JP4889570B2 - ガス検出用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、ガス検出用プローブに関し、さらに詳しくは、ガス検出用プローブを容易にボイラ内に配置又は撤去できるようにしたガス検出用プローブの構成技術に関するものである。

従来から、高温中において酸素イオン伝導性のある固体電解質（ジルコニア等）を用い、電気化学反応を利用した酸素濃淡電池の原理により、各種の炉、その他の工業炉、ボイラ等から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度（若しくは酸素分圧）を検知して、それらの炉、ボイラの燃焼状態を制御する技術が知られている。このような電気化学反応を利用した従来からの酸素センサの測定対象となる工業炉の燃焼排ガスである被測定ガスは、煙道等の通路の中では層状に流れており、このため測定点の深さによって酸素濃度の値が大きく異なることが知られている。

図６は特許文献１、２に開示されている従来の酸素分析装置の分析計の一例を示す図である。１１１は被測定ガスである燃焼排ガスの流れの中に挿入、設置されるプローブ管であり、このプローブ管１１１には、所定間隔で複数個の酸素センサ１２０がフィルタカバー１１２の内側に取り付けられている。また、この酸素センサ１２０をプローブ管１１１に取り付け、および交換を行うために、フィルタカバー１１２に対向するプローブ部分に開口を形成し、それにセンサ裏蓋１１３が被せられている。
また、プローブ管１１１の基部には、取付フランジ１１５及び端子箱１１８が設けられ、取付フランジ１１５によって炉壁１１７に設けられた炉壁フランジ１１６に取り付けられて固定される。端子箱１１８には配線、配管孔１１９が設けられている。なお、プローブ管１１１の先端部には空気放出口１１４を設けて、図示しない空気弁を介してプローブ管１１１内に連続的に導入された標準ガスとしての例えば空気（大気）がこの空気放出口１１４から連続的に放出されるようにしている。

図７にはプローブ管１１１に対する酸素センサの取付構造が示されている。固体電解質よりなる有底円筒状の酸素センサ１２０は、プローブ管１１１の所定の取付位置に、有底円筒内の空間と燃焼排ガス流の空間とが連通するように（即ち有底円筒及び開口部が燃焼排ガス流に向けて）配置されている。この酸素センサ１２０のプローブ管１１１への取り付けは、まず有底円筒状の酸素センサ１２０の開口部周辺にセンサ留金具１２１を例えば焼嵌め法により気密に固定し、このセンサ留金具１２１のプローブ管１１１に嵌合されたセンサ保持具１２２に金属製のＯリング１２７を介して締め付け固定することによりなされている。尚、詳細な動作については、公知であるので説明を省略する。
特開平７−２６９８５１号公報 特公平７−９９３６４号公報

しかしながら、プローブ管１１１は常時、高温及び酸性ガスに曝されているため、定期的にボイラ外に引き抜いて点検・整備する必要がある。図８は、点検時にプローブ管１１１を引き抜いている状態を示す図である。プローブ管１１１は従来から耐熱性を持たせるために鋼管等で構成されており、長さが３ｍ以上あるため、重量が重く、引き上げるときは図のように滑車１４０或いはクレーン等で吊り上げる必要がある。従って、少なくとも炉壁フランジ１１６から３ｍ以上の高さ位置までプローブ管１１１を吊り上げなければならず、作業のための場所を広く必要とし、且つ滑車或いはクレーン等の吊り装置を事前に準備する必要がある。また、重量物を扱うため、作業に危険性が伴うといった問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、プローブ管を屈曲、湾曲自在な構成とすることにより、狭い領域でプローブ管の挿抜作業を可能としたガス検出用プローブを提供することを目的とする。
また、他の目的は、ガス検出用プローブをガス検出器、変形自在なチューブ及びワイヤにより構成することにより、狭い領域での挿抜作業を可能とすると共に、ガス検出用プローブを軽量化して作業性を高めることである。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、ボイラ外壁からボイラ内部に延設され、ガス検出器の検知部を前記ボイラ内部に露出させる検出孔、及び端部適所に粉塵を外部に排出する排出口を有するサポートパイプの端部開口から該サポートパイプ内部に挿抜自在に収容されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、ワイヤと、該ワイヤにより保持された前記ガス検出器と、校正ガス供給チューブと、を備え、前記ワイヤ及び校正ガス供給チューブが変形自在な構成を有することを特徴とする。
被測定ガスの測定原理は、例えば、酸素を測定する場合は、標準となる空気を常時、サポートパイプに流しておき、ガス検出器の検出部を被測定ガスに曝すことにより、標準となる空気に対して被測定ガスの濃度が低いか高いかを比較することにより測定するものである。従って、標準となる空気を常時流すために、全体を覆うサポートパイプが必要となる。本発明では、このサポートパイプの中に挿入するガス検出用プローブを、ガス検出器、校正ガス供給チューブ、及びワイヤにより構成して、ガス検出用プローブをサポートパイプから挿抜するときに変形自在にして作業性を改善するものである。これにより、狭い領域での挿抜作業を可能とすると共に、ガス検出用プローブを軽量化して作業性を高めることができる。
また、サポートパイプは、予めボイラ内に延設され、その中にガス検出用プローブが挿入されてボイラ内のガス濃度をガス検出器により検出する。従って、ガス検出用プローブをサポートパイプに挿入したときに、ガス検出器の検知部が被測定ガスに曝される必要がある。そこで本発明では、ガス検出器が位置する場所に、検知部がボイラ内に露出するように検出孔を有するものである。これにより、ガス検出器の検知部のみをボイラ内に曝すことができる。
また、サポートパイプはボイラ内に直接曝されるため、ボイラ内の粉塵が検出孔から侵入してくる。そしてこの粉塵がサポートパイプの底部に蓄積すると、ガス検出用プローブを挿入したときに邪魔して、ガス検出器の検出部と検出孔との位置が合わなくなってしまう。そこで本発明では、サポートパイプの端部適所に排出口を備えたものである。これにより、サポートパイプ内の粉塵の蓄積を防止することができる。

請求項２は、前記ワイヤ及び校正ガス供給チューブは、耐熱素材により構成されていることを特徴とする。
サポートパイプには、ガス検出器の検出部を被測定ガスに曝すために、検出孔が形成されている。また、ガス検出器を設置する場合は、その検出孔に検出部が位置するように設置される。従って、サポートパイプの検出孔とガス検出器が完全に密閉状態で固定されるわけではない。即ち、その検出孔からボイラの熱が侵入するため、ワイヤ及び校正ガス供給チューブは耐熱性の材料で構成されることが重要である。これにより、ワイヤ及び校正ガス供給チューブの耐久性と信頼性を高めることができる。

請求項３は、ボイラ外壁からボイラ内部に延設されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、校正ガス供給チューブと、標準ガス供給チューブと、前記ボイラ内のガス濃度を検出する複数のガス検出器と、前記複数のガス検出器を所定間隔に配置して保持する保持部材と、該保持部材を保持するワイヤと、を備え、前記保持部材により被覆されない前記ワイヤ、校正ガス供給チューブ及び標準ガス供給チューブの一部が露出するように構成したことを特徴とする。
ボイラ内は深さによりガス濃度が異なるため、複数のガス検出器を所定間隔に配置してボイラ内に挿入する。そのとき各ガス検出器の検出部の位置が互いに不安定になると、検出精度が悪くなる。そこで本発明では、各ガス検出器を所定間隔に配置して保持する保持部材を備え、それ以外は変形自在なワイヤ、校正ガス供給チューブ及び標準ガス供給チューブが露出するように構成するものである。これにより、ガス検出器の位置が安定して、検出精度を高めることができる。

請求項４は、ボイラ外壁からボイラ内部に延設されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、ガス濃度を検出するガス検出器と、該ガス検出器を保持する管体と、前記ガス検出器に校正ガスの供給を行なうガス供給管と、を備え、前記管体及びガス供給管は少なくとも１箇所が屈曲、或いは湾曲自在な構成を有することを特徴とする。
ガス検出用プローブが鋼管により構成されている場合は、全てが屈曲或いは湾曲自在な構成ではない。しかし、鋼管による方法は、耐熱性、機密性に優れており、その利点を生かしながら屈曲或いは湾曲可能な構成を備えたのが本発明である。即ち、鋼管等により構成された管体の少なくとも１箇所を、屈曲、或いは湾曲自在な構成とするものである。これにより、管体であっても狭い領域での挿抜作業を可能とすることができる。

本発明によれば、ボイラ外壁からボイラ内部に延設されたサポートパイプの端部開口からサポートパイプ内部に挿抜自在に収容されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、ワイヤと、このワイヤにより保持されたガス検出器と、校正ガス供給チューブと、を備え、ワイヤ及び校正ガス供給チューブが変形自在な構成を有するので、狭い領域での挿抜作業を可能とすると共に、ガス検出用プローブを軽量化して作業性を高めることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第1の実施形態に係るガス検出用プローブの構成図である。この構成図では、サポートパイプに挿入した状態が分かるように、サポートパイプを破線で示している。
このガス検出用プローブ（以下、単にプローブと呼ぶ）５０は、図示しないボイラ内のガス濃度を検出するために、ボイラ内に配置されるプローブであって、ボイラに設けた挿着孔からボイラ内に延設されたサポートパイプ６０と、サポートパイプ６０の端部開口１２から内部に挿抜自在に収容されるワイヤ５、及びワイヤ５により保持されてガス濃度を検出するガス検出器７と、サポートパイプ６０の端部開口１２から内部に挿抜自在に収容されるガス検出器７に校正ガスの供給を行なうチューブ６と、を備えて構成され、ワイヤ５及びチューブ６が変形自在な構成を有するものである。尚、１は端子箱、２は配線、配管孔、３は取付フランジである。また、図１ではガス検出器７が３つの場合について説明しているが、この数に限定されるものではない。

即ち、被測定ガスの測定原理は、例えば、酸素を測定する場合は、標準となる空気を常時、サポートパイプ６０に流しておき、ガス検出器７の検出部７ａを被測定ガスに曝すことにより、標準となる空気に対して被測定ガスの濃度が低いか高いかを比較することにより測定するものである。従って、標準となる空気を常時流すために、全体を覆うサポートパイプ６０が必要となる。本実施形態では、このサポートパイプ６０の中に挿入するプローブ５０を、ガス検出器７、チューブ６、及びワイヤ５により構成して、プローブ５０をサポートパイプ６０から挿抜するときに変形自在にして作業性を改善するものである。これにより、狭い領域での挿抜作業を可能とすると共に、プローブ５０を軽量化して作業性を高めることができる。

図２は本発明のサポートパイプの断面図である。このサポートパイプ６０は、ガス検出器７の検知部７ａがボイラ内に露出するように構成した複数の検出孔９を有する筒状の管体１１と、サポートパイプ６０をボイラに固定するフランジ８と、管体１１の上部に備えられた端部開口１２と、空気又は粉塵を排出する排出口１０と、を備えて構成されている。
即ち、サポートパイプ６０には、ガス検出器７の検出部７ａを被測定ガスに曝すために、検出孔９が形成されている。また、ガス検出器７を設置する場合は、その検出孔９に検出部７ａが位置するように懸垂される。従って、予め、検出器７の検出部７ａが位置するようにワイヤ５の長さを決めておく。また、サポートパイプ６０の検出孔９とガス検出器７が完全に密閉状態で固定されるわけではないため、その検出孔９からボイラの熱が侵入するため、ワイヤ５及びチューブ６は耐熱性の材料で構成されることにより、ワイヤ５及びチューブ６の耐久性を高めることができる。

また、図１のプローブ５０をボイラ内に懸垂する場合、サポートパイプ６０をボイラ内の適所に配置して、このサポートパイプ６０内にプローブ５０を挿入して測定するものである。即ち、本実施形態のプローブ５０によりガス濃度を測定する場合、まず、予めサポートパイプ６０をボイラ内の適所に配置して、そのサポートパイプ６０内にプローブ５０を挿入して測定するものである。これにより、プローブ５０が直接熱に曝されることがなくなり、標準ガスである空気を常時、サポートパイプ６０内に流すことができる。
また、サポートパイプ６０は、ボイラから発生する粉塵がサポートパイプ６０内に蓄積するのを防止するために、サポートパイプ６０の端部適所に排出口１０を備えたものである。即ち、サポートパイプ６０はボイラ内に直接曝されるため、ボイラ内の粉塵が検出孔９から侵入してくる。そしてこの粉塵がサポートパイプ６０の端部に蓄積すると、プローブ５０を挿入したときに邪魔して、ガス検出器７の検出部７ａと検出孔９との位置が合わなくなってしまう。そこで本実施形態では、サポートパイプ６０の端部適所に排出口１０を備えたものである。これにより、サポートパイプ６０内の粉塵の蓄積を防止することができる。尚、サポートパイプ６０をボイラ内に設置するときに、上部の空間がサポートパイプの長さより短い場合に設置ができない可能性がある。そのような場合を想定して、サポートパイプを屈曲或いは湾曲自在な構成にしても構わない。

図３は本発明の第２の実施形態に係るプローブの構成図である。図３（ａ）は主管を直立させた状態の図、図３（ｂ）は主管の一部を屈曲させた状態の図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。このプローブ５１は、図示しないボイラ内のガス濃度を検出するために、ボイラ内に挿入配置されるプローブであって、被測定ガス濃度を検出するガス検出器７と、ガス検出器７を保持する主管（管体）２０と、ガス検出器７に校正ガスの供給を行なうガス供給管２５と、を備え、主管２０及びガス供給管２５は複数の箇所が屈曲自在な蛇腹２１を有するものである。尚、主管２０およびガス供給管２５は耐熱性を考慮して鋼管等で構成され、所定間隔で複数個のガス検知器７がフィルタカバー２２の内側に取り付けられている。また、このガス検知器７をプローブ５１に取り付け、および交換を行うために、フィルタカバー２２に対向するプローブ部分に開口を形成し、それにセンサ裏蓋２３が被せられている。
即ち、プローブ５１が鋼管により構成されている場合は、全てが屈曲不可能な構成である。しかし、鋼管による方法は、耐熱性、機密性に優れており、その利点を生かしながら屈曲或いは湾曲可能な構成を実現したのが本実施形態である。即ち、鋼管等により構成された主管２０の複数の箇所を、屈曲或いは湾曲可能な蛇腹２１で接続するものである。これにより、主管２０を図３（ｂ）のように蛇腹単位で屈曲或いは湾曲することができる。尚、ガス供給管２５も同じ位置に蛇腹が備えられている。また、蛇腹の材質として、ステンレス等が適している。

図４は本発明の第３の実施形態に係るプローブの構成図である。図４が図３と異なる点は、このプローブ５２は、ガス検出器７を取り付けた主管部分を除いた全ての部分を屈曲或いは湾曲自在な蛇腹２６により構成した点である。この構成により、任意の部分で主管を屈曲或いは湾曲させることができる。

図５は本発明の第４の実施形態に係るプローブの構成図である。このプローブ５３は、ガス検出器７を複数有する場合、各ガス検出器７を所定間隔に配置して保持する保持部材３０を備え、この保持部材３０以外の部分をワイヤ５及びチューブ６、３１が露出するように構成したものである。従って、露出するワイヤ５及びチューブ６、３１は耐熱性の材質により構成するのが好ましい。
即ち、ボイラ内は深さによりガス濃度が異なるため、複数のガス検出器７を所定間隔に配置してボイラ内に挿入する。そのとき各ガス検出器７の検出部７ａの位置が互いに不安定になると、検出精度が悪くなる。そこで本実施形態では、各ガス検出器７を所定間隔に配置して保持する保持部材３０を備え、それ以外は変形自在なワイヤ５及びチューブ６、３１が露出するように構成するものである。これにより、ガス検出器７の位置が安定して、検出精度を高めることができる。尚、チューブ３１は、保持部材３０に標準となる空気を送るためのチューブである。

本発明の第１の実施形態に係るガス検出用プローブの構成図である。 本発明のサポートパイプの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプローブの構成図で、主管を直立させた状態の図及び主管の一部を屈曲させた状態の図である。 本発明の第３の実施形態に係るプローブの構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るプローブの構成図である。 特許文献１、２に開示されている従来の酸素分析装置の分析計の一例を示す図である。 プローブ管に対する酸素センサの取付構造を示す図である。 点検時にプローブ管を引き抜いている状態を示す図である。

符号の説明

１ 端子箱、２ 配線、配管孔、３ 取付フランジ、４ フック、５ ワイヤ、６ チューブ、７ ガス検出器、８ フランジ、９ 検出孔、１０ 排出口、５０ ガス検出用プローブ、６０ サポートパイプ

Claims (4)

1. ボイラ外壁からボイラ内部に延設され、ガス検出器の検知部を前記ボイラ内部に露出させる検出孔、及び端部適所に粉塵を外部に排出する排出口を有するサポートパイプの端部開口から該サポートパイプ内部に挿抜自在に収容されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、
   ワイヤと、該ワイヤにより保持された前記ガス検出器と、校正ガス供給チューブと、を備え、
   前記ワイヤ及び校正ガス供給チューブが変形自在な構成を有することを特徴とするガス検出用プローブ。
2. 前記ワイヤ及び校正ガス供給チューブは、耐熱素材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス検出用プローブ。
3. ボイラ外壁からボイラ内部に延設されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、
   校正ガス供給チューブと、標準ガス供給チューブと、前記ボイラ内のガス濃度を検出する複数のガス検出器と、前記複数のガス検出器を所定間隔に配置して保持する保持部材と、該保持部材を保持するワイヤと、を備え、前記保持部材により被覆されない前記ワイヤ、校正ガス供給チューブ及び標準ガス供給チューブの一部が露出するように構成したことを特徴とするガス検出用プローブ。
4. ボイラ外壁からボイラ内部に延設されてボイラ内のガス濃度を検出するガス検出用プローブであって、
   ガス濃度を検出するガス検出器と、該ガス検出器を保持する管体と、前記ガス検出器に校正ガスの供給を行なうガス供給管と、を備え、前記管体及びガス供給管は少なくとも１箇所が屈曲、或いは湾曲自在な構成を有することを特徴とするガス検出用プローブ。

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