JPS59212756A - ガス分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、被測定ガスをプロセスの外部に導き出して
ガス分析を行なうのではなくて、被測定ガスが流動して
いるプロセス内に直接分析装置のセンサ部を挿入してガ
ス分析を行なう、ガス採取管とセンサとが局部的にまと
められた直接挿入形ガス分析装置に関するもので、特に
特別なガス吸引装置等を必要としない上に、除塵効果の
大きい自刃還流形のガス採取管を備えたガス分析装置に
関する。

〔従来技術とその問題点〕

被測定ガス中の所定成分を分析する分析装置には、一般
に、被測定ガスをこれが存在するプロセスから外部に導
き出してこのガスに含まれている塵埃や水分等を除去し
、さらにこのガスの温度や圧力等を調整してセンサ部に
導く方式のものと、被測定ガスの存在するプロセス中に
直接分析装置のセンサ部を挿入する方式のものとがある
。後者の方式は直接挿入形ガス分析装置と呼ばれるもの
で、このような方式の分析装置には、前者の方式におけ
るようなプロセスから被測定ガスを導出するための配管
やそのガスの温度等の状態を調整するための諸装置を必
要としない所から、安価に製作できる特徴がある。この
ため直接挿入方式は従来、ジルコニアのような固体電解
質素子を用いた酸素ガス分析装置に多用されていて、第
１図はこのような従来の酸素ガス分析装置の一実施例の
概略縦断面図である。図示のように、この分析装置は一
端にフランジ１ａを備えたガス採取管１と、た他端Ｉｏ
側が被測定ガス３の存在する煙道４内にその壁５を貫通
して挿入されてフランジ１ａによって煙道壁５に気密に
固定され、センサ２はその感知部２ａがフランジ１ａ側
からガス採取管１内のほぼ中央部に挿入され、このセン
サ２に設けたフランジ２ｂによってフランジ１ａに気密
に固定されている。矢印は被測定ガス３の流動方向を示
すもので、この場合ガス採取管１は煙道４内を流れる被
測定ガス３の流動方向に対してほぼ垂直に固定されてい
る。６はガス採取管１内の管端１ｂからセンサ２の感知
部２ａ附近までの空所を、被測定ガス３の流れに対して
上流側と下流側とに部分するようにその採取管内に固定
した仕切板で、６ａはその仕切板６が管端１ｂがらさら
に煙道４の内方に突出させられて管端１ｂにおいて被測
定ガス３の上流側に折り曲げられた舌状部、ｌｂｌは管
端１ｂの仕切板６よりも被測定ガス３の上流側の部分で
、この部分１ｂｌはこの管端のなす平面の被測定ガス３
の上流方向に対する角度θが鋭角になるように形成され
ている。このガス分析装置は上述のように構成されてい
るので、図示のように上方から１方に流れてきた被測定
ガス３は舌状部６ａおよびその附近の仕切板６に衝突し
て流動方向が右に曲げられて開口した管端１ｂｌからガ
ス採取管１のに流側管壁ＩＣと仕切板６との間の空所に
流入し、べらに仕切板６のセンサ２側の端部で折り返し
て仕切板６とガス採取管１の下流側管壁１ｄとの間の空
所を通った後、開口した管端１ｂにおける仕切板６より
も被測定ガス３の下流側の部分］ｂ２から煙道４内に流
出する。この場合センサ２の感知部２ａの先端は仕切板
６のセンサ２側の端部に対向するように配設されている
ので、被測定ガス３がこの端部を折り返す際感知部２ａ
の先端に衝突する。感知部２ａの先端はジルコニアで構
成されていて、この部分には図示していないが外面およ
び内面に電極が設けられており、さらに内面電極部には
図示していない手段によって基準ガスが導かれているの
で、前記の衝突によって被測定ガス３が外面電極部に接
触するとこの両電極間に各電極部に接触しているガス中
の酸素濃度の差に応じた電圧が発生する。したがってこ
の分析装置では前記の発生電圧を端子箱２Ｃからセンサ
２の外部に導き出し、この導き出された電圧を図示して
いない測定器で測定することによって被測定ガス３中の
酸素濃度が分析される。

以トに説明した所から明らかなように、この分析装置は
被測定ガス３の存在するプロセスである所の煙道に直接
挿入されて被測定ガス中の酸素濃りし 度を分析するもので、被測定ガスを煙道→に導き出して
分析を行なう方式ではないから、このような分析装置は
安価に製作できる特徴がある。またこの分析装置ではガ
ス採取管１が上述のように構成されているので、被測定
ガス３は自刃でガス採取管内を還流しその際感知部２ａ
に衝突する。したがってこのような分析装置では、被測
定ガスを感知部に導くための吸引ポンプのような特別の
装置を必要としないので一層安価ζこ製作でき、その上
応答性も原理的にはよいという特徴がある。

ところがこのようなガス分析装置を塵埃の多い−被測定
ガスを対象にして使用すると、前述のようにしてこのガ
スがガス採取管内を還流するので時間の経過と共に塵埃
がその管内や感知部に付着し堆積する。このような塵埃
の付着、堆積が発生するとガス採取管内のガス流路が狭
くなってガスの流れが悪くなり、また感知部の電極が塵
埃で被わ誤差が発生する。すなわち第１図に示したよう
な従来の直接挿入形ガス分析装置には、これを塵埃の多
い被測定ガス中に挿入すると応答速度の低下や測定誤差
が発生し易い吉いう欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のような従来の分析装置ｌこおける欠点
がなく、塵埃がセンサに付着し難いためにその結果応答
速度の低下や測定誤差が発生することのない（μ接挿入
形のガス分析装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の要点〕

本発明は、上述の目的を達成するために、ガス採取管と
センサとからなるガス分析装置において、ガス採取管を
外管とその中に挿入された両端開口の内管とで構成して
その外管の一端に管軸に垂直な底を設け、さらにこの底
のほぼ中央ｌこ第１ｘ通孔を設けてこの貫通孔に内管の
一端を連通ずるようにして固定し、その上、このガス採
取管の前記の底側を流動する被測定ガス中にその流動方
向に対して管軸がほぼ垂直になるようにして挿入した際
、外管側面のその附近における被測定ガスの総圧が被測
定ガスの静圧よりも低くなる位置において外管に第２貫
通孔を設け、さらにその上、センサの感知部を前記内管
自重たはこの内管の他端近傍に配設してガス分析装置を
形成するよう番こしたものであって、このようなガス分
析装置のガス採取管の底側を、たとえば煙道中のような
流動している被測定ガス中にその流動方向に管軸がほぼ
垂直ｌどなるようｌこして挿入すると、前記底の表面附
近の被測定ガスの総圧がそのガスの静圧を示すのに対し
て、第２′貫通孔の表面附近においては被測定ガスの総
圧が前記静圧よりも低くなっているので、この結果被測
定ガスがこの圧力差にもとづいて自刃で第１直通孔から
内管内へ流入し、その内管の開［］端から外管内へ出て
、さらに第２貫通孔を経由して煙道内に流出する。すな
わちこの場合、被測定ガスは自刃でガス採取管内を還流
し、この還流経路に設けられたセンサの感知部に接触す
るので、このセンサによってガス分析が行なわれるが、
この時、第１貫通孔の外部附近における被測定ガス中の
１填埃はその質量がガス分子に比べて大きいので、はと
んどの塵埃は慣性によってガス採取管の底にほぼ平行し
て流動し第１貫通孔の開口端を横切って通りＩ尚ぎてし
まう。したがってガス採取管内には塵埃がほとんど入っ
てこないので、このように構成されたガス分析装置では
塵埃の付着、堆積に伴なう応答速度の低下や測定誤差の
発生が防止されるのである。

〔発明の実施例〕

次に本発明を図面を参照して説明する。第２図および第
３図は本発明によるガス分析装置の基本動作原理説明図
で、各図において１２はガス採取管１０の円筒状外管、
１１はその一端において管！Ｉ！ｌｉｌ　Ｚ　−Ｚにほ
ぼ垂直に設けた底、３は被測定ガス、矢印はその流動方
向である。この場合外管１２はその管軸Ｚ−Ｚが被測定
ガス３の流動方向にほぼ垂直になるようにして該ガス３
中に挿入されているので、底１１の外面は前記流動方向
に対して平行ｌこなっている。第３図（Ａ）は外管１２
の側面図であるが、第２図（Ａ）はこの第３図（Ａ）に
おける管軸Ｚ−Ｚに垂直なＸ−Ｘ断面図で、同図（Ｂ）
は同図（Ａ）における外管１２の表面近傍での被測定ガ
スの総圧分布である。第２図（Ａ）においては外管１２
の内部は示していない。第３図（Ａ）におけるＸ−Ｘ断
面は底１１から相当距離離れた外管１２における位（樅
にある。第２図において、Ｍは外管１２の表面において
そのまわりの流れの速度が零になる岐点、Ｎは外管１２
の表面上の任意の点で、αは円弧ＭＮが外管１２の中心
Ｏに対して張る角度である。ＰおよびＰＯはそれぞれ被
測定ガス３の外管１２の表面近傍における総圧および該
ガスの静圧、ρは被測定ガス３の密度、■はそのガスの
速度である。第２図（Ｂ）は文献：藤本武助著　流体力
学　３４０頁　４，５図に示されているもので、本図か
ら明らかなように岐点ＭにおいてはＰ＞Ｐｏであるが、
αが角度βよりも大きい点ＮにおいてはＰ＜Ｐｏとなる
。第３図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＭ点における管軸Ｚ−
Ｚを含む平面で外管１１を切断した時の、その外管の輪
郭表面近傍での被測定ガスの総圧分布で第２図（Ｂ）に
もとづいて作成した図で、第３図（Ａ）、（Ｂ）におい
て、Ｑ１〜Ｑ１１は前記輪郭における位置である。すな
わちＱｌ、Ｑ２．Ｑ３は外管１２の被測定ガス３の上流
側になる側面上の位置で、これらの位置においては被測
定ガスが直衝突するのでＰ−Ｐａは（１／２　）・ρｖ
２にほぼ等しくなり、またＱｓ　、　Ｑ６　、　Ｑ７は
底１１における位置で、これらの位置においては被測定
ガスが底１１の面に平行に流れるのでＰはＰｏにほぼ等
しくなり、さらにまたＱ９　、　Ｑ１０　、　Ｑｌｌは
外管１２の被測定ガス３の下流側になる側面上の位置で
、これらの位置においてはＰ−Ｐｏは−（１／２）・ρ
Ｖ　にほぼ等しくなる。したがって、例えばＱ６の位置
とＱ１０の位置との間には圧力差が存在するので、この
圧力差を利用すれば被測定ガス３をガス採取管１０内に
自刃で流動させることができることになる。

次に本発明の詳細な説明する。第４図は本発明によるガ
ス分析装置の一実施例の縦断面図である。図においては
第１図ないし第３図におけるものと同一の機能を有する
部分には同一の符号が付しである。第４図において、１
２は円筒状の外管で、底１１はその外管の一端において
管軸に対してほぼ垂直になるようにして気密に固定した
円板で形成されている。１３は外管１２内、に挿入され
た両端開口の円筒状内管で、その内管１３の一端は１圧
１１のほぼ中央に設けた第１貫通孔１４に連通するよう
にしてこの底１１に気密に固定されている。１５は内管
１３の他端を外管ｌｌ内に支持固定するための一端が有
底の円筒状支え管で、その側面には複数個の貫通孔１５
ａが設けられていて、支え管１５の底部には内管１３の
他端が貫挿されて気密に固定され、支え管１５の開放端
はフランジ】ａに気密に固定されている。したがってこ
の場合ガス採取管１０はフランジ１ａと外管１２と内管
１３と底１１と支え管１５とで構成されているが、内管
１３の他端がぶらぶら動かない場合は支え管１５を省略
してガス採取管１０を構成しても差し支えない。本実施
例ではセンサ２の感知部２ａは支え管１５内に挿入され
、かつ内゛ｇ１３の他端、すなわち支え管】５の底部に
おいて内管１３の内部が開口する部分の近傍に配設され
ているが、内管１，３の内径が大きい場合はこの内・庁
内に感知部２ａが挿入されて固定されるようになってい
てもよい。ガス採取１ｆｌｏは、この採取管を構成する
外管１２の管軸が被測定ガス３の流動方向に対してほぼ
垂直になるようにして底１１側がそのガス中に挿入され
ており、１６は外管１２側面のその附近にεける被測定
ガス３の総圧がそのガスの静圧よりも低くなる位置、た
とえば第３図におけるＱ１０の位置において外管１２に
設けた第２貫通孔である。第２貫通孔１６は複数Ｉ固設
けられていても差し支えない。１７はガス採取管１０の
底１１の被測定ガス３側に第１貫通孔１４を含むように
して設けた内管１３の内径よりも大きい外径を有する円
板状四部、１８はこの凹部１７の被測定ガス３側に嵌め
こんで接着剤等によって固定した円板状フィルタで、フ
ィルタ１８が四部１７に取り付けられた状態では、フィ
ルタ１８の外面は底１１の外面とほぼ同一平面上にある
ように形成されている。

本実施例のガス分析装↑λは上述のようにしてセンサ２
きガス採取管１０とフィルタ１８とで構成されているの
で、第３図で説明した所から明らかなように、フィルタ
１８の表面附近の被測定ガス３の圧力はそのガスの静圧
にほぼ等しく、第２貫通孔１６の位置における外管１２
の表面附近の被測定ガスの圧力はそのガスの静圧よりも
低くなる。

このため被測定ガス３はフィルタ１８、内管１３の内部
、支え菅１５の内部、貫通孔１５ａ１内管１３と外管１
２との間の空所、第２貫通孔１６を順次経由して自刃で
還流する。センサ２の感知部２ａは上述のように内管１
３の他端が支え管１５の底部ζこ開口する部分の近傍に
配設されているのて、被測定カス３が前記の還流を行な
う際このガスが感知部２ａに突き当るようにして接触す
る。

したがってこの感知部２ａによって被測定ガス中の成分
が応答性よく感知され、センサ２とこれに接続された図
示していない測定器とによって前記成分の分析が行なわ
れる。この実施例の分析装置は上記のようｌこして分析
を行なうが、この場合、被測定ガス３はフィルタ１８の
外面においてはその面に平行に流れているので、ガス分
子がこのフィルタ１８の部分と第２貫通孔１６の部分と
の圧力差によってフィルタ１８を通って内管１３内に流
入しても、被測定ガス３に含まれている塵埃の大部分は
、質量が大きくしたがって慣性が大きいため（こフィル
タ１８を通って内管１３内に流入しようとはぜず、単に
フィルタ１８の表面に平行ζこ流動してこれを通り過ぎ
てしまう。また、たまたまガス分子と共にフィルタ１８
を透過しようとした塵埃はその大部分がこのフィルタに
捕捉されてしまう。したがって内管１３内および感知部
２ａに塵埃が付着し堆積することがほとんどないのでガ
ス分析装置を本実施例のように構成すると、被測定ガス
中の塵埃の付着にもとづく応答速度の低下や測定誤差が
発生し難くなるという効果がある。

また本実施例では、内管１３が設けられてこれが支え管
１５内に開口する附近に感知部２ａが設けられている。

このためフィルタ１８を透過した還流ガスは外管１２内
に広がらないで内管１３によって感知部２ａまで導かれ
る。すなわちこの内管はガス導管の機能を有している。

したがってこのような内管１３によって感知部２ａにお
ける応答速度の低下が防止される。さらにまたこの場合
、凹部１７の外径は内管１３の内径よりも大きく構成さ
れているので、フィルタ１８を透過してガス採取管１０
内に流入する還流ガスは円ｖ］３内で速度が上昇する。

したがってこの速い速度の還流ガスが感知部２ａに接触
するので、このような構成によっても応答速度の低下が
防止されている。。

なお本実施例では上述したようにフィルタ１８の外面と
底１１の外面とがほぼ同一平面上にあるように形成され
ており、被測定ガス３はこの平面ζこ沿って流れるので
、フィルタ１８の外面に付着した塵埃は被測定ガスによ
ってその下流側の煙道４内に吹き飛ばされる結呆、この
ような構成のガス分析装置ζこおいては、フィルタ１８
が目詰才りを起すことが少ないので、感知部２ａに突き
当るかスの流速が低下してガス分析装置の応答速度が低
な 下することはねいという効果もある。

第５図は本発明によるガス分析装置の他の実施例のｌｌ
　＃ｊｉ面図、第６（何（Ａ）は第５図における板状・
部材１９附近の１１１１１　ｉイ０図、同図（Ｂ）は同
図（Ａ）の部分を矢印Ｆ方向から見た図である。第５図
および第６図ｔこ旧いては第４図におけるものと同一の
機能を有する部分には同一の符号が付しである。

第５図および第６図において第４図と異なる所乙 はガス昧取管１０の底１１から間隔≠だけ離れた位置に
設けた板状部材１９である。

この部材１９は外管１２とほぼ同一の直径を有する円板
で、底１１に対向するようにして、その円板の周縁上の
２個所がそれぞれ腕２０．２０を介して外管１２の側面
に固定され、さらにこの部材１９は、その姿勢が、部材
１９と底１１との間のった位置での間隔である。この実
施例では腕２０゜のその管軸に垂直な断面における直径
の両端に設けられているので、被測定ガス３は板状部材
１９の両面側を流れるが、この場合部材１９は被測定ガ
スの流動方向番こ対して傾いているのでこの部材１９に
は該ガスによる動圧が発生し、この反作用として部材１
９とフィルタ１８との間にある被測定ガスの圧力が該ガ
スの静圧よりも上昇する。したがってフィルタ１８の部
分と第２貫通孔１６の部分との間の圧力差が第４図の実
施例におけるよりも大きくなるのでガスの還流速度が向
上する。

故に本実施例の構成によればガス分析装置の応答速度を
改善する効果がある。板状部材１９が底１１となす角度
および該部材１９と底１１との間の間ム 隔馨は、上記の圧力差やこの部材１９における塵埃付着
の難易度を考慮して決定されるが、本発明者の実験ζこ
よれは、部材１９の外径が外管１２のそれにほぼ等しい
６０輔である場合、前記の角度ム が６０’以下で≠−２〜５０喘であると部材１９に塵埃
が付着し難いという例が得られている。なお本実施例に
おいても、フィルタ１８の外面と底１１の外面とは同一
平面上にあるように形成されて、被測定ガスはこの而に
沿って流れるので、この分析装置にフィルタの目詰まり
による応答速度の低下が発生する恐れはない。

以上に説明した第４図および８５図の実施例においては
いずれもフィルタ１８を設けたが、本発明によるガス分
析装置は前述したように底１１の附近と第２貝通孔１６
の附近との間の圧力差を利用して被測定ガス３をガス採
取管１０内に自刃で還流させるもので、その際被測定ガ
スは底１１の外面ζこ平行に流れるのでフィルタ１８が
無くてもそのガス中の塵埃は少量しか還流ガス中に混入
しない。したがって塵埃の比較的少ない被測定ガスに対
しては、底１１を凹部１７のない単なる円板状に形成し
上記のフィルタ１８を省略してガス分析装置を構成して
もよいことになる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明においては、管軸が、流動
する被測定ガスのその流動方向にほぼ垂直になるように
して、その一端が前記被測定ガス中に挿入され、前記一
端において前記管軸にほぼ垂直に底が設けられた外管と
、その外管内に挿入された両端開口の内管とからなり、
前記内管の一端を前記底のほぼ中央に設けた第１貫通孔
に連通ずるように固定して、その上、前記外管側面のそ
の附近における前記被測定ガスの総圧がその被測定ガス
の静圧よりも低くなる位置において前記外管に少なくと
も１個の第２貫通孔を設けたガス採取管と、前記被測定
ガス中の成分を感知する感知部を有するセンサとを備え
たガス分析装置を、前記感知部を内管内もしくは内管の
他端近傍に配設するようにして構成したので、このよう
な分析装置においてはガス採取管の外面における第１貫
通孔附近の被測定ガスの圧力がそのガスの静圧にほぼ等
しくなる。したがって第１貫通孔附近の圧力と第２貞辿
孔附近の圧力との間の圧力差によって、被測定ガスがガ
ス採取管内を自刃で還流して、その際センサの感知部に
接触することによってガス分析が行なわれる。故にこの
ようなガス分析装置では、被測定ガスをセンサに導くた
めの特別な装置を必要としないから安価に製作できる効
果がある。また本発明によるガス分析装置においては、
ガス採取管内を還流するガスの流入口で・ちる所の第１
貫通孔は外管の底に設けられたもので、この底の外面に
おいては被ｉ＋４１１定ガスがこの外面に平行通り過き
第１貞通孔内に流入しない。したがってこのようなガス
分析装置では、内管内やセンサの感知部に塵埃が付着、
堆積するこきが第１図に示したような従来の直接挿入形
ガス分析装置に比べて非常に少ないので、本発明によれ
ば、このような塵埃の付着、堆積にもとづくガス分析装
置の応答速度の低下や測定誤差の発生が極めて効果的に
防止される効果がある。

さらにまた本発明においては、第１貫通孔からガス採取
管白基こ流入した還流ガスは、外管内に広がらないで内
管によって速やかにセンサの感知部に導かれるので、こ
のような構成によってもガス分析装置の応答速度の低下
が防止される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直接挿入形カス分析装置の一実施例の概
略縦断面図、第２図および第３図はそれぞれ本発明によ
るガス分析装置の基本動作原理説明図、第４図および第
５図はそれぞれ本発明によるガス分析装置の第１および
第２実施例の各縦断面図、第６図は第５図における板状
部材１９の附近を示す図で、同図（Ａ）は側面図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ）の部分を矢印Ｆ方向から見た図であ
る。 各図において、１・・・・・・ガス採取管、２・・・・
・・センｌ貫通孔、１６・・・第２貫通孔、１７・・・
・・・凹部、１８・・・・・フィルタ、１９・・・・・
・板状部材、２−２・・・・・・外管１２の軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 工）管軸が被測定ガスの流動方向にほぼ垂直ｌこなるよ
   うにして、一端が前記被測定ガス中に挿入され、前記一
   端に前記管軸にほぼ垂直に底が設けられた外管と、その
   外管内に挿入された両端開口の内管とからなり、前記内
   管の一端を前記底に設けた第１貫通孔に連通ずるように
   固定し、前記外管側面における前記被測定ガスの総圧が
   その被測定ガスの静圧よりも低くなる位置において前記
   外管に少なくとも１個の第２貫通孔を設けたガス採取管
   と、前記被測定ガス中の成分を感知する感知部を有する
   センサとを備え、前記感知部を前記内管内もしくは前記
   内管の他端近傍に配設したことを特徴とするガス分析装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のガス分析装置におい
   て、ガス採取管の底から離れた位置でかつその底に対向
   するようにして板状部材を前記ガス採取管に固定し、そ
   の上、前記板状部材と前記底との間の被測定ガスの流路
   が、その被測定ガスの下流側に向って次第に狭くなるよ
   うに前記板状部材の姿勢を設定したことを特徴とするガ
   ス分析装置。 ３）　　％許請求の範囲第１項または第２項のいずれか
   に記載のガス分析装置において、ガス採取管の底の被測
   定ガス側に第１貫通孔を含むようにして凹部を設け、と
   の凹部にフィルタを嵌め込んで固設して前記フィルタの
   外面が前記底の外面とほぼ同一平面上にあるように形成
   したことを特徴とするガス分析装置。