JPH068549Y2 - 酸素検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、炉内または排ガス処理装置内等のダストの
多いガス中の酸素濃度を検出する酸素検出器に関する。

（従来の技術） 従来、ガス校正が可能な酸素検出器として、例えば、特
開昭57-51898号に示されるようなものが提案されてい
る。

上記公報に示されている酸素検出器の概略構成は、第４
図に示すようになっている。

有底円筒状の酸素イオン伝導性固体電解質（以下単に
「固体電解質」と称す）４の閉塞端部の内外面に、外部
電極２と内部電極３を固着して、この固体電解質４を、
金属製の保護管体１の内部に収納してある。

固体電解質４の中空部分には、基準ガスを導入するため
の基準ガス導入管18が挿入されている。１４は、その連
結管である。

又、固体電解質４の先端から若干の距離を置いた位置
に、小孔を多数有する衝立板22が、保護管体１の内部に
設けられており、この衝立板22によって保護管体１の内
部が仕切られて、ガスチャンバ21が形成されている。

そして、酸素濃度検出時には，基準ガス導入管18へ基準
ガスを送入することで、内部電極３を基準ガスに曝し、
外部電極２は、衝立板22を介してガスチャンバ21内に流
入して来る被測定ガス（排ガス等）に曝す。この状態
で、外部電極２と内部電極３に導通するリード線10,11
を介して出力される電気的出力を測定することで、被測
定ガス内の酸素濃度を検出する。

他方、酸素検出器の検出出力の校正を行う場合には、保
持金具12と取付座７の間に設けられた校正ガス送入管23
から校正ガス（所定濃度に調整されたガス）を送入し、
ガスチャンバ21内に充満させる。内部電極３には、基準
ガスを供給しておく。この状態で検出出力を測定し、そ
の校正を行う。

また、衝立板22の目詰まりや、固体電界質４の外面に付
着したダストを排除するために、空気流によって、ダス
トを吹き飛ばす（エアパージ）ようにしている。このエ
アパージは、ガスコンデンサ24およびモータバルブ17を
介して取付座７に形成されているパージ用ガス導入孔８
から空気を吸入することによって行われる。

すなわち、酸素検出器が取付けられる炉内が負圧となっ
ている状態で、モータバルブ17を開くことで、空気が吸
入され、ガスチャンバ21内を勢い良く流れる。

なお、上記衝立板22は、校正時に、校正ガスがガスチャ
ンバ21内に滞溜し易いようにするために設けられてい
る。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の酸素検出器における校正の方
法には、以下に示すような問題点が存在する。

付着したダストの除去をするには、一度に大量のエア
を吹き付ける必要が有り、この大量のエアにより固体電
解質が熱衝撃により破損することがある。

上記欠点を解決する為短い頻度にて少量のパージ用ガ
スを吹き付ける必要があった。

また、上記熱衝撃を防止するための酸素検出器に供給
するエアをヒータ等で、予熱する必要があり、このヒー
タ等の付帯設備を要した。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本考案は、保護管体に、
該保護管体と酸素イオン伝導性固体電解質との間にパー
ジ用ガスを外部から導入するパージ用ガス導入孔を有す
る酸素検出器において、前記保護管体と前記酸素イオン
電導性固体電解質との間に、前記パージ用ガス導入孔か
ら流入したパージ用ガスに接触して流体抵抗となる羽根
を設けたものである。

（作用） 本考案は、上記羽根を設けたことにより、パージ用ガス
が大量に保護管体内に導入されても、羽根の流体抵抗に
より、パージ用ガスが、測定中に高温に加熱された固体
電解質の先端部に到達するまでの時間が長くなり、ま
た、羽根に蓄積された熱により、パージ用ガスが固体電
解質先端部に到達するまでに予熱されるため、固体電解
質に熱衝撃を与えることがなくなる。

（実施例） 本考案の一実施例の構成を第１図に示す。なお、図中に
おいて、前記第４図に示した従来例と同一構成部分に
は、同一符号を付してある。

本実施例の酸素検出器100は、前記第４図に示した従来
例における酸素検出器と同様に固体電解質４を保護管体
１に収容してなるものである。

そして、前記従来例にはあった校正ガス送入管23が本実
施例にはない。また、前記従来例において基準ガス導入
管18であった部分がガス導入管52になっている。

さらに、前記従来例にはあった衝立板22が本実施例には
なく、固体電解質４の外面と保護管体１の内面との間に
は、スパイラル状の羽根６が設けられている。この羽根
６は、固定管５の外周に形成された状態のものを、固体
電解質４の外周に圧入嵌合させて固定する。

第２図に、上記酸素検出器100の横断面図を示してあ
る。本実施例てば、４枚の羽根6A,6B,6C,6Dを90°の間
隔で配置し、これらの羽根を螺旋状に巻いてある。但
し、この羽根６の枚数は、４枚に限定されるものではな
い。

そして、パージ用ガス導入孔８には、基準ガス送通管40
が接続されており、ガス導入管52には、連結管14と、２
股に分岐した連結管16を介して、基準ガス送通管41と、
校正ガス送通管42が接続されている。

基準ガス送通管40,41は基準ガスとして空気（エア）が
送り込まれるようになっており、大気中に開口された状
態、あるいは、エアポンプに連結された状態になってい
る。この基準ガスは、パージ用ガスとしても用いられ
る。また、校正ガス送通管42は、校正ガスボンベに接続
されている。

上記基準ガス送通管40の管路には、モータバルブ17が設
けられており、基準ガス送通管41の管路と校正ガス送通
管42の管路には、電磁バルブ25,26が設けられている。
これらのモータバルブ17と電磁バルブ25,26は、バルブ
コントローラ31によって電気信号S₁,S₂,S₃により開閉動
作がコントロールされる。

測定装置32は、リード線10,11から出力される酸素検出
器100の検出出力S₅,S₆を入力して、酸素濃度の測定およ
び検出出力の校正を行う。また、バルブコントローラ31
へバルブの切換指令信号S₄を与える。

なお、上記酸素検出器100において、取付座７は、フラ
ンジ状であることが好ましく、パージ用ガス導入孔８は
一箇所のみならず、複数箇所に設けても良い。また、固
定管５の図中右端部が保持金具12に固定されており、リ
ード線10,11は、固定管５の端部より突出するように構
成されている。保持金具12、固定金具13は、保護管体１
とは別体の金属製ボックス９内に収容されており、ボッ
クス９は蓋15により塞がれている。

固定管５は、保持金具12に気密に取付けられ、さらに、
この保持金具12は、ボックス９に気密に取付けられてい
る。このように、保持金具12をボックス９に取付けるこ
とにより、固体電解質４が保護管体１内に収納される構
成になっている。

ガス導入管52は、固定金具13によって固定され、有底円
筒形固体電解質４の中空内部に挿入され、保持されてい
る。このガス導入管52の開口端は、内部電極３の近傍に
位置している。

以上のように構成された本実施例の動作を以下に説明す
る。

先ず、酸素検出器100が取付けられた炉内の酸素濃度を
測定する場合には、測定装置32に、外部スイッチの操作
によって測定動作を指示する。

これにより、測定装置32から、バルブコントローラ31
へ、指令信号S₄が発せられ、バルブコントローラ31は、
モータバルブ17と電磁バルブ26を閉じ、電磁バルブ25を
開くように信号S₁〜S₃を出力する。

従って、酸素検出器100の外部電極２の周囲には、保護
管体１の開口から流入する被測定ガス（炉内のガス）が
流入し、内部電極３には、ガス導入管52を介して基準ガ
スが供給される。

この状態で検出出力S₅,S₆を測定装置32が入力して、酸
素濃度を測定する。

他方、校正時には、ダストを排除するためのパージ動作
も同時に行う。すなわち、測定装置32へ校正動作を指示
することにより、バルブコントローラ31へ指令信号S₄が
送られて、バルブコントローラ31は、モータバルブ17と
電磁バルブ26を開き、電磁バルブ25を閉じるように信号
S₁〜S₃を出力する。

従って、酸素検出器100の外部電極２の側には、パージ
用ガス導入孔８から、炉内の負圧によって基準ガスが吸
引されて流入して来る。また、内部電極３には、ガス導
入管52を介して校正ガスが供給される。

上記パージ用ガス導入孔８から流入する基準ガス、すな
わち空気は，羽根６によって固定電解質４の周囲を回り
ながら流れることで、外部電極２の付近へ到達するまで
に、羽根６や保護管体１の持つ熱によって暖められるた
め、固体電解質４に熱衝撃を与えることがない。

また、パージ用ガス導入孔８から流入する空気の量と速
度は、大量かつ高速であるため、固体電解質４や外部電
極２等に付着したダストを吹き飛ばすためのエアパージ
用のガスとして、上記基準ガスのガス流を利用できる。

そして、本実施例の酸素検出器100は、衝立板を有して
いないため、第４図に示した従来例のように、衝立板22
の目詰りを生じることがない。

さらに、上記校正時に流入させる基準ガスを、炉内の負
圧によって吸引させるようにした場合には、従来例のよ
うな、ガスコンデンサや圧縮空気用の配管設備が不要に
なる。

そして、上記外部電極２に基準ガスが十分に接し、かつ
内部電極３に校正ガスが供給されたときの検出出力S₅,S
₆を測定装置32で測定して、校正を行う。

この時、入力される検出出力S₅,S₆の極性は、前記酸素
濃度の測定時の検出出力S₅,S₆の極性とは逆になってい
るため、測定装置32内で、校正時には、検出出力S₅,S₆
の入力路を交換したり、あるいは、演算器内の演算や反
転回路を用いたりして極性を酸素濃度測定時と同一の状
態に修正する。

なお、上記羽根６は、固定管５の周囲を５回以上回る程
度に巻回するのが好ましい。そして、この羽根６は、ス
パイラル状でなくとも良く、例えば、第３図に示すよう
に、円板34を複数枚、固定管５に取付け、これらの円板
34に、開口位置が交互になるように通孔35を形成し、流
れるガスが直進しないようにした構造（ガス流を図中に
破線矢印で示す）の羽根も効果的である。

また、上記羽根６は、パージ用ガス導入孔８の直下部分
から、外部電極２の直前までの間に設けることが望まし
い。

さらに、羽根６のピッチは、測定ガスの温度が低い場合
は小さくし、温度が高い場合には大きくすると良い。例
えば、取付座７から固体電解質４の先端までの長さが、
約１ｍの場合には、表１のようにピッチを設定すること
が望ましい。

また、上記羽根６のピッチは、上記表１に従って決定す
る他、約25℃のパージ用ガスが、外部電極２に到達する
ときに約150℃〜200℃に予熱されるように決めることも
好ましい。

さらに、上記実施例では、酸素検出器として、衝立板22
のない例を示したが、本考案は、これに限定されず、衝
立板22の在るものであっても適用可能である。

また、本考案は、酸素検出器として、有底円筒状の固体
電解質４を基体としているものを用いた例を示したが、
これに限定されることはなく、例えば、特開昭59-13115
8号に示されるような長手形状の固体電解質を基体とし
ているものを用いた酸素検出器であっても良い。

（考案の効果） 以上詳細に説明したように、本考案は、保護管体と酸素
イオン伝導性固体電解質との間にパージ用ガスを外部か
ら導入するパージ用ガス導入孔を設けてなる酸素検出器
において、前記保護管体と前記酸素イオン伝導性固体電
解質との間に、前記パージ用ガスに接触して流体抵抗と
なる羽根を設けたことによって、パージ用ガスが大量に
保護管体内に導入されても、羽根の流体抵抗により、パ
ージ用ガスが、測定中に高温に加熱された固体電解質の
先端部に到達するまでの時間が長くなり、また、羽根に
蓄積された熱により、パージ用ガスが固体電解質先端部
に到達するまでに予熱されるため、固体電解質に熱衝撃
を与えることがなくなる。

また、これにより、本考案は、一度に大量のパージ用ガ
スを導入することができるため、パージを行う頻度を削
減でき、測定を中断する回数を減らすことができる。

さらに、従来必要であった、パージ用ガスの予熱のため
のヒータ等の付帯設備が不要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面をその周辺装置とと
もに示す構成図、 第２図は第１図中の酸素検出器の横断面図、 第３図は同酸素検出器に設ける羽根の他の例を示す縦断
面図、 第４図は従来例の構成図である。 １……保護管体、２……外部電極 ３……内部電極、４……固体電解質 ６……羽根、８……パージ用ガス導入孔 40,41……基準ガス送通管 42……校正ガス送通管、52……ガス導入管入孔 100……酸素検出器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を閉じた中空の酸素イオン伝導性固体
   電解質の閉塞端部の、外面に酸素濃度検出時に被測定ガ
   スに曝される外部電極、内面に内部電極を設け、この酸
   素イオン伝導性固体電解質の外周面を保護管体で包囲し
   てなり、かつ前記酸素検出器の保護管体に、該保護管体
   と前記酸素イオン伝導性固体電解質との間にパージ用ガ
   スを外部から導入するパージ用ガス導入孔を設けてなる
   酸素検出器において、 前記保護管体と前記酸素イオン電導性固体電解質との間
   に、前記パージ用ガス導入孔から流入したパージ用ガス
   に接触して流体抵抗となる羽根を設けたことを特徴とす
   る酸素検出器。