JP5674898B1

JP5674898B1 - 酸素含有ガス製造装置

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Publication number: JP5674898B1
Application number: JP2013227203A
Authority: JP
Inventors: 征親伊藤; 誠記伊藤; 竹　康宏; 康宏竹; 恵太吉田
Original assignee: Energy Support Corp
Current assignee: Energy Support Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: TW201515991A; KR101704730B1; KR20150050309A; CN104591092A; TWI492897B; CN104591092B; JP2015087310A

Abstract

【課題】小型及び軽量な酸素含有ガス製造装置を提供する。【解決手段】酸素含有ガス製造装置２０の制御部６は、ガス流路Ｆ１にキャリアガスＧ１が導入されると、酸素発生部３を電圧計４に接続することで酸素センサとして機能させ、酸素発生部３のセル起電力を監視し、セル起電力の監視完了時の監視電圧値を電圧計４から取得し、監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定し、酸素発生部３を電圧計４から定電流電源５に切り替え接続することで酸素ガスポンプとして機能させてポンピング電流によって酸素発生部３から発生した酸素ガスをキャリアガスＧ１に混合して、設定酸素ガス濃度に制御された酸素含有ガスＧ２を得る。よって、小型及び軽量な酸素含有ガス製造装置とすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、キャリアガスに含まれる酸素ガスの濃度を精密に制御した酸素含有ガスを製造する酸素含有ガス製造装置に関する。

ガス精製、半導体製造プロセス、鉄鋼・金属等の熱処理（無酸化炉）、特殊金属溶接、食品包装等の分野において、高純度ガス（高品質ガス）が用いられている。このような高純度ガスのうち、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス等においては、酸素ガス濃度をｐｐｂのオーダーで、正確に測定することが求められている。このためには、ｐｐｂレベルの酸素ガス濃度の校正ガス（標準ガス）が必要であるが、１ｐｐｍ未満の酸素ガス濃度の校正ガスは市販されていないのが現状であるため、現場において酸素含有ガス製造装置によって製造されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の酸素含有ガス製造装置では、キャリアガスをキャリアガス主流路、酸素ガス除去手段と、その酸素ガス除去手段よりも下流に配設した流量制御手段とを通過させて酸素発生手段に導入するように流路を構成している。これにより、キャリアガス内に存在する酸素を酸素ガス除去手段にて除去して酸素ガス濃度がゼロのキャリアガスを製造している。

特許第４４０６３９２号公報

ところで、特許文献１に記載の酸素含有ガス製造装置では、酸素ガス除去手段を備えているため、大型かつ高重量となるとともに、酸素ガス除去手段に充填される金属銅等を定期的に交換する必要がある。一方で、酸素含有ガス製造装置は、エンジンやボイラ、工業用炉等の設備機器に設置された酸素センサの校正に使用されるため、持ち運び可能な小型、軽量であることが望まれている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型及び軽量である酸素含有ガス製造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。
上記課題を解決する酸素含有ガス製造装置は、キャリアガスに所定濃度の酸素ガスを含有させた酸素含有ガスを製造する酸素含有ガス製造装置であって、前記キャリアガスが流れるガス流路と、前記ガス流路に設けられ、酸素を発生する酸素発生部と、前記酸素発生部に切り替え可能に接続される電圧計及び定電流電源と、前記酸素発生部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ガス流路に前記キャリアガスが導入されると、前記酸素発生部を前記電圧計に接続することで酸素センサとして機能させ、前記酸素発生部のセル起電力を監視し、前記セル起電力の監視完了時の監視電圧値を前記電圧計から取得し、前記監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定し、前記酸素発生部を前記電圧計から前記定電流電源に切り替え接続することで酸素ガスポンプとして機能させて前記ポンピング電流によって前記酸素発生部から発生した酸素ガスを前記キャリアガスに混合して、設定酸素ガス濃度に制御された前記酸素含有ガスを得ることをその要旨としている。

上記構成によれば、監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定し、ポンピング電流によって酸素発生部から発生した酸素ガスをキャリアガスに混合して、設定酸素ガス濃度に制御された酸素含有ガスが得られる。すなわち、低濃度の酸素を含有するキャリアガスが使用されたとしても濃度差に基づいて設定したポンピング電流によって設定酸素ガス濃度に校正することができる。よって、キャリアガスの酸素ガスを除去する手段を省略でき、小型及び軽量とすることができる。

上記酸素含有ガス製造装置について、被測定ガスの酸素ガス濃度を分析する分析計と接続され、前記制御部は、前記分析計の校正を低濃度酸素から高濃度酸素の順に実施することが好ましい。

上記構成では、制御部が分析計の校正を低濃度酸素から高濃度酸素の順に実施する。このため、分析計の校正を作業者が順に実施するよりも短時間で実施することができる。
上記酸素含有ガス製造装置について、校正に使用する酸素ガス濃度値を、予め設定された初期設定濃度値と、前記分析計に設定された分析設定濃度値とから選択する選択部を備えることが好ましい。

上記構成では、校正に使用する酸素ガス濃度値を、予め設定された初期設定濃度値と、分析手段に設定された分析設定濃度値とから選択することができる。すなわち、分析計の分析設定濃度値を選択した場合には、酸素含有ガス製造装置に分析手段の分析設定濃度値を取り込むことができる。

上記酸素含有ガス製造装置について、発生酸素ガス濃度及び校正内容を確認する表示部を備えることが好ましい。
上記構成では、表示部にて発生酸素ガス濃度及び校正内容を確認することができるので、発生酸素ガス濃度を確認できるとともに誤設定を抑制することができる。

上記酸素含有ガス製造装置について、前記ガス流路に設けられ、前記酸素含有ガスの酸素ガス濃度を測定する酸素濃度測定部を備えることが好ましい。
上記構成では、酸素含有ガスの酸素ガス濃度を測定する酸素濃度測定部がガス流路に設けられるので、酸素含有ガスを正確な濃度に設定できる。

本発明によれば、小型及び軽量とすることができる。

酸素含有ガス製造装置の一実施形態の設置構成を示す図。同実施形態の酸素含有ガス製造装置の概略構成を示す図。同実施形態の酸素含有ガス製造装置の表示部及び操作部を示す図。同実施形態の酸素含有ガス製造装置の暖機処理を示すフローチャート。同実施形態の酸素含有ガス製造装置の校正処理を示すフローチャート。酸素含有ガス製造装置の設置構成の変形例を示す図。

図１〜図５を参照して、酸素含有ガス製造装置の一実施形態について説明する。
図１に示されるように、酸素含有ガス製造装置２０は、ガス分析装置１０の校正に利用される。ガス分析装置１０は、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る。ガス分析装置１０は、排気管内の煙道Ｋを流れる被測定ガスとしての排ガスＧ３に含まれる所定成分（例えば、Ｏ２ガス）である検出ガスを検出して分析する。

ガス分析装置１０は、排ガスＧ３に含まれる検出ガスの濃度を検出する検出部１０１と、検出部１０１に電気的に接続された分析計１０２と、を備えている。検出部１０１は、煙道Ｋ内に挿入固定されている。分析計１０２は、煙道Ｋの外部に設置されている。酸素含有ガス製造装置２０と分析計１０２とは、通信線１００によって接続されている。

検出部１０１内には、ガスセンサ４１が固定されている。ガスセンサ４１の先端部には、酸素含有ガスを供給する校正ガス供給用配管７１が配設されている。ガスセンサ４１の内部には、酸素イオン伝導性固体電解質体が板状又は棒状に形成された高温作動型のガスセンサ素子が設置されている。校正ガス供給用配管７１には、所定濃度の酸素含有ガスＧ２を製造する酸素含有ガス製造装置２０が接続されている。酸素含有ガス製造装置２０には、圧力調整弁８０を介してＮ２ガスボンベ８１が接続されている。Ｎ２ガスボンベ８１からキャリアガスＧ１としてＮ２ガスが供給される。

酸素含有ガス製造装置２０は、Ｎ２ガスボンベ８１から供給されるキャリアガス（Ｎ２ガス）Ｇ１内に酸素を供給することで、Ｎ２−Ｏ２の酸素含有ガスＧ２を製造する。酸素含有ガスＧ２は、酸素含有ガス製造装置２０から校正ガス供給用配管７１を介してガスセンサ４１の先端部へ供給されて、校正ガスとして用いられる。

図２に示されるように、酸素含有ガス製造装置２０は、キャリアガスＧ１に対して所定濃度の酸素ガスを含有させた酸素含有ガスＧ２を製造する。酸素含有ガス製造装置２０は、キャリアガスＧ１の流路としてのガス流路Ｆ１と、キャリアガスＧ１の流量を調整する流量調整部２と、酸素を発生する酸素発生部３と、を備える。また、ガス流路Ｆ１の入口側の流量調整部２よりも上流側には、電磁弁Ｐ１が設置されている。ガス流路Ｆ１の出口側の酸素発生部３の下流側には、電磁弁Ｐ２が設置されている。

酸素含有ガス製造装置２０は、酸素発生部３に電気的に切り替え可能に接続される電圧計４及び定電流電源５を備えている。酸素含有ガス製造装置２０は、流量調整部２、酸素発生部３、電磁弁Ｐ１，Ｐ２等を制御する制御部６を備えている。酸素含有ガス製造装置２０は、制御部６に接続された表示部７及び操作部８を備えている。

流量調整部２は、マスフローコントローラ（ＭａｓｓＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＭＦＣ）である。マスフローコントローラは、その電気信号をもとに流量制御バルブを作動させ、設定された流量にキャリアガスＧ１の流量を常に調整する。

酸素発生部３は、酸素ガスセンサとして機能するとともに、酸素ガス供給ポンプとして機能する。酸素発生部３は、２固体電解質の材料から構成されるとともにガス流路Ｆ１に連通した筒状体（ジルコニア管）３１と、筒状体３１の内外表面に配設された内側電極３２及び外側電極３３とから構成された酸素発生セル３４とを備えている。酸素発生セル３４は、電圧計４に電気的に接続された場合に濃淡電池型の酸素ガスセンサとして機能し、定電流電源５に電気的に接続された場合に酸素ガスポンプとして機能する。酸素発生部３は、酸素発生セル３４の外側に設置されるヒータ３５を備えている。

図３に示されるように、表示部７は、５桁及び３桁の７セグメントディスプレイ７ａと、点灯することで状態を表示する状態表示ＬＥＤ７ｂとを備えている。５桁の７セグメントディスプレイ７ａは、発生酸素ガス濃度と、装置内のチャンネルデータとを表示する。３桁の７セグメントディスプレイ７ａは、モード表示と、チャンネル番号とを表示する。状態表示ＬＥＤ７ｂは、装置への電源がオン状態であることを示す「ＰＯＷＥＲ」のＬＥＤと、キャリアガスの置換が完了したことを示す「ＲＥＡＤＹ」のＬＥＤと、装置が異常状態であることを示す「ＡＬＡＲＭ」のＬＥＤと、を備えている。

操作部８は、プリセットされた酸素ガス濃度が発生した際に操作される４個のプリセットボタン８ａと、マニュアルの酸素ガス濃度が発生した際に操作される１個のＭボタン８ｂと、を備える。また、操作部８は、モード変更時に操作される「ＭＯＤＥ」ボタン８ｃと、自動校正動作をする際に操作される「ＡＵＴＯＣＡＬ」ボタン８ｄと、各操作をキャンセルする際に操作されるＣＬＥＡＲボタン８ｅと、を備える。さらに、操作部８は、数値変更時に操作される上下左右キー８ｆと、数値入力の確定及び各動作の開始・停止する際に操作される「ＥＮＴＥＲ」ボタン８ｇと、を備えている。なお、操作部８が選択部に相当する。

次に、図４を参照して、酸素含有ガス製造装置２０の暖機処理について説明する。
図４に示されるように、酸素含有ガス製造装置２０は、電源スイッチがオンされると、暖機を開始する（ステップＳ１１）。すなわち、制御部６は、表示部７の「ＰＯＷＥＲ」のＬＥＤを点灯させる。制御部６は、装置内部に設けられた排気ファンを作動させ、ヒータ３５を稼働させることで酸素発生セル３４を昇温させる。また、制御部６は、電磁弁Ｐ１，Ｐ２を全開させる。さらに、制御部６は、流量調整部２の電源をオンすると共に、ガスパージのために流量調整部２を１０秒間全開させる。その後、流量調整部２は、流量調整動作を開始する。

そして、制御部６は、酸素発生部３を電圧計４に電気的に接続させ、セル起電力の測定を開始する。電圧計４に接続された酸素発生部３は、酸素センサとして機能する。制御部６は、分析計１０２と通信を開始する。制御部６は、酸素発生セル３４が８５０℃以上に昇温させると、セル起電力の監視を開始する（ステップＳ１２）。なお、酸素含有ガス製造装置２０の電源オンから酸素発生セル３４が所定温度（例えば８５０℃）に昇温するまでの間を暖機処理とする。この所定温度は、酸素発生セル３４のセル起電力が安定する温度であり、７００℃以上であればよい。

制御部６は、電源オンから１２０分経過後にセル起電力が３００ｍＶ以上か否かを判断する（ステップＳ１３）。すなわち、酸素発生部３は、内側電極３２と外側電極３３との間の電圧を電圧計４で測定して、得られた電圧の測定値から酸素発生部３に導入されたキャリアガスＧ１の酸素ガス濃度を算出する。この酸素発生セル３４が８５０℃の場合に１２０分経過後にセル起電力が３００ｍＶ以上か否かを判断したが、例えば７００℃以上の場合であれば、その設定温度により経過時間及びセル起電力も適宜変更される。制御部６は、この時セル起電力が３００ｍＶよりも小さいと判断した場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、表示部７にエラーを表示させ、終了する（ステップＳ２０）。そして、制御部６は、表示部７の「ＡＬＡＲＭ」のＬＥＤを点灯させる。これにより、酸素含有ガス製造装置２０は、酸素発生セル３４の異常・故障を報知する。

また、制御部６は、１２０分経過後にセル起電力が３００ｍＶ以上であると判断した場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、セル起電力の監視を継続する（ステップＳ１４）。続いて、制御部６は、セル起電力の１０分間の変化量が２ｍＶ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。そして、制御部６は、セル起電力の１０分間の変化量が２ｍＶよりも大きいと判断した場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１４に移行して、セル起電力の監視を継続する。

また、制御部６は、セル起電力の１０分間の変化量が２ｍＶ以下であると判断した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、セル起電力の監視を終了する（ステップＳ１６）。すなわち、制御部６は、セル起電力の１０分間の変化量が２ｍＶ以下になった時に、ガス流路Ｆ１がキャリアガスＧ１によってパージされたと判定する。

そして、制御部６は、このセル起電力監視時のセル起電力を検出して、このセル起電力からキャリアガス酸素濃度としてのキャリアガスＧ１中の酸素ガス濃度を算出し、登録する（ステップＳ１７）。

制御部６は、セル起電力監視の終了と、キャリアガス酸素濃度の登録とによりキャリアガスＧ１の置換が完了したと判断する（ステップＳ１８）。そして、制御部６は、酸素発生部３の接続先を電圧計４から定電流電源５に切り替え（ステップＳ１９）、酸素ガスポンプとして機能させる。また、制御部６は、表示部７の「ＲＥＡＤＹ」のＬＥＤを点灯させる。

次に、図５を参照して、分析計１０２の校正処理について説明する。
図５に示されるように、酸素含有ガス製造装置２０は、表示部７の「ＲＥＡＤＹ」のＬＥＤが点灯すると、校正処理を開始することができる。最初に、制御部６は、操作部８のプリセットボタン８ａが作業者によって押される、校正濃度設定操作が行われることで、校正ポイントの確認及び修正を開始する。制御部６は、校正濃度設定操作があると、表示部７の７セグメントディスプレイ７ａに校正設定の有無を示す数値を表示させる（ステップＳ２１）。制御部６は、例えば、４点の校正ポイントの場合４桁の数値を７セグメントディスプレイ７ａに表示させる。校正設定の有無は、「１」の表示が設定ありを示し、「０」の表示が設定なしを示す。具体的には、「１１１０」と表示され、左側から最低濃度酸素から高濃度酸素の順に表示される。この時、校正ポイント数の増減変更は、操作部８の上下左右キー８ｆを押すことで変更可能である。そして、校正ポイント数が確定した場合、操作部８の「ＥＮＴＥＲ」ボタン８ｇを押して校正ポイント数を確定することができる。

続いて、制御部６は、最低濃度酸素から高濃度酸素へ酸素ガス濃度の高い順に設定酸素ガス濃度の表示を開始する。具体的には、Ｎ＝１として（ステップＳ２２）、Ｎ番目の設定酸素ガス濃度を表示する（ステップＳ２３）。すなわち、制御部６は、作業者は、表示された設定酸素ガス濃度の設定を確認して、設定酸素ガス濃度の再設定が必要であれば、操作部８の上下左右キー８ｆを押して数値変更を行い、設定酸素ガス濃度の設定が不要であれば操作部８の「ＥＮＴＥＲ」ボタン８ｇを押して個々の校正ポイント毎に設定終了操作を行う。よって、制御部６は、設定終了操作があるか否かを判断する（ステップＳ２４）。制御部６は、設定終了操作がないと判断した場合には（ステップＳ２４：ＮＯ）、設定終了操作があるまで待機する。

また、制御部６は、設定終了操作があると判断した場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、全ての設定酸素ガス濃度の設定が終了しているか確認するため、Ｎ＝４であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。制御部６は、Ｎ＝４でないと判断した場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、Ｎに１つ加えて（Ｎ＝Ｎ＋１）（ステップＳ３５）、ステップＳ２３に移行する。

制御部６は、Ｎ＝４であると判断した場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、校正動作を自動で開始する（ステップＳ２６）。すなわち、制御部６は、最終の高酸素ガス濃度に対して操作部８の「ＥＮＴＥＲ」ボタン８ｇが押されて、設定終了操作が完了すると自動的にガスセンサ４１の校正を開始する。

制御部６は、最低濃度酸素から高濃度酸素の順に設定酸素ガス濃度の校正を自動で開始する。具体的には、Ｎ＝１として（ステップＳ２７）、Ｎ番目の設定酸素ガス濃度に相当するポンピング電流を設定する（ステップＳ２８）。すなわち、監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定する。具体的には、制御部６は、Ｎ番目の設定酸素ガス濃度からキャリアガス酸素濃度を引いた値に係数ａを掛けたポンピング電流を設定する。係数ａは、出荷時に設定された調整値である。

ポンピング電流（ｍＡ）＝係数ａ×（設定酸素ガス濃度−キャリアガス酸素濃度）
制御部６は、酸素発生セル３４がＮ番目の設定酸素ガス濃度となるように電圧をＰＩＤ制御する（ステップＳ２９）。すなわち、制御部６は、Ｎ番目の設定酸素ガス濃度に相当するポンピング電流となるように電圧をＰＩＤ制御する。定電流電源５に切り替えられた酸素発生部３は酸素ガスポンプとして機能し、酸素発生部３から発生した酸素ガスを、流量調整部２によって一定量に制御されたキャリアガスＧ１に混合する。これにより、キャリアガスＧ１内の酸素ガス濃度が所定濃度に精密に制御された酸素含有ガスＧ２を得ることが可能となる。この場合、酸素含有ガスＧ２の酸素ガス濃度は、一定量（例えば、５００ｍＬ／ｍｉｎ）に制御されたキャリアガスＧ１における定電流電源５で制御された電流値で決定され、酸素ガス濃度が精密に制御された酸素含有ガスＧ２を得ることができる。

続いて、制御部６は、校正するガスセンサ４１の起電力値を確認する（ステップＳ３０）。制御部６は、最低酸素ガス濃度から高酸素ガス濃度へ酸素ガス濃度の低い順に自動で行われる。例えば、酸素ガス濃度をｐｐｍのオーダーの場合を示すと、１ｐｐｍの酸素ガス濃度の場合は、３０分間の変化量が０．４ｍＶ以下であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。

この所定時間及び変化量の設定は、ガスセンサ４１の安定する値に設定されている。制御部６は、３０分間の変化量が０．４ｍＶよりも大きいと判断した場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、３０分間の変化量が０．４ｍＶ以下となるまで待機する。

また、制御部６は、３０分間の変化量が０．４ｍＶ以下と判断した場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、校正する酸素センサの起電力値の確認を終了して、通信線１００を介し分析計１０２に登録されたガスセンサ４１の起電力の書き換えを行い、校正を実施する（ステップＳ３２）。なお、この酸素発生セル３４が８５０℃の場合における３０分間の変化量が０．４ｍＶ以下か否かを判断したが、例えば７００℃以上の場合であれば、その設定温度により経過時間及びセル起電力の変化量も適宜変更される。

以後、ステップＳ３１を下記数値に変更して同様に判断して実施する。例えば、制御部６は、９ｐｐｍの酸素ガス濃度の場合には２０分間の変化量が０．２ｍＶ以下であるか否かを判断する。制御部６は、９０ｐｐｍの酸素ガス濃度の場合には１０分間の変化量が０．１ｍＶ以下であるか否かを判断する。制御部６は、９００ｐｐｍの酸素ガス濃度の場合には１０分間の変化量が０．０５ｍＶ以下であるか否かを判断する。

制御部６は、全ての設定酸素ガス濃度に対して制御が終了しているか確認するため、Ｎ＝４であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。制御部６は、Ｎ＝４でないと判断した場合には（ステップＳ３３：ＮＯ）、Ｎに１つ加えて（Ｎ＝Ｎ＋１）（ステップＳ３６）、ステップＳ２８に移行する。そして、次の高設定酸素ガス濃度の順に書き換え校正を実施する。

制御部６は、Ｎ＝４であると判断した場合には（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、校正動作を終了して（ステップＳ３４）、書き換え校正処理を全て終了する。この時、制御部６は、酸素発生セル３４の制御を停止させ、流量調整部２の電源をオフし、電磁弁Ｐ１，Ｐ２を全閉させる。また、制御部６は、分析計１０２との通信を終了し、表示部７に校正終了を表示する。その表示から３０分後、制御部６は、装置内部の排気ファンを停止させる。

以上のように説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）キャリアガスＧ１が流れるガス流路Ｆ１と、ガス流路Ｆ１に設けられ、酸素を発生する酸素発生部３と、酸素発生部３に切り替え可能に接続される電圧計４及び定電流電源５と、酸素発生部３を制御する制御部６とから酸素含有ガス製造装置２０を構成した。すなわち、キャリアガスＧ１から酸素ガスを除去する手段がないため、小型及び軽量となり、持ち運び可能となるため、エンジンやボイラ、工業用炉等の設備機器に設置された酸素センサの校正を現地で実施することができる。また、キャリアガスＧ１から酸素ガスを除去する手段がないため、消耗品を交換する必要がなくなる。さらには、複数の酸素ガス濃度の異なる校正ガス（標準ガス）を準備する必要がない。また、校正ガスを容易に製造することができる。

（２）ガス流路Ｆ１にキャリアガスＧ１が導入されると、酸素発生部３を電圧計４に接続することで酸素センサとして機能させ、酸素発生部３のセル起電力を監視し、セル起電力の監視完了時の監視電圧値を電圧計４から取得する。続いて、監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定する。そして、ポンピング電流によって酸素発生部３から発生した酸素ガスをキャリアガスＧ１に混合して、設定酸素ガス濃度に制御された酸素含有ガスＧ２を得る。すなわち、低濃度の酸素を含有するキャリアガスが使用されたとしても濃度差に基づいて設定したポンピング電流によって校正することができる。このため、酸素ガスを除去する手段を備えることなく、酸素発生部３から発生する酸素量を少なくすることができるので、キャリアガスＧ１が低濃度の酸素を含有しても、酸素含有ガスＧ２の酸素ガス濃度を正確な値とすることができる。

（３）制御部６が分析計１０２の校正を低濃度酸素から高濃度酸素の順に実施する。このため、分析計１０２の校正を作業者が順に実施するよりも短時間で実施することができる。

（４）酸素含有ガス製造装置２０に発生酸素ガス濃度や校正内容を確認する表示部７を備える。このため、表示部７にて発生酸素ガス濃度や校正内容を確認することができるので、発生酸素ガス濃度を確認できると共に誤設定を抑制することができる。

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。
・上記実施形態では、酸素含有ガス製造装置２０をエンジン、ボイラ、工業用炉等の排気管内の煙道Ｋを流れる排ガスＧ３に含まれるＯ２ガスを検出して分析する分析計１０２の校正に使用したが、図６に示す分析計１０３の校正に使用してもよい。すなわち、図６に示されるように、分析計１０３は、サンプルガスＧ４の流路としてのガス流路Ｆ２と、サンプルガスＧ４を吸引するポンプ１０４と、サンプルガスＧ４の流量を調整する流量調整部１０５と、を備えている。また、分析計１０３は、ポンプ１０４と流量調整部１０５との間にアダプタ１０６を備える。アダプタ１０６には、酸素ガス濃度を測定するガスセンサ１０７が固定されている。分析計１０３には、ポンプ１０４、流量調整部１０５等を制御する制御部６を備えている。酸素含有ガス製造装置２０と分析計１０３とは、通信線１００によって接続されている。このように分析計１０３の校正に使用しても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

・上記構成において、操作部８に選択ボタンを設けてもよい。選択ボタンが選択部に相当する。すなわち、表示部７の「ＲＥＡＤＹ」のＬＥＤが点灯した後に選択ボタンを押すことにより、校正に使用する酸素ガス濃度値を、予め設定された初期設定濃度値と、分析計１０２に設定された分析設定濃度値とから選択できるようにしてもよい。このようにすれば、分析計１０２の分析設定濃度値を選択した場合には、酸素含有ガス製造装置２０に分析計１０２の分析設定濃度値を取り込むことができ、設定変更する手間を省略することができる。

・上記構成において、表示部７に手動設定変更ボタンを設けてもよい。すなわち、表示部７の「ＲＥＡＤＹ」のＬＥＤが点灯した後に手動設定変更ボタンを押すことにより、校正に使用する酸素ガス濃度値を、予め設定された初期設定濃度値を任意の濃度値に変更できるようにしてもよい。このようにすれば、酸素含有ガス製造装置に任意の濃度値を設定することができる。

・上記構成において、ガス流路Ｆ１に設けられ、酸素含有ガスの酸素ガス濃度を測定する酸素濃度測定部を備えてもよい。具体的には、酸素含有ガス製造装置２０の酸素含有ガスの排出側に酸素濃度確認用の酸素濃度測定部を設け、酸素濃度測定部からの信号により酸素発生部３を制御してもよい。このようにすれば、一層正確な所定濃度の酸素含有ガスを製造することができる。

・上記実施形態では、キャリアガスＧ１としてＮ２ガスを用いたが、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。
・上記実施形態では、酸素発生部３を筒状体３１と、筒状体３１の内外表面に配設された内側電極３２及び外側電極３３とを有した構成とした。しかしながら、この形状に限らず酸素ガスをポンピングできるものであれば他の形状の酸素発生部を採用してもよい。

・上記実施形態では、ガスセンサ４１の内部に酸素イオン伝導性固体電解質体が板状又は棒状に形成された高温作動型のガスセンサ素子を設置した。しかしながら、ガスセンサ素子は、板状又は棒状に限らなくてもよく、高温作動型でなくてもよい。

・上記実施形態では、制御部６は、最低濃度酸素から高濃度酸素へ酸素ガス濃度の高い順に酸素ガス濃度の表示を開始したが、最高濃度酸素から低濃度酸素に順に表示を開始してもよい。

・上記実施形態では、最低濃度酸素から高濃度酸素へ酸素ガス濃度の低い順に自動で校正を実施したが、最高濃度酸素から低濃度酸素へ酸素ガス濃度の高い順に自動で校正を実施してもよい。

２…流量調整部（マスフローコントローラ）、３…酸素発生部、４…電圧計、５…定電流電源、６…制御部、７…表示部、７ａ…７セグメントディスプレイ、ｋ８…操作部、１０…ガス分析装置、２０…酸素含有ガス製造装置、３１…筒状体（ジルコニア管）、３２…内側電極、３３…外側電極、４１…ガスセンサ、４２…ガスセンサ素子、７１…校正ガス供給用配管、８０…圧力調整弁、８１…Ｎ２ガスボンベ、１００…通信線、１０１…検出部、１０２，１０３…分析計、１０４…ポンプ、１０５…流量調整部、１０６…アダプタ、１０７…ガスセンサ、Ｆ１，Ｆ２…ガス流路、Ｇ１…キャリアガス（Ｎ２ガス）、Ｇ２…酸素含有ガス、Ｇ３…排ガス、Ｇ４…サンプルガス、Ｐ１，Ｐ２…電磁弁。

Claims

キャリアガスに所定濃度の酸素ガスを含有させた酸素含有ガスを製造する酸素含有ガス製造装置であって、
前記キャリアガスが流れるガス流路と、
前記ガス流路に設けられ、酸素を発生する酸素発生部と、
前記酸素発生部に切り替え可能に接続される電圧計及び定電流電源と、
前記酸素発生部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ガス流路に前記キャリアガスが導入されると、前記酸素発生部を前記電圧計に接続することで酸素センサとして機能させ、前記酸素発生部のセル起電力を監視し、前記セル起電力の監視完了時の監視電圧値を前記電圧計から取得し、前記監視電圧値から算出されるキャリアガス酸素濃度と設定酸素ガス濃度との差に基づいてポンピング電流を設定し、前記酸素発生部を前記電圧計から前記定電流電源に切り替え接続することで酸素ガスポンプとして機能させて前記ポンピング電流によって前記酸素発生部から発生した酸素ガスを前記キャリアガスに混合して、設定酸素ガス濃度に制御された前記酸素含有ガスを得る
ことを特徴とする酸素含有ガス製造装置。
請求項１に記載の酸素含有ガス製造装置において、
被測定ガスの酸素ガス濃度を分析する分析計と接続され、
前記制御部は、前記分析計の校正を低濃度酸素から高濃度酸素の順に実施する
ことを特徴とする酸素含有ガス製造装置。
請求項２に記載の酸素含有ガス製造装置において、
校正に使用する酸素ガス濃度値を、予め設定された初期設定濃度値と、前記分析計に設定された分析設定濃度値とから選択する選択部を備える
ことを特徴とする酸素含有ガス製造装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸素含有ガス製造装置において、
発生酸素ガス濃度及び校正内容を確認する表示部を備える
ことを特徴とする酸素含有ガス製造装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸素含有ガス製造装置において、
前記ガス流路に設けられ、前記酸素含有ガスの酸素ガス濃度を測定する酸素濃度測定部を備える
ことを特徴とする酸素含有ガス製造装置。