JPS5871448A - 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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- JPS5871448A JPS5871448A JP17048281A JP17048281A JPS5871448A JP S5871448 A JPS5871448 A JP S5871448A JP 17048281 A JP17048281 A JP 17048281A JP 17048281 A JP17048281 A JP 17048281A JP S5871448 A JPS5871448 A JP S5871448A
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- Japan
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- gas
- combustion
- temperature
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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
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
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、金属酸化物半導体の抵抗値の変化により不
完全燃焼や酸欠を検出する燃焼機器用のガス検出素子に
関するもので、特に金属酸化物半導体への通気性の制御
、および燃焼ガス中に含まれる未反応成分の除去に関す
るものである。
完全燃焼や酸欠を検出する燃焼機器用のガス検出素子に
関するもので、特に金属酸化物半導体への通気性の制御
、および燃焼ガス中に含まれる未反応成分の除去に関す
るものである。
Ｓ、０２ 、 ＴｉＯ２、Ｍ、Ｆｅ２Ｏ４、ＣｏＯ等の
金属酸化物半導体の抵抗値が、酸素ガスやＣＯガス、Ｈ
２−ガス等の吸着により変化することは広く知られてい
る。金属酸化物半導体のこのような性質を利用して、燃
焼ガスの組成を検出し、不完全燃焼の防止や酸欠の予防
を図ることも既に提案されている。
金属酸化物半導体の抵抗値が、酸素ガスやＣＯガス、Ｈ
２−ガス等の吸着により変化することは広く知られてい
る。金属酸化物半導体のこのような性質を利用して、燃
焼ガスの組成を検出し、不完全燃焼の防止や酸欠の予防
を図ることも既に提案されている。
本発明者らは、このような燃焼機器用のガス検出素子に
ついて研究した結果、以下の現象を見出したＯ ■ 素子の出力は、その増シ付は位置によって′著しく
変動する。しかも適切な信号が得られる取り付は位置の
範囲は極めて狭い。
ついて研究した結果、以下の現象を見出したＯ ■ 素子の出力は、その増シ付は位置によって′著しく
変動する。しかも適切な信号が得られる取り付は位置の
範囲は極めて狭い。
■ 空気過剰率の変化に対する素子の感度は低温で著し
く減少する。
く減少する。
■の現象は、燃焼状態の検出そのものを困難にする。■
の現象は、燃焼負荷が低く素子の温度が低い場合に、燃
焼状態の検出精度が低下することを意味する。
の現象は、燃焼負荷が低く素子の温度が低い場合に、燃
焼状態の検出精度が低下することを意味する。
■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。バーナノズルから噴出し
た、混合気は燃焼面でほぼ反応を終了し、周囲の２次空
気と混合しつつ排出される。
のように考えることができる。バーナノズルから噴出し
た、混合気は燃焼面でほぼ反応を終了し、周囲の２次空
気と混合しつつ排出される。
素子を燃焼面の上流におくと、未反応の燃料と空気とが
共存するため、空気過剰率に対応する信号が得られにく
い。素子を燃焼面の後流におくと、周囲空気の影響のた
め、酸素過剰側にずれた信号が得られることになる。ま
た燃焼負荷の変動や室内酸素濃度の変動等により、燃焼
面が変化するため、素子の取り付は位置と特性との関係
はさらに複雑なものになる。
共存するため、空気過剰率に対応する信号が得られにく
い。素子を燃焼面の後流におくと、周囲空気の影響のた
め、酸素過剰側にずれた信号が得られることになる。ま
た燃焼負荷の変動や室内酸素濃度の変動等により、燃焼
面が変化するため、素子の取り付は位置と特性との関係
はさらに複雑なものになる。
■の現象は次の様に考えることができる。素子を燃焼面
の直後流においた場合であっても、燃焼ガス中には微量
の未反応成分が存在する。通常の使用温度、例えば６０
０〜９００℃では、金属酸化物半導体自身の触媒活性に
より、このような未反応成分は反応して除去される。こ
れに対して素子の温度が低下する゛と、半導体の触媒活
性も低下するため、このような微量の未反応成分が除去
されなくなる。そしてこの未反応成分のため、半導体の
抵抗値は本来あるべき値から、ずれることになる。
の直後流においた場合であっても、燃焼ガス中には微量
の未反応成分が存在する。通常の使用温度、例えば６０
０〜９００℃では、金属酸化物半導体自身の触媒活性に
より、このような未反応成分は反応して除去される。こ
れに対して素子の温度が低下する゛と、半導体の触媒活
性も低下するため、このような微量の未反応成分が除去
されなくなる。そしてこの未反応成分のため、半導体の
抵抗値は本来あるべき値から、ずれることになる。
この発明は、素子の取り付は位置への許容幅が広く、低
温でも活性が高い燃焼機器用のガス検出素子を提供する
ことを目的としている。
温でも活性が高い燃焼機器用のガス検出素子を提供する
ことを目的としている。
この発明は、耐被毒性能が良好で、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。
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、耐熱絶縁性基
体に装着した金属酸化物半導体の露出表面を囲続するよ
うに、多孔性セラミックを基体に装着するとともに、前
記多孔性セラミックの孔部に酸化触媒を付着させたもの
である。
体に装着した金属酸化物半導体の露出表面を囲続するよ
うに、多孔性セラミックを基体に装着するとともに、前
記多孔性セラミックの孔部に酸化触媒を付着させたもの
である。
ここに金属酸化物半導体としては、ｓ、ｏ２ 。
ＴｉＯ２、ＭｇＦｅ２Ｏ４、ＣｏＯ等のガスによシ抵抗
値が変化するものであれば良く、Ｐｄ 、 ｐｃ 、
Ｒｕ、 Ａｕ等の貴金属触媒や、不定形シリカ等の結合
剤を添加しても良い。金属酸化物半導体には、アルミナ
やシリカ等の骨材を添加しても良い。これによって金属
酸化物半導体の′強度を向上させることができるととも
に、その熱膨張率を基体のそれに一致させることができ
る。
値が変化するものであれば良く、Ｐｄ 、 ｐｃ 、
Ｒｕ、 Ａｕ等の貴金属触媒や、不定形シリカ等の結合
剤を添加しても良い。金属酸化物半導体には、アルミナ
やシリカ等の骨材を添加しても良い。これによって金属
酸化物半導体の′強度を向上させることができるととも
に、その熱膨張率を基体のそれに一致させることができ
る。
金属酸化物半導体の基体への装着は、基体表面への半導
体の塗布、基体に設けたくぼみ部や孔部への半導体の充
填、半導体に接続した電極線を介しての装着等、種々の
ものを用いることができる。
体の塗布、基体に設けたくぼみ部や孔部への半導体の充
填、半導体に接続した電極線を介しての装着等、種々の
ものを用いることができる。
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れば良い。ノ飄ニカム状セラミ
ックを用いる場合で、その通気性をさらに制限する必要
がある場合には、ノ・ニカムの孔部にＡｆｆｚＯａ等の
耐熱絶縁性の粒子を充填するようにすれば良い。
状のセラミック等を用いれば良い。ノ飄ニカム状セラミ
ックを用いる場合で、その通気性をさらに制限する必要
がある場合には、ノ・ニカムの孔部にＡｆｆｚＯａ等の
耐熱絶縁性の粒子を充填するようにすれば良い。
多孔性セラミックの材質は、基体と一致させることが望
ましい。これによって基体と多孔性セラミックの熱膨張
率を一致させることができる。
ましい。これによって基体と多孔性セラミックの熱膨張
率を一致させることができる。
酸化触媒としては、Ｐｔ 、Ｐｔ−Ｒｈ ＋ ’１ ＋
等の貴金属系のものや、Ｃｒ２０Ｂ 、ＺｎＣｒ２Ｏ４
等の金属酸化物系のもの等、酸化活性か高く、高温の各
種雰囲気に耐え得るものを広く用いることができる。
等の貴金属系のものや、Ｃｒ２０Ｂ 、ＺｎＣｒ２Ｏ４
等の金属酸化物系のもの等、酸化活性か高く、高温の各
種雰囲気に耐え得るものを広く用いることができる。
触媒の多孔性セラミックへの付着は、多重り性セラミッ
クをそのまま触媒の担体とする、あるいはＴ−ＡｈＯａ
等全担体とし、これを多孔性セラミックに付着させ
る等のものがある。
クをそのまま触媒の担体とする、あるいはＴ−ＡｈＯａ
等全担体とし、これを多孔性セラミックに付着させ
る等のものがある。
こ２とで多孔性セラミックを用いるのは、金属酸化物半
導体への通気性を制限するためである。多孔性セラミッ
クを用いる他の目的は、雰囲気ガス中に含まれる硫黄や
リン等の被毒成分をセラミックの壁面に吸着させて除去
すること、金属酸化物半導体を保護し、素子の取扱い時
の破損や汚染を防止することにある。
導体への通気性を制限するためである。多孔性セラミッ
クを用いる他の目的は、雰囲気ガス中に含まれる硫黄や
リン等の被毒成分をセラミックの壁面に吸着させて除去
すること、金属酸化物半導体を保護し、素子の取扱い時
の破損や汚染を防止することにある。
酸化触媒を用いるのは、雰囲気中の未反応成分（酸化雰
囲気中に残存する微量のＣｏ、Ｈ２，ＣＨ４等、あるい
は還元雰囲気中に残存する酸素やＮＯｘ 。
囲気中に残存する微量のＣｏ、Ｈ２，ＣＨ４等、あるい
は還元雰囲気中に残存する酸素やＮＯｘ 。
等）を酸化還元反応により除去するためである。
これによって、未平衡のガスが半導体にふれることを防
止できる。
止できる。
以下に図面に基づきこの発明の各実施例を説明するＯ
第１図は第１の実施例のガス検出素子の平面図で、第２
図は、その区間Ｃ内のＡ−に方向拡大断面図、第３図は
同じ（Ｂ−Ｂ’方向拡大断面図であるＯ 図において（１）は緻密質アルミナからなる平板状の基
体で、その先端部には方形状のくぼみ部（２）が設けで
ある。くぼみ部（２）の内部には、１重量％のＰ（触媒
を添加したＳ。０２を当量のアルミナ骨材と混合した、
金属酸化物半導体（３）が充填しである。
図は、その区間Ｃ内のＡ−に方向拡大断面図、第３図は
同じ（Ｂ−Ｂ’方向拡大断面図であるＯ 図において（１）は緻密質アルミナからなる平板状の基
体で、その先端部には方形状のくぼみ部（２）が設けで
ある。くぼみ部（２）の内部には、１重量％のＰ（触媒
を添加したＳ。０２を当量のアルミナ骨材と混合した、
金属酸化物半導体（３）が充填しである。
（４）はＰ［−Ｒｈ触媒を含浸させた素焼きの陶器で、
半導体（３）の露出表面を覆うように、基体（１）に嵌
合しである。素焼きの陶器（４）と基体（１）との嵌合
部を、アルミナセメントで固定する。素焼きの陶器（４
）と半導体（３）との間に、すき間を設け、素焼きの陶
器（４）による半導体（３）の破損を防止する。
半導体（３）の露出表面を覆うように、基体（１）に嵌
合しである。素焼きの陶器（４）と基体（１）との嵌合
部を、アルミナセメントで固定する。素焼きの陶器（４
）と半導体（３）との間に、すき間を設け、素焼きの陶
器（４）による半導体（３）の破損を防止する。
半導体（３）には一対のＰＩ−Ｒｈ合金の電極線（その
うち一方を（５）として図示する）を埋設する。図示し
ない側の電極線を、コイル状に成型し折り返えし部を設
けて側温抵抗体として兼用する。電極線の保護のため、
基体に３つの溝（６＋ 、 （７１、（８１を設け、電
極線を収容しアルミナセメント等の無機充填剤で被覆す
る。基体（１）の基端部には一対の透孔＋９）、 ｔ＃
＋を設け、ボルト、ナツト止め等で素子を燃焼機器に取
り付けられるようにする。
うち一方を（５）として図示する）を埋設する。図示し
ない側の電極線を、コイル状に成型し折り返えし部を設
けて側温抵抗体として兼用する。電極線の保護のため、
基体に３つの溝（６＋ 、 （７１、（８１を設け、電
極線を収容しアルミナセメント等の無機充填剤で被覆す
る。基体（１）の基端部には一対の透孔＋９）、 ｔ＃
＋を設け、ボルト、ナツト止め等で素子を燃焼機器に取
り付けられるようにする。
なお、くぼみ部（２）に代えて透孔を設け、基体（１）
の表裏に多孔性セラミックを取りつけ、通気性の向上を
図っても良い。
の表裏に多孔性セラミックを取りつけ、通気性の向上を
図っても良い。
このガス検出素子を燃焼機器のバーナや排気管等に取シ
付ける。取り付は位置は、２次空気の混入が問題となる
場合は、燃焼面の直後流かやや上流側とする。２次空気
が混入しない場合は、燃焼面の後流側が望ましい。
付ける。取り付は位置は、２次空気の混入が問題となる
場合は、燃焼面の直後流かやや上流側とする。２次空気
が混入しない場合は、燃焼面の後流側が望ましい。
燃焼を開始させると、素子は高温の雰囲気により加熱さ
れて、動作が可能となる。雰囲気中に含まれる被毒成分
は、素焼きの陶器（４）に吸着されて除去される。した
がって軽重油等の安価な燃料を用いる機器でも素子の劣
化がない。雰囲気ガスは、素焼きの陶器（４）を介して
半導体（３）に接触する。素焼きの陶器（４）はかなり
の通気抵抗となるが、不完全燃焼や、室内の酸素の消費
による酸欠はきわめてゆっくり生じる現象である。しだ
がって数秒程度の検出の遅れは問題とならない。雰囲気
中に含まれる未反応成分は、酸化触媒によって除去され
る。通・気量が小さいので、多量の未反応成分が含まれ
る場合や低温で活性が低下した場合にも、十分に化学平
衡に達した気体が半導体（３）に送られる。
れて、動作が可能となる。雰囲気中に含まれる被毒成分
は、素焼きの陶器（４）に吸着されて除去される。した
がって軽重油等の安価な燃料を用いる機器でも素子の劣
化がない。雰囲気ガスは、素焼きの陶器（４）を介して
半導体（３）に接触する。素焼きの陶器（４）はかなり
の通気抵抗となるが、不完全燃焼や、室内の酸素の消費
による酸欠はきわめてゆっくり生じる現象である。しだ
がって数秒程度の検出の遅れは問題とならない。雰囲気
中に含まれる未反応成分は、酸化触媒によって除去され
る。通・気量が小さいので、多量の未反応成分が含まれ
る場合や低温で活性が低下した場合にも、十分に化学平
衡に達した気体が半導体（３）に送られる。
不完全燃焼や酸欠に伴う、雰囲気ガスの組成の変化は、
半導体（３）の抵抗値の変化として検出される。
半導体（３）の抵抗値の変化として検出される。
燃焼負荷の変動等による、半導体（３）の温度変化の影
響は、電極兼用の測温抵抗体により補償される０ 第４図は、二穴管状の基体（１１）を用いた実施例を示
すもので、半導体（１２）は電極線（１３） 、 ０４
）により支えられている。電極線ａ（至）、圓はアルミ
ナセメン）Ｑ５１で保護されており、その端部はＦｅ−
Ｃｒ合金線Ｑ６１゜（１７ｊに溶接されている。
響は、電極兼用の測温抵抗体により補償される０ 第４図は、二穴管状の基体（１１）を用いた実施例を示
すもので、半導体（１２）は電極線（１３） 、 ０４
）により支えられている。電極線ａ（至）、圓はアルミ
ナセメン）Ｑ５１で保護されており、その端部はＦｅ−
Ｃｒ合金線Ｑ６１゜（１７ｊに溶接されている。
半導体（１２を基体αＤに設けたくぼみ部α（至）に収
容し、基体（１１）の先端部に多孔性セラミック（ｌ■
を嵌合して固定スる。多孔性セラミック（１９）の孔部
に、γ−ＡｈＯｓにＣｒ２０Ｂを担持させた酸化触媒■
を充填する。なおノ）ニカム０９には肉厚ｌｆｌ、開口
径０．１朋のものを用いた。
容し、基体（１１）の先端部に多孔性セラミック（ｌ■
を嵌合して固定スる。多孔性セラミック（１９）の孔部
に、γ−ＡｈＯｓにＣｒ２０Ｂを担持させた酸化触媒■
を充填する。なおノ）ニカム０９には肉厚ｌｆｌ、開口
径０．１朋のものを用いた。
実施例の素子のガスバーナへの取り付は位置と特性との
関係を第５図（ｂ）に、比較例の場合を第５図（ａ）に
示す。実施例の素子として第１図〜第３図のものを、比
較例として実施例のもあがら素焼き陶器を取り外したも
のを用いた。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１．２まで連続的
に変化させて実験を行った。図においてｌ （ａ） 、
Ｉ （ｂ）はバーナがらの距離がｌｓｏｗの場合を、
２ （ａ） 、 ２ （ｂ）は２Ｈの場合を、８ （ａ
） 、 ８ （ｂ）は３ｕの場合をそれぞれ示す。
関係を第５図（ｂ）に、比較例の場合を第５図（ａ）に
示す。実施例の素子として第１図〜第３図のものを、比
較例として実施例のもあがら素焼き陶器を取り外したも
のを用いた。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１．２まで連続的
に変化させて実験を行った。図においてｌ （ａ） 、
Ｉ （ｂ）はバーナがらの距離がｌｓｏｗの場合を、
２ （ａ） 、 ２ （ｂ）は２Ｈの場合を、８ （ａ
） 、 ８ （ｂ）は３ｕの場合をそれぞれ示す。
比較例の場合、曲線３（ａ）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
（ｂ） 、 ｒ （ｂ） ）、はぼ適切な出力を得るこ
とができる。
（ｂ） 、 ｒ （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。図にお
いて実線（１）は実施例の素子のλ＝０．９５での結果
を、実線（２）はλ−１，０５での結果を示す。破線（
３）は比較例の結果でλ＝０．９５での抵抗値を、破線
（４）はλ−１，０５での結果をそれぞれ示す。
用いた素子とバーナは上記のものと同じである。図にお
いて実線（１）は実施例の素子のλ＝０．９５での結果
を、実線（２）はλ−１，０５での結果を示す。破線（
３）は比較例の結果でλ＝０．９５での抵抗値を、破線
（４）はλ−１，０５での結果をそれぞれ示す。
比較例では５００℃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。
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
により通気性を制御しつつ、酸化触媒により未反応ガス
を除去するため、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。
により通気性を制御しつつ、酸化触媒により未反応ガス
を除去するため、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。
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 −Ａ’方向拡大縦断
面、第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ’方向拡大縦断面図である。 第４図は他の実施例を示す断面図である。 第５図（ａ） 、 （ｂ）は素子の取シ付は位置と出力
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。 ＋１１ 、 （１１）・・・耐熱絶縁性の基体、＋３１
、 （１Ｂ・・・ガスにより抵抗値が変化する金属酸
化物半導体、 （４）・・・素焼き陶器、 （１９）・・・ハニカム状セラミック。 特許出願人 フィガロ技研株式会社 代表者 千 葉 瑛
面、第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ’方向拡大縦断面図である。 第４図は他の実施例を示す断面図である。 第５図（ａ） 、 （ｂ）は素子の取シ付は位置と出力
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。 ＋１１ 、 （１１）・・・耐熱絶縁性の基体、＋３１
、 （１Ｂ・・・ガスにより抵抗値が変化する金属酸
化物半導体、 （４）・・・素焼き陶器、 （１９）・・・ハニカム状セラミック。 特許出願人 フィガロ技研株式会社 代表者 千 葉 瑛
Claims (1)
- （１）耐熱絶縁性基体に装着した金属酸化物半導体の抵
抗値により燃焼状態を検出するようにした、燃焼機器用
のガス検出素子において、孔部に酸化触媒を付着させた
多孔性セラミックを、前記金属酸化物半導体の雰囲気ガ
スへの露出表面を囲続するように、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 |
|---|---|---|---|
| JP17048281A JPS5871448A (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 |
|---|---|---|---|
| JP17048281A JPS5871448A (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 |
|---|---|
| JPS5871448A true JPS5871448A (ja) | 1983-04-28 |
Family
ID=15905763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17048281A Pending JPS5871448A (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) | JPS5871448A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6113147A (ja) * | 1984-06-29 | 1986-01-21 | Riken Keiki Kk | 可燃ガス測定装置 |
-
1981
- 1981-10-23 JP JP17048281A patent/JPS5871448A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6113147A (ja) * | 1984-06-29 | 1986-01-21 | Riken Keiki Kk | 可燃ガス測定装置 |
| JPH0360385B2 (ja) * | 1984-06-29 | 1991-09-13 | Riken Keiki Kk |
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