JPS6227657A - ガス分析器 - 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】 発明の背景 本発明はガス分析器に関し、更に詳細には、改良された
電気化学的ガス分析器に関する。

種々の型式の電気分解の酸素検知装置はガス混合物の酸
素含有量及び流体の溶解酸素含有量の測定に使用する為
に利用可能である。

典型的には、之等の装置は電解液に浸漬された一対の一
定間隔を保つ電極を使用する電解セルを利用する。該セ
ルは酸素濃度を決定する為に酸素還元から得られる電気
的媒介変数を利用する。

米国特許第３，４２９，７９６号に於て、応答の直線性
がプラスチックの膜で覆われた平らな、平面の金網の陰
極の使用に依り改良された電気化学的ガス分析器が開示
されている。

之は大きい範囲にわたる正確な応答に必要な該陰極と膜
との間の一様な電解液フィルムを備える。

米国特許第３，７６７．５５２号は内部容積が変化する
という事実に依り温度又は圧力の迅速な変化に直面して
該陰極膜の持ち上りを排除する為に膨張膜及び室を利用
する電気化学的ガス分析器のセルを開示する。上方に突
出する、一様に湾曲した陰極は非常に安定な応答を与え
る為に引き伸ばされたガス−滲透性陰極膜との緊密且つ
連続的な接触を備える。

か＼る装置でさへも測定物質の内容物が十分な量の亜酸
化窒素を包含する環境で使用する時は不正確な結果を与
え、その理由は該セルが、亜酸化窒素よりも該プラスチ
ック陰極膜を通過する浸透性が少い窒素ガスを形成する
ように亜酸化窒素に作用するからであり、かくして該膨
張膜がその膨張する限度に到達した後に、内部容積及び
内部圧力の十分な上昇を引き起すことが出来るというこ
とが発見された。そして又、水素及びヘリウムの様な高
い滲透性のバックグランドガスは該セル内に容易に拡散
して、すべて該陰極膜の持ち上げを生ずる結果となる過
度の内部容積の膨張及び圧力を生ずることが発見された
。

発明の概要 それ故、この発明の目的は高い滲透性のバックグランド
ガスに基因する内部圧力への電気化学的ガス分析器のセ
ルの感度を大いに減少することである。

本発明のこの目的及び利点並びに他の目的及び利点は可
撓性膨張膜に依り第一のセル室と第二の膨張室に分割さ
れた中央の通路を有する絶縁体の本体を包含するガス分
析器のセルに依り達成される。該セル室は非分極性金属
より成る陽極主要部を包含して液に対し不透過であるが
ガスに対して透過性の膜に依り覆われる分極性金属より
成る一様に湾曲した陰極膜に依り密閉される。電解液は
該セル室を満たす。

僅かに上方に突出する湾曲した陰極及びガス滲透性膜は
、ガスに対して透過性であり且つ今度は絶縁体本体に堅
固に保持された輪型の円盤に依り所定の場所に保持され
る金属金網に依り覆われる、繊維性の層に依り覆われる
。該金属金網及び繊維性層は陰極膜が増加する内部圧力
の条件下で持ち上げられないか又はその位置を変えない
様に該セルの陰極に対して一様且つ緊密に該陰極を保持
し、その結果、不正確な結果が除去される。

好適な実施例の説明 さて第１及び２図を参照しながら、分析器セル１０は絶
縁体本体１４に収納されて示されている。セル１Ｊｌｌ
の本体１４は本好適な実施例に於てはポリエチレンの様
な熱可塑性の炭化水素樹脂であることが出来る絶縁材料
で形成される。か＼る材料は該装置の種々の部分との熱
シールの形成を容易にする。該セル１０は利用可能な陽
極金属が酸化された形態に転換される迄利用するよう適
用される密閉ユニットである。次いでセル１０は捨てら
れて新しいセルと交換される。

セル１０の本体１４は好適には円筒形状をなし、不図示
の保持器に挿入するに適している。軸方向の通路１６は
本体１４を貫通して伸長する。通路１６は上部電解液セ
ル室１８及び下部膨張室２０に通路１６の肩部２４に於
て本体１４に取付けられた可撓性膨張膜２２に依り分割
される。膜２２は接着剤又は熱シール技術に依り本体１
４に密閉されることが出来る。肩部２４の上で、通路１
６は広い円筒形の穴２７を形成してフランジ２６に於て
より小さい円筒形の穴２８にくびれでいる。陽極３０は
フランジ２６に依り所定の場所に保持されるその上部表
面を有する。

膨張室２０は接着剤又は熱シールに依り本体１４の通路
１６の肩部３４に取り付けられた鏡板３２に依り密閉さ
れる。鏡板３２はガラス強化エポキシの様な堅固な絶縁
材料で形成することが出来る。抜板３２の底部表面３８
はメッキ又は在来技術によく知られている様な接触はく
を適用することに依り陽極接触面積及び陰極接触面積（
何れも不図示）を備えられる。

陽極３０は電解液と反応しない鉛、カドミウム又はアン
チモニーの様な非−分極金属から成る多孔性の高い表面
積体で形成される。

好適な実施例に於て、陽極３０は膨張膜２２に圧力波又
はサージを迅速に伝達する為に中央の孔４６を包含する
。

陽極３０は好適には原位置に焼結することに依り鉛で形
成される。更に詳細には、個々の微粒子から成る鉛は結
合体に好適に焼結されて該粒子の表面の如何なる酸化物
被覆をも除去するように前もって処理される。実例とし
て、０．１２　’７’ｍｍ（５ミル）と０．２５４　ｎ
ｖｎ（１０ミル）の間の平均寸法を有する鉛粒子は成型
工具で本体１４内に置かれて水酸化カリウムの１０％溶
液でおおわれる。そのまま水酸化カリウムで覆われてい
る間に、該鉛は該粒子が結合体に焼結されて、該酸化物
被覆が除かれる様に形づくる為に圧縮される。

接触線５２は陽極３０に接続される。線５２は小さい直
径の穴５４を貫通して本体１４の側面内に伸びる機械加
工された穴５６内に通される。線５２は穴５６に収納さ
れるステンレス鋼で適当に形成された伝導性プラグ５８
に溶接される。それ以上の長さの線６０はプラグ５８の
外に溶接される。線６０は膨張膜２２の下の穴６４を貫
通して本体１４に再び挿入される。線６０は次いで鏡板
３２の穴６６を貫通して通されて、表面３８上の陽極接
触部に接続される。

陽極３０の頂部表面は陽極３０から離脱する粒子が陰極
と接触している電解液内に移動してセル１０を部分的に
短絡させることを防ぐ為に液に対して滲透可能であり且
つ固体に対して滲透不可能な材料で作られた円盤７０に
依り密閉することが出来る。円盤７０は原紙で適当に形
成されて、陽極３０の中央の頂部表面上に円盤７０の縁
を押しつけるプラスチック座金７２に依って所定の場所
に保持される。

セル室１８は凹面の、多孔陰極７４に依り密閉される。

陰極７４の外縁７６は本体１４を貫通する通路１６の穴
２８の肩部８０に収納される。ガス−透過性で、液−不
滲透性の膜８４は陰極７４を覆って引伸ばされてフラン
ジ２６の上部表面に備えられたみぞ８６に熱シールされ
たその外縁を有する。みぞ８６は密封材で満たされるこ
とが出来る。

接続線９０は陰極７４に溶接されて穴９２を貫通してセ
ル本体１４の側面に備えられた第二の穴９４内に通され
る。線９０は穴９４に収納された伝導性密閉プラグ９６
に溶接される。痘加の線９８はプラグ９６の外側面に溶
接されて下方に伸びて膨張膜２２の下の本体にある穴１
０２を貫通して本体１４内に伸びる。線９８は表面３日
の陰極接触部と接触する基板３２の穴１０４を貫通して
延長する。

陰極外表面の平滑さと均一性は陰極膜により一層の均−
且つ密接な接触を与えるので、平らな多孔金属材料を使
用することは好ましいことである。該平らな、多孔金属
材料は電鋳又は電気食刻で形成され又は多孔の金属薄層
で形成されることが出来る。

陰極表面は分極を起す金属、適当には金、銀又は白金の
様な貴金属で形成される。該陰極は貴金属でメッキ又は
被覆された内部中心部（コア）で形成される。該中心部
は該接触線への接続を容易にする為に好適には抵抗溶接
可能な材料である。適例として、該陰極は最初に銀でメ
ッキされ次いで金でメッキされた真鍮で形成することが
出来る。

可鍛性の陰極７４は適当に作られた成形工具に依り必要
な凹面の形状に形成される。陰極の湾曲形は陰極との堅
固な接触を確実にする為に膜を引張るのに十分であるが
、その弾性限度を超えて膜を引張らない。

陰極７４は使用条件下で該陰極が曲げられたす、シわを
寄らせたりねじれたりしない様に凹面形をとって維持す
ることが好適に出来る。適当には、金メッキの真鍮の陰
極は必要な不撓性を備える為に０．２５４　ｔａｎ　（
１０ミル）−０，６３５ｍｍ　（２５ミル）の厚さを有
する。

陰極膜８４は陰極γ４を覆って引張られて所定の場所に
はめ込まれる。陰極膜８４はセル１０内のガスの通過を
可能にする一方で、セル１０内に該電解液を閉じこめる
。膜８４は好適には電解液に不活性な合成有機樹脂であ
り適当にはポリエチレン、ポリプロピレン又はポリ四弗
化エチレンの様なビニール樹脂である。

セル１０内の過度の圧力に依り生ずる陰極膜の持ち上り
を排除する為に、繊維性要素１１０は陰極膜８４を覆っ
て置かれて、陰極Ｔ４と同じ寸法形状をなし且つニッケ
ルーメッキの真鍮で作られた第二の金網要素１１２はそ
れを覆って置かれる。要素１１２はステンレス鋼のねじ
１１８に依り本体１４の空洞部１１６に保持されたステ
ンレス鋼のリング１１４に依り所定の場所に保持される
。要素１１２は繊維状要素１１０がその表面に一致して
セル１０の圧力に依り生じ得る陰極膜８４の持ち上りを
排除するように十分な強度を与える様に繊維状要素１１
０に依りクッションを備えられる。繊維要素１１０は多
孔性であり従って測定されるガスに対して滲透可能であ
る材料で作られる。好適な実施例に於ては、０．２５４
鵡（０，０１０インチ）の厚さとほぼ１乃至２ミクロン
の孔を有する多孔性テフロン材料が使用される。

膨張膜２２は可焼性合成樹脂で形成されて、それが陰極
膜８４よりも更に多くの可撓性を有するように厚さを規
定されてかメる材料で作られる。膨張膜２２は又電解液
に対して不活性である。例として、陰極膜８４は ０、００３１８　ｍｍ　（０，１２５ミル）乃至０．０
５０８問（２ミル）の厚さのポリ四弗化エチレンで適当
に形、成され、更に膨張膜２２は０．０２５４問（１ミ
ル）−０，１０１６咽（４ミル）の厚さを有するポリエ
チレンフィルム、適当には０、０５０８門（２ミル）−
０，０７６２咽（３ミル）の厚さを有する薄層から成る
ポリエチレンで形成される。

電解液は塩基性、中性又は酸性であることが出来るが、
好適には下記のいづれか１つ又はそれ等の混合物の水溶
液である。水酸化カリウム、炭酸カリウム、又は燐酸カ
リウム、例えば水酸化カリウムの１０パーセント溶液。

該セルは本体内の種々のみそ、肩部及び穴を機械′１ｊ
ｏＬすることに依り作られる。該装置の部品は第２図に
図解されて上記により説明された様に組み立てられる。

該セルは外部回路を通って測定の間電極を接続するホル
ダー内に挿入されて、陰極膜の外表面は検査されるサン
プルに浸漬される。抜脱は抜脱の各々の側の酸素濃度に
比例する割合でセル室内に酸素が浸透することを可能に
する。セル内の濃度は該セルが動的平衡にある時は無視
して良いので、酸素流入の割合は検査されるサンプルの
酸素濃度に比例する。陰極に到達する酸素は水酸基イオ
ンを形成するように還元される。同時に１陽極で遊離さ
れた鉛イオンは不溶性の二酸化鉛を形成する。上記反応
率に比例する電流は外部回路に流れて電流計又は記録計
に対応する指示を生ずる。

本発明の好適な実施例のみが説明されてきたが多くの代
替、変更及び修正は本発明の精、　神及び特許請求の範
囲から逸脱することなく該技術に熟練した人々に依りな
されることは理解すべきである。例えば、測定物質が電
解液に取囲まれた陽極及び陰極に到達することを許容す
る為にガスを透過するが液を透過しない膜を利用し更に
抜脱が内圧に依りゆがめられるいかなるガス分析器セル
もそのゆがみを排除する為に抜脱をクランプで締付ける
装置を十分に使用することが出来る。それ故、本発明は
特許請求の範囲に従って解釈される可きである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ったガス分析器の断面図でろる；そ
して 第２図は本発明の該分析器を構成する該組立品の分解し
た透視図である。 〔主要部分の符号の説明〉 １０；分析器セル、１４；本体、１６；通路、１８：セ
ル室、２０；膨張室、２２；膨張膜、３０；陽極、３２
；端部板、３８；底部表面、４６；中央の穴、７０：円
盤、 ７２；プラスチックワッシャー、７４；陰極、８４；ガ
ス透過性、液不透過性膜、陰極膜、１１２；金網要素、
１１４；ステンレス鋼リング、１１８；ねじ、１１０；
繊維性要素。 Ｆ圃、ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス分析器のセルで該セルは中央の通路を有する本
   体と、ガス圧力の増加に対応して該セル内の容積を膨張
   する為の手段と、該中央通路に位置する非分極金属から
   成る陽極主要部と、該通路の一端にある分極金属より成
   る陰極部材と、該通路の外部の該陰極部材を覆うガス−
   透過性であるが液−不透過性の膜、並びに該陽極主要部
   と陰極部材の間の中央通路を満たす電解液とより成る該
   ガス分析器のセルに於て、 その改良は該膜を覆う金属金網と、該膜と金属金網を分
   離する為のガスに対し透過性である手段、並びに該金網
   が該膜の上にしつかりと横たわるように該金属金網の端
   部をしつかり締めつける為の手段より成る ことを特徴とするガス分析器のセル。 ２、特許請求の範囲第１項記載のガス分析器のセルに於
   て、 その改良は該金属金網と膜を分離する為の手段が該金網
   と膜との間にクッションを備える為の手段より成る ことを特徴とするガス分析器のセル。 ３、特許請求の範囲第２項記載のガス分析器のセルに於
   て、 その改良は該金網と膜を分離する為の手段が多孔性のテ
   フロン材料より成る ことを特徴とするガス分析器のセル。 ４、特許請求の範囲第２項記載のガス分析器のセルに於
   て、 その改良は該金網の縁をしつかり締めつける為の手段が
   その縁を保持する為に該金属の金網を覆つて位置する輪
   形の円盤より成り該円盤が本体にしつかり締めつけられ
   る ことを特徴とするガス分析器のセル。 ５、特許請求の範囲第１項記載のガス分析器のセルに於
   て、 その改良は該輪形の円盤がステンレス鋼で作られてステ
   ンレス鋼の締め具に依り所定の位置に保持される ことを特徴とするガス分析器のセル。 ６、特許請求の範囲第１項記載のガス分析器のセルに於
   て、 その改良は該金網がニッケルメッキされた真鍮金属より
   成る ことを特徴とするガス分析器のセル。 ７、ガス分析器のセルに於て、該セルは 中央の容積を有する本体と、該中央の容積に位置する陽
   極と、該容積に位置する陰極と、該陽極と陰極の間の該
   中央の容積を満たす電解液と、該中央の容積から本体の
   外部への通路と、該通路を覆うガス−透過性であるが液
   −不透過性の膜、並びに該通路を通るガスの伝達を排除
   することなく本体に該膜を保持する締め具とより成る ことを特徴とするガス分析器のセル。