KR101185902B1

KR101185902B1 - 가스 분석 장치

Info

Publication number: KR101185902B1
Application number: KR1020050116127A
Authority: KR
Inventors: 나카시마 토모히사; 츠카모토 나오키; 이토 모토키; 이토 유키치카
Original assignee: 에너지 서포트 코포레이션
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2012-09-25
Also published as: EP1666875A1; KR20060061898A; JP4414915B2; TW200619609A; DE602005008172D1; US7370512B2; EP1666875B1; JP2006184266A; US20060117832A1

Abstract

가스 분석 장치(11)는, 연도(煙道)(12) 내에 배치되는 선단부(36)를 가지는 지지통(21)과, 상기 지지통에 지지를 받는 가스 센서(41)를 포함한다. 공기 공급관은 지지통 내에 냉각용 공기를 공급한다. 가스 센서의 기단부는 냉각용 공기에 의해서 냉각된다.

가스, 분석

Description

가스 분석 장치{GAS ANALYZER APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가스 분석 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 가스 분석 장치의 분해 단면도.

도 3은 도 1의 가스 분석 장치의 분해 사시도.

도 4는 도 1의 가스 분석 장치의 평면도.

도 5는 도 1의 가스 분석 장치의 리드 선 누름덮개의 사시도.

도 6a, 6b는 각각 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 가스 분석 장치의 부분 단면도, 분해 단면도.

도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 가스 분석 장치의 부분 단면도.

도 8은 도 7의 가스 분석 장치의 8－8선에 따른 단면도.

도 9는 도 7의 가스 분석 장치의 어댑터 플러그와 보호 캡의 분해 사시도.

도 10은 도 7의 가스 분석 장치의 부분 사시도.

도 11은 단자상자의 변경 예의 사시도.

본 발명은 가스 분석 장치에 관한 것으로, 상세하게는 연도(煙道)를 흐르는 연소 배기가스 중의 소정의 성분을 검출하여 분석하는 가스 분석 장치에 관한 것이다.

지구 환경의 보전을 위해, 예를 들면 내연기관이나 연소로와 같은 연소 장치로부터 배출되는 연소 배기가스 중의 질소산화물 농도의 저감이 요구되고 있다. 이 요구에 응하기 위해, 연소 배기가스 중의 질소산화물을 검출하여 분석하는 가스 분석 장치의 개발이 활발히 행해지고 있다. 가스 분석 장치의 분석 결과는 연소 배기가스 중의 질소산화물 농도를 저감하도록 내연기관 및 연소로의 연소 제어에 피드백된다.

종래의 가스 분석 장치로서, 연도(煙道) 내의 측정점에 삽입되어 연소 배기가스를 분석하는 직접 삽입 타입의 가스 분석 장치(일본 特開昭63－58152호 공보 참조)와 연도(煙道)내의 샘플링 지점에서 샘플링된 연소 배기가스를 샘플링 지점으로부터 떨어진 위치로 유도하고, 거기서 연소 배기가스를 분석하는 가스 유인 타입의 가스 분석 장치(일본 實公昭61－13964호 공보 참조)가 알려져 있다.

직접 삽입 타입의 가스 분석 장치는 연도(煙道) 내의 연소 배기가스를 채취하는 프로브를 구비한다. 프로브는 부착 플랜지를 가지는 원통형이며, 소각로 등의 배기관(연도)에 형성된 구멍(孔)에 삽입되어 부착 플랜지를 통하여 배기관에 고정된다. 프로브의 선단부에 다공질의 금속 소결 필터가 설치된다. 프로브 내에 있어서, 금속 소결 필터에 인접한 위치에 가스 센서가 배치된다. 산화 지르코늄 등의 세라믹스로부터 이루어지는 고체 전해질을 이용한 고체 전해질식 가스 센서가 알려져 있다. 배기관을 흐르는 연소 배기가스는 금속 소결 필터를 통과해 프로브 내에 도입되어 프로브 내에서 가스 센서에 의해서 검출된다. 가스 센서의 기단부에 터미널부가 설치된다. 터미널부는 리드 선을 통하여 외부의 제어장치에 전기적으로 접속된다.

가스 유인 타입의 가스 분석 장치는, 가스 유입구가 형성된 선단부와 가스 유출구가 형성된 기단부를 가지는 가스 채취관을 포함한다. 가스 채취관은 배기관에 바이패스 접속된다. 가스 채취관의 선단부는 배기관 내에 배치된다. 가스 채취관의 도중에 고체 전해질식의 가스 센서가 배치된다. 배기관을 흐르는 가스의 동압에 의해 당해 가스는 가스 채취관의 유입구에 유입되고, 고체 전해질식의 가스 센서와 접촉하여, 가스 유출구로부터 배기관으로 돌아온다. 가스 센서의 검출 신호는 터미널부로부터 인출된 리드 선을 통하여 외부의 지시계에 공급된다.

종래의 가스 분석 장치에서는, 프로브 및 가스 채취관의 선단은 배기관의 중심 또는 중심 부근에 배치된다. 이 배치에 의해, 배기관의 내면에서 발생하기 쉬운 와류(渦流)의 영향이 회피된다. 프로브 및 가스 채취관의 돌출 길이는, 배기관의 직경에 따라 결정할 수 있다. 즉, 배기관의 직경이 클수록 프로브 및 가스 채취관의 돌출 길이는 크다. 한편, 배기관의 직경이 작을수록 프로브 및 가스 채취관의 돌출 길이는 작다. 가스 유인 타입의 가스 분석 장치에 있어서는, 가스 채취관의 배기관에의 삽입 길이를 조정하면 되며 자주 가스 센서의 위치를 변경할 필요는 없다. 이에 대해, 직접 삽입 타입의 가스 분석 장치에 있어서는, 프로브의 선단부에 가스 센서가 설치되어 있으므로, 배기관의 직경에 따라, 가스 센서의 기단부의 터미널부도 포함하여 가스 센서의 전체를 배기관 내에 배치해야 하는 경우도 있다.

복수의 리드 선을 터미널부로부터 정렬하여 인출하기 위해 가스 센서의 기단부에 리드 선 누름덮개가 장착된다. 리드 선 누름덮개는, 예를 들면 탄성을 가지는 고무재에 의해 형성된 복수의 구멍(孔)을 가지는 원판이다. 각 구멍(孔)을 통하여 리드 선은 인출된다. 고온 환경하에서 사용되는 가스 센서에서는 리드 선 누름덮개가 열에 의한 손상을 받기 쉽다.

내열성이 높은 재료(예를 들면 백금 등의 금속재료, 또는 세라믹스)에 의한 리드 선 누름덮개를 형성하면 리드 선 누름덮개의 열손상은 피할 수 있다. 그러나, 내열성의 높은 재료는 고가이고, 부품 코스트를 상승시켜 버린다. 이와 같이, 부품 코스트의 요구와 가스 센서의 기단부의 열손상의 저감의 요구를 양립시키는 가스 분석 장치가 요구된다.

본 발명의 목적은, 부품 코스트의 요구와 가스 센서의 기단부의 열손상의 저감의 요구를 양립시키는 가스 분석 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 태양의 가스 분석 장치는, 가스가 흐르는 연도(煙道) 내에 배치되는 선단부를 가지는 지지통과, 상기 가스에 포함되는 소정의 성분을 검출하는 가스 센서로서, 상기 지지통의 상기 선단부에 고정되는 선단부와, 상기 지지통 내에 배치되는 기단부를 가지는 상기 가스 센서와, 상기 가스 센서의 상기 기단부를 냉각하는 냉각용 공기를 상기 지지통 내에 공급하는 송기수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시형태에는, 상기 송기수단은, 상기 지지통 내에 배치된 선단 개구를 가지는 공기 공급관을 포함하고, 상기 공기 공급관의 선단 개구는 상기 냉각용 공기를 상기 가스 센서의 상기 기단부를 향해서 방출한다.

일 실시형태에는, 가스 분석 장치는, 상기 지지통에 수용되어 상기 공기 공급관의 상기 선단 및 상기 가스 센서의 상기 기단부를 덮는 접속관을 더 구비하고, 상기 접속관은 선단과 기단을 포함하며, 상기 접속관은 그 기단에 가까운 위치에 형성된 적어도 하나의 공기 도입공을 가진다.

일 실시형태에는, 상기 접속관은 상기 가스 센서의 상기 기단부에 대응하는 위치에 형성된 적어도 하나의 공기 도출공을 가진다.

일 실시형태에는, 상기 가스 센서의 상기 선단부는 상기 지지통의 선단벽에 안쪽에서 나사결합되고, 상기 접속관은 상기 가스 센서의 일부 또는 전부를 수용하며, 상기 접속관과 상기 가스 센서는 서로 맞물림결합(係合)하여 상기 접속관과 상기 가스 센서를 일체적으로 회전 가능하게 하는 맞물림결합(係合)구조를 포함한다.

일 실시형태에는, 상기 맞물림결합(係合)구조는, 상기 가스 센서의 외면에 형성된 센서 너트와, 상기 접속관에 형성되어 상기 센서 너트에 감합(嵌合)하는 감합(嵌合)구조를 포함한다.

일 실시형태의 가스 분석 장치는 또한, 상기 지지통의 상기 선단에 떼어낼 수 있도록 장착되는 센서 설치 부재를 구비하고, 상기 가스 센서는 상기 센서 설치 부재에 떼어낼 수 있도록 장착된다.

일 실시형태에는, 상기 지지통의 상기 선단부는 개구단을 포함하고, 상기 센서 설치 부재는 상기 지지통의 상기 개구단에 떼어낼 수 있도록 장착된다.

일 실시형태에는, 상기 센서 설치 부재는 상기 배기관으로부터 상기 가스를 거두어들이기 위한 취입구가 형성된 선단을 가지고, 상기 가스 분석 장치는, 상기 센서 설치 부재에 떼어낼 수 있도록 지지를 받는 캡으로서 상기 센서 설치 부재의 상기 선단보다 바깥쪽으로 돌출함과 동시에 상기 취입구보다 상기 가스의 흐름의 상류에 배치되는 벽을 포함하는 상기 캡을 더 포함한다.

일 실시형태에는, 상기 캡은 상기 센서 설치 부재에 끼워 맞춰(外嵌)지는 소켓부(89)를 포함하고, 상기 소켓부 및 상기 센서 설치 부재에는 상기 센서 설치 부재에 대한 상기 캡의 부착 위치를 조절할 수 있는 맞물림결합(係合)구조가 설치된다.

일 실시형태에는, 상기 맞물림결합(係合)구조는, 상기 소켓부에 형성된 제1 공(孔)과, 상기 센서 설치 부재에 형성된 복수의 제2 공(孔)과, 상기 소켓부가 상기 센서 설치 부재에 지지된 상태에서 상기 소켓부의 상기 공(孔)과 상기 복수의 제2 공(孔) 중 선택된 하나의 제2 공(孔)과에 수용(受承)되고, 상기 소켓부와 맞물림결합(係合)하는 피결합(係合)체를 포함한다.

일 실시형태에는, 상기 복수의 제2 공(孔)은 상기 센서 설치 부분의 외면에 있어서 상기 센서 설치 부분의 둘레방향으로 소정간격을 두어 형성된다.

일 실시형태에는, 상기 피결합(係合)체는 상기 소켓부의 외면으로부터 돌출되지 않는다.

도 1 ~ 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 가스 분석 장치를 설명한다. 제1 실시 형태의 가스 분석 장치(11)는, 엔진, 보일러, 공업용 로(爐) 등의 연소 장치의 배기관에 장착되어 배기관을 흐르는 연소 배기가스(피측정가스)에 포함되는 산소나 질소산화물 등의 소정 성분을 검출하여 분석한다. 가스 분석 장치(11)는 직접 삽입 타입이며, 배기관 내의 측정점 근방에 배치되는 가스 센서를 포함한다.

도 1에 나타내듯이, 가스 분석 장치(11)는 배기관(12)을 흐르는 연소 배기가스에 포함되는 소정의 성분을 검출하여 검출 신호를 발신하는 발신기(11a)와, 발신기(11a)에 전기적으로 접속된 분석기(11b)를 포함한다. 분석기(11b)는 배기관(12)의 외부에 설치된다. 배기관(12)은 발신기(11a)가 장착되는 접수통(13)을 가진다.접수통(13)은 플랜지(14)가 형성된 외단(外端)을 가진다. 발신기(11a)는 접수통(13)에 수용(受承)되어 플랜지(14)에 고정된다. 고정된 발신기(11a)의 일부는 배기관(12) 내의 연도(煙道)에 노출된다.

발신기(11a)에 대해 설명한다. 발신기(11a)는 플랜지(22)가 형성된 기단을 가지는 지지통(21)(통 모양 하우징)을 구비한다. 지지통(21)은 접수통(13)에 삽입된다. 볼트(23)와 너트(24)는 지지통(21)의 플랜지(22)와 접수통(13)의 플랜지(14)를 체결한다. 양 플랜지(14, 22)의 사이에 배치된 씰(S)은 지지통(21)과 접수통(13)의 사이로부터 연소 배기가스가 새는 것을 방지한다. 볼트(23)의 헤드는 플랜지(14) 측에 있고, 볼트(23)의 수나사부(23a)는 플랜지(22) 측에 두어 너트(24)의 외단면으로부터 돌출된다.

지지통(21)에 대해 설명한다. 지지통(21)은 연도(煙道)에 노출되는 선단벽(31)을 가진다. 선단벽(31)에는, 가스 센서(41)의 선단부를 수용하여 고정하는 수용로(32)가 구획된다. 수용로(32)의 내주면에는 암나사부(33)가 형성된다. 암나사부(33)는 수용로(32)에 있어서 선단벽(31)의 내면으로부터 소정의 깊이까지 부분적으로 형성된다. 지지통(21)의 선단벽(31)에는 L자 모양으로 늘어나는 연통로(34)가 형성된다. 연통로(34)는 지지통(21)의 내부 공간과 수용로(32)를 연통(連通)한다.

지지통(21)은 선단벽(31)의 선단에 형성된 환상(環狀)의 필터 지지 돌기(35)를 포함한다. 필터 지지 돌기(35)의 선단에 방진용의 필터(36)가 고정된다. 필터(36)는 금속의 분말을 소결하여 만들어진다. 필터(36)는, 예를 들면 컵 형상이며, 그 가장자리가 필터 지지 돌기(35)의 선단면에 당접(當接)되어 고정된다.

가스 센서(41)에 대해 설명한다. 가스 센서(41)는 센서 너트(43)가 형성된 통 모양의 센서 케이스(42)를 포함한다. 센서 케이스(42)에 있어서, 센서 너트(43)보다 선단 측에 수나사부(44)가 형성된다. 센서 케이스(42)의 외면에 있어서, 수나사부(44)보다 선단 측에 복수개의 가스 도입공(45)이 형성된다. 가스 도입공(45)은 센서 케이스(42)의 둘레방향으로 서로 소정간격을 두어 형성된다. 가스 센서(41)는 센서 케이스(42)의 선단부를 수용로(32)에 수용하고, 센서 케이스(42)의 수나사부(44)를 암나사부(33)와 나사결합하는 것으로 선단벽(31)에 고정된다. 수나사부(44)의 암나사부(33)에 대한 조임에 수반하는 가스 센서(41)의 선단 방향으로의 이동은 센서 너트(43)가 선단벽(31)의 내면에 당접(當接)하는 것에 의해 규제된다.

센서 케이스(42)는 산소 이온 전도성 고체 전해질체에 의해 판 모양 또는 막대 모양으로 형성된 고온 작동형의 센서 소자(도시 생략), 및 상기 센서 소자를 가열하는 센서 히터(도시 생략)를 수용한다.

센서 케이스(42)의 기단부에 리드 선 누름덮개(47)가 장착된다. 리드 선 누름 덮개(47)를 통하여 복수개의 리드 선(46)이 센서 케이스(42)의 외부에 도출된다. 복수개의 리드 선(46)의 일부는 센서 소자의 검출 신호를 분석기(11b)에 공급하기 위한 신호선이며, 복수개의 리드 선(46)의 다른 일부는 센서 히터에 작동 전력을 공급하는 전력 공급선이다. 복수개의 리드 선(46)은 내열성 및 절연성을 가지는 테플론(등록상표) 재료에 의해 피복되어 있다.

도 5에 나타내듯이, 리드 선 누름덮개(47)는 복수의 리드 선공(孔)(47a)을 가지는 원판이다. 복수의 리드 선공(孔)(47a)은 환상(環狀)으로 배열된다. 리드 선 누름덮개(47)는 탄성, 내열성 및 절연성을 가지는 고무 재료(예를 들면, 불소 고무 및 실리콘 고무)로부터 형성된다. 리드 선공(孔)(47a)의 수는 리드 선(46)의 갯수와 같고, 하나의 리드 선공(孔)(47a)에 하나의 리드 선(46)이 삽통(揷通)된다. 리드 선 삽통관(揷通管)(48)은 리드 선(46)의 다발을 수용(受承)한다. 복수의 리드 선(46)의 끝에 단일의 수커넥터(49)가 장착된다.

단자상자(51)에 대해 설명한다.

도 1, 3에 나타내듯이, 발신기(11a)는 단자상자(51)를 포함한다. 단자상자(51)는 배기관(12)에 가까운 쪽의 측벽(51a)과 배기관(12)으로부터 먼 쪽의 측벽(51b)을 포함한다. 측벽(51a)의 윗 가장자리(上緣) 및 아래 가장자리(下緣)는 한 쌍의 스테이(52)와 용접에 의해 연결된다. 각 스테이(52)는 L자 모양이며 단자상자(51)의 측벽(51a)에 고정된 각부(脚部)(52a)와 각부(脚部)(52a)로부터 바깥쪽으로 돌출하는 고정편(52b)을 포함한다. 스테이(52)의 고정편(52b)은 볼트(23)와 너트(53)에 의해 배기관(12)의 플랜지(14)와 체결된다.

도 3에 나타내듯이, 단자상자(51)의 측벽(51a)은 중앙공(中央孔)(54)과 중앙공(中央孔)(54)의 외측에 형성된 한 쌍의 원호상의 볼트공(55)을 가진다. 볼트공(55)은 중앙공(中央孔)(54)에 대해 서로 대칭적으로 형성된다.

단자상자(51)의 측벽(51b)에 튜브 이음새(57)가 장착된다. 공기 공급관(56)은 튜브 이음새(57)에 연결되어 중앙공(中央孔)(54)을 통해 지지통(21) 내(정확하게는, 후술하는 접속관(61)의 내실)에 연장되어 있다. 공기 공급관(56)은 가스 센서(41)의 기단부로 향하여 개구되는 개구단, 즉 노즐(56a)을 가진다. 튜브 이음새(57)는 냉각용 공기를 생성하는 압축 공기원(도시 생략)에 접속된다. 냉각용 공기는 공기 공급관(56)에 의해 가스 센서(41)의 기단부로 향하여 공급된다. 노즐(56a)이 접속관(61)의 길이방향축의 중앙 위치보다 접속관(61)의 기단 측으로 어긋난 위치에 배치되도록, 공기 공급관(56)의 접속관(61) 내로의 돌출 길이가 결정될 수 있다.

케이블용 이음새(59)가 측벽(51b)에 고정된다. 분석기(11b)에 접속된 출력 취출용 케이블(58)은 케이블용 이음새(59)를 통하여 단자상자(51) 내에 도입된다. 암커넥터(60)가 출력 취출용 케이블(58)의 끝에 장착된다. 암커넥터(60)는 단자상자(51) 내에 있어서 수커넥터(49)와 접속된다.

도 3 및 도 4에 나타내듯이, 단자상자(51)는 서로 대면하는 2개의 착탈 가능한 덮개(51c)(도 3에는 하나만 도시)를 가진다. 양 덮개(51c) 및 측벽(51a, 51b)의 사이에 직방체 모양의 수용 공간이 구획된다. 양 덮개(51c)를 떼어내는 것에 의해 단자상자(51)는 개방된다.

접속관(61)에 대해 설명한다.

도 1에 나타내듯이, 접속관(61)은 단자상자(51)의 측벽(51a)의 외면에 고정된다. 접속관(61)의 기단부 외주면에 있어서, 서로 반대 위치에 한 쌍의 고정 부재(62)가 용접 등에 의해 고정된다. 각 고정 부재(62)는 L자형이며 접속관(61)의 외면과 단자상자(51)의 측벽(51a)에 각각 고정되는 고정벽(62a, 62b)을 포함한다. 고정벽(62b)에는 볼트공(63)이 형성되어 있다. 도 3에 나타내듯이, 단자상자(51)의 측벽(51a)의 볼트공(55) 및 고정벽(62b)의 볼트공(63)에 단자상자(51)의 안쪽으로부터 볼트(64)를 삽통(揷通)하고 너트(65)를 단단히 조이는 것에 의해, 접속관(61)은 단자상자(51)에 장착된다.

도 1에 나타내듯이, 단자상자(51)를 접수통(13)의 플랜지(14)에 고정했을 때 접속관(61)의 선단벽이 지지통(21) 내에 있어서 선단벽(31)과 당접(當接)하도록 접속관(61)의 길이는 결정된다. 도 2 및 도 3에 나타내듯이, 접속관(61)의 선단벽에는 가스 센서(41)의 센서 너트(43)와 감합(嵌合)하는 육각 형상의 감합공(嵌合孔)(66)이 형성되어 있다. 접속관(61)을 단자상자(51)의 측벽(51a)에 고정하고, 또한 지지통(21)의 플랜지(22) 및 단자상자(51)의 고정편(52b)을 접수통(13)의 플랜지(14)에 고정했을 때, 센서 케이스(42)의 기단부는 접속관(61)에 수용되어 센서 너 트(43)는 감합공(嵌合孔)(66)에 감합(嵌合)된다.

도 1, 도 2 및 도 3에 나타내듯이, 접속관(61)의 기단부에 복수개의 공기 도입공(67)이 접속관(61)의 둘레방향으로 소정간격을 두고 형성되어 있다. 접속관(61)의 길이방향에 있어서 중앙보다 선단에 가까운 위치에 복수개의 공기 도출공(68)이 접속관(61)의 둘레방향으로 소정간격을 두고 형성되어 있다.

공기 도입공(67) 및 공기 도출공(68)의 위치에 관하여 설명한다. 도 1에 나타내는 설치 상태에 있어서, 공기 도출공(68)은 가스 센서(41)의 기단부(리드 선 누름덮개(47)의 근방)에 대응하는 위치, 즉 플랜지(22)보다 배기관(12)에 가까운 위치(지지통(21)의 내부)에 있다. 공기 도입공(67)은 지지통(21)의 플랜지(22)보다 배기관(12)로부터 먼 위치(지지통(21)의 외부)에 있다.

도 1에 나타내듯이, 지지통(21)의 내주면과 접속관(61)의 외주면과의 사이에 교정용 가스 공급 배관(71)이 배치된다. 교정용 가스 공급 배관(71)의 선단부는 지지통(21)의 선단벽(31)과 나사결합하여 연통로(34)로 연통된다. 도 4에 나타내듯이, 교정용 가스 공급 배관(71)은 단자상자(51)의 측벽(51a)과 지지통(21)의 플랜지(22)와의 사이의 공간에서, 단자상자(51)의 측방(도 4에 있어서의 왼쪽)으로 연장된다. 교정용 가스 공급 배관(71)의 기단부는, 외부의 교정용 가스 공급원(도시 생략)에 접속된다. 교정용 가스는 교정용 가스 공급원으로부터 교정용 가스 공급 배관(71) 및 연통로(34)를 통하여 수용로(32)에 공급된다.

제1 실시 형태에 있어서, 감합공(嵌合孔)(66)은 감합(嵌合)구조로서 기능한다. 감합공(嵌合孔)(66) 및 센서 너트(43)는 맞물림결합(係合)구조로서 기능한다. 리드 선 누름덮개(47)는 센서 출력 취출용의 리드 선의 인출 부위인 가스 센서의 기단부로서 기능한다. 공기 공급관(56)은 송기수단으로서 기능한다.

다음으로, 제1 실시 형태의 가스 분석 장치(11)의 작용을 설명한다.

가스 센서의 교정에 대해 설명한다.

연소 배기가스의 측정을 개시하기 전에, 다음과 같이 가스 센서(41)를 교정한다. 우선, 교정용 가스 공급원으로부터 소정의 교정용 가스(예를 들면, 산소 가스)를 공급한다. 교정용 가스는 교정용 가스 공급 배관(71) 및 연통로(34)를 통하여 수용로(32) 내에 도달하고, 가스 도입공(45)를 통하여 센서 케이스(42) 내로 유입되며, 센서 케이스(42) 내에 수용된 센서 소자에 접촉한다. 교정용 가스에 대응한 소정의 전압(기전력)이 센서 소자의 양전극간에 발생하고, 이 전압에 대응한 전류 신호가 생성된다. 이 전류 신호는 리드 선(46), 수커넥터(49), 암커넥터(60) 및 출력 취출용 케이블(58)을 통하여 분석기(11b)에 공급된다. 분석기(11b)는 전류 신호를 기준 전류로서 기억한다. 이와 같이 하여 가스 센서(41)의 교정은 완료된다.

연소 배기가스의 수집에 대해 설명한다.

교정의 완료 후, 발신기(11a)는 접수통(13)에 삽입되어 배기관(12)에 고정된다. 고정된 발신기(11a)의 선단(필터(36))은 연도(煙道)에 노출된다. 배기관(12)을 흐르는 연소 배기가스는 필터(36)의 선단면 및 측면을 통하여 수용로(32) 내에 흘러든다. 연소 배기가스는 필터(36)의 다양한 방향에서 수집되기 때문에, 수용로(32) 내에는 충분한 양의 연소 배기가스가 수집된다. 수용로(32) 내에 유입된 연소 배기가스는 각 가스 도입공(45)을 통하여 센서 케이스(42) 내로 유입한다. 이 센서 케이스(42) 내에 흘러든 연소 배기가스는 센서 케이스(42) 내에 수용된 센서 소자에 접촉한다. 연소 배기가스에 포함되는 소정 성분(예를 들면, 질소산화물)의 농도에 대응한 전압(기전력)이 센서 소자의 양 전극 간에 발생하고 기전력에 대응한 실(實)전류 신호가 생성된다. 실(實)전류 신호는 각 리드 선(46), 수커넥터(49), 암커넥터(60) 및 출력 취출용 케이블(58)을 통하여 분석기(11b)에 공급된다. 분석기(11b)는 실(實)전류 신호를 기준 전류와 비교하고, 기준 전류에 대한 실(實)전류 신호의 변화량에 근거하여, 연소 배기가스 중의 소정 성분 농도를 산출한다.

냉각용 공기의 공급에 대해 설명한다.

연소 배기가스를 분석할 때 냉각용 공기는 튜브 이음새(57), 공기 공급관(56)을 통하여 접속관(61)의 내부에 공급된다. 공기 공급관(56)의 노즐(56a)은 냉각용 공기를 가스 센서(41)의 기단부로 향하여 분출한다. 냉각용 공기의 흐름은 접속관(61)의 내면에 안내되어 가스 센서(41)의 기단부 근방에 도달한다. 접속관(61)의 안내에 의해 냉각용 공기의 흐름은 확산하지 않고 가스 센서(41)의 기단부를 효율적으로 냉각한다.

노즐(56a)로부터 분출된 냉각용 공기의 흐름은 다음과 같은 수반기류를 일으킨다. 노즐(56a)로부터 분출한 냉각용 공기의 흐름은 접속관(61)을 따라서 그 선단측으로 진행되고, 공기 도출공(68)을 통해 접속관(61)의 외측으로 유출되어, 지지통(21)을 따라 플랜지(22) 측으로 진행되며, 플랜지(22)와 고정편(52b)(단자상자(51))과의 틈새로부터 배출된다. 접속관(61) 내의 냉각용 공기의 흐름에 의해 접속관(61)의 기단 측에 있어서의 내부 압력은 저하한다. 이 압력 저하에 수반하여 지지통(21)의 플랜지(22)의 외측의 공기가 공기 도입공(67)을 통해 접속관(61) 내로 인입되고, 냉각용 공기와 함께 접속관(61)의 선단측으로 흐른다(이른바 이젝터 효과). 수반기류는 접속관(61) 내(특히 내면 부근)에 있어서의 와류의 발생을 억제하고 접속관(61) 내의 공기의 흐름을 원활히 한다. 따라서, 냉각용 공기는 효율적으로 가스 센서(41)의 기단부에 공급된다.

냉각용 공기의 효율적인 공급에 의해 가스 센서(41)의 기단부에 장착된 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)은 효율적으로 냉각된다. 즉, 냉각용 공기의 원활한 흐름에 의해 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)의 열은 원활히 빼앗기고, 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)의 온도 상승이 억제되어 그들의 열손상은 회피된다.

냉각용 공기의 흐름은 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)과 열교환한 후, 공기 도출공(68)으로부터 접속관(61)의 외부로 유출된다. 공기 도출공(68)은 리드 선 누름덮개(47)와 대응하는 위치에 형성되어 있기 때문에, 가스 센서(41)의 동체(센서 케이스(42))는 냉각용 공기의 흐름에 의해 강제적으로 또는 적극적으로 냉각되는 일은 없다.

가스 센서의 교환순서를 설명한다. 우선, 가스 센서(41)를 지지통(21)으로부터 떼어낸다. 상세하게는, 단자상자(51)의 덮개(51c)를 떼어내고, 단자상자(51) 내에 있는 수커넥터(49)와 암커넥터(60)의 접속을 해제한다. 볼트(64) 및 너트(65)를 떼어내 단자상자(51)와 접속관(61)의 고정을 해제하고, 볼트(23) 및 너트(53)를 떼어내 단자상자(51)와 지지통(21)의 플랜지(22)와의 고정을 해제한다. 단자상자(51)를 파지하고 수커넥터(49)와 접속되어 있는 각 리드 선(46)을 단자상자(51)의 중앙공(中央孔)(54)으로부터 뽑아낸다. 접속관(61)을 소정 방향으로 회전시킨다. 접속관(61)의 회전은 감합공(嵌合孔)(66) 및 센서 너트(43)를 통하여 가스 센서(41)에 전달되고, 접속관(61)과 가스 센서(41)를 일체적으로 회전시킨다. 암나사부(33)의 수나사부(44)에 대한 나사결합이 해제되면 가스 센서(41)의 분리가 가능하다. 가스 센서(41)를 접속관(61)의 감합공(嵌合孔)(66)에 감합(嵌合)시킨 상태로 접속관(61)을 지지통(21)으로부터 뽑아낸다. 그 후, 가스 센서(41)를 접속관(61)으로부터 떼어낸다. 가스 센서(41)를 선단벽(31)의 수용로(32)로부터 뽑아냈을 때, 연도(煙道) 내의 열기가 수용로(32)로부터 지지통(21) 내로 유입되는 것은 필터(36)에 의해 억제한다. 이상으로, 가스 센서(41)의 분리 작업은 완료된다.

다음으로, 가스 센서(41)의 지지통(21)에의 설치 작업에 대해 설명한다. 가스 센서(41)를 지지통(21)에 설치하는 경우에는, 우선 접속관(61)의 선단에 가스 센서(41)를 설치한다. 즉, 센서 너트(43)를 감합공(嵌合孔)(66)에 감합(嵌合)시키고, 접속관(61)을 지지통(21)의 기단측 개구부로부터 삽입함과 동시에 가스 센서(41)의 선단을 선단벽(31)의 수용로(32)에 삽입한다. 접속관(61)을 파지하여 가스 센서(41)를 지지통(21)으로부터 떼어낼 때와 반대 방향으로 회전시킨다. 그러면, 이 접속관(61)의 회전력은 감합공(嵌合孔)(66) 및 센서 너트(43)를 통하여 가스 센서(41)에 전달되어, 그 결과 접속관(61)과 가스 센서(41)는 일체적으로 회전한다. 수나사부(44)의 암나사부(33)에의 조임에 수반하는 가스 센서(41)의 선단 방향으로의 이동은 센서 너트(43)가 지지통(21)의 선단벽(31) 내면에 당접(當接)하는 것에 의해 규제된다.

다음으로, 수커넥터(49)와 접속된 각 리드 선(46)을 단자상자(51)의 중앙공(中央孔)(54)에 삽통(揷通)하고, 볼트(64) 및 너트(65)를 단단히 조여서, 단자상자(51)와 접속관(61)을 고정한다. 다음으로, 볼트(23) 및 너트(53)를 단단히 조여서, 단자상자(51)와 지지통(21)의 플랜지(22)를 고정한다. 마지막으로 단자상자(51) 내에서 수커넥터(49)와 암커넥터(60)를 접속하고, 단자상자(51)의 덮개(51c)를 설치하면 가스 센서(41)의 교환 작업은 완료된다.

이상과 같이, 가스 센서(41)의 교환 작업에 있어서, 접속관(61)은 가스 센서(41)와 지지통(21)과의 고정(나사결합)을 해제하기 위한 치구(治具) 및 가스 센서(41)를 지지통(21)에 고정(나사결합)하기 위한 치구(治具)로서도 기능한다. 그 때문에, 가스 센서(41)와 지지통(21)과의 고정을 해제하기 위한 치구(治具)를 별도로 준비할 필요는 없다.

제1 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 접속관(61) 내에 배치된 공기 공급관(56)의 선단 개구는 가스 센서(41)의 기단부를 향한다. 선단 개구로부터 방출된 냉각용 공기의 흐름은 가스 센서(41)의 적어도 기단부에 도달하고, 그 기단부에 장착된 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)을 냉각한다. 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)의 온도 상승은 억제되어 그들의 열손상은 회피된다. 고무재료로 만든 리드 선 누름덮개(47)를 사용할 수 있어 리드 선 누름덮개(47)를 내열성이 높은 고가의 재료로 형성할 필요도 없다. 따라서 부품 코스트의 상승은 피할 수 있다.

(2) 냉각용 공기의 흐름은 접속관(61) 내를 가스 센서(41)의 기단부 근방으로 향하여 나아간다. 냉각용 공기의 흐름은 접속관(61)에 의해 가스 센서(41)의 기단부 근방까지 안내되어 냉각용 공기의 흐름이 확산되는 일은 없다. 따라서, 가스 센서(41)의 기단부를 효과적으로 냉각할 수 있다.

(3) 공기 공급관(56)의 노즐(56a)은 가스 센서(41)의 기단부로 향하는 냉각용 공기의 흐름을 생성한다. 냉각용 공기의 흐름은 가스 센서(41)의 기단부에 효율적으로 공급되어 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)을 효과적으로 냉각한다.

(4) 가스 센서(41)의 선단부는 지지통(21)의 선단벽(31)에 나사결합된다. 접속관(61)은 가스 센서(41)의 대부분을 수용하는 길이를 가진다. 가스 센서(41)는 센서 너트(43)가 형성된 외면을 가진다. 접속관(61)은 감합공(嵌合孔)(66)이 형성된 선단을 가진다. 센서 너트(43)는 감합공(嵌合孔)(66)에 감합(嵌合)된다. 따라서, 접속관(61)이 회전되었을 때 가스 센서(41)는 접속관(61)과 일체적으로 회전한다. 예를 들면, 접속관(61)을 소정 방향으로 회전시키는 것으로 가스 센서(41)를 지지통(21)으로부터 떼어낼 수 있다. 반대로, 접속관(61)을 반대 방향으로 회전시키는 것으로 가스 센서(41)를 지지통(21)에 설치할 수 있다. 접속관(61)이 가스 센서(41)를 지지통(21)에 설치하는 용도, 또한 떼어내는 용도의 치구(治具)로서 기능하기 때문에 특별한 치구(治具)는 불필요하다. 센서 너트(43) 및 감합공(嵌合孔)(66)과 같은 비교적 간단한 구조에 의해, 가스 센서(41)의 떼어냄 및 설치 작업의 효율은 향상된다. 가스 분석 장치(11)의 구성을 복잡하게 할 것도 없다.

(5) 공기 도입공(67)이 접속관(61)의 기단부에 형성된다. 접속관(61)의 기단으로부터 선단으로 향하는 냉각용 공기의 흐름에 기인한 이젝터 효과에 의해, 외부 공기는 공기 도입공(67)으로부터 접속관(61) 내로 인입되어 접속관(61)의 선단으로 향하여 흐른다. 수반기류는 접속관(61) 내에 있어서의 와류의 발생을 억제한다. 접속관(61) 내에 있어서 냉각용 공기 및 외부 공기는 원활히 흘러, 가스 센서(41)의 기단부에 냉각용 공기가 원활히 공급된다. 따라서, 가스 센서(41)의 기단부(즉, 리드 선 누름덮개(47) 및 리드 선(46))는 효율적으로 냉각된다.

(6) 접속관(61)에 있어서, 가스 센서(41)의 기단부(즉, 리드 선 누름덮개(47))에 대응하는 부위에 복수의 공기 도출공(68)이 형성된다. 냉각용 공기의 흐름은 가스 센서(41)의 기단부 근방을 냉각하고, 공기 도출공(68)을 통해 접속관(61)으로부터 유출된다. 냉각용 공기의 흐름은 가스 센서(41)의 동체(센서 케이스(42))를 적극적으로 냉각하지 않는다. 최대한 냉각하지 않는 것이 바람직한 가스 센서(41)의 센서 소자는 센서 히터의 가열에 의해 소정 온도로 유지되고, 소정 성분을 고정밀도로 검출할 수 있다.

(7) 리드 선(46)은 리드 선 누름덮개(47)를 통하여 가스 센서(41)로부터 도출되어 접속관(61)을 따라 연장되어 외부로 도출된다. 따라서, 리드 선(46)은 접속관(61) 내에 있어서 냉각용 공기의 흐름에 의해 냉각된다.

(8) 공기 공급관(56)의 노즐(56a)은 접속관(61)의 길이방향에 있어서 중앙보다 약간 기단에 가까운 위치에 배치된다. 이 배치에 의하면, 냉각용 공기의 흐름은 가스 센서(41)의 기단부(리드 선 누름덮개(47))와 그 기단부로부터 연장되는 각 리드 선(46)의 양쪽 모두를 균형있게 효율적으로 냉각할 수 있다. 예를 들면, 노즐(56a)이 가스 센서(41)의 기단부에 너무 가까우면 리드 선 누름덮개(47)는 충분히 냉각되지만, 리드 선(46)의 냉각은 불충분하게 되는 일이 있다. 한편, 노즐(56a)이 가스 센서(41)의 기단부로부터 너무 멀면 리드 선(46)은 충분히 냉각되지만, 리드 선 누름덮개(47)의 냉각은 불충분하게 되는 일이 있다.

(9) 지지통(21)의 선단에 컵 형상의 필터(36)가 장착된다. 필터(36)의 선단면 및 외주면은 연도(煙道)에 노출된다. 배기관(12) 내의 연소 배기가스는 필터(36)의 선단면 및 외주면을 통하여 다양한 방향에서 수집된다. 따라서, 충분한 양의 연소 배기가스가 센서 케이스(42)에 수용된 센서 소자에 도달하여 센서 소자의 응답 특성은 향상된다.

본 발명의 제2 실시 형태의 가스 분석 장치(11)에 대해 제1 실시 형태와의 차이점을 설명한다. 제2 실시 형태는 가스 센서의 설치구조의 점에서 제1 실시 형태와 주로 다르다.

도 6a에 나타내듯이 제2 실시 형태에서는, 지지통(21)은 선단 개구를 가지고, 그 선단 개구에 떼어낼 수 있는 어댑터 플러그(81)가 장착된다. 지지통(21)의 선단 부근의 내주면에 암나사부(82)가 형성되어 있다. 어댑터 플러그(81)는 수나사부(84)와 플랜지(83)가 형성된 측면을 가진다. 어댑터 플러그(81)의 수나사부(84)와 지지통(21)의 암나사부(82)를 나사결합하는 것에 의해 어댑터 플러그(81)는 지지통(21)에 고정된다. 제1 실시 형태의 지지통(21)의 선단벽(31)과 같은 구조, 즉 수용로(32), 연통로(34), 필터 지지 돌기(35) 및 필터(36)가 어댑터 플러그(81)에 설치된다. 가스 센서(41)가 어댑터 플러그(81)에 장착되었을 때, 가스 센서(41)의 선단은 수용로(32)에 수용된다.

제2 실시 형태의 가스 분석 장치(11)에서는 제1 실시 형태의 접속관(61)이 생략되어 있다. 접속관(61) 대신에 공기 공급관(56)이 리드 선(46) 및 리드 선 삽통관(揷通管)(48)을 덮는다. 공기 공급관(56)의 기단에는 고정 부재(62)(도 3 참조)가 용접 등에 의해 장착된다. 공기 공급관(56)은 고정 부재(62)를 통하여 단자상자(51)의 측벽(51a)에 볼트(64) 및 너트(65)에 의해 체결된다. 공기 공급관(56)의 노즐(56a)(선단 개구)이 가스 센서(41)의 기단부(정확하게는, 리드 선 누름덮개(47))에 가깝지만, 그 기단부에 이르지 않도록 공기 공급관(56)의 길이는 결정된다.

압축 공기원에 의해 생성된 냉각용 공기는 튜브 이음새(57)를 통하여 단자상자(51) 내에 공급된다. 그 냉각용 공기는 단자상자(51)의 중앙공(中央孔)(54)을 통하여 공기 공급관(56)의 기단부에 유입하고, 공기 공급관(56)의 노즐(56a)로부터 유출하여, 가스 센서(41)의 기단부에 공급된다. 공기 공급관(56)의 노즐(56a)은 가스 센서(41)의 기단부를 향하기 때문에, 냉각용 공기는 가스 센서(41)의 기단부로 향해 흘러, 가스 센서(41)의 기단부를 효율적으로 냉각한다.

다음으로, 가스 센서(41)의 교환 작업을 설명한다. 가스 센서(41)를 떼어낼 때, 도 3에 나타내듯이, 우선 단자상자(51)의 덮개(51c)를 떼어낸다. 도 2에 나타내듯이, 단자상자(51) 내부에 있는 수커넥터(49)와 암커넥터(60)의 접속을 해제한 다. 너트(53)를 떼어내고, 단자상자(51)와 지지통(21)의 플랜지(22)와의 고정을 해제한다. 단자상자(51)를 파지하고 수커넥터(49) 및 각 리드 선(46)을 단자상자(51)의 중앙공(中央孔)(54)으로부터 뽑아낸다. 볼트(23) 및 너트(24)를 떼어내고, 지지통(21)의 플랜지(22)와 접수통(13)의 플랜지(14)와의 고정을 해제한다. 지지통(21)을 접수통(13)으로부터 뽑아내고, 도 6b에 나타내듯이, 지지통(21)으로부터 교정용 가스 공급 배관(71)을 떼어낸다.

도 6b에 나타내듯이, 어댑터 플러그(81)를 소정 방향으로 회전하고, 어댑터 플러그(81)를 지지통(21)의 선단부로부터 떼어낸다. 가스 센서(41)는 어댑터 플러그(81)와 함께 지지통(21)으로부터 인출된다(도 6b의 화살표). 이것에 의해, 리드 선(46), 리드 선 삽통관(揷通管)(48) 및 수커넥터(49)도 지지통(21)으로부터 인출된다. 마지막으로, 가스 센서(41)를 소정 방향으로 회전시키는 것에 의해 가스 센서(41)를 어댑터 플러그(81)로부터 떼어낸다. 이와 같이 하여 가스 센서(41)의 분리가 완료된다.

다음으로, 가스 센서(41)를 설치할 때에는, 교환용의 가스 센서(41)를 어댑터 플러그(81)에 설치한다. 수커넥터(49), 리드 선 삽통관(揷通管)(48) 및 각 리드 선(46)을 지지통(21)의 선단 개구로부터 삽입하면서, 가스 센서(41)가 고정된 어댑터 플러그(81)를 지지통(21)의 선단 개구에 나사결합한다. 이 때, 어댑터 플러그(81)의 안쪽(도 6b에 있어서의 왼쪽)으로의 이동은, 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)가 지지통(21)의 선단 개구 단면에 당접(當接)하는 것에 의해 규제된다. 그 후, 가스 센서(41)가 장착된 지지통(21)을 접수통(13)에 삽입한다. 다음으로, 교정용 가스 공급 배관(71)을 지지통(21)의 기단측의 개구부로부터 삽입하고, 그 선단부를 어댑터 플러그(81)의 내면에 개구되는 연통로(34)에 나사결합한다. 이후, 전술한 분리 작업과 반대의 순서를 실시하여, 가스 센서(41)의 설치 작업을 완료한다.

제2 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(10) 지지통(21)의 선단에 장착된 떼어낼 수 있는 어댑터 플러그(81)에 가스 센서(41)가 장착된다. 어댑터 플러그(81)를 지지통(21)으로부터 떼어내는 것에 의해 가스 센서(41)는 지지통(21)으로부터 떼어내어 진다. 즉, 가스 센서(41)를 지지통(21)에 설치하거나 떼어내기 위한 특별한 치구(治具)는 불필요하고, 가스 센서(41)의 교환 작업은 간단하다.

(11) 공기 공급관(56)의 선단 개구는 가스 센서(41)의 기단부를 향한다. 따라서, 가스 센서(41)의 적어도 기단부에 냉각용 공기가 보내어져 리드 선 누름덮개(47) 및 공기 공급관(56) 내의 각 리드 선(46)은 냉각된다. 리드 선 누름덮개(47) 및 각 리드 선(46)의 온도 상승은 억제되어 그들의 열손상은 회피된다. 고무재료로 만든 리드 선 누름 덮개(47)를 사용할 수 있어 리드 선 누름덮개(47)를 내열성이 높은 고가의 재료로 형성할 필요도 없다. 따라서 부품 코스트의 상승은 피할 수 있다.

(12) 공기 공급관(56)의 기단측으로부터 도입된 냉각용 공기는 공기 공급관(56) 내를 지나고, 확산하는 것 없이 가스 센서(41)의 기단부 근방까지 안내된다. 따라서, 가스 센서(41)의 기단부는 효과적으로 냉각된다.

본 발명의 제3 실시 형태에 따른 가스 분석 장치(11)에 대해 도 7 내지 10을 참조하여 제2 실시 형태와의 차이점을 설명한다. 제3 실시 형태의 가스 분석 장치(11)는 가스 센서(41)가 장착되는 어댑터 플러그(81)를 구비한다. 어댑터 플러그(81)는 필터 지지 돌기(35)를 포함한다. 필터 지지 돌기(35)의 선단에 원판상의 필터(36)가 끼워진다. 중앙공(中央孔)(85a)을 가지는 필터 커버(85)가 나사결합된다. 필터 커버(85)의 중앙공(中央孔)(85a)으로부터 필터(36)는 노출된다. 중앙공(中央孔)(85a)은 피측정 가스의 취입구로서 기능한다. 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)와 지지통(21)의 끝면과의 사이에 패킹(86)이 개재된다. 패킹(86)에 의해 지지통(21)의 내외의 기밀이 확보된다.

도 9에 나타내듯이, 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)에는, 환상(環狀)의 도랑(83a)이 형성된다. 복수(제3 실시 형태에서는 8개)의 암나사부(87)가 플랜지(83)의 둘레방향으로 등간격을 두어 형성된다. 암나사부(87)는 도랑(83a) 내에 개구된다. 복수의 암나사부(87)는 복수의 암나사쌍을 구성한다. 도 9의 예에서는, 8개의 암나사부(87)는 각각이 어댑터 플러그(81)의 축선에 대해 서로 반대 측에 위치하는 2개의 암나사부(87)로 이루어지는 4개의 암나사쌍으로 이루어진다.

어댑터 플러그(81)에 보호 캡(88)이 장착된다. 보호 캡(88)은 환상(環狀)의 소켓부(89) 및 반원 통 모양의 쉴드벽(90)을 포함한다. 소켓부(89)의 내경은 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)의 외경과 거의 같거나 또는 약간 크다. 도 8에 나타내듯이, 소켓부(89)에는 한 쌍의 맞물림결합공(係合孔)(89a)이 서로 반대 측에 형성된다.

한 쌍의 맞물림결합공(係合孔)(89a)이 플랜지(83)에 형성된 복수의 암나사부(87) 가운데 선택된 한 쌍의 암나사부(87)에 각각 일치하도록, 소켓부(89)는 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)에 끼워 맞춰(外嵌)진다. 소켓부(89)의 각 맞물림결합공(係合孔)(89a)에 볼트(B)를 바깥쪽으로부터 삽통(揷通)하고, 대응하는 암나사부(87)에 단단히 조이고, 보호 캡(88)은 어댑터 플러그(81)에 장착된다. 도 8에 나타내듯이, 볼트(B)를 암나사부(87)에 단단히 조인 상태에 있어서, 볼트(B)는 맞물림결합공(係合孔)(89a)과 암나사부(87)에 수용(受承)된다. 특히, 볼트(B)의 헤드는 맞물림결합공(係合孔)(89a)에 있어서 소켓부(89)와 맞물림결합(係合)한다. 볼트(B)의 맞물림결합(係合)에 의해, 보호 캡(88)은 어댑터 플러그(81)에 대해서 회전하지 않고, 또 탈락도 하지 않는다.

보호 캡(88)이 어댑터 플러그(81)에 장착되었을 때, 쉴드벽(90)의 선단은 필터 지지 돌기(35)보다 돌출하며, 쉴드벽(90)은 필터 지지 돌기(35)보다 피측정 가스의 상류에 위치한다. 볼트(B)는 소켓부(89)의 외면으로부터 돌출되지 않는다.

제3 실시 형태에 있어서, 어댑터 플러그(81)는 센서 설치 부재로서 기능한다. 암나사부(82)는 지지통의 선단부의 개구부로서 기능한다. 암나사부(87)는 취착부(取着部)로서 기능한다. 볼트(B)는 피결합(係合)체로서 기능한다. 볼트(B)와 소켓부(89)는 맞물림결합(係合)구조로서 기능한다.

제3 실시 형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(13) 어댑터 플러그(81)는 배기관(12)을 흐르는 피측정 가스의 취입구(중앙공(中央孔)(85a))를 가진다. 필터 지지 돌기(35)보다 피측정 가스의 상류에 쉴드벽(90)이 배치된다. 쉴드벽(90)은 피측정 가스의 흐름을 차단하기 때문에, 쉴드벽(90)을 우회한 피측정 가스가 완만하게 중앙공(中央孔)(85a)에 수집된다. 가스 센서(41)는 기세가 약해진 피측정 가스를 분석한다. 가스 센서(41)는 피측정 가스의 기세의 강한 흐름의 영향을 받지 않기 때문에, 피측정 가스를 안정하게 분석할 수 있다.

(14) 쉴드벽(90)에 의해 차단되어 쉴드벽(90)을 우회한 피측정 가스가 완만하게 중앙공(中央孔)(85a)에 수집되기 때문에, 필터(36)가 배기관(12)을 흐르는 더스트에 의해 막히는 것을 억제할 수 있다.

(15) 쉴드벽(90)을 포함한 보호 캡(88)은 어댑터 플러그(81)로부터 떼어낼 수 있다. 피측정 가스의 흐름에 따라 보호 캡(88)을 떼어낼 수 있다. 예를 들면, 피측정 가스의 흐름에 기세가 있는 경우, 보호 캡(88)을 어댑터 플러그(81)에 취착(取着)하고, 쉴드벽(90)에 의해 피측정 가스의 흐름의 기세를 약하게 한다. 피측정 가스의 흐름이 완만한 경우, 보호 캡(88)은 떼어내진다. 이와 같이 하여, 피측정 가스의 수집을 조정할 수 있다.

(16) 어댑터 플러그(81)와 소켓부(89)로 이루어지는 맞물림결합(係合)구조에 의해, 보호 캡(88)은 어댑터 플러그(81)에 장착된다. 맞물림결합(係合)구조는, 소켓부(89)와 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)와의 끼워 맞춰짐(外嵌), 소켓부(89)에 형성된 2개의 맞물림결합공(係合孔)(89a)과 볼트(23)와의 맞물림결합(係合)을 포함한다. 쉴드벽(90)은 연도(煙道) 내의 피측정 가스의 흐름을 차단하거나 혹은 우회시키는 기능을 완수하는 것이 좋다. 따라서, 쉴드벽(90)은 어댑터 플러그(81)로부터 빗나가지 않는 한, 어댑터 플러그(81)에 완전하게 고정될 필요는 없다. 소켓부(89)의 맞물림결합공(係合孔)(89a)과 볼트(B)와의 맞물림결합(係合)은 보호 캡(88)을 어댑터 플러그(81)에 탈락 가능하게 지지하는데에 충분하다. 이 맞물림결합(係合)은, 보호 캡(88)을 어댑터 플러그(81)에 장착해 볼트(B)를 단단히 조이는 것만으로 실현되므로, 보호 캡(88)을 어댑터 플러그(81)에 설치하기 위한 구조는 간단하다.

(17) 복수의 암나사부(87)가 어댑터 플러그(81)의 플랜지(83)에 소정간격을 두고 형성된다. 보호 캡(88)의 한 쌍의 맞물림결합공(係合孔)(89a)과 복수쌍의 암나사부(87) 중 선택된 한 쌍의 암나사부(87)를 겹치는 것으로, 쉴드벽(90)을 피측정 가스의 흐름의 상류에 배치할 수 있다.

(18) 볼트(B)는 소켓부(89)의 외면으로부터 돌출되지 않는다. 지지통(21) 및 보호 캡(88)의 외면에는 돌기물이 전혀 없기 때문에, 가스 분석 장치(11)는 세련된 외관을 가지고, 또한, 지지통(21)을 접수통(13)에 원활히 삽입할 수 있다. 따라서, 발신기(11a)의 배기관(12)에의 설치 작업은 용이하다. 볼트(B)가 소켓부(89)의 외면으로부터 돌출되어 있는 경우에는, 돌출된 볼트(B)가 접수통(13)에 당접(當接)하고 지지통(21)의 삽입을 방해할 우려가 있다. 혹은, 돌출된 볼트(B)가 접수통(13)에 부딪치지 않도록 지지통(21)의 삽입 자세를 엄밀하게 관리할 필요가 있다. 따라서, 돌출된 볼트(B)는 발신기(11a)의 배기관(12)에의 설치 작업의 효율을 저하시킨다. 이것은 접수통(13)의 내면과 지지통(21)의 외면과의 간격이 작을수록 현저하다.

(19) 어댑터 플러그(81)의 필터 지지 돌기(35)에 필터(36)와 필터 커버(85)가 장착된다. 필터 커버(85)는 떼어낼 수 있다. 따라서, 필터(36)의 설치, 교환, 및 청소는 용이하다.

제1 ~ 제3 실시 형태는 이하와 같이 변경해도 좋다.

도 11에 나타내듯이, 제1 및 제2 실시 형태의 단자상자(51)에 있어서, 측벽(51a)을 원판상의 고정 부재(91)로 변경해도 좋다. 고정 부재(91)에 중앙공(中央孔)(54) 및 볼트공(55)이 형성된다. 중앙공(中央孔)(54) 및 볼트공(55)의 주위에, 복수의 볼트공(92)을 고정 부재(91)의 둘레방향으로 소정간격을 두어 형성한다. 각 볼트공(92)은 고정 부재(91)의 둘레방향으로 연장된다. 이 구조에 의하면, 스테이(52)를 생략할 수 있고, 부품수가 저감된다.

제1 실시 형태에 있어서, 접속관(61)의 외면에 육각 너트(93)(도 3의 2점 쇄선)를 형성해도 좋다. 육각 너트(93)를 파지하여 접속관(61)을 돌리는 것으로, 접속관(61)의 떼어내기 및 설치가 용이하고 간단하게 된다.

제1 실시 형태에서는, 지지통(21) 내에서 가스 센서(41)의 전체가 접속관(61)으로 덮이지만, 가스 센서(41)의 일부(적어도 기단부)가 접속관(61)에 수용되어도 괜찮다. 서로 대향하는 접속관(61)의 내면과 가스 센서(41)의 외면에 맞물림결합(係合)구조를 형성한다. 접속관(61)의 내면에 감합공(嵌合孔)(66)을 형성하고, 가스 센서(41)의 외면에는 센서 너트(43)를 형성할 수 있다. 감합공(嵌合孔)(66)은 접속관(61)의 선단에 형성하지 않아도 된다. 예를 들면, 접속관(61)의 동체에 형성할 수 있다.

제1 실시 형태에서는, 공기 공급관(56)의 노즐(56a)은 접속관(61)의 길이방향에서 중앙보다 약간 기단에 가까운 위치에 있지만, 접속관(61)의 길이를 조정하여 노즐(56a)의 위치를 변경해도 좋다. 예를 들면, 공기 공급관(56)을 길게 하여 노즐(56a)을 접속관(61)의 중앙 위치나 선단에 가까운 위치에 배치해도 괜찮고, 공기 공급관(56)을 짧게 하여 노즐(56a)을 접속관(61)의 중앙 위치보다 기단에 가까운 위치에 배치해도 괜찮다. 공기 공급관(56)을 접속관(61) 내에 배치하지 않고, 단자상자(51)에 냉각용 공기를 공급하는 것만으로도 좋다. 단자상자(51)에 공급된 공기는 접속관(61)을 따라 진행되어 가스 센서(41)의 기단부에 공급된다.

제1 실시 형태에 있어서, 공기 도입공(67)은 하나라도 좋다.

제1 실시 형태에 있어서, 공기 도출공(68)은 하나라도 좋다.

제1 실시 형태에 있어서, 각 공기 도입공(67)은 대응하는 하나의 공기 도출공(68)과 일렬로 정렬되어 형성되지만(도 3 참조), 각 공기 도입공(67)은 대응하는 하나의 공기 도출공(68)과 비켜 형성되어도 괜찮다. 예를 들면, 복수의 공기 도입공(67)은 복수의 공기 도출공(68)에 대해서 접속관(61)의 둘레방향으로 90도 비킨 위치에 형성되어도 괜찮다. 이 구조에 의하면, 가스 센서(41)의 기단부(리드 선 누름덮개(47)) 및 각 리드 선(46)은 보다 효율적으로 냉각된다.

제3 실시 형태에 있어서, 소켓부(89)의 맞물림결합공(係合孔)(89a)의 수는 2로 한정되지 않고, 1 또는 3 이상이라도 좋다.

제3 실시 형태에 있어서, 볼트(B)를 핀과 같은 피결합(係合)체로 변경하고, 암나사부(87)를 단순한 구멍(孔)으로 변경해도 좋다. 그 핀과 소켓부(89)가 맞물림결합(係合)구조를 구성한다.

복수개의 리드 선(46)은 내열 섬유로 피복된 전선이어도 괜찮다. 예를 들면, 유리 섬유로 피복된 전선이나 순(純)니켈 세라믹 전선을 사용할 수 있다.

리드 선 누름덮개(47)는 불소 고무나 실리콘 고무와 같은 탄성, 내열성 및 절연성을 가지는 재료로부터 형성되지만, 내열성 및 절연성을 가지는 고온용 내화 섬유의 세라믹 화이버(ceramic fiber)나 유리 섬유로부터 형성될 수 있고, 마시나불 세라믹스(마이카)로부터 형성될 수 있다.

제1 실시 형태에 있어서, 선단벽(31)에 제3 실시 형태의 쉴드벽(90)과 같은 벽을 고정 혹은 일체로 형성해도 좋다. 이 구조에 의하면, 피측정 가스를 안정적으로 분석할 수 있어 더스트에 의한 필터(36)의 막힘을 억제할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 가스 분석 장치는, 부품 코스트의 요구와 가스 센서의 기단부의 열손상의 저감의 요구를 양립시킬 수 있다.

Claims

가스 분석 장치로서,

가스가 흐르는 연도(煙道) 내에 배치되는 선단부를 가지는 지지통과;

상기 가스에 포함되는 소정의 성분을 검출하는 가스 센서로서, 상기 지지통의 상기 선단부에 고정되는 선단부와, 상기 지지통 내에 배치되는 기단부와, 상기 기단부에서 도출된 리드 선을 가지는 상기 가스 센서와;

상기 가스 센서의 상기 기단부 및 상기 리드 선을 냉각하는 냉각용 공기를 상기 지지통 내에 공급하는 송기수단을 구비하며,

상기 송기수단은, 상기 지지통에 배치되고 상기 냉각용 공기를 상기 가스 센서의 상기 기단부를 향해 방출하는 선단 개구를 갖는 공기 공급관을 포함하며,

상기 공기 공급관은 상기 리드 선을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 가스 분석 장치.
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제1항에 있어서,

상기 지지통의 상기 선단에 떼어낼 수 있도록 장착되는 센서 설치 부재를 더 구비하고, 상기 가스 센서는 상기 센서 설치 부재에 떼어낼 수 있도록 장착되는 가스 분석 장치.
제7항에 있어서,

상기 지지통의 상기 선단부는 개구단을 포함하고,

상기 센서 설치 부재는 상기 지지통의 상기 개구단에 떼어낼 수 있도록 장착되는 가스 분석 장치.
제8항에 있어서,

상기 센서 설치 부재는 상기 연도로부터 상기 가스를 수집하기 위한 취입구가 형성된 선단을 가지고,

상기 가스 분석 장치는, 상기 센서 설치 부재에 떼어낼 수 있도록 지지를 받는 캡으로서 상기 센서 설치 부재의 상기 선단보다 바깥쪽으로 돌출함과 동시에 상기 취입구보다 상기 가스의 흐름의 상류에 배치되는 벽을 포함하는 상기 캡을 더 포함하는 가스 분석 장치.
제9항에 있어서,

상기 캡은 상기 센서 설치 부재에 끼워 맞춰(外嵌)지는 소켓부(89)를 포함하고, 상기 소켓부 및 상기 센서 설치 부재에는 상기 센서 설치 부재에 대한 상기 캡의 부착 위치를 조절할 수 있는 맞물림결합(係合)구조가 설치되는 가스 분석 장치.
제10항에 있어서,

상기 맞물림결합(係合)구조는,

상기 소켓부에 형성된 제1 공(孔)과;

상기 센서 설치 부재에 형성된 복수의 제2 공(孔)과;

상기 소켓부가 상기 센서 설치 부재에 지지된 상태에서 상기 소켓부의 상기 공(孔)과 상기 복수의 제2 공(孔) 중 선택된 하나의 제2 공(孔)과에 수용(受承)되고, 상기 소켓부와 맞물림결합(係合)하는 피결합(係合)체를 포함하는 가스 분석 장치.
제11항에 있어서,

상기 복수의 제2 공(孔)은 상기 센서 설치 부분의 외면에 있어서 상기 센서 설치 부분의 둘레방향으로 소정간격을 두어 형성되는 가스 분석 장치.
제11항에 있어서,

상기 피결합(係合)체는 상기 소켓부의 외면으로부터 돌출되지 않는 가스 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 공기 공급관의 상기 선단 개구의 지름은 상기 가스 센서의 상기 기단부의 직경보다 큰 가스 분석 장치.
제7항에 있어서,

상기 센서 설치 부재는 상기 냉각용 공기가 상기 가스 센서의 센서 소자에 도달하는 것을 차단하는 가스 분석 장치.
제7항에 있어서,

상기 가스 센서가 상기 센서 설치 부재에 설치되었을 때,

상기 가스 센서의 상기 선단부는 상기 센서 설치 부재에 구획된 수용로에 수용되고,

상기 가스 센서의 센서 너트는 상기 센서 설치 부재에 연결되는 가스 분석 장치.
제1항, 제7항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가스 센서의 센서 소자에 교정용 가스를 공급하는 교정용 가스 공급 배관을 더 포함하며,

상기 송기수단은 상기 교정용 가스와 다른 상기 냉각용 공기를 상기 지지통 내에 공급하는 가스 분석 장치.