JPS6047954A - 溶存酸素濃度測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は液体内に溶解して存在する酸素の濃度を測定す
る溶存酸素濃度測定装置に関するものである。

（従来技術） 従来の溶存酸素濃度測定装置としてはガルバニ電極式電
流測定型の酸素濃度測定装置が知られている。この方式
で代表的なものとしてガルバニｆｆｉ池型とポーラログ
ラフ電極型があるが、これらはいずれもセンサーを構成
する容器内に酸素還元電極と対極とを設けるとともに内
部電解質を充満してこの内部電解質を酸素ガス透過性の
隔膜によりＭｍしたものとしており、その動作はセンサ
ー先端部にある隔膜を測定しようとする液体内に浸漬す
る仁とにより液体内の酸素は隔膜を透過して内部電解質
に至り、さらに、酸素還元電極表面において還元されて
対極表面上では重化が行われ、所謂ガルバニ電池を形成
することとなる。この２極間に流れる電流は透過酸素量
に比例し、かつ透過峻素量は液体中の溶存酸素濃度に比
例するので、電流を測定することによって溶存酸素濃度
を測ることができるものである。このような従来の溶存
酸素濃度測定装置は長時間使用していると測定値の指示
の変動や動作不良を起すので校正をびんばんに行う必要
があシ、さらＫ、継続して使用すると校正も不可能とな
って正確な測定ができなくなる。この原因は隔膜の汚染
、損耗によるものが大きい外に内部電解質の変質、汚染
もあり、さらにこの汚染により電極自体の活性が失なわ
れるからで、このため内部電解質や電極を更新する必要
があった。また、従来の隔膜はフッ素樹脂系ポリマーや
ポリエチレン等のポリマーフィルムが用いられているた
めに前記したように損耗や劣化は避けられず、かつ、こ
の種隔膜の酸素の拡散はその温度によって著しく影響を
受けるため温度補償が極めて難しくなるほか適用温度に
も限界があった０（発明の目的） 本発明は前記のような問題点を解決して長時間の計測が
できるうえに苛酷な条件の下における測定ができる溶存
酸素濃度測定装置を目的として完成されたものである。

（発明の構成） 本発明の構成は、測定水流入口とキャリアガス導入口と
を備えた曝気槽に液位を制御、するための溢流口を設け
て該曝気槽内の上方部をキャリアガスと測定水中に溶存
する酸素との混合ガス捕集部に形成するとともに該混合
ガス捕集部を気体排出口を介して酸素濃度測定器に接続
し、該酸素濃度測定器にはこの酸素濃度測定器による測
定結果を前記測定水流入口から流入される測定水の流量
とキャリアガス導入口から導入されるキャリアガスの流
量との関係において演算して測定水中の溶存酸素濃度を
測定する演算部を接続させたことを特徴とするものであ
る〇 （実施例） 次Ｋ、本発明を図示の実施例について詳細に説明すれば
、（１）は測定水流入口（２）とキャリアガス導入口（
３）とを下方に設けるとともに上方に液位を制御するた
めの溢流口（４）を設けた曝気槽で、ステンレス鋼板な
どの耐食性、耐熱性等に優れた材料よりなり、該曝気槽
（１）内の上方部はキャリアガスと測定水中に溶存する
酸素との混合ガス捕集部（５）に形成され、該混合ガス
捕集部（５）は気体排出口（６）を介して該混合ガス捕
集部（５）に抽出芒れた混合ガス　゛の酸素濃度を測定
するジルコニア式酸素濃度測定計なとの酸素濃度測定器
（７）に接続されている。（８）は酸素濃度測定器（７
）に接続された演算部であって、該演算部（８）は酸素
濃度測定器（７）による測定結果を前記測定水流入口（
２）から流入される測定水の流量およびキャリアガス導
入口（３）から導入されるキャリアガスとの流量或いは
曝気槽（１）内における液温との関係において演算して
測定水中の溶存酸素濃度を測定するようになっている。

すなわち曝気槽（υ内への測定水の流入液量、キャリア
ガスの流量及び曝気槽（１）内の液温の条件によって測
定水中の溶存酸素は混合がス捕集部（５）に放出きれる
抽出ガス中に一定の割合で含まれることとなり、このよ
うな条件のもとでは放出酸素屋は溶存酸素社に比例する
ので抽出ガス中の酸素量も溶存酸素濃度に比例する。そ
こで、抽出ガス中の酸素濃度を測定し、この測定値を用
いて測定水中の溶存酸素濃度の演算処理を行うようにす
る。なお、第１図に示すような基本構成において連続的
に測定水の溶存酸素を測定するとき測定水やキャリアガ
スの条件を一定に制御できれば簡単に計測できるが、実
際の測定に際しては流量の変動や温度の変動は避けられ
ず、よシ精度を高く測定するためには第２図、第３図に
示すような構成としておくことが好ましい。すなわち、
第一図は本発明の第２の実施例を示すもので、基本構成
は前記第１図に示すものと変らないが、測定水流入口（
２）とキャリアガス導入口（３）には夫々流最計測器（
］υ、（６）を組み込んでこれらの計測信号を演算部（
８）へ伝送する。これらの流量計測器０υ、（２）は流
量を所定の値に設宙制御できる機能をもつものとしてお
くことがより望ましい。また、曝気槽（１）内の液温を
計測する温度ｔ１測器Ｑ３を組み込んでこの計測信号を
演算部（８）へ伝送するようにしておく。そして、混合
ガス捕集部（５）の抽出ガスを気体排出口（６）を介し
て酸素濃度測定器（７）へ導いて酸素濃度測定を行い、
この抽出ガスを外部へ排気する一方前記酸素濃度測定器
（７）における測定信号を演算部（８）へ伝送する。次
に、測定水中の溶存酸素濃度を演算計測する手段につい
て詳細に次下説明する。キャリアガスはＮ２、Ａｒ、ｔ
ｈｅ、Ｎｅ等々の安定な不活性ガスで、しかも、このキ
ャリアガス中には酸素の存在がないことが望ましいので
、酸素を全く含まないＮ２ガスを用いた場合を例として
説明すれば、曝気槽（１）内に流入した測定水とＮ２ガ
スが下方の気液曝気部において接触混合すると測定水中
の溶存酸素はその溶解度条件が変るため少なくとも一部
が曝気気体である均ガスとともに混ｌ偏集部（５）Ｋた
まる抽出ガスとなる。

この抽出ガス中の酸素濃度は測定水中の溶存酸素濃度（
以下、１１０濃度という）に比例するので、（の比例定
数をに１とすると抽出ガス中に放出された酸素濃度０２
は ０２　＝　ｋｌ・ＤＯ・・・・・・（１）で示される。

なお、ｋｌは曝気槽（１）の気液曝気部の構造によって
決定する。キャリアガス流量を一定とすると放出される
酸素量は測定水の流量に比例し、測定水の流量が一定で
気液曝気部の構造を定めるとキャリアガスの流量がある
値以上の享在妻場合放出される酸素量はほぼ一定である
ので、結局単位時間当りの混合ガス捕集部（５）にたま
った抽出ガス中の酸素濃度はキャリアガス流量の増加に
対して反比例して薄められる。そこで、測定水の流量を
Ｑｗ、キャリアガス流量をＱＧとし、夫々の流量依存係
数をに２、ｋ３とするとこの関係は次式で表わされる。

０２　＝　ｋｌ　−Ｄｏ　Ｘ　ｋ２．ＱｗＸ　」、・、
、・、（２）ＱＧ さらに、放出される酸素量は曝気槽（１）の気液曝気部
にある液体温度の影響を受け、通常温度の関数で表わす
ことができ、一般には温度の増加に対して測定水中の溶
存酸素量は減少する傾向にあるから、この関係は液温を
ｔとすると次式のように表わされる。

０２　＝　Ｊ（Ｄｏ、　ｔ　）　・・・・・・（３）結
局混合ガス捕集部（５）に存在する酸素濃度０２は（２
）、（３）式の関係より近似的には次式で表わされる。

０２＝に１．ＤＯｘｋ２・ＱｗＸ−！−１−×ｇ（ｔ）
山・・・（４）ＱＧ ここでｇ　（ｔ）は温度ｔの関数を示す。

ｋ１ｘｋ２ｘｋ３＝に＝定数と考えると（４）式はとな
り測定水中のＤｏに抽出ガスの酸素濃度が比例する。な
お、酸素濃度測定器（７ンとしては酸素イオン伝導性固
体電解質を用いた酸素濃度分析器などを用いればよい。

次Ｋ、第３図は数〜数百ＰＰｂという微量のＩＪＯ濃度
の測定水の溶存酸素濃度を測定する場合の実施例で、そ
の基本構成は前記実施例と同じであるが、この実施例で
はキャリアガス中に存在する微量の酸素を連続的に除去
する酸素除去装置（ロ）をキャリアガスの流量計測器＠
の後段に組み込むとともに混合ガス捕集部（５）にたま
った抽出ガスは多くの場合その気体のもつ飽和水蒸気量
に近い水分を含んでいるので、精度よく抽出ガス中の酸
素濃度測定を行うために抽出ガス中に含まれる水分を連
続的に除去するための水分除央器θＱを酸素濃度測定器
（７）の前段に組牟込んだものとしている。

今、実験のため第２図に示した装置に測定水として水中
のＤＯを調整するとともに液温を調整できる調整装置を
介して流されるものとして前記酸素濃度測定器（７）、
温度計測器（２）、流量計測器ａ刀、（ロ）より電気信
号が演算部（８）に伝送され、ここで演算処理された信
号がＤＯの指示部ｏ１で指示されるようにし、気液曝気
部に５１の測定水が収容できる曝気ａ（１）に測定水の
流量３０乞、ｉｎ、キャリアガスとして純度９９．９９
％のＮ２ガスを流量が３譜ｉｎ、水温２　！；　’Ｏテ
測定水（ＤＤＯ値を約２０　ｐｐｂ　〜約／（ｌｌＩＩ
Ｐｍの範囲に変化したときの抽出ガス中の酸素濃度の関
係は第を図に示すとおシであって、この図からＤＯと０
２の関係が直線的な比例関係にあることがわかる。第５
図はｌ）Ｏ＃Ｉ　’Ａ　ｐｐｍ、水温約ｘ　ｓ　’ｃ、
キャリアガス流量約３１／ｎ＋ｉｎの条件で測定水の流
風を１０〜ｔＯ１／ｎ１ｉｎ変化させたときの抽出ガス
の酸素濃度と測定水の流量の関係を示したものであり、
さヤリアガスの流量の関係を示したもので、第φ図、＠
ｊ図、第６図よシ前記（２ン式で示す関係を認めること
ができる。また、前記第１の実験例は比較的大規模なオ
ンラインプロセス用のｉｌ゛測例であるが、測定水の加
値が極めて少なく、かつ測定流量がＳＯ〜２００ＣｃＡ
ｎｉｎという小流量の測定に際しては第３図に示した装
置を用いて第２の実験をした。なお、この実験において
は前記酸素除去装置Ｑ４１として酸素イオン伝導性の固
体電解質よりなるセラミックの両端が開放された管体の
内外壁面に電極が付与されたものを使用し、この電極の
内側に負極、外側に正極の電圧を約／〜数Ｖ印加すると
ともにこの管体を所定の温度で加熱コントロールしなが
ら行った。これによって、管体内を流れるキャリアガス
中に存在する微量酸素は管壁を通して酸素イオンの伝導
が起ることとなり、内部の０２が外部大気へ放出されて
キャリアガス中の酸素が除去されるとよとなる。この方
式は０２ボング機構とも呼ばれ、設計条件によっては数
ｐ　ｐｍ　０２　（≠１０−６−摺 ａｔｍ）オーダーの微量酸素はｉｏ　〜１０ａｔ■１と
いうオーダーまで減少されることが確められた。

また、混合ガス捕集部（５）と酸素濃度測定器（７）と
の配管途中に組み込む水分除去器ａｒｔとしては約”ｌ
！’ｉ’：＋ｉｎのガスの露点を連続的に−ｓｏ’（２
以下に下げる装置を開発して用いた。そして、このよう
な装置でｉ［ＩＪ　ＹＭ　水：（Ｄ　流ｔ　３０〜２０
０　ｃｃ／Ｈ１ｉｎ　、ｉＡ　ａ　約２　！；　°Ｏ。

送りながら抽出ガスの酸素濃度と測定水のＤＯの関係を
測定した結果は第７図に示すとおｐであった。いずれに
しても、本発明の特徴の一つは、測定水の力値を連続的
に計測できることである。前記したように抽出ガス中の
０２ａ度は測定水の流量やキャリアガスの原反や測定水
の温度によって影響を受けるため、測定水中の真のＤＯ
値を測定するにはこれらの要因を補正演算する必要があ
る。第８図にはＤｏが一定である測定水の流量が変化し
たときの抽出ガス中の０２ｍ度の変化状況と本方式での
演算した場合の力測定結果を示すもので、また、第９図
、第１Ｏ図には前記と同様にキャリアガスの流量及び測
定水の温度が変化した場合の抽出ガス中の０２濃度の変
化と夫々補正演算した場合の力測定結果を示すもので、
これらの図からも精度よく計測されることがわかる。

（発明の効果） 本発明は前記説明から明らかなように、上方部を混合ガ
ス捕集部に形成した曝気槽に測定水とキャリアガスを導
入して測定水中に溶存する酸素とキャリアガスとの混合
ガスを混合ガス捕集部に抽出ガスとして捕集し、この抽
出ガスを酸素濃度測定器に導いて抽出ガス中の酸素濃度
を測定したうえこの測定結果を前記曝気槽に流入される
測定水とキャリアガスの流量との関連において自動的に
演算して測定水中の溶存酸素濃度を測定するようにした
ので、隔膜を用いていないために従来の隔膜方式の′問
題点がなくなり、測定水の条件如何に拘らず極めて長時
間にわたり精度よく連続測定を続けることができ、保守
、点検の手数を大幅に低減できる利点正相゛俟ち、原子
力発電所の炉水管理用などに用途が広いもので、在来の
酸素濃度測定装置の間融点を解決したものとして業界の
発展に寄与するところ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はいずれも本発明の実施例を示
す配置図、第弘図は第２図に示した装置を用いた第１の
実験例における測定水中のＤＯと抽出ガス中の０２濃度
との関係を示すグラフ、第Ｓ図は同じく測定水の流量と
抽出ガス中のＯｚｍ度との関係を示すグラフ、第６図は
同じくキャリアガスの流量と抽出ガス中の０２濃度との
関係を示すグラフ、第７図は第３図に示した装置を用い
た第２の実験例における測定水中のＤＯと抽出ガス中の
０２ｍ度との関係を測定水の流量を変えた場合について
示すグラフ、第８図は測定水の流量が変化したときの抽
出ガス中の０２濃度の変化状況と本発明で補正演算を行
った場合のＤＯ個安定結果示すグラフ、第９図はキャリ
アガスの流量が変化したときの抽出ガス中の０２濃度の
変化状況と本発明で補正演算を行った場合のＤＯＯ定結
果を示すグラフ、第１Ｏ図は測定水の温度が変化したと
きの抽出ガス中の０２濃度の変化状況と本発明で補正演
算を行った場合のＩＪＯ測定結果を示すグラフである。 （１）：曝気槽、（２）：測定水流入口、（３）：キャ
リアガス導入口、（４）：溢流口、（５）：混合ガス捕
集部、（（ｉ）　：気体排出口、（７）：酸素濃度測定
器、（８）：演算部。 第２図　７ 侑　３　Ｍ 第４図 環１１定Ａ＜＋　のＤＯＣｙｙｍｌ 第５図 シ巨り宍ミツトこの＝７Ｅ量〔Ωフィー７７．〕第６図 キャリアカ゛スの５支号〔”／、＋］ 第７図 ５１！ｌ’ｉ水中のＤｏ　［ｙｙＱ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定水流入口とキャリアガス導入口とを備えた曝気槽に
   液位を制御するための溢流口を設けて該曝気槽内の上方
   部をキャリアガスと測定水中に溶存する酸素との混合ガ
   ス捕集部に形成するとともに該混合ガス捕集部を気体排
   出口を介して酸素濃度測定器に接続し、該酸素濃度測定
   器にはこの画素濃度測定器による測定結果を前記測定水
   流入口から流入される測定水の流量とキャリアガス導入
   口から導入されるキャリアガスの流量との関係において
   演算して測定水中の溶存酸素濃度を測定する演算部を接
   続させたことを特徴とする溶存酸素濃度測定装置。