JPS5871447A - 燃焼機器用のガス検出素子 - Google Patents
燃焼機器用のガス検出素子Info
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- JPS5871447A JPS5871447A JP17048181A JP17048181A JPS5871447A JP S5871447 A JPS5871447 A JP S5871447A JP 17048181 A JP17048181 A JP 17048181A JP 17048181 A JP17048181 A JP 17048181A JP S5871447 A JPS5871447 A JP S5871447A
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- Japan
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、不完全燃焼や酸欠の防止のため用いられる
燃焼機器用のガス検出素子に関するもので、さらに詳し
くはガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体をガ
ス感応部に利用した素子の、ガス感応部への通気性の制
御手段に関するものである。
燃焼機器用のガス検出素子に関するもので、さらに詳し
くはガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体をガ
ス感応部に利用した素子の、ガス感応部への通気性の制
御手段に関するものである。
金属酸化物半導体の抵抗値がガスにより変化することは
広く知られている。そしてこの性質を利用して、ストー
ブやボイラー等の燃焼機器の動作状態を検出し、不完全
燃焼や酸欠の防止を図ることも、実開昭５６−１０７５
４８号等により既に提案されている。しかしながら実開
昭５６−１０７５４８号は、素子にカバーを設けていな
い。
広く知られている。そしてこの性質を利用して、ストー
ブやボイラー等の燃焼機器の動作状態を検出し、不完全
燃焼や酸欠の防止を図ることも、実開昭５６−１０７５
４８号等により既に提案されている。しかしながら実開
昭５６−１０７５４８号は、素子にカバーを設けていな
い。
本発明者らは、燃焼機器用のガス検出素子について研究
を重ねた結果、以下の問題点を見出した。
を重ねた結果、以下の問題点を見出した。
■ 素子の取り付は位置によって、検出結果が変動する
。
。
■ 素子の抵抗値は当量点（空気過剰率−１）を境にし
て、大きく変化するはずである。しかし低温では当量点
前後での抵抗値の変化、が小さく、不完全燃焼の検出が
困難になる。
て、大きく変化するはずである。しかし低温では当量点
前後での抵抗値の変化、が小さく、不完全燃焼の検出が
困難になる。
■の現象は、全予混合形のガスバーナを例とすると、以
下のように考えることができる。バーナノズルから空気
とともに噴射された燃料は、燃焼面でほぼ燃焼を完了し
、周囲の２次空気と混合しつつ排出される。この場合に
素子を燃焼面の上流にあくと未反応の燃料と酸素とが共
存するため、素子の抵抗値は燃焼状態に対応したものに
ならない。
下のように考えることができる。バーナノズルから空気
とともに噴射された燃料は、燃焼面でほぼ燃焼を完了し
、周囲の２次空気と混合しつつ排出される。この場合に
素子を燃焼面の上流にあくと未反応の燃料と酸素とが共
存するため、素子の抵抗値は燃焼状態に対応したものに
ならない。
素子を燃焼面の後流におくと、周囲空気の影響により、
素子の抵抗値は燃焼状態に対応しない。、このような機
構により、素子の特性は取り付は位置により変動する。
素子の抵抗値は燃焼状態に対応しない。、このような機
構により、素子の特性は取り付は位置により変動する。
また燃焼負荷の変動や、室内酸素濃度の変動等によって
燃焼面が変動するため、事態はさらに複雑になる。
燃焼面が変動するため、事態はさらに複雑になる。
■の現象は、素子の取り付は位置を変化させても解決で
きない問題である。この現象は、燃焼排ガス中に未反応
成分が残存することによると考えられる。即ち、燃焼面
で完全な化学平衡が達成されるものではなく、排ガス中
に微量の未反応成分が残存しているため生じるものであ
る。このような未反応成分は、高温では素子の内部で接
触反応により除去されるため問題とならないが、低温で
は接触反応が不十分になるため、素子の抵抗値に影響を
与えるのである。
きない問題である。この現象は、燃焼排ガス中に未反応
成分が残存することによると考えられる。即ち、燃焼面
で完全な化学平衡が達成されるものではなく、排ガス中
に微量の未反応成分が残存しているため生じるものであ
る。このような未反応成分は、高温では素子の内部で接
触反応により除去されるため問題とならないが、低温で
は接触反応が不十分になるため、素子の抵抗値に影響を
与えるのである。
この発明は、素子の取り付は位置による特性の変動が小
さく、低温でも十分な活性がある燃焼機器用のガス検出
素子を提供することを目的とじている。
さく、低温でも十分な活性がある燃焼機器用のガス検出
素子を提供することを目的とじている。
この発明は、硫黄やリン等の被毒成分による劣化が小さ
く、機械的にも丈夫な燃焼機器用のガス検出素子を提供
することを他の目的としている。
く、機械的にも丈夫な燃焼機器用のガス検出素子を提供
することを他の目的としている。
この発明の燃焼機器用のガス検出素子は、ガスにより抵
抗値が変化する金属酸化物半導体に一対の電極を接続し
たガス感応部を、耐熱絶縁性の基体に装着したもの□に
おいて、ガス感応部への露出と 表面を囲繞するように、多孔性セラミックを基体に装着
したものである。
抗値が変化する金属酸化物半導体に一対の電極を接続し
たガス感応部を、耐熱絶縁性の基体に装着したもの□に
おいて、ガス感応部への露出と 表面を囲繞するように、多孔性セラミックを基体に装着
したものである。
ここに多孔性セラミックを用いるのは、ガス感応部への
通気性を制御し、ガス感応部周辺でのガスの滞留時間を
延長するため・である。これによってガス感応部付近で
の未反応成分の接触反応による除去を容易とし、素子の
低温活性を向上させ、取り付は位置に対する許容幅を拡
げることができる。また雰囲隼の被毒成分を多孔性セラ
ミックに吸着させて除去することができる。さらに多孔
性セラミックによりガス感応部を機械的に保護すること
ができる。
通気性を制御し、ガス感応部周辺でのガスの滞留時間を
延長するため・である。これによってガス感応部付近で
の未反応成分の接触反応による除去を容易とし、素子の
低温活性を向上させ、取り付は位置に対する許容幅を拡
げることができる。また雰囲隼の被毒成分を多孔性セラ
ミックに吸着させて除去することができる。さらに多孔
性セラミックによりガス感応部を機械的に保護すること
ができる。
多孔性セラミックとしては、素焼きの陶器やハニカム状
のセラミック等を用いることができる。
のセラミック等を用いることができる。
ハニカムの通気性をさらに制限する必要がある場合には
、ハニカムの孔部にＡｊ？２０３等の無機耐熱材料を充
填する等の方法を用いれば良い。また多孔性セラミック
の材質を基体と同一とし、両者の熱膨張率を一致させる
ことが望ましい。
、ハニカムの孔部にＡｊ？２０３等の無機耐熱材料を充
填する等の方法を用いれば良い。また多孔性セラミック
の材質を基体と同一とし、両者の熱膨張率を一致させる
ことが望ましい。
金属酸化物半導体には、５ｎ０２ 、 Ｔ ｉ０２ 、
ＭｇＦｅ２０４ＣｏＯ等を用いれば良く、半導体の活
性を高める必要がある場合にはＰｔ 、’Ｐｄ 、 Ｒ
ｕ 、 Ａｕ等の貴金属触媒を加えれば良い。また半導
体の通気率を高めるためには、Ａｌ２Ｏ３や５ｉ０２等
の骨材を半導体に添加するようにする。これによって半
導体と基体の熱膨張率を一致させることもできる。耐熱
絶縁性基体としては、セラミック等を広く用いることが
でき、その形状も種々のものを用いる、乙とができる。
ＭｇＦｅ２０４ＣｏＯ等を用いれば良く、半導体の活
性を高める必要がある場合にはＰｔ 、’Ｐｄ 、 Ｒ
ｕ 、 Ａｕ等の貴金属触媒を加えれば良い。また半導
体の通気率を高めるためには、Ａｌ２Ｏ３や５ｉ０２等
の骨材を半導体に添加するようにする。これによって半
導体と基体の熱膨張率を一致させることもできる。耐熱
絶縁性基体としては、セラミック等を広く用いることが
でき、その形状も種々のものを用いる、乙とができる。
以下に図面によりこの発明の各実施例について説明する
。
。
第１図〜第３図は、この発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図はその平面図であり、第１図の鎖線Ｃの範囲
内の縦方向断面図を、Ａ−ｐ：方向の社のを第２図とし
て、Ｂ −Ｂ’力方向ものを第３図としてそれぞれ示す
。
で、第１図はその平面図であり、第１図の鎖線Ｃの範囲
内の縦方向断面図を、Ａ−ｐ：方向の社のを第２図とし
て、Ｂ −Ｂ’力方向ものを第３図としてそれぞれ示す
。
一図においてｆｌ）は耐熱絶縁性の基体で、緻密質のＡ
ｌ２Ｏ３を平板状に成型したものである。基体（１）の
先端部には、方形のくぼみ部（２）が設けてあり、くぼ
み部（２）の内部には金属酸化物半導体（３）が充填し
である。ここでは金属酸化物半導体（３）として、５０
重量部の５ｎ０２に１重量部のＰｔ 触媒を添加したも
のを、５０重量部のＡｌ２Ｏ３骨材と混合して用いた。
ｌ２Ｏ３を平板状に成型したものである。基体（１）の
先端部には、方形のくぼみ部（２）が設けてあり、くぼ
み部（２）の内部には金属酸化物半導体（３）が充填し
である。ここでは金属酸化物半導体（３）として、５０
重量部の５ｎ０２に１重量部のＰｔ 触媒を添加したも
のを、５０重量部のＡｌ２Ｏ３骨材と混合して用いた。
金属酸化物半導体（３）の露出面を、白金をアルミナに
担持させた酸化触媒層（４）で被覆する。なお酸化触媒
層（４）には、貴金属系のも′のの他に、遷移金属酸化
物系のもの等を用いることができる。
担持させた酸化触媒層（４）で被覆する。なお酸化触媒
層（４）には、貴金属系のも′のの他に、遷移金属酸化
物系のもの等を用いることができる。
（５）は素焼きの陶器であり、基体＋１）に嵌合され無
機接着剤で固定しである。金属酸化物半導体（３）には
、一対のＰｔ−Ｒｈ電極が埋設してあり、その一方を＋
ｅ）として図に示す。他方の図示しない電極をコイル状
に成型するとともに折り返し部を設けて、電極を測温抵
抗体に兼用する。各電極の他の部分を基体（１）に設け
た３つの溝（７）、（８）、（９）に収容し、無機接着
剤等を充填して電極を保護する。第３図に示すように、
半導体（３）が各溝（７）、（８）、（９）に多少入り
こむようにし、無機接着剤による半導体（３）の劣化を
防止する。（ｌＯ）、（１０１は基体（１）に設けた一
対の透孔で、基体（１）を燃焼機器に固着するためのも
ので′ある。
機接着剤で固定しである。金属酸化物半導体（３）には
、一対のＰｔ−Ｒｈ電極が埋設してあり、その一方を＋
ｅ）として図に示す。他方の図示しない電極をコイル状
に成型するとともに折り返し部を設けて、電極を測温抵
抗体に兼用する。各電極の他の部分を基体（１）に設け
た３つの溝（７）、（８）、（９）に収容し、無機接着
剤等を充填して電極を保護する。第３図に示すように、
半導体（３）が各溝（７）、（８）、（９）に多少入り
こむようにし、無機接着剤による半導体（３）の劣化を
防止する。（ｌＯ）、（１０１は基体（１）に設けた一
対の透孔で、基体（１）を燃焼機器に固着するためのも
ので′ある。
素子を燃焼機器等に取り付は燃焼を開始させると、高温
の燃焼ガスにより素子は動作温度まで加熱される。燃焼
ガスは素焼きの陶器（５）を通過した後に、触媒層（４
）を介して半導体（３）に接触する。素焼きの陶器（５
）により通気性が制限されているので、多量の未反応成
分が存在したり、あるいは低温で触媒活性が低い場合に
も、半導体（３）は平衡に達したガスに接触することに
なる。また燃焼ガス中の被毒成分は、素焼きの陶器（５
）に吸着されて除去される。
の燃焼ガスにより素子は動作温度まで加熱される。燃焼
ガスは素焼きの陶器（５）を通過した後に、触媒層（４
）を介して半導体（３）に接触する。素焼きの陶器（５
）により通気性が制限されているので、多量の未反応成
分が存在したり、あるいは低温で触媒活性が低い場合に
も、半導体（３）は平衡に達したガスに接触することに
なる。また燃焼ガス中の被毒成分は、素焼きの陶器（５
）に吸着されて除去される。
第４図に円柱状の基体（＋＋）とハニカム状のセラミッ
ク（１２１を用いた実施例を示す。基体（１１）には°
くぼみ部（１３）が設けてあり、その内部にペレット状
の金属酸化物半導体（！４）を収容する。電極（１５）
、（１〜によって、半導体（１４）を基体（１１）に装
着する。半導体（１４）の表面を、Ｃｒ２Ｏ３をＡｌ２
Ｏ３に担持させた酸化触媒層（１ηで被覆する。なおハ
ニカム（１２）には、肉厚１１ｆｆ、開口径Ｑ、 ｌ
ｍｍのものを用いた。
ク（１２１を用いた実施例を示す。基体（１１）には°
くぼみ部（１３）が設けてあり、その内部にペレット状
の金属酸化物半導体（！４）を収容する。電極（１５）
、（１〜によって、半導体（１４）を基体（１１）に装
着する。半導体（１４）の表面を、Ｃｒ２Ｏ３をＡｌ２
Ｏ３に担持させた酸化触媒層（１ηで被覆する。なおハ
ニカム（１２）には、肉厚１１ｆｆ、開口径Ｑ、 ｌ
ｍｍのものを用いた。
ガスバーナへの取り付は位置と特性との関係を４第５図
に示す。第５図（ａ）は第１図〜第３図の実施例の素子
の特性を、第５図（ｂ）はこの素子がら酸化触媒層を取
り外した実施例の素子の特性を、第５図（ｃｌは素焼き
の陶器と酸化触媒層とを取り外した比較例の素子の特性
を示す。
に示す。第５図（ａ）は第１図〜第３図の実施例の素子
の特性を、第５図（ｂ）はこの素子がら酸化触媒層を取
り外した実施例の素子の特性を、第５図（ｃｌは素焼き
の陶器と酸化触媒層とを取り外した比較例の素子の特性
を示す。
ガスバーナには全予混合形のプレート状のものを用い、
空気過剰率を０．８から鳳、２まで連続的に変化させて
実験を行った。図において１（ａ）、１ （ｂ）、１
（ｃ）はバーナ、ｌ！りらの距離が１ｆｆの場合を、２
（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）は２１１の場合を、３（ａ
）、８（ｂ）、８（ｃ）には８Ｈの場合をそれぞれ示す
。
空気過剰率を０．８から鳳、２まで連続的に変化させて
実験を行った。図において１（ａ）、１ （ｂ）、１
（ｃ）はバーナ、ｌ！りらの距離が１ｆｆの場合を、２
（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）は２１１の場合を、３（ａ
）、８（ｂ）、８（ｃ）には８Ｈの場合をそれぞれ示す
。
比較例の場合、曲線３（ｃ）が適切な取りつけ位置を示
すもので、取り付は位置を変えると適切な出力が得られ
なくなる。
すもので、取り付は位置を変えると適切な出力が得られ
なくなる。
実施例の場合には、素子をバーナに近づけても（曲線２
（ａ）、２（ｂ）、１ （ａ）、１（ｂ））、はぼ適切
な出力を得ることができる。 ゛ 第６図は素子の加熱温度と抵抗値の関係を示すもので、
用いた素子とバーナは上記のものと同じである。即ち曲
線（１）、（２）は第１図〜第３図の実施例の素子での
結果を、曲線（３）、（４）はＪ第１図〜第３図の実施
例から酸化触媒層を取り外した実施例の素子での結果を
、曲線（５）、（６）は酸化触媒層と素焼きの陶器を取
り外した比較例での結果を示すものである。曲線（＋１
、（３）、（６）はλ＝０．９５での結果を、曲線（２
）、（４）、（６）はλ−１，０５での結果をそれぞれ
示す。
（ａ）、２（ｂ）、１ （ａ）、１（ｂ））、はぼ適切
な出力を得ることができる。 ゛ 第６図は素子の加熱温度と抵抗値の関係を示すもので、
用いた素子とバーナは上記のものと同じである。即ち曲
線（１）、（２）は第１図〜第３図の実施例の素子での
結果を、曲線（３）、（４）はＪ第１図〜第３図の実施
例から酸化触媒層を取り外した実施例の素子での結果を
、曲線（５）、（６）は酸化触媒層と素焼きの陶器を取
り外した比較例での結果を示すものである。曲線（＋１
、（３）、（６）はλ＝０．９５での結果を、曲線（２
）、（４）、（６）はλ−１，０５での結果をそれぞれ
示す。
比較例では５００°Ｃ以下で、素子の感度は著しく小さ
くなる。これに対して実施例では、低温でも十分な感度
がある。
くなる。これに対して実施例では、低温でも十分な感度
がある。
以上に説明したように、この発明では多孔性セラミック
をガス感応部への通気性制御手段としたため、素子の取
り付は位置による特性の変化が小さく、低温でも高感度
な燃焼機器用のガス検出素子を得ることができる。また
素子の耐被毒性能と機械的強度を向上させることができ
る。
をガス感応部への通気性制御手段としたため、素子の取
り付は位置による特性の変化が小さく、低温でも高感度
な燃焼機器用のガス検出素子を得ることができる。また
素子の耐被毒性能と機械的強度を向上させることができ
る。
第゛１図はこの発明の実施例を示す平面図である。
第２図は、第１図の鎖線Ｃ内のＡ−ｐ：方向縦断面図、
第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ’方向縦断面図である。 第４図は他の実施例を示す断面図である。 第り図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は素子の取り付は位置と
出力の関係を示す特性図で、第６図は素子の温度と抵抗
値の関係を示す特性図である。 （１）、（Ｉす・・・耐熱絶縁性の基体、（３）、（１
４）・・・ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導
体、 （５）・・・素焼き陶器、（１２）・・・ハニカム状セ
ラミック。
第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ’方向縦断面図である。 第４図は他の実施例を示す断面図である。 第り図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は素子の取り付は位置と
出力の関係を示す特性図で、第６図は素子の温度と抵抗
値の関係を示す特性図である。 （１）、（Ｉす・・・耐熱絶縁性の基体、（３）、（１
４）・・・ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導
体、 （５）・・・素焼き陶器、（１２）・・・ハニカム状セ
ラミック。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体に一
対の電極を接続したガス感応部を、耐熱絶縁性の基体に
装着した燃焼機器用のガス検出素子において、前記ガス
感応部の雰囲気への露出表面を囲繞するように、ハニカ
ム状セラミック、素焼き陶器等の多孔性セラミ鬼 ツクを基体に装着したことを特徴とする燃焼機器用のガ
ス検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17048181A JPS5871447A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 燃焼機器用のガス検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17048181A JPS5871447A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 燃焼機器用のガス検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5871447A true JPS5871447A (ja) | 1983-04-28 |
Family
ID=15905743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17048181A Pending JPS5871447A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 燃焼機器用のガス検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5871447A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63165745A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガス検出器 |
-
1981
- 1981-10-23 JP JP17048181A patent/JPS5871447A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63165745A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガス検出器 |
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