JPH10123095A - 水素炎イオン化検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 相対応答感度が良好で、測定精度の高い水素
炎イオン化検出器を提供する。 【解決手段】 水素炎イオン補集コレクタ６の主要部の
形状を棒状とする。また、ベース部材１に水素炎イオン
補集コレクタ６の一端側を固定する一端側固定手段９を
配設し、かつ、燃焼室本体２に水素炎イオン補集コレク
タ６の他端側を固定するための他端側固定手段１１を配
設するとともに、ベース部材１と燃焼室本体２とが一定
の位置関係で結合、固定されるようにして、分解組立時
に、しかるべき相対応答感度を得ることが可能な所定の
位置に水素炎イオン補集コレクタ６を繰り返して確実に
配設できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の排気ガス
中に含まれる炭化水素ガス（例えばメタン、エタン、プ
ロパン）などの分析に用いられる水素炎イオン化検出器
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】炭化水
素ガスなどの分析に用いられる水素炎イオン化検出器と
しては、例えば、図４に示すような水素炎イオン化検出
器が知られている。この水素炎イオン化検出器は、サン
プルガス導入流路３１、水素ガス導入流路３２、及びサ
ンプルガスと水素ガスの混合ガスを燃焼室３３に供給す
るための混合ガス供給流路３４、燃焼用空気導入流路３
５が配設された基台（ベース部材）３６と、基台３６上
に配設された燃焼室３３と、絶縁部材３９を介して基台
３６に固定された、燃焼室３３内に混合ガスを噴射する
ための混合ガス供給ノズル（ガス噴射ノズル）３７と、
耐熱絶縁部材４０を介して燃焼室３３内に配設された円
筒形状の測定用コレクタ（水素炎イオン補集コレクタ）
４１とを備えて構成されている。

【０００３】上記のように構成された水素炎イオン化検
出器は、測定しようとする炭化水素の炭素数に比例した
応答を示すという特徴を有しており、排ガスの分析など
に広く使用されている。

【０００４】ところで、上記水素炎イオン化検出器を用
いて自動車排ガスの分析を行なう場合、プロパンを基準
としたときのメタンの相対応答は一般的に誤差が大き
く、汚染物質として評価されるノン・メタン（全炭化水
素−メタン）の計測にあたって大きな誤差要因になると
いう問題点がある。

【０００５】これは、上記従来の水素炎イオン化検出器
においては、水素炎イオン補集コレクタの形状が、例え
ば、上記の円筒形状の水素炎イオン補集コレクタ４１な
どに代表されるように、補集面積を大きくとり、かつ、
炎にできるだけ近接して配設することにより検出器出力
の増大とダイナミックレンジの拡大を図ろうとして、相
対応答をある程度犠牲にしていること、燃焼条件などの
調整により相対応答感度を改善しようとすると燃焼条件
が理想状態から離れてしまうことなどの理由による。

【０００６】そのため、従来は、相対応答感度を改善す
る方法として、混合ガス供給ノズル及び燃焼室の口径、
燃焼用空気量、助燃ガスとサンプルガスの流量比などを
調整する方法、炎の形状や燃焼条件を変化させる方法な
どの種々の方法がとられてきたが、必ずしも十分な効果
を得ることができていないのが実情である。また、混合
ガス供給ノズルを加熱する方法もあるが、加熱手段など
の付加機構が必要となり、構造の複雑化やコストの上昇
を招くという問題点がある。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、相対応答感度が良好で、測定精度の高い水素炎イオ
ン化検出器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の水素炎イオン化検出器は、ベース部材と、
前記ベース部材上に配設された燃焼室本体とを備えてな
り、サンプルガスに水素ガスを混合した混合ガスを燃焼
用空気の存在下で燃焼させる燃焼室と、前記混合ガスを
前記燃焼室内に供給するための混合ガス供給ノズルと、
前記混合ガスの燃焼により生じる水素炎イオンを補集す
る水素炎イオン補集コレクタとを備えてなる水素炎イオ
ン化検出器であって、前記水素炎イオン補集コレクタの
少なくとも主要部の形状を棒状としたことを特徴として
いる。

【０００９】水素炎イオン補集コレクタの主要部の形状
を棒状とすることにより、その形状を、相対応答感度を
向上させることが可能な形状に調整することが可能にな
るため、複雑な構成を必要とすることなく、燃焼条件を
理想状態に保ちつつ相対応答感度を改善して、測定精度
を向上させることが可能になる。なお、本発明におい
て、「水素炎イオン補集コレクタの少なくとも主要部の
形状を棒状とした」とは、水素炎イオン補集コレクタの
主要部が、断面が円形の丸棒状の材料、断面が三角形
状、四角形状、あるいはそれ以上の多角形状の角棒状の
材料、さらには細板状の材料などを用いて形成されてい
ることを意味する概念であり、その主たる部分が上述の
ような棒状の材料で形成されている場合はもちろん、全
体が棒状の材料で構成されている場合も含む広い概念で
ある。

【００１０】また、本発明の水素炎イオン化検出器は、
前記水素炎イオン補集コレクタを、所定の相対応答感度
を得ることが可能な位置に配設することができるよう
に、前記燃焼室の内部底面を構成するベース部材に前記
水素炎イオン補集コレクタの一端側を固定する一端側固
定手段を配設し、かつ、前記燃焼室本体に前記水素炎イ
オン補集コレクタの他端側を固定するための他端側固定
手段を配設するとともに、前記ベース部材と前記燃焼室
本体とが一定の位置関係で結合、固定されるようにした
ことを特徴としている。

【００１１】このように、ベース部材に水素炎イオン補
集コレクタの一端側固定手段を配設し、燃焼室本体に水
素炎イオン補集コレクタの他端側固定手段を配設すると
ともに、ベース部材と燃焼室本体とが一定の位置関係で
結合、固定されるようにした場合、水素炎イオン化検出
器の分解組立時に、水素炎イオン補集コレクタが確実に
所定の位置に配設されることになり、分解組立後の再現
性が向上し、信頼性をさらに向上させることが可能にな
る。なお、ベース部材と燃焼室本体とが一定の位置関係
で結合、固定されるようにする方法としては、例えば、
燃焼室本体とベース部材をくみあわせる際に用いられる
ビスを挿入するビス穴や、部材の取り付け穴を所定の位
置に配設しておき、ビスや部材をビス穴や取り付け穴に
挿入することにより両者の位置関係が定まるようにする
方法など、公知の種々の方法を適用することが可能であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示し
てその特徴とするところをさらに詳しく説明する。

【００１３】図１は水素炎イオン化検出器の構造を模式
的に示す断面図、図２は本発明の一実施形態にかかる水
素炎イオン化検出器の構成を示す分解斜視図、図３は動
作原理を説明するための概略構成図である。

【００１４】図１及び図２に示すように、この水素炎イ
オン化検出器は、ベース部材１と、ベース部材１の一部
をなす絶縁板１ａ上に配設された燃焼室本体２から形成
された、サンプルガスと水素ガスの混合ガスを燃焼用空
気の存在下で燃焼させる燃焼室４と、混合ガスを燃焼室
４内に供給するための混合ガス供給ノズル５と、混合ガ
スの燃焼により生じる水素炎イオンを補集するための水
素炎イオン補集コレクタ６と、電極７と、混合ガス供給
ノズル５と電極７を接続するように配設されたコンタク
ト１６とを備えて構成されている。なお、ベース部材１
には、特に図示しないが、サンプルガスを導入するため
のサンプルガス導入流路、水素ガスを導入するための水
素ガス導入流路、サンプルガスと水素ガスの混合ガスを
燃焼室４に供給するための混合ガス供給流路などが配設
されている。また、上記の電極７は高圧線８に接続され
ており、さらに、燃焼室４には、図２に示すように、イ
グナイタ１２及びフレームデテクタ１３が配設されてい
る。

【００１５】そして、この水素炎イオン化検出器におい
ては、水素炎イオン補集コレクタ６が丸棒状の導電材料
（例えば、ステンレス鋼、銅、白金など）から形成され
ており、所定の相対応答感度が得られるように、その途
中の２ヵ所で略直角に曲折した形状が付与されている。

【００１６】そして、この水素炎イオン補集コレクタ６
の下端部は、ベース部材１の一部をなす絶縁板１ａに設
けられた一端（下端）側固定手段９によりベース部材１
に固定されている。なお、この下端側固定手段９は、水
素炎イオン補集コレクタ６の下端部が挿入される挿入穴
９ａと、挿入穴９ａを下面側にまで貫通した水素炎イオ
ン補集コレクタ６の下端部をねじ止めするためのナット
９ｂを備えて構成されている。なお、水素炎イオン補集
コレクタ６の下端部は前記ナット９ｂと螺合するように
ねじが切られている。

【００１７】また、水素炎イオン補集コレクタ６の上端
部には、水素炎イオン補集コレクタ６を所定の位置に固
定するための位置決め軸１７が取り付けられており、こ
の位置決め軸１７が、燃焼室本体２の上端面（天板）側
に設けられた他端（上端）側固定手段（コレクタ保持
具）１１により固定されている。なお、上記位置決め軸
１７の外周にはコレクタ保持具１１のねじ穴１１ａに形
成されたねじ溝に螺合するようにねじ１７ａが切られて
いる。なお、水素炎イオン補集コレクタ６を燃焼室内に
配設、固定するにあたっては、まず、水素炎イオン補集
コレクタ６を下端側固定手段９によりベース部材１に固
定した後、燃焼室本体２の上端面側の穴２ａからコレク
タ保持具１１を挿入し、そのねじ穴１１ａに位置決め軸
１７のねじ１７ａを螺合させることにより両者を締結す
る。

【００１８】上記のように構成された水素炎イオン化検
出器により炭化水素ガスの分析を行なう場合、図３に示
すように、サンプルガスと水素ガスの混合ガスが混合ガ
ス供給ノズル５から燃焼室４に供給され、燃焼する。な
お、この水素炎イオン化検出器においては、特に図示し
ていないが、助燃のための空気が混合ガス供給ノズル５
の周囲から分散供給されるように構成されている。

【００１９】そして、サンプルガスに含まれる炭化水素
は、水素炎１４の熱エネルギーによりイオン化され、水
素炎１４の近傍に配設された水素炎イオン補集コレクタ
６に補集される。水素炎イオン補集コレクタ６では、イ
オンの放電によって電子の授受が生じ、イオン電流が発
生する。そして、このイオン化電流を、信号増幅器１５
により増幅し、電圧に変換して検出することにより炭化
水素ガスの分析が行なわれる。

【００２０】上記のように構成された水素炎イオン化検
出器によれば、水素炎イオン補集コレクタ６が棒状であ
ることから、従来のように円筒形状の水素炎イオン補集
コレクタなどに代表されるように、補集面積を大きくと
り、かつ、炎にできるだけ近接して配設するように構成
された水素炎イオン補集コレクタを用いた水素炎イオン
化検出器に比べて、複雑な構成を必要とすることなく、
燃焼条件を理想状態に保ちつつ相対応答感度を改善し
て、測定精度を向上させることができる。

【００２１】また、この実施形態の水素炎イオン化検出
器においては、燃焼室４の内部底面を構成するベース部
材１の一部をなす絶縁板１ａに、水素炎イオン補集コレ
クタ６の下端側を固定する下端側固定手段９を配設し、
かつ、燃焼室本体２に、水素炎イオン補集コレクタ６の
上端側を固定するための上端側固定手段１１を配設する
とともに、水素炎イオン補集コレクタ６の下端部をベー
ス部材１の一部をなす絶縁板１ａの挿入穴９ａに挿入
し、ナット９ｂで固定するようにしているので、水素炎
イオン化検出器の分解組立時に、水素炎イオン補集コレ
クタ６を燃焼室４内の所定の位置に繰り返して確実に配
設することが可能になり、分解組立後の再現性を高めて
信頼性をさらに向上させることが可能になる。

【００２２】なお、上記実施形態においては、丸棒状の
水素炎イオン補集コレクタを用いた場合を例にとって説
明したが、水素炎イオン補集コレクタとしては、丸棒状
のものに限らず、断面が三角形状、四角形状、あるいは
それ以上の多角形状の角棒状の材料、さらには細板状の
材料などを用いて形成したものなどを用いることが可能
である。また、上記実施形態では、２ヵ所で略直角に曲
折させた形状の水素炎イオン補集コレクタを用いた場合
を例にとって説明したが、水素炎イオン補集コレクタの
具体的な形状はこれに限られるものではなく、その他の
種々の形状とすることが可能である。また、上記実施形
態では、分離可能な絶縁板がベース部材の一部をなして
いる場合を例にとって説明したが、絶縁板が分離できな
いように一体化された構成を有するベース部材を用いる
ことも可能である。

【００２３】また、水素炎イオン補集コレクタの構成材
料、水素炎と水素炎イオン補集コレクタの具体的な位置
関係、燃焼室の形状、混合ガス供給ノズルの具体的な配
設位置、水素炎イオン補集コレクタを固定するための一
端側及び他端側固定手段の具体的な構成などに関し、発
明の要旨の範囲内において、種々の設計変更を施すこと
ができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の水素炎イオン化
検出器は、水素炎イオン補集コレクタの少なくとも主要
部の形状を棒状としているため、従来のように円筒形状
に代表されるように補集面積を大きくとることができる
ように、円筒形状などの形状を有し、かつ、炎にできる
だけ近接して配設するように構成された水素炎イオン補
集コレクタを用いた水素炎イオン化検出器に比べて、複
雑な構成を必要とすることなく、燃焼条件を理想状態に
保ちつつ相対応答感度を改善して、測定精度を向上させ
ることができる。

【００２５】また、ベース部材に水素炎イオン補集コレ
クタの一端側固定手段を配設し、燃焼室本体に水素炎イ
オン補集コレクタの他端側固定手段を配設するととも
に、ベース部材と燃焼室本体とが一定の位置関係で結
合、固定されるようにした場合、水素炎イオン化検出器
の分解組立時の分解組立後の再現性が向上し、信頼性を
さらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる水素炎イオン化検
出器の構造を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる水素炎イオン化検
出器の構成を示す分解斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる水素炎イオン化検
出器の動作原理を説明するための概略構成図である。

【図４】従来の水素炎イオン化検出器の一例を示す正面
断面図である。

【符号の説明】

１ ベース部材 １ａ 絶縁板 ２ 燃焼室本体 ４ 燃焼室 ５ 混合ガス供給ノズル ６ 水素炎イオン補集コレクタ ７ 電極 ８ 高圧線 ９ 一端（下端）側固定手段 ９ａ 挿入穴 ９ｂ ナット １０ 信号線 １１ 他端（上端）側固定手段（コレクタ保持具） １１ａ ねじ穴 １２ イグナイタ １３ フレームデテクタ １４ 水素炎 １５ 信号増幅器 １６ コンタクト １７ 位置決め軸 １７ａ ねじ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 健一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 服部 昌 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 谷沢 明 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 豊原 和之 京都市伏見区下鳥羽城ノ越町７ 株式会社 ファームテック内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース部材と、前記ベース部材上に配設さ
   れた燃焼室本体とを備えてなり、サンプルガスに水素ガ
   スを混合した混合ガスを燃焼用空気の存在下で燃焼させ
   る燃焼室と、 前記混合ガスを前記燃焼室内に供給するための混合ガス
   供給ノズルと、 前記混合ガスの燃焼により生じる水素炎イオンを補集す
   る水素炎イオン補集コレクタとを備えてなる水素炎イオ
   ン化検出器であって、 前記水素炎イオン補集コレクタの少なくとも主要部の形
   状を棒状としたことを特徴とする水素炎イオン化検出
   器。
2. 【請求項２】前記水素炎イオン補集コレクタを、所定の
   相対応答感度を得ることが可能な位置に配設することが
   できるように、 前記燃焼室の内部底面を構成するベース部材に前記水素
   炎イオン補集コレクタの一端側を固定する一端側固定手
   段を配設し、かつ、前記燃焼室本体に前記水素炎イオン
   補集コレクタの他端側を固定するための他端側固定手段
   を配設するとともに、 前記ベース部材と前記燃焼室本体とが一定の位置関係で
   結合、固定されるようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の水素炎イオン化検出器。