KR20150050309A - 산소 함유 가스 제조장치 - Google Patents

산소 함유 가스 제조장치 Download PDF

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Abstract

가스 유로(F1)에 캐리어가스(G1)가 도입되면, 제어부(6)는, 산소 발생부(3)를 전압계(4)에 접속시킴으로써 산소 발생부(3)를 산소 센서로서 기능시킨다. 이에 따라, 산소 발생부(3)의 셀 기전력이 감시되고, 셀 기전력 감시 완료시의 감시 전압값이 전압계(4)로부터 취득된다. 그리고, 감시 전압값으로부터 산출되는 캐리어가스 산소 농도와 설정 산소가스 농도차에 기초하여, 펌핑전류가 설정된다. 또한, 제어부(6)는, 산소 발생부(3)의 접속처를 전압계(4)에서 정전류 전원(5)으로 전환함으로써, 산소 발생부(3)를 산소가스 펌프로서 기능시킨다. 그리고, 펌핑전류에 의해 산소 발생부(3)에서 발생된 산소가스가 캐리어가스(G1)에 혼합되어, 설정 산소가스 농도로 제어된 산소 함유 가스(G2)가 제조된다.

Description

산소 함유 가스 제조장치{OXYGEN-CONTAINING GAS MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은, 캐리어가스 중에 소정 농도의 산소가스를 포함하는 산소 함유 가스를 제조하는 산소 함유 가스 제조장치에 관한 것이다.
가스 정제, 반도체 제조 프로세스, 무산화 로에 의한 철강·금속 등의 열처리, 특수금속 용접, 식품 포장 등의 분야에 고순도 가스가 이용되고 있다. 아르곤가스, 질소가스, 헬륨가스 등의 고순도 가스에는, 산소가스 농도를 ppb급으로 정확하게 측정하는 것이 요구되고 있다. 이 경우, ppb 레벨의 산소가스 농도의 교정 가스가 필요하다. 그러나, 1ppm 미만의 산소가스 농도의 교정 가스는 시판되고 있지 않다. 이 때문에, 현장에서는 일본특허 제4406392호 공보에 개시되어 있는 산소 함유 가스 제조장치에 의해, 가스의 제조가 이루어지고 있다.
일본 특허 제4406392호 공보에 기재된 산소 함유 가스 제조장치는, 캐리어가스를, 캐리어가스 주유로(主流路), 산소가스 제거수단, 유량 제어수단의 순으로 통과시킨 후에 산소 발생 수단에 도입하도록 구성되어 있다. 이 문헌에 개시된 산소 함유 가스 제조장치에 의하면, 캐리어가스 내에 존재하는 산소가 산소가스 제거수단에 의해 제거되어, 산소가스 농도가 제로인 캐리어가스가 제조된다.
그러나, 상기의 산소 함유 가스 제조장치는 산소가스 제거수단을 구비하고 있기 때문에, 장치 전체가 대형화되고, 고중량화 되었다. 또한 산소가스 제거수단에 충전되는 금속구리 등을 정기적으로 교환할 필요도 있다. 한편, 산소 함유 가스 제조장치는, 엔진이나 보일러, 공업용 로 등의 설비기기에 설치된 산소 센서의 교정에 사용될 수 있다. 이 때문에, 소형 및 경량이며 운반이 가능한 산소 함유 가스 제조장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 소형 및 경량인 산소 함유 가스 제조장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 의하면, 캐리어가스 중에 소정 농도의 산소가스를 포함하는 산소 함유 가스를 제조하는 산소 함유 가스 제조장치가 제공된다. 산소 함유 가스 제조장치는, 캐리어가스가 흐르는 가스 유로와, 가스 유로에 설치되어 산소를 발생시키는 산소 발생부와, 산소 발생부에 대하여 전환 가능하게 접속되는 전압계 및 정전류(定電流) 전원과, 산소 발생부를 제어하는 제어부를 구비한다. 가스 유로에 캐리어가스가 도입되면, 제어부는, 산소 발생부를 전압계에 접속시킴으로써 산소 발생부를 산소 센서로서 기능시키고, 산소 발생부의 셀 기전력을 감시하고, 셀 기전력의 감시 완료시의 감시 전압값을 전압계로부터 취득하고, 감시 전압값으로부터 산출되는 캐리어가스 산소 농도와 설정 산소가스 농도차에 기초하여 펌핑전류를 설정한다. 또한, 제어부는, 산소 발생부의 접속처를 전압계에서 정전류 전원으로 전환시킴으로써 산소 발생부를 산소가스 펌프로서 기능시키고, 펌핑전류에 의해 산소 발생부에서 발생된 산소가스를 캐리어가스에 혼합시킴으로써, 설정 산소가스 농도로 제어된 산소 함유 가스를 제조한다.
도 1은, 본 발명의 산소 함유 가스 제조장치를 가스 분석장치의 교정에 적용한 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 산소 함유 가스 제조장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은, 산소 함유 가스 제조장치의 표시부 및 조작부를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 산소 함유 가스 제조장치에 의한 난기(暖機) 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 산소 함유 가스 제조장치에 의한 교정 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은, 산소 함유 가스 제조장치의 다른 적용예를 나타내는 블럭도이다.
도 1에서 도 5를 참조하여, 산소 함유 가스 제조장치의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 가스 분석장치(10)의 교정에 이용된다. 가스 분석장치(10)는, 엔진, 보일러, 공업용 로 등의 배기관에 장착된다. 배기관내의 연도(煙道)(K)에는, 피측정 가스로서의 배기가스(G3)가 흐르고 있다. 가스 분석장치(10)는, 배기가스(G3)에 포함되는 O2가스 등의 검출 가스를 검출 및 분석한다.
가스 분석장치(10)는, 검출부(101)와, 검출부(101)에 전기적으로 접속된 분석계(102), 를 구비한다. 검출부(101)는, 배기가스(G3)에 포함되는 검출 가스의 농도를 검출한다. 검출부(101)는, 연도(K)내에 삽입 및 고정된다. 분석계(102)는, 연도(K)의 외부에 설치된다. 분석계(102)는, 통신선(100)을 통하여 산소 함유 가스 제조장치(20)에 접속되어 있다.
검출부(101)내에는, 가스 센서(41)가 고정된다. 가스 센서(41)의 선단에는, 산소 함유 가스를 공급하는 교정 가스 공급용 배관(71)이 장착된다. 가스 센서(41)의 내부에는, 고온 작동형의 가스 센서 소자가 설치되어 있다. 가스 센서 소자는, 산소 이온 전도성 고체 전해질체를 판상 또는 봉상(棒狀)으로 하여 형성된다. 교정 가스 공급용 배관(71)에는, 소정 농도의 산소 함유 가스(G2)를 제조하는 산소 함유 가스 제조장치(20)가 접속된다. 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 압력 조정 밸브(80)를 통하여 N2가스 봄베(81)에 접속된다. 캐리어가스(G1)로서의 N2가스가, N2가스 봄베(81)로부터 산소 함유 가스 제조장치(20)에 공급된다.
산소 함유 가스 제조장치(20)는, N2가스 봄베(81)로부터 공급되는 N2가스(G1)내에 산소를 공급함으로써, N2－O2의 산소 함유 가스(G2)를 제조한다. 산소 함유 가스(G2)는, 교정 가스 공급용 배관(71)을 통하여 산소 함유 가스 제조장치(20)로부터 가스 센서(41)의 선단으로 공급되고, 교정 가스로서 이용된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 캐리어가스(G1)에 소정 농도의 산소가스를 포함하는 산소 함유 가스(G2)를 제조한다. 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 캐리어가스(G1)의 유로로서의 가스 유로(F1)와, 캐리어가스(G1)의 유량을 조정하는 유량 조정부(2)와, 산소를 발생시키는 산소 발생부(3), 를 구비한다. 전자(電磁) 밸브(P1)는, 가스 유로(F1)에 있어서 유량 조정부(2)보다도 상류측에 설치된다. 전자(電磁) 밸브(P2)는, 가스 유로(F1)에 있어서 산소 발생부(3)의 하류측에 설치된다.
산소 함유 가스 제조장치(20)는, 전압계(4), 정전류 전원(5), 제어부(6), 표시부(7) 및 조작부(8)를 구비한다. 전압계(4) 및 정전류 전원(5)은, 산소 발생부(3)에 대하여 전기적으로 전환 가능하게 접속되어 있다. 제어부(6)는, 유량 조정부(2), 산소 발생부(3), 전자 밸브(P1, P2) 등을 제어한다. 표시부(7) 및 조작부(8)는, 제어부(6)에 접속되어 있다.
유량 조정부(2)는, 매스 플로우 콘트롤러(Mass　Flow　Controller：MFC)이다. 매스 플로우 콘트롤러는, 전기신호에 근거하여 유량 제어 밸브를 작동하여, 캐리어가스(G1)의 유량을 설정 유량으로 상시 조정한다.
산소 발생부(3)는, 산소가스 센서로서 기능함과 동시에, 산소가스 공급 펌프로서도 기능한다. 산소 발생부(3)는, 통형상체(지르코니아 관)(31)와, 산소 발생 셀(34)과, 산소 발생 셀(34)의 외측에 설치되는 히터(35), 를 구비한다. 통형상체(31)는, 고체 전해질의 재료로 구성되는 동시에 가스 유로(F1)에 연통되어 있다. 산소 발생 셀(34)은, 통형상체(31)의 내표면에 배치된 내측전극(32)과 통형상체(31)의 외표면에 배치된 외측전극(33)으로 이루어진다. 산소 발생 셀(34)은, 전압계(4)에 접속된 경우에 농담(濃淡) 전지형의 산소가스 센서로서 기능한다. 산소 발생 셀(34)은, 정전류 전원(5)에 접속된 경우에 산소가스 펌프로서 기능한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 표시부(7)는, 5자리수 및 3자리수의 7 세그먼트 디스플레이(7a)와, 점등(點燈)에 의해 상태를 표시하는 상태 표시 LED(7b)를 구비한다. 5자리수의 7 세그먼트 디스플레이(7a)는, 발생 산소가스 농도와 장치내의 채널 데이터를 표시한다. 3자리수의 7 세그먼트 디스플레이(7a)는, 모드 표시와 채널 번호를 표시한다. 상태 표시 LED(7b)는, 「POWER」 「READY」 「ALARM」의 각 LED를 구비한다. 「POWER」는, 장치에의 전원이 온 상태인 것을 나타낸다. 「READY」는, 캐리어가스의 치환이 완료된 것을 나타낸다. 「ALARM」은, 장치가 이상(異常) 상태인 것을 나타낸다.
조작부(8)는, 4개의 프리셋 버튼(8a)과, 1개의 M버튼(8b)을 구비한다. 프리셋 버튼(8a)은, 프리셋 된 산소가스 농도가 발생했을 때 조작된다. M버튼(8b)은, 메뉴얼의 산소가스 농도가 발생했을 때 조작된다. 또한, 조작부(8)는, 모드 변경시에 조작되는 「MODE」버튼(8c)과, 자동 교정 동작을 할 때 조작되는 「AUTOCAL」 버튼(8d)과, 각 조작을 취소할 때 조작되는 CLEAR 버튼(8e), 을 구비한다. 또한 조작부(8)는, 수치 변경시에 조작되는 상하좌우 키(8f)와, 수치 입력의 확정 및 각 동작의 개시·정지할 때 조작되는 「ENTER」버튼(8g)를 구비한다. 조작부(8)는 선택부에 상당한다.
다음에, 도 4를 참조하여 산소 함유 가스 제조장치(20)의 난기(暖機) 처리에 대하여 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 전원 스윗치가 온 되면, 난기를 개시한다(스텝 S11). 즉 제어부(6)는, 표시부(7)의 「POWER」의 LED를 점등시킨다. 제어부(6)는, 장치 내부에 설치된 배기 팬을 작동시켜 히터(35)를 가동함으로써, 산소 발생 셀(34)을 승온시킨다. 또한 제어부(6)는, 전자 밸브(P1, P2)를 전부 연다. 그리고 제어부(6)는, 유량 조정부(2)의 전원을 온 함과 동시에, 가스 퍼지를 위해 유량 조정부(2)를 10초간 전부 연다. 그 후 유량 조정부(2)는, 유량 조정 동작을 개시한다.
그리고, 제어부(6)는 산소 발생부(3)를 전압계(4)에 전기적으로 접속시키고, 셀 기전력의 측정을 개시한다. 전압계(4)에 접속된 산소 발생부(3)는 산소 센서로서 기능한다. 제어부(6)는 분석계(102)와의 통신을 개시한다. 산소 발생 셀(34)이 850℃ 이상으로 승온되면, 제어부(6)는 셀 기전력의 감시를 개시한다(스텝 S12). 산소 함유 가스 제조장치(20)의 전원이 온 된 후에 산소 발생 셀(34)이 소정 온도(예를 들면 850℃)까지 승온되는 사이에 이루어지는 처리를, 난기 처리라고 한다. 소정 온도는, 산소 발생 셀(34)의 셀 기전력이 안정되는 온도로서, 700℃ 이상이면 된다.
제어부(6)는, 전원이 온 된 후 120분 경과 후에, 셀 기전력이 300mV이상인지 아닌지를 판단한다(스텝 S13). 즉 산소 발생부(3)는, 내측전극(32)과 외측전극(33) 사이의 전압을 전압계(4)로 측정하고, 전압 측정값으로부터, 산소 발생부(3)에 도입된 캐리어가스(G1)의 산소가스 농도를 산출한다. 여기서, 산소 발생 셀(34)이 850℃인 경우, 전원 온으로부터 120분 경과 후에 셀 기전력이 300mV이상인지 아닌지를 판단하였다. 이에 대신하여, 산소 발생 셀(34)이 700℃ 이상인 경우라면, 설정 온도에 따라서, 경과시간이나 셀 기전력 값을 적절히 변경할 수 있다. 셀 기전력이 300mV보다 작다고 판단된 경우(스텝 S13：NO), 제어부(6)는, 표시부(7)에 에러를 표시하고, 처리 플로우를 종료시킨다(스텝 S20). 그리고 제어부(6)는, 표시부(7)의 「ALARM」의 LED를 점등시킨다. 이로 인해, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 산소 발생 셀(34)의 이상·고장을 알린다.
또한, 120분 경과 후에 셀 기전력이 300mV이상이라고 판단된 경우(스텝 S13：YES), 제어부(6)는 셀 기전력의 감시를 계속한다(스텝 S14). 계속해서 제어부(6)는, 셀 기전력의 10분간의 변화량이 2mV이하인지 아닌지를 판단한다(스텝 S15). 그리고, 셀 기전력의 10분간의 변화량이 2mV보다 크다고 판단된 경우(스텝 S15：NO), 제어부(6)는 스텝 S14로 이동하여 셀 기전력의 감시를 계속한다.
또한, 셀 기전력의 10분간의 변화량이 2mV이하라고 판단된 경우(스텝 S15：YES), 제어부(6)는, 셀 기전력의 감시를 종료한다(스텝 S16). 즉, 셀 기전력의 10분간의 변화량이 2mV이하가 된 경우, 제어부(6)는 가스 유로(F1)가 캐리어가스(G1)에 의해 퍼지되었다고 판정한다. 그리고 제어부(6)는, 셀 기전력 감시시의 셀 기전력을 검출하고, 셀 기전력으로부터 캐리어가스(G1) 중의 산소가스 농도를 산출하여 등록한다(스텝 S17). 캐리어가스(G1) 중의 산소가스 농도는, 캐리어가스 산소 농도에 상당한다.
제어부(6)는, 셀 기전력 감시 종료와 캐리어가스 산소 농도의 등록에 의해, 캐리어가스(G1)의 치환이 완료되었다고 판단한다(스텝 S18). 그리고 제어부(6)는, 산소 발생부(3)의 접속처를 전압계(4)에서 정전류 전원(5)으로 전환함으로써(스텝 S19), 산소 발생부(3)를 산소가스 펌프로서 기능시킨다. 또한, 제어부(6)는, 표시부(7)의 「READY」의 LED를 점등시킨다.
다음에, 도 5를 참조하여 분석계(102)의 교정 처리에 대하여 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 표시부(7)의 「READY」의 LED가 점등되면, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 교정 처리를 개시할 수 있다. 최초로, 작업자가 조작부(8)의 프리셋 버튼(8a)를 눌러 교정 농도 설정 조작을 실시한다. 이에 따라, 제어부(6)는 교정 포인트의 확인 및 수정을 개시한다. 교정 농도 설정 조작이 있는 경우, 제어부(6)는 표시부(7)의 7 세그먼트 디스플레이(7a)에, 교정 설정의 유무를 나타내는 수치를 표시한다(스텝 S21). 예를 들면, 4점 교정 포인트의 경우, 제어부(6)는, 4자리수의 수치를 7 세그먼트 디스플레이(7a)에 표시한다. 교정 설정의 유무는 「1」 또는 「0」으로 표시되며, 「1」이 설정 있음을 나타내고, 「0」이 설정 없음을 나타낸다. 구체적으로는, 「1110」이라고 표시되어, 좌측에서부터 최저 농도 산소에서 고농도 산소의 순으로 표시된다. 이 때, 교정 포인트 수는, 조작부(8)의 상하좌우 키(8f)를 누름으로써 변경 가능하다. 작업자는, 교정 포인트 수를 입력한 후, 조작부(8)의 「ENTER」버튼(8g)을 누르고, 교정 포인트 수를 확정한다.
계속해서 제어부(6)는, 최저 농도 산소에서 고농도 산소로 산소가스 농도가 높아지는 순으로, 설정 산소가스 농도의 표시를 개시한다. 제어부(6)는, N=1로 설정하고(스텝 S22), N번째의 설정 산소가스 농도를 표시한다(스텝 S23). 작업자는, 표시된 설정 산소가스 농도를 확인한다. 설정 산소가스 농도의 재설정이 필요하면, 작업자는 조작부(8)의 상하좌우 키(8f)를 눌러 수치를 변경한다. 설정 산소가스 농도의 설정이 불필요할 경우, 작업자는 조작부(8)의 「ENTER」버튼(8g)을 눌러서, 교정 포인트마다 설정 종료 조작을 실시한다. 제어부(6)는, 설정 종료 조작이 이루어졌는지 아닌지를 판단한다(스텝 S24). 설정 종료 조작이 이루어지지 않았다고 판단된 경우(스텝 S24：NO), 제어부(6)는, 설정 종료 조작이 이루어질 때까지 대기한다.
설정 종료 조작이 이루어졌다고 판단된 경우(스텝 S24：YES), 제어부(6)는, 모든 설정 산소가스 농도의 설정이 종료된 것을 확인하기 위하여, N=4인지 아닌지를 판단한다(스텝 S25). N=4가 아니라고 판단된 경우(스텝 S25：NO), 제어부(6)는, N에 하나를 더하여(N=N＋1)(스텝 S35), 스텝 S23으로 이동한다.
N=4라고 판단된 경우(스텝 S25：YES), 제어부(6)는, 교정 동작을 자동으로 개시한다(스텝 S26). 즉, 마지막의 고산소가스 농도에 대하여 「ENTER」버튼(8g)이 눌려져 설정 종료 조작이 완료되면, 제어부(6)는, 자동적으로 가스 센서(41)의 교정을 개시한다.
제어부(6)는, 최저 농도 산소로부터 고농도 산소의 순으로 설정 산소가스 농도의 교정을 자동으로 개시한다. 구체적으로 제어부(6)는, N=1로 설정하고(스텝 S27), N번째의 설정 산소가스 농도에 상당하는 펌핑전류를 설정한다(스텝 S28). 즉, 제어부(6)는, 감시 전압값으로부터 산출되는 캐리어가스 산소 농도와 설정 산소가스 농도차에 기초하여 펌핑전류를 설정한다. 구체적으로 제어부(6)는, N번째의 설정 산소가스 농도에서 캐리어가스 산소 농도를 뺀 값에 계수a를 곱한 펌핑전류를 설정한다. 계수는, 출하시에 설정된 조정값이다.
펌핑전류(mA)=계수 a×(설정 산소가스 농도-캐리어가스 산소 농도)
제어부(6)는, 산소 발생 셀(34)이 N번째의 설정 산소가스 농도를 가지도록, 전압을 PID 제어한다(스텝 S29). 즉 제어부(6)는, N번째의 설정 산소가스 농도에 상당하는 펌핑전류로 설정하도록, 전압을 PID 제어한다. 산소 발생부(3)는, 그 접속처가 정전류 전원(5)으로 전환된 후, 산소가스 펌프로서 기능한다. 캐리어가스(G1)는, 유량 조정부(2)에 의해 일정량(예를 들면, 500mL/min)으로 제어된다. 이후, 산소 발생부(3)로부터 발생된 산소가스가, 캐리어가스(G1)에 혼합된다. 이렇게 하여, 캐리어가스(G1)내의 산소가스 농도를 소정 농도로 정밀하게 제어한 산소 함유 가스(G2)가 얻어진다. 이 경우, 산소 함유 가스(G2)의 산소가스 농도는, 정전류 전원(5)으로 제어된 전류치에 기초하여 결정된다.
계속하여, 제어부(6)는, 교정하는 가스 센서(41)의 기전력값을 확인한다(스텝 S30). 제어부(6)는, 최저 산소가스 농도에서 고산소가스 농도로 산소가스 농도가 낮은 순으로, 기전력값의 확인을 자동으로 실시한다. 예를 들면, 산소가스 농도가 1ppm인 경우, 제어부(6)는, 30분간의 변화량이 0.4mV 이하인지 아닌지를 판단한다(스텝 S31).
이 경우의 소정 시간 및 변화량은, 가스 센서(41)가 안정되는 값으로 각각 설정된다. 30분간의 변화량이 0.4mV보다 크다고 판단된 경우(스텝 S31：NO), 제어부(6)는, 30분간의 변화량이 0.4mV 이하가 될 때까지 대기한다.
또한, 30분간의 변화량이 0.4mV이하라고 판단된 경우(스텝 S31：YES), 제어부(6)는, 교정하는 산소 센서의 기전력값의 확인을 종료한다. 그리고, 제어부(6)는, 분석계(102)에 등록된 가스 센서(41)의 기전력을 고쳐 쓴 후, 교정을 실시한다(스텝 S32). 이러한 고쳐쓰기는 통신선(100)을 통하여 실시한다. 여기서, 산소 발생 셀(34)이 850℃인 경우, 30분간의 변화량이 0.4mV이하인지 아닌지를 판단하였다. 이에 대신하여, 산소 발생 셀(34)이 700℃ 이상인 경우라면, 설정 온도에 따라서 경과시간이나 셀 기전력의 변화량을 적절히 변경할 수 있다.
이후, 스텝 S31을, 하기 수치로 변경하여 동일하게 판단하여 실시한다. 예를 들면, 산소가스 농도가 9ppm인 경우, 제어부(6)는, 20분간의 변화량이 0.2mV이하인지 아닌지를 판단한다. 또한, 산소가스 농도가 90ppm인 경우, 제어부(6)는, 10분간의 변화량이 0.1mV이하인지 아닌지를 판단한다. 산소가스 농도가 900ppm인 경우, 제어부(6)는, 10분간의 변화량이 0.05mV이하인지 아닌지를 판단한다.
모든 설정 산소가스 농도에 대하여 제어가 종료되었는지 아닌지를 확인하기 위하여, 제어부(6)는, N=4인지 아닌지를 판단한다(스텝 S33). N=4가 아니라고 판단된 경우(스텝 S33：NO), 제어부(6)는, N에 하나를 더하고(N=N＋1)(스텝 S36), 스텝 S28로 이동한다. 그리고, 다음의 고설정 산소가스 농도의 순으로 고쳐 쓴 후, 교정을 실시한다.
N=4라고 판단된 경우(스텝 S33：YES), 제어부(6)는, 교정 동작을 종료하고(스텝 S34), 고쳐 쓰기 교정 처리를 모두 종료한다. 이 때, 제어부(6)는, 산소 발생 셀(34)의 제어를 정지하고, 유량 조정부(2)의 전원을 오프하여, 전자(電磁) 밸브(P1, P2)를 전폐(全閉) 시킨다. 또한 제어부(6)는, 분석계(102)와의 통신을 종료하고, 표시부(7)에 교정 종료를 표시한다. 표시하고 30분 경과 후, 제어부(6)는, 장치 내부의 배기 팬을 정지시킨다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과를 나타낼 수 있다.
(1) 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 캐리어가스(G1)가 흐르는 가스 유로(F1)와, 가스 유로(F1)에 설치되어 산소를 발생시키는 산소 발생부(3)와, 산소 발생부(3)에 대하여 전환 가능하게 접속되는 전압계(4) 및 정전류 전원(5)과, 산소 발생부(3)을 제어하는 제어부(6), 로 이루어진다. 즉, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 캐리어가스(G1)로부터 산소가스를 제거하는 수단을 구비하지 않는다. 이 때문에, 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 소형화 및 경량화되고, 운반 가능해진다. 따라서, 엔진이나 보일러, 공업용 로 등의 설비기기에 설치된 산소 센서의 교정을 현지에서 실시할 수 있다. 또한, 캐리어가스(G1)로부터 산소가스를 제거하는 수단을 가지지 않으므로, 종래 구성과 같이 산소가스 제거수단을 구성하는 소모품의 교환이 불필요해진다. 더욱이, 다른 복수의 산소가스 농도를 가지는 교정 가스(표준 가스)도 불필요해진다. 또한, 교정 가스를 용이하게 제조할 수도 있다.
(2) 가스 유로(F1)에 캐리어가스(G1)가 도입되면, 산소 발생부(3)는, 전압계(4)에 접속되므로 산소 센서로서 기능한다. 이에 따라, 산소 발생부(3)의 셀 기전력이 감시되고, 셀 기전력의 감시 완료시의 감시 전압값이 전압계(4)로부터 취득된다. 계속하여, 감시 전압값으로부터 산출되는 캐리어가스 산소 농도와 설정 산소가스 농도차에 기초하여, 펌핑전류가 설정된다. 그리고, 펌핑전류에 의해 산소 발생부(3)에서 발생된 산소가스가 캐리어가스(G1)에 혼합되어, 설정 산소가스 농도로 제어된 산소 함유 가스(G2)가 얻어진다. 즉, 저농도의 산소를 함유하는 캐리어가스를 사용해도, 설정 산소가스 농도와의 농도차에 의해 설정된 펌핑전류에 의해, 산소가스 농도를 교정할 수 있다. 즉, 산소가스를 제거하는 수단 없이도 산소 발생부(3)로부터 발생되는 산소량을 적게 할 수 있기 때문에, 캐리어가스(G1)가 저농도의 산소를 함유하고 있어도, 산소 함유 가스(G2)의 산소가스 농도를 정확한 값으로 할 수 있다.
(3) 제어부(6)는, 분석계(102)의 교정을, 저농도 산소로부터 고농도 산소의 순으로 실시한다. 이 때문에, 분석계(102)의 교정을, 작업자가 순서대로 실시하는 것보다 단시간에 실시할 수 있다.
(4) 산소 함유 가스 제조장치(20)는, 발생 산소가스 농도나 교정 내용을 표시하는 표시부(7)를 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 작업자는 표시부(7)를 통해 발생 산소가스 농도나 교정 내용을 확인할 수 있다. 또한, 작업자에 의한 오설정도 억제할 수 있다.
상기 실시형태를, 이하의 형태로 변경할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 산소 함유 가스 제조장치(20)를, 엔진, 보일러, 공업용 로 등의 배기관내의 연도(K)를 흐르는 배기가스(G3) 중의 O2가스를 분석하는 분석계(102)의 교정에 사용하였다. 이에 대신하여, 산소 함유 가스 제조장치(20)를, 도 6에 나타낸 분석계(103)의 교정에 사용할 수도 있다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 분석계(103)는, 샘플 가스(G4)의 유로로서의 가스 유로(F2)와, 샘플 가스(G4)를 흡인하는 펌프(104)와, 샘플 가스(G4)의 유량을 조정하는 유량 조정부(105), 를 구비한다. 또한 분석계(103)는, 펌프(104)와 유량 조정부(105) 사이에 어댑터(106)를 구비한다. 어댑터(106)에는, 산소가스 농도를 측정하는 가스 센서(107)가 고정되어 있다. 분석계(103)는, 펌프(104) 및 유량 조정부(105) 등을 제어하는 제어부(6)를 구비한다. 분석계(103)는, 통신선(100)을 통하여 산소 함유 가스 제조장치(20)에 접속된다. 이 경우에도, 상기 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.
상기 구성에서, 조작부(8)에 선택부로서의 선택 버튼을 설치할 수 있다. 즉, 표시부(7)의 「READY」의 LED가 점등된 후에 선택 버튼을 누름으로써, 교정에 사용하는 산소가스 농도값을, 미리 설정된 초기설정 농도값과 분석계(102)에 설정된 분석 설정 농도값에서 선택할 수 있다. 이 경우, 분석계(102)의 분석 설정 농도값을 선택하면, 산소 함유 가스 제조장치(20)에 분석계(102)의 분석 설정 농도값을 취할 수 있으므로, 설정 변경의 수고를 생략할 수 있다.
상기 구성에서, 표시부(7)에, 수동 설정 변경 버튼을 설치할 수 있다. 즉, 표시부(7)의 「READY」의 LED가 점등된 후에 수동 설정 변경 버튼을 누름으로써, 교정에 사용되는 산소가스 농도값이나, 미리 설정된 초기설정 농도값을 임의의 농도값으로 변경할 수 있다. 이 경우, 산소 함유 가스 제조장치에 임의의 농도값을 설정할 수 있다.
상기 구성에서, 가스 유로(F1)에, 산소 함유 가스의 산소가스 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 설치할 수 있다. 구체적으로는, 산소 함유 가스 제조장치(20)의 산소 함유 가스의 배출측에 산소 농도 확인용의 산소 농도 측정부를 설치하고, 산소 농도 측정부로부터의 신호에 따라 산소 발생부(3)를 제어할 수 있다. 이 경우, 산소가스 농도를 보다 정확하게 제어한 산소 함유 가스를 제조할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 캐리어가스(G1)로서 N2가스를 사용했으나, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수도 있다.
상기 실시형태에서는, 산소 발생부(3)가 통형상체(31)와, 통형상체(31)의 내외 표면에 각각 배치된 내측전극(32) 및 외측전극(33)을 구비하였다. 이에 대신하여, 산소가스를 펌핑할 수 있는 구성이라면, 다른 형상의 산소 발생부를 이용할 수도 있다.
상기 실시형태에서는, 가스 센서(41)의 내부에, 산소 이온 전도성 고체 전해질체를 판상 또는 봉상으로 형성한 고온 작동형의 가스 센서 소자를 설치하였다. 이에 대신하여, 가스 센서 소자는, 판상 또는 봉상 이외의 형상일 수 있고, 고온 작동형 이외의 가스 센서 소자일 수도 있다.
상기 실시형태에서는, 제어부(6)가 최저 농도 산소로부터 고농도 산소로 산소가스 농도가 높아지는 순으로 산소가스 농도 표시를 개시하였으나, 최고 농도 산소로부터 저농도 산소로의 순으로 표시를 개시할 수도 있다.
상기 실시형태에서는, 제어부(6)가 최저 농도 산소로부터 고농도 산소로 산소가스 농도가 낮은 순으로 자동으로 교정하였으나, 최고 농도 산소로부터 저농도 산소로 산소가스 농도가 높은 순으로 자동으로 교정할 수도 있다.

Claims (5)

  1. 캐리어가스 중에 소정 농도의 산소가스를 포함하는 산소 함유 가스를 제조하는 산소 함유 가스 제조장치에 있어서,
    상기 캐리어가스가 흐르는 가스 유로와,
    상기 가스 유로에 설치되어, 산소를 발생시키는 산소 발생부와,
    상기 산소 발생부에 대하여 전환 가능하게 접속되는 전압계 및 정전류 전원과,
    상기 산소 발생부를 제어하는 제어부, 를 구비하고,
    상기 가스 유로에 상기 캐리어가스가 도입되면, 상기 제어부는, 상기 산소 발생부를 상기 전압계에 접속시킴으로써 상기 산소 발생부를 산소 센서로서 기능시키고, 상기 산소 발생부의 셀 기전력을 감시하고, 상기 셀 기전력의 감시 완료시의 감시 전압값을 상기 전압계로부터 취득하고, 상기 감시 전압값으로부터 산출되는 캐리어가스 산소 농도와 설정 산소가스 농도차에 기초하여 펌핑전류를 설정하고,
    상기 제어부는, 상기 산소 발생부의 접속처를 상기 전압계에서 상기 정전류 전원으로 전환함으로써 상기 산소 발생부를 산소가스 펌프로서 기능시키고, 상기 펌핑전류에 의해 상기 산소 발생부에서 발생된 산소가스를 상기 캐리어가스에 혼합시킴으로써, 설정 산소가스 농도로 제어된 산소 함유 가스를 제조하는 것을 특징으로 하는 산소 함유 가스 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스 제조장치는, 피측정 가스의 산소가스 농도를 분석하는 분석계에 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 분석계의 교정을 저농도 산소에서 고농도 산소 순으로 실시하는 것을 특징으로 하는 산소 함유 가스 제조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    교정에 사용되는 산소가스 농도값을, 미리 설정된 초기설정 농도값과, 상기 분석계에 설정된 분석 설정 농도값에서 선택된 선택부를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 함유 가스 제조장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    발생 산소가스 농도 및 교정 내용을 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 함유 가스 제조장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유로에 설치되고, 상기 산소 함유 가스의 산소가스 농도를 측정하는 산소 농도 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 함유 가스 제조장치.
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