JP3098785B2 - 酸素分析装置 - Google Patents

酸素分析装置

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JP3098785B2
JP3098785B2 JP03072126A JP7212691A JP3098785B2 JP 3098785 B2 JP3098785 B2 JP 3098785B2 JP 03072126 A JP03072126 A JP 03072126A JP 7212691 A JP7212691 A JP 7212691A JP 3098785 B2 JP3098785 B2 JP 3098785B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、保護管内に固体電解質
からなる酸素検出素子を設けてなる被測定ガス中の酸素
濃度を測定するための酸素分析装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】火力発電所のボイラーあるいは各種燃焼
炉よりの排ガス等の被測定ガス中の酸素濃度を測定する
ため、保護管内にジルコニア等の固体電解質からなる酸
素検出素子を設けた構造の酸素分析装置が従来から使用
されている。図6は従来の酸素分析装置の一例の構成を
示す図であり、1は耐熱金属等からなる保護管、2は保
護管1の先端に設けた被測定ガス中の固体分を除去する
ためのフィルタユニット、3はフィルタユニット2内に
設けた1次フィルタ、4は1次フィルタ3を通過した被
測定ガスの除塵をさらに行う2次フィルタ、5は2次フ
ィルタ4を通過した後の被測定ガス中の酸素濃度を測定
するためのジルコニアからなる酸素検出素子、6は酸素
検出素子5の校正ガス導入するための校正ガス導入管、
7は酸素検出素子5の温度を測定するための熱電対、8
は酸素検出素子5を加熱するためのヒータである。
【0003】上述した校正の酸素分析装置では、通常の
排ガス等からなる被測定ガスの測定においては、その性
能を発揮して、正確な酸素濃度を検出することができ
る。しかしながら、被測定ガス中のCO等の可燃性ガス
の濃度が高く、酸素分析装置のヒータ温度が例えば55
0℃以下の低温の場合は、酸素分析装置の指示が理論値
より大幅に低下し、正確な酸素濃度を測定できない問題
があった。そのため、ボイラウィンドボックス等、燃料
弁から燃料などの可燃性ガスのリークの危険性があり、
ヒータの温度を下げて使用しなければ爆発の危険がある
ような場合、被測定ガス中のCO等の可燃性ガスの濃度
が高いと、酸素分析装置を使用できなくなる問題があっ
た。
【0004】一方、上述した課題を解決するためでな
く、被測定ガスが直接酸素検出素子に接触する際の熱シ
ョック等の防止および空気汚染をさらに防止するため、
触媒を担持した球状体を酸素検出素子の前に配置した例
が特開昭50ー137592号公報において開示されているが、
酸素検出素子の前に球状体が充填された構造であるた
め、この構造を利用すると応答時間が遅くなる問題があ
った。
【0005】本発明の目的は上述した課題を解消して、
可燃性ガス濃度が高くヒータ温度を高くできない場合で
も正確かつ短時間に酸素濃度を測定可能な酸素分析装置
を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の酸素分析装置
は、保護管と、保護管の先端に設けた被測定ガス中の固
体分を除去するためのフィルタユニットと、フィルタユ
ニット内に設けた1次フィルタと、1次フィルタを通過
した被測定ガスの除塵をさらに行う2次フィルタと、2
次フィルタを通過した後の被測定ガス中の酸素濃度を測
定するためのジルコニアからなる酸素検出素子と、酸素
検出素子に校正ガスを導入するための校正ガス導入管
と、酸素検出素子の温度を測定するための熱電対と、酸
素検出素子を加熱するためのヒータとからなり、被測定
ガス中の可燃性ガスの濃度が高く、しかも、ヒータ温度
が550℃以下の状態で、被測定ガス中の酸素濃度を測
定するための酸素分析装置において、2次フィルタと酸
素検出素子との間に、触媒を担持させたハニカム構造体
を、その貫通孔の方向が被測定ガスの流れの方向と一致
するように配置したことを特徴とするものである。
【0007】
【作用】まず、上述した酸素指示が大幅に低下するメカ
ニズムについて説明すると、以下のようである。ジルコ
ニア式酸素分析装置で使用する電極はPt等の貴金属触
媒がよく使用されるとともに、一般に650℃以上に加
熱され使用されている。この場合、被測定ガス中に可燃
性ガスここではCOガスが含まれると、高温に加熱され
ることと電極が触媒により構成されるため、酸素分析装
置では被測定ガス中のO 2とCOとが反応(CO+1/
2O 2→CO 2)し、CO 2となってしまい、この分だけ
指示値が低下する。すなわち、O 2:5%、CO:1
%、N 2:残の場合、正常の状態でもO 2の指示は4.5
%(5ー1/2×1)となる。この状態を図7に示す。
【0008】しかし、酸素分析装置の加熱温度を下げる
と、上記理論に従わなくなるいわゆる触媒のCO被毒現
象が生ずる。すなわち、COーO 2反応はLangmuir-Hins
helwoodによると、r=K・PCO・PO2/(1+Ka・
CO 2で与えられる。ここで、r:反応速度、K:反
応速度定数、Ka:吸着平衡定数、PCO:CO分圧、P
O2:O 2分圧であり、Kaは温度が高くなるに従い小さ
な値になる。温度が低くなりKaが無視できないほど大
きい値となったとき、rはPCOによりおおきくなり触媒
上の見かけのCO濃度が増す現象が生ずるため、触媒上
にO 2が少ない状態となってしまう。この状態の一例を
図8に示す。
【0009】本発明では、その状態を解消するため、被
測定ガスの流れの酸素検出素子よりも上流側に触媒を設
置し、可燃性ガスを酸化させこの触媒を被毒させること
によりその下流側の酸素検出素子においてCO等の可燃
性ガスの影響をなくすとともに、触媒をハニカム構造体
に担持させさらにその貫通孔の方向が被測定ガスの流れ
の方向と一致するように配置することにより、ハニカム
構造体を用いることによる圧損の減少および速い応答性
を確保することができる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の酸素分析装置の一例の構成を
示す断面図である。図1に示す例において、1は耐熱金
属等からなる保護管、2は保護管1の先端に設けた被測
定ガス中の固体分を除去するためのフィルタユニット、
3はフィルタユニット2内に設けた1次フィルタ、4は
1次フィルタ3を通過した被測定ガスの除塵をさらに行
う2次フィルタ、5は2次フィルタ4を通過した後の被
測定ガス中の酸素濃度を測定するためのジルコニアから
なる酸素検出素子、6は酸素検出素子5に校正ガスを導
入するための校正ガス導入管、7は酸素検出素子5の温
度を測定するための熱電対、8は酸素検出素子5を加熱
するためのヒータで、これらの構成は従来の酸素分析装
置の構成と同じである。本発明では、これらの構成の他
に2次フィルタ4と酸素検出素子5との間にCO等の可
燃性ガスを酸化するための触媒を担持したハニカム構造
体9を、その貫通孔が2次フィルタを通過した被測定ガ
スの流れの方向となるように配置した点に特徴がある。
【0011】図2(a),(b)は本発明で使用するハニカム
構造体9の一例の構造を示す平面図および正面図であ
る。本例のハニカム構造体9は、正方形のセル構造を有
する貫通孔10をその長手方向に有しており、大きさは装
着すべき酸素分析装置の大きさに応じて異なるが、その
一例として直径:22mm、長さ:35mmのコージェライト製
のハニカム構造体を使用している。さらに、Pt,Pd,Rh等
の通常知られている貴金属触媒を、ハニカム構造体9の
セル壁面に焼き付けなどの方法により固定させている。
なお、本発明においては、ハニカム構造体9および触媒
の種類は限定するものでなく、従来から公知のものを全
て使用可能であることは言うまでもない。
【0012】図3は本発明の酸素分析装置の他の例の構
成を示す断面図である。図3に示す実施例においても、
図1に示す例と同様、酸素検出素子5の上流側にその貫
通孔が被測定ガスの流れの方向となるように触媒を担持
したハニカム構造体9を設けることにより、本発明の酸
素分析装置を得ている。図3に示す例において図1に示
す例と異なるのは、図1に示す酸素分析装置は被測定ガ
スがフィルタユニットから取り込まれ酸素検出素子5と
接触した後外部へ排出される透過式であるのに対し、図
3に示す酸素分析装置は被測定ガスの排出口がなく被測
定ガスがフィルタユニットを介して拡散で置換される置
換式である点である。
【0013】実際に、被測定ガス中にCOガスがある場
合とない場合とで、図1に示す構造の本発明の酸素分析
装置(ヒータ設定温度:550℃)と従来のジルコニア
式酸素分析装置(ヒータ設定温度:750℃)を用い
て、被測定ガス中の酸素濃度を測定した結果を図4に示
す。この結果から、本発明の酸素分析装置によれば、C
O等の可燃性ガスの存在下でしかも550℃の低温度で
も正確に酸素濃度を測定できることがわかった。また、
本発明のハニカム構造体の効果を調べるため、図1に示
す構造の酸素分析装置と図1に示す構造とほぼ同一の構
造でハニカム構造体の位置に酸化アルミニウムを担持し
た球状体を充填した酸素分析装置とを準備し、一定流速
の被測定ガス中において校正ガスを校正ガス導入管6を
介して流しておき、校正ガスを止めてから酸素検出素子
5まで被測定ガスが到達するのにかかる時間を応答時間
として求めて比較した。その結果を図5に示す。図5の
結果から、本発明のハニカム構造体は従来公知の構造の
ものより応答時間が短いことがわかった。
【0014】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例え
ば、上述した実施例では、酸素検出素子が先端に配置さ
れた酸素分析装置の例を示したが、酸素検出素子の位置
は保護管内どこでも本発明が有効であることは明かであ
る。また、ハニカム構造体の大きさ、材質、触媒の種類
等は得ようとする酸素分析装置に応じて適宜選択できる
ことはいうまでもない。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、被測定ガスの流れの酸素検出素子よりも上流
側に触媒を設置し、可燃性ガスを酸化させこの触媒を被
毒させることによりその下流側の酸素検出素子において
CO等の可燃性ガスの影響をなくすとともに、触媒をハ
ニカム構造体に担持させさらにその貫通孔の方向が被測
定ガスの流れの方向と一致するように配置することによ
り、圧損を少なくするとともに速い応答性を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素分析装置の一例の構造を示す断面
図である。
【図2】(a)は本発明で使用するハニカム構造体の一
例の構造を示す平面図、(b)は同じくその正面図であ
る。
【図3】本発明の酸素分析装置の他の例の構造を示す断
面図である。
【図4】本発明の酸素分析装置における酸素濃度検出時
の性能を評価するためのグラフである。
【図5】本発明の酸素分析装置における応答時間を評価
するためのグラフである。
【図6】従来の酸素分析装置の一例の構造を示す断面図
である。
【図7】COの影響を全く受けないガルバニ式酸素分析装
置と1/2 COの影響を受けてしまうジルコニア式酸素分析
装置の指示値比較をしたグラフである。
【図8】低温における従来の酸素分析装置における酸素
濃度検出値と実際の値との不一致を説明するためのグラ
フである。
【符号の説明】
1 保護管 2 フィルタユニット 3 1次フィルタ 4 2次フィルタ 5 酸素検出素子 6 校正ガス導入管 7 熱電対 8 ヒータ 9 ハニカム構造体 10 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−55095(JP,A) 実開 昭54−25888(JP,U) 実開 昭63−157652(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/409

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】保護管と、保護管の先端に設けた被測定ガ
    ス中の固体分を除去するためのフィルタユニットと、フ
    ィルタユニット内に設けた1次フィルタと、1次フィル
    タを通過した被測定ガスの除塵をさらに行う2次フィル
    タと、2次フィルタを通過した後の被測定ガス中の酸素
    濃度を測定するためのジルコニアからなる酸素検出素子
    と、酸素検出素子に校正ガスを導入するための校正ガス
    導入管と、酸素検出素子の温度を測定するための熱電対
    と、酸素検出素子を加熱するためのヒータとからなり、
    被測定ガス中の可燃性ガスの濃度が高く、しかも、ヒー
    タ温度が550℃以下の状態で、被測定ガス中の酸素濃
    度を測定するための酸素分析装置において、2次フィル
    タと酸素検出素子との間に、触媒を担持させたハニカム
    構造体を、その貫通孔の方向が被測定ガスの流れの方向
    と一致するように配置したことを特徴とする酸素分析装
    置。
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DE102004053460A1 (de) * 2004-11-05 2006-05-11 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Schutzelement für einen Messfühler, sowie entsprechender Messfühler und Wabenkörper

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JPS5922900B2 (ja) * 1976-10-29 1984-05-29 日本碍子株式会社 主として内燃機関よりの排気ガス中の酸素分圧測定装置
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