JPS6026977B2 - 可燃ガス検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に可燃物検出装置に関するものであり、特
に可燃ガスを検出するために改良された示差熱蟹対装置
に関するものである。

可燃ガスの変動する濃度に応答して抵抗が変動する電気
的に加熱された白金フィラメントを利用した可燃ガス検
出装置は既に知られている。

該装置の抵抗変化は極めて小さく、ホィートストーンブ
リッジ配列の態様で使用することが必要となる。この配
列は装置の価格を増大させる。該装置の一例はェ・ア−
ル・ベイカ−（へＲ．Ｂａｋｅｒ）の１９６３年６月４
日に発行された米国特許番号第３０班７９９号‘こ見出
すことができる。これら従釆の装置はホィートストーン
ブリッジの使用を必要とすると共に、他の欠点を有する
。

定竃流電源又は他の制御された励起源が必要とされるし
、又前記袋贋は低い可燃物濃度で工業的に安定した作動
を行なわせるには大きすぎるドリフト率を示す。該ドリ
フトの問題の一部は、これら検出器の公称抵抗値が１．
００オームであり、そして可燃物の存在により抵抗は典
型的には１．０４オームに増大されるという理由から生
じる。この大きさの抵抗変化は接触抵抗、鰭子移動、結
晶粒の成長、他の変動によって経験される変動の種類に
大きさが近接している。示差熱電対は又ェフ・ィ・ロバ
ーッ（Ｆ．Ｅ．Ｒｏ氏ｒｔｓ）の１９７０王１月２７印
こ発行された米国特許番号第私９１斑１号によって明ら
かにされるような熱分析装置に使用するものとして知ら
れている。

しかしながら、自動の、安価で且つ安定した可燃ガス検
出装置を提供するために触媒及び非触媒によって被覆さ
れた前記示差熱曙対を使用した装置は今まで見出すこと
はできない。本発明に従うと、安価で、小型の、そして
自動且つ安定した示差熱電対可燃ガス検出装置が提供さ
れる。対をなす熱蟹対の一方の熱電対接点は白金のよう
な触媒材料によって被覆され、例えば一酸化炭素のよう
な加熱可燃ガスを前記触媒とイｂ学的に反応させ、熱を
放出させそして被覆されれた熱電対接点の温度を可燃ガ
スの濃度に比例して周囲温度以上にまで上昇させる。前
記対の熱電対の他の熱電対接点は該接点部での反応を防
止するべく例えば耐火セメントのような非触媒材料によ
って被覆され、該接点は周囲温度の監視にのみ使用され
る。対になった熱電対を反対に接続することにより、両
熱電対接点により検出された周囲温度信号を相殺し、触
媒被覆熱電対接点上の触媒と可燃ガスの反応によって生
じた周囲温度以上の温度上昇のみが残ることとなる。従
って、示差熱電対は周囲温度とは関係のない可燃ガの濃
度に比例した信号を確立する。本発明の一実施態様にお
いて、触媒被覆接点は、該接点のまわりに白金管を圧縮
して取付け、そして該触媒の表面積を更に増大させるた
めに白金ペーストで前記管を被覆することによって形成
される。

触媒被覆接点のまわりに白金管を直接取付けることによ
り良好な触媒活性領域を提供すると共に反応熱を接点部
に直接伝達し、熱電対による温度計側を確実に且つ正確
に行ない得る。非触媒接点は、例えば黄鋼のような軟質
の金属管を接点のまわりに圧縮して取付け、そして耐火
セメントで該管を被覆することによって形成される。或
る場合には、可燃性ガスは触媒と反応する限界温度まで
加熱される。

可燃ガスを加熱するために２つの熱電対接点のまわりに
螺旋ヒータが取付けられている。可燃ガスを含有した或
る混合物には硫黄が存在しているので、触媒上に硫酸が
鯖露するのを防止しそして触媒の損傷を防止するために
触媒は硫酸の露点以上に保持されねばならない。このよ
うな場合には熱出力は接点の周囲温度を大略８０００Ｆ
（約４２７０）に維持するべく増大される。前記説明に
より、本発明の目的の一つは示差熱鰭対可燃ガス検出装
置を提供することであるということが分るであろう。

本発明の他の目的は、確実に可燃ガスが反応限界温度以
上となり、それにより触媒上での酸の縞蕗を防止するよ
うにした加熱可燃ガス検出装置を提供することである。

本発明の上記及び他の目的は、以下の説明より十分理解
されるであろう。次に図面について説明すると、第１図
及び第２図は螺子１４によってブロック１２に取付けら
れた可燃ガス検出装置組立体１０を図示する。

ブロック１２は、空気により稀釈された可燃ガスを含有
した鰹道ガスを入口１６から出口１８へと該ブロックを
貫通して流動させそして検出装置組立体１０と接触せし
めるように設計されている。ブロック１２は、ダクトか
らの煙道ガスをダクトへと循環させるようにした１９７
６王６月１日発行の米国特許番号第３９６０５０び号に
記載されるような酸素検出装置を具備した完全なガス採
取分析装置の一部分とすることができる。前記ガス採取
分析装置は上記特許に詳しく記載される。検出装置組立
体１川ま取付フランジ２２を有した金属ブロック２０を
具備し、該検出装置組立体１０は取付フランジ２２を介
し螺子１４によってフロック１２に密封して取付けられ
る。

薄壁管２４がブ。ツク２０のフランジ２２の両端へと圧
入される。この時該管２４はブロック２０の両端部を越
えてのびそして金属ブロック２０の両端に保護空間２６
を提供する。二対の電気的導線２８及び３０がブロック
を貫通して設けられる。この時該導線はブロックから亀
気的に絶縁されそして各端部が空間２６へとのびるよう
にされる。該導線２８及び３川ま全被覆黄銅線であるが
、ニッケルも又都合のよい材料である。検出装置組立体
１０の中央部は前記導線３０を横切って連結された示差
熱電対組立体３２である。

第３図に最もよく図示されるように、示差熱弦対組立体
３２、即ち、第１熱電対接点３４及び第２熱電対接点３
６は、各アルメルワイャ３８，４０の端部をクロメルで
できた共通の接続ワイヤ４２と重ね合せることによって
提供される。

熱電対接点３４及び３６は、既に知られているように、
各接点３４及び３６の温度によって反対のミリボルトの
信号を譲起する。これらミリボルト信号は熱電対組立体
３２に連結された導線３０に沿って該導線３０の反対端
に連結されたボルトメータ４４に伝達される。熱電対組
立体３２を可燃ガス検出装置として作用させるために、
各熱軍対接点３４及び３６は触媒材料及び非触媒材料で
被覆される。製造を容易にして前記被覆作業を達成する
ために、熱電対接点３４は、クロメルワィャ３８の端部
とァルメルワィャ４２の一端とを白金管４６に通し、該
白金管４６を該各ワイヤの端部へと圧縮して取付けるこ
とによって形成される。白金は既知の触媒材料であり、
本発明の好ましい実施態様において使用されるものであ
るが、他の既知の材料、例えばパラジウムも又使用する
ことができるであろう。触媒の表面積を更に増大させる
ために、白金ペースト４８が白金管４６のまわりに被覆
される。組立体は、ペーストを固化しそして触媒熱電対
接点を形成するために１００００Ｆ（約５斑℃）で加熱
される。熱電対接点３６は、アルメルワィヤ４０と共通
のクロメルワィャ４２の端部とを黄鋼管５０に通しそし
て該管５０を熱電対接点３６へと圧縮して取付けること
によって非触媒熱電対接点に形成される。

熱電対接点３６の非触媒性を更に確実ならしめるために
、黄鋼管５０は、市場で入取可能なアルミニウム酸化物
及びシリコン酸化物並びに他の成分から成るＳａＭｒｅ
ｌｓｅｎＮｏ．柊蚤抗体セメントとして知られている抵
抗体セメント５２によって被覆される。黄鋼管５０を抵
抗体セメントで被覆すれば、非触媒接点の熱質量が触媒
接点の熱質量と合致し、該二つの接点の過渡熱応答が等
しくされる。前記触媒及び非触媒を被覆した熱電対接点
が可燃ガス検出装置として作動し得るのは、例えば一酸
化炭素及びメタンのような可燃物が例えば白金のような
加熱された触媒の存在下に酸素と反応しそして以下のイ
ｂ学式に従って触媒に熱を放出するという事実に基づく
ものである。

触媒は上記反応が行なわれる限界温度にまで加熱されね
ばならない。この限界温度は白金に対しては約４００Ｔ
（約２０４午０）である。触媒及び非触媒被覆熱鰭対接
点を流通するガスが確実に４００Ｔ（約２０４℃）の限
界温度以上になるために、螺旋ヒータ５４が触媒被覆熱
電対接点３４と非触媒被覆熱軍体接点３６のまわりに巻
回される。

ヒータ５４は導線２８に接続され、又該導線２８の他端
はヒータ５４を付勢する適当な電源５６に連結される。
イｂ石燃料を燃やす際には或る可燃ガスと共に亜硫酸ガ
スが存在しているので、触媒４８を損傷することがある
。亜硫酸ガスは水素と反応し、硫酸を形成する。核硫酸
は白金ペースト上にて凝縮し、触媒作用を低下せしめる
。本出願人は触媒被覆熱函対３４の雰囲気の温度を大略
８０００Ｆ（約４２７０）に維持するべくヒータを設定
することによって、熱軍対３４は検出菱鷹１０の出力が
実質的に直線になる温度に維持されるということを見出
した。この温度は硫酸の標準的な蕗点以上の温度であり
、それによって触媒表面への硫酸の縞蕗は防止これ、従
って硫酸の続鏡による触媒の損傷が防止される。前記説
明から、熱電対組立体３２は入口１６に流入しそして出
口１８から流出する煙道ガス中の可燃物を監視するのに
望鷲想的に適合するものであるということが容易に理解
されるであろう。

例えば一酸化炭素のような可燃ガスは燃焼プロセスにお
いていかに十分に燃焼が行なわれたかに依存して種々の
量にて発生せられるであろう。一酸化炭素は触媒被覆熱
電対接点３４の白金と反応し、二酸化炭素を生ぜしめそ
して触媒被覆熱電対接点３４に熱を放出するであろう。
一酸化炭素が樫道ガス中に増えるにつれて、二酸化炭素
の発生も増え、又熱も増々多く触媒被覆熱函対接点３４
に放出されるであろう。非触媒被覆熱電対接点３６は接
点３６に如何なる反応放出熱をも与えることはなく、該
接点３６は非触媒被覆熱電対接点３６及び触媒被覆熱電
対接点３４の双方に共通な周囲温度を測定するだけであ
る。二つの被覆熱函対接点３４及び３６を電気的に接続
し且つ該接点は共通の周囲温度にあるので、周囲温度に
よる効果は相殺され、白金表面４８にて生じるイヒ学反
応の結果触媒被覆熱鷺対接点には周囲温度より高い温度
上昇が起る。第４図を参照すると、鰹道ガス中の一酸化
炭素濃度に依存して種々の熱が触媒被覆熱電対接点３４
に付与される結果、種々の濃度の一酸化炭素により対応
してボルトメータ４４のミリボルト出力値が変動すると
いうことが理解されるであろう。従ってミリボルトメー
タ４４は第４図に表わされる図表に従って目盛を設け、
検出装置組立体１０を通る煙道ガス中の例えば一酸化炭
素のような可燃ガスの濃度パーセントを直接読み取るよ
うにすることが可能となる。検出装置組立体１０１こよ
る可燃ガスの測定に影響を及ぼすような検出装置組立体
１０の種々の要素において他の触媒反応が起らないよう
にするために、熱電対接点又はヒータを形成するのに使
用される金属を選ぶ際には特別の注意が払われねばなら
ない。

本出願人は、予防手段として、ヒータ５４を例えば前記
Ｓａ雌ｒｅｉｓｅｎのような抵抗体セメントで被覆する
ことが望ましいということを見出した。同様に、クロメ
ルーアルメル熱電対ワイヤも又硫酸煙霧から損傷を受け
るという可能性がある。ワイヤにおける触媒反応の可能
性を防止し且つ前記硫酸からの損傷を予防する手段とし
て、前記各ワイヤも又Ｓａ股ｒｅｉｓｅｎ抵抗体セメン
トによつて被覆することができる。又熱電対ワイヤとし
て、例えば周知の白金材料電対ワイヤであるプラチネル
（Ｐｌａｔｉｎｅｌ）１及び０のような他の材料を使用
することも望ましいことである。このようなプラチネル
ワィャは、該ワイヤにても触媒作用が起るので例えば前
記Ｓａ肥ｒｅｊｓｅｎのような抵抗体セメントによって
該ワイヤを被覆することが必要とされる。上記説明に基
づいて当業者には他の変更態様を想到し得るであろうが
、これら変更態様も本発明の範囲に属するものであると
いうことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は可燃性ガス検出装置の側面図である。 第２図は第１図の検出装置の底面図である。第３図は第
１図の検出装置の熱軍対畿点の拡大断面図である。第４
図はガス混合物中のＣＯ濃度に応答する第１図の検出装
置の出力信号変動値を表わすグラフである。１０：可燃
ガス検出装置、１２：ブロック、１６：入口、１８：出
口、２０：金属ブロック、２２：取付フランジ、２４：
簿壁管、３２：示差熱鰭対組立体、３４：触媒熱電対接
点、３６：非触媒熱電対接点、３８、４０：ァルメルヮ
ィャ、４２：クロメルワィャ、４６：白金管、４８：白
金ペースト、５０：黄鋼管、５２：抵抗体セメント、５
４：螺旋ヒータ。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気流中に設けられた第１の熱電対接点と；示差熱
   電対を形成するために前記空気流中に設けられそして前
   記第１熱電対接点に連結された第２の熱電対接点と；前
   記第１熱電対接点のまわりに形成され、そして空気流中
   の加熱された可燃物と反応して熱を発生し、前記第１熱
   電対の温度を前記第２熱電対の温度以上に増大させるた
   めの触媒手段と；前記第２熱電対接点のまわりに形成さ
   れ、そして空気流中の可燃物が前記第２熱電対接点と反
   応して熱を発生せしめるのを防止するための絶縁手段と
   ；前記第１及び第２熱電対接点に連結されそして前記第
   １及び第２熱電対接点間の温度差を指示するための指示
   手段と；を具備した空気流中の可燃ガスを監視するため
   の検出装置であつて前記第１熱電対接点のまわりに形成
   された前記触媒手段は前記第１熱電対接点に直接取付け
   られた白金管を有することを特徴とする可燃ガス検出装
   置。 ２ 触媒手段は更に、白金管に加熱して結着されそれに
   よつて第１熱電対接点の触媒表面を増大させる白金ペー
   スト被覆物とを具備して成る特許請求の範囲第１項記載
   の検出装置。 ３ 第２熱電対接点のまわりに形成された絶縁手段は、
   前記第２熱電対接点に取付けられた非触媒材料でできた
   管と、該管のまわりに形成された非触媒セメント材料と
   を具備して成る特許請求の範囲第１項記載の検出装置。