JP2000146885A

JP2000146885A - 複合ガス分析装置およびこの複合ガス分析装置に用いるｃｏガス分析計

Info

Publication number: JP2000146885A
Application number: JP32472098A
Authority: JP
Inventors: Masato Maeda; 眞人前田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】一方の分析計に不具合が生じて取外す様なこ
とがあっても、他方の分析計は測定を続けることができ
るような使い勝手の改善を図った複合ガス分析装置を実
現する。【解決手段】プローブの先端付近にＣＯガス検出部を
設けたＣＯガス分析計とプローブの先端付近にＯ₂ガス
検出部を有する酸素分析計からなり、前記各分析計のプ
ローブをサンプルガスが流れる室に挿入すると共に、各
分析計は検出部を所要の反応温度に維持するための加熱
手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合ガス分析装置
およびこの複合ガス分析装置に用いるＣＯガス分析計に
関し、複数のガス分析計を組み合わせて使用する際の使
い勝手の改善及びＣＯガス分析計の小型化を図った分析
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば煙道内の排ガスを測定して燃焼効
率を監視する装置として図８や図９にに示す装置が市販
されている。図８に示す装置においては、恒温槽ｌ内に
酸素センサ２，ＣＯセンサ３，流量センサ4，アスピレ
ータ５が配置され、これらは配管６により接続されてい
る。

【０００３】図８に示す装置において、空気供給口８か
ら空気を吹き入れるとアスピレータ５が負圧となり、サ
ンプル導入口９からサンプルガスが吸入される。そのサ
ンプルガスはフィルタ１０を通った後に分岐され、一方
は配管６ａを通ってＣＯセンサ３に流入し流量センサ４
で流速が測定されて出口１１から排出される。また、他
方のサンプルガスは配管６ｂを通って酸素センサ２に流
入し、サンプルガスに含まれる酸素量が測定される。な
お、校正モードでは校正ガス入口１２から校正ガスが導
入され、各検出器の校正が行われる。

【０００４】図９は他の従来例を示すもので、この例で
はサンプルガスの流通管２０に沿って酸素センサ２，Ｃ
Ｏセンサ３の他にメタンセンサ２１が配置されている。
２２はサンプルガス回収管である。図において、空気入
口８から空気を入れるとアスピレータブロック２が負圧
になり、サンプルガス入口９からサンプルガスが吸入さ
れてサンプルガス流通管２０を下部から上方に向かって
流れる。

【０００５】その流通管２２の途中に配置された各セン
サでガスに含まる成分が分析される。なお、図では省略
するが、これらの各センサは恒温槽に収納されて１５０
〜３００℃程度に加熱され、かつ、それぞれの検出部は
所要の反応温度に維持するための加熱手段が設けられて
いる。ここで、各分析計を恒温槽に収納するのはサンプ
ルガスに含まれる水分等によりサンプルガスの結露を防
止して検出器の誤動作を防ぐためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
構成において、一つの分析計に異常が生じた場合等にお
いては、恒温槽の温度を常温近くまで下げ、補修後再び
運転状態に達するまで恒温槽を加熱しなければならず、
迅速な対応ができないという問題があり、特にＣＯ計の
センサは比較的寿命が短いので、頻繁に交換若しくは修
理でそのたびに長時間にわたって監視が中断されるとい
う問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、請求項１においては、プローブの
先端付近にＣＯガス検出部を設けたＣＯガス分析計とプ
ローブの先端付近に他のガスの検出部を有する分析計か
らなり、前記各分析計のプローブをサンプルガスが流れ
る室に挿入すると共に、各分析計は検出部を所要の反応
温度に維持するための加熱手段を有することを特徴とす
る。

【０００８】請求項２においては、請求項１記載の複合
ガス分析装置において、ＣＯガス分析計と他のガス分析
計は分岐部を有する管路にプローブ部が直角に挿入され
て固定されたことを特徴とする。請求項３においては、
請求項２記載の複合ガス分析装置において、分岐部を有
する管路の直通部にＣＯガス分析計を分岐部に他のガス
分析計を固定すると共にＣＯガス分析計のフローブの先
端がガスの流れの上流側に配置されたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項４においては、請求項１または２記
載の複合ガス分析装置において、他のガス分析計のプロ
ーブの根元付近に試料ガス吸引のためのエジェクタを設
けたことを特徴とする。

【００１０】請求項５においては、請求項１記載の複合
ガス分析装置において、一端にフランジを有する試料ガ
ス吸引用プローブが試料ガスが流れる管路に挿入され、
そのフランジにＴ字管の直通部のフランジが接続された
ことを特徴とする。請求項６においては、プローブの先
端付近に熱交換ブロックを配置すると共にこのブロック
の中にＣＯガス検出部及び測定ガスと校正ガスの予熱用
の流路を設けたことを特徴とするＣＯガス分析計であ
る。

【００１１】請求項７においては、請求項６記載のＣＯ
ガス分析計において、熱交換ブロックにはセラミックヒ
ータ及び温度センサが埋設され、該ブロックを所定の温
度に維持するように構成されていることを特徴とする。
請求項８においては、請求項６記載のＣＯガス分析計に
おいて、ＣＯセンサは織布または不織布に触媒が付着さ
れた接触燃焼式可燃ガスセンサであることを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の実施の形態の一例を示す複合
ガス分析計の要部断面構成図である。図１において、煙
道ガスが流れる壁７０にフランジ７１を有する試料ガス
吸引用プローブ７２が固定されている。このフランジ７
１にはＴ字管２９の直通部２９ａの一端に形成されたフ
ランジ７３が接続されており、直通部２９ａの他端に形
成されたフランジ７４にはフランジ７５を介してＣＯガ
ス分析計７６が固定されている。

【００１３】直通部２９ａに直角方向に形成されてＴ字
管を構成する管路２９ｂの一端のフランジ７８にはフラ
ンジ７９を介してプローブ８０ａが挿入された酸素計８
０が固定されている。３０はＣＯガス分析計７６を構成
するプローブで、このプローブ３０の先端付近にはＣＯ
センサ４０が配置されている。なお、ＣＯセンサ４０を
収納するプローブの先端は直角方向に形成された管路２
９ｂを越えた位置まで挿入されている。８１は酸素計８
０のプローブの根元付近に位置する管路２９ｂに設けら
れた試料ガス吸引用エア・エジェクタである。

【００１４】なお、プローブの先端に配置された各セン
サは所要の反応温度（ＣＯセンサ→２８０℃，酸素セン
サ→７５０℃）に維持するための加熱手段を有してい
る。このような構成において、試料ガス吸引用エア・エ
ジェクタ８１が駆動されて試料ガスがプローブ７２の先
端から吸引され、Ｔ字管２９の直通部２９ａに侵入す
る。そして吸引されたガスははじめＣＯセンサによりＣ
Ｏが測定され、次に酸素計により酸素が測定される。な
お、Ｔ字管２９は保温部材で覆ったりスチーム等により
保温した方が望ましい。

【００１５】上記の構成によれば、各分析計が別々に独
立して取付けられているため１つのセンサに不具合が生
じても、取付取外しが容易であり、センサの交換に際し
て他のセンサが影響を受けることがない。

【００１６】図２は本発明に使用するＣＯガス分析計の
検出部の実施の形態の一例を示す要部断面構成図であ
る。なお、図１と同一要素には同一番号を付している。
また、変換部については省略する。図２において３０は
Ｔ字管２９の内部に挿入された円筒状のプローブ、３１
はプローブ３０の端部に固定されたブロックである。こ
のブロック３１の中央部の段部ＢとＣとの間に孔３２が
形成されている。段部Ｂにはシールガスケット３３を挟
んでセンサハウジング３４が挿入されている。

【００１７】センサハウジング３４の先端部（図下部）
には周縁付近に複数（例えば6個）の小孔３６が等分に
形成されいる。また、センサハウジング３４の上部には
上蓋３６及びカバー３７が配置され中央部にセル３８が
形成されており、このセル内にＣＯセンサ４０が配置さ
れている。このＣＯセンサ４０にはリード線６３ａが接
続され図示しない変換器側に接続されている。センサハ
ウジング３４の上部付近にはブロック３１の段部Ｂ，Ｃ
の中間部の孔３２と一致する位置に流路３５が形成され
ている。

【００１８】４１はフランジ４２が形成された流路板
で、フランジのボルトピッチ径の内周側に複数（例えば
４個）の小孔４３が等分に形成されている。４４はブロ
ック３１に流路板４１の小孔４３に合わせて同ピッチで
同数が形成された小孔である。

【００１９】流路板４１のフランジは固定ねじ４５でブ
ロック３１に固定され、その状態で小孔４３，４４が連
通した状態となる。また、その状態で流路板４１の上部
とブロック３１の段部Ｃ（センサハウジング３４の下
部）の間には空隙４７が形成されている。

【００２０】ブロック３１にはセンサハウジング３４に
設けられた流路３５に対応する位置に流路４６が設けら
れている。４８はブロック３１の周囲に巻回された断熱
シートである。５０は位置決めピンであり、流路３５，
４６の位置がずれないように機能する。５１は押えねじ
であり、流路板４の中央に形成されたねじ孔にねじ込ま
れ、その先端がセンサハウジング３４の下部を押圧する
ことによりブロック３１の段部Ｂに配置されたガスケッ
ト３３を押圧してサンプルガスがカバー３７側に侵入す
るのを防止する。

【００２１】フィルタ５２は中央に孔５６が形成された
下蓋５３とリング状のフィルタ固定板５４に挟まれてフ
ィルタ固定ねじ５５によりブロック３１の下方に固定さ
れる。６０は例えば棒状のセラミックヒータで、ブロッ
ク３１の外周上部から中程まで対向して設けた２つの孔
にそれぞれ埋設されている。

【００２２】また、ブロック３１には外周付近に上下に
貫通して校正ガス予熱用空洞６２が設けられている。こ
の空洞６２の下方はブロック３１の下方に設けられた小
孔４４に接続している。また、この空洞６２の上部には
校正ガス導入用の配管６１が接続されている。なお、図
では省略するが、ブロック３１には例えば白金測温体等
の感熱素子が埋設されている。

【００２３】上記の構成において、リード線６３を介し
て図示しない電源から電流が供給され、感温素子の出力
をもとにブロック３１の温度をＣＯガスの反応温度であ
る２８０℃程度に加熱する。そして、図１に示すエジェ
クタ８１が駆動されると、試料ガスはフィルタ５２→小
孔４３，４４→空隙４７→小孔３６を通ってセル３８内
に侵入し、流路３５→４６を経て酸素計プローブ８０ａ
側に引き込まれる。このような流路を経ることにより試
料ガスは十分に反応温度まで加熱され正確な測定が可能
となる。

【００２４】また、校正モード状態では校正ガス導入管
６１から校正ガス（例えば空気）が導入されるが、この
ガスは校正ガス予熱用空洞６２を通り小孔４４から試料
ガスと同様の経路をたどって流れる。従ってＣＯセンサ
４０に達するまでに十分に反応温度まで加熱される。

【００２５】次に本発明に使用するＣＯセンサ４０につ
いて説明する。図３はＣＯセンサ４０を構成する測定素
子４０ａの実施の形態のｌ例を示す分解斜視図である。
図３において、セラミック基板９０の表面には蒸着等に
より測温抵抗体として機能する白金薄膜９１が形成され
ている。この白金薄膜９１の上には絶縁層として機能す
るガラス保護膜９２が形成されており、測温抵抗体９１
の端子に相当する部分には電極リード９３を取り付ける
ための孔９４が形成されている。

【００２６】電極リード９３と白金蒸着膜９１はリード
線固定ガラス９５により融着される。触媒シート９６は
セラミック又はガラス繊維からなる織布または不織布
（セラミックペーパ）で構成されている。この触媒シー
ト９６の厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、繊
維は有効径５〜３０μｍの多孔質状に形成されている。

【００２７】また、この触媒シート９６の大きさは白金
蒸着膜９１の部分を充分に覆って形成され、ここではセ
ラミック基板９０と同程度の大きさ（実施例では３×８
ｍｍ程度）に形成されている。触媒シート９６は例えぱ
塩化白金酸＋塩化パラジウムの混合液に含浸させて焼成
し、セラミック接着剤を用いて白金蒸着膜９１が形成さ
れた表面およびその基板９０の裏面にも隙間なく密着さ
れている。この触媒シート９６の上をセラミックペーパ
で覆ってセラミック多孔質膜９７が形成されている。

【００２８】このような構成によれば、触媒がセラミッ
ク又はガラス繊維からなる織布または不織布（セラミッ
クペーパ）の中に十分に染み込んだ状態で保持されるの
で、測定ガスの濃度を正確にかつ、長期にわたって安定
して測定することができる。

【００２９】図４は上記測定素子４０ａと比較素子４０
ｂ（この比較素子４０ｂは上記測定素子４０ａのうち触
媒シートのないもの）を一対として接触燃焼式可燃ガス
センサを構成したもので、これら２つの素子４０ａ，４
０ｂは電極リード９３およぴハーメチックシール部品９
８のリード線で支持された状態で近接して配置されてい
る。従って電極リード９３は上蓋３６に気密に圧入され
たハーメチックシール部品９８を介して外部に取出され
る。上蓋３６の外周はセンサハウジング３４に気密に固
定され、２つの素子４０ａ，４０ｂを覆ってステンレス
製金綱９９が設けられている。

【００３０】上記の構成によれば、測定素子センサ４０
ａ，比較素子４０ｂの電極リード９３の引き出し部分か
らのガス漏れに起因する誤差や、腐食性ガスの温れによ
る分析器内部の腐食を防止することができる。

【００３１】図５は本発明により作製したセンサを３０
０℃程度に加熱されたＣＯガス１０００ｐｐｍ雰囲気中
に配置して縦軸をセンサ出力、横軸を時間（分）として
グラフ化したときの応答曲線を示すもので、測定開始か
らおよそ１０秒程度で最大出力に達しており、応答速度
か極めて速いことが分かる。

【００３２】図６は本発明により作製したセンサを３０
０℃程度に加熱されたＣＯガス１０００ｐｐｍ雰囲気中
に配置して縦軸をセンサ出力、横軸を経過日数としてグ
ラフ化したもので、試作した５個のセンサのいずれもが
測定開始から２５日程度経っても精度、感度とも劣化す
ることがなく、長期に安定して測定可能なことが分か
る。

【００３３】図７は本発明の複合ガス測定装置における
ＣＯガス分析計の流量特性を示すもので、イ〜ニで示す
実線はＴ字管２９をジャケットで保温して測定したも
の、ホ〜チで示す点線はＴ字管２９を２００℃に加熱し
て測定したものである。なお、校正ガスとしては空気を
使用し、測定ガスとしては１０００ｐｐｍのＣＯガス＋
１％Ｏ₂ガス＋Ｎ₂（残）を使用した。図によればジャケ
ットで保温と２００℃加熱したものでも測定結果にはあ
まり影響しないことを示している。また、校正ガスの流
量は毎分１０００〜１２００ｍｌ，試料ガスは毎分３５
００〜４６００ｍｌ程度の流量を流せば安定した出力が
得られることが分かる。

【００３４】なお、以上の説明は、説明および例示を目
的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。した
がって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変
形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、本
発明ではプローブ式のＣＯガス分析計と酸素計を用いた
複合分析装置について説明したが、酸素計の替りに例え
ばメタンガス分析計であってもよく、要するにプローブ
の先端にセンサを有するものであればよい。

【００３５】また、十字型の管路を用いて２以上のプロ
ーブ式分析計を取付けることも可能である。また、本発
明のプローブ式のＣＯガス分析計は分岐部のない直通管
に単独で取付けることも可能である。特許請求の範囲の
欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内
の変更、変形を包含するものとする。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ローブの先端付近にＣＯガス検出部を設けたＣＯガス分
析計とプローブの先端付近にＯ₂ガス検出部を有する酸
素分析計からなり、前記各分析計のプローブをサンプル
ガスが流れる室に挿入すると共に、各分析計は検出部を
所要の反応温度に維持するための加熱手段を設けたの
で、一方の分析計に不具合が生じて取外す様なことがあ
っても、他方の分析計は測定を続けることができ使い勝
手の改善を図った複合ガス分析装置を実現することがで
きる。

【００３７】また、ＣＯガス分析計と酸素分析計は分岐
部を有する管路にそれぞれのプローブ部を直角に挿入し
たので、どちらか片方が故障した場合、そのプローブを
引き抜き、盲蓋をすれば他方のプローブはそのまま測定
状態を続けることができる。また、分岐部を有する管路
の直通部にＣＯガス分析計を固定し分岐部に酸素分析計
を固定すると共にＣＯガス分析計のフローブの先端が分
岐部を越えた位置に配置したので、ＣＯやＨ₂ガス等の
可燃ガスが正確に測定可能である。また、酸素分析計の
プローブの根元付近に試料ガス吸引のためのエジェクタ
を設けたので１つのエジェクタで２本のプローブのセン
サへガスを供給することが可能である。

【００３８】また、一端にフランジを有する試料ガス吸
引用プローブが試料ガスが流れる管路に挿入され、その
フランジに分岐部を有する管路の直通部のフランジを接
続したので、取付取外しが容易である。

【００３９】また、プローブの先端付近に熱交換ブロッ
クを配置すると共にこのブロックの中にＣＯガス検出部
及び校正ガス予熱用の空洞を設け、熱交換ブロックには
セラミックヒータ及び温度センサを埋設し、該ブロック
を所定の温度に維持するように構成したので小型化を図
ったＣＯガス分析計を実現することができる。

【００４０】また、ＣＯセンサは織布または不織布を介
して触媒が付着されたセラミックペーパを介して触媒を
付着させたので、触媒の付着性がよく長寿命のＣＯガス
分析計を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合ガス分析装置の実施の形態の
一例を示す構成図である。

【図２】本発明のＣＯガス分析計の実施の形態の一例を
示す断面構成図である。

【図３】本発明のＣＯガス分析計のＣＯセンサの実施の
形態の一例を示す分解斜視図である。

【図４】測定素子と比較素子を一対として接触燃焼式可
燃ガスセンサを構成した図である。

【図５】本発明により作製したセンサのＣＯガスに対す
る応答曲線を示す図である。

【図６】本発明により作製したセンサのＣＯガスに対す
るセンサの出力値と経過日数の関係を示す図である。

【図７】本発明のＣＯガス分析計で測定した試料及び校
正ガスの流量特性を示す図である。

【図８】従来の複合ガス分析装置の１例を示す構成図で
ある。

【図９】従来の複合ガス分析装置の他の例を示す構成図
である。

【符号の説明】

１恒温槽２，８０酸素センサ３，４０ＣＯセンサ２９Ｔ字管２９ａ直通部３０プローブ３１ブロック３２，９４孔３３シールガスケット３４センサハウジング３５，４６流路３６上蓋３７カバー３８セル４０ａ測定素子（触媒シート付き測温抵抗体）４０ｂ比較素子（温度補償用測温抵抗体）４１流路板４２フランジ４３，４４小孔４５固定ねじ４７空隙４８断熱シート５０位置決めピン５１押えねじ５２フィルタ５３下蓋５４フィルタ固定板５５フィルタ固定ねじ６０ヒータ６１校正ガス導入管６２校正ガス予熱用空洞６３リード線７０壁７１，７３，７４，７５，７８，７９フランジ７２試料ガス吸引用プローブ７６ＣＯガス分析計８０酸素分析計８１試料ガス吸引用エア・エジェクタ９０セラミック基板９１白金蒸着膜（測温抵抗体）９２ガラス保護膜９３電極リード９５リード線固定ガラス９６触媒シート９７セラミック多孔質膜９８ハーメチックシール部品９９金網

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブの先端付近にＣＯガス検出部を設
けたＣＯガス分析計とプローブの先端付近に他のガスの
検出部を有する分析計からなり、前記各分析計のプロー
ブをサンプルガスが流れる室に挿入すると共に、各分析
計は検出部を所要の反応温度に維持するための加熱手段
を設けたことを特徴とする複合ガス分析装置。
【請求項２】ＣＯガス分析計と他のガス分析計は分岐部
を有する管路にそれぞれのプローブ部が直角に挿入され
たことを特徴とする請求項１記載の複合ガス分析装置。
【請求項３】分岐部を有する管路の直通部にＣＯガス分
析計を固定し分岐部に他のガス分析計を固定すると共に
ＣＯガス分析計のフローブの先端がガスの流れの上流側
に配置されたことを特徴とする請求項２記載の複合ガス
分析装置。
【請求項４】他のガス分析計のプローブの根元付近に試
料ガス吸引のためのエジェクタを設けたことを特徴とす
る請求項１または２記載の複合ガス分析装置。
【請求項５】一端にフランジを有する試料ガス吸引用プ
ローブが試料ガスが流れる管路に挿入され、そのフラン
ジに分岐部を有する管路の直通部のフランジが接続され
たことを特徴とする請求項２記載の複合ガス分析装置。
【請求項６】プローブの先端付近に熱交換ブロックを配
置すると共にこのブロックの中にＣＯガス検出部及び測
定ガスと校正ガスの予熱用の流路を設けたことを特徴と
するＣＯガス分析計。
【請求項７】熱交換ブロックにはセラミックヒータ及び
温度センサが埋設され、該ブロックを所定の温度に維持
するように構成されていることを特徴とする請求項６記
載のＣＯガス分析計。
【請求項８】ＣＯセンサは織布または不織布に触媒が付
着された接触燃焼式可燃ガスセンサであることを特徴と
する請求項６記載のＣＯガス分析計。