JPH0672053U

JPH0672053U - 酸素活量測定用の基準電極

Info

Publication number: JPH0672053U
Application number: JP1239193U
Authority: JP
Inventors: 昭浩小山; 敏和近藤; 勇黒田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ガラスの生産性向上及び品質の向上に寄与
し、構造が簡単であり安価な酸素活量測定用の基準電極
を提供する。【構成】保持用外管がその先端に絞り込んだ開口孔を
有し、酸素測定端子が前記開口孔より径の小さい測定部
と後端側に前記開口孔より径の大きい係止部を有してお
り、前記測定部が前記開口孔に嵌め込まれることにより
係止されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ガラス融液中の酸素活量の測定に用いられる基準電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、基準電極と測定電極とからなる酸素センサーを用いてガラス融液中の酸素活量を測定することが行われている。ガラスの製造過程において、ガラス融液中の酸素活量を知ることは、泡を減らしたり着色を安定化させる等の制御を行う上で、またガラス品質及び生産性を決定する上で極めて重要である。

【０００３】ところで、ガラス融液中に基準電極と測定電極を浸漬すると、基準電極を介して測定酸素濃度差による酸素濃淡電池ができるため、この間の起電力Ｅを測定して、Ｅの値と以下の式からガラス融液中の酸素活量を計算することができる。

【０００４】Ｅ＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ［Ａｏ₂（ガラス融液）／Ｐｏ₂（基準ガス）］〔１〕ここで、Ｒ：気体常数、Ｔ：ガラス融液の絶対温度、Ｆ：ファラデー常数、Ａｏ₂：ガラス融液の酸素活量、Ｐｏ₂：基準電極と接触している基準ガスの酸素分圧である。

【０００５】また、ガラス融液中の酸素活量を測定するための基準電極として、従来より種々の構造のものが開発されている。前記基準電極としては、例えばジルコニアにイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を添加してジルコニア内部に酸素空孔を導入することにより酸素イオン導電性を付与した安定化ジルコニア（以下「ＹＳＺ」という）が最も多く使用されているが、この他にジルコニアにカルシア（ＣａＯ）を添加した安定化ジルコニア（以下「ＣＳＺ」という）も使用されている。

【０００６】前記ＹＳＺまたはＣＳＺを基準電極に使用した従来の酸素センサーとしては、例えば図５に示す構造のものが知られている。

【０００７】すなわち、ガラス融液に対して耐食性を有するＹＳＺ製またはＣＳＺ製の酸素イオン導体（３２）と円筒状のアルミナ製外管（３３）とが、リン酸アルミセメント等の耐高温性を有する接合剤（３４）により接合され、基準電極（３１）を形成している。

【０００８】また、この基準電極（３１）内には長さ方向に３つの貫通孔が形成されたアルミナ製の保護管（３５）、及び白金製の電極（３８）に空気や酸素等の気体（４０）を供給するためのアルミナ製の導通管（３６）が配置され、前記３つの貫通孔には熱電対（３７）及び白金製の導線（３９）がそれぞれ挿通されている。さらに、前記導線（３９）は、その下端部において前記酸素イオン導体（３２）の内側底面に配設された電極（３８）に結線されている。

【０００９】また、前記ＹＳＺやＣＳＺを基準電極に用いたガラス融液の酸素センサーに関しては従来より種々の特許がなされており〔例えば、米国特許第４，３１３，７９９号（オーエンス・コーニング・ファイバーグラス社）等〕、また文献も数多く報告されている〔例えば、Ｐｈｙ．Ｃｈｅｍ．ＧｌａｓｓｅｓＶｏｌ２１．（４）１３３（１９８０）、Ｇｌａｓｔｅｃｈ．Ｂｅｒ．Ｖｏｌ５８（５）１３９（１９８５）、ｘｖＩ．Ｃ．Ｇ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ１ａ１５０（１９８９）等〕。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

図５に示す従来構造にあっては、まず酸素イオン導体（３２）の裏面側の底面に電極（３８）を配設し、次にこの電極（３８）に導線（３９）の先端部分を結線し、さらに導線（３９）と熱電対（３７）をそれぞれ保護管（３５）に挿通した後に、酸素イオン導体（３２）と外管（３３）とを接合剤（３４）により接合しなければならない。また、接合時に予備焼成が必要なため作業性が悪く、構造の複雑さに伴うコスト高のため実用的でなく、一般には使用が制限されている。

【００１１】本考案は、上記従来の問題点を考慮してなされたものであり、ガラスの生産性向上及び品質の向上に寄与し、構造が簡単であり安価な基準電極を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

すなわち本考案は、保持用外管とその先端に設けた酸素測定端子とを含む酸素活量測定用の基準電極であり、前記保持用外管がその先端に絞り込んだ開口孔を有し、前記酸素測定端子が前記開口孔より径の小さい測定部と後端側に前記開口孔より径の大きい係止部を有しており、前記測定部が前記開口孔に嵌め込まれることにより係止されていることを特徴とする酸素活量測定用の基準電極である。

【００１３】本考案においては、前記保持用外管内に気体を流通させる導通管が導電性の材料からなり、該導通管の下端部を前記酸素測定端子に接触させて電極とすることもできる。

【００１４】

【作用】

本考案の基準電極は、前述の構成としたものであるから、ガラス融液中へ酸素測定端子を一定時間浸漬することにより浸食された場合、あるいは組成の異なるガラス融液中の酸素濃度を連続して測定する場合等において、酸素測定端子を保持用外管から取り外すことにより交換が容易に行える。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の基準電極を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１６】図１（ａ）は、酸素測定端子の形状を円筒体とした本考案の基準電極の縦断面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、そして図２は酸素測定端子の形状を棒状体とした本考案の基準電極の縦断面図である。

【００１７】前記基準電極（１０）は、酸素測定端子（１）と保持用外管（２）から構成され、該保持用外管（２）内に熱電対（５）を挿通させた保護管（３）及び導通管（４）が配置されている。

【００１８】酸素測定端子（１）は、図１に示す下端側が閉じた円筒体、あるいは図２に示す棒状体からなり、係止部（１ａ）と測定部（１ｂ）が連続して形成されている。

【００１９】また、前記酸素測定端子（１）として、例えばジルコニアにＹ₂Ｏ₃を８モル％程度添加したＹＳＺ製のもの、あるいはジルコニアにＣａＯを１５モル％程度添加したＣＳＺ製のものが用いられる。なお、前記測定部（１ｂ）は例えば外径５〜１２ｍｍ程度、厚さ１〜１５ｍｍ程度（図１に示す筒状体の場合のみ）、長さ２０〜５０ｍｍ程度の大きさであり、前記係止部（１ａ）は例えば外径８〜２０ｍｍ程度であり、前記測定部（１ｂ）と前記係止部（１ａ）との外径差を３〜１０ｍ程度とするのが好ましい。

【００２０】他方、保持用外管（２）は円筒体からなり、図１に示すとおり下端に絞り込んだ開口孔（２ａ）を有している。また、前記保持用外管（２）として、例えばアルミナ、ムライト、シリマイト等のセラミック製のものが用いられ、中でも耐食性及び絶縁性に優れるアルミナ製が好ましい。なお、前記保持用外管（２）は例えば外径１０〜２０ｍｍ程度、厚さ１．５〜２．０ｍｍ程度の大きさであり、前記開口孔（２ａ）は例えば直径６〜１２ｍｍ程度の大きさである。

【００２１】保護管（３）は、長さ方向に２つの貫通孔（３ａ）（３ｂ）が形成されており、この貫通孔（３ａ）（３ｂ）中には下端に温度測定部（５ａ）を有する熱電対（５）が挿通されている。また、前記保護管（３）は、例えばアルミナ製のものが用いられる。

【００２２】導通管（４）は、少なくとも下端部（４ａ）において酸素測定端子（１）と接触しており、電極としての機能、及び空気等の気体（７）を酸素測定端子（１）裏面の先端部分に供給して、酸素濃度を一定に保つ機能を有する。供給される気体（７）は、導通管（４）の下端部（４ａ）と測定部（１ｂ）の間隙を通り抜け、保持用外管（２）の上端開口から排気される。なお、前記導通管（４）は白金、白金−ロジウム合金等の導電性を有する金属材料からなり、例えば外径２〜８ｍｍ程度、厚さ０．５〜１．５ｍｍ程度である。

【００２３】また、前記導通管（４）の下端部（４ａ）近傍は、図１においては酸素測定端子（１）の裏面に挿入されており、図２においては係止部（１ａ）の上端部分に接触している。なお、前記導通管（４）の下端部（４ａ）の形状を、図１（ｃ）に示すように略逆Ｖ字形とすれば、酸素測定端子（１）への気体（７）の供給時に圧損が少くなるので好ましい。

【００２４】また図示しないが、熱電対（５）を挿通させた保護管（３）を導通管（４）中に挿通させることもでき、前記構成とした場合にはガラス融液の温度をさらに厳密に測定することが可能である。

【００２５】本考案の基準電極を組み立てる場合は、まず保持用外管（２）に酸素測定端子（１）を測定部（１ｂ）側から挿入する。

【００２６】ここで、前記係止部（１ａ）の外径をＡ、測定部（１ｂ）の外径をＢ、開口孔（２ａ）の直径をＣ、及び保持用外管（２）の内径をＤとした場合、前記Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに対してＤ＞Ａ＞Ｃ＞Ｂの関係を満足するよう構成することにより、前記測定部（１ｂ）が前記開口孔（２ａ）を挿通し、係止部（１ａ）で係止保持される。なお、この際に酸素測定端子（１）と保持用外管（２）とを接合剤等で接合する必要はない。

【００２７】また図示しないが、前記酸素測定端子（１）を略逆截頭円錐体とした場合には、係止部（１ａ）と測定部（１ｂ）の間であって、開口孔（２ａ）の直径Ｄと略一致した外径を有する位置において、保持用外管（２）と係止保持される。

【００２８】次に、保持用外管（２）内に導通管（４）を挿入する。この場合、導通管（４）の先端部（４ａ）を測定部（１ｂ）の裏面に接触させる。なお、図２に示す酸素測定端子（１）では、導通管（４）の先端部（４ａ）を係止部（１ａ）の上端部分に接触させる。さらに、予め熱電対（５）を挿通させた保護管（３）を前記導通管（４）と並列して配置する。これにより、本考案の基準電極（１０）が完成する。

【００２９】図３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本考案の基準電極を測定電極と組み合わせた酸素活量測定センサーの正面図であり、同図（ａ）は一体型、同図（ｂ）は分離型を示している。

【００３０】図３（ａ）において、酸素活量測定センサー（１１）は基準電極（１０）の保持用外管（２）の下端部近傍にパイプ状を有する白金製の測定電極（１２）が嵌合されてなり、導通管（４）と測定電極（１２）は導線（６）（１３）を介して起電力指示・記録計（１４）に接続されて、この起電力指示・記録計（１４）により基準電極（１０）と測定電極（１２）との間の起電力を測定・記録することが可能である。

【００３１】また、同図（ｂ）に示す分離型の酸素活量測定センサー（１１）では、白金製の板状電極（１５）及びセラミック管（１６）からなる測定電極（１２）は、導線（１３）を介して、また導通管（４）は導線（６）を介してそれぞれ起電力指示・記録計（１４）に接続されている。

【００３２】なお、測定電極（１２）はこれらに限定されるものではなく、例えば多重巻の白金線やパイプ状の白金箔等であっても良く、要するにある程度の表面積を有する白金製の材料であれば良い。

【００３３】図４は、図３（ａ）の一体型の酸素活量測定センサーを用いた酸素活量測定装置を示す概略図である。

【００３４】酸素活量測定センサー（１１）は、溶解槽（２３）の天井部（２２）の孔（２２ａ）を貫通し垂下して設置されており、測定部（１ｂ）及び測定電極（１２）がガラス融液（２４）中に浸漬されている。また、酸素活量測定センサー（１１）は従来より公知の昇降装置（２０）により上下に昇降可能であり、ガラス融液（２４）中の挿入深さの調節も容易に行うことができる。

【００３５】（１９）は温度指示・記録計であって、熱電対（５）に接続されている。また、ポンプ（１７）は流量計（１８）に接続され、この流量計（１８）はホース（２１）を介して導通管（４）に接続されている。

【００３６】ガラス溶解炉を運転中、酸素活量の測定時には酸素活量測定センサー（１１）を昇降装置（２０）により下に移動させ、測定部（１ｂ）及び測定電極（１２）をガラス融液（２４）中に浸漬させる。そして、ポンプ（１７）から流量計（１８）を介して導通管（４）に気体（７）を連続的に供給し、基準電極（１０）内の酸素濃度を一定に保つ。供給された気体（７）は、導通管（４）の先端部（４ａ）と測定部（１ｂ）の間隙を通り、保持用外管（２）の上端開口から排気される。

【００３７】また、酸素活量を測定しない時は酸素活量測定センサー（１１）を昇降装置（２０）により上に移動させ、測定部（１ｂ）及び測定電極（１２）をガラス融液（２４）から引き抜いておく。

【００３８】また、昇降装置（２０）に図示しないタイマー等を接続して、前記酸素活量測定センサー（１１）の昇降を制御することにより、測定時間や測定間隔等を自動化することも可能である。さらに、酸素活量測定センサー（１１）を図示しない計算機に接続して、電力指示・記録計（１４）と温度指示・記録計（１９）の出力値を処理させることにより、前述の式〔１〕からガラス融液中の酸素活量を即時に知ることも可能である。

【００３９】このような本考案の基準電極を用いた酸素活量測定装置により、酸素活量の測定時のみ酸素活量測定センサーをガラス融液中に浸漬し、それ以外の時はガラス融液より上方の位置に配置しているため、従来に比較して酸素測定端子の性能を長期間保持することが可能である。

【００４０】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、構造が極めて簡素化されているため、ガラス融液中へ浸漬することにより浸食された酸素測定端子のみの交換を容易に行え、他の部品は再使用することが可能である。従って、低コストにて基準電極を得ることが可能となる。また、本考案の基準電極を用いることにより、ガラスの生産性向上及び品質の向上に寄与することが可能となる。

【提出日】平成５年３月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】また、前記酸素測定端子（１）として、例えばジルコニアにＹ₂Ｏ₃を８モル％程度添加したＹＳＺ製のもの、あるいはジルコニアにＣａＯを１５モル％程度添加したＣＳＺ製のものが用いられる。なお、前記測定部（１ｂ）は例えば外径５〜１２ｍｍ程度、厚さ１〜１．５ｍｍ程度（図１に示す筒状体の場合のみ）、長さ２０〜５０ｍｍ程度の大きさであり、前記係止部（１ａ）は例えば外径８〜２０ｍｍ程度であり、前記測定部（１ｂ）と前記係止部（１ａ）との外径差を３〜１０ｍｍ程度とするのが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本考案に係る基準電極の縦断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は導通管
の下端部近傍の正面図

【図２】本考案に係る基準電極の縦断面図

【図３】（ａ）は一体型の酸素活量測定センサー、
（ｂ）は分離型の酸素活量測定センサー

【図４】本考案に係る酸素活量測定装置の概略図

【図５】従来の基準電極の縦断面図

【符号の説明】

１酸素測定端子１ａ係止部１ｂ測定部２保持用外管２ａ開口孔３保護管４導通管４ａ先端部５熱電対５ａ温度測定部６導線７気体１０基準電極１１酸素センサー

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】保持用外管とその先に設けた酸素測定端
子とを含む酸素活量測定用の基準電極において、前記保
持用外管がその先端に絞り込んだ開口孔を有し、前記酸
素測定端子が前記開口孔より径の小さい測定部と後端側
に前記開口孔より径の大きい係止部を有しており、前記
測定部が前記開口孔に嵌め込まれることにより係止され
ていることを特徴とする酸素活量測定用の基準電極。
【請求項２】前記保持用外管内に気体を流通させる導
通管が導電性の材料からなり、該導通管の下端部を前記
酸素測定端子に接触させて電極とした請求項１に記載の
酸素活量測定用の基準電極。