JP2006308401A - 腐蝕性ガス分析センサー - Google Patents

Abstract

【課題】腐蝕性を持つガスを濃度の高い状態で分析する際、測定素子を直接ガスに接触させないことが必要で、且つ完全気密にして漏洩の恐れがない構造が必要となる。ガス濃度測定センサーは検出体を直接ガスに接触させることによりガスの性状を利用して測定するものが多いが、腐蝕性ガスには適さない。また、パッキング等を用いたシール部は耐蝕性に問題があり、機密性が保証されない等の問題があった。
【解決手段】円筒状のガス流路管を耐蝕性の良い金属を全溶接構造でシール部が無いように製作して、耐蝕性及び気密性を高めることを特徴とし、また前記ガス流路管の両端に、測定精度向上の為の振動増幅板を溶接して、その外側に超音波発信子及び受信子を接触させて配置することにより超音波素子を腐食性ガスから隔離し、劣化を防ぐことが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、腐蝕性もしくは毒性ガスの分析に用いられる金属製で且つ機密性の優れた超音波式ガス分析センサーに関するものである。

ガス中の超音波伝播速度Vは、[式１]で表されるごとくガスの分子量M、比熱比γ及び絶対温度Tによって決まる。音速及び温度を測定すれば平均分子量が求まる。

ガス成分が既知のときは、ガス温度Ｔ及び伝播速度Ｖを測定して平均分子量Mを求め、平均分子量からガス濃度を演算できる。濃度演算式はａ，ｂからなる２種混合気体の場合[式２]のごとくなる。

ｍａ及びｍｂはそれぞれａガス及びｂガスの分子量を表す。
また、ａ，ｂ，ｃの3成分系のガスで、ｂ，ｃの2成分が一定割合で存在するときは2成分系同様に分析できる。例えばその割合を2：1とすると演算式は[式3]が適用される。

上記のごとく、超音波式ガス濃度センサーは、あらゆる2成分系混合ガスを分析することが出来る。
特開２００２−２５７８０１

解決しようとする問題点は、オゾンのごとき腐蝕性を持つガスを濃度の高い状態で分析する際、測定素子を直接ガスに接触させないことが必要である。またオゾンは毒性を有するので、完全気密にして漏洩の恐れがない構造が必要となる。通常、ガス濃度測定センサーは検出体を直接ガスに接触させることによりガスの性状を利用して測定するものが多いが、腐蝕性ガスには適さない。また、赤外線式分析計のごとくガラス窓を通して間接的に測定する方法もあるが、パッキング等を用いたシール部の耐蝕性に問題があり、機密性が保証されない等の問題があった。

本発明は、円筒状のガス流路管を耐蝕性の良い例えばステンレススチールのごとき金属を全溶接構造でシール部が無いように製作し、耐蝕性及び気密性を高めることを特徴とする。

前記ガス流路管の両端に振動増幅板を溶接して、その外側に超音波発信子及び受信子を接触させて配置することにより超音波素子を腐食性ガスから隔離し、劣化を防ぐことが出来る。前記増幅板の構造は厚み0.1乃至0.5ｍｍの金属製円盤の中心部に球面状もしくは円錐状の振動板を密着させたものが効果的である。

また測定ガスをガス流路管の一端から接線方向で導入し、旋回流を生じさせることにより、ガス流速の影響を防止することが出来る。

オゾンのごとき腐蝕性の強いガスの高濃度直接分析は検出素子を構成する材料が腐蝕することで、従来非常に困難とされていた。本発明のセンサーでは、ガス流路を耐蝕性金属で構成し、シール部も溶接構造として気密性を高めた。
さらにガス濃度測定のための超音波素子をガス流路の外側に固定してガスと接触しない構造としているので、長期間連続した測定が可能となる。さらに測定精度向上のため、球面状もしくは円錐状の振動増幅板を配備したこと、及びガスの導入口を接線方向に設けた為、感度の増大と流量影響の防止が達成されている。上記のごとく本発明のセンサーは長期間腐蝕や漏洩による事故の心配が無く、安全性と測定精度の優れた腐蝕性ガス及び毒性ガスの測定手段を提供できる。

腐蝕性の強いガスの分析計に必要なこととして、ガスに接する部分は全て耐食性であること、気密性がよく腐蝕性ガスが外部に漏洩して２次災害を起こさないことが挙げられるが、これに適した方法として、超音波発信及び受信素子を採用し該素子をガスに接触しないよう密閉されたガス流路の外側に対向して設ける方法を考案した。密閉ガス流路は、シール材を用いず溶接構造とすることが望ましい。しかしながら、超音波は金属を伝播しやすく単にガス流路管の両端に超音波素子を設置するだけでは、音波が主として周囲の金属管を伝播してしまい、ガスの性状を測定できない。そこで超音波素子を設置する部所には超音波振動が金属に伝わらず、且つガス中に有効に超音波を放出するような工夫を要する。この方法として発明者らは前記超音波素子設置箇所に振動増幅板を設けることにより、超音波は外周の金属管に伝わらず、全量ガス中を伝播することを見出した。振動増幅板は球面状もしくは円錐状であって、音波が流路管中心付近で焦点を結ぶような形状が望ましく、また被測定ガスの流速が音波速度と重畳することを防止する為、ガスの流れを旋回させ超音波伝播方向と直角になるようガス流入口及び流出口を流路管の接線方向とすることで解決できることを見出した。

振動増幅板4a、4ｂは球面状もしくは円錐状で音波の焦点が流路管の中心付近となるよう設計されている。これにより管壁からの反射波が防止できノイズの少ない音波を受信できる。。

以下図面により本発明を説明する。[図１]は本発明センサーの構造模式図で、ガス流路管3の両端に振動増幅板4a、4ｂを全周レーザー溶接にて取付け気密性を完全にしている。また、ガス温度測定のための測温抵抗体2はガラス封止により密閉している。

振動増幅板に外接して超音波発信子1a及び受信子1ｂを素子支持体5により固定する。これにより超音波素子は腐食性ガスに触れることなく長期間性能が保持される。尚、素子の先端面には、超音波伝播を効率よくするため超音波ゼリーを塗布する。

[図2]のa及びｂは測定ガスの流入態様を示したもので、測定ガスはガス入口6aから流入し、図の矢印のごとく管周に沿って旋回して流れ、6ｂから排気される。管長方向即ち超音波伝播方向への流速が非常に小さくなるため超音波伝播速度にほとんど影響与えない。これにより測定値への流量影響が防止できる

腐蝕性ガス分析センサー内部構造図 腐蝕性ガス分析センサー内部断面図

Claims (4)

1. 超音波発信子と受信子を対向して配置し、超音波の伝播速度を演算処理することによりガス濃度を測定する手段を有した超音波式ガス濃度計において、ガス流路管を全て耐蝕性金属材料を用いた溶接構造とし、耐蝕性及び気密性を高めたことを特徴とする腐蝕性ガス分析センサー
2. 前記ガス流路管の両端に円錐状もしくは球面状振動増幅板を対向して備えることを特徴とする請求項1記載の腐食性ガス分析センサー
3. 前記振動増幅板に外接して超音波発信子及び受信子を対向して配置することを特徴とする請求項1記載の腐食性ガス分析センサー
4. 前記ガス流路管に流入流出するガスが該流路管の接線方向に流れるようなガス入口及び出口を設けることを特徴とする請求項1記載の腐食性ガス分析センサー

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