JP6136483B2 - 防爆形熱伝導式ガス分析計 - Google Patents

Description

本発明は、２成分ガスの異なる熱伝導率を利用してガス濃度の測定を行う熱伝導式ガス分析計に係り、特にガスセンサユニットを含む電気機器が耐圧防爆容器の内部に収容される防爆形熱伝導式ガス分析計に関する。
図３は、熱伝導式ガス分析計の測定原理を説明するための図で、ガスセンサユニットの概略を示している。図４は、図３のガスセンサユニットを組み込んだ熱伝導式ガス分析計を説明するための図であり、図４（Ａ）は主要部の断面図、図４（Ｂ）はガスセンサユニットのＡ−Ａ断面図である。

図３に示すように、熱伝導式ガス分析計のガスセンサユニット１００の内部には基準室１０１と測定室１０２があり、各々の内部に細い白金線が張られている。ガスセンサユニット１００の中央部分には鉛直方向にサンプルガスが流通するガス流通路１０３が設けられており、サンプルガスの一部は流路からバイパスして測定側の熱線素子１０４が配置された測定室１０２へ導入される。また、基準室１０１の内部には基準ガスが封入されると共に基準側の熱線素子１０５が配置されている。熱線素子１０４、１０５には、それぞれ、外部固定抵抗１０６、１０７が接続されており、定電流源により一定の電流が流されて所定温度まで過熱される。

図４に示すように、ガスセンサユニット１００を収容する筐体１１１の側壁には、配管接続機構１０９（導入側）が設けられている。また、配管接続機構１０９とガスセンサユニット１００との間はＬ字配管１１０で接続されており、サンプルガスがガスセンサユニット１００に供給される。なお、センサユニット１００内を通流したサンプルガスは不図示の排出側の配管接続機構を経由して外部の排気ラインへと排出される。

ここで、ガスセンサユニット１００にサンプルガスとして水素ガスなどを通流すると、基準室１０１内に封入された基準ガスと水素ガスの熱伝導率の差に起因して熱線素子１０４と熱線素子１０５の間で温度差が生じ、この温度差が熱線素子の抵抗値変化に伴う電圧変化として現われ、ブリッジ回路に不平衡電圧を生じさせる。この電圧変化をＤＣアンプ１０８により増幅することでサンプルガスの濃度測定信号を得ることができる。

濃度測定信号は基準ガスとサンプルガスの熱伝導率の差として得られる。表１に示すとおり、水素と窒素の熱伝導率の差は大きいので、基準室１０１内に例えば窒素ガスを封入し、水素ガスを測定対象として測定室１０２内を通流させて濃度測定を行う場合には強度の大きい測定信号を得ることができ、良好なＳ／Ｎ比を確保して精度の良い水素濃度の測定を行うことが可能となる。

しかしながら、熱伝導式ガス分析計は検出素子に熱線素子１０４、１０５を用いているため、原理的にサンプルガスの流量変動の影響を受け易く、安定した測定を行うにはサンプルガスの圧力変動等に起因する流量変動を極力少なくする工夫が必要である。このため、ガスセンサユニット１００内にサンプルガスを流通させるに当たって圧力損失の殆どない配管接続機構が求められている。

特に水素計としての熱伝導式ガス分析計は可燃性ガス雰囲気下で使用されることが多く、防爆仕様を満たした機器構成を要求される場合が多いが、センサの特性を損なわない形で防爆対策を実施する必要がある。可燃性ガスや有害ガス等が発生したり漏洩する可能性のある環境雰囲気において、水素ガスなどを検出するガスセンサユニットを含む電気機器を使用する場合には、電気機器で生じた火花の引火に起因する爆発事故を防止するため、電気機器を収納する耐圧防爆構造の容器（以下、「耐圧防爆容器」という）が用いられる。

電気機器を耐圧防爆容器内に収納することにより、電気機器において生じた火花の引火による爆発は耐圧防爆容器の内部に止められ、大規模な爆発事故を防止することができる。防爆形の熱伝導式ガス分析計では、耐圧防爆容器の耐圧防爆機能を維持するためにはガス導入部及びガス排出部についても耐圧防爆構造にして、これら配管接続部分における火炎の逸走も防止しなければならない。

ガス分析計に取付けられ、ガス配管接続部分の耐圧防爆を実現する従来の技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この従来技術では、火炎の逸走を防止する手段としてステンレス鋼又は真鍮よりなる「フレームアレスタ」と呼ばれる円柱状部材をガス導入部及び排出部の接続流路本体内に遊嵌状態で挿入し、円柱状部材の外周面と流路本体の内周面との間に耐圧防爆に必要な大きさに設定された間隙を形成してガス流通路とすることにより耐圧防爆構造を実現している。

特開２０１０−２０２４号公報（段落〔００１９〕〜〔００２９〕、図３参照）

上述した従来技術は、流路本体内に円柱状のフレームアレスタを挿入する態様のものであり、例えば、接続部分の軸方向の長さが２５mm以上４０mm未満の場合には防爆基準に基づいてその間隙は０．１５mm以下に設定されることになるため、流路断面積は極端に少なくなり、圧力損失が大幅に増加してしまうという問題があった。所定の流量を確保するには、サンプル供給側の圧力を大幅に増加させてサンプルガスを供給しなければならない。

気体の熱伝導率の差を利用してガス濃度を熱線式マスフローセンサにて測定する熱伝導式ガス分析計では、サンプルガスの流量変動の影響を非常に受けやすいため、ガス配管接続部分の圧力損失が少なく、安定したサンプルガスの流通を可能とすることが測定精度確保のためには必要不可欠となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ガスセンサユニットを収容する耐圧防爆容器のガス導入部及びガス排出部について所期の耐圧防爆性能が得られ、しかも、圧力損失が少なく、サンプルガスの流量変動を抑えて応答特性の改善を図った防爆形熱伝導式ガス分析計を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、配管接続部分の清掃やガスセンサユニットの交換などのメンテナンス作業を簡単かつ容易に行うことのできる防爆形熱伝導式ガス分析計を提供することにある。

請求項１の発明は、基準ガスが封入された基準室と、サンプルガスの流通するガス流通路に連通する測定室と、前記基準室及び前記測定室に設けられた熱線素子とを備え、前記熱線素子の出力に基づいてガス濃度の測定を行うガスセンサユニットを耐圧防爆容器の内部に収容し、
前記ガスセンサユニットの長手方向に沿って形成された前記ガス流通路の両端に該ガス流通路と直交するように前記耐圧防爆容器の側壁に向けて開口するガス導入口とガス排出口を設け、
配管継手本体の内部に設けられた円柱状空間に焼結金属からなるフレームアレスタを嵌挿すると共に、前記配管継手本体を前記耐圧防爆容器の側壁に穿設された取付穴と螺合させることにより導入側及び排出側の配管接続機構をそれぞれ配設し、
前記導入側の配管接続機構を前記ガス導入口と接続する一方、前記排出側の配管接続機構を前記ガス排出口と接続し、サンプルガスを前記ガスセンサユニットの測定室に流通させるようにした防爆形熱伝導式ガス分析計において、
前記導入側及び排出側の配管接続機構は、前記フレームアレスタを収容する配管継手本体と、前記配管継手本体と前記ガスセンサユニットとの間を連結する円筒形状の連結部材と、袋ナットとから構成され、
前記配管継手本体は大径穴部と小径穴部を有し、これら穴部によって形成された段付部にその端面周縁を当接させるようにして前記フレームアレスタが前記大径穴部内に収容されており、
前記配管継手本体の外周面に形成された第１の雄ねじ部を、前記取付穴の内周面に形成された雌ねじ部と螺合させ、前記配管継手本体を前記耐圧防爆容器の側壁に固定し、
前記耐圧防爆容器の内部に突出する前記配管継手本体の端面を、前記連結部材の一方の端部に形成された鍔部と突き合わせると共に、前記袋ナットの雌ねじ部を前記配管継手本体の第２の雄ねじ部と螺合させ、前記配管継手本体と前記連結部材とを相互に固定するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、配管継手本体内部に圧損の小さい焼結金属からなるフレームアレスタを収容していることに加え、外部のガス配管からガスセンサユニットに到るサンプルガスの導入側のガス流路及びガスセンサユニットから外部へ排出されるサンプルガスの排出側のガス流路を、直線的かつ最短のものとしているので、圧損が少なく、サンプルガスの流量変動を抑えて精度の高い濃度測定を行うことが可能となる。導入側及び排出側の配管接続機構の耐圧防爆容器への着脱が容易な構成であり、フレームアレスタに目詰まりが生じた場合やガスセンサユニットの交換が必要になった場合のメンテナンス作業を簡単に行うことができる。

本発明による防爆形熱伝導式ガス分析計の概略を説明するための図で、図１（Ａ）は外観を示す正面図、図１（Ｂ）はその内部の状態を示す正面図である。 本発明による防爆形熱伝導式ガス分析計の主要部であるガスセンサユニット本体とガス配管接続機構の詳細を示す断面図である。 熱伝導式ガス分析計の測定原理を説明するための図である。 従来の熱伝導式ガス分析計の主要部の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は本発明による防爆形熱伝導式ガス分析計の実施形態を示す図で、図１（Ａ）は外観を示す正面図、図１（Ｂ）はその内部の状態を示す正面図である。また、図２は図１に示した防爆形熱伝導式ガス分析計の主要部の詳細を示す断面図である。

図１に示すように、防爆形熱伝導式ガス分析計２０は、耐圧防爆容器１の内部にガスセンサユニット３やその制御回路、表示部２等を収容しており、耐圧防爆容器１の窓５を臨む位置に配置された表示部２にガス濃度の測定結果を出力表示する。そして、耐圧防爆容器１の前面下部には、ゼロ調整、スパン校正、リニアライズ校正などの各種操作設定を行うための操作部４が設けられている。

さらに、耐圧防爆容器１は一方の側壁に２つの取付穴１１,１２を有しており、この取付穴１１,１２に、外部のガス配管からガスセンサユニット３へサンプルガスを導入するための導入側の配管接続機構６、及びガスセンサユニット３を通流したサンプルガスを外部のガス配管へ排出するための排出側の配管接続機構７が配設されている。
ガスセンサユニット３の基本的構成については上述した従来の熱伝導式ガス分析計と同じであるので相違点について説明する。図２に示すように、本実施形態のガスセンサユニット３では、円柱形状を呈するガスセンサユニット３の長手方向に沿って形成されたガス流通路３１の上下両端に、ガス流通路３１と直交するように耐圧防爆容器１の側壁に向けて開口するガス導入口３２とガス排出口３３が設けられている。

導入側の配管接続機構６は、配管継手本体６１と、連結部材６２と、袋ナット６３を備えている。配管継手本体６１は、大径穴部６１aと小径穴部６１bを有し、これらの穴部によって形成された段付部にその端面周縁を当接させるようにしてフレームアレスタ６４が大径穴部６１a内に収容されている。このフレームアレスタ６４は、例えばステンレス等を所定の温度で焼き固めて成形した焼結金属であり、円柱状部材の外周面と流路本体の内周面との間に耐圧防爆に必要な間隙を形成する従来技術と比べて、サンプルガスの圧力損失を小さくすることができる。９は、フレームアレスタ６４の軸方向の移動を抑制するＣリングである。

配管継手本体６１の中央部外周面には第１の雄ねじ部６５が形成されており、この第１の雄ねじ部６５を取付穴の内周面に形成された雌ねじ部と螺合させ、配管継手本体６１のフランジ部６９が耐圧防爆容器１の側壁に当接するまでねじ込むことにより、配管継手本体６１が耐圧防爆容器１に固定される。なお、耐圧防爆容器１の気密を確保するため、配管継手本体６１の外周面と耐圧防爆容器１の内周面との間にはＯリング８が介挿されている。耐圧防爆容器１の外側に位置する配管継手本体６１のフランジ部６９にはガス配管接続口６９aが設けられ、サンプルガスを供給するガス配管が接続される。

連結部材６２は、配管継手本体６１とガスセンサユニット３との間を連結する部材である。この円筒形状の連結部材６２は、ガス流通路３１の一部をなす貫通孔６２aを有するとともに、一方の端部に鍔部６７が形成され、他方の端部の外周に雄ねじ部６８が形成されている。連結部材６２は、袋ナット６３をその鍔部６７に係止した状態で、ガスセンサユニット３の装着部３４に螺合装着される。

そして、耐圧防爆容器１の内部に突出する配管継手本体６１の端面を、ガスセンサユニット３の装着部３４に取り付けられた連結部材６２の鍔部６７と突き合わせると共に、袋ナット６３の内周面に形成されている雌ねじ部を配管継手本体６１の第２の雄ねじ部６６と螺合させ、配管継手本体６１と前記連結部材６２とを相互に固定する。このとき、配管継手本体６１の大径穴部６１aと小径穴部６１b、連結部材６２の貫通孔６２a、及びガスセンサユニット３のガス導入口３２が直線的に連通し、外部のガス配管からガスセンサユニット３に到るサンプルガスの流路が構成されることになる。

また、排出側の配管接続機構７も導入側の配管接続機構６と同様に構成される。そして、排出側の配管接続機構７をガスセンサユニット３のガス排出口３３と接続することにより、サンプルガスをガスセンサユニット３のガス流通路３１と連通する不図示の測定室に流通させることができる。

上述の如く構成された本実施形態によれば、配管継手本体６１内部に圧損の小さい焼結金属からなるフレームアレスタ６４を収容していることに加え、外部のガス配管からガスセンサユニット３に到るサンプルガスの導入側ガス流路及びガスセンサユニット３から外部へ排出されるサンプルガスの排出側ガス流路を、直線的かつ最短経路のものとしているので、サンプルガスの流量変動を抑えて精度の高い濃度測定を行うことが可能となる。

そして、導入側の配管接続機構６及び排出側の配管接続機構７の耐圧防爆容器１への着脱が容易な構成であり、フレームアレスタ６４に目詰まりが生じた場合でも、メンテナンスや交換作業を簡単に行うことができる。また、耐圧防爆容器１には２つの取付穴１１,１２を設けるだけであり、耐圧防爆容器１に対する構造上の制約もなく、耐圧防爆容器１を安価に製作することができるので、防爆形熱伝導式ガス分析計２０の低廉化を図ることができる。さらに、定期的な校正作業や交換作業が必要となるガスセンサユニット３に関しても、袋ナット６３を回動させるだけで簡単に着脱できるので、保守性を向上させることができる。

１：耐圧防爆容器
３：ガスセンサユニット
３１：ガス流通路
３２：ガス導入口
３３：ガス排出口
６,７：導入側配管接続機構
６１,７１：配管継手本体
６２, ７２：連結部材
６３, ７３：袋ナット
６４，７４：フレームアレスタ
１０：防爆形熱伝導式ガス分析計。

Claims (1)

1. 基準ガスが封入された基準室と、サンプルガスの流通するガス流通路に連通する測定室と、前記基準室及び前記測定室に設けられた熱線素子とを備え、前記熱線素子の出力に基づいてガス濃度の測定を行うガスセンサユニットを耐圧防爆容器の内部に収容し、
   前記ガスセンサユニットの長手方向に沿って形成された前記ガス流通路の両端に該ガス流通路と直交するように前記耐圧防爆容器の側壁に向けて開口するガス導入口とガス排出口を設け、
   配管継手本体の内部に設けられた円柱状空間に焼結金属からなるフレームアレスタを嵌挿すると共に、前記配管継手本体を前記耐圧防爆容器の側壁に穿設された取付穴と螺合させることにより導入側及び排出側の配管接続機構をそれぞれ配設し、
   前記導入側の配管接続機構を前記ガス導入口と接続する一方、前記排出側の配管接続機構を前記ガス排出口と接続し、サンプルガスを前記ガスセンサユニットの測定室に流通させるようにした防爆形熱伝導式ガス分析計において、
   前記導入側及び排出側の配管接続機構は、前記フレームアレスタを収容する配管継手本体と、前記配管継手本体と前記ガスセンサユニットとの間を連結する円筒形状の連結部材と、袋ナットとから構成され、
   前記配管継手本体は大径穴部と小径穴部を有し、これら穴部によって形成された段付部にその端面周縁を当接させるようにして前記フレームアレスタが前記大径穴部内に収容されており、
   前記配管継手本体の外周面に形成された第１の雄ねじ部を、前記取付穴の内周面に形成された雌ねじ部と螺合させ、前記配管継手本体を前記耐圧防爆容器の側壁に固定し、
   前記耐圧防爆容器の内部に突出する前記配管継手本体の端面を、前記連結部材の一方の端部に形成された鍔部と突き合わせると共に、前記袋ナットの雌ねじ部を前記配管継手本体の第２の雄ねじ部と螺合させ、前記配管継手本体と前記連結部材とを相互に固定するようにしたことを特徴とする防爆形熱伝導式ガス分析計。