JPH06148126A - ジルコニアガス分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定ガスがジルコニア管に接して爆発しても
その火焔が外部に逸走する危険性がなく，簡単な構成で
ガス吸引管内の結露を防止することが可能なジルコニア
ガス分析計を提供する。 【構成】 炉内に挿入されるプローブと，炉外に配置さ
れガス分析計を収納する外筐が一体に形成された防爆構
造の容器と，前記プローブの先端側に配置された伝熱ブ
ロックと，前記伝熱ブロックを所定の温度に加熱する手
段と，前記外筐側に配置された保温ブロックと，前記プ
ローブの先端から被測定ガスを吸引し前記ガス分析計の
検出部に導く試料ガス吸引パイプと，前記検出部に充満
した被測定ガスを排出する試料ガス排出パイプと，前記
外筐側の前記吸引及び排出パイプのそれぞれの途中に設
けられたフレームアレスタと，前記伝熱ブロックの温度
を前記保温ブロックに伝達するヒートパイプからなり，
前記吸引パイプを前記ヒートパイプに沿わせて配管す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，Ｏ₂ガスやＣＯガスの
濃度を測定するためのジルコニアガス分析計に関し，更
に詳しくは炉内ガスを吸引パイプによりガス分析計へ導
く迄の結露防止を図ると共に耐圧防爆構造としたジルコ
ニアガス分析計に関すものである。

【０００２】

【従来の技術】始めに図２の断面図を用いてジルコニア
ガス分析計の一般的な構造を説明する。図において１は
酸素イオン伝導体からなるジルコニア固体電解質で構成
されているジルコニア管，２は後述の外部電極１６ｂの
電極リードと接続するリング状の正側コンタクト，３は
後述の内部電極１６ａの電極リードと接続するリング状
の負側コンタクト，４はカバープレート，５はＯリン
グ，６はプローブ，７，７’は校正ガス導入管，８は比
較ガス導入管，９は熱電対，１０はジルコニア管１を加
熱するためのヒータ，１１は仕切り板，１２は燃焼排ガ
ス等でなる測定ガスＭＧが流れる煙道の壁（図示せず）
等に装置を固定するためのフランジ，１３は端子箱，１
４はパッキング，１５は校正ガス導入口，１６ａはジル
コニア管１の底部に装着された多孔質白金からなる内部
電極，１６ｂはジルコニア管１が基準ガスＲＧと接触す
る面（外側面）に装着された多孔質白金でなる外側電極
である。

【０００３】上記構成のジルコニアガス分析計におい
て，ＭＧはジルコニア管１の内側に導かれ，内側電極１
６ａに供給される。また，比較ガス導入管８から導入さ
れた比較ガスＲＧはジルコニア管の外側に供給されてい
る。このような状態で，ヒータ１０によりジルコニア管
１を酸素イオン誘電体となる温度まで（通常，７５０℃
程度）加熱すると，測定ガスＭＧは内部電極１６ａに接
触して比較ガスとの間に酸素濃淡電池の作用を起こす。
この結果ジルコニアセンサの外側電極１６ｂと負側コン
タクト３との間には，酸素分圧によって異なる起電力が
発生する。この起電力に対応した検出信号は図示しない
信号処理器で信号処理することにより，測定ガス中の酸
素濃度を測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来例に
おいてはジルコニア管が煙道（炉内）にあり，ジルコニ
ア管は７５０℃程度に加熱されるので炉内のガスが可燃
性の場合は爆発する危険性がある。図３はセンサユニッ
ト２０に設けたプローブ２１を取付フランジ１２を介し
て炉内に挿入し，そのプローブ６ａ内に設けた測定ガス
吸引管２２を介して測定ガスを吸引し，炉外に設けたジ
ルコニア管１に測定ガスを導く様に構成したものであ
る。この構成の場合，炉壁２５から固定フランジ１２ａ
迄の間は測定ガスが冷却される。そしてこのガスに水分
が含まれている様な場合はガス吸引管２２内で結露して
管路が閉塞する恐れがある。従って炉壁２５からセンサ
ユニット２０迄の間はスチーム管２７で加熱する。

【０００５】図４は同じくセンサユニット２０に設けた
プローブ６ａを炉内に挿入する他の構成を示すもので，
図３と同一要素には同一符号を付してある。この例では
ガス吸引管に沿ってカートリッジヒータ１０ａが３個配
置され，ガス吸引管２２内の結露を防止している。

【０００６】しかしながら，図３に示すものは， スチーム用配管が必要であり，スチームの設備がな
いところでは使用できない。 配管のための工数と材
料費がかかる。 保温は取付フランジの外側からしかできないので効
率が悪い。 などの問題があり，図４に示すものは

【０００７】 プローブの長さ（Ｌ）が長く（例えば
１ｍ程度）なった場合，カートリッジヒータも長くする
必要があるが，このヒータを長くすると大きな電力が必
要となる。 複数のヒータを用いて加熱する場合，ガス吸引管２
２のどの位置も同温にするには個別に温度制御しなけれ
ばならず，測温のための温度センサやコントローラがコ
スト高になる。また，いずれの構成においても測定ガス
がジルコニア管に接するのでこのガスが可燃性であった
場合，爆発の危険性はまぬがれない。などの問題があ
る。

【０００８】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので，測定ガスがジルコニア管に接して
爆発してもその火焔が外部に逸走する危険性がなく，簡
単な構成でガス吸引管内の結露を防止することが可能な
ジルコニアガス分析計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は，炉内に挿入されるプローブと，炉外に配置
されガス分析計を収納する外筐が一体に形成された防爆
構造の容器と，前記プローブの先端側に配置された伝熱
ブロックと，前記伝熱ブロックを所定の温度に加熱する
手段と，前記外筐側に配置された保温ブロックと，前記
プローブの先端から被測定ガスを吸引し前記ガス分析計
の検出部に導く試料ガス吸引パイプと，前記検出部に充
満した被測定ガスを排出する試料ガス排出パイプと，前
記外筐側の前記吸引及び排出パイプのそれぞれの途中に
設けられたフレームアレスタと，前記伝熱ブロックの温
度を前記保温ブロックに伝達するヒートパイプからな
り，前記吸引パイプを前記ヒートパイプに沿わせて配管
することにより，前記ヒートパイプの温度を所定の温度
に維持するように構成したしたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】

【作用】プローブの先端で伝熱ブロックが加熱される
と，ヒートパイプが加熱されその温度を保温ブロックに
伝達する。試料ガス吸引パイプはヒートパイプに沿って
配置されているので所定の温度に維持される。外筐内の
吸引パイプの途中に設けられたフレームアレスタはジル
コニア管に加熱されて爆発した火焔の炉内側への逸走を
防止する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明によるジルコニアガス分析計の
一実施例を示す要部断面図である。図において，３０は
プローブ６ｂを有する外筐であり，このプローブの根本
付近には外筐３０を炉壁（図示せず）に固定するための
フランジ１２が形成されている。３１はプローブの先端
付近に配置された伝熱ブロックで，この伝熱ブロックに
はヒートパイプ３２の一端が埋め込まれると共にカート
リッジヒータ１０，温度ヒューズ３３，サーミスタ３４
が埋め込まれ，更に試料ガス吸引管３５及び試料ガス排
出管３６が貫通している。

【００１２】３７はプローブの先端に室３８を有して形
成された隔壁であり，この隔壁にはフィルタ３９および
カバープレート４ａにより空間４０が形成されている。
空間４０内には伝熱ブロック３１から延長して試料ガス
吸引管３５の一端が配置され，同じく伝熱ブロック３１
からの試料ガス排出管３６の一端が室３８を介して炉内
に延長しされている。なお，プローブ６ｂと試料ガス吸
引管３５及び試料ガス排出管３６の貫通部は必要な防爆
隙を有するか，気密に固定されている。

【００１３】４５は外筐内に配置された保温ブロック
で，この保温ブロック４５にはヒートパイプ３２の他端
が埋め込まれると共に試料ガス吸引管３５及び試料ガス
排出管３６が貫通し，これらの管の他端はセンサユニッ
トの検出室４６に配置されている。３１ａは伝熱ブロッ
ク３１と保温ブロックの間に配置されヒートパイプ３
２，試料ガス吸引管３５及び試料ガス排出管３６が貫通
する伝熱ブロックである。４８ａ，４８ｂは保温ブロッ
ク４５内で試料ガス吸引管３５及び試料ガス排出管３６
のそれぞれの途中に挿入されたフレームアレスタで，こ
れらのフレームアレスタには火焔逸走を防止するための
防爆隙が形成されている。

【００１４】５０ａ，５０ｂはフレームアレスタ４８
ａ，４８ｂと伝熱ブロック３１ａの間の試料ガス吸引管
３５及び試料ガス排出管３６の途中に配置されたチーで
あり，チー５０ａには外筐３０に固定されたフレームア
レスタ４８ｃを介して校正ガス用配管５３が接続され，
チー５０ｂにはエゼクタが内臓されフレームアレスタ４
８ｄを介してエゼクタ用空気配管５３が接続されてい
る。５５はセンサユニットへの配線孔であり図では省略
するが所定の配線を行った上で防爆構造として必要な処
置が施される。なお，プローブ６ｂの空間には断熱材５
６が充填されている。

【００１５】上記の構成において，伝熱ブロック３１は
カートリッジヒータ１０により加熱され，サーミスタ３
４により所定の温度（例えば１５０℃）に維持される。
この温度はヒートパイプ３２を介して伝達され保温ブロ
ック４５の温度を所定の温度（例えば１５０℃より２〜
３℃低い温度）に上昇させる。一方校正ガス用配管のバ
ルブ（図示せず）を閉とし，エゼクタ用空気配管から空
気を送ると検出室４６内が負圧になり，フィルタ３９を
透過した測定ガスが試料ガス吸引管３５の一端から吸引
され，フレームアレスタ４８ａを通って検出室内に充満
しその含有酸素量等がセンサユニット２０により検出さ
れる。このガスはフレームアレスタ４８ｂを介して試料
ガス排出管３６を通り室３８を経て炉内へ排出される。

【００１６】上記の構成によれば，試料ガス吸引管３５
は伝熱ブロック３１，伝熱ブロック３１ａを経て保温ブ
ロック４５を貫通しており，これらのブロックはカート
リッジヒータとサーミスタにより高温（１５０℃程度）
に維持されているので結露により閉塞する恐れがない。
また，測定ガスが可燃性で検出室内で爆発してその火焔
が試料ガス吸引管および排出管内を逆流してもフレーム
アレスタ４８ａ，４８ｂにより火焔の逸走を防止するこ
とができるので耐圧防爆機能を有している。更に外筐１
の周りの雰囲気に可燃性ガスが存在してもフレームアレ
スタ４８ｃ〜４８ｅにより外部への火焔の逸走を防止す
ることができる。なお，本発明は上記実施例の形状や配
置に限ることなく必要に応じて設計変更が可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した様
に本発明によれば，所定の温度に加熱されたヒートパイ
プにより熱を伝達するとともに，そのヒートパイプに沿
わせて吸引パイプを配置しているので測定ガスに含まれ
る水分の結露がない。従って連続して安定な測定が可能
である。また，外筐及びプローブを耐圧防爆構造とし各
配管の外部との間にはフレームアレスタを設けているの
で耐圧防爆型のジルコニアガス分析計を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すジルコニアガス分析計
の要部構成図である。

【図２】ジルコニアガス分析計の一般的な構成を示す要
部構成図である。

【図３】測定ガスを吸引管によりセンサユニットに導入
した従来例を示す要部構成図である。

【図４】測定ガスを吸引管によりセンサユニットに導入
した他の従来例を示す要部構成図である。

【符号の説明】

１ ジルコニア管 ６ｂ プローブ １０ カートリッジヒータ １２ フランジ ２０ センサユニット ３０ 外筐 ３１，３１ａ 伝熱ブロック ３２ ヒートパイプ ３３ 温度ヒューズ ３４ サーミスタ ３５ 試料ガス吸引管 ３６ 試料ガス排出管 ３７ 隔壁 ３８ 室 ３９ フィルタ ４０ 空間 ４５ 保温ブロック ４６ 検出室 ４８ フレームアレスタ ５０ チイ ５２ 校正ガス用配管 ５３ エゼクタ用空気配管 ５５ 配線孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】 吸引
1. 【請求項１】炉内に挿入されるプローブと，炉外に配置
   されガス分析計を収納する外筐が一体に形成された耐圧
   防爆構造の容器と，前記プローブの先端側に配置された
   伝熱ブロックと，前記伝熱ブロックを所定の温度に加熱
   する手段と，前記外筐側に配置された保温ブロックと，
   前記プローブの先端から被測定ガスを吸引し前記ガス分
   析計の検出部に導く試料ガス吸引パイプと，前記検出部
   に充満した被測定ガスを排出する試料ガス排出パイプ
   と，前記外筐側の前記吸引及び排出パイプのそれぞれの
   途中に設けられたフレームアレスタと，前記伝熱ブロッ
   クの温度を前記保温ブロックに伝達するヒートパイプか
   らなり，前記吸引パイプを前記ヒートパイプに沿わせて
   配管することにより，前記ヒートパイプの温度を所定の
   温度に維持するように構成したしたことを特徴とするジ
   ルコニアガス分析計。