JP4415376B2

JP4415376B2 - ジルコニア式酸素濃度計

Info

Publication number: JP4415376B2
Application number: JP2004160569A
Authority: JP
Inventors: 行裕関; 健太郎間; 博史北島
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP2005338020A

Description

本発明は、高温に加熱されたジルコニア式センサを有するジルコニア式酸素濃度計に関するものである。
更に詳しくは、ジルコニア式酸素濃度計をガス燃焼設備における排気通路の酸素濃度測定などに応用した際、バーナーの失火により、排気通路に未燃焼ガスが流入した場合などに、センサの高温による火災発生の危険を防止するための技術に関するものである。

図５は、従来のジルコニア式酸素濃度計の一例を示す構成図である。図において、１は被測定ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生するジルコニア式センサ、２はこのジルコニア式センサ１から発生される起電力を受け、酸素濃度に対応した測定出力信号に変換する変換器、３はジルコニア式センサ１を加熱するヒータ、４はヒータ３に電力を供給するヒータ電力線、５はヒータ３の温度制御を行うための温度制御信号線、６はジルコニア式センサ１の起電力を伝送するセンサ出力線、７は変換器２から得られる測定出力信号を伝送する出力信号線である。変換器２には、図示していないが、ヒータ３を介してジルコニア式センサ１の温度を所定の温度に維持するための温度制御装置が含まれている。

ジルコニア式センサ１においては、センサ部が７５０℃の高温に加熱された状態において、センサの両側に被測定ガスと比較ガス（スパンガス）とを流通させることにより、両ガスの酸素濃度の差に応じた起電力が発生される。また、この起電力は、変換器２により被測定ガスの酸素濃度に対応した測定出力信号（４〜２０ｍＡ）に変換され、出力信号線７を介して伝送される。

また、このように高温に加熱されたジルコニア式センサを有するジルコニア式酸素濃度計をガス燃焼設備における排気通路の酸素濃度測定などに応用した場合には、バーナーの失火などにより、排気通路に未燃焼ガスが流入し、ジルコニア式酸素濃度計（ジルコニア式センサ）の位置にまで達することがある。
このような場合、未燃焼ガスが高温のセンサに接触して、火災を発生させる危険がある。

従来、このような問題を解決するためには、ガス燃焼設備から発生される失火信号Ｓｂを受け、直ちにヒータ３への電力供給を遮断して、センサ表面の温度を低下させる措置がとられている。

特開２０００−２６６７１９号公報

しかしながら、このようにヒータへの電力供給を遮断して、センサ表面の温度を低下させるだけでは、温度の低下に時間を要するなど、火災を防止するためには充分な対策とは言えない。

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、ガス燃焼設備における排気通路などに未燃焼ガスが流入した場合においても、火災発生の危険を防止することのできるジルコニア式酸素濃度計を実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する校正手段とを有するジルコニア式酸素濃度計において、前記ヒータに供給する電力を制御するとともに前記校正手段の動作を制御する変換器を具備し、前記変換器はガス燃焼設備等から発生される失火信号を受け、前記ヒータへの電力供給を遮断するとともに、前記ジルコニア式センサに校正ガスを供給することを特徴とする。

請求項２では、請求項１のジルコニア式酸素濃度計において、前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにスパンガスを供給することを特徴とする。

請求項３では、請求項２のジルコニア式酸素濃度計において、前記スパンガスは空気であることを特徴とする。

請求項４では、請求項２のジルコニア式酸素濃度計において、前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする。

請求項５では、請求項１のジルコニア式酸素濃度計において、前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにゼロガスを供給することを特徴とする。

請求項６では、請求項１のジルコニア式酸素濃度計において、前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにゼロガスを供給するとともに、一定時間経過後に前記ゼロガスに替えてスパンガスを供給することを特徴とする。

このように、ガス燃焼設備等の失火時には、ガス燃焼設備等から発生される失火信号を受け、前記ヒータへの電力供給を遮断するとともに、前記ジルコニア式センサに校正ガスを供給するようにすると、校正ガスによりジルコニア式センサを冷却するとともに、校正ガスにより未燃焼ガスを吹き飛ばし、未燃焼ガスがジルコニア式センサに接触することを防止して、火災発生の危険を防止することができる。
また、供給する校正ガスとしてゼロガスを使用すると、ジルコニア式センサ付近の酸素濃度を低下させることができ、火災発生の危険を更に低くすることができる。
また、通常のジルコニア式酸素濃度計が有している校正設備を利用して、ジルコニア式センサに校正ガスを供給するので、特別な装置を付加することなく、火災防止機能を実現することができる。

以下、図面を用いて、本発明のジルコニア式酸素濃度計を説明する。

図１は、本発明のジルコニア式酸素濃度計の一実施例を示す構成図である。図において、前記図５と同様のものは同一符号を付して示す。８は校正ガスとして校正動作に使用されるスパンガス、９は校正ガスとして校正動作に使用されるゼロガスで、ここでは、ガスボンベに封入されている。１０はこれらの校正ガスをジルコニア式センサ１に供給する配管、１１，１２は校正ガス（スパンガス８およびゼロガス９）の流路を切り換える制御弁、１３はスパンガス８を比較ガスとしてジルコニア式センサ１に供給する制御弁である。制御弁１１，１２，１３の動作は、変換器２によって制御される。

一般に、スパンガス８は酸素２１％、窒素７９％を含むガス、ゼロガス９は酸素１％、窒素９９％を含むガスであり、これらのスパンガス８およびゼロガス９を順次測定することにより、装置の校正が行われる。また、スパンガス８は、測定動作時および校正動作時において、比較ガスとしても使用されている。

図２は、本発明のジルコニア式酸素濃度計において、失火信号Ｓｂが発生された際の動作の一実施例を示すフロー図である。図に示すように、ガス燃焼設備等から失火信号Ｓｂが発生されると、変換器２はヒータ電源を遮断し（Ｓ１）、次いで、制御弁１１，１２を操作して、ジルコニア式センサ１に校正ガスを供給する。

この結果、ヒータ３の電力が遮断されるとともに、ジルコニア式センサ１内に校正ガスが流通するので、ジルコニア式センサ１の表面は校正ガスにより冷却され、表面温度が急速に低下して、火災発生の危険が回避される。また、校正ガスによりジルコニア式センサ１付近のガス（未燃焼ガス）を吹き飛ばすことができるので、未燃焼ガスがセンサ表面に触れることがなくなり、火災発生の危険をさらに低くすることができる。

このように、ジルコニア式センサ１に校正ガスを供給することにより、火災発生の危険を回避するように構成すると、通常のジルコニア式酸素濃度計が有している校正設備を利用して、火災発生の危険回避を行うことができ、特別な装置を付加することなく、火災防止機能を実現することができる。

ここで、ジルコニア式センサ１に供給する校正ガスとしては、スパンガス８またはゼロガス９のどちらを使用しても良い。
例えば、供給する校正ガスとしてスパンガス８を選択すると、スパンガス８は空気または空気と同成分のガスであり、比較的安価に入手できるものであるので、ランニングコストを低く抑えることができる。

また、供給する校正ガスとしてゼロガス９を選択すると、前記したように、ゼロガス９の酸素濃度は１％程度と低いので、ジルコニア式センサ１付近の酸素濃度を低下させることができ、火災発生の危険を更に低くすることができる。

図３は、本発明のジルコニア式酸素濃度計において、失火信号Ｓｂが発生された際の他の動作例を示すフロー図である。図において、前記図２と同様のものは同一符号を付して示す。図に示すように、ガス燃焼設備等から失火信号Ｓｂが発生されると、変換器２はヒータ電源を遮断し（Ｓ１）、次いで、制御弁１１，１２を操作して、ジルコニア式センサ１にゼロガス９を供給する（Ｓ３）。ここで、ゼロガス９の供給から一定時間が経過した後に、制御弁１２を操作して、ジルコニア式センサ１にスパンガス８を供給する（Ｓ４）。

このように、失火信号Ｓｂが発生された際に、ジルコニア式センサ１にゼロガス９を供給するとともに、一定時間経過後にゼロガス９に替えてスパンガス８を供給するようにすると、ジルコニア式センサ１の付近に未燃焼ガスが存在するであろう期間だけ低酸素濃度のゼロガス９を供給し、未燃焼ガスが吹き飛ばされた後にスパンガス８を供給することができ、比較的高価なゼロガス９の消費量を低減することができる。
すなわち、ゼロガス９は酸素濃度を所定の値に調整したものであり、空気と同成分のスパンガス８に比べて高価なものとなっている。
ここで、ゼロガス８の供給開始からスパンガス９へ切り換えるまでの時間は、供給するゼロガス８の流量やジルコニア式センサ１の構造などに応じて、経験的に決定されるものである。

図４は、本発明のジルコニア式酸素濃度計の他の実施例を示す構成図である。図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。１４は計装エアであり、図に示す例は、計装エア１４をスパンガスとして使用したものである。ジルコニア式酸素濃度計が使用されるような計装プラントにおいては、プラント内に計装用のエア配管が設置されている場合が多く、この計装エア１４を利用すれば、スパンガス用のボンベを用意する必要がなくなる。
また、ボンベの貯蔵量や残量を気にする必要がないので、未燃焼ガスの発生が解消され、火災の危険が完全になくなるまで、ジルコニア式センサ１に計装エア１４（スパンガス８）を供給し続けることができる。

計装エア１４はダストなどの不純物が除去され、湿度もほぼ一定に保たれているので、この計装エア１４をスパンガスとして利用すれば、湿度や清浄性の面で良好なスパンガスを得ることができる。また、ジルコニア式酸素濃度計においては、常に、スパンガスおよびゼロガスを使用した校正動作を行っているので、計装エア１４の成分が急激に変動しない限り、測定精度に悪影響を与えてしまうことはない。

図１は本発明のジルコニア式酸素濃度計の一実施例を示す構成図。図２は本発明のジルコニア式酸素濃度計において失火信号Ｓｂが発生された際の動作の一実施例を示すフロー図。図３は本発明のジルコニア式酸素濃度計において失火信号Ｓｂが発生された際の他の動作例を示すフロー図。図４は本発明のジルコニア式酸素濃度計の他の実施例を示す構成図。図５は従来のジルコニア式酸素濃度計の一例を示す構成図。

符号の説明

１ジルコニア式センサ
２変換器
３ヒータ
４ヒータ電力線
５温度制御信号線
６センサ出力線
７出力信号線
８スパンガス
９ゼロガス
１０配管
１１制御弁
１２制御弁
１３制御弁
１４計装エア
Ｓｂ失火信号

Claims

ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する校正手段とを有するジルコニア式酸素濃度計において、前記ヒータに供給する電力を制御するとともに前記校正手段の動作を制御する変換器を具備し、前記変換器はガス燃焼設備等から発生される失火信号を受け、前記ヒータへの電力供給を遮断するとともに、前記ジルコニア式センサに校正ガスを供給することを特徴とするジルコニア式酸素濃度計。
前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにスパンガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記スパンガスは空気であることを特徴とする請求項２に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする請求項２に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにゼロガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記変換器は前記失火信号の受信時には前記ジルコニア式センサにゼロガスを供給するとともに、一定時間経過後に前記ゼロガスに替えてスパンガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のジルコニア式酸素濃度計。