JP2012173007A - 熱電対、熱電対具備部材及びそれを用いたオゾン濃度計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の素線15aと、第1の素線15aとは異なる材質からなる第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分であり、オゾンを含む試料ガスの温度を感知する第1感知部6と、第1の素線15aと同じ材質からなる第3の素線15cと、第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分であって、複数の貫通孔が形成されたシート状のものからなり表面に触媒が担持され、オゾン濃度に比例して昇温される金属製の基材5が熱伝導可能に固定され、基材5の温度を感知する第2感知部8と、を有し、第1感知部6と第2感知部8とが同一の先端部に形成されており、第1感知部6で発生した起電力と第2感知部8で発生した起電力との差を、第1の素線15aと第3の素線15cとの電位差として測定する熱電対1A。
【選択図】図1
Description
本発明の熱電対の一の実施形態は、図1,図2に示す熱電対1Aのように、第1の素線15aと、第1の素線15aとは異なる材質からなる第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分であり、オゾンを含む試料ガスの温度を感知する第1感知部6と、第1の素線15aと同じ材質からなる第3の素線15cと、第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分であって、複数の貫通孔が形成されたシート状のものからなり表面に触媒が担持され、オゾン濃度に比例して昇温される金属製の基材5が熱伝導可能に固定され、基材5の温度を感知する第2感知部8と、を有し、第1感知部6と第2感知部8とが同一の先端部に形成されており、第1感知部6で発生した起電力と第2感知部8で発生した起電力との差を、第1の素線15aと第3の素線15cとの電位差として測定するものである。
第1感知部6は、上述したように、第1の素線15aと第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分である。そして、第1感知部6では、試料ガスの温度に起因する起電力が発生する。
第2感知部8は、上述したように、第3の素線15cと第2の素線15bとを互いに溶接して形成された溶接部分である。この第2感知部8では、後述する基材5が熱伝導可能に固定されているため、基材5の温度に起因する起電力が発生する。
本発明の熱電対においては、第1の素線と第3の素線とは互いに同じ材質であり、第2の素線と第1の素線及び第3の素線とは互いに異なる材質であることが必要である。このような条件を満たす限り素線の形状やその寸法(幅や長さ)は特に制限はなく、後述する外装部材の内径との関係により適宜選択することができる。このように素線の幅や長さは適宜選択することができるが、太すぎたり厚すぎたりすると、感知性能の低下(感知時間の遅れ)や加工性が悪くなると推察する。なお、具体的には、線材であれば、径が0.05〜1mmのものを用いることができ、板材であれば厚さが0.05〜0.5mmのものを用いることができる。より具体的には、本発明の熱電対においては、K、J、T、E、N、R、S、Bなどの公知の熱電対とすることができる。なお、K熱電対であれば、第1の素線及び第3の素線としてクロメル材を用い、第2の素線としてアルメル材を用いることができる。また、第1の素線及び第3の素線としてアルメル材を用い、第2の素線としてクロメル材を用いることもできる。
基材は、上述したように、複数の貫通孔が形成されたシート状である金属製の部材である。このような簡単な構造の部材(基材)を用いるものであるため、本発明の熱電対を用いてオゾン濃度計を作製した場合、従来のオゾン濃度計に比べて製造にかかる費用が低廉になる。
触媒は、オゾンと接触することにより熱を発生させるものである限り特に制限はない。例えば、オゾンと接触することにより発熱するオゾン分解触媒、ニッケル、マンガン、銅、白金、パラジウム、鉄、コバルト、銀等の金属や、上記金属の酸化物(具体的には、酸化マンガン、酸化鉄)を含有するものなどを挙げることができる。これらの中でも、オゾンを良好に酸素に分解し、分解反応における反応熱の発生が良好であるという観点から、酸化マンガンを含有するものが好ましく、酸化銅を含む酸化マンガン(カロライト)が更に好ましい。
本発明の熱電対具備部材の一の実施形態は、図9に示す熱電対具備部材20のように、オゾンを含む試料ガスが流れる貫通路25、及び、貫通路25に連通する熱電対配設路27を有する外装部材29と、熱電対配設路27に、第1感知部6と第2感知部8とが貫通路25内に位置するように配設された熱電対1Aと、を備えるものである。このような熱電対具備部材20を用いれば、「オゾンを含む試料ガスが流れる貫通路25、及び、貫通路25に連通する熱電対配設路27を有する外装部材29と、熱電対配設路27に、第1感知部6と第2感知部8とが貫通路25内に位置するように配設された熱電対1Aと、を備える」ため、応答速度が速く、構成部品数が少なく簡単な構成からなり、オゾン濃度を継続的かつ良好に測定することが可能なオゾン濃度計を得ることができる。熱電対具備部材20においては、熱電対配設路27が熱電対1Aによって塞がれており、試料ガスが熱電対配設路27に流れないようになっている。
貫通路は、図9に示すような貫通路25のように、中心軸が直線状に延びる流路であり、試料ガスが貫通路25の一方の開口25aから流入し、貫通路25内を直進して、他方の開口25bから流出するものであることが好ましい。このように中心軸が直線状に延びる流路であると、貫通路25内で試料ガスの流れが滞るという不具合が生じ難くなる。そのため、昇温した基材5の熱が試料ガスに伝達されてしまうことを防止でき、より正確な温度測定が可能になる。即ち、第1感知部6及び第2感知部8においてオゾン濃度に起因した正確な起電力を発生させることが可能になる。従って、オゾン濃度を精度良く測定できる。
本発明のオゾン濃度計の一の実施形態は、図9に示すオゾン濃度計10Aのように、熱電対具備部材20と、熱電対1Aの第1感知部6と第2感知部8との電位差からオゾン濃度を算出するオゾン濃度計測部13と、を備えるものである。このようなオゾン濃度計10Aは、「熱電対具備部材20と、熱電対1Aの第1の素線15aと第3の素線15cとの電位差からオゾン濃度を算出するオゾン濃度計測部13と、を備える」ため、応答速度が速く、構成部品数が少なく簡単な構成からなり、オゾン濃度を継続的かつ良好に測定することが可能なものである。
本発明のオゾン濃度計は、図9に示すオゾン濃度計10Aのように、熱電対の第1の素線15aと第3の素線15cとの電位差からオゾン濃度を算出するオゾン濃度計測部13を備えることが好ましい。図9において、オゾン濃度計測部13には、熱電対1Aの接続端子16が接続されている。なお、オゾン濃度計測部13に代えて、電位差から温度を算出する温度測定部を用いてもよい。この場合には、温度測定部に表示された温度をオゾン濃度に換算すること(換算部を備えること)が好ましい。また、オゾン濃度計測部13に代えて、オゾン濃度制御機を用い、熱電対の第1の素線15aと第3の素線15cとの電位差(第1感知部6で発生した起電力と第2感知部8で発生した起電力との差)を直接、オゾン濃度制御機に制御信号として送信してもよい。
次に、本発明のオゾン濃度計の製造方法について、図9に示すオゾン濃度計10Aを製造する方法に基づいて説明する。
まず、熱電対の材料の第1の素線及び第3の素線として2本のクロメル材、第2の素線としてアルメル材(部材長さ10mm)、基材として縦4mm×横12mmの平板状で網状のステンレス鋼(SUS304(目開き500μm、厚さ(細線径)630μm))を用いた。なお、基材としては、表面の全部に酸化マンガン触媒を担持させたものを用いた。このような基材(触媒が担持された基材)は、酸化マンガン触媒(カロライト)の粉末に水を添加してスラリーを調製し、調製したスラリーを基材に塗布して作製した。
図12に示すオゾン濃度計評価装置30を用いて、本実施例のオゾン濃度計10Aの評価を行った。オゾン濃度計評価装置30は、図12に示すように、純度98%以上の酸素が充填された酸素供給源33と、オゾン発生装置35(小型オゾナイザ:メタウォーター社製(オゾン発生量能力1g/時間))と、紫外線オゾン濃度計37(エバラ社製(型番)「Model−600」)と、カロライトを有するオゾン分解処理塔39と、を備えている。更に、酸素供給源33とオゾン発生装置35との間に配置された酸素流量計41と、紫外線オゾン濃度計37と本実施例のオゾン濃度計10Aとの間に配置された2つのオゾン流量計43と、オゾン発生装置35と紫外線オゾン濃度計37との間には圧力計45と、を備えている。
図12に示すオゾン濃度計評価装置30におけるオゾン濃度計10Aを、図15に示すオゾン濃度計100に置き換えたこと以外は、実施例1と同様に、「感知応答性の評価」を行った。オゾン濃度計100は、熱電対(K熱電対)101aを備える熱電対具備部材101と熱電対(K熱電対)201aを備える熱電対具備部材201とを直列に接続し、上流側に熱電対(K熱電対)101a(熱電対具備部材101)を配置し、下流側に熱電対(K熱電対)201a(熱電対具備部材201)を配置したものである(図15参照)。
実施例1のオゾン濃度計の温度計測部を、R熱電対(白金−ロジウム)用の温度計測部に代えたこと以外は、実施例1と同様のオゾン濃度計を作製した。
Claims (8)
- 第1の素線と、前記第1の素線とは異なる材質からなる第2の素線とを互いに溶接して形成された溶接部分であり、オゾンを含む試料ガスの温度を感知する第1感知部と、
前記第1の素線と同じ材質からなる第3の素線と、前記第2の素線とを互いに溶接して形成された溶接部分であって、複数の貫通孔が形成されたシート状のものからなり表面に触媒が担持され、オゾン濃度に比例して昇温される金属製の基材が熱伝導可能に固定され、前記基材の温度を感知する第2感知部と、を有し、
前記第1感知部と前記第2感知部とが同一の先端部に形成されており、
前記第1感知部で発生した起電力と前記第2感知部で発生した起電力との差を、前記第1の素線と前記第3の素線との電位差として測定する熱電対。 - 前記基材における複数の前記貫通孔が、細線によって区画形成されており、前記細線の太さが20〜400μmである請求項1に記載の熱電対。
- 前記基材における目開きは、20〜600μmである請求項2に記載の熱電対。
- 前記基材は、シートが折り曲げられてなるものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱電対。
- 前記基材を複数有し、複数の前記基材は、一の基材に平行になるように他の基材が配列された状態で、隣接する基材が、相互に連結されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱電対。
- 前記基材が、ステンレス鋼からなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱電対。
- オゾンを含む試料ガスが流れる貫通路、及び、前記貫通路に連通する熱電対配設路を有する外装部材と、
前記熱電対配設路に、前記第1感知部と前記第2感知部とが前記貫通路内に位置するように配設された、請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱電対と、を備える熱電対具備部材。 - 請求項7に記載の熱電対具備部材と、前記熱電対の前記第1の素線と前記第3の素線との電位差からオゾン濃度を算出するオゾン濃度計測部と、を備えるオゾン濃度計。
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