JP6916667B2 - Probe device and exhaust gas analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、例えばエンジン、ボイラ、廃棄物燃焼炉、工業用炉等の燃焼装置の排気管に取り付けられるプローブデバイス、及び、プローブデバイスからの出力に基づいて当該排気管内の煙道を流れる排ガスに含まれる所定成分を分析する排ガス分析装置に関するものである。 The present invention provides, for example, a probe device attached to the exhaust pipe of a combustion device such as an engine, a boiler, a waste combustion furnace, an industrial furnace, and an exhaust gas flowing through a flue in the exhaust pipe based on the output from the probe device. It relates to an exhaust gas analyzer that analyzes a predetermined component contained therein.
従来、煙道内の排ガスに含まれる成分を検出して分析する排ガス分析装置として、特許文献1に示されるように、煙道内にプローブデバイスを直接挿入して取り付け、当該プローブデバイスにより排ガスをサンプリングするとともに、その排ガス中の例えば窒素酸化物などの所定成分を分析するものがある。
Conventionally, as an exhaust gas analyzer that detects and analyzes components contained in exhaust gas in a flue, as shown in
このプローブデバイスは、図5に示すように煙道の内外を貫通するように設けられたセンサホルダ2Aと、前記センサホルダ2A内に保持されたガスセンサ1Aと、を備えている。前記センサホルダ2Aの先端部には煙道から排ガスが導入され、前記ガスセンサ1Aのセンサ部11Aへと導入される排ガス導入空間L1が形成されている。
This probe device includes a
前記センサホルダ2Aは、前記ガスセンサ1Aの基端側を囲うように設けられた内側管21Aと、内側管21Aの外側に同心円状に設けられた外側管23Aとからなる。この内側管21Aの内部から前記内側管21Aの外側面と前記外側管23Aの内側面との間の空間へ冷却空気が流通するようにして、前記ガスセンサ1Aが前記煙道を流れる排ガスの熱によって故障するのを防ぐように構成されている。
The
さらに、図5及び図5のB−B線断面図である図6に示すように、前記内側管21Aと前記外側管23Aとの間で冷却空気が流通する空間内には2つの細管P1、P2が設けられており、それぞれが前記排ガス導入空間L1へ連通させてある。より具体的には一方の細管P1内には校正ガスを前記排ガス導入空間L1へ導入する校正ガス流路L2が形成され、もう一方の細管P2内にはパージガスを前記排ガス導入空間L1へ導入するパージガス流路L4が形成されている。
Further, as shown in FIG. 6 which is a cross-sectional view taken along the line BB of FIGS. 5 and 5, two thin tubes P1 are formed in the space where the cooling air flows between the
ところで、煙道内の排ガスは内燃機関等の出力変化によってその圧力が変動するため、前記ガスセンサからの出力がその圧力変動の影響を受けて変化してしまうことがある。 By the way, since the pressure of the exhaust gas in the flue fluctuates due to a change in the output of an internal combustion engine or the like, the output from the gas sensor may change due to the influence of the pressure fluctuation.
また、前記校正ガス流路、及び、前記パージガス流路は前記排ガス導入空間に連通しているため、通常測定時には煙道から導入される高温の排ガスの一部が流れることがある。さらに、前記校正ガス流路、及び、前記パージガス流路の周囲は冷却空気で満たされているため、排ガス中の水分が冷却されて水滴が発生する。したがって、排ガス中の硫化物や窒化物が水滴に溶けることで硫酸や硝酸が発生し、校正ガス流路やパージガス流路を形成する細管が侵されてしまい、プローブデバイスとしての寿命が短くなってしまう可能性がある。 Further, since the calibration gas flow path and the purge gas flow path communicate with the exhaust gas introduction space, a part of the high temperature exhaust gas introduced from the flue may flow during normal measurement. Further, since the calibration gas flow path and the periphery of the purge gas flow path are filled with cooling air, the moisture in the exhaust gas is cooled and water droplets are generated. Therefore, sulfides and nitrides in the exhaust gas dissolve in water droplets to generate sulfuric acid and nitric acid, which invade the thin tubes forming the calibration gas flow path and purge gas flow path, shortening the life of the probe device. There is a possibility that it will end up.
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、煙道内を流れる排ガスに圧力変動が生じたとしても正確な測定を実現できるプローブデバイス、及び、排ガス分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a probe device capable of realizing accurate measurement even if pressure fluctuation occurs in the exhaust gas flowing in the flue, and an exhaust gas analyzer. And.
また、本発明は例えば校正ガス流路のようなガスセンサに連通するガス流通路を流れる排ガス中の水分が液化するのを防ぎ、校正ガス流路を形成する配管が酸で侵されないようにして長寿命化を実現したプローブデバイスを提供することを目的とする。 Further, the present invention prevents the moisture in the exhaust gas flowing through the gas flow path communicating with the gas sensor, such as the calibration gas flow path, from liquefying, and prevents the piping forming the calibration gas flow path from being invaded by acid. An object of the present invention is to provide a probe device having a long life.
すなわち、本発明に係るプローブデバイスは、煙道を流れる排ガスをサンプリングするプローブデバイスであって、排ガスと接触するセンサ部を具備するガスセンサと、前記煙道の内外を貫通するように設けられ、内部に前記ガスセンサを保持するセンサホルダと、前記センサホルダに形成され、前記煙道の外側に配置された前記センサホルダの基端部から前記センサ部に至るガス流通路、又は前記煙道の外側において前記ガス流通路と連通する流路の圧力を測定する圧力センサと、前記ガスセンサの出力を前記圧力センサの出力に基づいて補正する補正処理部と、を備えたことを特徴とする。 That is, the probe device according to the present invention is a probe device that samples exhaust gas flowing through the flue, and is provided so as to penetrate the inside and outside of the flue and a gas sensor including a sensor unit that comes into contact with the exhaust gas. In a sensor holder holding the gas sensor, a gas flow passage from the base end portion of the sensor holder formed on the sensor holder and arranged outside the flue to the sensor portion, or outside the flue. It is characterized by including a pressure sensor for measuring the pressure of the flow path communicating with the gas flow passage, and a correction processing unit for correcting the output of the gas sensor based on the output of the pressure sensor.
このようなものであれば、前記煙道を流れる排ガスの圧力が変動したとしても、変動した圧力に応じて前記ガスセンサの出力が前記補正処理部により補正されるので、圧力変動の影響を排除した測定値を得ることができる。 In such a case, even if the pressure of the exhaust gas flowing through the flue fluctuates, the output of the gas sensor is corrected by the correction processing unit according to the fluctuating pressure, so that the influence of the pressure fluctuation is eliminated. The measured value can be obtained.
したがって、例えば排ガスの発生源である内燃機関の稼働状態等によらず、排ガスの安定分析を実現できる。また、ガスセンサから圧力変動の影響を無くすことができるので、例えば排ガスの発生源である内燃機関等で校正用の運転を行って所定の圧力に保たれた状態で校正を行わなくてもよくなり、より正確な測定値を得やすくなる。 Therefore, for example, stable analysis of exhaust gas can be realized regardless of the operating state of the internal combustion engine which is the source of exhaust gas. In addition, since the influence of pressure fluctuation can be eliminated from the gas sensor, it is not necessary to perform calibration operation in an internal combustion engine, which is a source of exhaust gas, for example, and perform calibration while maintaining a predetermined pressure. , It becomes easier to obtain more accurate measured values.
また、前記圧力センサは前記ガス流通路を通過している、あるいは、通過した後の排ガスの圧力を測定するので、前記煙道中よりも温度が低下した排ガスを前記圧力センサに接触させることができる。このため、前記圧力センサに故障が発生しにくくできる。 Further, since the pressure sensor measures the pressure of the exhaust gas passing through or after passing through the gas flow passage, the exhaust gas having a temperature lower than that in the flue can be brought into contact with the pressure sensor. .. Therefore, it is possible to prevent the pressure sensor from failing.
前記ガス流通路の具体的な構成例としては、前記ガス流通路は、校正ガス流路又はパージガス流路の少なくとも一方を構成するものが挙げられる。 As a specific configuration example of the gas flow passage, the gas flow passage constitutes at least one of a calibration gas flow path and a purge gas flow path.
例えば本来の使用目的以外である通常の測定時には前記ガス流通路にも高温の排ガスが一部流通する。このため、前記センサホルダ内に保持されている前記ガスセンサにおいて高温に弱い電子回路等を含む本体部については前記ガス流通路からの熱から保護する必要がある。従来、前記ガスセンサの本体部は前記センサホルダ内において冷却媒体が導入される冷却空間内に配置されていた。 For example, a part of high-temperature exhaust gas also circulates in the gas flow passage during normal measurement other than the original purpose of use. Therefore, it is necessary to protect the main body of the gas sensor held in the sensor holder, which includes an electronic circuit or the like that is sensitive to high temperatures, from heat from the gas flow passage. Conventionally, the main body of the gas sensor has been arranged in the cooling space in which the cooling medium is introduced in the sensor holder.
ところで、前記冷却空間に対して前記ガス流通路が近接していると、前記ガス流通路を流れる排ガス中の水分が冷却されて凝縮し、排ガス中の窒素酸化物や硫化物が溶けて酸性液となり、ガス流通路を形成する金属配管等を腐食させる可能性がある。前記ガス流通路での水分の凝縮を防ぎ、上記のような問題を解決するには、前記ガスセンサが、前記排ガス導入空間の外側で前記センサホルダ内に保持される本体部をさらに具備するものであり、前記センサホルダ内に形成され、前記ガスセンサの本体部が収容されるとともに冷却媒体が導入される冷却空間をさらに備え、前記冷却空間と前記ガス流通路との間に断熱層が形成されていればよい。 By the way, when the gas flow passage is close to the cooling space, the water in the exhaust gas flowing through the gas flow passage is cooled and condensed, and the nitrogen oxides and sulfides in the exhaust gas are dissolved and the acidic liquid is dissolved. This may corrode the metal pipes that form the gas flow path. In order to prevent the condensation of water in the gas flow passage and solve the above-mentioned problems, the gas sensor further includes a main body portion held in the sensor holder outside the exhaust gas introduction space. Yes, it is formed in the sensor holder, further includes a cooling space in which the main body of the gas sensor is accommodated and a cooling medium is introduced, and a heat insulating layer is formed between the cooling space and the gas flow passage. Just do it.
前記煙道を流れる排ガスの熱によって、前記ガス流通路を流通している排ガスを温めて、排ガス中の水分がより凝縮しにくくするには、前記ガス流通路の少なくとも一部が、前記煙道内へ突出した前記センサホルダの先端部内に形成されていればよい。 In order to heat the exhaust gas flowing through the gas flow passage by the heat of the exhaust gas flowing through the flue so that the moisture in the exhaust gas is less likely to condense, at least a part of the gas flow passage is inside the flue. It suffices if it is formed in the tip of the sensor holder that protrudes toward.
前記煙道を流れる排ガスの熱によって、前記ガス流通路を流通している排ガスを温めて水分の凝縮が起こりにくくするとともに、前記ガスセンサは前記煙道を流れる排ガス、あるいは、前記ガス流通路を流れる排ガスによって温度が上昇しにくくするには、前記センサホルダが、少なくとも内側管及び外側管からなる多重管構造を有するものであり、前記内側管の内部に前記冷却空間が形成され、前記内側管と前記外側管の内側面との間に前記ガス流通路が形成されるものであればよい。 The heat of the exhaust gas flowing through the flue warms the exhaust gas flowing through the gas flow passage to prevent the condensation of water, and the gas sensor flows through the exhaust gas flowing through the flue or the gas flow passage. In order to prevent the temperature from rising due to the exhaust gas, the sensor holder has a multi-tube structure including at least an inner tube and an outer tube, and the cooling space is formed inside the inner tube to form the inner tube and the inner tube. Any gas flow passage may be formed between the outer pipe and the inner surface of the outer pipe.
例えば前記冷却空間と前記ガス流通路との間に空気層によって伝熱が起こりにくくすることで、前記冷却媒体によって前記ガス流通路を流通する排ガスが冷却されにくくし、排ガス中の水分の凝縮を防ぐことができるようにするには、前記センサホルダが、前記内側管と前記外側管との間にさらに仕切り管をさらに備え、前記内側管の外側面と前記仕切り管の内側面との間の空間によって前記断熱層が形成されているものであればよい。 For example, by making it difficult for heat transfer to occur due to the air layer between the cooling space and the gas flow passage, it is difficult for the exhaust gas flowing through the gas flow passage to be cooled by the cooling medium, and moisture in the exhaust gas is condensed. To be able to prevent, the sensor holder further comprises a partition tube between the inner tube and the outer tube, between the outer surface of the inner tube and the inner surface of the partition tube. Anything may be used as long as the heat insulating layer is formed by the space.
前記ガス流通路に流すことができるガスの流量を確保できるとともに、前記煙道を流れる排ガスの熱を前記センサホルダの全周に亘って前記ガス流通路により遮断できるようにし、前記ガスセンサが高温になりにくくするには、前記ガスセンサを前記センサホルダの横断面を見た場合において、前記ガス流通路が、前記内側管の外側面を全周に亘って囲むように形成されていればよい。 The flow rate of the gas that can flow through the gas flow passage can be secured, and the heat of the exhaust gas flowing through the flue can be blocked by the gas flow passage over the entire circumference of the sensor holder, so that the gas sensor becomes hot. In order to make it difficult for the gas sensor to be formed, the gas flow passage may be formed so as to surround the outer surface of the inner pipe over the entire circumference when the cross section of the sensor holder is viewed.
前記煙道を流れる排ガス中に含まれる微小なパーティクル等が前記ガスセンサに接触して測定が阻害されるのを防げるようにフィルタを設けた際に、このフィルタが所定量以上のパーティクルを捕集し、測定の継続が困難であることを自動的に検出できるようにするには、前記煙道内へ突出した前記センサホルダの先端部内に少なくとも一部が形成され、前記ガスセンサの前記センサ部が収容されるとともに前記煙道から排ガスが導入される排ガス導入空間と、前記煙道と前記排ガス導入空間とを仕切るフィルタと、前記圧力センサの出力の示す測定圧力値と、予め定められた基準値とに基づいて前記フィルタの詰まりの有無を判定する詰まり判定部をさらに備えたものであればよい。 When a filter is provided so as to prevent minute particles or the like contained in the exhaust gas flowing through the flue from coming into contact with the gas sensor and hindering the measurement, the filter collects a predetermined amount or more of particles. In order to automatically detect that it is difficult to continue the measurement, at least a part thereof is formed in the tip portion of the sensor holder protruding into the flue, and the sensor portion of the gas sensor is accommodated. In addition, the exhaust gas introduction space into which the exhaust gas is introduced from the flue, the filter that separates the flue and the exhaust gas introduction space, the measured pressure value indicated by the output of the pressure sensor, and the predetermined reference value are set. Anything may be provided as long as it is further provided with a clogging determination unit for determining the presence or absence of clogging of the filter based on the above.
本発明に係るプローブデバイスと、前記ガスセンサからの出力に基づいて前記煙道を流れる排ガスについて分析する分析装置本体とを備えた排ガス分析装置であれば、前記煙道を流れる排ガスの圧力変動の影響を排除した正しい分析結果を得ることができる。また、例えば船舶の内燃機関から排出される排ガスの分析のように長期間にわたって専門家によるメンテナンスや検証が難しい用途であっても信頼できる測定値を得ることが可能となる。 If the exhaust gas analyzer includes the probe device according to the present invention and the main body of the analyzer that analyzes the exhaust gas flowing through the flue based on the output from the gas sensor, the influence of the pressure fluctuation of the exhaust gas flowing through the flue. It is possible to obtain the correct analysis result excluding. In addition, it is possible to obtain reliable measured values even in applications where maintenance and verification by specialists are difficult for a long period of time, such as analysis of exhaust gas emitted from an internal combustion engine of a ship.
また、本発明に係る補正方法は、排ガスと接触するセンサ部を具備するガスセンサと、前記煙道の内外を貫通するように設けられ、内部に前記ガスセンサを保持するセンサホルダと、を備え、煙道を流れる排ガスをサンプリングするプローブデバイスを用いた前記ガスセンサの出力の補正方法であって、前記センサホルダに形成され、前記煙道の外側に配置された前記センサホルダの基端部から前記排ガス導入空間に至るガス流通路、又は、前記煙道の外側において前記ガス流通路と連通する流路に設けられた圧力センサの出力に基づいて、前記ガスセンサの出力を補正する補正方法。前記煙道の外側において前記ガス流通路と連通する流路の圧力を測定する圧力センサを設けること、前記ガスセンサの出力を前記圧力センサの出力に基づいて補正することを特徴とする。 Further, the correction method according to the present invention includes a gas sensor including a sensor unit that comes into contact with exhaust gas, and a sensor holder provided so as to penetrate the inside and outside of the flue and holding the gas sensor inside, and smoke. It is a method of correcting the output of the gas sensor using a probe device that samples the exhaust gas flowing through the road, and the exhaust gas is introduced from the base end portion of the sensor holder formed on the sensor holder and arranged outside the flue. A correction method for correcting the output of the gas sensor based on the output of a pressure sensor provided in the gas flow path leading to the space or the flow path communicating with the gas flow path outside the flue. A pressure sensor for measuring the pressure of the flow path communicating with the gas flow passage is provided outside the flue, and the output of the gas sensor is corrected based on the output of the pressure sensor.
このようなものであれば、前記煙道を流れる排ガスに圧力変動が生じても前記ガスセンサの出力にはその影響が表れないようにできる。また、前記ガスセンサは前記ガス流通路、又は、それに連通する流路を流れる排ガスと接触するので、高温の排ガスが直接接触することがなく、高温環境にさらされ続けることによって故障するのを防ぐことができる。 If it is such a thing, even if the pressure fluctuation occurs in the exhaust gas flowing through the flue, the influence can be prevented from appearing in the output of the gas sensor. Further, since the gas sensor comes into contact with the exhaust gas flowing through the gas flow path or the flow path communicating with the gas flow path, the high temperature exhaust gas does not come into direct contact with the gas flow path, and the gas sensor is prevented from being damaged due to continuous exposure to the high temperature environment. Can be done.
本発明に係るプローブデバイスによれば、煙道を流れる排ガスに圧力変動が生じたとしても、ガス流通路又はこれに連通する流路に設けられた圧力センサの測定値に基づいて前記ガスセンサからの出力が補正されるので常に所定の測定精度を保つことができる。また、前記圧力センサについては前記煙道内に直接設けられていないので、高温の排ガスによって故障が生じにくく、長期間にわたって信頼できる圧力値によりガスセンサの出力を補正できる。 According to the probe device according to the present invention, even if a pressure fluctuation occurs in the exhaust gas flowing through the flue, the gas sensor can be used based on the measured value of the pressure sensor provided in the gas flow path or the flow path communicating with the gas flow path. Since the output is corrected, a predetermined measurement accuracy can always be maintained. Further, since the pressure sensor is not directly provided in the flue, failure is unlikely to occur due to high temperature exhaust gas, and the output of the gas sensor can be corrected by a reliable pressure value for a long period of time.
本発明の一実施形態に係るプローブデバイス100、及び、このプローブデバイス100を備えた排ガス分析装置200について各図を参照しながら説明する。
The
図1に示すプローブデバイス100、及び、排ガス分析装置200は、例えばボイラ、ガスエンジン、船舶用エンジン等の内燃機関あるいは外燃機関に接続された排気管EP内の煙道LEを流れる排ガスに含まれる所定成分(例えば、NOX、SOX、CO2、CO等)等を分析するものである。なお、排ガス分析装置200により得られた分析結果(例えば所定成分の濃度)は、脱硝又は脱硫の制御等に用いられる。
The
具体的には前記排ガス分析装置200は、図1に示すように、排気管EPに固定されるとともに、その先端部が煙道LE内に突出して設けられ、所定成分を検出するガスセンサ1を備えたプローブデバイス100と、前記プローブデバイス100からの検出信号を受信して、排ガスに含まれる所定成分を連続的かつ高速で分析する分析装置本体101と、を備える。なお、この分析装置本体101は、コンピュータ等の演算処理装置及び表示装置を備えており、プローブデバイス100と分析装置本体101とはケーブルで接続してある。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
前記プローブデバイス100は、図1に示すように、煙道LEを流れる排ガスを一部サンプリングし、そのサンプリングした排ガスに含まれる所定成分を検出するものである。図1に示すようにこのプローブデバイス100は、円筒状の排気管EPに対して側面から貫通するように設けられた筒状のセンサホルダ2と、前記センサホルダ2の内部に保持されるガスセンサ1と、を備えている。また、前記センサホルダ2内には、前記ガスセンサ1に前記煙道LEからサンプリングされた排ガスが排ガス導入空間L1と、前記ガスセンサ1に対して校正ガスを供給するための校正ガス流路L2と、前記ガスセンサ1の一部が冷却媒体によって冷却される冷却空間L3とが形成してある。さらに、前記校正ガス流路L2に連通するように設けられた流路には圧力センサ3が設けてあり、前記校正ガス流路L2と前記冷却空間L3との間にはそれぞれの間での伝熱を妨げる断熱層TBが設けてある。
As shown in FIG. 1, the
また、このプローブデバイス100は、前記ガスセンサ1、及び、前記圧力センサ3の出力に基づいて所定の演算処理が行われる演算処理部COMを具備している。本実施形態では演算処理部COMの機能は、前記分析装置本体101の演算能力を用いて実現されるようにしてあるが、例えば前記ガスセンサ1又は前記圧力センサ3に設けられているマイクロコンピュータの演算能力によりその機能が実現されるようにしてもよい。
Further, the
次に前記プローブデバイス100の各部の詳細について説明する。
Next, details of each part of the
前記ガスセンサ1は、図2及び図2のA−A線断面図である図3に示すように概略円筒状のものであり、先端側が前記排ガス導入空間L1内に配置され、基端側が前記冷却空間L3内に配置されるものである。より具体的には、前記ガスセンサ1の先端側は排ガスと接触するセンサ部11であり、基端側は前記センサ部11の出力を信号処理するための電気回路等が収容された本体部12である。なお、前記センサ部11について別の表現をすると、前記センサ部11は、前記ガスセンサ1の先端側は前記センサホルダ2内にサンプリングされた排ガスと接触し、所定成分に反応する感応部である。所定成分が検出された場合には、この本体部12から前記分析装置本体101に対して検出信号がケーブルを介して出力される。
The
前記センサホルダ2は、図1に示すように、前記煙道LEを形成する排気管EPの側面に設けられた取り付けフランジから排気管EPの半径方向に差し込まれる概略円筒状の部材である。言い換えると、前記センサホルダ2はその軸方向が、排ガスの流れに対して垂直となるように設けてある。本実施形態では前記センサホルダ2の先端は前記煙道LEの軸中心近傍に配置してある。なお、以下の説明では前記センサホルダ2の先端部とは、当該センサホルダ2において前記煙道LE内に挿入されている部分を指し、前記センサホルダ2の基端部とは前記煙道LEの外側に配置されている部分を指す。
As shown in FIG. 1, the
前記センサホルダ2は、図1に示すように、前記煙道LEを形成する排気管EPを基準として当該煙道LE内に配置される先端部内に前記排ガス導入空間L1が形成してある。なお、本実施形態では前記排ガス導入空間L1の全てが、前記センサホルダ2の先端部内に形成されているが、前記排ガス導入空間L1の一部が前記センサホルダ2の先端部内に形成され、残りの部分が前記センサホルダ2の基端部に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
この排ガス導入空間L1内に前記ガスセンサ1の前記センサ部11が配置された状態で固定される。前記センサホルダ2の先端には前記排ガス導入空間L1へ前記煙道LEから排ガスが導入される排ガス導入口が形成されており、この排ガス導入口にフィルタFを設けることで前記煙道LEと前記排ガス導入空間L1との間が仕切られている。
The
また、図2及び図3に示すように前記センサホルダ2において前記排ガス導入空間L1よりも基端側の部分は複数の径の異なる管が同心円状に配置された多重管構造が形成してある。前記多重管構造は、図3に示すように内側から外側に向かって前記冷却空間L3、前記断熱層TB、前記校正ガス流路L2が形成されるように内側管21、仕切り管22、外側管23が内側からこの順番で3つ設けてある。すなわち、図3に示すように、円形状の前記冷却空間L3の周囲に横断面視においてトーラス状(ドーナツ状)の前記断熱層TBが配置され、さらに前記断熱層TBの外側に横断面視においてトーラス状の校正ガス流路L2が配置してある。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a multi-tube structure in which a plurality of tubes having different diameters are concentrically arranged is formed in a portion of the
前記冷却空間L3は、前記内側管21の内部に形成され、前記ガスセンサ1の本体部12が収容されている円筒状の空間である。図1に示すように前記内側管21の基端近傍側面に形成された冷却媒体導入口24を介して内部に冷却媒体が導入されるようにしてある。例えば、前記冷却媒体導入口24を介して冷却媒体として低温に調整された気体が冷却空間L3内を循環するようにして所定の温度が保たれるようにしてもよい。
The cooling space L3 is a cylindrical space formed inside the
前記校正ガス流路L2は、前記センサホルダ2内に形成された流路であって、前記煙道LEの外側に配置された前記センサホルダ2の基端部から前記排ガス導入空間L1に至るガス流通路である。本実施形態では、ガス流通路は前記排ガス導入空間L1へ校正ガスを供給する校正ガス流路L2として構成してある。前記校正ガス流路L2は、前記排ガス導入空間L1近傍を除いて前記センサホルダ2内において最も外側部分を軸方向に沿って校正ガスが流れるように構成してある。より具体的には、前記煙道LEの外側に配置された前記センサホルダ2の基端部において前記外側管23の側面に開口した校正ガス導入口25から前記排ガス導入空間L1へ校正ガスを供給する流路である。本実施形態では、前記校正ガス流路L2は、前記仕切り管22と前記外側管23からなる二重管により形成された流路と前記排ガス導入空間L1と連通する連通流路L21とを備えている。
The calibration gas flow path L2 is a flow path formed in the
この校正ガス流路L2には、図1に示すように前記校正ガス導入口25を介してゼロ点調整ガス供給源ZGと、スパン調整ガス供給源SGにそれぞれ接続してある。なお、ゼロ点ガス供給源ZG、スパン調整ガス供給源SGにはそれぞれ開閉弁が設けられており、前記校正ガス流路L2へどちらのガスを供給するか、あるいは、各ガスを供給しないかを制御できる。ゼロ点調整ガスは、前記ガスセンサ1で検出される所定成分を実質的に含まないガスであり、このガスは前記校正ガス流路L2及び前記排ガス導入空間L1内にあるガスをパージするためのパージガスとしても用いられる。すなわち、本実施形態では従来のように校正ガス流路L2とパージガス流路を別々に前記センサホルダ2内に設けるのではなく、共用するようにしてある。なお、スパン調整ガスは前記ガスセンサ1で検出される所定成分を所定濃度含むものであり、スパン校正のために用いられる。
As shown in FIG. 1, the calibration gas flow path L2 is connected to the zero point adjusting gas supply source ZG and the span adjusting gas supply source SG via the calibration
前記断熱層TBは、図2及び図3に示すように前記仕切り管22の内周面と前記内側管21と外周面との間に形成された例えば空気層である。この断熱層TBは通常の測定時において前記冷却空間L3の冷却媒体によって前記排ガス導入空間L1から前記校正ガス流路L2へと流入する可能性のある排ガスが冷却されるのを妨げることができる。ここで、断熱層TBとは例えば図5及び図6に示されるような校正ガス流路L2の配管と冷却空間L3を形成する内側管21とが近接している状態よりも熱が伝わりにくくなっているものとして定義できる。また、断熱層TBとして空気層ではなく、さらに樹脂等の充填物を封入して熱の移動をさらに妨げるようにしたものでよい。あるいは、前記内側管21と前記仕切り管22との間までを金属で中実にし、少なくとも前記外側管23よりも厚い1つの管として形成してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the heat insulating layer TB is, for example, an air layer formed between the inner peripheral surface of the
演算処理部COMは、メモリに格納されているプローブデバイス用プログラムが実行され、各種機器が協業することにより、少なくとも補正処理部4、詰まり判定部5としての機能を実現するものである。 The arithmetic processing unit COM realizes at least the functions of the correction processing unit 4 and the clogging determination unit 5 by executing the probe device program stored in the memory and collaborating with various devices.
前記補正処理部4は、前記ガスセンサ1の出力を前記圧力センサ3の出力に基づいて補正する。例えば所定濃度の所定成分が前記ガスセンサ1で検出される際の出力の示す値と、排ガスの圧力との間の関係を示す圧力をパラメータとする補正係数を予め実験等により求めておき、この補正係数と前記圧力センサ3で測定される圧力に基づいて前記補正処理部4は、前記ガスセンサ1の出力を補正する。すなわち、前記補正処理部4は前記煙道LEを流れる排ガスに圧力変動があったとしても、所定成分の濃度に応じた出力値に換算する。
The correction processing unit 4 corrects the output of the
前記詰まり判定部5は、前記圧力センサ3の出力の示す測定圧力値と、予め定められた基準値とに基づいて前記フィルタFの詰まりの有無を判定する。例えばフィルタFが詰まっていない状態において前記圧力センサ3で測定される測定圧力値に基づいて基準値が設定される。
The clogging determination unit 5 determines whether or not the filter F is clogged based on the measured pressure value indicated by the output of the
このように構成された本実施形態のプローブデバイス100及び排ガス分析装置200によれば、前記圧力センサ3によって前記煙道LEを流れる排ガスの圧力変動をモニタリングし、前記補正処理部4が圧力変動を補正するので、圧力の影響を排除した排ガスの所定成分の濃度を正確に得ることができる。
According to the
また、校正時においては前記校正ガス流路L2を流れる校正ガスは前記煙道LEを流れる排ガスの圧力変動に応じて前記煙道LEへの排気が変動するが、前記圧力センサ3で校正時の圧力を測定できるので、そのような変動を補正して前記ガスセンサ1を校正することもできる。
Further, at the time of calibration, the exhaust gas flowing through the calibration gas flow path L2 fluctuates according to the pressure fluctuation of the exhaust gas flowing through the flue LE. Since the pressure can be measured, such fluctuation can be corrected and the
さらに、前記圧力センサ3の示す測定圧力値を前記詰まり判定部5がモニタリングすることで前記フィルタFの詰まり状態を監視できるので、前記フィルタFの交換時期を自動的に得ることができる。例えば、前記煙道LEを流れる排ガスの状態を大きく変動する用途では、使用期間等で交換時期を設定していると前記フィルタFが測定に適さない状態となっている場合がある。一方、前記プローブデバイス100であれば、前記フィルタFが詰まり前記フィルタFを通過した後の排ガスの圧力が低下していることを検知できるので、測定に問題が発生する前にメンテナンスを実行できる。
Further, since the clogging determination unit 5 monitors the measured pressure value indicated by the
前記校正ガス流路L2と前記冷却空間L3との間は前記断熱層TBで仕切られているため、前記校正ガス流路L2に中に前記排ガス導入空間L1から前記煙道LEを流れていた高温の排ガスが流れたとしても、排ガス中に含まれる水分が凝縮する程度には冷却されない。したがって、凝縮した水分に排ガス中の窒素酸化物、硫化物が溶け込み酸性の液体となって前記外側管23又は前記仕切り管22を侵食するのを防ぐことができる。
Since the calibration gas flow path L2 and the cooling space L3 are partitioned by the heat insulating layer TB, the high temperature at which the exhaust gas introduction space L1 flows through the flue LE in the calibration gas flow path L2. Even if the exhaust gas flows, it is not cooled to the extent that the water contained in the exhaust gas condenses. Therefore, it is possible to prevent nitrogen oxides and sulfides in the exhaust gas from being dissolved in the condensed water and becoming an acidic liquid to erode the
また、前記校正ガス流路L2は前記センサホルダ2において最も外周側に配置されており、その一部が前記煙道LE内に配置されるので、測定時には前記煙道LEから前記校正ガス流路L2に逆流している排ガスを、前記煙道LEを流れる高温の排ガスによって暖めて水分の凝縮が発生しないようにできる。一方、校正時には前記煙道LE内を流れる排ガスの熱が前記外側管23を介して伝熱して校正ガスを暖めることができる。したがって、ヒータ等を用いなくても校正ガスを実際の測定時の温度に近づけてより正確な校正を実現できる。
Further, since the calibration gas flow path L2 is arranged on the outermost side of the
前記圧力センサ3は、前記校正ガス流路L2に連通する流路に設けられているので、前記煙道LEを流れる高温の排ガスに直接接触することがなく、熱によって故障するのを防ぐことができる。
Since the
加えて、前記ガスセンサ1の本体部12は前記冷却空間L3内に配置されているので前記煙道LE内に一部が配置されていたとしても排ガスの高温で故障が発生するのを防ぐことができる。
In addition, since the
次に本発明のその他の実施形態について説明する。 Next, other embodiments of the present invention will be described.
前記実施形態では前記圧力センサは前記校正ガス流路と連通する流路に設けられていたが、例えば校正ガス流路に圧力センサを設けてもよい。 In the embodiment, the pressure sensor is provided in a flow path communicating with the calibration gas flow path, but for example, a pressure sensor may be provided in the calibration gas flow path.
前記補正処理部は、前記ガスセンサの出力の示す値を前記圧力センサの測定圧力値に基づいてコンピュータ上の値として補正処理するものであったが、前記本体部から出力される出力信号自体を補正処理するものであってもよい。また、ガスセンサは所定成分の濃度に応じた出力にするものに限られず、その他の物理的なパラメータに応じた出力をするセンサであっても構わない。 The correction processing unit corrects the value indicated by the output of the gas sensor as a value on a computer based on the measured pressure value of the pressure sensor, but corrects the output signal itself output from the main body unit. It may be the one to be processed. Further, the gas sensor is not limited to one that outputs according to the concentration of a predetermined component, and may be a sensor that outputs according to other physical parameters.
前記実施形態では校正ガス流路とパージガス流路を共用するようにしていたが、それぞれのガスのための専用の流路に分けても良い。また、圧力センサが設けられるのは、校正ガスやパージガスを前記排ガス導入空間に供給するための流路に限られない。例えば、前記排ガス導入空間と連通し、前記センサホルダ内において前記煙道の外側に配置されている基端部へ到達するガス流通路を別途設けておき、校正ガスやパージガスを当該ガス流通路に流さないようにしてもよい。 In the above embodiment, the calibration gas flow path and the purge gas flow path are shared, but they may be divided into dedicated flow paths for each gas. Further, the pressure sensor is provided not only in the flow path for supplying the calibration gas or the purge gas to the exhaust gas introduction space. For example, a gas flow passage that communicates with the exhaust gas introduction space and reaches the base end portion located outside the flue in the sensor holder is separately provided, and calibration gas or purge gas is provided in the gas flow passage. You may not let it flow.
前記実施形態では前記センサホルダは前記内側管、前記仕切り管、前記外側管からなる三重管構造を有していたが、例えば内側管と外側管からなる二重管構造として構成してもよい。すなわち、前記内側管の内側をガスセンサの冷却空間とし、前記内側管と前記外側管との間を校正ガス流路にしてもよい。この場合には、前記内側管の厚みを前記外側管よりも厚くして断熱層としての機能を発揮するようにすればよい。このようなものであっても、前記校正ガス流路を流れる高温の排ガスが前記冷却空間に導入される冷却媒体によって冷却されにくくして水分の凝縮を防ぎ、硫酸等の酸性液体の発生を防ぐことができる。また、センサホルダは同軸の多重構造でなくてもよく、例えば外側管に対して内側管が偏心しているようにしてもよい。なお、ガス流通路である校正ガス流路の横断面形状についてはトーラス状に限られるものではなく、例え前記外側管と前記内側管の間において一部が閉塞してあり、ガス流通路の横断面形状がC字状等の部分円環状に形成されていてもよい。 In the embodiment, the sensor holder has a triple tube structure including the inner tube, the partition tube, and the outer tube, but may be configured as a double tube structure including the inner tube and the outer tube, for example. That is, the inside of the inner pipe may be used as a cooling space for the gas sensor, and the space between the inner pipe and the outer pipe may be used as a calibration gas flow path. In this case, the thickness of the inner tube may be made thicker than that of the outer tube so as to exhibit the function as a heat insulating layer. Even in such a case, the high-temperature exhaust gas flowing through the calibration gas flow path is less likely to be cooled by the cooling medium introduced into the cooling space, preventing the condensation of water and preventing the generation of acidic liquids such as sulfuric acid. be able to. Further, the sensor holder does not have to have a coaxial multiplex structure, and for example, the inner tube may be eccentric with respect to the outer tube. The cross-sectional shape of the calibration gas flow path, which is the gas flow path, is not limited to the torus shape, and for example, a part is blocked between the outer pipe and the inner pipe, and the cross section of the gas flow passage is crossed. The surface shape may be formed in a partial annular shape such as a C shape.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。 In addition, various embodiments may be modified or combined as long as they do not contradict the gist of the present invention.
200・・・排ガス分析装置
100・・・プローブデバイス
1 ・・・ガスセンサ
11 ・・・センサ部
12 ・・・本体部
2 ・・・センサホルダ
21 ・・・内側管
22 ・・・仕切り管
23 ・・・外側管
L1 ・・・排ガス導入空間
L2 ・・・校正ガス流路
L3 ・・・冷却空間
TB ・・・断熱層
3 ・・・圧力センサ
4 ・・・補正処理部
5 ・・・詰まり判定部
200 ・ ・ ・
Claims (9)
前記煙道からサンプリングされた排ガスが導入される排ガス導入空間と、
前記排ガス導入空間内に配置されて排ガスと接触するセンサ部を具備するガスセンサと、
前記煙道の内外を貫通するように設けられ、内部に前記ガスセンサを保持するセンサホルダと、
前記センサホルダに形成され、前記煙道の外側に配置された前記センサホルダの基端部から前記排ガス導入空間に至るガス流通路と、
前記ガス流通路、又は、前記煙道の外側において前記ガス流通路と連通する流路において、前記煙道を流れる排ガスの圧力変動をモニタリング可能な位置での圧力を測定する圧力センサと、
前記ガスセンサの出力を前記圧力センサの出力に基づいて補正する補正処理部と、を備え、
前記ガス流通路は、校正ガス流路又はパージガス流路の少なくとも一方を構成するプローブデバイス。 A probe device that samples the exhaust gas flowing through the flue.
The exhaust gas introduction space where the exhaust gas sampled from the flue is introduced, and
A gas sensor arranged in the exhaust gas introduction space and provided with a sensor unit that comes into contact with the exhaust gas,
A sensor holder that is provided so as to penetrate the inside and outside of the flue and holds the gas sensor inside.
A gas flow passage formed in the sensor holder and arranged outside the flue from the base end portion of the sensor holder to the exhaust gas introduction space.
A pressure sensor that measures the pressure at a position where the pressure fluctuation of the exhaust gas flowing through the flue can be monitored in the gas flow passage or the flow path communicating with the gas flow passage outside the flue.
A correction processing unit that corrects the output of the gas sensor based on the output of the pressure sensor is provided .
The gas flow path is a probe device that constitutes at least one of a calibration gas flow path and a purge gas flow path.
前記センサホルダ内に形成され、前記ガスセンサの本体部が収容されるとともに冷却媒体が導入される冷却空間をさらに備え、
前記冷却空間と前記ガス流通路との間に断熱層が形成されている請求項1記載のプローブデバイス。 The gas sensor further includes a main body portion held on the proximal end portion side of the sensor portion in the sensor holder.
It is further provided with a cooling space formed in the sensor holder to accommodate the main body of the gas sensor and to introduce a cooling medium.
The probe device according to claim 1, wherein a heat insulating layer is formed between the cooling space and the gas flow passage.
前記内側管の内部に前記冷却空間が形成され、
前記内側管と前記外側管との間に前記ガス流通路が形成される請求項2記載のプローブデバイス。 The sensor holder has a multi-tube structure including at least an inner tube and an outer tube.
The cooling space is formed inside the inner pipe, and the cooling space is formed.
The probe device according to claim 2 , wherein the gas flow passage is formed between the inner tube and the outer tube.
前記内側管の外側面と前記仕切り管の内側面との間の空間によって前記断熱層が形成されている請求項4記載のプローブデバイス。 The sensor holder further comprises a partition tube between the inner tube and the outer tube.
The probe device according to claim 4 , wherein the heat insulating layer is formed by a space between the outer surface of the inner tube and the inner surface of the partition tube.
前記ガス流通路が、前記内側管の外側面を全周に亘って囲むように形成されている請求項4記載のプローブデバイス。 When looking at the cross section of the sensor holder,
The probe device according to claim 4 , wherein the gas flow passage is formed so as to surround the outer surface of the inner tube over the entire circumference.
前記煙道と前記排ガス導入空間とを仕切るフィルタと、
前記圧力センサの出力の示す測定圧力値と、予め定められた基準値とに基づいて前記フィルタの詰まりの有無を判定する詰まり判定部をさらに備えた請求項1記載のプローブデバイス。 An exhaust gas introduction space in which at least a part is formed in the tip of the sensor holder protruding into the flue, the sensor portion of the gas sensor is accommodated, and exhaust gas is introduced from the flue.
A filter that separates the flue and the exhaust gas introduction space,
The probe device according to claim 1, further comprising a clogging determination unit for determining the presence or absence of clogging of the filter based on a measured pressure value indicated by an output of the pressure sensor and a predetermined reference value.
前記ガスセンサからの出力に基づいて前記煙道を流れる排ガスについて分析する分析装置本体とを備えた排ガス分析装置。 The probe device according to claim 1 and
An exhaust gas analyzer including an analyzer main body that analyzes the exhaust gas flowing through the flue based on the output from the gas sensor.
前記センサホルダに形成され、前記煙道の外側に配置された前記センサホルダの基端部から前記排ガス導入空間に至るガス流通路、又は、前記煙道の外側において前記ガス流通路と連通する流路において、前記煙道を流れる排ガスの圧力変動をモニタリング可能な位置に設けられた圧力センサの出力に基づいて、前記ガスセンサの出力を補正する、補正方法。 An exhaust gas introduction space into which the exhaust gas sampled from the flue gas is introduced, a gas sensor having a sensor unit arranged in the exhaust gas introduction space and in contact with the exhaust gas, and a gas sensor provided so as to penetrate the inside and outside of the flue gas. and a sensor holder for holding the gas sensor therein, a method of correcting the output of said gas sensor using a probe device for sampling the exhaust gas flowing through the flue,
A gas flow passage formed in the sensor holder and arranged outside the flue from the base end portion of the sensor holder to the exhaust gas introduction space , or a flow communicating with the gas flow passage outside the flue. A correction method for correcting the output of the gas sensor based on the output of a pressure sensor provided at a position where the pressure fluctuation of the exhaust gas flowing through the flue can be monitored on the road.
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