JP4666243B2 - 可燃ガス計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、測定ガス中の可燃ガスを測定する可燃ガス計に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平11−223614号公報には、セラミックス基板と、このセラミックス基板の表面に形成された白金薄膜(測温抵抗体)と、この白金薄膜の表面に形成されたガラス保護膜(絶縁層)と、このガラス保護層膜の表面及びセラミックス基板の裏面に形成されたセラミック又はガラス繊維の織布又は不織布からなる触媒シートと、この触媒シートの表面に形成された多孔質保護膜とを備える接触燃焼式可燃ガスセンサが開示されている。この接触燃焼式可燃ガスセンサは、応答速度が極めて速く、測定開始から長時間経過しても精度や感度が劣化しないために、安定した測定が可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図2は、可燃ガス計(比較例)の構成図である。
図2に示す煙道101は、測定ガス(排ガス)が流れる流路である。可燃ガス計102は、測定ガス中の可燃ガスを測定する可燃ガスセンサ(COセンサ)103,104と、測定ガス中の酸素ガスを測定する酸素センサ(ジルコニア酸素センサ)105と、可燃ガスセンサ103,104及び酸素センサ105に測定ガスを導入する管路106と、クリーニング流体として計装空気を可燃ガスセンサ103,104に供給する供給手段107と、管路106にダストが流入するのを防止するフィルタ108と、管路106に測定ガスを吸引する吸引手段(エゼクタ)109とを備えている。
【0004】
供給手段107は、可燃ガスセンサ103に供給する流体を測定ガス又は計装空気に切り替える切替バルブ107aと、可燃ガスセンサ104に供給する流体を測定ガス又は計装空気に切り替える切替バルブ107bと、計装空気が流れる管路107c,107dと、管路107cを開放及び閉鎖する電磁弁107eと、管路107dを開放及び閉鎖する電磁弁107fと、管路106に校正ガスを供給する管路107gと、吸引手段109に計装空気(エゼクタエア)を供給する管路107hとを備えている。
【0005】
次に、可燃ガス計のクリーニング動作を説明する。図2に示す状態では、電磁弁107eが管路107cを遮断しているために、計装空気が切替バルブ107aに作用せず、図中実線で示す状態に切替バルブ107aが切り替り、測定ガスが可燃ガスセンサ103に流入する。一方、管路107dを電磁弁107fが開放しているために、計装空気の空気圧が切替バルブ107bに作用して、図中実線で示す状態に切替バルブ107bが切り替り、計装空気が可燃ガスセンサ104に流入する。可燃ガスセンサ103による可燃ガス測定が終了すると、電磁弁107eが管路107cを開放するために、可燃ガスセンサ103に計装空気が流入して可燃ガスセンサ103がクリーニングを開始する。一方、電磁弁107fが管路107dを遮断するために、可燃ガスセンサ104に可燃ガスが流入して可燃ガスセンサ104の測定が開始される。以上の動作が繰り返されて、可燃ガスセンサ103,104が可燃ガスを連続して測定する。このように、可燃ガス計102では、計装空気の空気圧を利用して切替バルブ107a,107bを交互に切り替えて、可燃ガスセンサ103,104の一方に計装空気を通過させてクリーニングするとともに他方に測定ガスを通過させて可燃ガスを測定する。
【0006】
図2に示す可燃ガス計102では、煙道101を流れる排ガスの酸露点が高温(通常150°C程度)であるために、切替バルブ107a,107bの温度をこの温度以上(180°C程度)に保持する必要がある。また、この排ガスは、フィルタ108を通過可能な微細なダストを含み腐食性が強い。このために、切替バルブ107a,107bのシリンダのスライド面などの可動部に腐食や磨耗が発生するおそれがある。さらに、切替バルブ107a,107bの可動部に酸露点よりも温度の低い部分があると、この部分が結露してダストが付着し動作が不完全になるおそれがある。その結果、切替バルブ107a,107bの耐久性や信頼性を確保することが困難になるとともに、切替バルブ107a,107bの交換が必要になるために、装置のコストが高くなるという問題があった。
【0007】
この発明の課題は、切替バルブなどの可動部を省略して信頼性を向上させることができる可燃ガス計を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。請求項1の発明は、測定ガス中の可燃ガスを測定する可燃ガス計であって、該可燃ガス計内に、
前記可燃ガスを測定する第1及び第2の可燃ガスセンサ(3,4)と、
前記第1の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第1の管路(6)と、
前記第2の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第2の管路(7)と、
前記第1及び前記第2の可燃ガスセンサをクリーニングするためのクリーニング流体を前記第1及び前記第2の管路に交互に供給する供給手段(9)と、
前記可燃ガス計内を負圧にするための吸引手段(15)と、
を備え、
前記吸引手段で前記可燃ガス計内を負圧にすることにより前記第1、第2管路を介して前記第1、第2可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入するように構成するとともに、前記供給手段は、前記測定ガスの流量(L 0 )よりも前記クリーニング流体の流量(L 1 )が多くなるように、前記第1及び前記第2の管路に前記クリーニング流体を供給することを特徴とする可燃ガス計(2)である。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1に記載の可燃ガス計において、
前記第1の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第1のフィルタ(12a)を有し、前記第2の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第2のフィルタ(12b)を有し、前記供給手段が前記クリーニング流体を供給するときに、前記第1又は前記第2の管路を逆流して前記第1又は前記第2のフィルタの一方から流出したクリーニング流体が他方に流入するのを防止する流入防止手段(13)を備えることを特徴とする可燃ガス計である。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の可燃ガス計において、前記測定ガス中の酸素ガスを測定する酸素センサ(5)と、前記酸素センサに前記測定ガスを導入する第3の管路(8)とを備えることを特徴とする可燃ガス計である。
【0012】
請求項4の発明は、請求項2に記載の可燃ガス計において、前記第1の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第1のフィルタ(12a)を有し、前記第2の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第2のフィルタ(12b)を有し、前記第3の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第3のフィルタ(12c)を有し、前記供給手段が前記クリーニング流体を供給するときに、前記第1又は前記第2の管路を逆流して前記第1又は前記第2のフィルタの一方から流出したクリーニング流体が前記第3のフィルタに流入するのを防止する流入防止手段(14)を備えることを特徴とする可燃ガス計である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、この発明の実施形態に係る可燃ガス計の構成図である。
煙道1は、重油ボイラや発電所などの工業用ボイラなどの燃焼炉から排出される亜硫酸ガス(SO2 )、窒素酸化物(NOx )、石炭や重油などの多量のダストなどを含む排ガスが通過する通路である。
【0014】
可燃ガス計2は、排ガスなどの測定ガス中の可燃ガスを測定する装置である。可燃ガス計2は、可燃ガスセンサ3,4と、酸素センサ5と、管路6,7,8と、供給手段9,10,11と、フィルタ12と、流入防止手段13,14と、吸引手段15とを備えている。可燃ガス計2は、ほぼ完全燃焼している排ガス中の未燃焼成分ガスを測定して燃焼効率などを監視する。可燃ガス計2は、煙道1の壁部1aに装着されている。
【0015】
可燃ガスセンサ3,4は、可燃ガスを測定するセンサである。可燃ガスセンサ3,4は、不完全燃焼が始まり未燃焼成分ガスが急激に増加したときに、測定ガス中の未燃焼成分ガスを検出するCOセンサ(一酸化炭素センサ)である。可燃ガスセンサ3,4は、例えば、特開平11−223614号公報に記載されている接触燃焼式可燃ガスセンサである。可燃ガスセンサ3,4は、クリーニング用の計装空気を通過させて内部の白金薄膜(測温抵抗体)を加熱すると、触媒シートの表面で吸着された可燃性分子を急速に酸化させ除去するために、高濃度の亜硫酸ガスにさらされても殆ど永久被毒を受けずに触媒が活性化してセンサ感度が回復する。
【0016】
酸素センサ5は、測定ガス中の酸素ガスを測定するセンサである。酸素センサ5は、煙道1内を流れる排ガス中の酸素を連続して検出するジルコニア酸素センサである。酸素センサ5は、ほぼ完全燃焼している排ガス中に2〜4%程度残存する酸素を測定する。酸素センサ5は、ジルコニア(ZrO2 )に金属酸化物を不純物として添加した安定化ジルコニア焼結体(固体電解質)と、この安定化ジルコニア焼結体の両面に形成された白金電極とを備えている。酸素センサ5は、一方の白金電極側に標準空気が供給され、他方の白金電極側に測定ガスが供給されており、2つの白金電極間に発生する起電力から測定ガス中の酸素ガス濃度を測定する。
【0017】
管路6は、可燃ガスセンサ3に測定ガスを導入する導入管であり、管路7は可燃ガスセンサ4に測定ガスを導入する導入管である。管路6は、測定ガスを吸引する吸引口6aを備えており、管路7は測定ガスを吸引する吸引口7aを備えている。管路6は、吸引口6a側から吸引した測定ガスを可燃ガスセンサ3に導き、管路7は吸引口7a側から吸引した測定ガスを可燃ガスセンサ4に導く。管路6,7は、可燃ガスセンサ3,4を通過した測定ガスを合流させる合流部6bと、合流部6bで合流した測定ガスを吸引手段15内に排出させる排出口6cとを備えている。
【0018】
管路8は、酸素センサ5に測定ガスを導入する導入管である。管路8は、測定ガスを吸引する吸引口8aを備えており、吸引口8aから吸引した測定ガスを酸素センサ5に導き、酸素センサ5を通過した測定ガスを吸引手段15内に排出口5bから排出させる。
【0019】
供給手段9は、可燃ガスセンサ3,4をクリーニングするためのクリーニング流体(計装空気)を管路6,7に交互に供給する手段である。供給手段9は、計装空気を管路6,7に導入する管路9a,9bと、管路9a,9bを管路6,7に接続する接続部9c,9dと、管路9a,9bを開放及び遮断する電磁弁9e,9fと、管路9a,9bを流れる計装空気の流量を調整する可変絞り9g,9hと、可変絞り9g,9hから接続部9c,9dに向かう計装空気の流れを許容しその流量を測定するフローメータ9i,9jとを備えている。供給手段9は、管路6,7を流れる測定ガスの流量L0 よりも供給する計装空気の流量L1 が多くなるように、接続部9c,9dから管路6,7に計装空気を供給する。
【0020】
供給手段10は、可燃ガスセンサ3,4及び酸素センサ5を校正するための校正用流体を管路6,7,8に供給する手段である。供給手段10は、校正用流体として校正ガスを管路6,7,8に導入する管路10aと、校正用流体として計装空気を管路6,7,8に導入する管路10bと、管路10aと管路10bとが合流する合流部10cと、合流部10cから管路6,7,8に校正ガス又は計装空気を導入する管路10dと、管路6,7,8に接続する接続部10e,10f,10gと、管路10aを開放及び遮断する電磁弁10hと、管路10aを流れる校正ガスの流量を調整する可変絞り10iと、管路10bを開放及び遮断する電磁弁10jと、管路10bを流れる校正ガスの流量を調整する可変絞り10kと、合流部10cから接続部10e,10f,10gに向かう校正ガス又は計装空気の流れを許容しその流量を測定するフローメータ10mとを備えている。供給手段10は、例えば、1%の酸素と1000ppmの一酸化炭素と残りが窒素からなる校正ガスを管路6,7,8に供給するとともに、21.95%の酸素と78.05%の窒素とを含む計装空気を管路6,7,8に供給する。
【0021】
供給手段11は、吸引手段15にエゼクタエア(計装空気)を供給する手段である。供給手段11は、計装空気を吸引手段15に導入する管路11aと、管路11aを開放及び遮断する電磁弁11bと、管路11aを流れる計装空気の流量を調整する可変絞り11cと、可変絞り11cから吸引手段15に向かう計装空気の流れを許容しその流量を測定するフローメータ11dとを備えている。
【0022】
フィルタ12は、煙道1内の排ガスに含まれるダストなどを管路6,7,8内に吸引しないように除去する部材である。フィルタ12は、吸引口6aに取り付けられたフィルタ部12aと、吸引口7aに取り付けられたフィルタ部12bと、吸引口8aに取り付けられたフィルタ部12cとから構成されている。
【0023】
流入防止手段13は、供給手段9が計装空気を管路6,7に供給するときに、管路6又は管路7を逆流してフィルタ部12a,12bの一方から流出した計装空気が他方に流入するのを防止する手段である。流入防止手段14は、供給手段9が計装空気を管路6,7に供給するときに、管路6又は管路7を逆流してフィルタ部12a,12bの一方から流出した計装空気がフィルタ部12cに流入するのを防止する手段である。収入防止手段13,14は、計装空気の流入を防止可能な大きさに形成された仕切り板である。流入防止手段13は、フィルタ部12aとフィルタ部12bとの間に設置されており、流入防止手段14はフィルタ部12aとフィルタ部12cとの間に設置されている。
【0024】
吸引手段15は、管路6,7,8に測定ガスを吸引するエゼクタである。吸引手段15は、管路11aから噴出するエゼクタエアによって内部が負圧になっており、管路6,7,8に測定ガスを吸引させて排出口5b,6cから排出させ、この測定ガスを計装空気とともに煙道1内に噴射する。
【0025】
次に、この発明の実施形態に係る可燃ガス計の動作を説明する。
(測定動作)
供給手段11が計装空気を吸引手段15に供給すると、吸引手段15内が負圧になり、煙道1内の排ガスが測定ガスとしてフィルタ12から吸引されて管路6,7,8にそれぞれ導入される。可燃ガスセンサ3,4が測定ガス中の未燃焼成分ガスを測定し、酸素センサ5が測定ガス中の酸素ガスを測定する。可燃ガスセンサ3,4を通過した測定ガスは排出口6cから排出され、酸素センサ5を通過した測定ガスは排出口5bから排出されて、管路11aを通過した計装空気とともに測定ガスが吸引手段15によって煙道1内に戻される。
【0026】
(クリーニング動作)
可燃ガスセンサ4をクリーニングするときには、電磁弁9fが管路9bを開放すると管路9bに計装空気が流入して、接続部9dから管路7に計装空気が供給される。このときに、可燃ガスセンサ4に測定ガスが流入しないように、管路9bを流れる計装空気の流量L1 は管路7内を流れる測定ガスの流量L0 よりも多い。このために、計装空気の一部は、可燃ガスセンサ4に流入して可燃ガスセンサ4をクリーニングした後に排出口6cから排出する。可燃ガスセンサ4に計装空気が流れている間に、可燃ガスセンサ4が加熱されて触媒表面に吸着した可燃性分子が酸化され除去される。一方、管路7に供給された計装空気のうち可燃ガスセンサ4に流入する計装空気以外の残りの計装空気は、管路7を吸引口7aに向かって逆流してフィルタ部12bから煙道1内に流出する。このときに、フィルタ部12bから排出した計装空気がフィルタ部12a,12cに流入するのを流入防止手段13,14が阻止する。可燃ガスセンサ3をクリーニングするときにも同様な動作が行われて、可燃ガスセンサ3,4が交互にクリーニングされる。
【0027】
可燃ガス計2は、例えば、測定動作とクリーニング動作とを2時間周期で繰り返し、このうち可燃ガスセンサ3,4の一方の測定時間が50分であり他方のクリーニング時間が50分(合計100分)である。可燃ガス計2は、1周期のうち20分間だけ可燃ガスセンサ3,4の双方を測定動作させて、可燃ガスセンサ3,4の一方の感度を徐々に低下させながら他方の感度を徐々に上げて、測定データの連続性を維持している。
【0028】
(校正動作)
電磁弁10jが管路10bを開放すると管路10dに計装空気が流入して、接続部10e,10f,10gから管路6,7,8に計装空気が供給される。測定動作時と同様に、可燃ガスセンサ3,4及び酸素センサ5に測定ガスが流入しないように、管路10b,10dを流れる計装空気の流量は管路6,7,8を流れる測定ガスの流量よりも多い。その結果、一酸化炭素を含まない計装空気が可燃ガスセンサ3,4を通過して、可燃ガスセンサ3,4がゼロガス校正されるとともに、21.95%の酸素を含む計装空気が酸素センサ5を通過して酸素センサ5が校正される。
【0029】
一方、電磁弁10hが管路10aを開放すると管路10dに校正ガスが流入して、接続部10e,10f,10gから管路6,7,8に校正ガスが供給される。この場合にも、管路10a,10dを流れる校正ガスの流量は管路6,7,8を流れる測定ガスの流量よりも多い。1000ppmの一酸化炭素が燃焼して0.05%の酸素が消費されて、可燃ガスセンサ3,4のスパン側及び酸素センサ5が低濃度側データを示すように校正される。
【0030】
この発明の実施形態に係る可燃ガス計には、以下に記載する効果がある。
(1) この実施形態では、可燃ガスセンサ3に測定ガスを管路6が導入し、可燃ガスセンサ4に測定ガスを管路7が導入して、クリーニング動作時には供給手段9が計装空気を管路6,7に交互に供給する。このために、2系統の管路6,7によって2つの可燃ガスセンサ3,4に独立して測定ガスを流すことができるとともに、2つの可燃ガスセンサ3,4に計装空気を独立して流すことができる。その結果、図2に示す可燃ガス計(比較例)102のように可動部を有する切替バルブ107a,107bが必要なくなって、装置全体の信頼性を向上させることができる。また、可燃ガスセンサ3,4の周辺は通常200°C程度の高温で加熱されているが、電磁弁9e,9fなどは高温領域外に設置されているために、装置全体の信頼性を向上させることができる。
【0031】
(2) この実施形態では、クリーニング動作時に管路6,7を逆流してフィルタ部12a,12bの一方から流出した計装空気が他方に流入するのを流入防止手段13が防止する。また、この実施形態では、クリーニング動作時に管路6,7を逆流してフィルタ部12a,12bの一方から流出した計装空気がフィルタ部12cに流入するのを流入防止手段14が防止する。このために、フィルタ部12a,12bから排出された計装空気を管路6,7,8に吸引されて測定ガス中に計装空気が混入し、測定誤差が発生するのを防止することができる。
【0032】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例えば、この実施形態では、測定ガスとして排ガスを例に挙げて説明したが排ガスに限定するものではない。また、この実施形態では、可燃ガス計2が酸素センサ5を備えているが可燃ガスセンサ3,4のみによって可燃ガス計を構成してもよい。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、測定ガス中の可燃ガスを測定する可燃ガス計であって、該可燃ガス計内に、
前記可燃ガスを測定する第1及び第2の可燃ガスセンサと、
前記第1の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第1の管路と、
前記第2の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第2の管路と、
前記第1及び前記第2の可燃ガスセンサをクリーニングするためのクリーニング流体を前記第1及び前記第2の管路に交互に供給する供給手段と、
前記可燃ガス計内を負圧にするための吸引手段と、
を備え、
前記吸引手段で前記可燃ガス計内を負圧にすることにより前記第1、第2管路を介して前記第1、第2可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入するように構成するとともに、前記供給手段は、前記測定ガスの流量よりも前記クリーニング流体の流量が多くなるように、前記第1及び前記第2の管路に前記クリーニング流体を供給するするようにしたので、切替バルブなどの可動部を省略して信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係る可燃ガス計の構成図である。
【図2】可燃ガス計(比較例)の構成図である。
【符号の説明】
1 煙道
2 可燃ガス計
3 可燃ガスセンサ(第1の可燃ガスセンサ)
4 可燃ガスセンサ(第2の可燃ガスセンサ)
5 酸素センサ
6 管路(第1の管路)
7 管路(第2の管路)
8 管路(第3の管路)
9,10,11 供給手段
12 フィルタ
12a フィルタ部(第1のフィルタ)
12b フィルタ部(第2のフィルタ)
12c フィルタ部(第3のフィルタ)
13,14 流入防止手段
15 吸引手段
L0 測定ガスの流量
L1 計装空気の流量
Claims (4)
- 測定ガス中の可燃ガスを測定する可燃ガス計であって、該可燃ガス計内に、
前記可燃ガスを測定する第1及び第2の可燃ガスセンサと、
前記第1の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第1の管路と、
前記第2の可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入する第2の管路と、
前記第1及び前記第2の可燃ガスセンサをクリーニングするためのクリーニング流体を前記第1及び前記第2の管路に交互に供給する供給手段と、
前記可燃ガス計内を負圧にするための吸引手段と、
を備え、
前記吸引手段で前記可燃ガス計内を負圧にすることにより前記第1、第2管路を介して前記第1、第2可燃ガスセンサに前記測定ガスを導入するように構成するとともに、前記供給手段は、前記測定ガスの流量よりも前記クリーニング流体の流量が多くなるように、前記第1及び前記第2の管路に前記クリーニング流体を供給することを特徴とする可燃ガス計。 - 前記第1の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第1のフィルタを有し、
前記第2の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第2のフィルタを有し、
前記供給手段が前記クリーニング流体を供給するときに、前記第1又は前記第2の管路を逆流して前記第1又は前記第2のフィルタの一方から流出したクリーニング流体が他方に流入するのを防止する流入防止手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の可燃ガス計。 - 前記可燃ガス計内に前記測定ガス中の酸素ガスを測定する酸素センサと、
前記酸素センサに前記測定ガスを導入する第3の管路と、
を備えることを特徴と請求項1又は2に記載の可燃ガス計。
可燃ガス計。 - 前記第1の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第1のフィルタを有し、
前記第2の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第2のフィルタを有し、
前記第3の管路は、前記測定ガスを吸引する吸引口に第3のフィルタを有し、
前記供給手段が前記クリーニング流体を供給するときに、前記第1又は前記第2の管路を逆流して前記第1又は前記第2のフィルタの一方から流出したクリーニング流体が前記第3のフィルタに流入するのを防止する流入防止手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の可燃ガス計。
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