JP2006184266A - ガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】煙道に挿入固定された支持筒21内には接続管61を挿入し、当該接続管61内には支持筒21の先端壁31に固定されたガスセンサ41の少なくとも基端部を収容するようにした。そして、接続管61の基端側から冷却用空気を導入するようにした。即ち、接続管61内には空気供給管56を挿入し、その先端開口部であるノズル部56aをガスセンサ41の基端部へ指向させるようにした。ガスセンサ41の基端部に冷却用空気が供給されることにより、当該基端部に装着されたリード線押さえ部材47は冷却される。このため、リード線押さえ部材47の温度上昇が抑制され、当該リード線押さえ部材47の熱による損傷も回避できる。
【選択図】 図1
Description
前述したように、一般に、ガスセンサの基端部はセンサ出力取出用のリード線が引き出されるリード線引き出し部位とされており、そのリード線引き出し部位はリード線の通しやすさの観点から弾性を有するゴム材により形成されることが多い。しかし、ガスセンサを高温環境下で使用するようにした場合、そうしたゴム材製のリード線引き出し部位には熱による損傷が発生するおそれがある。そこで、耐熱性を確保するために、前記リード線引き出し部位を、前記ゴム材に比べて耐熱性に優れた金属材料及びセラミックス等のゴム材以外の材料により形成することも考えられる。ところが、そのような材料は得てして高価であり、部品コストの増大につながる。
以下、本発明を例えばエンジン、ボイラ、工業用炉等の排気管に取り付けられて当該排気管内の煙道を流れる被測定ガスとしての排ガスに含まれる所定成分(例えば、窒素酸化物)を検出して分析するガス分析装置に具体化した第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。本実施形態のガス分析装置は煙道内の測定点近傍にガスセンサを配置する直接挿入タイプである。
図1に示すように、ガス分析装置11は煙道を流れる排ガスに含まれる所定の成分を検出する発信器11aと当該発信器11aに電気的に接続された分析器11bとを備えている。発信器11aは煙道内に挿入固定されており、分析器11bは外部に設置されている。即ち、煙道壁12には発信器11aを挿通可能とした筒状の発信器挿入口13が突設されており、発信器挿入口13の先端外周縁には環状のフランジ部14が形成されている。この発信器挿入口13を介して発信器11aは煙道内に挿入されており、当該発信器11aは前記フランジ部14に固定されている。
発信器11aは、一端が開口した円筒状の支持筒21を備えており、当該支持筒21の開口端縁にはフランジ部22が形成されている。支持筒21は前記発信器挿入口13に挿入され、煙道壁12のフランジ部14の外面と当該支持筒21のフランジ部22の内面との間にシール部材Sを介在させた状態で、前記フランジ部14側からボルト23を挿通し、当該ボルト23にナット24を締め付けることにより、支持筒21は煙道壁12に固定されている。両フランジ部14,22により密接状態で挟み込まれたシール部材Sにより、煙道の内外、即ち両フランジ部14,22間の気密が確保されている。また、前記ボルト23の雄ねじ部23aは前記ナット24の外端面から突出している。
支持筒21の先端壁31には後述するガスセンサ41の先端部を収容固定可能とした収容部32が貫通して形成されており、当該収容部32の内周面には雌ねじ部33が形成されている。この雌ねじ部33は支持筒21の先端壁31の内面から外面側へ向かう所定区間に亘って形成されている。また、支持筒21の先端壁31には、当該支持筒21の内部と前記収容部32の内部とを連通するL字状の連通路34が形成されている。
前記収容部32にはガスセンサ41が固定されている。ガスセンサ41は筒状のセンサケース42を備えており、当該センサケース42の外周面における先端寄りにはセンサナット43が形成されている。また、センサケース42の外周面において、センサナット43よりも先端側には雄ねじ部44が形成されており、当該雄ねじ部44よりも先端側には複数個のガス導入孔45が当該センサケース42の周方向に所定間隔をおいて配置形成されている。センサケース42の先端部を前記先端壁31の収容部32に挿入して、当該センサケース42の雄ねじ部44を前記雌ねじ部33に締め付けることにより、センサケース42は先端壁31に固定されている。雄ねじ部44の雌ねじ部33に対する締め付けに伴うガスセンサ41の先端方向への移動は、センサナット43が先端壁31の内面に当接することにより規制される。
図1に示すように、前記煙道壁12のフランジ部14には、前記ボルト23を介して直方体状の端子箱51が固定されている。即ち、端子箱51の煙道壁12側の一側壁51aの外面において、図1における上下方向における両端縁には一対の支持部材52,52が溶接により固定されている。支持部材52は端子箱51の一側壁51a外面に固定された支持部52aと、当該支持部52aに対して直交するように外方へ突出する固定部52bとから断面L字状に形成されている。この固定部52bを前記ボルト23に挿通し、外方からナット53を締め付けることにより端子箱51はフランジ部14に固定されている。
図1に示すように、端子箱51の一側壁51aの外面には、一端が開口した有底円筒状の接続管61が固定されている。即ち、接続管61の基端部外周面には互いに反対側に位置する一対の固定部材62が溶接等により固定されている。固定部材62は接続管61の外周面に固定される接続管側固定壁62aと、当該接続管側固定壁62aに直交すると共に端子箱51の一側壁51aに固定される端子箱側固定壁62bとからL字状に形成されている。また、端子箱側固定壁62bにはボルト挿通孔63が形成されている。そして、端子箱51の一側壁51aのボルト挿通孔55及び端子箱側固定壁62bのボルト挿通孔63に当該端子箱51の内側からボルト64を挿通し、ナット65を締付けることにより、接続管61は端子箱51の一側壁51aの外面に固定されている。
次に、前述のように構成したガス分析装置の作用を説明する。
<ガスセンサの校正作業>
排ガスの測定をするに際して、ガスセンサ41の校正を予め行う。即ち、前記校正用ガス供給源から所定の校正用ガス(例えば酸素ガス)を供給する。この校正用ガスは、校正用ガス供給用配管71及び先端壁31の連通路34を介して支持筒21(正確には、先端壁31)の収容部32内に流れ込み、さらに各ガス導入孔45を介してセンサケース42内に流入する。このセンサケース42内に流れ込んだ校正用ガスは、当該センサケース42内に収容された前記センサ素子に接触する。すると、センサ素子の両電極間には所定の電圧(起電力)が発生し、当該電圧に起因して発生する電流は各リード線46、雄型コネクタ49、雌型コネクタ60及び出力取出用ケーブル58を介して分析器11bに出力される。分析器11bは入力された当該電流を基準電流として記憶する。以上で、ガスセンサ41の校正作業は完了となる。
校正作業の完了後、発信器11aは発信器挿入口13を介して煙道に挿入され、煙道壁12に固定される。煙道内を流れる排ガスは、フィルタ36の先端面及び外周面を介して支持筒21(正確には、先端壁31)の収容部32内に流れ込む。ここで、排ガスは、フィルタ36の先端面及び外周面における様々な方向から取り込み可能となっていることにより、収容部32内には十分な量の排ガスが取り込まれる。そして、収容部32内に流入した排ガスは、さらに各ガス導入孔45を介してセンサケース42内に流入する。このセンサケース42内に流れ込んだ排ガスは、当該センサケース42内に収容された前記センサ素子に接触する。当該センサ素子の両電極間には、自身に接触した排ガスに含まれる所定成分(ここでは、窒素酸化物)の濃度に応じた実電圧(起電力)が発生し、当該実電圧に起因して発生する実電流は各リード線46、雄型コネクタ49、雌型コネクタ60及び出力取出用ケーブル58を介して分析器11bに出力される。分析器11bは入力された実電流と予め記憶された前記基準電流とを比較し、当該基準電流に対する実電流の変化量に基づいて、排ガス中の所定成分濃度を分析する。
前述したように、煙道内の排ガスの分析時、ガスセンサ41の少なくとも基端部には冷却用空気が送られる。即ち、前記圧縮空気源から供給される冷却用空気は、チューブ継手57、空気供給管56を介して接続管61内に供給される。接続管61内に挿入された空気供給管56の先端開口部、即ちノズル部56aはガスセンサ41の基端部へ指向しているので、当該ノズル部56aから噴出した冷却用空気はガスセンサ41の基端部へ向かって流れる。このノズル部56aからの冷却用空気は、接続管61の基端側から同じく先端側へ、当該接続管61の内面に案内されながらガスセンサ41の基端部近傍へ到る。即ち、接続管61に案内されることにより、ノズル部56aからの冷却用空気は拡散することがなく、当該冷却用空気はガスセンサ41の基端部に効率的に供給される。
次に、前述のように構成したガス分析装置におけるガスセンサの交換手順について説明する。
まず、ガスセンサ41の支持筒21からの取り外し作業について説明する。ガスセンサ41を支持筒21から取り外す場合には、まず端子箱51の蓋51cを外し、端子箱51内部にある雄型コネクタ49と雌型コネクタ60との接続を解除する。次にボルト64及びナット65を取り外して端子箱51と接続管61との固定を解除し、さらにボルト23及びナット53を取り外して端子箱51と支持筒21のフランジ部22との固定を解除する。そして端子箱51を把持して、雄型コネクタ49と接続されている各リード線46を端子箱51の挿通孔54から引き抜く。次に、接続管61を把持して所定方向へ回転させる。すると、この接続管61の回転力は嵌合孔66及びセンサナット43を介してガスセンサ41に伝達され、その結果、接続管61とガスセンサ41とは一体的に回転する。雌ねじ部33の雄ねじ部44に対する螺合が解除されればガスセンサ41の取り外しが可能となる。そして、ガスセンサ41を接続管61の嵌合孔66に嵌合させた状態で当該接続管61を支持筒21から引き抜いて、その後、ガスセンサ41を接続管61から取り外す。ここで、ガスセンサ41を先端壁31の収容部32から引き抜いた際、煙道内の熱気が収容部32から支持筒21内に流入することは、フィルタ36により抑制される。以上で、ガスセンサ41の取り外し作業は完了となる。
次に、ガスセンサ41の支持筒21への取付け作業について説明する。ガスセンサ41を支持筒21に取り付ける場合には、まず接続管61の先端にガスセンサ41を取り付ける。即ち、センサナット43を嵌合孔66に嵌合させ、接続管61を支持筒21の基端側開口部から挿入すると共に当該ガスセンサ41の先端を先端壁31の収容部32へ挿入する。そして、接続管61を把持してガスセンサ41を支持筒21から取り外すときと反対方向へ回転させる。すると、この接続管61の回転力は嵌合孔66及びセンサナット43を介してガスセンサ41に伝達され、その結果、接続管61とガスセンサ41とは一体的に回転する。雄ねじ部44の雌ねじ部33への締め付けに伴うガスセンサ41の先端方向への移動はセンサナット43が支持筒21の先端壁31内面に当接することにより規制される。
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)ガスセンサ41の少なくとも基端部に冷却用空気を送るようにした。即ち、接続管61内に空気供給管56を挿入し、その先端開口部をガスセンサ41の基端部へ指向させるようにした。ガスセンサ41の基端部に冷却用空気が供給されることにより、当該基端部に装着されたリード線押さえ部材47及び各リード線46は冷却される。このため、リード線押さえ部材47及び各リード線46の温度上昇が抑制され、それらの熱による損傷も回避できる。ゴム材により形成されたリード線押さえ部材47を、より耐熱性の高い高価な部品に置換する必要もないので、部品コストが増大することもない。
次に、本発明の第2実施形態を図6(a),(b)に基づいて説明する。本実施形態は、ガスセンサの取り付け構造の点で前記第1実施形態と主に異なる。従って、前記第1実施形態と同様の部材構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
(10)アダプタ81を支持筒21の先端開口部に対して着脱可能に固定すると共に当該アダプタ81にガスセンサ41を着脱可能に固定するようにした。このため、アダプタ81を支持筒21から取り外すことにより、ガスセンサ41も取り外し可能となる。即ち、本実施形態によっても、ガスセンサ41を支持筒21に取り付けたり取り外したりするための特別な治具は不要となり、ガスセンサ41の交換作業を簡単に行うことができる。
次に、本発明の第3実施形態を図7〜図10に基づいて説明する。図7に示されるように、本実施形態も前記第2実施形態と同様にアダプタ81を備えており、当該アダプタ81にはガスセンサ41が固定されている。アダプタ81のフィルタ支持部35の先端部には円板状のフィルタ36が嵌め込まれており、その上から有蓋筒状のフィルタカバー85が着脱可能に螺合されている。フィルタカバー85の先端壁には開口部85aが形成されており、当該開口部85aからフィルタ36が露出している。また、アダプタ81のフランジ部83と支持筒21の先端開口端面との間にはパッキン86が介在されており、当該パッキン86により支持筒21の内外の気密が確保されている。
(13)アダプタ81には煙道内を流れる被測定ガスの取込口としてのフィルタ支持部35(正確には、その開口部)を形成するようにした。そしてアダプタ81にはフィルタ支持部35よりもアダプタ81の先端方向へ突出する壁部材90を着脱可能に設け、当該壁部材90はフィルタ支持部35よりも被測定ガスの流れの上流側に位置させるようにした。このため、被測定ガスの流れは壁部材90により遮られ、フィルタ支持部35には壁部材90を回り込んだ被測定ガスが緩やかに取り込まれる。そしてその取り込まれた被測定ガスがガスセンサ41により検出される。このため、被測定ガスの勢いを抑制しないままフィルタ支持部35へ導くようにした場合と異なり、被測定ガスを安定的に分析することができる。
尚、前記第1〜第3実施形態は、次のように変更して実施してもよい。
・第1及び第2実施形態において、図11に示すように、端子箱51の一側壁51aを円板状の固定部材91として形成し、当該固定部材91に挿通孔54及び各ボルト挿通孔55を形成する。また、挿通孔54及び各ボルト挿通孔55の周囲には、ボルト23を挿通する複数の孔92を周方向に所定間隔をおいて形成する。このようにすれば、一対の支持部材52を介して端子箱51を煙道壁12に固定するようにした場合に比べて、部品点数を低減させることができる。
・リード線押さえ部材47は弾性、耐熱性及び絶縁性を有するゴム材料(例えばフッ素ゴム及びシリコンゴム)により形成したが、耐熱性及び絶縁性を有する高温用耐火繊維のセラミックファイバー、ガラス繊維により形成してもよい。また、マシナブルセラミックス(マイカ)により形成してもよい。
(イ)前記接続管において、ガスセンサの基端部に対応する部位には単数又は複数の空気導出孔を形成するようにした請求項3に記載のガス分析装置(第2実施形態に対応)。
前記接続管内に前記ガスセンサの一部又は全部が収容可能となる程度に当該接続管を延出すると共に、当該接続管の内周面と前記ガスセンサの外周面との間には互いに係合する係合構造体を設け、前記係合構造体を介して前記接続管と前記ガスセンサとが一体的に回転可能となるようにした請求項3に記載のガス分析装置(第1実施形態に対応)。
35…フィルタ支持部(被測定ガスの取込口)、41…ガスセンサ、
43…係合構造体を構成するセンサナット、46…リード線、
47…リード線押さえ部材(リード線引き出し部位)、
56…送気手段を構成する空気供給管、56a…ノズル部、61…接続管、
66…嵌合部及び係合構造体を構成する嵌合孔、67…空気導入孔、68…空気導出孔、81…アダプタ(センサ取付け部材)、82…開口部を構成する雌ねじ部、87…雌ねじ部(取着部)、89a…係合孔、89…係合構造体を構成する支持部材、90…壁部材、
B…係合構造体を構成するボルト(被係合体)。
Claims (6)
- 煙道内へ突出するように設けられた支持筒と、
前記支持筒内における先端に固定されて煙道内を流れる被測定ガスに含まれる所定の成分を検出するガスセンサと、を備えたガス分析装置において、
前記支持筒内には、前記ガスセンサの基端部を冷却するための冷却用空気を送る送気手段を備えたガス分析装置。 - 前記送気手段は、先端が開口した空気供給管を備えると共に当該空気供給管の先端開口部を前記ガスセンサの基端部へ指向させて配置し、当該空気供給管の基端側から導入された前記冷却用空気を前記先端開口部から流出させるようにした請求項1に記載のガス分析装置。
- 前記支持筒内には、前記空気供給管の先端開口部及び前記ガスセンサの基端部を覆う接続管を設け、当該接続管の基端側には単数又は複数の空気導入孔を形成するようにした請求項2に記載のガス分析装置。
- 請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のガス分析装置において、
前記支持筒の先端部に開口部を形成し、当該開口部には前記ガスセンサが取り付けられるセンサ取付け部材を着脱可能に装着するようにしたガス分析装置。 - 前記センサ取付け部材には煙道内を流れる被測定ガスの取込口を形成すると共に当該取込口よりもセンサ取付け部材の先端方向へ突出する壁部材を着脱可能に設け、当該壁部材は前記取込口よりも被測定ガスの流れの上流側に位置させるようにした請求項4に記載のガス分析装置。
- 請求項5に記載のガス分析装置において、
前記壁部材の基端部には前記センサ取付け部材に外嵌可能とされた支持部材を設け、当該支持部材とセンサ取付け部材との間には、前記壁部材が前記被測定ガスの流れの上流側に位置するように、センサ取付け部材に対する壁部材の取付け位置を調節可能とする係合構造体を設けるようにしたガス分析装置。
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