JP2019197076A

JP2019197076A - 酸素濃度測定装置

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Publication number: JP2019197076A
Application number: JP2019151728A
Authority: JP
Inventors: 亮田辺; Akira Tanabe; 智之加田; Tomoyuki Kada
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2019-11-14

Abstract

【課題】被測定ガス中の二酸化硫黄を十分に除去できる酸素濃度測定装置を提供する。【解決手段】酸素濃度測定装置は、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を除去するための吸着部８を備えている。吸着部８の本体部８１には、吸着剤８４が収容されている。吸着剤８４は、活性炭８４１を有している。ジルコニア酸素計に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄は、活性炭８４１によって吸着されて除去される。そのため、酸素濃度測定装置において、酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、より多くの二酸化硫黄を活性炭８４１で吸着できる。また、吸着剤８４である活性炭８４１には、アルカリ処理が施されている。そのため、活性炭８４１によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。【選択図】図２

Description

本発明は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定するための酸素濃度測定装置に関するものである。

従来より、排ガスや燃焼ガスなどの被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定する酸素濃度測定装置が利用されている。酸素濃度測定装置は、酸素濃度測定部を備えており、この酸素濃度測定部において、被測定ガスに含まれる酸素の濃度が測定される。酸素濃度測定部は、例えば、ジルコニア酸素計により構成される。被測定ガスには、二酸化硫黄（ＳＯ_２）が含まれる場合がある。被測定ガスに含まれる二酸化硫黄がジルコニア酸素計に導入されると、ジルコニア酸素計が劣化する可能性がある。そこで、ジルコニア酸素計に導入される二酸化硫黄を除去する構成を備える酸素濃度測定装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特許文献１に記載の装置は、二酸化硫黄を除去するＳＯ_２除去部を備えている。ＳＯ_２除去部は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を主成分とする吸収剤を備えており、この吸収剤によって被測定ガス中の二酸化硫黄を吸収している。

特許第２５４１４１９号公報

上記のような従来の装置を用いて測定を行った場合に、二酸化硫黄を十分に除去できず、ジルコニア酸素計が早期に劣化するという不具合が生じることがあった。これは、酸化マグネシウムを主成分とする吸収剤における二酸化硫黄の除去能力（吸収能力）が不十分であることが原因であると推測される。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、被測定ガス中の二酸化硫黄を十分に除去できる酸素濃度測定装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る酸素濃度測定装置は、ジルコニア酸素計と、吸着剤とを備える。前記ジルコニア酸素計は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定する。前記吸着剤は、アルカリ処理された活性炭を有し、前記ジルコニア酸素計に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を吸着する。

このような構成によれば、酸素濃度測定装置において、吸着剤として活性炭が用いられる。そして、ジルコニア酸素計に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄は、吸着剤である活性炭によって吸着されて除去される。

一般的に、活性炭は、その比表面積が大きい。具体的には、活性炭の比表面積は、通常、１０００〜２０００ｍ^２／ｇ程度であって、酸化マグネシウムの比表面積の１０倍以上である。また、活性炭には、微細孔が多量に形成されており、この微細孔の毛管現象により吸着力を向上できる。
そのため、吸着剤として酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、より多くの二酸化硫黄を吸着剤で吸着できる。
また、吸着剤である活性炭には、アルカリ処理が施されている。
そのため、吸着剤によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。
このように、本発明に係る酸素濃度測定装置の構成によれば、被測定ガス中の二酸化硫黄を十分に除去できる。

（２）また、前記吸着剤は、炭酸カリウム又は水酸化カルシウムを担持する前記活性炭を有してもよい。

このような構成によれば、炭酸カリウム又は水酸化カルシウムを担持する活性炭によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

（３）また、前記吸着剤は、最大径が５〜１０ｍｍの複数の前記活性炭を有してもよい。

このような構成によれば、適度な大きさからなる複数の活性炭によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

本発明によれば、吸着剤として活性炭が用いられるため、吸着剤として酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、より多くの二酸化硫黄を吸着できる。また、吸着剤である活性炭には、アルカリ処理が施されている。そのため、吸着剤によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

本発明の一実施形態に係る酸素濃度測定装置の構成を示した概略図である。図１の酸素濃度測定装置の吸着部の構成を示した断面図である。

１．酸素濃度測定装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る酸素濃度測定装置１の構成を示した概略図である。
酸素濃度測定装置１は、排ガスや燃焼ガスなどの被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定するための装置であって、ドレンセパレータ２と、除湿部３と、除塵部４と、ポンプ５と、バルブ６と、流量計７と、吸着部８と、ジルコニア酸素計９とを備えている。また、酸素濃度測定装置１には、流路１０が形成されている。

流路１０は、被測定ガスを移動させるための流路である。上記した各部材は、流路１０に介在されるように配置されている。具体的には、ドレンセパレータ２、除湿部３、除塵部４、ポンプ５、バルブ６、流量計７、吸着部８及びジルコニア酸素計９は、被測定ガスの移動方向において、この順序で流路１０に介在されている。
ドレンセパレータ２は、被測定ガス中に含まれる余分な水分を除去するためのものである。
除湿部３は、被測定ガスの湿度を一定量に調整するためのものである。除湿部３は、例えば、電子クーラによって構成される。

除塵部４は、被測定ガスに含まれる塵や埃などの不純物（ダスト）を除去するためのものである。除塵部４は、例えば、メンブレンフィルタによって構成される。

ポンプ５は、被測定ガスを流路１０内に吸引し、吸引した被測定ガスを流路１０内を通過させて外部に排出させるためのものである。ポンプ５は、図示しないモータからの駆動力が付与されることにより動作される。
バルブ６は、流路１０を移動する被測定ガスの流量を一定に調整するためのものである。バルブ６は、例えば、ニードルバルブである。
流量計７は、流路１０を移動する被測定ガスの流量を測定するためのものである。
吸着部８は、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）を吸着して除去するためのものである。なお、吸着部８の詳細の構成については、後述する。

ジルコニア酸素計９は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定するためのものである。ジルコニア酸素計９は、酸素の濃度を測定するセンサ（図示せず）を備えている。

酸素濃度測定装置１では、ポンプ５が動作されるとともに、流量計７が検出する流量が一定となるように、バルブ６の開度が調整される。そして、一定量の被測定ガスが、流路１０内に吸引されて、流路１０内を移動する。そして、被測定ガスは、流路１０を移動する過程で、酸素の濃度が測定される。

具体的には、流路１０に吸引された被測定ガスは、まず、ドレンセパレータ２によって、余分な水分が除去され、その後、除湿部３によって、湿度が一定に調整される。さらに、被測定ガスは、除塵部４によって、不純物が除去され、その後、吸着部８によって、二酸化硫黄が除去される。そして、二酸化硫黄が除去された状態の被測定ガスが、ジルコニア酸素計９に流入する。ジルコニア酸素計９は、被測定ガスの酸素濃度を測定する。被測定ガスは、その後、流路１０を通過して、酸素濃度測定装置１外に排出（排気）される。

ジルコニア酸素計９に含まれるセンサは、二酸化硫黄によって劣化しやすい。そのため、酸素濃度測定装置１では、上記したように、ジルコニア酸素計９に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄が、吸着部８によって除去される。これにより、ジルコニア酸素計９（ジルコニア酸素計９のセンサ）の劣化が抑制される。
また、酸素濃度測定装置１では、ジルコニア酸素計９に流入する被測定ガス中の二酸化硫黄を十分に除去するように、吸着部８を以下のように構成している。

２．吸着部の構成
図２は、酸素濃度測定装置１の吸着部８の構成を示した断面図である。
吸着部８は、本体部８１と、流入管８２と、流出管８３と、吸着剤８４とを備えている。
本体部８１は、両端が閉鎖された筒状に形成されている。
流入管８２は、本体部８１の一端に接続されている。流入管８２の内部空間は、本体部８１の内部空間に連通している。

流出管８３は、本体部８１の他端に接続されている。流出管８３の内部空間は、本体部８１の内部空間に連通している。流出管８３、流入管８２及び本体部８１の内部空間が流路１０（図１参照）の一部を形成している。
吸着剤８４は、本体部８１の内部に収容されている。吸着剤８４は、複数の活性炭８４１を有している。

各活性炭８４１は、種々の形状を有している。各活性炭８４１は、例えば、製造された活性炭を砕くことによって形成される。活性炭８４１の最大径Ｌは、例えば、５〜１０ｍｍである。すなわち、複数の活性炭８４１のうち、最も大きな径を有する活性炭において、その径の最大値が５〜１０ｍｍとなっている。活性炭８４１には、多量の微細孔が形成されている。活性炭８４１の比表面積は、１０００〜２０００ｍ^２／ｇ程度である。活性炭８４１は、アルカリ処理が施されることにより、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）を担持している。アルカリ処理とは、水溶液にした状態でアルカリ性を示す物質を担持させるための処理である。アルカリ処理の方法としては、例えば、炭酸カリウム水溶液などのアルカリ水溶液に活性炭８４１を浸漬させることにより、活性炭８４１の内部にアルカリ水溶液を含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。

上記したように、酸素濃度測定装置１においてポンプ５が動作されると、被測定ガスは、流入管８２を通過して、本体部８１内に流入する。本体部８１内に流入した被測定ガスは、複数の活性炭８４１の隙間を通って移動する。

このとき、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄は、活性炭８４１の物理的な吸着力によって、活性炭８４１に吸着されて除去される。活性炭８４１には、微細孔が多量に形成されており、この微細孔の毛管現象により、高い吸着力で二酸化硫黄が吸着される。
また、活性炭８４１は、上記したように、炭酸カリウムを担持している。そのため、炭酸カリウムと二酸化硫黄とは、下記式（１）に示す化学反応を起こす。
Ｋ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ＋２ＳＯ_２→２ＫＨＳＯ_３＋ＣＯ_２・・・（１）
これにより、活性炭８４１は、さらに高い吸着力で化学的に二酸化硫黄を吸着させる。

このように、吸着部８の本体部８１内に流入した被測定ガスは、吸着剤８４（活性炭８４１）によって二酸化硫黄が吸着されて除去される。そして、二酸化硫黄が除去された後の被測定ガスは、流出管８３から排出されて、ジルコニア酸素計９（図１参照）に流入する。

本体部８１内の吸着剤８４（活性炭８４１）は、酸素濃度測定装置１の使用期間が一定期間になると、新しい吸着剤８４と交換される。すなわち、酸素濃度測定装置１では、使用期間が一定期間を経過するたびに、本体部８１内の吸着剤８４が新しい吸着剤８４と交換される。

３．作用効果
（１）本実施形態では、図２に示すように、吸着剤８４は、アルカリ処理された活性炭８４１を有している。そして、ジルコニア酸素計９に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄は、活性炭８４１によって吸着されて除去される。

一般的に、活性炭８４１は、その比表面積が大きい。具体的には、活性炭８４１の比表面積は、通常、１０００〜２０００ｍ^２／ｇ程度であって、酸化マグネシウムの比表面積の１０倍以上である。また、活性炭８４１には、微細孔が多量に形成されており、この微細孔の毛管現象により吸着力を向上できる。
そのため、酸化マグネシウムを用いる場合に比べて、より多くの二酸化硫黄を吸着剤８４（活性炭８４１）で吸着できる。
また、吸着剤８４である活性炭８４１には、アルカリ処理が施されている。
そのため、吸着剤８４（活性炭８４１）によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

（２）また、本実施形態では、吸着剤８４は、炭酸カリウムを担持する活性炭８４１を有している。
そのため、炭酸カリウムを担持する活性炭８４１によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

（３）また、本実施形態では、図２に示すように、吸着剤８４である複数の活性炭８４１の最大径Ｌが、例えば、５〜１０ｍｍである。
そのため、適度な大きさからなる複数の活性炭８４１によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を効率的に吸着できる。

４．第２実施例
以下では、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることにより説明を省略する。
上記した第１実施形態では、吸着剤８４は、炭酸カリウムを担持する活性炭８４１を有している。
対して、第２実施形態では、吸着剤８４は、炭酸カリウムに代えて、水酸化カルシウム［Ｃａ（ＯＨ）_２］を担持する活性炭８４１を有している。

詳しくは、活性炭８４１は、アルカリ処理が施されることにより、水酸化カルシウムを担持している。アルカリ処理の方法としては、例えば、水酸化カルシウム水溶液に活性炭８４１を浸漬させることにより、活性炭８４１の内部に水酸化カルシウム水溶液を含浸させた後、乾燥させる方法が挙げられる。

酸素濃度測定装置１においてポンプ５が動作されて、被測定ガスが本体部８１内に流入すると、活性炭８４１が担持する水酸化カルシウムと二酸化硫黄とは、下記式（２）に示す化学反応を起こす。
Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＳＯ_２→ＣａＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ・・・（２）
これにより、活性炭８４１は、高い吸着力で化学的に二酸化硫黄を吸着させる。
このように、第２実施形態によれば、水酸化カルシウムを担持する活性炭８４１によって、被測定ガスに含まれる二酸化硫黄が効率的に吸着されて除去される。

５．変形例
上記した実施形態では、吸着剤８４は、炭酸カリウム又は水酸化カルシウムを担持する活性炭８４１を有するとして説明した。しかし、吸着剤８４は、アルカリ処理が施された活性炭８４１を有すればよく、炭酸カリウム又は水酸化カルシウム以外を担持する活性炭８４１であってもよい。

１酸素濃度測定装置
９ジルコニア酸素計
８４吸着剤
８４１活性炭

Claims

被測定ガスに含まれる酸素の濃度を測定するジルコニア酸素計と、
アルカリ処理された活性炭を有し、前記ジルコニア酸素計に流入する前の被測定ガスに含まれる二酸化硫黄を吸着する吸着剤とを備えることを特徴とする酸素濃度測定装置。
前記吸着剤は、炭酸カリウム又は水酸化カルシウムを担持する前記活性炭を有することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度測定装置。
前記吸着剤は、最大径が５〜１０ｍｍの複数の前記活性炭を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃度測定装置。