JP2009042165A - ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサをより効果的に冷却することができるガス分析装置を提供する。
【解決手段】ガス分析装置１１は、煙道内へ突出するように設けられた支持筒２１と、支持筒２１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成分を検出するガスセンサ４１と、支持筒２１内にガスセンサ４１の基端部を冷却するための冷却用空気を送る空気供給管７２とを備えている。ガス分析装置１１は、支持筒２１内に位置するガスセンサ４１に沿って空気供給管７２を配置し、ガスセンサ４１の基端部に対し直交成分を含む方向で冷却用空気を吹き付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、煙道内の被検出ガスに含まれる酸素及び窒素酸化物等の所定の成分を検出して分析するガス分析装置に関するものである。

近年では、地球環境の保全といった観点から、例えば内燃機関及び各種の燃焼炉から排出される排気ガス中の窒素酸化物濃度の低減が望まれている。このため、前記排気ガス中の窒素酸化物を検出して分析するガス分析装置の開発が盛んに行われている。ガス分析装置の分析結果は内燃機関及び燃焼炉の燃焼状態等のフィードバック制御等に利用される。こうしたガス分析装置としては、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がある（例えば、特許文献１参照。）。

直接挿入タイプのガス分析装置は排気管内の排ガスを採取する円筒状のプローブを備えており、当該プローブは焼却炉等における煙道壁の孔に挿入され、取付けフランジを介して当該煙道壁に固定されている。プローブの先端部には多孔質の金属焼結フィルタが設けられていると共に同じく先端内部にはガスセンサが設けられている。ガスセンサのガス検出素子としては、例えばジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質を用いたものが知られている。煙道内の排ガスはフィルタを通過してプローブ内に導かれ、その導かれてきた排ガスはガスセンサにより検出される。ガスセンサの基端部にはリード線を引き出すためのターミナル部が設けられており、このターミナル部はリード線を介して外部の制御装置に接続されている。

特許文献１に記載のガス分析装置では、ターミナル部に接続された複数本のリード線を整列して外部に引き出すために、ガスセンサの基端部にリード線押さえ部材が装着されている。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、こうしたリード線押さえ部材には熱による損傷が発生するおそれがあるため、ガスセンサの基端部を冷却する冷却空気を送る空気供給管が備えられている。
特開２００６−１８４２６６号公報

ところで、上記特許文献１に記載のガス分析装置では、センサチップの基端とリード線との接続部は過度に高温になると絶縁抵抗が低下し、センサからの出力電流にリーク電流が混入することにより、検出精度が低下するおそれがある。なお、センサチップの基端はガスセンサに内蔵されているため、冷却するにはガスセンサを冷却することとなる。そこで、ガスセンサをより効果的に冷却することが望まれている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスセンサをより効果的に冷却することができるガス分析装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、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成分を検出するガスセンサと、前記支持筒内に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空気供給管とを備えたガス分析装置において、前記空気供給管を前記支持筒内に位置する前記ガスセンサに沿って配置し、同ガスセンサの基端部に対し直交成分を含む方向で前記冷却用空気を吹き付けることをその要旨としている。

同構成によれば、ガスセンサにおけるリード線の引き出し部位であるガスセンサに沿って冷却用空気が吹き付けられることにより効率よく冷却される。また、空気供給管からガスセンサの基端部に対して直交成分を含んで冷却用空気が吹き付けられるため、冷却用空気が少なくとも当該基端部に吹き付けられて当該基端部が冷却され、当該基端部の温度上昇が抑制される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス分析装置において、前記空気供給管の先端は、前記支持筒の先端部の固定部材に支持されることをその要旨としている。
同構成によれば、空気供給管は先端部の固定部材に支持されるため、ガスセンサに対して位置が固定され、冷却用空気が安定してガスセンサに吹き付けられる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置において、前記空気供給管の基端部は前記支持筒の基端部に取り付けられる支持部材に支持されることをその要旨としている。

同構成によれば、空気供給管は支持筒の基端部に取り付けられる支持部材に支持されるため、ガスセンサに対して位置が固定され、冷却用空気が安定してガスセンサに吹き付けられ、冷却が促進される。

本発明によれば、ガス分析装置において、ガスセンサをより効果的に冷却することができる。

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高温の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一実施形態を図１〜図８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。

＜全体構成＞
図１に示されるように、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＞
図１及び図２に示されるように、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の基端側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＞
図１及び図２に示されるように、支持筒２１の先端部２５には、先端壁３１が複数個（本実施形態では４つ）のボルト３７によって着脱可能に取り付けられている。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。ここで、先端壁３１はセンサ取り付け部材を構成している。

さらに、図６及び図８に示されるように、前記先端壁３１の開口部周縁には環状のフィルタ支持部３５が突設されており、当該フィルタ支持部３５の先端部には円板状のフィルタ３６が嵌め込まれている。フィルタ３６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。フィルタ３６は、金属の粉末を焼き固めて作った金属焼結フィルタであり、当該フィルタ３６はその一端が開口した有底筒状に形成されている。

また、図１及び図２に示されるように、支持筒２１の基端側の発信器挿入口１３に対向する位置には、複数個の空気排出孔７５が当該支持筒２１の周方向に所定間隔をおいて支持筒２１に対し垂直に形成されている。

＜ガスセンサ＞
図１及び図２に示されるように、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が嵌合孔２６に嵌合した状態で先端壁３１の内面に当接することにより規制される。

センサケース４２の内部には酸素イオン伝導性固体電解質体により板状又は棒状に形成された高温作動型のセンサ素子（図示略）、及び当該センサ素子を加熱するヒータ（図示略）が収容されている。前記センサ素子には一対の電極が設けられており、両電極間の化学ポテンシャル（電位に相当）の差（電位差に相当）に起因して発生する電流を測定することにより、被測定ガス中の所定成分（正確には、その濃度）を検知することが可能となっている。

前記両電極には当該センサ素子からの出力電圧を取り出す複数本（本実施形態では８本。）のリード線４６の一端が接続されており、当該各リード線４６の他端はセンサケース４２の基端部に装着されたリード線押さえ部材４７を介して外部に導出されている。また、前記ヒータには電力供給用の複数本のリード線４６の一端が接続されており、当該各リード線４６の他端も前記リード線押さえ部材４７を介して外部に導出されている。複数本のリード線４６は、例えばガラス繊維被覆電線、純ニッケルセラミック電線等の耐熱繊維で被覆された耐熱性及び絶縁性を有する電線が使用されている。

図４に示されるように、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）により円板状に形成されており、リード線４６の本数と同数のリード線挿通孔４７ａが環状に配置形成されている。各リード線４６はリード線押さえ部材４７の各リード線挿通孔４７ａにそれぞれ１本ずつ挿通されている。また、各リード線４６はリード線挿通管４８に挿通されることにより束ねられている。一端がガスセンサ４１に接続された各リード線４６の他端はそれぞれ単一の雄型コネクタ４９が接続されている。なお、リード線押さえ部材４７はセンサ出力取出し用のリード線の引き出し部位であるガスセンサの基端部を構成する。

＜接続管＞
図１及び図２に示されるように、支持筒２１の基端部に形成したフランジ部２２には、両端が開口した円筒状の接続管６１が固定されている。接続管６１の先端側には円板状のフランジ部６１ａが形成され、接続管６１の基端側には互いに反対側に位置する一対の固定部材６２が形成されている。接続管６１のフランジ部６１ａには複数の挿通孔６７が形成されている。挿通孔６７にボルト６６が挿通され、支持筒２１のフランジ部２２に形成されたボルト止め穴２７にボルト６６が固定されている。接続管６１の固定部材６２にはボルト挿通孔６３が形成され、端子箱５１の一側壁５１ａの外面に固定されている。

＜端子箱＞
端子箱５１の一側壁５１ａの中央には挿通孔５４が形成されており、当該挿通孔５４の周囲には図１における上下方向において互いに反対側に位置する一対の円弧状のボルト挿通孔５５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及び固定部材６２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を締め付けることにより、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。

また、一端が分析器１１ｂに接続された出力取出用ケーブル５８の他端が、前記他側壁５１ｂに固定されたケーブル用継手５９を介して、端子箱５１内に導入されている。出力取出用ケーブル５８の他端には雌型コネクタ６０が接続されており、当該雌型コネクタ６０は端子箱５１内において前記雄型コネクタ４９と接続されている。

また、端子箱５１の前記一側壁５１ａ及び他側壁５１ｂに直交すると共に互いに対向する一対の側壁はそれぞれ着脱可能とされた蓋（図示略）とされている。前記両蓋を取り外すことにより、端子箱５１は側方に開放される。

＜空気供給管、校正用ガス供給用配管＞
支持筒２１の内周面には、ガスセンサ４１を冷却するための冷却用空気を供給する空気供給管７２及び、分析器１１ｂを校正するための校正用ガスを供給する校正用ガス供給用配管７１が挿入されている。空気供給管７２及び校正用ガス供給用配管７１は、接続管６１のフランジ部６１ａに形成された各挿通孔６８，６９にそれぞれ挿通支持されるとともに、それぞれの基端部が接続管６１の外側に位置している。

図３に示されるように、接続管６１は、その中心が支持筒２１のフランジ部２２及びガスセンサ４１の中心に対して挿通孔６８，６９が形成された側、すなわち空気供給管７２及び校正用ガス供給用配管７１が挿通された側に偏心した状態で固定されている。なお、接続管６１のフランジ部６１ａは空気供給管７２及び校正用ガス供給用配管７１の基端部を支持するとともに、支持筒２１の基端部のフランジ部２２に取り付けられた支持部材を構成する。

空気供給管７２の先端部は支持筒２１の先端部２５に形成された嵌合穴２８に挿通支持されるとともに、閉口されている。空気供給管７２はガスセンサ４１に沿って配置され、ガスセンサ４１の基端部に対向する位置には冷却用空気を吹き出す複数個の噴出孔７３が形成されている。これら噴出孔７３は、ガスセンサ４１の中心軸に対して直交するとともに、同一径で開口形成されている。これにより、特にガスセンサ４１の基端部（センサケース４２の基端部に装着されたリード線押さえ部材４７の近傍）へ直交となるように冷却用空気が吹き出すようになっている。空気供給管７２の先端は、支持筒２１の先端部２５に形成された嵌合穴２８に溶接により固定支持されている。空気供給管７２の末端は、外部の圧縮空気供給源（図示略）に接続部材（図示略）を介して接続されている。従って、前記圧縮空気供給源からの冷却用空気は、空気供給管７２及び噴出孔７３を通って、ガスセンサ４１の基端部へ供給される。空気供給管７２の先端部が閉口されているため、空気供給管７２に供給された冷却用空気は全て噴出孔７３から吹き出すこととなる。

校正用ガス供給用配管７１の先端部は支持筒２１の先端部２５に形成された挿通孔２９に溶接により固定支持されるとともに、先端壁３１に形成された連通路３４における当該先端壁３１内面側の開口部に挿入されている。校正用ガス供給用配管７１の末端は、外部の校正用ガス供給源（図示略）に接続部材（図示略）を介して接続されている。従って、前記校正用ガス供給源からの校正用ガスは、校正用ガス供給用配管７１及び連通路３４を通って前記収容部３２へ供給される。

＜保護カバー＞
図７に示されるように、先端壁３１の外周面には環状の凹部８３が形成されている。凹部８３の内底面には２つの雌ねじ部８７が形成されており、各雌ねじ部８７は先端壁３１の周方向において対向して配置されている。

図８に併せ示されるように、先端壁３１には保護カバー８８が取り付けられている。保護カバー８８は円筒状の支持部材８９及び当該支持部材８９の先端縁に突設された半円筒状の壁部材９０を備えている。支持部材８９の内径は先端壁３１の外径とほぼ同じ又は若干大きく設定されており、当該支持部材８９は先端壁３１に外嵌可能とされている。また、図６に示されるように、支持部材８９には複数個（本実施形態では８つ）の係合孔８９ａが形成されており、各係合孔８９ａは支持部材８９の周方向において等間隔に配置されている。詳述すると、支持部材８９には互いに反対側に位置するように形成された一対の係合孔８９ａ，８９ａを１組とする複数組（本実施形態では４組）の係合孔８９ａが形成されている。各係合孔８９ａ，８９ａは先端壁３１に形成された両雌ねじ部８７，８７に一致する。

さて、各係合孔８９ａ，８９ａのうち互いに反対に位置する２つの係合孔８９ａが先端壁３１の両雌ねじ部８７に一致するように、支持部材８９は先端壁３１の先端側に外嵌されている。そしてこの状態で、支持部材８９の両係合孔８９ａ，８９ａにそれぞれボルトＢを外方から挿通して雌ねじ部８７に締め付けることにより、保護カバー８８は先端壁３１に脱落不能に支持されている。即ち、図６に示されるように、ボルトＢを雌ねじ部８７に締め付けた状態において、ボルトＢの頭部は支持部材８９の係合孔８９ａに係合する。これにより支持部材８９、ひいては保護カバー８８の先端方向への移動が規制され、当該保護カバー８８の先端壁３１からの抜け止めが図られる。ちなみに、壁部材９０は被測定ガスの取込口（フィルタ３６が取り付けられるフィルタ支持部３５の先端開口部）が形成されたフィルタ支持部３５よりも先端方向へ突出しており、当該壁部材９０がフィルタ支持部３５よりも被測定ガスの流れの上流側に位置するように、保護カバー８８は取り付けられている。また、ボルトＢを雌ねじ部８７に締め付けた状態において、当該ボルトＢは支持部材８９の外周面から突出することはない。

＜実施形態の作用＞
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を介して収容部３２内に流れ込み、各ガス導入孔４５を介してセンサケース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。

＜排ガスの取り込み＞
校正作業の完了後、煙道内を流れる高温の排ガスは、フィルタ３６の先端面を介して支持筒２１（正確には、先端壁３１）の収容部３２内に流れ込む。そして、収容部３２内に流入した排ガスは、各ガス導入孔４５を介してセンサケース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。

＜冷却用空気の供給＞
煙道内を流れる高温の排ガスの分析時、次のような空気の流れが発生する。前記圧縮空気源から常時供給される冷却用空気は、空気供給管７２の複数の噴出孔７３からガスセンサ４１の基端部へ噴出して基端部を冷却しながら支持筒２１内に供給される。そして、噴出孔７３から噴出した冷却用空気は支持筒２１内に充満し、空気排出孔７５から流出し、発信器挿入口１３の内面と支持筒２１の外面との隙間から煙道内へ排出される。この時、空気供給管７２の複数の噴出孔７３はガスセンサ４１に沿ってその基端部へ垂直に指向して開口形成されているので、噴出孔７３から噴出した冷却用空気はガスセンサ４１の基端部へ垂直に向かって流れる。具体的には、空気供給管７２の複数の噴出孔７３はガスセンサ４１に沿って配置され、ガスセンサ４１の中心軸に対し垂直に開口形成されている。このため、ガスセンサ４１の基端部近傍が冷却される。即ち、噴出孔７３からの冷却用空気は拡散することなく、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。なお、図５に示されるように、噴出孔７３は、左端の噴出孔７３ａを支持筒２１の先端部２５側方向へ、右端の噴出孔７３ｃを基端側方向へ斜めに開口形成し、噴出孔７３ｂを直交方向へ開口形成してもよい。左端の噴出孔７３ａのように先端部２５側へ斜めに開口すると、ガスセンサ４１の基端部及び本体部が効率よく冷却される。また、右端の噴出孔７３ｃのように支持筒２１の基端側へ斜めに開口すると、ガスセンサ４１の基端部が効率よく冷却されるとともに、空気排出孔７５からの冷却用空気の排出をよくすることができる。このようにすることによって、噴出孔７３ａ，７３ｂ，７３ｃをガスセンサ４１に対して直交方向、支持筒２１の先端部２５側又は基端側へ斜めに開口形成し、少なくとも一部がガスセンサ４１に直交して冷却用空気が供給されるようにする。すなわち、ガスセンサ４１の基端部に対して直交成分を含んで冷却用空気が吹き付けるようにすることで、ガスセンサ４１の基端部が効率よく冷却され、当該基端部の温度上昇が抑制されることとなる。

このように、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が冷却される。即ち、冷却用空気とリード線押さえ部材４７及び各リード線４６との間で熱交換が行われることにより、当該リード線押さえ部材４７及び各リード線４６の熱は奪われる。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。そして、リード線押さえ部材４７及び各リード線４６との熱交換後の冷却用空気は空気排出孔７５から煙道内へ排出される。

＜ガスセンサの交換手順＞
次に、前述のように構成したガス分析装置におけるメンテナンス時のガスセンサの交換手順について説明する。

＜ガスセンサの取り外し＞
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、まず外部の圧縮空気供給源と空気供給管７２の末端とを接続する接続部品を解除する。そして、外部の校正用ガス供給源と校正用ガス供給用配管７１の末端とを接続する接続部品を解除する。次に、発信器挿入口１３のフランジ部１４のボルト２３及びナット２４を取り外し、フランジ部１４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、発信器挿入口１３から支持筒２１を引き抜く。その後、端子箱５１の蓋を外し、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、支持筒２１の先端壁３１のボルト３７を取り外し、先端壁３１と支持筒２１の先端部２５との固定を解除する。そして、先端壁３１を把持し、ガスセンサ４１を先端部２５の嵌合孔２６から引き抜く。この引き抜きに併せて、雄型コネクタ４９に接続されている各リード線４６を端子箱５１の挿通孔５４及び嵌合孔２６から引き抜く。

そして、ガスセンサ４１を把持して所定方向へ回転させると、雌ねじ部３３の雄ねじ部４４に対する螺合が解除され、先端壁３１からのガスセンサ４１の取り外しが可能となる。以上で、ガスセンサ４１の取り外し作業は完了となる。

＜ガスセンサの取り付け＞
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、先端壁３１にガスセンサ４１を把持して取り外すときと反対方向へ回転させると、雌ねじ部３３が雄ねじ部４４に螺合される。このとき、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。次に、先端壁３１を把持し、雄型コネクタ４９に接続されている各リード線４６からガスセンサ４１を先端部２５の嵌合孔２６に挿入する。そして、支持筒２１の先端部２５に先端壁３１をボルト３７にて固定する。

次に、雄型コネクタ４９と接続された各リード線４６を端子箱５１の挿通孔５４に挿通し、端子箱５１内で雄型コネクタ４９と雌型コネクタ６０を接続し、端子箱５１の蓋を取り付ける。

次に、端子箱５１及び支持筒２１を把持し、発信器挿入口１３から支持筒２１を挿入する。そして、発信器挿入口１３のフランジ部１４と支持筒２１のフランジ部２２とをボルト２３にナット２４を締め付け固定する。最後に外部の圧縮空気供給源と空気供給管７２の末端とを、外部の校正用ガス供給源と校正用ガス供給用配管７１の末端とを接続部品にてそれぞれ接続する。以上でガスセンサ４１の交換作業は完了となる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）ガスセンサ４１におけるリード線４６の引き出し部位であるガスセンサ４１の基端部に沿って冷却用空気が吹き付けられることにより効率よく冷却される。また、空気供給管７２からガスセンサ４１の基端部に対して直交成分を含んで冷却用空気が吹き付けられるため、冷却用空気が少なくとも当該基端部に吹き付けられて当該基端部が冷却され、当該基端部の温度上昇が抑制される。

（２）空気供給管７２は先端壁３１に支持されるため、ガスセンサ４１に対して位置が固定され、冷却用空気が安定してガスセンサ４１に吹き付けられる。また、空気供給管７２の先端が閉口されるため、空気供給管７２に送られた冷却用空気は全て噴出孔７３（吹き出す部位）から吹き出すことにより、ガスセンサ４１の基端部の冷却が促進される。

（３）空気供給管７２は接続管６１に支持されるため、ガスセンサ４１に対して位置が固定され、冷却用空気が安定してガスセンサ４１に吹き付けられるので、冷却が促進される。

（４）支持筒２１の基端部に空気排出孔７５を設けたことにより、支持筒２１内部に供給された冷却用空気は支持筒２１の空気排出孔７５から支持筒２１外部に排出され、支持筒２１と発信器挿入口１３との間を通過し、煙道内へ流れる。このため、支持筒２１と発信器挿入口１３との隙間にダストが堆積することがなく、メンテナンス等の際に支持筒２１を容易に外すことができる。詳述すると、通常支持筒２１と発信器挿入口１３との隙間にダストが入り込み堆積して固着してしまう。そうするとメンテナンス等の際に支持筒２１を容易に外すことができなくなる。よって、冷却用空気を支持筒２１の空気排出孔７５から支持筒２１外部へ排出するとともに、支持筒２１と発信器挿入口１３との間を通過して煙道内へ流れるようにすることで、ダストが堆積することがなくなり、固着を防止し、メンテナンス等の際に支持筒２１を容易に外すことができる。

（５）複数個の空気排出孔７５を支持筒２１に形成したため、支持筒２１と発信器挿入口１３との間への空気の通過が促進され、支持筒２１と発信器挿入口との隙間にダストの堆積がより抑制される。

（６）先端壁３１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。そして先端壁３１にはフィルタ支持部３５よりも先端壁３１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。

（７）また、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ため、被測定ガスのダストによるフィルタ３６の詰まりを抑制することができる。

（８）さらには、壁部材９０は先端壁３１に対して着脱可能であるので、被測定ガスの流れの状況に応じて選択的に取着することが可能となる。即ち、勢いがある煙道内にガスセンサ４１を挿入する場合等には積極的に壁部材９０を先端壁３１に取着して被測定ガスの流れの勢いを抑制し、勢いのない緩やかな場合には壁部材９０を取り外して被測定ガスを積極的に取り込むようにする。

（９）先端壁３１と壁部材９０の基端部に設けられた支持部材８９との間の係合構造体を介して、壁部材９０を先端壁３１に着脱可能に取り付けるようにした。即ち、支持部材８９は先端壁３１（正確には、フランジ部８３）に外嵌可能に構成すると共に当該支持部材８９には２つの係合孔８９ａを形成するようにした。そして、支持部材８９を先端壁３１に外嵌した状態で前記係合孔８９ａに外方からボルト２３を挿通して雌ねじ部８７に締め付けることにより、当該ボルトＢは係合孔８９ａに係合可能な状態で先端壁３１に固定されるようにした。

ここで、壁部材９０は煙道内の被測定ガスの流れを遮るだけなので、先端壁３１に完全に固定する必要はなく、当該先端壁３１から外れない程度に支持されていればよい。このため、本実施形態のように、例えば支持部材８９の係合孔８９ａとボルトＢとの係合関係により保護カバー８８を先端壁３１に支持する程度で十分に脱落防止が図られる。また、保護カバー８８を先端壁３１に装着してボルトＢを締め付けるだけであるので、保護カバー８８と先端壁３１との固定構造が複雑化することもない。

（１０）保護カバー８８には複数個の係合孔８９ａが周方向に所定間隔毎に設けるようにした。詳述すると、係合孔８９ａは互いに反対側に位置する一対の係合孔８９ａを１組とする複数組が設けられている。また、先端壁３１の外周面の雌ねじ部８７，８７は保護カバー８８に形成された各係合孔８９ａのうち互いに反対側に位置する２つの係合孔８９ａに一致するように設けられている。このため、係合孔８９ａの配置間隔に応じて壁部材９０の先端壁３１に対する取り付け位置を被測定ガスの流れの上流側に位置させるように調節することができる。

（１１）ボルトＢは支持部材８９の外周面から突出しないようにした。このため、支持筒２１を発信器挿入口１３に円滑に挿入することができ、発信器１１ａの煙道壁１２への取付け作業が容易になる。ボルトＢが支持部材８９の外周面から突出している場合には、その突出した部位が支持筒２１の発信器挿入口１３への挿入の際に当該発信器挿入口１３の開口端部に当接したり当該発信器挿入口１３の内周面に当接したりし、支持筒２１の発信器挿入口１３への円滑な挿入が阻害されるおそれがある。そして、支持筒２１を発信器挿入口１３に挿入する際の姿勢を厳密に管理する必要性も生じ、発信器１１ａの煙道壁１２への取付け作業効率の低下につながる。そうした問題は、発信器挿入口１３の内周面と支持筒２１の外周面との間隔が小さく設定されているときほど顕著である。本実施形態によれば、支持筒２１の外周面から何ら突出することはないので、前述のような問題はない。さらに、支持筒２１、ひいてはガス分析装置１１の外観性が向上する。

（１２）先端壁３１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が螺合されている。このため、フィルタカバー８５を取り外すことによりフィルタ３６の着脱が可能となる。よってフィルタ３６の交換、清掃を容易に行うことができる。

（１３）複数本のリード線４６は、ガラス繊維被覆電線、純ニッケルセラミック電線等を用いた耐熱繊維被覆された耐熱性及び絶縁性を有する電線を使用するようにした。このため、高温環境下で使用するようにした場合でも熱による損傷が発生しない。

（１４）接続管６１の中心を支持筒２１のフランジ部２２及びガスセンサ４１の中心に対して挿通孔６８，６９が形成された側、すなわち空気供給管７２及び校正用ガス供給用配管７１が挿通された側に偏心した状態で固定するようにした。このため、空気供給管７２及び校正用ガス供給用配管７１を外部の圧縮空気供給源、校正用ガス供給源に接続部品を介してそれぞれ接続する際に空間があるため容易に接続することができる。

（別の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、フランジ部には２つの雌ねじ部８７を形成するようにしたが、単一の雌ねじ部８７を形成するようにしてもよい。また、３つ、４つ又はそれ以上の雌ねじ部８７を形成するようにしてもよい。

・上記実施形態において、ボルトＢを例えばピン（図示略）に置換するようにしてもよい。その場合、雌ねじ部８７は単なる嵌合穴とすればよい。このようにした場合、前記ピンは被係合体を構成し、当該ピンと支持部材８９とから係合構造体が構成される。

・上記実施形態においては、壁部材９０を先端壁３１に対して着脱可能に、且つ被測定ガスの流れの上流側に位置するよう調節可能に構成したが、先端壁３１に壁部材９０を固定するようにしてもよい。このようにすれば被測定ガスを安定的に分析することができると共にダストによるフィルタ３６の詰まりを抑制することもできる。

・上記実施形態においては、支持筒２１に空気排出孔７５を複数個の空気排出孔７５を形成したが、単一の空気排出孔７５を形成するようにしてもよい。このようにしても、（４）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、複数個の噴出孔７３を同一径で開口形成したが、空気排出孔７５側から支持筒２１の先端部２５側へ向けて噴出孔７３の口径を徐々に大きく開口するようにしてもよい。このようにすると、ガスセンサ４１の基端部及び本体部が効率よく冷却される。

・上記実施形態においては、図１に示されるように、支持筒２１に対し空気排出孔７５を垂直に開口形成したが、先端壁３１の方向又はフランジ部２２の方向へ向くように斜めに開口してもよい。空気排出孔７５を先端壁３１の方向を向くように斜めに開口すると、冷却用空気の排出がよくなるので、支持筒２１と発信器挿入口１３との隙間へのダストの堆積をより一層抑制することができる。また、空気排出孔７５をフランジ部２２の方向へ向くように斜めに開口すると、フランジ部２２への排ガスの接触を防止するとともに温度低下を防止するので、支持筒２１の基端部及びフランジ部２２の腐食が抑制される。

・上記実施形態においては、支持筒２１に空気排出孔７５を形成したが、空気排出孔７５にダスト除去部材としてのフィルタを固定するようにしてもよい。このようにすると、通常煙道内は負圧で排ガスが流れているが、万一煙道内が正圧となった場合に排ガス中のダストはフィルタに捕らえられ、支持筒２１内へダストが流れ込むことを抑制することができる。このフィルタには金網等のメッシュフィルタを使用してもよいし、フィルタ３６に使用する金属焼結フィルタを使用してもよい。金属焼結フィルタを使用すると、メッシュが細かいため、支持筒２１内へダストが流れ込むことを一層抑制することができる。さらに、空気排出孔７５に替えてベンド管を設けてもよい。このようにしても支持筒２１内へダストが流れ込むことを抑制することができる。

・上記実施形態において、１本の空気供給管７２を設けるようにしたが、複数本の空気供給管７２を設けるようにしてもよい。このようにすると、ガスセンサ４１の基端部及び本体部が効率よく冷却される。

・上記実施形態においては、空気供給管７２に複数個の噴出孔７３を形成するようにしたが、単一の噴出孔７３を形成するようにしてもよい。このようにしても、（１）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、空気供給管７２に複数個の噴出孔７３を形成するようにしたが、ガスセンサ４１の基端部を効率よく冷却できれば単一の噴出孔７３を形成するようにしてもよい。また、空気供給管７２から複数個又は単一のノズルをガスセンサ４１の基端部に対して直交成分を含むようにして冷却用空気が供給されるように突出形成するようにしてもよい。このようにしても、（１）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、図５に示されるように、噴出孔７３は、左端の噴出孔７３ａを支持筒２１の先端部２５側方向へ、右端の噴出孔７３ｃを基端側方向へ斜めに開口形成し、噴出孔７３ｂを直交方向へ開口形成したが、噴出孔７３ａ，７３ｂ，７３ｃをすべて支持筒２１の先端部２５側方向又は基端側方向（フランジ部２２の方向）へ同一方向を向くように斜めに開口してもよい。噴出孔７３をすべて支持筒２１の先端部２５側方向へ斜めに開口すると、ガスセンサ４１の基端部及び本体部が効率よく冷却される。噴出孔７３をすべて基端側方向へ斜めに開口すると、ガスセンサ４１の基端部が効率よく冷却されるとともに、空気排出孔７５からの冷却用空気の排出をよくすることができる。このように、ガスセンサ４１の基端部に対して直交成分を含んで冷却用空気が吹き付けるようにすることで、ガスセンサ４１の基端部が効率よく冷却され、当該基端部の温度上昇が抑制されることになる。

・上記実施形態においては、空気供給管７２に複数個の噴出孔７３を形成するようにしたが、空気供給管７２からガスセンサ４１の基端部の外周を覆うように環状の空気供給管を設け、ガスセンサ４１の基端部に対して直交成分を含むようにして冷却用空気が供給されるように同ノズルに複数個の噴出孔を設けるようにしてもよい。このようにした場合、ガスセンサ４１の基端部の一部分だけでなく、基端部全周に亘って冷却用空気が吹き付けられるので、冷却用空気が円滑に供給される。

・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。

ガス分析装置の正断面図。 ガス分析装置の分解正断面図。 ガス分析装置を接続管側から見た側面図。 ガスセンサのリード線を固定するリード線押さえ部材の斜視図。 ガスセンサの基端部に対する空気供給管からの冷却用空気の供給を示す図。 ガス分析装置の要部正断面図。 ガス分析装置の先端部の分解斜視図。 ガス分析装置の先端部の斜視図。

符号の説明

１１…ガス分析装置、１１ａ…発信器、１１ｂ…分析器、１２…煙道壁、１３…発信器挿入口、１４…フランジ部、２１…支持筒、２２…フランジ部、２３…ボルト、２３ａ…雄ねじ部、２４…ナット、２５…先端部、２６…嵌合孔、２７…ボルト止め穴、２８…嵌合穴、３１…先端壁、３２…収容部、３３…雌ねじ部、３４…連通路、３５…フィルタ支持部材、３６…フィルタ、３７…ボルト、４１…ガスセンサ、４２…センサケース、４３…センサナット、４４…雄ねじ部、４５…ガス導入孔、４６…リード線、４７…リード線押さえ部材、４７ａ…リード線挿通孔、４８…リード線挿通管、４９…雄型コネクタ、５１…端子箱、５１ａ…一側壁、５１ｂ…他側壁、５５…ボルト挿通孔、５６…空気供給管、５８…出力取り出し用ケーブル、５９…ケーブル用継手、６０…雌型コネクタ、６１…接続管、６２…固定部材、６３…ボルト挿通孔、６４…ボルト、６５…ナット、６６…ボルト、６７，６８，６９…挿通孔、７１…校正用ガス供給用配管、７２…空気供給管、７３…噴出孔、７５…空気排出孔、７６…フィルタ、８３…凹部、８５…フィルタカバー、８５ａ…開口部、８７…雌ねじ部、８８…保護カバー、８９…支持部材、８９ａ…係合孔、９０…壁部材。

Claims (3)

1. 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成分を検出するガスセンサと、
   前記支持筒内に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空気供給管とを備えたガス分析装置において、
   前記空気供給管を前記支持筒内に位置する前記ガスセンサに沿って配置し、同ガスセンサの基端部に対し直交成分を含む方向で前記冷却用空気を吹き付ける
   ことを特徴とするガス分析装置。
2. 請求項１に記載のガス分析装置において、
   前記空気供給管の先端は、前記支持筒の先端部の固定部材に支持される
   ことを特徴とするガス分析装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のガス分析装置において、
   前記空気供給管の基端部は前記支持筒の基端部に取り付けられる支持部材に支持される
   ことを特徴とするガス分析装置。

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