JPS63739B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボイラー、加熱炉などの各種燃焼炉
の炉壁または排ガス通路壁に設置して、炉内また
は排ガス通路内の燃焼排ガス中の酸素分圧を測定
する固体電解質を用いた酸素検出器に関するもの
である。

従来、エゼクター等の吸引作用によりプローブ
にて採取した排ガス中の酸素分圧を測定する固体
電解質を用いた酸素検出器としては、たとえば第
１図に示すように、エアエゼクター１の吸引作用
により、プローブ（図示せず）より採取された排
ガスのガス通路２中に、ヒーター３によつて加熱
される有底円筒形の固体電解質４を設け、該固体
電解質４のガス流入側のガス通路２に校正ガスを
吐出させる校正ガス導管５を設けた酸素検出器６
が知られており、また第２図に示すように、ガス
通路２に対して分流通路７を設け、該分流通路７
にヒーター３によつて加熱される固体電解質４を
設け、ガス通路２に設けたオリフイス８の作用に
よる分流通路７のガス入口側とガス出口側の間の
差圧によつて、前記分流通路７中へ試料ガスを流
入させる構造の酸素検出器９などが知られてい
る。しかしながら、従来のこのような酸素検出器
は、長期間使用した場合、ガス通路２を流れる排
ガス等の試料ガス中のダクトや、有害な物質が固
体電解質４の外面電極間に付着し、その結果酸素
検出器の応答性能を低下させたり、あるいは測定
誤差を生じさせるなどの問題を生じ、また点検、
校正時には高価な校正ガスを多量に流さなければ
ならないなど、多くの欠点や問題点があつた。

本発明の酸素検出器は、従来のこのような問題
点や欠点を解決するためのものであつて、ダスト
や有害物質等が非常に多く含まれる燃焼排ガスを
試料ガスとする場合であつても、応答性能を低下
させたり、測定誤差を生じることなく、長時間に
亘つて安定して使用でき、しかも点検、校正時
に、高価な校正ガスを極めて少量流すのみで点
検、校正が簡単に行える酸素検出器を提供するこ
とを目的とするものである。

本発明の酸素検出器は吸引器の吸引作用により
プローブにて採取した排ガス中の酸素分圧を、内
外面に電極を有する有底円筒型固体電解質よりな
る酸素分析計を用いて測定する酸素検出器におい
て、プローブと吸引器との間のガス通路中に固体
電解質を設置し、該固体電解質の外面電極の近傍
のガス流入側に半円型又は円錐型のガス分流盤を
設置し、固体電解質の外面電極面上に校正ガスを
吹出す校正ガス吹出口を前記固体電解質の閉鎖端
近傍に設置すると共に、前記ガス流入通路とガス
排出通路との間で前記ガス分流盤の近傍にガス分
岐通路を固体電解質の基部に設けたガスの戻し通
路と別に設けた酸素検出器にある。

さらに詳しく本発明の酸素検出器を、一具体例
を示す第３図に基づいて説明する。

本発明においては、有底円筒型固体電解質１０
の閉鎖端部の内外面に外面電極１１および内面電
極１２を被着し内面電極１２および外面電極１１
は図示するように好ましくは固体電解質１０の開
口端部までそれぞれ延長し、開口端部において両
電極間電圧を取り出すリード線１３，１４と接続
し、この固体電解質１０を保持具１５により支持
し閉鎖端部がガス流入通路１６中に位置するとと
もに、開口端部が大気中に位置するように、筐体
１７に着脱自在に固定し、固体電解質１０の外面
電極１１の近傍のガス流入側のガス流入通路１６
中にガス分流盤１８を設けたものである。このガ
ス分流盤１８は、ガス流入通路１６中の試料ガス
の流れを変え、外面電極１１に試料ガスが直接衝
突しない構造であればいかなるものでもよいが好
ましくは、半円型または円錐型の構造のものがよ
い。

本発明においてはさらに、前記外面電極１１の
面上および該外面電極１１とガス分流盤１８との
間のガス通路１９に校正ガスを吹出すように校正
ガス導管２０の校正ガス吹出口２１を前記固体電
解質１０の閉鎖端近傍に開口して設け、固体電解
質１０の閉鎖端外周囲に、該固体電解質１０を約
500〜1000℃に加熱するための、ヒーター２２を
巻いた加熱管２３を配置し、筐体１７のガス流入
通路１６に気密に接続する。この加熱管２３には
好ましくは高温耐食性のある耐熱鋼管を用いると
共に、加熱管２３の外側は好ましくは放熱防止用
の断熱層２４で被われるよう構成する。また、筐
体１７には前記ガス流入通路１６とほぼ平行にガ
ス排出通路２５が設けられ、ガス流入通路１６と
ガス排出通路２５とは、固体電解質１０よりもガ
ス導入側に位置する分岐通路２６および固体電解
質１０に接触したガスの戻し通路２７でそれぞれ
連結されている。そして、ガス排出通路２５と分
岐通路２６との開口連結付近のガス排出通路２５
中に、ガス吸引用のエゼクターノズル２８が設け
られ、該エゼクターノズル２８は筐体１７に着脱
自在な支持具２９により保持された供給管３０に
連結されている。なお、エゼクターノズル２８の
代りに例えば第４図に示すようにガス排出通路内
に小形のフアン３１を設けモータ３２で回転させ
て排ガスを吸引するようにしてもよい。そして、
エゼクターノズル２８やフアン３１等の吸引器に
より排ガスをガス流入通路１６に吸引導入するプ
ローブ３３は、先端部に除塵用フイルター３４が
設けられているとともに、後端がネジ３５により
筐体１７に着脱自在に取り付けられている。な
お、除塵用フイルター３４はセラミツクハニカム
構造体がよいが、白金網等を複数数枚重ねたもの
でも勿論よい。

また、ガス排出通路２５には、排ガスを炉内あ
るいは煙道中に戻すためのガス戻し管３６が着脱
自在に接続されており、さらに、筐体１７には取
付固定用のフランジ３７が設けられているととも
に筐体１７の外周囲は保温材３８で覆われている
構造よりなる酸素検出器である。

なお、第３図に示す一具体例においては、筐体
１７と加熱管２３を別体で形成し、溶接して気密
に一体に構成したものであるが、必ずしも別体で
なくても勿論一体の方が気密性に優れ好ましいも
のである。また、ガス流入通路１６とガス排出通
路２５とは一体の筐体１７中にほぼ平行状態に設
けられているが、必ずしも一体の筐体１７中に設
けなくても、別体で形成して溶接等により一体に
連結しても勿論よいものである。

本発明の酸素検出器は以上述べたような構成よ
り成るものであるので、使用に際してプローブ３
３およびガス戻し管３６等を筐体１７に接続した
後、フランジ３７で炉壁または煙道壁（図示せ
ず）等に気密に設置して、例えば圧縮空気を供給
管３０に供給すると、エゼクターノズル２８から
高速の空気が噴出しこの結果この部分に負圧が生
じガス吸引作用が起きる。この吸引作用のために
炉内または煙道内の燃焼排ガス等の試料ガスは、
プローブ３３の先端部に設けた除塵フイルタ３４
を通つて、筐体１７内に設けられたガス流入通路
１６内に導入される。そしてこの導入された試料
ガスの大部分は分岐通路２６を通つてガス排出通
路２５よりガス戻し管３６を通して炉内または煙
道内に戻される。一方、導入された試料ガスの一
部分は、ガス分流盤１８に当つて分流され、固体
電解質１０の外面電極１１に接触した後、ガスの
戻し通路２７を通つて前記ガス排出通路２５中で
分流管２６よりの排ガスと混合されて、ガス戻し
管３６から前述と同じように炉内または煙道内に
排出される。

そして、試料ガス中の酸素分圧は、固体電解質
１０にて検出される。すなわち固体電解質１０の
円筒管内には基準ガスとしての空気が自然対流に
よつて流入しているので、この空気中の酸素分圧
（約21％）と、前記試料ガス中の酸素分圧とに関
係した起電力が前記外面電極１１と内面電極１２
との間に発生する。この場合の関係式はネルンス
トの式として一般によく知られたものである。こ
こで固体電解質１０の温度は、外面電極１１ので
きる限り近くに設けた熱電対（図示せず）によつ
て測定されるように構成する。そして前記起電力
とこの温度とは別に設けられた演算器（図示せ
ず）に入力される。この演算器は前述のネルンス
トの式に従つて演算を行い、排ガス中の酸素分圧
を求め、表示する機能を有するよう構成する。

そして、点検、校正時にはゼロまたはスパンガ
スとしての校正ガスを、外部に設置した標準ガス
ボンベ（図示せず）から校正ガス導管２０を通し
て校正ガス吹出口２１から、固体電解質１０の外
面電極１１面上に吹出して校正を行なうものであ
る。この場合の校正ガスの量は約200c.c.／min程
度の少量で十分である。これは、ガス分流盤１８
に校正ガスが衝突して、流れを変えて、ガス分流
盤１８と外面電極１１との間のガス通路１９に充
満し外面電極１１を覆うように校正ガスが流れる
ことおよび校正ガス吹出口２１が外面電極１１に
近接して設けられているので、拡散による試料ガ
スとの混合の少ないことによるものである。そし
て、ガス流入通路１６、ガス排出通路２５および
分岐通路２６、ガス戻し通路２７等の各ガス通路
および校正ガス導管２０、空気等の供給管３０等
の配管類が、全て熱の良導体である金属製の筐体
１７中に設けられ、しかも保温材３８で覆われて
いるので、ヒーター２２からの熱により酸素検出
器全体が試料ガスの露点以上の温度に加熱される
ようになつているので、従来の酸素検出器のよう
にガス通路を加熱する別の加熱手段を設ける必要
のいらないものである。

なお、本発明の酸素検出器と第１図に示す従来
の酸素検出器とを、重油燃焼炉に設置して３カ月
間比較運転を実施したところ、従来の酸素検出器
では外面電極１１に異物が付着し、この結果応答
時間が初期値の約2.5倍に遅れ、その上電極間電
圧も初期値の約80％に減少するなど著るしい性能
低下が認められたのに対し、本発明の酸素検出器
はこのような性能低下の傾向は全く認められなか
つた。

本発明はエゼクター等の吸引作用によりプロー
ブにて採取した酸素分圧を検出するため円筒状保
護管内のガス流入通路中にさらに半円形又は円錐
形のガス分流盤１６を設置し、かつ、ガス分岐通
路２６を設けたことを特徴としている。この円筒
状保護管内に設置されたガス分流盤により下記の
効果がある。

(1) 外面電極に直接試料ガスがあたらず電極寿命
が長くなる。

(2) 試料ガスの流れをかえ大半のガスを分岐通路
２６へ流し、外面電極に直接試料ガスがあたる
量を軽減した。

(3) 校正ガスが分流盤に衝突し外面電極を覆うよ
うに流れるため校正ガスの消費量が低減でき
る。

以上詳細に説明したように、本発明の酸素検出
器は通常の燃焼排ガスは勿論のこと、極めて多量
のダストや有害物質を含む燃焼排ガス等の試料ガ
スに対しても長期間安定して使用できるものであ
り、さらに点検、校正時に使用する校正ガスの消
費量が極めて少量でよく、その上構造が簡単でか
つ保守性が良いなどの多くのすぐれた利点を有す
るもので、産業上極めて有用な酸素検出器であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の酸素検出器の異な
る具体例の主要部断面を示す説明図、第３図は本
発明の酸素検出器の一具体例の断面を示す説明
図、第４図は本発明の酸素検出器の吸引器部分の
異なる具体例の断面を示す説明図である。 １…エアエゼクター、２，１６，１９…ガス流
入通路、３，２２…ヒーター、４，１０…固体電
解質、５，２０…校正ガス導管、６，９…酸素検
出器、７…分流通路、８…オリフイス、１１…外
面電極、１２…内面電極、１３，１４…リード
線、１５…保持具、１７…筐体、１８…ガス分流
盤、２１…校正ガス吹出口、２３…加熱管、２４
…断熱層、２５…ガス排出通路、２６…分岐通
路、２７…ガスの戻し通路、２８…エゼクターノ
ズル、２９…支持具、３０…供給管、３１…フア
ン、３２…モーター、３３…プローブ、３４…除
塵用フイルター、３５…ネジ、３６…ガス戻し
管、３７…保温材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸引器の吸引作用によりプローブにて採取し
   た排ガス中の酸素分圧を、内外面に電極を有する
   有底円筒型固体電解質よりなる酸素分析計を用い
   て測定する酸素検出器において、プローブと吸引
   器との間のガス通路１６，１９中に固体電解質１
   ０を設置し、該固体電解質１０の外面電極１１の
   近傍のガス流入側に半円型又は円錐型のガス分流
   盤１８を設置し、固体電解質の外面電極１１面上
   に校正ガスを吹出す校正ガス吹出口２１を前記固
   体電解質１０の閉鎖端近傍に設置すると共に、前
   記ガス流入通路１６とガス排出通路２５との間で
   前記ガス分流盤１８の近傍にガス分岐通路２６を
   固体電解質１０の基部に設けたガスの戻し通路２
   ７と別に設けたことを特徴とする酸素検出器。