ウォッベ指数センサシステム
【課題】燃料のウォッベ指数を測定するセンサを提供する。
【解決手段】センサ１０は基板１２とダイアフラム層１６とを備える。ダイアフラム層１６は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層１８を含み、加熱素子は基板１２上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層１６は、第１層１８の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層２２も含む。センサ１０はさらに、触媒が支持構造に分散された検出層２２を備える。センサ１０は、ダイアフラム層１６の下側に形成されたキャビティも備え、キャビティは加熱素子を熱的に隔離する。
【解決手段】センサ１０は基板１２とダイアフラム層１６とを備える。ダイアフラム層１６は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層１８を含み、加熱素子は基板１２上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層１６は、第１層１８の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層２２も含む。センサ１０はさらに、触媒が支持構造に分散された検出層２２を備える。センサ１０は、ダイアフラム層１６の下側に形成されたキャビティも備え、キャビティは加熱素子を熱的に隔離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンシステムのモニタリングに関し、特に燃料の低位発熱量及びウォッベ指数を測定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）、パイプライン天然ガスとＬＮＧのブレンド、様々な低ＢＴＵ燃料などで簡単に運転することのできるガス燃焼システムへの需要が増大している。したがって、エンジン性能が燃料の特性と合致するのを確実にするため、燃料の低位発熱量又はウォッベ指数を測定できるシステムが必要とされている。
【０００３】
通常用いられているウォッベ指数測定システムの一つにガスクロマトグラフィ（ＧＣ）システムがある。ＧＣシステムは、燃料成分を分離するガラスキャピラリ系と、その成分を定量的に同定する熱伝導率検出器又はフレームイオン化検出器（ＦＩＤ）を含む。しかし、ＧＣシステムからの測定値は、連続的に得られるのではなく、約１０分間隔で得られる。さらに、ＧＣシステムは比較的高価であり、操作も難しい。
【０００４】
よく用いられているもう一つのシステムは、燃料の品質を判定する熱量計システムであり、燃料の燃焼エネルギーを直接測定する。このシステムは燃料の組成にも周囲温度にも敏感で、周囲温度が変動すると大きな誤差を生じる。
【０００５】
ガス濃度の正確な測定値を得る方法として微細加工ホットプレートを用いる方法がある。マイクロホットプレートは、代表的には、ガス検出皮膜を被覆し、この皮膜の対象ガスとの反応の熱量測定を行う。多くの用途において、ガスのガス検出皮膜への反応もしくは吸着を可能にするために、マイクロホットプレートを高温で作動させるのが有利である。代表的なマイクロホットプレートは、窒化ケイ素などのセラミック層の上に白金（Ｐｔ）などの金属ヒータ層を設けた構成である。マイクロホットプレートは高温で作動するので、マイクロホットプレートを構成する異種材料の膨張の温度係数が原因で大きな応力を生じ、これがマイクロホットプレートの破損につながるおそれがある。さらに、製造時に発生するマイクロホットプレートの大きな残留応力のために、装置は構造的に脆弱である。
【特許文献１】米国特許第５０７６１４７号明細書
【特許文献２】米国特許第５８３４６２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６７８６７１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、前述した問題の１つ以上を解決することのできる、燃料品質を判定する改良システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様では、燃料のウォッベ指数を測定するセンサが提供される。本センサは、基板とダイアフラム層とを備える。このダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。センサはさらに、ダイアフラム層上に設けられた、触媒を含有する検出層と、ダイアフラム層の下側に、基板を除去することにより形成されたキャビティを備える。キャビティは、加熱素子を基板から熱的に隔離する。
【０００８】
本発明の別の態様では、燃料のウォッベ指数を測定するシステムが提供される。本システムは、可燃性空気−燃料混合物を与える空気の流量と燃料の流量の一方又は両方を制御するように構成された流れ制御装置を備える。システムは、前記流れ制御装置と流体連通した第１センサも備える。第１センサは、基板とダイアフラム層とを含む。ダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。第１センサは、ダイアフラム層の下側に形成された第１キャビティも含み、このキャビティは加熱素子を基板から熱的に隔離する。本システムはまた、前記流れ制御装置と流体連通した第２センサも備える。第２センサは、基板とダイアフラム層とを含む。ダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。第２センサはさらに、ダイアフラム層上に設けられた、触媒を含有する検出層を含む。第２センサは、ダイアフラム層の下側に形成された第２キャビティも含み、このキャビティは加熱素子を基板から熱的に隔離する。本システムはさらに、前記センサと流体連通した、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されたセンサ排気部を備える。
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点が一層よく理解できるように、以下に添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面中同一符号は同じ部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に詳述するように、本発明の一実施形態は、燃料のウォッベ指数（Ｗｏｂｂｅ ｉｎｄｅｘ）及び低位発熱量（ＬＨＶ）を測定するセンサを含む。本発明を、工業的環境にあるガスタービンエンジン向けのセンサを中心に説明するが、本システムはガスタービンに限定されず、他の用途、例えばジェットエンジンでの燃料品質の判定や、パイプラインでの燃料組成の測定などに適用することもできる。さらに、ここで説明する原理や説明は、様々な気体状及び液状燃焼性燃料、例えば天然ガス、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料、ジェット燃料などに適用できる。
【００１１】
図１に、燃料のウォッベ指数及び低位発熱量（ＬＨＶ）を測定するセンサ１０を断面図にて示す。センサ１０は基板１２を含む。一実施形態では、基板１２はケイ素基板である。絶縁層１４が基板１２上に設けられる。１例では、絶縁層１４は酸化ケイ素層である。さらに、ダイアフラム層１６が絶縁層１４上に設けられる。ダイアフラム層１６は、第１層又は加熱素子１８を含み、代表的にはドープされたポリ炭化ケイ素から形成される。１例では、ドーパントは、ｎ型又はｐ型ドーパントの１種以上であり、例えば、特に限定されないが、窒素、ホウ素、アルミニウム、第Ｉ族、第ＩＩ族、第ＩＩＩ族又は第Ｖ族元素が挙げられる。一実施形態では、加熱素子は、多数の抵抗体の直列又は並列なパターンを含む。不活性化層又は第２層２０は、ドープされていないポリ炭化ケイ素から形成され、第１層１８上に被覆されて、第１層を酸化から保護し、結果として作動中一定な抵抗を維持する。さらに、炭化ケイ素は耐酸化性かつ燃焼生成物に対して化学的に耐性であることが知られ、ダイアフラムが割れるおそれを小さくする。
【００１２】
検出層２２は触媒を支持構造に分散して構成され、空気−燃料混合物の燃焼を比較的低温で開始するのを可能にする。現在考えられる実施形態では、検出層２２は白金をアルミナ中に分散した層である。触媒２２の例には、特に限定されないが、貴金属、銅などの添加剤を添加した貴金属、半導体酸化物、ヘキサアルミン酸材料などがある。アルミナ以外の支持構造の例には、ヘキサアルミン酸、ジルコニア、セリア、チタニア、水和金属酸化物が挙げられる。キャビティ２６がダイアフラム層１６の下側に形成され、加熱素子１８を周囲環境から熱的に隔離する。金属を含有する接点パッド２８及び３０で加熱素子１８への電気接続を行う。
【００１３】
図２は図１のセンサ１０の平面図である。センサ１０は多数の加熱素子１８及び不活性化層２０を含む。加熱素子１８及び不活性化層２０は、代表的には、多結晶炭化ケイ素から形成される。図１で説明したように、加熱素子１８及び不活性化層２０を含むダイアフラム層１６は、マイクロホットプレートということもある。加熱素子１８は、電流が流れるとマイクロホットプレートを加熱する構成である。図示の実施形態では、加熱素子１８は、かなりの高温と苛酷な環境に耐えることができるドープト炭化ケイ素材料を含む。触媒を支持構造に担持した検出層２２がダイアフラム層１６上に被覆され、燃焼を開始する作用をなす。ダイアフラム層１６は、接点パッド２８及び３０も含み、センサ１０の電気接続を容易にする。現在考えられる実施形態では、接点パッド２８及び３０はドープされたポリ炭化ケイ素及びＮｉ／Ａｕ層を含む。一実施形態では、接点パッド２８及び３０は他の適当な金属を含んでもよい。さらに、接点パッド材料を炭化ケイ素接点パッド２８及び３０上に堆積してもよい。接点パッド材料の例には、チタン、タングステン、金、ニッケル及びこれらの組合せがある。ドープされたポリ炭化ケイ素を含む素子３２及び３４で、接点パッド２８及び３０と加熱素子１８とを電気接続する。
【００１４】
ダイアフラム層１６の加熱素子１８及び不活性化層２０に炭化ケイ素を用いると、苛酷な環境での作動に望ましい強固な信頼性の高い設計のセンサ１０が得られるので、有利である。これにより、熱膨張係数の異なる材料、例えばセラミックと金属の使用を避けることができる。さらに、ダイアフラム層１６の製造が信頼性高く、反復可能なものとなる。
【００１５】
図３は、燃料のＬＨＶ及びウォッベ指数を測定するセンサ１０を含むシステム５０をブロック図にて示す。本システム５０は、燃焼性燃料と空気との混合物（以下、「空気−燃料混合物」という）の流量を制御する流れ制御装置５２を含む。一実施形態では、空気対燃料の割合を、過薄（リーン）混合気の場合のように当量比が１未満となるように固定する。流れ制御装置５２は、空気供給ライン５６へ空気を供給する１つ以上の空気入口５４を含む。圧力調整器５８で流れ制御装置５２を通る空気の圧力を調節する。オリフィス板６０で、圧力調整器５８と流通関係にあるオリフィス６２を画定する。圧力調整器５８を用いてオリフィス６２を通しての背圧を、オリフィス６２を通しての空気流を絞る（チョークする）ように、調節する。オリフィス６２の上流圧力が下流圧力より十分に高いので、オリフィス６２に流れる空気の速度はほぼ一定である。このような流れを「チョーク」流れと呼ぶ。チョーク空気流れ条件を維持することにより、空気の質量流れは、非チョーク空気流と比較して、ほぼ安定に保たれる。
【００１６】
同様に、天然ガスのような燃料の供給を１つ以上の燃料入口６４から燃料供給ライン６６に送る。圧力調整器６８で流れ制御装置５２を通る燃料の圧力を調節する。オリフィス板７０で、圧力調整器６８と流通関係にあるオリフィス７２を画定する。圧力調整器６８を用いてオリフィス７２を通しての背圧を、オリフィス７２を通しての燃料流を絞る（チョークする）ように、調節する。オリフィス７２より上流の圧力が下流の圧力より十分に高いので、オリフィス７２に流れる燃料の速度はほぼ一定であり、例えば「チョーク」流れとなる。チョーク燃料流れ条件を維持することにより、燃料の質量流れは、非チョーク燃料流と比較して、ほぼ安定に保たれる。燃料の密度が変化したら、質量流れを変化させることが可能である。しかし、燃料の密度とチョーク流れが与えられれば、質量流れの変動は簡単に計算できる。
【００１７】
流れ制御装置５２、特定すると圧力調整器５８，６８は燃料の質量流れと空気の質量流れとをバランスさせて、所望の空燃比を達成するように構成されている。さらに、流れ制御装置５２は少なくとも約２００℃までの温度の高温燃料の流れを制御するのに適当であり、また燃料から粒状物やタールなどの汚染物を濾過する。
【００１８】
特定の実施形態では、バイパス７４が燃料供給ライン６６と流体連通している。バイパス７４は可変ニードル弁７６により作動制御され、所望通りの適当な量の燃料を下流に位置するセンサに供給するように、バイパス７４を通る燃料の流量を増加する。例えば、オリフィス７２が燃料供給ライン６６を通る燃料流れを低い値に制御し、その結果燃料入口６４と下流に位置するセンサとの全距離のせいで、センサ応答時間が望ましくないほど長くなることがある。センサ応答時間を短くするために、可変ニードル弁７６を付勢して開にし、バイパス７４を通る燃料流れを増加し、適当な量の燃料をセンサに供給する。
【００１９】
空気の供給と燃料の供給を配管接合部８０で合わせ、混合する。主空気−燃料供給ライン８２は、配管接合部８０で空気供給ライン５６及び燃料供給ライン６６それぞれと流体連通している。一実施形態では、空気−燃料混合物の空気の割合と燃料の割合を、空気−燃料混合物が燃焼可能になるように選択する。主空気−燃料供給ライン８２は空気−燃料混合物を供給ライン８２と流体連通しているセンサ装置１０に送る。一実施形態では、センサ１０は、内部にチャンバ８８を画定するエンクロージャ８７を含む。
【００２０】
システム５０は、第１又は基準マイクロホットプレート又はセンサ９０と、これに対して所定位置に配置された第２又は触媒マイクロホットプレート又はセンサ１００とを含む。第１センサ９０及び第２センサ１００は図１に示すセンサ１０と同じである。基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００はチャンバ８８内に配置される。一実施形態では、基準マイクロホットプレート９０は、方向矢印１０３で示されるチャンバ８８に流れる空気−燃料混合物の流れ方向に関して触媒マイクロホットプレート１００と直列に並んでいる。別の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０は、チャンバ８８に流れる空気−燃料混合物の流れ方向に関して触媒マイクロホットプレート１００と並列に並んでいる。当業者に明らかなように、簡潔にするために、２つのマイクロホットプレート、即ち基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００が図示されている。しかし、システム５０には多数の基準マイクロホットプレート９０及び多数の触媒マイクロホットプレート１００を直列又は並列配置で組み込み、燃焼変換効率を増加することができる。
【００２１】
特定の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０はケイ素基板上に炭化ケイ素メンブランを含む。空気−燃料混合物が基準マイクロホットプレート９０の流れ面９２に流れるにつれて、基準マイクロホットプレート９０からの熱が空気−燃料混合物に転送される。基準マイクロホットプレート９０は検出マイクロホットプレート１００と同一であるが、ガスとの反応が起こらないので、マイクロホットプレートからの対流及び伝達損失を測定することができる。
【００２２】
空気−燃料混合物はさらに触媒マイクロホットプレート１００に流れる。特定の実施形態では、触媒マイクロホットプレート１００はケイ素基板上に炭化ケイ素メンブランを含む。触媒マイクロホットプレート１００の少なくとも一部分が支持構造に担持された触媒で被覆される。触媒は高温安定な高比表面積材料に担持される。１例では、触媒はアルミナに担持された白金である。触媒の例には、特に限定されないが、パラジウムなどの貴金属がある。支持構造の例には、特に限定されないが、ヘキサアルミン酸塩、ジルコニア、セリア、チタニア又は水和金属酸化物、例えば水和酸化チタン（ＨＴＯ）、シリカ添加水和酸化チタン（ＨＴＯ：Ｓｉ）、シリカ添加水和酸化ジルコニウム（ＨＺＯ：Ｓｉ）などがある。支持構造付きの触媒は安定性、反応性ともに良好である。空気−燃料混合物が触媒マイクロホットプレート１００の表面に流れるにつれて、空気−燃料混合物は、触媒皮膜と接触する結果として燃焼し始め、そして燃焼熱は触媒マイクロホットプレート１００に必要なパワーを少なくする。触媒マイクロホットプレート１００は、ガス流にさらされたとき、システムの流れ及び熱変動を測定する構成である。この測定は、基準マイクロホットプレート９０と比較して、システムの精度を増加する。基準マイクロホットプレート９０は非反応性膜コーティング、例えば触媒なしのアルミナを含む。
【００２３】
支持触媒は、触媒マイクロホットプレート１００の空気−燃料混合物の流れにさらされる流れ面１０２上に堆積することができる。いつも一定な性能を得るために、信頼性の高い触媒堆積が望ましい。触媒は触媒マイクロホットプレート１００の流れ面１０２上に、当業界で周知の適当な堆積法で堆積すればよい。センサ１０内での空気−燃料混合物の燃焼から得られる燃焼生成物は、センサ排気部１０６に導かれ、その後排気出口１０８から大気中に放出される。
【００２４】
温度制御システム１１０は、作動中に最適な温度を維持するよう構成され、センサ１０と連通している。温度制御システム１１０は、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００を一定な温度に維持する。さらに、温度制御システム１１０は、固定抵抗値、そしてその結果として所望の温度を維持するために、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００への入力（パワー）を変えることにより、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００のアクティブコントロールを行う。特定の実施形態では、温度制御システム１１０は一定な温度を維持するのに必要な入力（パワー）を測定する。特定の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０からの熱を空気−燃料混合物に転送し、そして一定な温度を維持するのに必要な基準マイクロホットプレート９０に供給する入力（パワー）の変化をモニタすることにより、対流もしくは伝達パワーロスを測定する。別の実施形態では、燃焼からの外部加熱が流れ面１０２の温度を上げるように作用するとき、温度制御システム１１０がパワーを下げて補償を行い、その結果として触媒マイクロホットプレート１００を一定な温度に維持する。
【００２５】
温度制御システム１１０とインターフェースするマイクロプロセッサ１１４は、センサ１０で取り込まれた測定値をモニタし、記録するよう構成されている。さらに、マイクロプロセッサ１１４は燃料のＬＨＶ及びウォッベ指数を計算する。特定の実施形態では、センサ排気部１０６をマイクロプロセッサ１１４とカップリングして、排気出口１０８を通る質量流れをフィードバックすることができる。特定の実施形態では、温度を約４００℃に維持する。基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００に供給される電力（パワー）の全体的変化はＬＨＶと直接関係している。さらに、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００の応答時間はミリ秒程度であり、ＬＨＶの実時間測定となる。
【００２６】
図４は、２つのウォッベ指数センササンプルについて、抵抗測定値を温度の関数として示したグラフ１３０である。Ｘ軸１３２は℃で測定した温度を表し、Ｙ軸１３４はオームで測定した抵抗を表す。温度はセンサから赤外高温計により測定する。抵抗は、センサに供給する電圧及び電流を測定することにより、Ｖ＝Ｉ・Ｒ（式中のＶは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗である）で与えられるオームの法則により求める。曲線１３６及び１３８が示す通り、抵抗は温度に対して指数関数的に減少する。曲線１３６は第１センサについての抵抗測定値を示し、曲線１３８は第２センサについての抵抗測定値を示す。指数関数への最小二乗の当てはめを曲線１３６及び１３８について行い、抵抗と温度の関数関係を得る。この関係を用いて、作動中にマイクロホットプレートを所望の温度に設定する。当業者に明らかなように、他の関数関係、例えばＳｔｅｉｎｈａｒｔ ｅｑｕａｔｉｏｎも使用できる。曲線１３６及び１３８は、製造のばらつきのため、互いに相違する。ばらつきには、特に限定されないが、ダイアフラム厚さ、ドーピングレベル、抵抗体トラック幅の小さな差などがある。
【００２７】
上述したウォッベ指数センサ及びウォッベ指数及びＬＨＶを検出するシステムの種々の実施形態は、燃料のエネルギー含量の効率よい正確な測定を達成することができる。これらのシステムは、改良されたリアルタイムの検出技術であるので、高効率な燃焼システムを実現することもできる。
【００２８】
勿論、必ずしも上述した目的及び効果のすべてが特定の実施形態により達成できる訳ではない。したがって、例えば、本システム及び方法は、ここに記載した効果の１つ又は２つ以上を達成するか最適化する態様で実施できること、そしてその場合必ずしもここに示唆される他の目的又は効果を達成することがなくてもよいことが、当業者に明らかである。
【００２９】
以上、本発明のいくつかの特徴だけを具体的に説明したが、種々の変更や改変が可能である。したがって、特許請求の範囲はこのような変更例や改変例もすべてその要旨の範囲内に入るものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料のウォッベ指数を測定するセンサの断面図である。
【図２】図１のセンサの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る図１のセンサを用いた、燃料のウォッベ指数を測定するシステムのブロック図である。
【図４】２つのウォッベ指数センササンプルについての抵抗を温度の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０ センサ
１２ 基板
１４ 絶縁層
１６ ダイアフラム層
１８ 第１層又は加熱素子
２０ 不活性化層
２２ 検出層
２８，３０ 接点パッド
５０ システム
５２ 流れ制御装置
５４ 空気入口
５６ 空気供給ライン
５８，６８ 圧力調整器
６０，７０ オリフィス板
６２，７２ オリフィス
６４ 燃料入口
６６ 燃料供給ライン
７４ バイパス
９０ 基準マイクロホットプレート
１００ 触媒マイクロホットプレート
１０２ 流れ面
１１０ 温度制御システム
１１４ マイクロプロセッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンシステムのモニタリングに関し、特に燃料の低位発熱量及びウォッベ指数を測定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）、パイプライン天然ガスとＬＮＧのブレンド、様々な低ＢＴＵ燃料などで簡単に運転することのできるガス燃焼システムへの需要が増大している。したがって、エンジン性能が燃料の特性と合致するのを確実にするため、燃料の低位発熱量又はウォッベ指数を測定できるシステムが必要とされている。
【０００３】
通常用いられているウォッベ指数測定システムの一つにガスクロマトグラフィ（ＧＣ）システムがある。ＧＣシステムは、燃料成分を分離するガラスキャピラリ系と、その成分を定量的に同定する熱伝導率検出器又はフレームイオン化検出器（ＦＩＤ）を含む。しかし、ＧＣシステムからの測定値は、連続的に得られるのではなく、約１０分間隔で得られる。さらに、ＧＣシステムは比較的高価であり、操作も難しい。
【０００４】
よく用いられているもう一つのシステムは、燃料の品質を判定する熱量計システムであり、燃料の燃焼エネルギーを直接測定する。このシステムは燃料の組成にも周囲温度にも敏感で、周囲温度が変動すると大きな誤差を生じる。
【０００５】
ガス濃度の正確な測定値を得る方法として微細加工ホットプレートを用いる方法がある。マイクロホットプレートは、代表的には、ガス検出皮膜を被覆し、この皮膜の対象ガスとの反応の熱量測定を行う。多くの用途において、ガスのガス検出皮膜への反応もしくは吸着を可能にするために、マイクロホットプレートを高温で作動させるのが有利である。代表的なマイクロホットプレートは、窒化ケイ素などのセラミック層の上に白金（Ｐｔ）などの金属ヒータ層を設けた構成である。マイクロホットプレートは高温で作動するので、マイクロホットプレートを構成する異種材料の膨張の温度係数が原因で大きな応力を生じ、これがマイクロホットプレートの破損につながるおそれがある。さらに、製造時に発生するマイクロホットプレートの大きな残留応力のために、装置は構造的に脆弱である。
【特許文献１】米国特許第５０７６１４７号明細書
【特許文献２】米国特許第５８３４６２７号明細書
【特許文献３】米国特許第６７８６７１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、前述した問題の１つ以上を解決することのできる、燃料品質を判定する改良システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様では、燃料のウォッベ指数を測定するセンサが提供される。本センサは、基板とダイアフラム層とを備える。このダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。センサはさらに、ダイアフラム層上に設けられた、触媒を含有する検出層と、ダイアフラム層の下側に、基板を除去することにより形成されたキャビティを備える。キャビティは、加熱素子を基板から熱的に隔離する。
【０００８】
本発明の別の態様では、燃料のウォッベ指数を測定するシステムが提供される。本システムは、可燃性空気−燃料混合物を与える空気の流量と燃料の流量の一方又は両方を制御するように構成された流れ制御装置を備える。システムは、前記流れ制御装置と流体連通した第１センサも備える。第１センサは、基板とダイアフラム層とを含む。ダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。第１センサは、ダイアフラム層の下側に形成された第１キャビティも含み、このキャビティは加熱素子を基板から熱的に隔離する。本システムはまた、前記流れ制御装置と流体連通した第２センサも備える。第２センサは、基板とダイアフラム層とを含む。ダイアフラム層は、燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された加熱素子を少なくとも１つ含む第１層を含み、加熱素子は基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含有する。ダイアフラム層は、第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層も含む。第２センサはさらに、ダイアフラム層上に設けられた、触媒を含有する検出層を含む。第２センサは、ダイアフラム層の下側に形成された第２キャビティも含み、このキャビティは加熱素子を基板から熱的に隔離する。本システムはさらに、前記センサと流体連通した、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されたセンサ排気部を備える。
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点が一層よく理解できるように、以下に添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面中同一符号は同じ部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に詳述するように、本発明の一実施形態は、燃料のウォッベ指数（Ｗｏｂｂｅ ｉｎｄｅｘ）及び低位発熱量（ＬＨＶ）を測定するセンサを含む。本発明を、工業的環境にあるガスタービンエンジン向けのセンサを中心に説明するが、本システムはガスタービンに限定されず、他の用途、例えばジェットエンジンでの燃料品質の判定や、パイプラインでの燃料組成の測定などに適用することもできる。さらに、ここで説明する原理や説明は、様々な気体状及び液状燃焼性燃料、例えば天然ガス、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料、ジェット燃料などに適用できる。
【００１１】
図１に、燃料のウォッベ指数及び低位発熱量（ＬＨＶ）を測定するセンサ１０を断面図にて示す。センサ１０は基板１２を含む。一実施形態では、基板１２はケイ素基板である。絶縁層１４が基板１２上に設けられる。１例では、絶縁層１４は酸化ケイ素層である。さらに、ダイアフラム層１６が絶縁層１４上に設けられる。ダイアフラム層１６は、第１層又は加熱素子１８を含み、代表的にはドープされたポリ炭化ケイ素から形成される。１例では、ドーパントは、ｎ型又はｐ型ドーパントの１種以上であり、例えば、特に限定されないが、窒素、ホウ素、アルミニウム、第Ｉ族、第ＩＩ族、第ＩＩＩ族又は第Ｖ族元素が挙げられる。一実施形態では、加熱素子は、多数の抵抗体の直列又は並列なパターンを含む。不活性化層又は第２層２０は、ドープされていないポリ炭化ケイ素から形成され、第１層１８上に被覆されて、第１層を酸化から保護し、結果として作動中一定な抵抗を維持する。さらに、炭化ケイ素は耐酸化性かつ燃焼生成物に対して化学的に耐性であることが知られ、ダイアフラムが割れるおそれを小さくする。
【００１２】
検出層２２は触媒を支持構造に分散して構成され、空気−燃料混合物の燃焼を比較的低温で開始するのを可能にする。現在考えられる実施形態では、検出層２２は白金をアルミナ中に分散した層である。触媒２２の例には、特に限定されないが、貴金属、銅などの添加剤を添加した貴金属、半導体酸化物、ヘキサアルミン酸材料などがある。アルミナ以外の支持構造の例には、ヘキサアルミン酸、ジルコニア、セリア、チタニア、水和金属酸化物が挙げられる。キャビティ２６がダイアフラム層１６の下側に形成され、加熱素子１８を周囲環境から熱的に隔離する。金属を含有する接点パッド２８及び３０で加熱素子１８への電気接続を行う。
【００１３】
図２は図１のセンサ１０の平面図である。センサ１０は多数の加熱素子１８及び不活性化層２０を含む。加熱素子１８及び不活性化層２０は、代表的には、多結晶炭化ケイ素から形成される。図１で説明したように、加熱素子１８及び不活性化層２０を含むダイアフラム層１６は、マイクロホットプレートということもある。加熱素子１８は、電流が流れるとマイクロホットプレートを加熱する構成である。図示の実施形態では、加熱素子１８は、かなりの高温と苛酷な環境に耐えることができるドープト炭化ケイ素材料を含む。触媒を支持構造に担持した検出層２２がダイアフラム層１６上に被覆され、燃焼を開始する作用をなす。ダイアフラム層１６は、接点パッド２８及び３０も含み、センサ１０の電気接続を容易にする。現在考えられる実施形態では、接点パッド２８及び３０はドープされたポリ炭化ケイ素及びＮｉ／Ａｕ層を含む。一実施形態では、接点パッド２８及び３０は他の適当な金属を含んでもよい。さらに、接点パッド材料を炭化ケイ素接点パッド２８及び３０上に堆積してもよい。接点パッド材料の例には、チタン、タングステン、金、ニッケル及びこれらの組合せがある。ドープされたポリ炭化ケイ素を含む素子３２及び３４で、接点パッド２８及び３０と加熱素子１８とを電気接続する。
【００１４】
ダイアフラム層１６の加熱素子１８及び不活性化層２０に炭化ケイ素を用いると、苛酷な環境での作動に望ましい強固な信頼性の高い設計のセンサ１０が得られるので、有利である。これにより、熱膨張係数の異なる材料、例えばセラミックと金属の使用を避けることができる。さらに、ダイアフラム層１６の製造が信頼性高く、反復可能なものとなる。
【００１５】
図３は、燃料のＬＨＶ及びウォッベ指数を測定するセンサ１０を含むシステム５０をブロック図にて示す。本システム５０は、燃焼性燃料と空気との混合物（以下、「空気−燃料混合物」という）の流量を制御する流れ制御装置５２を含む。一実施形態では、空気対燃料の割合を、過薄（リーン）混合気の場合のように当量比が１未満となるように固定する。流れ制御装置５２は、空気供給ライン５６へ空気を供給する１つ以上の空気入口５４を含む。圧力調整器５８で流れ制御装置５２を通る空気の圧力を調節する。オリフィス板６０で、圧力調整器５８と流通関係にあるオリフィス６２を画定する。圧力調整器５８を用いてオリフィス６２を通しての背圧を、オリフィス６２を通しての空気流を絞る（チョークする）ように、調節する。オリフィス６２の上流圧力が下流圧力より十分に高いので、オリフィス６２に流れる空気の速度はほぼ一定である。このような流れを「チョーク」流れと呼ぶ。チョーク空気流れ条件を維持することにより、空気の質量流れは、非チョーク空気流と比較して、ほぼ安定に保たれる。
【００１６】
同様に、天然ガスのような燃料の供給を１つ以上の燃料入口６４から燃料供給ライン６６に送る。圧力調整器６８で流れ制御装置５２を通る燃料の圧力を調節する。オリフィス板７０で、圧力調整器６８と流通関係にあるオリフィス７２を画定する。圧力調整器６８を用いてオリフィス７２を通しての背圧を、オリフィス７２を通しての燃料流を絞る（チョークする）ように、調節する。オリフィス７２より上流の圧力が下流の圧力より十分に高いので、オリフィス７２に流れる燃料の速度はほぼ一定であり、例えば「チョーク」流れとなる。チョーク燃料流れ条件を維持することにより、燃料の質量流れは、非チョーク燃料流と比較して、ほぼ安定に保たれる。燃料の密度が変化したら、質量流れを変化させることが可能である。しかし、燃料の密度とチョーク流れが与えられれば、質量流れの変動は簡単に計算できる。
【００１７】
流れ制御装置５２、特定すると圧力調整器５８，６８は燃料の質量流れと空気の質量流れとをバランスさせて、所望の空燃比を達成するように構成されている。さらに、流れ制御装置５２は少なくとも約２００℃までの温度の高温燃料の流れを制御するのに適当であり、また燃料から粒状物やタールなどの汚染物を濾過する。
【００１８】
特定の実施形態では、バイパス７４が燃料供給ライン６６と流体連通している。バイパス７４は可変ニードル弁７６により作動制御され、所望通りの適当な量の燃料を下流に位置するセンサに供給するように、バイパス７４を通る燃料の流量を増加する。例えば、オリフィス７２が燃料供給ライン６６を通る燃料流れを低い値に制御し、その結果燃料入口６４と下流に位置するセンサとの全距離のせいで、センサ応答時間が望ましくないほど長くなることがある。センサ応答時間を短くするために、可変ニードル弁７６を付勢して開にし、バイパス７４を通る燃料流れを増加し、適当な量の燃料をセンサに供給する。
【００１９】
空気の供給と燃料の供給を配管接合部８０で合わせ、混合する。主空気−燃料供給ライン８２は、配管接合部８０で空気供給ライン５６及び燃料供給ライン６６それぞれと流体連通している。一実施形態では、空気−燃料混合物の空気の割合と燃料の割合を、空気−燃料混合物が燃焼可能になるように選択する。主空気−燃料供給ライン８２は空気−燃料混合物を供給ライン８２と流体連通しているセンサ装置１０に送る。一実施形態では、センサ１０は、内部にチャンバ８８を画定するエンクロージャ８７を含む。
【００２０】
システム５０は、第１又は基準マイクロホットプレート又はセンサ９０と、これに対して所定位置に配置された第２又は触媒マイクロホットプレート又はセンサ１００とを含む。第１センサ９０及び第２センサ１００は図１に示すセンサ１０と同じである。基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００はチャンバ８８内に配置される。一実施形態では、基準マイクロホットプレート９０は、方向矢印１０３で示されるチャンバ８８に流れる空気−燃料混合物の流れ方向に関して触媒マイクロホットプレート１００と直列に並んでいる。別の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０は、チャンバ８８に流れる空気−燃料混合物の流れ方向に関して触媒マイクロホットプレート１００と並列に並んでいる。当業者に明らかなように、簡潔にするために、２つのマイクロホットプレート、即ち基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００が図示されている。しかし、システム５０には多数の基準マイクロホットプレート９０及び多数の触媒マイクロホットプレート１００を直列又は並列配置で組み込み、燃焼変換効率を増加することができる。
【００２１】
特定の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０はケイ素基板上に炭化ケイ素メンブランを含む。空気−燃料混合物が基準マイクロホットプレート９０の流れ面９２に流れるにつれて、基準マイクロホットプレート９０からの熱が空気−燃料混合物に転送される。基準マイクロホットプレート９０は検出マイクロホットプレート１００と同一であるが、ガスとの反応が起こらないので、マイクロホットプレートからの対流及び伝達損失を測定することができる。
【００２２】
空気−燃料混合物はさらに触媒マイクロホットプレート１００に流れる。特定の実施形態では、触媒マイクロホットプレート１００はケイ素基板上に炭化ケイ素メンブランを含む。触媒マイクロホットプレート１００の少なくとも一部分が支持構造に担持された触媒で被覆される。触媒は高温安定な高比表面積材料に担持される。１例では、触媒はアルミナに担持された白金である。触媒の例には、特に限定されないが、パラジウムなどの貴金属がある。支持構造の例には、特に限定されないが、ヘキサアルミン酸塩、ジルコニア、セリア、チタニア又は水和金属酸化物、例えば水和酸化チタン（ＨＴＯ）、シリカ添加水和酸化チタン（ＨＴＯ：Ｓｉ）、シリカ添加水和酸化ジルコニウム（ＨＺＯ：Ｓｉ）などがある。支持構造付きの触媒は安定性、反応性ともに良好である。空気−燃料混合物が触媒マイクロホットプレート１００の表面に流れるにつれて、空気−燃料混合物は、触媒皮膜と接触する結果として燃焼し始め、そして燃焼熱は触媒マイクロホットプレート１００に必要なパワーを少なくする。触媒マイクロホットプレート１００は、ガス流にさらされたとき、システムの流れ及び熱変動を測定する構成である。この測定は、基準マイクロホットプレート９０と比較して、システムの精度を増加する。基準マイクロホットプレート９０は非反応性膜コーティング、例えば触媒なしのアルミナを含む。
【００２３】
支持触媒は、触媒マイクロホットプレート１００の空気−燃料混合物の流れにさらされる流れ面１０２上に堆積することができる。いつも一定な性能を得るために、信頼性の高い触媒堆積が望ましい。触媒は触媒マイクロホットプレート１００の流れ面１０２上に、当業界で周知の適当な堆積法で堆積すればよい。センサ１０内での空気−燃料混合物の燃焼から得られる燃焼生成物は、センサ排気部１０６に導かれ、その後排気出口１０８から大気中に放出される。
【００２４】
温度制御システム１１０は、作動中に最適な温度を維持するよう構成され、センサ１０と連通している。温度制御システム１１０は、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００を一定な温度に維持する。さらに、温度制御システム１１０は、固定抵抗値、そしてその結果として所望の温度を維持するために、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００への入力（パワー）を変えることにより、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００のアクティブコントロールを行う。特定の実施形態では、温度制御システム１１０は一定な温度を維持するのに必要な入力（パワー）を測定する。特定の実施形態では、基準マイクロホットプレート９０からの熱を空気−燃料混合物に転送し、そして一定な温度を維持するのに必要な基準マイクロホットプレート９０に供給する入力（パワー）の変化をモニタすることにより、対流もしくは伝達パワーロスを測定する。別の実施形態では、燃焼からの外部加熱が流れ面１０２の温度を上げるように作用するとき、温度制御システム１１０がパワーを下げて補償を行い、その結果として触媒マイクロホットプレート１００を一定な温度に維持する。
【００２５】
温度制御システム１１０とインターフェースするマイクロプロセッサ１１４は、センサ１０で取り込まれた測定値をモニタし、記録するよう構成されている。さらに、マイクロプロセッサ１１４は燃料のＬＨＶ及びウォッベ指数を計算する。特定の実施形態では、センサ排気部１０６をマイクロプロセッサ１１４とカップリングして、排気出口１０８を通る質量流れをフィードバックすることができる。特定の実施形態では、温度を約４００℃に維持する。基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００に供給される電力（パワー）の全体的変化はＬＨＶと直接関係している。さらに、基準マイクロホットプレート９０及び触媒マイクロホットプレート１００の応答時間はミリ秒程度であり、ＬＨＶの実時間測定となる。
【００２６】
図４は、２つのウォッベ指数センササンプルについて、抵抗測定値を温度の関数として示したグラフ１３０である。Ｘ軸１３２は℃で測定した温度を表し、Ｙ軸１３４はオームで測定した抵抗を表す。温度はセンサから赤外高温計により測定する。抵抗は、センサに供給する電圧及び電流を測定することにより、Ｖ＝Ｉ・Ｒ（式中のＶは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗である）で与えられるオームの法則により求める。曲線１３６及び１３８が示す通り、抵抗は温度に対して指数関数的に減少する。曲線１３６は第１センサについての抵抗測定値を示し、曲線１３８は第２センサについての抵抗測定値を示す。指数関数への最小二乗の当てはめを曲線１３６及び１３８について行い、抵抗と温度の関数関係を得る。この関係を用いて、作動中にマイクロホットプレートを所望の温度に設定する。当業者に明らかなように、他の関数関係、例えばＳｔｅｉｎｈａｒｔ ｅｑｕａｔｉｏｎも使用できる。曲線１３６及び１３８は、製造のばらつきのため、互いに相違する。ばらつきには、特に限定されないが、ダイアフラム厚さ、ドーピングレベル、抵抗体トラック幅の小さな差などがある。
【００２７】
上述したウォッベ指数センサ及びウォッベ指数及びＬＨＶを検出するシステムの種々の実施形態は、燃料のエネルギー含量の効率よい正確な測定を達成することができる。これらのシステムは、改良されたリアルタイムの検出技術であるので、高効率な燃焼システムを実現することもできる。
【００２８】
勿論、必ずしも上述した目的及び効果のすべてが特定の実施形態により達成できる訳ではない。したがって、例えば、本システム及び方法は、ここに記載した効果の１つ又は２つ以上を達成するか最適化する態様で実施できること、そしてその場合必ずしもここに示唆される他の目的又は効果を達成することがなくてもよいことが、当業者に明らかである。
【００２９】
以上、本発明のいくつかの特徴だけを具体的に説明したが、種々の変更や改変が可能である。したがって、特許請求の範囲はこのような変更例や改変例もすべてその要旨の範囲内に入るものとして包含する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料のウォッベ指数を測定するセンサの断面図である。
【図２】図１のセンサの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る図１のセンサを用いた、燃料のウォッベ指数を測定するシステムのブロック図である。
【図４】２つのウォッベ指数センササンプルについての抵抗を温度の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０ センサ
１２ 基板
１４ 絶縁層
１６ ダイアフラム層
１８ 第１層又は加熱素子
２０ 不活性化層
２２ 検出層
２８，３０ 接点パッド
５０ システム
５２ 流れ制御装置
５４ 空気入口
５６ 空気供給ライン
５８，６８ 圧力調整器
６０，７０ オリフィス板
６２，７２ オリフィス
６４ 燃料入口
６６ 燃料供給ライン
７４ バイパス
９０ 基準マイクロホットプレート
１００ 触媒マイクロホットプレート
１０２ 流れ面
１１０ 温度制御システム
１１４ マイクロプロセッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料のウォッベ指数の測定用センサ（１０）であって、
（ａ）基板（１２）と、
（ｂ）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された１以上の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と、（ｉｉ）第１層（１８）の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備えるダイアフラム層（１６）と、
（ｃ）触媒を含有し、ダイアフラム層（１６）上に設けられた検出層（２２）と、
（ｄ）ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記加熱素子を熱的に隔離するキャビティと
を備えるセンサ（１０）。
【請求項２】
さらに、基板（１２）上に設けられた絶縁層（１４）を備える、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項３】
前記触媒が、金属を支持構造中に分散してなる層を含む、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項４】
当該センサが加熱素子の抵抗率測定値に基づいて温度を検出するよう構成されている、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項５】
燃料のウォッベ指数の測定するためのシステム（５０）であって、
可燃性空気−燃料混合物を与える空気の流量と燃料の流量の一方又は両方を制御するように構成された流れ制御装置（５２）と、
上記流れ制御装置（５２）と流体連通した第１センサ（９０）であって、（ａ）第１基板（１２）と、（ｂ）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された１以上の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が第１基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と（ｉｉ）第１層（１８）の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備える第１ダイアフラム層（１６）と、（ｄ）第１ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記１以上の加熱素子を熱的に隔離する第１キャビティとを備える第１センサ（９０）と、
上記流れ制御装置（５２）と流体連通した第２センサ（１００）であって、（ａ′）第２基板（１２）と、（ｂ′）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された複数の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が第２基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と、（ｉｉ）第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備える第２ダイアフラム層（１６）と、（ｃ′）触媒を含有し、第２ダイアフラム層（１６）上に設けられた検出層（２２）と、（ｄ′）第２ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記加熱素子を熱的に隔離する第２キャビティとを備える第２センサ（１００）と、
上記センサ（１０）と流体連通し、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されたセンサ排気部（１０６）と
を備えるシステム（５０）。
【請求項６】
さらに、前記ダイアフラム層（１６）及び検出層（２２）のそれぞれと制御通信関係にあり、前記ダイアフラム層（１６）及び検出層（２２）を一定温度に維持するよう構成された温度制御システム（１１０）を備える、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項７】
第１センサ（９０）が第１基板（１０）上に設けられた第１絶縁層（１４）を含み、第２センサ（１００）が第２基板上に設けられた第２絶縁層を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項８】
前記触媒が、金属を支持構造中に分散してなる層を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項９】
第１センサ（９０）及び第２センサ（１００）が加熱素子の抵抗率測定値に基づいて温度を検出するよう構成されている、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項１０】
前記燃料が気体状又は液状燃料系を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項１】
燃料のウォッベ指数の測定用センサ（１０）であって、
（ａ）基板（１２）と、
（ｂ）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された１以上の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と、（ｉｉ）第１層（１８）の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備えるダイアフラム層（１６）と、
（ｃ）触媒を含有し、ダイアフラム層（１６）上に設けられた検出層（２２）と、
（ｄ）ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記加熱素子を熱的に隔離するキャビティと
を備えるセンサ（１０）。
【請求項２】
さらに、基板（１２）上に設けられた絶縁層（１４）を備える、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項３】
前記触媒が、金属を支持構造中に分散してなる層を含む、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項４】
当該センサが加熱素子の抵抗率測定値に基づいて温度を検出するよう構成されている、請求項１記載のセンサ（１０）。
【請求項５】
燃料のウォッベ指数の測定するためのシステム（５０）であって、
可燃性空気−燃料混合物を与える空気の流量と燃料の流量の一方又は両方を制御するように構成された流れ制御装置（５２）と、
上記流れ制御装置（５２）と流体連通した第１センサ（９０）であって、（ａ）第１基板（１２）と、（ｂ）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された１以上の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が第１基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と（ｉｉ）第１層（１８）の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備える第１ダイアフラム層（１６）と、（ｄ）第１ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記１以上の加熱素子を熱的に隔離する第１キャビティとを備える第１センサ（９０）と、
上記流れ制御装置（５２）と流体連通した第２センサ（１００）であって、（ａ′）第２基板（１２）と、（ｂ′）（ｉ）燃料中のエネルギー含量を検出するように構成された複数の加熱素子を含む第１層（１８）であって、該加熱素子が第２基板上に設けられたドープトポリ炭化ケイ素を含む第１層（１８）と、（ｉｉ）第１層の酸化を防止するように構成された非ドープトポリ炭化ケイ素層を含む第２層（２０）とを備える第２ダイアフラム層（１６）と、（ｃ′）触媒を含有し、第２ダイアフラム層（１６）上に設けられた検出層（２２）と、（ｄ′）第２ダイアフラム層（１６）の下側に形成され、上記加熱素子を熱的に隔離する第２キャビティとを備える第２センサ（１００）と、
上記センサ（１０）と流体連通し、燃焼生成物の体積流量を測定するように構成されたセンサ排気部（１０６）と
を備えるシステム（５０）。
【請求項６】
さらに、前記ダイアフラム層（１６）及び検出層（２２）のそれぞれと制御通信関係にあり、前記ダイアフラム層（１６）及び検出層（２２）を一定温度に維持するよう構成された温度制御システム（１１０）を備える、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項７】
第１センサ（９０）が第１基板（１０）上に設けられた第１絶縁層（１４）を含み、第２センサ（１００）が第２基板上に設けられた第２絶縁層を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項８】
前記触媒が、金属を支持構造中に分散してなる層を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項９】
第１センサ（９０）及び第２センサ（１００）が加熱素子の抵抗率測定値に基づいて温度を検出するよう構成されている、請求項５記載のシステム（５０）。
【請求項１０】
前記燃料が気体状又は液状燃料系を含む、請求項５記載のシステム（５０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２０１０６（Ｐ２００９−２０１０６Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８５２４（Ｐ２００８−１７８５２４）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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