25 has an area of the order of cm2.
  • the plate 25 carries two electrodes 26, 27 which for example have the shape of two combs whose teeth are parallel and interposed.
  • the electrodes 26 and 27 can be deposited on the wafer by one of the techniques well known for the production of printed circuits.
  • a thin layer of metallic phthalocyanine is deposited which is preferably a phthalocyanine comprising a central ion Fe2+, Fe3+, Co2+, Cu2+ or Ni2+.
  • the phthalocyanine layer can be applied directly above the electrodes or directly on the support 25.
  • the electrodes 26 and 27 are first printed on the insulating support 25.
  • a small quantity of phthalocyanine powder is mixed with a solvent which is taken from the group consisting of carbon tetrachloride, ether or acetone.
  • a thin film of metallic phthalocyanine is deposited on the insulating plate by evaporation under vacuum, that is to say by sublimation.
  • This vacuum deposition is carried out for example by heating the phthalocyanine to a temperature of the order of 350 ° C., under a reduced pressure of the order of 0.1 Pas (10 ⁇ 3mbars).
  • the latter is kept at a temperature constantly above a threshold determined according to the nature of the phthalocyanine used, for example a temperature above 40 ° C. for a copper phthalocyanine or higher than 30 ° C for a cobalt phthalocyanine.
  • One means of keeping the temperature of the detector above the desired threshold consists in providing the insulating board 25 with a heating resistor which may for example be a resistor printed on the back of the board and connected to a voltage source.
  • Another means for keeping the temperature of the detector above a threshold consists in placing the detector 14 in a chamber 11 whose temperature is regulated so as never to fall below the fixed threshold.
  • Another means consists in treating the phthalocyanine to block it on a p-type conductivity.
  • a method of preparing a detector 14 has been set out above in which a suspension of phthalocyanine particles is formed in a solvent which is preferably carbon tetrachloride.
  • this solvent which is preferably a liquid or solid alkane, the molecules of which contain more than ten carbon atoms.
  • a few milliliters of a liquid alkane are added per liter of solvent.
  • the responses obtained are more uniform from one combustion to another because the effect due to temperature variations is smaller and the minimum of the signal corresponds to the optimum of the burner considered.
  • FIG. 5 schematically represents an application of a detector based on metallic phthalocyanine to regulate the good combustion of an internal combustion engine.
  • the figure shows a single cylinder 20, a piston 21 and the connecting rod 22 which connects the piston to crankshaft 22a.
  • the elements corresponding to those of FIG. 3 are designated by the same references.
  • the reference 3 designates the fuel supply which is provided for example by an injector 23.
  • the reference 10 represents the exhaust duct.
  • the reference 24 represents a spark plug.
  • the detector 14 is placed in a chamber 11 which is interposed on a duct 12 connected in bypass to the exhaust duct 10.
  • the regulator 16 controls a means 18 for adjusting the air intake which is for example a motorized throttle valve placed in the intake duct.
  • the regulator 16 can control the fuel injection pump.
  • FIG. 7 schematically represents an installation for measuring the calorific value of a combustible gas.
  • Fuel gas distributed by a network to subscribers is billed for a specified calorific value (PC).
  • PC calorific value
  • FIG. 7 represents an installation allowing a subscriber to measure the real calorific power of the gas delivered to him.
  • Reference 28 represents a combustion chamber equipped with a small gas burner 29.
  • Reference 30 represents a detector according to the invention based on metallic phthalocyanine which is placed in contact with the gases produced by combustion.
  • the reference 31 represents a smoke rejection chimney.
  • the detector 30 is placed on a conduit connected in bypass to the chimney which leads to a suction device 32, for example a fan or a water pump.
  • a suction device 32 for example a fan or a water pump.
  • the detector 30 is placed inside a thermally insulated chamber 33.
  • the electrical signal emitted by the detector 30 is sent to electronic circuits 34.
  • the electronic circuits control an ignition electrode 35 of the burner and receive a signal from a flame detector 36 which is for example a photoelectric cell.
  • Reference 37 represents a bottle containing a standard combustible gas, for example methane.
  • the outlet duct of the bottle 37 is equipped with a solenoid valve 37a.
  • the reference 38 represents a stop valve which is placed on a pipe 39 connected to the distribution network of a combustible gas for which it is desired to check the calorific value.
  • the reference 38a is a solenoid valve.
  • the reference 40 represents a filter.
  • Reference 41 represents a heated chamber maintained at a constant temperature which is for example 45 ° C.
  • the gas pipe 39 passes through the chamber 40 and it includes, inside this chamber, a coil 41, a pressure regulator 42, a capillary tube 43 and a flow meter 44.
  • the output of the flow meter is connected to the power supply in burner gas 29.
  • the reference 45 represents an air duct which is connected to a source of compressed air, for example to a compressor.
  • the pipe 45 is equipped with a stop valve 46, a solenoid valve 46a, a filter coupled to a pressure reducer 47 and a second filter called the coalescer filter 48.
  • the pipe 45 comprises, in the passage through the chamber 40, a coil 49, a mass flow meter 50 and an automatic valve 51 for regulating the air flow.
  • the assembly formed by the mass flow meter 50 and the control valve 51 is connected to the electronic circuits 34.
  • the air duct leaving the chamber 40 is connected to the air supply to the burner 29.
  • the outlet of the bottle of standard gas 37 is connected in bypass on line 39.
  • the operation is as follows.
  • the burner In a calibration phase, the burner is first operated by supplying it with standard gas and with air and the detector 30 automatically adjusts the position of the automatic valve 51 so that combustion is optimum, that is to say -to say that the air / fuel ratio is equal to the optimum combustion of the burner for the standard gas considered. Knowing the stoichiometric air / fuel ratio of the standard gas, we can thus calculate the deviation from the stoichiometry due to the burner and calibrate the installation.
  • the burner 29 is supplied with an unknown fuel gas, for example the gas delivered by a network of distribution.
  • the detector 30, in cooperation with the electronic circuits 34 and with the regulating valve 51, automatically regulates the air flow to the optimum value corresponding to the combustion optimum.
  • the position of the automatic valve 51 compared to the position it occupied during calibration indicates the amount of air corresponding to the stoichiometric proportions for the gas to be controlled and makes it possible to calculate the lower calorific value of this gas.

Abstract

The subject of the invention is devices intended for detecting the overall composition of gases obtained as a result of combustion, by means of a detector comprising a semiconductive film of metallic phthalocyanine which is deposited between two electrodes on an insulating plate and which is placed in contact with the combustion gases and maintained at a temperature above a specific threshold, for example above 40 DEG C, for a phthalocyanine of monoclinic copper, in order to make the phthalocyanine insensitive to the water vapour contained in the combustion gases. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour détecter globalement la nature des gaz de combustion en vue d'optimiser celle-ci et applications de ces dispositifs.The present invention relates to methods and devices for globally detecting the nature of the combustion gases with a view to optimizing the latter and applications of these devices.

On connaît des détecteurs comportant une couche de phtalocyanine métallique placée au contact des gaz issus d'une combustion, par exemple au contact des fumées d'un brûleur ou des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour mesurer globalement la nature et les proportions des gaz de combustion.Detectors are known comprising a layer of metallic phthalocyanine placed in contact with the gases resulting from a combustion, for example in contact with the fumes of a burner or the exhaust gases of an internal combustion engine to globally measure the nature and the proportions of the combustion gases.

La résistance électrique de la couche de phtalocyanine qui est un semi-conducteur varie avec la nature et les proportions des gaz de combustion, laquelle dépend des proportions respectives d'air et de combustible qui se combinent dans la combustion.The electrical resistance of the phthalocyanine layer which is a semiconductor varies with the nature and proportions of the combustion gases, which depends on the respective proportions of air and fuel which combine in combustion.

Un tel détecteur émet un signal électrique qui dépend globalement du mélange de gaz contenu dans les gaz de combustion et qui peut être utilisé pour indiquer le rapport entre la quantité d'air et de combustible et/ou pour optimiser ce rapport lorsque le signal délivré par le détecteur est utilisé dans une boucle d'asservissement qui régule la quantité d'air ou la quantité de combustible.Such a detector emits an electrical signal which generally depends on the mixture of gases contained in the combustion gases and which can be used to indicate the ratio between the quantity of air and fuel and / or to optimize this ratio when the signal delivered by the detector is used in a control loop which regulates the amount of air or the amount of fuel.

Le brevet U.S. 4.381.922 décrit des détecteurs de combustion comportant une plaquette isolante, des électrodes déposées sur cette plaquette et une couche mince d'une métallo-phtalocyanine amorphe ou cristalline déposée entre lesdites électrodes, qui est composée de particules de phtalocyanine ferreuse, ferrique, de Nickel, de cobalt ou de cuivre, qui ont été mises en suspension dans un solvant liquide pris dans le groupe du tétrachlorure de carbone, de l'éther et de l'acétone pour être appliquées en couche mince.US Patent 4,381,922 describes combustion detectors comprising an insulating plate, electrodes deposited on this plate and a thin layer of an amorphous or crystalline metallophthalocyanine deposited between said electrodes, which is composed of ferrous, ferric phthalocyanine particles , Nickel, cobalt or copper, which have been suspended in a liquid solvent taken from the group of carbon tetrachloride, ether and acetone to be applied in a thin layer.

Ce brevet enseigne notamment qu'une phtalocyanine de cuivre ou de fer, qui a été mise en suspension pendant 24 heures dans du tétrachlorure de carbone ou dans un solvant chloré donne naissance à un composé dont la résistance électrique est dix fois plus faible que celle de la même phtalocyanine métallique non traitée par du tétrachlorure de carbone ou par un solvant chloré.This patent teaches in particular that a copper or iron phthalocyanine, which has been suspended for 24 hours in carbon tetrachloride or in a chlorinated solvent gives rise to a compound whose electrical resistance is ten times lower than that of the same metallic phthalocyanine not treated with carbon tetrachloride or with a chlorinated solvent.

Ce brevet enseigne également l'utilisation de détecteurs comportant une couche sensible de phtalocyanine de cuivre, traitée avec de l'éther pour contrôler le bon fonctionnement d'un brûleur.This patent also teaches the use of detectors comprising a sensitive layer of copper phthalocyanine, treated with ether to control the proper functioning of a burner.

La courbe de variation de la résistance en fonction de l'excès d'air de combustion passe par un minimum assez plat au voisinage des proportions stoechiométriques et le détecteur peut être utilisé pour réguler l'admission d'air au brûleur.The resistance variation curve as a function of the excess combustion air passes through a fairly flat minimum in the vicinity of the stoichiometric proportions and the detector can be used to regulate the admission of air to the burner.

On sait par ailleurs que la conductivité des phtalocyanines est fonction du degré hygrométrique de l'atmosphère au contact de laquelle elles sont placées et cette propriété est utilisée pour construire des hygromètres à base de phtalocyanines.We also know that the conductivity of phthalocyanines is a function of the hygrometric degree of the atmosphere in contact with which they are placed and this property is used to build hygrometers based on phthalocyanines.

Les propriétés électriques des phtalocyanines s'expliquent de la façon suivante. A la température ambiante et en l'absence de gaz absorbé en surface, les phtalocyanines sont des semi-conducteurs de type p.The electrical properties of phthalocyanines can be explained as follows. At room temperature and in the absence of gas absorbed at the surface, phthalocyanines are p-type semiconductors.

En présence de molécules gazeuses ayant un effet capteur d'électrons, ce qui est le cas de la plupart des gaz oxygénés issus d'une combustion tels que l'oxygène ou les oxydes d'azote, de soufre ou de carbone, la formation de porteurs de charge positifs est favorisée. En effet, le transfert d'un électron vers une molécule de phtalocyanine sur lequel un gaz oxygéné est adsorbé est facilité par l'effet capteur d'électrons du gaz.In the presence of gaseous molecules having an electron-capturing effect, which is the case for most of the oxygenated gases resulting from combustion such as oxygen or nitrogen, sulfur or carbon oxides, the formation of positive charge carriers is favored. Indeed, the transfer of an electron to a phthalocyanine molecule on which an oxygenated gas is adsorbed is facilitated by the electron capturing effect of the gas.

Cette propriété explique que les phtalocyanines peuvent être utilisées pour détecter globalement la nature des gaz de combustion.This property explains why phthalocyanines can be used to globally detect the nature of the combustion gases.

Par contre la vapeur d'eau est un gaz donneur d'électrons qui diminue la conductivité de la phtalocyanine. Les charges positives sont stabilisées par la vapeur d'eau et le nombre de porteurs positifs susceptibles d'assurer la conduction diminue.On the other hand, water vapor is an electron donor gas which reduces the conductivity of phthalocyanine. The positive charges are stabilized by water vapor and the number of positive carriers capable of ensuring conduction decreases.

Pour des teneurs en vapeur d'eau suffisantes, la semi-­conductivité peut devenir de type n.For sufficient water vapor contents, the semiconductor can become n-type.

L'action de la vapeur d'eau ou de tout autre gaz donneur d'électrons se manifeste surtout en présence d'un gaz capteur d'électrons préalablement absorbé. Dans ce cas, la vapeur d'eau adsorbée annihile progressivement l'effet capteur d'électrons de l'oxygène.The action of water vapor or any other electron-donating gas manifests itself especially in the presence of an electron-absorbing gas previously absorbed. In this case, the adsorbed water vapor gradually destroys the electron-capturing effect of oxygen.

Les gaz produits par une combustion, notamment par la combustion d'hydrocarbures contiennent forcément de la vapeur d'eau qui résulte de la combinaison de l'hydrogène des hydrocarbures avec l'oxygène de l'air.The gases produced by combustion, in particular by the combustion of hydrocarbons necessarily contain water vapor which results of the combination of hydrogen from hydrocarbons with oxygen from the air.

Le bref exposé qui précède montre que pour utiliser des phtalocyanines pour détecter qualitativement ou quantitativement la nature des gaz oxygénés résultant d'une combustion, il faut éliminer ou réduire considérablement l'effet de la vapeur d'eau contenue dans les gaz, sinon la présence de vapeur d'eau conduit à des variations de résistance électrique qui ne correspondent pas à la présence de gaz oxygénés et qui faussent la détection.The brief description above shows that to use phthalocyanines to qualitatively or quantitatively detect the nature of the oxygenated gases resulting from combustion, it is necessary to eliminate or considerably reduce the effect of the water vapor contained in the gases, otherwise the presence of water vapor leads to variations in electrical resistance which do not correspond to the presence of oxygenated gases and which falsify the detection.

Le brevet U.S. 4.381.922 enseigne que, lorsqu'on utilise un détecteur à base de phtalocyanines pour contrôler un brûleur afin de réguler le rapport entre les quantités d'air et de combustibles, le détecteur est placé dans une cellule chauffée à une température de 95°C, afin d'éviter la condensation sur le détecteur d'eau provenant de la combustion en maintenant le brûleur à une température supérieure au point de rosée.US Patent 4,381,922 teaches that, when a phthalocyanine-based detector is used to control a burner in order to regulate the ratio between the quantities of air and of fuels, the detector is placed in a cell heated to a temperature of 95 ° C, to avoid condensation on the combustion water detector by keeping the burner at a temperature above the dew point.

Il est impératif que les détecteurs à base de phtalocyanines soient maintenus à une température supérieure au point de rosée. En effet, si de l'eau conductrice se condense sur le détecteur, les électrodes de celui-ci sont mises en court-circuit et le signal électrique entre électrodes n'est pas fonction de la nature des gaz de combustion.It is imperative that detectors based on phthalocyanines are kept at a temperature above the dew point. In fact, if conductive water condenses on the detector, the electrodes of the latter are short-circuited and the electrical signal between the electrodes does not depend on the nature of the combustion gases.

Toutefois, il ne suffit pas d'éliminer la condensation d'eau sur le détecteur.Il faut également éliminer ou réduire considérablement l'effet de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion qui intervient même en l'absence de condensation.However, it is not enough to eliminate the condensation of water on the detector; it is also necessary to eliminate or considerably reduce the effect of the water vapor contained in the combustion gases which occurs even in the absence of condensation.

Le brevet U.S. 4.381.922 enseigne que l'un des problèmes que l'on rencontre lorsqu'on utilise des détecteurs à base de phtalocyanines est la sensibilité de celles-ci à l'humidité de l'atmosphère. Il enseigne un moyen pour résoudre ce problème qui est d'ajouter du gel de silice ou un tamis moléculaire finement broyé et saturé d'eau dans un mélange de phtalocyanines et de tétrachlorure de carbone utilisé pour fabriquer les détecteurs.U.S. Patent 4,381,922 teaches that one of the problems encountered when using phthalocyanine detectors is their sensitivity to atmospheric humidity. He teaches one way to solve this problem which is to add silica gel or a finely ground molecular sieve saturated with water in a mixture of phthalocyanines and carbon tetrachloride used to make the detectors.

La poudre de gel de silice ou de tamis moléculaire agit alors comme un tampon qui régularise et stabilise la réaction à l'humidité des détecteurs.The silica gel or molecular sieve powder then acts as a buffer which regulates and stabilizes the reaction to humidity of the detectors.

La figure 10 de ce même brevet U.S. montre que le logarithme de la résistance d'un détecteur obtenu par ce procédé passe par un minimum pour une valeur de l'excès d'air de combustion voisine de la stoechiométrie mais ce minimum est relativement plat.FIG. 10 of this same U.S. patent shows that the logarithm of the resistance of a detector obtained by this method passes through a minimum for a value of the excess of combustion air close to the stoichiometry but this minimum is relatively flat.

Cet aplatissement de la courbe de variation de la résistance au voisinage du minimum est dû, notamment à l'addition de gel de silice ou d'un tamis moléculaire qui fixent l'eau et qui font que les variations de résistance dues à un changement de composition des gaz sont masqués par l'action de l'eau sur les phtalocyanines.This flattening of the resistance variation curve near the minimum is due, in particular to the addition of silica gel or a molecular sieve which fix the water and which cause the resistance variations due to a change in composition of gases are masked by the action of water on phthalocyanines.

Cette variation lente de la résistance de part et d'autre du minimum, n'est pas favorable à une bonne optimisation de la combustion.This slow variation of the resistance on either side of the minimum is not favorable for good optimization of the combustion.

D'autre part, aucun brûleur ne réalise un mélange air-­combustible réellement parfait, 'c'est-à-dire totalement homogène. Il est donc impossible d'admettre au brûleur un mélange correspondant strictement à la stoechiométrie. Pour obtenir une combustion optimale, tous les brûleurs doivent fonctionner avec un excès d'air qui peut atteindre des valeurs de l'ordre de 10% dans les cas défavorables. Meilleur sera le brûleur, plus l'excès d'air se rapprochera de la stoechiométrie.On the other hand, no burner achieves a truly perfect air-fuel mixture, that is to say completely homogeneous. It is therefore impossible to admit to the burner a mixture strictly corresponding to stoichiometry. To obtain optimal combustion, all burners must operate with an excess of air which can reach values of the order of 10% in unfavorable cases. The better the burner, the more the excess air will approach the stoichiometry.

La présence de tamis moléculaire ou de gel de silice dans la phtalocyanine ne permet pas d'atteindre cet objectif.The presence of molecular sieves or silica gel in phthalocyanine does not achieve this objective.

En effet, on fixe de la sorte dans la préparation une teneur en eau qui aplatit le minimum de la courbe représentant le logarithm de la résistance en fonction de l'excès d'air et ne permet plus de distinguer l'optimum de fonctionnement.In fact, in this way, a water content is fixed in the preparation which flattens the minimum of the curve representing the logarithm of the resistance as a function of the excess air and no longer makes it possible to distinguish the optimum for operation.

D'autre part, on constate que les valeurs de résistance sont sensiblement identiques à + 3 et - 3% d'excès d'air.On the other hand, it can be seen that the resistance values are substantially identical to + 3 and - 3% excess air.

Cette caractéristique est très préjudiciable à une optimalisation de la combustion car à - 3% (excès d'air négatif) le brûleur produit beaucoup de monoxyde de carbone et d'hydrocarbure imbrûlés, ce qui provoque une pollution importante et entraîne des risques d'explosion.This characteristic is very detrimental to an optimization of combustion because at - 3% (excess of negative air) the burner produces a lot of unburnt carbon monoxide and hydrocarbon, which causes significant pollution and involves the risk of explosion. .

Un objectif de la présente invention est de procurer des nouveaux moyens qui permettent d'utiliser des détecteurs à base de phtalocyanines pour détecter globalement la nature des gaz d'une combustion qui contiennent de la vapeur d'eau en éliminant les effets de cette vapeur d'eau sur la résistance desdites phtalocyanines, lesquels nouveaux moyens présentent l'avantage, par rapport aux moyens connus, que la courbe qui représente les variations de résistance du détecteur en fonction de l'excès d'air de combustion présente un pic minimum très aigu qui coïncide avec un excès d'air correspondant à l'optimum de combustion du brûleur considéré.An object of the present invention is to provide new means which make it possible to use phthalocyanine-based detectors to globally detect the nature of the combustion gases which contain water vapor by eliminating the effects of this water vapor on the resistance of said phthalocyanines, which new means have the advantage, compared to known means, that the curve which represents the resistance variations of the detector as a function of the excess combustion air has a very acute minimum peak which coincides with an excess of air corresponding to the combustion optimum of the burner considered.

Un procédé selon l'invention pour détecter globalement la nature des gaz produits par une combustion comporte, de façon connue, un détecteur comportant une couche d'une phtalocyanine métallique placée entre deux électrodes qui est disposé dans les gaz de combustion et un circuit électrique que l'on branche aux électrodes entre lesquelles on recueille un signal électrique qui varie en fonction de la nature globale des gaz de combustion, laquelle varie elle-même en fonction du rapport air/combustible.A method according to the invention for globally detecting the nature of the gases produced by combustion comprises, in known manner, a detector comprising a layer of a metallic phthalocyanine placed between two electrodes which is arranged in the combustion gases and an electrical circuit which one connects to the electrodes between which an electrical signal is collected which varies as a function of the overall nature of the combustion gases, which itself varies as a function of the air / fuel ratio.

L'objectif de l'invention est atteint par un procédé selon lequel on trace des courbes de variation de la résistance de la phtalocyanine métallique en fonction de l'inverse de la température de celle-ci exprimée en degré Celsius pour divers degrés hygrométriques des gaz, lesquelles courbes présentent un point de convergence et on maintient le dit détecteur à une température supérieure à un seuil minimum, qui peut être légèrement inférieur à la température correspondant audit point de convergence.The objective of the invention is achieved by a process according to which curves of variation of the resistance of metallic phthalocyanine are plotted as a function of the inverse of the temperature thereof expressed in degrees Celsius for various hygrometric degrees of the gases , which curves have a point of convergence and said detector is maintained at a temperature above a minimum threshold, which may be slightly lower than the temperature corresponding to said point of convergence.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la phtalocyanine est de la phtalocyanine de cuivre et on maintient la température du détecteur supérieure à un seuil minimum sensiblement égal à 40°C.According to a preferred embodiment, the phthalocyanine is copper phthalocyanine and the temperature of the detector is maintained above a minimum threshold substantially equal to 40 ° C.

Selon un autre mode de réalisation, la phtalocyanine est de la phtalocyanine de cobalt et on maintient la température du détecteur a un seuil minimum sensiblement égal à 30°C.According to another embodiment, the phthalocyanine is cobalt phthalocyanine and the temperature of the detector is maintained at a minimum threshold substantially equal to 30 ° C.

Selon un mode de réalisation préférentiel, un détecteur selon l'invention comporte, de façon connue, une plaquette en un matériau isolant, sur laquelle sont déposées deux électrodes et un film d'une phtalocyanine métallique reliant entre elles les deux électrodes.According to a preferred embodiment, a detector according to the invention comprises, in a known manner, a plate made of an insulating material, on which are deposited two electrodes and a film of a metallic phthalocyanine connecting the two electrodes together.

Dans un mode de réalisation préférentiel d'un détecteur selon l'invention, la plaquette isolante porte, en outre, des résistances électriques de chauffage qui sont connectées sur une source de tension.In a preferred embodiment of a detector according to the invention, the insulating plate also carries electrical heating resistors which are connected to a voltage source.

Avantageusement, le film de phtalocyanine est obtenu en appliquant sur ledit support une couche mince d'une suspension de particules de phtalocyanines métalliques dans un solvant pris dans le groupe du tétrachlorure de carbone, de l'éther ou de l'acétone, dans lequel on a dissout une très faible quantité d'une matière hydrophobe, de préférence, un alcane liquide ou solide dont les molécules comportent plus de dix atomes de carbone, par exemple de l'huile de paraffine.Advantageously, the phthalocyanine film is obtained by applying to said support a thin layer of a suspension of metal phthalocyanine particles in a solvent taken from the group of carbon tetrachloride, ether or acetone, in which has dissolved a very small amount of a hydrophobic material, preferably a liquid or solid alkane whose molecules contain more than ten carbon atoms, for example paraffin oil.

L'invention a pour résultat de nouveaux détecteurs comportant une couche semi-conductrice d'une phtalocyanine métallique reliant entre elles deux électrodes entre lesquelles on recueille un signal électrique qui dépend de la composition des gaz oxygénés résultant de la combustion au contact desquels le détecteur est placé et qui ne dépend pas de la teneur en vapeur d'eau desdits gaz.The invention results in new detectors comprising a semiconductor layer of a metallic phthalocyanine connecting together two electrodes between which an electrical signal is collected which depends on the composition of the oxygenated gases resulting from combustion in contact with which the detector is placed and which does not depend on the water vapor content of said gases.

La plupart des combustibles solides, liquides ou gazeux utilisés dans les brûleurs ou dans les moteurs à combustion interne contiennent des hydrocarbures dont l'hydrogène se combine avec l'oxygène pour donner de la vapeur d'eau. Les phtalocyanines sont très sensibles à la vapeur d'eau qui modifie la semi-conductivité des phtalocyanines en faisant passer celle-ci d'un type p (receveur d'électrons) à un type n (donneur d'électrons).Most solid, liquid or gaseous fuels used in burners or in internal combustion engines contain hydrocarbons, the hydrogen of which combines with oxygen to give water vapor. Phthalocyanines are very sensitive to water vapor which modifies the semiconductor of phthalocyanines by passing it from a p type (electron recipient) to an n type (electron donor).

Le procédé selon l'invention, selon lequel on détermine la température du point de convergence des courbes représentant chacune l'évolution de la résistance d'un échantillon d'une phtalocyanine métallique déterminée, en fonction de l'inverse de la température exprimée en degrés Celsius, lorsque cet échantillon de phtalocyanine est placé au contact d'une atmosphère gazeuse ayant un degré hygrométrique déterminé, et on maintient le détecteur composé de cette phtalocyanine à une température supérieure à un seuil minimum qui est voisin de la température dudit point de convergence et qui peut être légèrement inférieur à cette température, permet de rendre le détecteur insensible à la vapeur d'eau contenue dans le gaz de combustion et donc d'obtenir un signal électrique représentatif de la composition des gaz de combustion, qui dépend du rapport air/combustible.The method according to the invention, according to which the temperature of the point of convergence of the curves each representing the evolution of the resistance of a sample of a determined metallic phthalocyanine is determined, as a function of the inverse of the temperature expressed in degrees Celsius, when this phthalocyanine sample is placed in contact with a gaseous atmosphere having a determined hygrometric degree, and the detector made up of this phthalocyanine is kept at a temperature above a minimum threshold which is close to the temperature of said point of convergence and which can be slightly lower than this temperature, makes the detector insensitive to water vapor contained in the combustion gas and therefore to obtain an electrical signal representative of the composition of the combustion gases, which depends on the air / combustible.

Par rapport au procédé décrit dans le brevet U.S. 4.381.922, selon lequel on mélangeait à la phtalocyanine du gel de silice ou un tamis moléculaire saturé d'eau, afin de stabiliser la réaction de phtalocyanine à l'humidité, le procédé selon l'invention présente l'avantage que la phtalocyanine conserve une grande sensibilité aux variations de composition des gaz de combustion et que la courbe de variation de la résistance de la phtalocyanine en fonction du coefficient d'excès d'air présente un minimum plus aigu situé dans le domaine des coefficients d'excès d'air positif et correspondant à l'optimum de combustion du brûleur considéré pour une charge donnée, c'est-à-dire pour un débit de combustible donné. Il permet donc d'obtenir une régulation plus précise de la combustion, c'es-à-dire de maintenir le rapport air/combustible plus voisin de l'optimum du brûleur.Compared to the process described in US Pat. No. 4,381,922, according to which the phthalocyanine was mixed with silica gel or a molecular sieve saturated with water, in order to stabilize the reaction of phthalocyanine to humidity, the method according to the invention has the advantage that the phthalocyanine retains a high sensitivity to variations in the composition of the combustion gases and that the variation curve the resistance of phthalocyanine as a function of the excess air coefficient has a more acute minimum situated in the range of positive air excess coefficients and corresponding to the combustion burner optimum considered for a given load, that is to say for a given fuel flow. It therefore makes it possible to obtain a more precise regulation of combustion, that is to say to maintain the air / fuel ratio closer to the optimum of the burner.

Le maintien à une température supérieure à celle du point de convergence permet d'éviter l'influence de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion, tandis que le brevet U.S. 4.381.922 enseigne de placer le détecteur dans une cellule chauffée à une température de 95°C afin d'éviter la condensation d'eau, ce qui est une fonction très différente. En effet, l'eau aurait tout simplement pu être piégée pour éviter qu'elle ne se condense sur les détecteurs et provoque un court-circuit.Maintaining a temperature higher than that of the point of convergence makes it possible to avoid the influence of the water vapor contained in the combustion gases, while the US Pat. No. 4,381,922 teaches to place the detector in a cell heated to a temperature of 95 ° C to avoid condensation of water, which is a very different function. In fact, the water could simply have been trapped to prevent it from condensing on the detectors and causing a short circuit.

En maintenant la température du détecteur au voisinage ou au-­dessus de la température du point de convergence, on rend le détecteur insensible à la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion, sans chercher à éviter la condensation qui ne se produit pas si la température est supérieure au point de rosée correspondant au degré hygrométrique des gaz de combustion ou si l'eau qui se condense partiellement est piégée.By keeping the temperature of the detector near or above the temperature of the point of convergence, the detector is made insensitive to the water vapor contained in the combustion gases, without seeking to avoid the condensation which does not occur if the temperature is higher than the dew point corresponding to the humidity of the combustion gases or if the partially condensed water is trapped.

L'addition d'un alcane liquide ou solide dans le solvant utilisé pour former une suspension de particules de phtalocyanines permet, en outre, de créer autour des grains de phtalocyanine une pellicule hydrophobe qui réduit efficacement l'influence de la vapeur d'eau sur la phtalocyanine.The addition of a liquid or solid alkane in the solvent used to form a suspension of phthalocyanine particles also makes it possible to create around the phthalocyanine grains a hydrophobic film which effectively reduces the influence of water vapor on phthalocyanine.

La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation de dispositifs selon l'invention et des graphiques montrant les variations de la résistance de la phtalocyanine de cuivre en fonction de la température et du degré hygrométrique.

  • La figure 1 est un graphique qui représente les courbes d'évolution de la résistance d'un échantillon de phtalocyanine placé dans un gaz ayant un degré hygrométrique déterminé, en fonction de l'inverse de la température exprimée en degrés centigrades.
  • La figure 2 représente le logarithme de la résistance (log R) en fonction du coefficient d'excès d'air exprimé en pourcentage (E%) pour un détecteur placé au contact des gaz d'une combustion qui brûle avec un excès d'air déterminé.
  • La figure 3 est un graphique qui représente les variations de la teneur en oxyde de carbone et de la résistance d'un détecteur selon l'invention en fonction de la teneur en oxygène des fumées.
  • La figure 4 est une représentation schématique d'un détecteur selon l'invention utilisé pour optimiser le fonctionnement d'un brûleur.
  • La figure 5 représente un mode de réalisation d'un détecteur selon l'invention.
  • La figure 6 représente schématiquement un détecteur selon l'invention utilisé pour optimiser un moteur à combustion interne.
  • La figure 7 représente schématiquement une installation pour mesurer le pouvoir calorifique d'un gaz combustible utilisant un détecteur selon l'invention.
The following description refers to the appended drawings which represent, without any limiting character, exemplary embodiments of devices according to the invention and graphs showing the variations of the resistance of copper phthalocyanine as a function of the temperature and the hygrometric degree.
  • FIG. 1 is a graph which represents the curves of evolution of the resistance of a phthalocyanine sample placed in a gas having a determined hygrometric degree, as a function of the inverse of the temperature expressed in degrees centigrade.
  • FIG. 2 represents the logarithm of the resistance (log R) as a function of the excess air coefficient expressed as a percentage (E%) for a detector placed in contact with the gases of a combustion which burns with an excess of air determined.
  • FIG. 3 is a graph which represents the variations in the carbon monoxide content and in the resistance of a detector according to the invention as a function of the oxygen content of the fumes.
  • Figure 4 is a schematic representation of a detector according to the invention used to optimize the operation of a burner.
  • FIG. 5 represents an embodiment of a detector according to the invention.
  • FIG. 6 schematically represents a detector according to the invention used to optimize an internal combustion engine.
  • FIG. 7 schematically represents an installation for measuring the calorific value of a combustible gas using a detector according to the invention.

La figure 1 est un graphique établi par l'inventeur qui représente en ordonnées la résistance R exprimée en ohms d'un échantillon de phtalocyanine de cuivre de type β et en abscisses l'inverse 1/t de la température t° de l'échantillon exprimée en degrés Celsius.FIG. 1 is a graph drawn up by the inventor which represents on the ordinate the resistance R expressed in ohms of a sample of copper phthalocyanine of type β and on the abscissa the inverse 1 / t of the temperature t ° of the sample expressed in degrees Celsius.

La phtalocyanine de type β correspond à la forme cristallographique monoclinique.Phthalocyanine type β corresponds to the monoclinic crystallographic form.

Ce graphique représente les courbes de variation de la résistance correspondant à différents degrés hygrométriques échelonnés entre 10% et 70%. Ce graphique montre que, pour un degré hygrométrique déterminé, la résistance varie linéairement en fonction de l'inverse de la température et décroît lorsque la température croît. Il montre que les droites correspondant à des degrés hygrométriques différents sont concourantes en un point, dit point P de convergence, qui correspond à une valeur de 1/t de l'ordre de 0,023 soit une température de l'ordre de 44°C.This graph represents the resistance variation curves corresponding to different hygrometric degrees staggered between 10% and 70%. This graph shows that, for a determined hygrometric degree, the resistance varies linearly according to the inverse of the temperature and decreases when the temperature increases. It shows that the lines corresponding to different hygrometric degrees are concurrent at a point, called point P of convergence, which corresponds to a value of 1 / t of the order of 0.023, that is to say a temperature of the order of 44 ° C.

Pour des valeurs de 1/t inférieures à 0,023, c'est-à-dire pour des températures supérieures à 44°C, les droites sont sensiblement confondues, ce qui montre que la résistance ne dépend plus du degré hygrométrique.For values of 1 / t less than 0.023, that is to say for temperatures above 44 ° C, the lines are substantially confused, which shows that the resistance no longer depends on the humidity.

La présente invention est une application pratique de cette découverte aux détecteurs à base de phtalocyanines destinés à émettre un signal électrique qui indique la nature des gaz de combustion chargés de vapeur d'eau sans être influencés par cette humidité.The present invention is a practical application of this discovery to detectors based on phthalocyanines intended to emit an electrical signal which indicates the nature of the combustion gases charged with water vapor without being influenced by this humidity.

Cette application consiste à maintenir constamment le détecteur à une température supérieure à une valeur légèrement inférieure à la température du point de convergence P défini par les courbes de la figure 1.This application consists in constantly maintaining the detector at a temperature higher than a value slightly lower than the temperature of the point of convergence P defined by the curves of FIG. 1.

Par exemple, dans le cas d'une phtalocyanine de cuivre β, on maintient la température de la phtalocyanine supérieure à 40°C. Le graphique de la figure 1 montre que pour 1/t < 0,25, c'est-à-dire pour t > 40°C, les variations de résistance dues à des variations de degré hygrométrique de l'ordre de 20% restent faibles et le signal électrique délivré par le détecteur est donc perturbé de façon négligeable par les variations de degré hygrométrique que l'on rencontre habituellement.For example, in the case of a β copper phthalocyanine, the temperature of the phthalocyanine is maintained above 40 ° C. The graph in FIG. 1 shows that for 1 / t <0.25, that is to say for t> 40 ° C., the variations in resistance due to variations in humidity of the order of 20% remain low and the electrical signal delivered by the detector is therefore disrupted to a negligible extent by the variations in humidity which are usually encountered.

Des mesures de variation de la résistance en fonction de l'inverse de la température et de l'hygrométrie effectuées sur un échantillon de phtalocyanine de cobalt monoclinique montrent que l'on obtient également des droites qui convergent en un point qui correspond sensiblement à une température de 36°C et qui sont sensiblement confondues pour des températures supérieures. Dans le cas d'un détecteur composé de phtalocyanine de cobalt, on maintient la température du détecteur supérieure à environ 30°C et l'effet d'une évolution du degré hygrométrique des gaz de combustion devient négligeable.Measurements of variation of the resistance as a function of the inverse of the temperature and the hygrometry carried out on a sample of phthalocyanine of cobalt monoclinic show that one also obtains straight lines which converge at a point which corresponds substantially to a temperature of 36 ° C and which are substantially confused for higher temperatures. In the case of a detector composed of cobalt phthalocyanine, the temperature of the detector is kept above approximately 30 ° C. and the effect of a change in the hygrometric degree of the combustion gases becomes negligible.

La figure 2 est un graphique qui représente les variations du logarithme de la résistance R porté en ordonnées d'un échantillon de phtalocyanine de cuivre, de cobalt ou de fer, maintenu à une température supérieure à celle du point de convergence en fonction du coefficient d'excès d'air E porté en abscisses;FIG. 2 is a graph which represents the variations of the logarithm of the resistance R plotted on the ordinates of a sample of phthalocyanine of copper, cobalt or iron, maintained at a temperature higher than that of the point of convergence as a function of the coefficient d 'excess air E plotted on the abscissa;

On rappelle que pour caractériser la composition du mélange air-­combustible admis au brûleur, on utilise un paramètre appelé "coefficient d'excès d'air" E qui est défini par la formule :

Figure imgb0001
dans laquelle A est le débit d'air utilisée et Ast est le débit d'air correspondant à une combustion optimale, c'est-à-dire à des proportions stoechiométriques.It is recalled that to characterize the composition of the air-fuel mixture admitted to the burner, a parameter called "coefficient of excess air" E is used which is defined by the formula:
Figure imgb0001
in which A is the air flow rate used and Ast is the air flow rate corresponding to optimal combustion, that is to say in stoichiometric proportions.

Pour une combustion totale pour un brûleur parfait irréalisable en pratique; E = 0. En cas de manque d'air A est inférieure à Ast et le coefficient E est négatif.For total combustion for a perfect burner that cannot be achieved in practice; E = 0. In case of lack of air A is less than Ast and the coefficient E is negative.

La figure 2 montre que la résistance d'un détecteur composé de phtalocyanine métallique maintenu à une température supérieure à un minimum déterminé en fonction de la nature de la phtalocyanine et placé au contact des gaz d'une combustion décroît très rapidement lorsque l'excès d'air croît dans la zone correspondant à un défaut d'air, passe par un minimum au voisinage de la combustion optimale, c'est-à-dire pour des valeurs de légèrement positives dépendant du brûleur et de sa charge et croît à nouveau lorsque l'excès d'air croît.FIG. 2 shows that the resistance of a detector composed of metallic phthalocyanine maintained at a temperature higher than a minimum determined according to the nature of the phthalocyanine and placed in contact with the gases of combustion decreases very rapidly when the excess of air increases in the zone corresponding to an air defect, passes through a minimum in the vicinity of optimal combustion, that is to say for slightly positive values depending on the burner and its load and increases again when the excess air increases.

La figure 3 est un graphique qui représente des valeurs mesurées au moyen d'un détecteur selon l'invention en phtalocyanine de cuivre, maintenu à une température supérieure à 40°C et placé dans les fumées émises par un brûleur de chaudière industriel, ayant une puissance de 9,3 MW.FIG. 3 is a graph which represents values measured by means of a detector according to the invention in copper phthalocyanine, maintained at a temperature above 40 ° C. and placed in the fumes emitted by an industrial boiler burner, having a 9.3 MW power.

La courbe C1 en pointillés représente les variations de la teneur en oxyde de carbone (CO) exprimées en partie par million (ppm) en fonction du pourcentage d'oxygène dans les fumées.The dashed curve C1 represents the variations in the carbon monoxide (CO) content expressed in parts per million (ppm) as a function of the percentage of oxygen in the flue gases.

La courbe C2 en traits pleins représente les variations concommittantes de la résistance exprimée en méga-ohms du détecteur. Ce graphique montre que la résistance du détecteur présente un minimum très accentué pour un excès d'air de l'ordre de 3% qui correspond à la combustion optima pour laquelle la teneur en oxyde de carbone atteint une valeur sensiblement nulle.Curve C2 in solid lines represents the concomitant variations in the resistance expressed in mega-ohms of the detector. This graph shows that the resistance of the detector presents a very accentuated minimum for an excess of air of the order of 3% which corresponds to optimum combustion for which the carbon monoxide content reaches a value substantially zero.

Les courbes des figures 2 et 3 montrent qu'un détecteur selon l'invention placé au contact des gaz d'une combustion délivre un signal électrique qui varie très rapidement en fonction du coefficient d'excès d'air. Par contre, le signal ne varie pas ou varie très peu en fonction du degré hydrométrique des gaz de combustion.The curves in FIGS. 2 and 3 show that a detector according to the invention placed in contact with the gases of combustion produces an electrical signal which varies very quickly as a function of the coefficient excess air. On the other hand, the signal does not vary or varies very little as a function of the hydrometric degree of the combustion gases.

Ce signal permet d'indiquer la qualité d'une combustion. Il peut être utilisé par exemple pour indiquer si un brûleur équipant une chaudière, un four ou n'importe quel type de foyer fonctionne dans de bonnes conditions. Dans ce cas, il suffit de fixer un seuil supérieur au minimum, de comparer le signal émis par le détecteur à ce seuil et de déclencher un signal d'alarme lorsque ce seuil est dépassé pour avertir l'usager que le brûleur fonctionne dans de mauvaises conditions dues indifféremment à un défaut ou à un excès d'air.This signal indicates the quality of combustion. It can be used, for example, to indicate whether a burner fitted to a boiler, an oven or any type of fireplace is operating in good conditions. In this case, it suffices to set a threshold higher than the minimum, to compare the signal emitted by the detector to this threshold and to trigger an alarm signal when this threshold is exceeded to warn the user that the burner is operating in bad conditions. conditions due to either a defect or an excess of air.

Le signal délivré par un détecteur composé de phtalocyanines métalliques placé au contact des gaz émis par un appareil de combustion, par exemple par un brûleur ou par un moteur à combustion interne peut également être utilisé pour réguler automatiquement le coefficient d'excès d'air et pour le maintenir autour de la valeur optimale correspondant au minimum de la valeur de résistance électrique.The signal delivered by a detector composed of metallic phthalocyanines placed in contact with the gases emitted by a combustion device, for example by a burner or by an internal combustion engine can also be used to automatically regulate the coefficient of excess air and to keep it around the optimal value corresponding to the minimum of the electrical resistance value.

La figure 4 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention utilisé pour optimiser le fonctionnement d'un brûleur.FIG. 4 schematically represents an exemplary embodiment of a device according to the invention used to optimize the operation of a burner.

Le repère 1 représente une chambre de combustion, par exemple le foyer d'une chaudière, équipée d'un brûleur 2 qui est alimenté en combustible, par exemple en hydrocarbures liquides ou gazeux, par une canalisation 3 qui est connectée sur une source d'alimentation 5.The reference 1 represents a combustion chamber, for example the hearth of a boiler, equipped with a burner 2 which is supplied with fuel, for example in liquid or gaseous hydrocarbons, by a line 3 which is connected to a source of food 5.

La canalisation 3 peut comporter un débitmètre 4 permettant de mesurer le débit de combustible. Le brûleur 2 est alimenté en air comburant par une canalisation 7 connectée sur une source d'air, par exemple un ventilateur. La canalisation 7 peut comporter un débitmètre 8.Line 3 may include a flow meter 4 for measuring the fuel flow. The burner 2 is supplied with combustion air through a pipe 7 connected to an air source, for example a fan. Line 7 may include a flow meter 8.

Les gaz de combustion sortent de la chambre 1 par un conduit 10 appelé couramment conduit de fumées. Une conduite 12 est connectée sur ledit conduit de fumées et sur l'aspiration d'un ventilateur 13.The combustion gases leave the chamber 1 through a pipe 10 commonly called smoke pipe. A pipe 12 is connected to said flue pipe and to the suction of a fan 13.

Une chambre ou enceinte 11 contenant un détecteur 14 est placé sur le trajet de la conduite 12, de sorte que le détecteur 14 est constamment en contact avec des gaz de combustion qui se renouvellent.A chamber or enclosure 11 containing a detector 14 is placed in the path of the pipe 12, so that the detector 14 is constantly in contact with combustion gases which are renewed.

Le détecteur 14 comporte une plage semi-conductrice composée d'une phtalocyanine métallique dont la résistance varie en fonction de la composition des gaz de combustion et notamment, si aucune précaution n'était prise, de la vapeur d'eau contenue dans ces gaz.The detector 14 includes a semiconductor pad composed of a metallic phthalocyanine, the resistance of which varies as a function of the composition of the combustion gases and in particular, if no precautions were taken, of the water vapor contained in these gases.

La plage semi-conductrice est placée entre deux électrodes qui sont connectées sur un appareil de mesure 15 qui émet un signal qui varie avec la résistance du détecteur 14.The semiconductor pad is placed between two electrodes which are connected to a measuring device 15 which emits a signal which varies with the resistance of the detector 14.

Ce signal est utilisé dans une boucle d'asservissement comportant par exemple un circuit électrique 16 qui commande automatiquement un moyen de réglage automatique 18 du débit d'air arrivant au brûleur par la canalisation 7 ou du débit de combustible alimentant le brûleur par la canalisation 3.This signal is used in a servo loop comprising for example an electrical circuit 16 which automatically controls an automatic adjustment means 18 of the air flow arriving at the burner via line 7 or of the fuel flow supplying the burner through line 3 .

Le circuit électrique 16 peut être un régulateur analogique à action dérivée.The electrical circuit 16 can be an analog regulator with derivative action.

Si la dérivée est négative, cela signifie un défaut d'air et le régulateur 16 augmente alors automatiquement le débit d'air ou il réduit le débit de combustible. Si la dérivée est positive, il y a excès d'air et le régulateur 16 corrige automatiquement. Le circuit électronique 16 peut également être un ordinateur couplé à un convertisseur analogique à digital. Dans ce cas, l'ordinateur ramène automatiquement vers le minimum la valeur de la résistance du détecteur 14. Pour cela, il commande le registre 18 dans un sens, par exemple celui qui augmente le débit d'air et il compare la valeur de la résistance du détecteur à une valeur précédente.If the derivative is negative, this means an air fault and the regulator 16 then automatically increases the air flow or it reduces the fuel flow. If the derivative is positive, there is excess air and the regulator 16 automatically corrects. The electronic circuit 16 can also be a computer coupled to an analog to digital converter. In this case, the computer automatically reduces to the minimum the value of the resistance of the detector 14. For this, it controls the register 18 in one direction, for example that which increases the air flow and it compares the value of the resistance of the detector to a previous value.

Si la résistance a augmenté, on s'éloigne du minimum et l'ordinateur commande alors une diminution du débit d'air.If the resistance has increased, we move away from the minimum and the computer then controls a reduction in the air flow.

Si la résistance a diminué, on va vers le minimum et l'ordinateur continue à diminuer le débit d'air jusqu'à ce qu'il obtienne une résistance supérieure à la précédente.If the resistance has decreased, we go to the minimum and the computer continues to decrease the air flow until it obtains a resistance higher than the previous one.

La figure 5 représente un mode de réalisation préférentiel du détecteur 14. Ce détecteur comporte un support isolant 25 qui est par exemple une plaquette en alumine frittée ou en résine époxy ou en un matériau rigide quelconque, tel qu'une matière plastique revêtue d'un film en copolymère d'anhydride aromatique et de diamine aromatique commercialisé sous le vocable "KAPTON". Le matériau composant la plaquette 25 a une résistivité très élevée par exemple supérieure à 10¹⁵Ω.cm, très supérieure à celle de la phtalocyanine qui compose la couche active.FIG. 5 represents a preferred embodiment of the detector 14. This detector comprises an insulating support 25 which is for example a plate made of sintered alumina or of epoxy resin or of any rigid material, such as a plastic material coated with a film made of a copolymer of aromatic anhydride and aromatic diamine sold under the name "KAPTON". The material composing the wafer 25 has a very high resistivity for example greater than 10¹⁵Ω.cm, much greater than that of the phthalocyanine that makes up the active layer.

La plaquette 25 a une surface de l'ordre du cm².The plate 25 has an area of the order of cm².

La plaquette 25 porte deux électrodes 26, 27 qui ont par exemple la forme de deux peignes dont les dents sont parallèles et intercalées. Les électrodes 26 et 27 peuvent être déposées sur la plaquette par une des techniques bien connues pour la réalisation de circuits imprimés.The plate 25 carries two electrodes 26, 27 which for example have the shape of two combs whose teeth are parallel and interposed. The electrodes 26 and 27 can be deposited on the wafer by one of the techniques well known for the production of printed circuits.

Sur la plaquette 25 munie des deux électrodes 26 et 27, on dépose une couche mince de phtalocyanine métallique qui est, de préférence une phtalocyanine comportant un ion central Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cu²⁺ ou Ni²⁺.On the wafer 25 provided with the two electrodes 26 and 27, a thin layer of metallic phthalocyanine is deposited which is preferably a phthalocyanine comprising a central ion Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Cu²⁺ or Ni²⁺.

La couche de phtalocyanine peut être appliquée directement au-­dessus des électrodes ou directement sur le support 25.The phthalocyanine layer can be applied directly above the electrodes or directly on the support 25.

Selon un mode de réalisation préférentiel, on imprime d'abord les électrodes 26 et 27 sur le support isolant 25. On mélange une faible quantité de poudre de phtalocyanine avec un solvant qui est pris dans le groupe constitué par le tétrachlorure de carbone, l'éther ou l'acétone.According to a preferred embodiment, the electrodes 26 and 27 are first printed on the insulating support 25. A small quantity of phthalocyanine powder is mixed with a solvent which is taken from the group consisting of carbon tetrachloride, ether or acetone.

On mélange par exemple 10g de phtalocyanine métallique par litre de solvant. On laisse reposer pendant environ 24 heures. On agite pour former une suspension homogène et on applique une mince couche de cette suspension sur le support 25. On laisse sécher pendant environ deux heures à une température de 150°C pour évaporer le solvant, puis on comprime sous une pression élevée, par exemple une pression de l'ordre de 5.10⁷ Pa (500 bars). On obtient ainsi entre les électrodes un circuit électrique qui est constitué par un film mince composé de particules de phtalocyanine ayant une résistance qui varie entre 10⁷ et 10⁹ ohms selon la composition des gaz au contact desquels le film est placé.For example, 10 g of metallic phthalocyanine are mixed per liter of solvent. It is left to stand for approximately 24 hours. The mixture is stirred to form a homogeneous suspension and a thin layer of this suspension is applied to the support 25. It is left to dry for approximately two hours at a temperature of 150 ° C. to evaporate the solvent, then it is compressed under high pressure, for example a pressure of the order of 5.10⁷ Pa (500 bars). An electrical circuit is thus obtained between the electrodes which is constituted by a thin film composed of phthalocyanine particles having a resistance which varies between 10⁷ and 10⁹ ohms depending on the composition of the gases in contact with which the film is placed.

Selon un autre mode de réalisation, on dépose sur la plaquette isolante un film mince de phtalocyanine métallique par évaporation sous vide, c'est-à-dire par sublimation. Ce dépôt sous vide est réalisé par exemple en chauffant la phtalocyanine à une température de l'ordre de 350°C, sous une pression réduite de l'ordre de 0,1 Pas (10⁻³mbars).According to another embodiment, a thin film of metallic phthalocyanine is deposited on the insulating plate by evaporation under vacuum, that is to say by sublimation. This vacuum deposition is carried out for example by heating the phthalocyanine to a temperature of the order of 350 ° C., under a reduced pressure of the order of 0.1 Pas (10⁻³mbars).

Afin d'éviter l'influence de la vapeur d'eau sur le détecteur 14, on maintient celui-ci à une température constamment supérieure à un seuil déterminé en fonction de la nature de la phtalocyanine utilisée par exemple une température supérieure à 40°C pour une phtalocyanine de cuivre ou supérieure à 30°C pour une phtalocyanine de cobalt.In order to avoid the influence of water vapor on the detector 14, the latter is kept at a temperature constantly above a threshold determined according to the nature of the phthalocyanine used, for example a temperature above 40 ° C. for a copper phthalocyanine or higher than 30 ° C for a cobalt phthalocyanine.

Un moyen pour maintenir la température du détecteur supérieure au seuil voulu consiste à munir la plaquette isolante 25 d'une résistance chauffante qui peut être par exemple une résistance imprimée au dos de la plaquette et connectée sur une source de tension.One means of keeping the temperature of the detector above the desired threshold consists in providing the insulating board 25 with a heating resistor which may for example be a resistor printed on the back of the board and connected to a voltage source.

On peut également appliquer au dos de la plaquette une couche de peinture laque conductrice ou bien déposer au dos des plaquettes un mince film métallique par sublimation.It is also possible to apply a layer of conductive lacquer paint to the back of the wafer or else to deposit a thin metallic film on the back of the wafers by sublimation.

Un autre moyen pour maintenir la température du détecteur supérieure à un seuil consiste à placer le détecteur 14 dans une chambre 11 dont la température est régulée pour ne jamais descendre au-dessous du seuil fixé.Another means for keeping the temperature of the detector above a threshold consists in placing the detector 14 in a chamber 11 whose temperature is regulated so as never to fall below the fixed threshold.

Dans l'application selon la figure 3 où le détecteur 14 est placé sur une canalisation 12 branchée sur le conduit de fumées 10, il suffit de placer le branchement suffisamment près du foyer, là ou les gaz sont suffisamment chauds, pour que la température des gaz traversant la chambre 11 soit toujours supérieure au seuil voulu.In the application according to FIG. 3 where the detector 14 is placed on a pipe 12 connected to the flue pipe 10, it suffices to place the connection close enough to the hearth, where the gases are hot enough, so that the temperature of the gas passing through chamber 11 is always greater than the desired threshold.

Si on ne dispose pas de gaz suffisamment chauds, on peut placer dans la chambre 11 un petit radiateur électrique qui envoie sur le détecteur 14 un faisceau infrarouge dont l'intensité est suffisante pour maintenir la température au-dessus du seuil fixé.If there is not enough hot gas, one can place in the chamber 11 a small electric radiator which sends on the detector 14 an infrared beam whose intensity is sufficient to maintain the temperature above the fixed threshold.

Pour renforcer l'insensibilité d'un détecteur 14 à base de phtalocyanines à la vapeur d'eau, un autre moyen consiste à traiter la phtalocyanine pour la bloquer sur une conductibilité de type p.To reinforce the insensitivity of a phthalocyanine-based detector 14 to water vapor, another means consists in treating the phthalocyanine to block it on a p-type conductivity.

On a exposé ci-dessus un procédé de préparation d'un détecteur 14 dans lequel on forme une suspension de particules de phtalocyanines dans un solvant qui est, de préférence, du tétrachlorure de carbone.A method of preparing a detector 14 has been set out above in which a suspension of phthalocyanine particles is formed in a solvent which is preferably carbon tetrachloride.

Dans ce cas, on dissout dans ce solvant quelques grammes/litre d'un corps hydrophobe qui est, de préférence, un alcane liquide ou solide dont les molécules contiennent plus de dix atomes de carbone. Par exemple, on ajoute quelques millilitres d'un alcane liquide par litre de solvant.In this case, a few grams / liter of a hydrophobic body is dissolved in this solvent, which is preferably a liquid or solid alkane, the molecules of which contain more than ten carbon atoms. For example, a few milliliters of a liquid alkane are added per liter of solvent.

Lorsqu'on applique un film de cette suspension sur la plaquette isolante 25, on obtient après évaporation du solvant une couche mince de particules de phtalocyanine qui sont imprégnées en surface d'une pellicule extrêmement mince d'un matériau hydrophobe, par exemple de paraffine. Les propriétés hydrophobes de ce matériau empêchent toute adsorption d'eau, tant à l'état gazeux que liquide par les phtalocyanines. Par contre, l'expérience montre que cette pellicule n'empêche pas les gaz oxygénés accepteurs d'électrons tels que 0², NOx, SO₂, CO₂ de s'adsorber à la surface des phtalocyanines. Il en résulte que la semi-conductivité de la phtalocyanine reste bloquée sur le type p et la résistance aux bornes du détecteur ne dépend plus de la vapeur d'eau présente dans les gaz.When a film of this suspension is applied to the insulating plate 25, a thin layer of phthalocyanine particles is obtained after evaporation of the solvent, which are impregnated on the surface with an extremely thin film of a hydrophobic material, for example paraffin. The hydrophobic properties of this material prevent any adsorption of water, both in gaseous and liquid state by phthalocyanines. On the other hand, experience shows that this film does not prevent oxygen-accepting electron gases such as 0², NOx, SO₂, CO₂ from being adsorbed on the surface of phthalocyanines. As a result, the semi-conductivity of phthalocyanine remains blocked on the p type and the resistance at the terminals of the detector no longer depends on the water vapor present in the gases.

Les conséquences de ce traitement sont très importantes :
- seuls les gaz capteurs d'électrons présents dans les gaz de combustion ont une action sur le signal électrique émis par le détecteur.
- les valeurs de la résistance du détecteur sont plus faibles car la résistance augmente avec la teneur en eau adsorbée.
The consequences of this treatment are very important:
- only the electron sensing gases present in the combustion gases have an action on the electrical signal emitted by the detector.
- the detector resistance values are lower because the resistance increases with the adsorbed water content.

Ce point est important car il est difficile de mesurer une résistance élevée dans un environnement industriel.This is important because it is difficult to measure high resistance in an industrial environment.

La fabrication des détecteurs et le contrôle de cette fabrication sont facilités car la résistance des détecteurs ne dépend plus du degré hygrométrique du local de contrôle.The manufacture of detectors and the control of this manufacture are facilitated because the resistance of the detectors no longer depends on the humidity of the control room.

On s'affranchit des modifications du pourcentage d'humidité relative dues aux variations de température et donc, on s'affranchit partiellement de l'effet parasite des variations de température.It overcomes changes in the percentage of relative humidity due to temperature variations and therefore partially overcomes the parasitic effect of temperature variations.

Les réponses obtenues sont plus uniformes d'une combustion à l'autre du fait que l'effet dû aux variations de température est plus réduit et le minimum du signal correspond à l'optimum du brûleur considéré..The responses obtained are more uniform from one combustion to another because the effect due to temperature variations is smaller and the minimum of the signal corresponds to the optimum of the burner considered.

La figure 5 représente schématiquement une application d'un détecteur à base de phtalocyanine métallique pour régler la bonne combustion d'un moteur à combustion interne. La figure représente un seul cylindre 20, un piston 21 et la bielle 22 qui relie le piston au vilebrequin 22a. Les éléments correspondant à ceux de la figure 3 sont désignés par les mêmes références.FIG. 5 schematically represents an application of a detector based on metallic phthalocyanine to regulate the good combustion of an internal combustion engine. The figure shows a single cylinder 20, a piston 21 and the connecting rod 22 which connects the piston to crankshaft 22a. The elements corresponding to those of FIG. 3 are designated by the same references.

Le repère 3 désigne l'alimentation en combustible qui est assurée par exemple par un injecteur 23. Le repère 10 représente le conduit d'échappement. Le repère 24 représente une bougie d'allumage. Le détecteur 14 est placé dans une chambre 11 qui est intercalée sur un conduit 12 branché en dérivation sur le conduit d'échappement 10. Le régulateur 16 commande un moyen 18 de réglage de l'admission d'air qui est par exemple un papillon motorisé placé dans le conduit d'admission.The reference 3 designates the fuel supply which is provided for example by an injector 23. The reference 10 represents the exhaust duct. The reference 24 represents a spark plug. The detector 14 is placed in a chamber 11 which is interposed on a duct 12 connected in bypass to the exhaust duct 10. The regulator 16 controls a means 18 for adjusting the air intake which is for example a motorized throttle valve placed in the intake duct.

En variante, le régulateur 16 peut commander la pompe d'injection du combustible.As a variant, the regulator 16 can control the fuel injection pump.

La figure 7 représente schématiquement une installation pour mesurer le pouvoir calorifique d'un gaz combustible.FIG. 7 schematically represents an installation for measuring the calorific value of a combustible gas.

Le gaz combustible distribué par un réseau à des abonnés est facturé pour un pouvoir calorifique (PC) déterminé.Fuel gas distributed by a network to subscribers is billed for a specified calorific value (PC).

La figure 7 représente une installation permettant à un abonné de mesurer le pouvoir calorifique réel du gaz qui lui est livré.FIG. 7 represents an installation allowing a subscriber to measure the real calorific power of the gas delivered to him.

Le repère 28 représente une chambre de combustion équipée d'un petit brûleur à gaz 29. Le repère 30 représente un détecteur selon l'invention à base de phtalocyanine métallique qui est placé au contact des gaz produits par la combustion. Le repère 31 représente une cheminée de rejet des fumées.Reference 28 represents a combustion chamber equipped with a small gas burner 29. Reference 30 represents a detector according to the invention based on metallic phthalocyanine which is placed in contact with the gases produced by combustion. The reference 31 represents a smoke rejection chimney.

Le détecteur 30 est placé sur un conduit branché en dérivation sur la cheminée qui aboutit à un appareil aspirant 32, par exemple un ventilateur ou une trompe à eau.The detector 30 is placed on a conduit connected in bypass to the chimney which leads to a suction device 32, for example a fan or a water pump.

Le détecteur 30 est placé à l'intérieur d'une chambre calorifugée 33.The detector 30 is placed inside a thermally insulated chamber 33.

Le signal électrique émis par le détecteur 30 est envoyé sur des circuits électroniques 34. Les circuits électroniques commandent une électrode 35 d'allumage du brûleur et reçoivent un signal d'un détecteur de flamme 36 qui est par exemple une cellule photo­électrique.The electrical signal emitted by the detector 30 is sent to electronic circuits 34. The electronic circuits control an ignition electrode 35 of the burner and receive a signal from a flame detector 36 which is for example a photoelectric cell.

Le repère 37 représente une bouteille contenant un gaz combustible étalon, par exemple du méthane. Le conduit de sortie de la bouteille 37 est équipé d'une électrovanne 37a.Reference 37 represents a bottle containing a standard combustible gas, for example methane. The outlet duct of the bottle 37 is equipped with a solenoid valve 37a.

Le repère 38 représente une vanne d'arrêt qui est placée sur une canalisation 39 branchée sur le réseau de distribution d'un gaz combustible dont on désire vérifier le pouvoir calorifique. Le repère 38a est une électrovanne. Le repère 40 représente un filtre. Le repère 41 représente une chambre chauffée maintenue à une température constante qui est par exemple de 45°C.The reference 38 represents a stop valve which is placed on a pipe 39 connected to the distribution network of a combustible gas for which it is desired to check the calorific value. The reference 38a is a solenoid valve. The reference 40 represents a filter. Reference 41 represents a heated chamber maintained at a constant temperature which is for example 45 ° C.

La canalisation de gaz 39 traverse la chambre 40 et elle comporte, à l'intérieur de cette chambre, un serpentin 41, un régulateur de pression 42, un tube capillaire 43 et un débitmètre 44. La sortie du débitmètre est connectée sur l'alimentation en gaz du brûleur 29.The gas pipe 39 passes through the chamber 40 and it includes, inside this chamber, a coil 41, a pressure regulator 42, a capillary tube 43 and a flow meter 44. The output of the flow meter is connected to the power supply in burner gas 29.

Le repère 45 représente une canalisation d'air qui est connectée sur une source d'air comprimé, par exemple sur un compresseur.The reference 45 represents an air duct which is connected to a source of compressed air, for example to a compressor.

La canalisation 45 est équipée d'une vanne d'arrêt 46, d'une électrovanne 46a, d'un filtre couplé à un détendeur 47 et d'un deuxième filtre dit filtre coalesceur 48.The pipe 45 is equipped with a stop valve 46, a solenoid valve 46a, a filter coupled to a pressure reducer 47 and a second filter called the coalescer filter 48.

La canalisation 45 comporte, dans la traversée de la chambre 40, un serpentin 49, un débitmètre massique 50 et une vanne automatique 51 de régulation du débit d'air. L'ensemble formé par le débitmètre massique 50 et la vanne de régulation 51 est connecté aux circuits électroniques 34. La canalisation d'air sortant de la chambre 40 est connectée sur l'alimentation en air du brûleur 29. La sortie de la bouteille de gaz étalon 37 est connectée en dérivation sur la canalisation 39.The pipe 45 comprises, in the passage through the chamber 40, a coil 49, a mass flow meter 50 and an automatic valve 51 for regulating the air flow. The assembly formed by the mass flow meter 50 and the control valve 51 is connected to the electronic circuits 34. The air duct leaving the chamber 40 is connected to the air supply to the burner 29. The outlet of the bottle of standard gas 37 is connected in bypass on line 39.

Le fonctionnement est le suivant.The operation is as follows.

Dans une phase d'étalonnage, on fait d'abord fonctionner le brûleur en l'alimentant en gaz étalon et en air et le détecteur 30 règle automatiquement la position de la vanne automatique 51 pour que la combustion soit optima, c'est-à-dire que le rapport air/combustible soit égal à l'optimum de combustion du brûleur pour le gaz étalon considéré. Connaissant le rapport stoechiométrique air/combustible du gaz étalon, on peut ainsi calculer l'écart par rapport à la stoechiométrie dû au brûleur et étalonner l'installation.In a calibration phase, the burner is first operated by supplying it with standard gas and with air and the detector 30 automatically adjusts the position of the automatic valve 51 so that combustion is optimum, that is to say -to say that the air / fuel ratio is equal to the optimum combustion of the burner for the standard gas considered. Knowing the stoichiometric air / fuel ratio of the standard gas, we can thus calculate the deviation from the stoichiometry due to the burner and calibrate the installation.

On note la position de la vanne automatique 51.Note the position of the automatic valve 51.

Une fois l'étalonnage réalisé, on alimente le brûleur 29 en un gaz combustible non connu, par exemple le gaz délivré par un réseau de distribution. Le détecteur 30, en coopération avec les circuits électroniques 34 et avec la vanne de régulation 51, règle automatiquement le débit d'air à la valeur optima correspondant à l'optimum de combustion.Once the calibration has been carried out, the burner 29 is supplied with an unknown fuel gas, for example the gas delivered by a network of distribution. The detector 30, in cooperation with the electronic circuits 34 and with the regulating valve 51, automatically regulates the air flow to the optimum value corresponding to the combustion optimum.

La position de la vanne automatique 51 comparée à la position qu'elle occupait pendant l'étalonnage, indique la quantité d'air correspondant aux proportions stoechiométriques pour le gaz à contrôler et permet de calculer le pouvoir calorifique inférieur de ce gaz.The position of the automatic valve 51 compared to the position it occupied during calibration, indicates the amount of air corresponding to the stoichiometric proportions for the gas to be controlled and makes it possible to calculate the lower calorific value of this gas.

Claims (15)

1. Procédé pour détecter globalement la nature des gaz de combustion selon lequel on dispose dans le circuit des gaz de combustion un détecteur comportant une couche de phtalocyanine métallique placée entre deux électrodes et on recueille entre lesdites électrodes un signal électrique qui varie en fonction de la nature des gaz de combustion, caractérisé en ce que l'on trace des courbes de variations de la résistance de la phtalocyanine en fonction de l'inverse de la température en degrés Celsius pour divers degrés hygrométriques des gaz, lesquelles courbes présentent un point de convergence et on maintient ledit détecteur à une température supérieure à un seuil minimum, légèrement inférieur à la température correspondant audit point de convergence, ce qui rend le détecteur insensible à la vapeur d'eau.1. A method for globally detecting the nature of the combustion gases, according to which there is a detector in the combustion gas circuit comprising a layer of metallic phthalocyanine placed between two electrodes and an electrical signal is collected between said electrodes which varies according to the nature of the combustion gases, characterized in that curves of variations in the resistance of phthalocyanine are plotted as a function of the inverse of the temperature in degrees Celsius for various hygrometric degrees of the gases, which curves have a point of convergence and said detector is kept at a temperature above a minimum threshold, slightly lower than the temperature corresponding to said point of convergence, which makes the detector insensitive to water vapor. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phtalocyanine est de la phtalocyanine de cuivre, et l'on maintient la température dudit détecteur au-dessus d'un seuil égal à environ 40°C.2. Method according to claim 1, characterized in that the phthalocyanine is copper phthalocyanine, and the temperature of said detector is maintained above a threshold equal to approximately 40 ° C. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phtalocyanine est de la phtalocyanine de cobalt, et l'on maintient la température dudit détecteur au-dessus d'un seuil égal à environ 30°C.3. Method according to claim 1, characterized in that the phthalocyanine is cobalt phthalocyanine, and the temperature of said detector is maintained above a threshold equal to approximately 30 ° C. 4. Dispositif pour détecter globalement la nature des gaz de combustion du type comportant un détecteur comportant une couche mince d'une phtalocyanine métallique, qui est placée au contact des gaz de combustion et qui relie deux électrodes entre lesquelles on recueille un signal électrique qui varie en fonction de la nature des gaz de combustion et qui passe par un minimum pour un rapport air/combustible voisin de l'optimum, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir la température dudit détecteur supérieure à un seuil, qui est déterminé en fonction de la nature de ladite phtalocyanine et qui est légèrement inférieur à la température du point de convergence des droites représentant les variations de la résistance de ladite phtalocyanine en fonction de l'inverse de la température exprimée en degrés Celsius pour différents degrés hygrométriques.4. Device for globally detecting the nature of the combustion gases of the type comprising a detector comprising a thin layer of a metallic phthalocyanine which is placed in contact with the combustion gases and which connects two electrodes between which an electrical signal which varies varies depending on the nature of the combustion gases and which passes through a minimum for an air / fuel ratio close to the optimum, characterized in that it comprises means for maintaining the temperature of said detector above a threshold, which is determined as a function of the nature of said phthalocyanine and which is slightly lower than the temperature of the point of convergence of the lines representing the variations in the resistance of said phthalocyanine as a function of the inverse of the temperature expressed in degrees Celsius for different hygrometric degrees. 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel ladite phtalocyanine est de la phtalocyanine de cuivre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir la température de ladite phtalocyanine de cuivre constamment supérieure à 40°C.5. Device according to claim 4 wherein said phthalocyanine is copper phthalocyanine, characterized in that it comprises means for maintaining the temperature of said copper phthalocyanine constantly above 40 ° C. 6. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel ladite phtalocyanine est de la phtalocyanine de cobalt, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir la température de ladite phtalocyanine de cobalt constamment supérieure à 30°C.6. Device according to claim 4 wherein said phthalocyanine is cobalt phthalocyanine, characterized in that it comprises means for maintaining the temperature of said cobalt phthalocyanine constantly above 30 ° C. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 du type comportant un détecteur (14), constitué d'une plaquette (25) en un matériau isolant sur laquelle sont déposées deux électrodes (26, 27) et un film d'une phtalocyanine métallique reliant entre elles les deux électrodes, caractérisé en ce que ladite plaquette porte, en outre, des résistances électriques de chauffage qui sont connectées à une source de tension.7. Device according to any one of claims 4 to 6 of the type comprising a detector (14), consisting of a plate (25) of an insulating material on which are deposited two electrodes (26, 27) and a film of a metallic phthalocyanine connecting the two electrodes together, characterized in that said wafer further carries electrical heating resistors which are connected to a voltage source. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, du type dans lequel ledit film de phtalocyanine est obtenu en appliquant sur ledit support une couche mince d'une suspension de particules de phtalocyanines métalliques dans un solvant pris dans le groupe du tétrachlorure de carbone, de l'éther ou de l'acétone, caractérisé en ce que ledit film contient, en outre, quelques grammes par litre d'une matière hydrophobe dissoute dans ledit solvant.8. Device according to any one of claims 4 to 7, of the type in which said phthalocyanine film is obtained by applying to said support a thin layer of a suspension of metal phthalocyanine particles in a solvent taken from the group of tetrachloride of carbon, ether or acetone, characterized in that said film also contains a few grams per liter of a hydrophobic material dissolved in said solvent. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite matière hydrophobe est un alcane liquide ou solide dont les molécules comportent un nombre d'atomes de carbone supérieur à 10.9. Device according to claim 8, characterized in that said hydrophobic material is a liquid or solid alkane whose molecules have a number of carbon atoms greater than 10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit alcane est de l'huile de paraffine.10. Device according to claim 9, characterized in that said alkane is paraffin oil. 11. Procédé de fabrication d'un détecteur destiné à un dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que :
- on dissout dans un solvant pris dans le groupe du tétrachlorure de carbone, de l'éther et de l'acétone, une quantité d'un alcane liquide ou solide de l'ordre de quelques grammes par litre de solvant;
- on ajoute ensuite audit solvant une quantité de particules d'une phtalocyanine métallique, de l'ordre de 10g par litre de solvant,
- on agite pour former une suspension homogène;
- on applique une couche mince de ladite suspension entre deux électrodes (26, 27) placées sur une plaquette isolante (25);
- et, après évaporation du solvant, on obtient un film semi-­conducteur de phtalocyanine insensible à l'humidité des gaz.
11. Method for manufacturing a detector intended for a device according to any one of claims 9 and 10, characterized in that:
- Dissolving in a solvent taken from the group of carbon tetrachloride, ether and acetone, a quantity of a liquid or solid alkane of the order of a few grams per liter of solvent;
a quantity of particles of a metallic phthalocyanine is then added to said solvent, of the order of 10 g per liter of solvent,
- Stirred to form a homogeneous suspension;
- applying a thin layer of said suspension between two electrodes (26, 27) placed on an insulating plate (25);
- And, after evaporation of the solvent, one obtains a phthalocyanine semiconductor film insensitive to the humidity of the gases.
12. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à un brûleur de combustibles pour vérifier le bon fonctionnement dudit brûleur, caractérisée en ce que l'on compare le signal électrique délivré par ledit détecteur à base de phtalocyanine à un seuil déterminé et on déclenche un signal d'alarme lorsque ce seuil est dépassé.12. Application of a device according to any one of claims 4 to 10 to a fuel burner to verify the proper functioning of said burner, characterized in that the electrical signal delivered by said phthalocyanine-based detector is compared with a determined threshold and an alarm signal is triggered when this threshold is exceeded. 13. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à un brûleur de combustibles (8), pour réguler automatiquement le fonctionnement de celui-ci, caractérisée en ce que ledit détecteur (14) est placé dans un conduit (12), dans lequel circulent des gaz de combustion émis par ledit brûleur (8) et le signal électrique émis par ledit détecteur (14) est envoyé dans une boucle d'asservissement (15, 16), qui commande un moyen d'obturation automatique (18), qui est placé sur le conduit d'alimentation dudit brûleur en air de combustion (6) ou en combustibles (5) et qui règle automatiquement le rapport air/combustible, de telle sorte que le signal émis par ledit détecteur soit minimum, ce qui correspond sensiblement à une combustion optima.13. Application of a device according to any one of claims 4 to 10 to a fuel burner (8), for automatically regulating the operation thereof, characterized in that said detector (14) is placed in a duct (12), in which flue gases emitted by said burner (8) circulate and the electrical signal emitted by said detector (14) is sent into a control loop (15, 16), which controls a shutter means automatic (18), which is placed on the supply pipe of said burner with combustion air (6) or with fuels (5) and which automatically regulates the air / fuel ratio, so that the signal emitted by said detector is minimum, which corresponds substantially to optimum combustion. 14. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à un moteur à combustion interne en vue de réguler automatiquement le fonctionnement de celui-ci, caractérisée en ce que ledit détecteur (14) est placé dans un conduit branché en dérivation sur le conduit d'échappement (10) dudit moteur et le signal électrique émis par ledit détecteur (14) est envoyé dans une boucle d'asservissement (15, 16) qui commande un moyen d'obturation automatique (18) qui est placé dans le circuit (3) d'alimentation en air ou dans le circuit d'alimentation en combustible (23) dudit moteur et qui règle automatiquement le rapport air/combustible, de telle sorte que ledit signal corresponde à un fonctionnement optimum dudit moteur.14. Application of a device according to any one of claims 4 to 10 to an internal combustion engine in order to automatically regulate the operation thereof, characterized in that said detector (14) is placed in a connected conduit in derivation on the exhaust duct (10) of said engine and the electrical signal emitted by said detector (14) is sent in a control loop (15, 16) which controls an automatic shutter means (18) which is placed in the air supply circuit (3) or in the fuel supply circuit (23) of said engine and which automatically adjusts the air / fuel ratio, so that said signal corresponds to optimum operation of said engine. 15. Application d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 à la mesure du pouvoir calorifique d'un gaz combustible, caractérisée en ce que l'on brûle successivement ledit gaz combustible et un gaz étalon connu dans un brûleur (29) qui est équipé d'un détecteur (30) à base de phtalocyanine métallique, qui est placé au contact des fumées émises par ledit brûleur, lequel détecteur envoie un signal électrique à des circuits électroniques (34), qui commandent une vanne automatique (51) placée sur le conduit (45) d'alimentation dudit brûleur en air de combustion et qui règlent automatiquement le rapport air/gaz combustible à une valeur correspondant aux proportions optima, et les positions comparées de ladite vanne automatique (51) pendant la combustion dudit gaz combustible et celle dudit gaz étlon permettent de calculer le pouvoir calorifique dudit gaz combustible.15. Application of a device according to any one of claims 4 to 10 for measuring the calorific value of a combustible gas, characterized in that said combustible gas and a known standard gas are successively burned in a burner ( 29) which is equipped with a metal phthalocyanine detector (30) which is placed in contact with the fumes emitted by said burner, which detector sends an electrical signal to electronic circuits (34), which control an automatic valve (51) placed on the duct (45) supplying said burner with combustion air and which automatically adjust the air / fuel gas ratio to a value corresponding to the optimum proportions, and the compared positions of said automatic valve (51) during the combustion of said fuel gas and that of said etlon gas make it possible to calculate the calorific value of said fuel gas.
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