JPS60263849A - 酸素検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ダストを多量に含む被測定ガス中の酸素分圧
を検出するのに用いて好適な酸素検出装置に関するもの
である。

従来技術 酸素検出装置の一種に、溶解炉や加熱炉などの各種燃焼
炉の炉壁あるいはそれらの排気ガス通路の路壁等に設置
されて、それらの燃焼ガスや排気ガス等の被測定ガス中
の酸素分圧を測定するようにした装置がある。

そして、その一つに、例えば第６図に示されているよう
に、プローブ１０から吸引された被測定ガスが流通せし
められる被測定ガス通路１２と、プローブ１０から導か
れる被測定ガス中の酸素分圧を、有底円筒形状の固体電
解質とその内外面に設りられた−・対の電極とを含む酸
素検出素子１４にて検出するようにした酸素検出機構１
６と、その酸素検出機構１６の下流側に設けられ、被測
定ガス通路１２の下流側に向かって駆動ガスを噴出する
ことにより、被測定ガス通路１２内に所定の被測定ガス
をプローブ１０を通して吸引せしめるエゼクタ手段１８
とを含むものがある。要するに、かかるエゼクタ手段１
８によって被測定ガスを被測定カス通路１２内に吸引し
、そしてその被測定ガス通路１２内に吸引した被測定ガ
ス中の酸素分圧を、酸素検出機構１６の酸素検出素子１
４で検出することにより、燃焼炉や排気ガス通路内の被
測定ガス中の酸素分圧を検出するのである。なお、第６
図において、２０は酸素検出素子１４を加熱するための
ヒータであり、２２はエゼクタノズルである。また、２
４は、装置を燃焼炉の炉壁等に取り付けるための取付フ
ラジジであり、２５は断熱材である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような酸素検出装置では、ガラス熔
解炉内の燃焼ガスのように、ダストを多量に含む被測定
ガスを対象として酸素分圧の検出を行うと、その被測定
ガス中に含まれるダストが被測定ガス通路１２の内壁、
特にエゼクタ手段１８からの駆動ガスによる冷却作用に
よってエゼクタ手段１８の下流側の部分に析出・付着し
、時間の経過に伴って堆積して、ガス通路１２を閉塞し
たり、あるいはエゼクタ手段１８による被測定ガスの吸
引能力を低下させるという不都合があった。

また、酸素検出素子１４の固体電解質および電極表面に
付着・堆積して、酸素検出素子１４の応答性や測定精度
を低下させるという問題もあった。

これに対して、第６図に示すように、プローブの先端部
にフィルタ２６を設けてダストを除去したり、被測定ガ
ス通路１２内を定期的にパージすることが知られている
が、フィルタ２６によってダストを除去する手段ではフ
ィルタ２６が目詰まりし、またパージによっては堆積し
たダストの一部を取り除き得るだけであることがら、フ
ィルタ２６の交換や被測定ガス通路１２内に付着したダ
ストの除去、あるいは酸素検出素子１４の交換などの保
守を多く要するという欠点があった。

問題点を解決するための手段 上述のような不都合を解決するために、本発明に係る酸
素検出装置は、ｆａ）プローブから吸引された被測定ガ
スが流通せしめられる被測定ガス通路と、ｆｂ）該被測
定ガス通路の途中に設りられ、該被測定ガス通路内に吸
引された被測定ガスの流れ方向を屈曲せしめる屈曲路と
、（Ｃ１該屈曲路に近接して設けられ、該屈曲路内を通
過する被測定ガスを冷却する冷却手段と、ｔｄ）前記屈
曲路から導かれる被測定ガス中の酸素分圧を、固体電解
質とその表面に設けられた一対の電極とを含む酸素検出
素子にて検出するようにした酸素検出機構と、ｔｅｌ該
酸素検出機構の下流側に設けられ、該被測定ガス通路の
下流側に向かって駆動ガスを噴出することにより、該被
測定ガス通路内に所定の被測定ガスを前記プローブを通
して吸引せしめるエゼクタ手段とを含むように構成され
る。

作用および効果 このような酸素検出装置によれば、被測定ガス中に含ま
れて被測定ガス通路内に導かれたダストは、屈曲路内を
通過する段階で冷却、析出せしめられてその殆んどが除
去され、酸素検出機構およびエゼクタ手段には、ダスト
を殆んど含まない被測定ガスが送られるようになるので
ある。つまり、酸素検出素子や被測定ガス通路内、特に
エゼクタ手段の下流側の被測定ガス通路内に付着・堆積
するダストが著しく減少するのであり、これによって応
答性および測定精度を良好に保った状態での検出を長期
間連続して行うことが可能となったのである。

実施例 以下、本発明をより一層具体的に明らかにするために、
その一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

まず、第１図に本実施例の酸素検出装置の断面を示す。

そこにおいて、３０は検出装置の本体を成すブロックで
あって、その前端面（第１図の左側端面）に取付フラン
ジ３２が一体的に固定されており、この取付フランジ３
２において溶解炉や加熱炉等の各種燃焼炉の炉壁、ある
いはそれらの排気ガス通路の路壁に固定され得るように
なっている。

ブロック３０には、上記取付フランジ３２の前端面に開
口して、水平方向に有底穴３４が形成されており、その
開口部にパイプ状のプローブ３６が着脱可能に螺着され
て、燃焼炉や排気ガス通路内の燃焼ガスや排気ガス等の
被測定ガスが、そのプローブ３６から有底穴３４内に導
かれ得るようになっている。また、ブロック３０には、
上記有底穴３４の底部から鉛直方向下方に向かって、連
通孔３８が形成されており、上記プローブ３６から有底
穴３４内に導かれた被測定ガスが、この連通孔３８を経
て大気中に放散され得るようになっている。なお、上記
有底穴３４は、貫通孔の底部が着脱可能な蓋部材で密閉
されたものであってもよい。

また、ブロック３０には、上記有底穴３４の中間部の下
側面から鉛直方向下方に向かって、通孔４０が形成され
ており、その下側開口部に通孔４０と同心的に円筒部材
４２が固定されている。そして、この円筒部材４２の下
側開口を塞ぐ状態で蓋部材４４が着脱可能に螺着されて
いる。

さらに、かかる蓋部材４４には、有底穴３４の中心線に
直交する状態で垂直隔壁５０が立設されており、ブロッ
ク３０および円筒部材４２で囲まれた円筒状の空間が、
この垂直隔壁５０によってプローブ３６例の前室４Ｇと
連通孔３８例の後室４８とに二分されている。また、こ
の垂直隔壁５０の両面には、それぞれ複数枚（ここでは
各３枚）の水平隔壁５２が上下方向にほぼ等間隔に配設
されており、これらによって前室４６および後室４８が
、それぞれ上下方向に複数の室に分割されている。そし
て、かかる前室４６および後室４８を上下方向に分割す
る各水平隔壁５２には、第２図および第３図に示される
ように、直径方向に隔たった位置にそれぞれ交互に切欠
き５４が形成され、それら切欠き５４によって、前室４
６および後室４８の上下方向の各室がそれぞれ連通させ
られている。また、前室４６および後室４８の最下端の
各室を隔てる垂直隔壁５０部分には、複数（本実施例で
は３（固）の連通孔５６が形成され、これらによって前
室４６と後室４８とが連通させられている。

そして、プローブ３６から有底穴３４内に導かれた被測
定ガスが、第１図および第２図に矢印で示されるように
、それら切欠き５４および連通孔５Ｇによって連通させ
られた前室４６および後室４８の各室を通じ、流れ方向
を隔壁５０および５２によって蛇行状に屈曲・転換せし
められつつ、有底穴３４の奥部に導かれ得るようになっ
ている。

つまり、本実施例では、上記円筒部材４２．蓋部材４４
．隔壁５０，５２．およびそれら隔壁５０゜５２に形成
された切欠き５４並びに連通孔５６によって屈曲路が形
成されているのであり、前記有底穴３４．連通孔３８お
よびこの屈曲路によって、被測定ガス通路が構成されて
いるのである。なお、前記水平隔壁５２の間隔は円筒部
材４２の内径や被測定ガスの流量などにもよるが、一般
には、１０〜ｂ 連通孔５６の形状、大きさ、数等は状況に応じて適宜変
更可能である。

また、上記屈曲路の下流側には、有底穴３４の一部をバ
イパスするバイパス通路５８が形成されている。このバ
イパス通路５８は、前記後室４８に対向する状態で有底
穴３４の上側面に開口したパイプ状の大径孔部６０と、
この大径孔部６０の上部と有底穴３４の下流側とを連通
ずる小径孔部６２とから成っており、その大径孔部６０
内に、その上部開口に気密に且つ着脱可能に取り付けら
れた保持金具６６に保持されて、酸素検出素子６４が挿
入されている。

この酸素検出素子６４は、安定化ジルコニア等からなる
有底円筒形状の固体電解質６８と、その固体電解質６８
の閉鎮端部の内外面に設けられた一対の内面電極７０お
よび外面電極７２とを含む構成とされており、内側空間
の開口部が大気中に開放され、閉鎖端部が大径孔部６０
内に挿入された姿勢で、保持金具６６に固定されている
。また、大径孔部６０の外周部にはヒータ７４が設けら
れ、上記酸素検出素子６４を、例えば５００〜１０００
°Ｃ程度の高温に加熱し得るようになっている。

そして、酸素検出素子６４は、そのヒータ７４によって
加熱された状態において、被測定ガス中の酸素分圧と大
気中の酸素分圧との差に応じ、ネルンストの式に従って
内外両電極７０．７２間に発生ずる起電力を取り出し、
これをリード線を介して図示しない酸素検出回路に供給
するようになっている。上記電極７０．７２間から取り
出された起電力に基づいて、酸素検出回路において被測
定ガス中の酸素分圧が検出されるようになっているので
ある。なお、この酸素検出回路の構成は良く知られたも
のであり、本発明を理解する上で不。

可欠なものではないので、詳細な説明は省略する。

また、上述の説明から明らかなように、本実施例では、
バイパス通路５８．酸素検出素子６４．ヒータ７４等か
ら酸素検出機構が構成されている。

また、ブロック３０の有底穴３４を挟んで前記連通孔３
８に対向する位置には、ブロック３０を貫通し、前記連
通孔３８と同心的に且つ鉛直方向下向きにエゼクタノズ
ル７６が設けられており、図示しない駆動ガス供給源か
ら供給される空気等の駆動ガスが、その先端から連通孔
３８に向かって噴射されるようになっている。一方、そ
の駆動ガスが噴射される連通孔３８の上部開口部には、
部分的に径が狭くされたオリフィス形絞り７８が形成さ
れており、上記エゼクタノズル７６からオリフィス形絞
り７８を通じて連通孔３８に駆動ガスが噴射されること
により、かかる連通孔３８内が負圧とされ、以て有底穴
３４内のガスが連通孔３８内に吸引されて、プローブ３
６から有底穴３４内に被測定ガスが吸引されるようにな
っている。

つまり、本実施例では、エセクタノズル７６．連通孔３
８およびそこに形成されたオリフィス形絞り７８により
、エゼクタ手段が構成されているのである。なお、エゼ
クタノズル７６は、取付プラグ７９によってブロック３
０に着脱可能に取り付けられる。

そして、このような装置において、前記円筒部材４２が
、内壁８０と外壁８２との間に円筒状の冷却ガス通路８
゛４を備えた二重壁構造とされ、図示しない冷却ガス供
給源から供給管８６を経て空気や窒素等の冷却ガスが供
給され、該供給管８６とは反対側の外壁８２部分に形成
された通孔８８を経て、大気中に放出されるようになっ
ている。

つまり、本実施例では、円筒部材４２が冷却手段とされ
ているのであり、そこに形成された冷却ガス通路８４内
を通過せしめられる冷却ガスによって、前記屈曲路（前
室４６および後室４８）内を通過する被測定ガスが冷却
せしめられるようになっているのである。なお、第１図
において、９０は断熱材であり、主に前記酸素検出機構
を覆う状態で設けられている。

このような酸素検出装置では、エゼクタノズル７６から
の駆動ガスの噴射によってプローブ３６から吸引された
被測定ガスは、前記屈曲路を通過する際、冷却ガス通路
８４に流される冷却ガスで冷却されるため、たとえ被測
定ガスが多量のダストを含んでいても、そのダストの多
くは屈曲路を形成する隔壁５０，５２や蓋部材４４上に
強制的に析出される。このため、酸素検出機構やエゼク
タ手段には、ダストを殆んど含まない清浄な被測定ガス
が供給されることとなり、酸素検出素子６４や、従来ダ
ストが付着・堆積し易かった連通孔３８部分等へのダス
トの付着量が著しく減少される。つまり、ダスト付着に
よる被測定ガスの吸引力の低下や、酸素検出素子６４の
検出応答性や測定精度の低下が極力回避されることとな
ったのであり、酸素検出装置の長期間の継続した使用が
可能となったのである。

しかも、本実施例では、前述のように連通孔３８の上部
開口部にオリフィス形絞り７８が形成されているので、
エゼクタ駆動ガスによる冷却によって被測定ガス中に含
まれるダストが析出するようなことがあっても、そのダ
ストはオリフィス形絞り７８の存在によって生ずる乱流
によってオリフィス形絞り７８下側の連通孔３８部分に
析出され、エゼクタの吸引力を支配するオリフィス形絞
リフ８部分には析出されない。つまり、本実施例では、
このオリフィス形絞り７８が形成されていることによっ
て、装置の使用期間がさらに長くなるようにされている
のである。なお、このような効果は、連通孔３８の径が
オリフィス形絞り７８の径に比べて小さ過ぎると有効で
なくなり、また大き過ぎてもそれ程効果が増すものでは
ないため、連通孔３８の径はオリフィス形絞り７８の径
のほぼ２〜４倍程度にすることが望ましい。

因みに、本実施例装置と前記第６図に示した従来の装置
とを重油燃焼のガラス熔縁炉に取り付けて比較運転した
ところ、従来装置では、はぼ１０日で被測定ガス通路が
閉塞して、被測定ガスを吸引できなくなり、酸素検出装
置としての機能を果たさなくなったが、本実施例の装置
では、２ケ月間経過しても、ダストによる不都合は何等
惹起されず、１憂れた効果を有するものであることがｊ
、忍められた。

なお、本実施例では、酸素検出素子６４には、屈曲路で
冷却された被測定ガスが供給されるごととなるが、バイ
パス通路５８を流れる被測定ガスは、有底穴３４を流れ
る被測定ガスに比べて極めて少量（一般に、１００ｃｃ
／分程度）であり、ヒータ７４によって酸素検出素子６
４の温度を十分高温に維持できるので、冷却された被測
定ガスの流入によって、酸素検出素子６４による酸素分
圧の検出機能が損なわれることはない。

以上、本発明の一実施例、を説明したが、これは文字通
り例示であり、本発明は、かかる具体例に限定して解釈
されるべきものではない。

例えば、屈曲路は、前記実施例において前室４６またば
後室４８の一方の水平隔壁５２が取り除かれた形状とし
てもよく、また第４図に示されるように、垂直方向下向
きの別個のパイプ状容器９２および９４によって前室４
６と後室４８とを形成し、それら前室４６と後室４８と
の下部を連通路９６によって連通ずる形状としてもよく
、さらには第５図に示されるように、蓋部材４４に立設
した鋸歯状の折曲隔壁９８によって円筒部材４２の内部
空間を前室４６と後室４８とに２分し、その前室４６と
後室４８とを、折曲隔壁９８の底部に設けた連通孔５６
で連通させた形状としてもよい。

なお、第４図に示されるように、屈曲路が複数の容器の
組み合わせから成るような場合には、それら容器の側壁
をそれぞれ覆う状態で冷却ガス通路８４を設けることが
冷却効果を高める上で望ましい。また、屈曲路は、被測
定ガス通路の水平部分から下方に向かって設けられ、被
測定ガスに含まれるダストが底部の蓋部材４４上に主に
析出されるようになっているのが望ましいが、必ずしも
下方に向かって設けられている必要はない。

また、前記実施例では、屈曲路内を通過する被測定ガス
は冷却ガスによって冷却されるようになっていたが、冷
却ガスの代わりに水等の液体や、゛あるいはその他の冷
却媒体を使用してもよいことば言うまでもないところで
ある。

さらに、前記実施例では、酸素検出機構の酸素検出素子
６４として有底円筒状の固体電解質６８を主体とするも
のが採用されていたが、固定電解質や電極を板状に積層
乃至は印刷したものでもよく、またバイパス通路５８は
屈曲路の途中から分岐させるようにしてもよい。

加えて、エゼクタノズル７６からの駆動ガスは、前記実
施例のように、下方に向かって噴射されることが被測定
ガス通路内へのダストの付着を防止する上で望ましいが
、それ以外の方向に噴射せしめるようにすることも可能
である。

その他、−々列挙はしないが、本発明が、その趣旨を逸
脱しない範囲内において、種々なる変形。

改良等を施した態様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面断面説明図であり
、第２図および第３図は、それぞれ第１図において屈曲
路を形成する蓋部）オと隔壁とを示す左側面図およびそ
の平面図である。第４図および第５図は、それぞれ屈曲
路の他の実施例の要部を概略的に示す第１図に相当する
図である。第６図は、従来例を説明するための第１図に
相当する図である。 ３４；有底穴　３６：プローブ ３８：連通孔 ４２；円筒部材（冷却手段）　４４：蓋部材４６：前室
　４８；後室 ５．０：垂直隔壁　５２：水平隔壁 ５４：切欠き　５６；連通孔 ５８：バイパス通路　６４：酸素検出素子６８：固体電
解質　７０，７２：電極 ７４：ヒータ　７６：エゼクタノズル ７８ニオリフイス形絞り ８４宕令却ガス通路 ９２．９４：パイプ状容器 ９６：連通路　９８：折曲隔壁 出願人　日本碍子株式会社 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　プローブから吸引された被測定ガスが流通せし
   められる被測定ガス通路と、 該被測定ガス通路の途中に設けられ、該被測定ガス通路
   内に吸引された被測定ガスの流れ方向を屈曲せしめる屈
   曲路と、 該屈曲路に近接して設けられ、該屈曲路内を通過する被
   測定ガスを冷却する冷却手段と、前記屈曲路から導かれ
   る被測定ガス中の酸素分圧を、固体電解質とその表面に
   設けられた一対の電極とを含む酸素検出素子にて検出す
   るようにした酸素検出機構と、 該酸素検出機構の下流側に設けられ、該被測定ガス通路
   の下流側に向かって駆動ガスを噴出することにより、該
   被測定ガス通路内に所定の被測定ガスを前記プローブを
   通じて吸引せしめるエゼクタ手段と を含むことを特徴とする酸素検出装置。
2. （２）前記エゼクタ手段の一部を成す被測定ガス通路部
   分が、オリフィス形絞りを有する特許請求の範囲第１項
   記載の酸素検出装置。