JP2003287464A - 熱電対ウェル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は配管内の流体温度を計測する熱電対
を設置するための熱電対ウェルに関する。大きな厚さの
保温材で被覆された配管内流体温度の計測には、配管外
周面から大きく突出したウェルを設ける必要があり、こ
のため輸送中又は横持ち中当てられて曲がり、配管作業
に支障をきたしていた。本発明はこの不具合を解消でき
るウェルの提供を課題とする。 【解決手段】 本発明のウェルは配管軸心近傍に先端部
を配置し、配管外周面からの突出量を小さくして配管取
付孔に基端部を固着し、孔を軸心に穿設した固定部材、
固定部材に同心状に配置し先端部を連結し、保温材上方
に突出した基端部に熱電対を設置するねじ込み部を設
け、固定部材の孔と同一線上の孔を貫通させた延長部材
からなる。これにより、輸送中又は横持ち中、当てられ
曲がることがなく曲げ戻し等による配管作業遅延を防止
でき、また熱電対の取付け、作動不良時の取り替え及び
メンテナンスが容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ設備等におい
て、配管中を流れる蒸気の温度を検出するための熱電対
を配管に設置するための熱電対ウェルに関わり、特に大
きな厚みの保温材が施工された配管中を流れる蒸気等の
温度を検出するために、外周面からの突出量を大きくし
て配管に設置され、保温材の外側で熱電対を設置できる
ようにした熱電対ウェルに関する。

【０００２】

【従来の技術】原動機プラント等を構成するボイラ設備
等においては、図３に示すように、ボイラ１の火炉４で
加熱され発生した蒸気は、過熱器６で加熱された後、高
圧側蒸気タービン８に送られ、高圧側蒸気タービン８で
仕事をした蒸気は、ボイラ１に戻されて再熱器７で加熱
された後、低圧側蒸気タービン９に送られ、更に低圧側
蒸気タービン９で仕事をした蒸気は、復水器３で復水さ
れ、ボイラ１に付設された節炭器５に戻され、再び火炉
４で加熱され蒸気を再び発生させるようにしている。

【０００３】このようなボイラ設備においては、熱電対
を少なくとも過熱器６入口、過熱器６出口、再熱器７入
口及び再熱器７出口の配管に設置して蒸気温度を計測す
るとともに、節炭器５入口に配管に設置して給水温度を
計測し、その計測値にもとづきボイラ１の運転制御を行
うようにしている。

【０００４】この温度計測を行う熱電対１０は、図４に
示すように、クロメル、アルメル等の大きい熱起電力を
発生させることのできる一対の異種金属からなる、図示
省略した熱電対素線、及び先端を除く内部に挿入されて
いる部分の熱電対素線を被覆し、熱電対素線を相互に絶
縁する図示省略した絶縁管を挿入して内部に配設するス
テンレス製のシース１１、シース１１基端部を包囲して
設けられ、先端部にナット１２ｂを設けた雄形のねじ込
み部１２ａが形成された保護管１２、保護管１２基端部
のナット１２ｄを設けた雄形のねじ込み部１２ｃがねじ
込まれて連結され、熱電対素線と端子板１３ａを介して
連結されたリード線を外部に導出するターミナルヘッド
１３からなる。

【０００５】また、シース１１と保護管１２とを連結す
るとともに、後述するように、熱電対１０を熱電対ウェ
ル１６に取付けたとき、シース１１を配管１５内側に押
圧できるようにしたスプリング１４を熱電対１０のシー
ス１１基端部と保護管１２のねじ込み部１２ｃ近傍との
間に介装するようにしている。

【０００６】さらに、このようにして構成された熱電対
１０は、例えば、前述したようなボイラ設備等の各位置
に配設されている、４００〜５００ｍｍ程度の外径の配
管１５と同一材料のカーボンスティール鋼又は１／２Ｃ
ｒ合金鋼で製作され、約４０ｍｍ程度の外径にされて配
管１５に固着された熱電対ウェル１６に取付けられ、熱
電対ウェル１６の軸心部を先端付近まで穿設された内径
約９ｍｍの孔１６ｂに挿入され、配管１５内の中心位置
近傍まで突出させて配置され、熱電対ウェル１６の外周
を流れる蒸気の熱が伝達されることにより、熱電対素線
の異種金属間に生じる熱起電力を、ターミナルヘッド１
３を介して外部に取り出したリード線で連結している、
図示省略している計器で計測することにより、蒸気温度
又は給水温度等の配管１５中を流れる流体の温度を計測
するようにしている。

【０００７】即ち、配管１５には、先端部がテーパ状に
され、基端部に雌形のねじを刻設したねじ込み部１６ａ
が形成されるとともに、軸心に沿って外径約８ｍｍの前
述したシース１１を挿入できる、前述した内径の孔１６
ｂがねじ込み部１６ａ底部から先端近傍まで穿設された
熱電対ウェル１６が、配管１５を貫通して設けた取付孔
１５ｂに挿入され、軸方向中央部外周を取付孔１５ｂの
内周面に溶接することにより取付けられている。

【０００８】この孔１６ｂに矢印で示すように、シース
１１を挿入し、熱電対ウェル１６基端部に形成されてい
るねじ込み部１６ａの雌ねじと保護管１２先端部に形成
されているねじ込み部１２ａに刻設されている雄ねじと
を螺合させ、締め込むことにより、配管１５への熱電対
ウェル１６の取付部の横断面図である、図５に示すよう
に、シース１１先端部、換言すれば、シース１１に挿入
され絶縁管の先端からシース１１内部に穿設されている
孔内に突出している熱電対素線の先端を、配管１５の軸
心部に配置されるようにして、熱電対１０を配管１５に
取付ける。このために、熱電対素線は熱電対ウェル１６
の外周を流れる蒸気等の温度に対応して、タイムラグを
少くして熱起電力を発生させ、配管１５中の流体温度を
外部から精度良く計測できる。

【０００９】なお、前述した熱電対ウェル１６の配管１
５への溶接は工場で行われ、この溶着部１５ａは熱応力
の集中を避けるために熱処理を行うようにしている。ま
た、このような配管１５は、図５に示すようにボイラ
１、稼動時には、外部への熱放散を防止して熱効率を高
めるために、外周面を配管１５の外径と略同程度の厚み
の保温材１７で被覆して使用されている。しかも、配管
１５への保温材１７の被覆は、輸送の効率化又は配管１
５の配置上の観点からボイラ設備を設置する現地サイト
で行われるのが通常である。

【００１０】このために、熱電対１０を取付けるための
ねじ込み部１６ａを設ける熱電対ウェル１６の基端部上
方は、熱電対１０の取付、取替を容易にする為、現地サ
イトにて取付けられる厚さ４００〜５００ｍｍにもなる
保温材１７の外面より外に出しておく必要がある。従っ
て、熱電対ウェル１６は配管１５の外周面より外部へ突
出する部分の長さＬと、保温材１７の厚さよりも長い４
００〜５００ｍｍ以上にして、前述したように、工場で
配管１５に溶着されて現地サイトに搬入されている。

【００１１】このために、配管１５に取付けられている
熱電対ウェル１６が、工場出荷後現地サイト到着までの
輸送期間中、又は現地サイトでの横持ち中に当てられて
曲がるという不具合を、これまでしばしば経験してい
る。このように、熱電対ウェル１６が曲がった場合、現
状では熱電対ウェル１６を現地サイトにて曲り部を加熱
して曲げ戻して真直ぐにしているが、現地サイトでは手
作業によらざる得ず、作業時間が長くなる不具合があ
る。さらに、熱電対ウェル１６の軸心にあけられている
内径９ｍｍの真円状の孔１６ｂは、曲げられた際に偏平
化し、このような熱電対ウェル１６を真直に曲げ戻して
も、孔１６ｂは容易に元の真円に戻らない為、熱電対１
０が挿入出来なくなる場合が多く生じている。

【００１２】このような場合、配管１５に設置されてい
る熱電対ウェル１６を撤去して、新規の熱電対ウェル１
６を配管１５に取付けることも考えられるが、このよう
にした場合、前述した理由により、熱電対ウェル１６を
配管１５に固定している溶着部１５ａの熱処理が必要と
なり、さらに作業時間が長くなり、このために配管工事
の遅延化を来す等の不具合が生じる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、配管外周面
から大きく離隔させてねじ込み部を設けて配管に固着さ
れ、配管内を流れる流体の温度を計測できる熱電対を設
置するようにした、従来の熱電対ウェルで生じている、
上述した不具合を解消するために、配管外周面からの突
出量を小さくして配管に固着された固定部材と、固定部
材に接続され配管外周面を被覆する保温材の上方に熱電
対を設置するねじ込み部を設けることのできる長さにさ
れている延長部材との２分割体からなる熱電対ウェルを
提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の熱電
対ウェルは次の手段とした。

【００１５】（１）先端部が内部を流れる流体の温度を
計測する配管の軸心近傍に配置され、基端部が配管の外
周面からの突出量を小さくして配管の取付孔に固着さ
れ、基端部に設けた接続部に開口させた孔が軸心に沿っ
て先端部まで穿設されている固定部材と、先端部が固定
部材と同心状に配置されて接続部に連結され、基端部が
配管を被覆している保温材の上方に配置されて熱電対を
設置するねじ込み部が設けられており、固定部材に穿設
されている孔と同一線上をなす孔を、軸心に沿って先端
部から基端部まで貫通させて設けた延長部材とからなる
ものとした。

【００１６】（ａ）これにより、工場出荷から現地サイ
ト到着までの輸送期間中又は現地サイトでの横持ち中、
配管には外周面からの突出量が小さくされた、固定部材
のみ取付けられているだけであるため、当てられて曲が
ることがなく曲げ戻し等の作業が不要になり、配管作業
等の遅れを無くすることができる。また、配管後、保温
材を配管外周に被覆する前に延長部材を固定部材に連結
して設けることにより、熱電対を設置するねじ込み部
は、配管の外周に配管外径と同等の厚さの保温材を被覆
するような場合においても、ボイラ等の稼働中保温材の
上方に突出していることになるので、稼働中に熱電対の
作動不良等が生じた場合においても、配管外周から保温
材を取り外すことなく、熱電対のみを取り替えることが
でき、さらには稼働中に定常的に行われるメンテナンス
が容易になる。

【００１７】また、本発明の熱電対ウェルは、上述
（１）の手段に加え、次の手段とした。

【００１８】（２）配管後、保温材を配管外周に被覆す
る前に行われる固定部材と延長部材との連結が、固定部
材の基端部に設けられた接続部に螺設された雌形ねじと
延長部材の先端部に螺設された雄形ねじとの螺合と、固
定部材基端部に設けた接続部の後方端面と延長部材の先
端部端面との溶着とでなされるものとした。

【００１９】（ｂ）これにより、上述（ａ）に加え、熱
電対ウェルは２分割されているにも拘わらず、螺合と溶
着とにより結合され１体化されるので、一体形にされ取
付けられる従来の熱電対ウェルと同等の強度を有し、耐
振性に優れたものにでき、内部を流れる流体力により振
動の発生しやすい場所に設置される場合においても、破
損等を防止することができる信頼性の高いものにでき、
ボイラ等の稼働効率を高めることができる。さらに、現
地サイトで行われる固定部材と延長部材との連結を、雌
形ねじと雄形ねじの螺合後に溶着する手順にすることに
より、固定部材と延長部材とにそれぞれあけられている
孔を同一線上に配置した連結を容易に行うことができ、
熱電対ウェルの配管への取付けが短時間ででき、また熱
電対シースの挿入に伴う連結作業の手直しが生じること
もない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱電対ウェルの実
施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は、本発明
の熱電対ウェルの実施の第１形態を示す断面図、図２は
図１に示すＡ部の拡大図である。なお、図３〜図５に示
す部材と同一又は類似の部材は同一符号を付して説明は
極力省略する。

【００２１】図１に示すように、本実施の形態の熱電対
ウェル２０は、図４に示したものと同様にして、外周が
配管１５に溶着されて固定される固定部材２１と、固定
部材２１の上端に連結される延長部材２２とからなる。

【００２２】このうち、固定部材２１は、配管１５を貫
通して設けられた取付孔１５ｂに挿入されて、配管１５
内に配置される先端部がテーパ状にされるとともに、配
管１５の外周面から離隔させて上端を配置して、配管１
５の取付孔１５ｂと外周面を固着するようにした、外径
が約４０ｍｍの円柱状の基端部からなり、先端部を配管
１５の軸心部近傍に配置したとき、基端部上端が配管１
５の外周面から３０〜４０ｍｍ程度突出する長さにされ
ている。また、基端部の端面から雌形ねじ２６を刻設し
たテーパ面が形成された凹状の接続部２９が穿設される
とともに、軸心と同心状にされ接続部２９に開口させた
外径約９ｍｍの孔２３が軸心に沿って先端近傍まで穿設
されている。

【００２３】このような構成からなる固定部材２１は、
孔２３の先端が配管１５の軸心に配置されるとともに、
基端部上端が配管１５の外周面から３０〜４０ｍｍ突出
した状態に配置されて、図４に示すものと同様にして、
基端部外周面を取付孔１５ｂ内周面に溶接固着すること
により配管１５に固着される。なお、この固定部材２１
の配管１５への溶接固着は、前述したように工場内にて
行われ、溶着部１５ａ周辺の熱処理を行ない、熱応力集
中が生じないようにしている。

【００２４】次に、延長部材２２は、固定部材２１基端
部と同径の円柱状のものからなり、固定部材２１に穿設
されている孔２３と同径の孔２３が同一線上をなすよう
にして貫通されており、また、先端部には前述した固定
部材２１基端部に設けた雌形ねじ２６に螺合する雄形ね
じ２７が刻設され、基端部には、前述した保護管１２の
先端部に刻設されたねじ込み部１２ａと螺合させる、雌
ねじからなるねじ込み部１６ａが刻設されている。

【００２５】また、延長部材２２の軸方向長さは、雄形
ねじ２７を雌形ねじ２６に螺合させて固定部材２１と連
結したとき、ねじ込み部１６ａが配管１５の外周に被覆
した保温材１７の上方に突出する長さにされている。従
って、延長部材２２の長さは、配管１５に被覆される保
温材１７の厚み、換言すれば、熱電対２０が取付けられ
る配管１５の配設位置及び配管１５内を流れる流体（温
度）を考慮したものにされている。

【００２６】さらに、延長部材２２と固定部材２１との
連結は、前述の雄形ねじ２７を雌形ねじ２６の螺合だけ
では、配管１５に生じる振動によって緩む恐れがあるた
めに、延長部材２２と固定部材２１とが連結されたと
き、相互に密着させる接続部端面と延長部材２２の先端
部端面との間を溶接して固着するようにしている。この
溶接部２８は、前述したように接続部の上部端面が配管
１５の外周面から３０〜４０ｍｍ突出して配置されてい
るために、配管１５内を流れる流体の温度の影響が軽減
され、前述した溶着部１５ａ周辺の熱処理の如く厳密な
熱処理を必要とせず、現地サイトで行うことのできる簡
易な熱処理で済ますことができる。

【００２７】このように、延長部材２２と固定部材２１
とからなる熱電対ウェル２０が配管１５に取付けられた
後、図４において説明したように、熱電対２０のシース
１１を延長部材２２に明けられた孔２３及び固定部材２
１に明けられた孔２３に順次挿通して、延長部材２２の
基端部に形成されているねじ込み部１６ａと、保護管１
２の先端部に刻設されたねじ込み部１２ａとを螺合させ
締めつけることにより、配管１５へ熱電対１０を取付け
ることができる。

【００２８】本実施の熱電対ウェル２０は上述したよう
に構成されているので、工場出荷後現地サイト到着まで
の輸送期間中又は現地サイトでの横持ち中、配管１５に
は外周面から３０〜４０ｍｍ程度の突出量が小さくされ
た固定部材２１のみが取付けられているだけであり、当
てられて曲がることがなく、これに伴う曲げ戻し等の作
業が不要になり、配管作業が短時間にでき、また、配管
後保温材１７を配管１５外周に被覆する前に延長部材２
２を固定部材２１に連結することにより、熱電対１０を
設置するねじ込み部１６ａは、ボイラ等の稼働中保温材
１７の上方に突出していることになるので、稼働中に熱
電対１０の作動不良等が生じた場合においても、配管１
５外周から保温材１７を取り外すことなく、熱電対１０
のみを取り替えることができ、さらには稼働中に定常的
に行われるメンテナンスが容易になる。

【００２９】さらに、熱電対ウェル２０を２分割して設
けるようにしたにも拘わらず、固定部材２１と延長部材
２２との固着をねじ結合に加えて、両部材２１，２２を
溶接して結合するようにしたことにより、１体形にされ
ている従来の熱電対ウェルと同等の強度を有し、耐振性
に優れたものにでき、内部を流れる流体力により振動の
発生しやすい場所に設置される場合においても、破損等
を防止することができる信頼性の高いものにでき、ボイ
ラ等の稼働効率を高めることができ、また、固定部材２
１及び延長部材２２にそれぞれあけられた孔２３が同一
線上に配置され、シース１１をスムーズに挿入できるよ
うにした両部材２１，２２の連結が容易にできるように
なる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱電対ウ
ェル２０は、先端部が配管の軸心近傍に配置され、基端
部が配管の外周面からの突出量を小さくして配管の取付
孔に固着され、孔が軸心に沿って先端部まで穿設された
固定部材と、先端部が同心状に配置されて固定部材と連
結され、基端部が配管を被覆される保温材の上方に配置
され、熱電対を設置するねじ込み部が設けられ、固定部
材の孔と同一線をなす孔を軸心に沿って貫通させた延長
部材とからなるものとした。

【００３１】これにより、輸送期間中又は現地サイトで
の横持ち中、配管には外周面からの突出量が小さくされ
た固定部材のみ取付けられているため、当てられて曲が
ることがなく曲げ戻し等の作業が不要になり、これらに
伴う配管作業の遅延を防止できる。また、熱電対を設置
するねじ込み部を設ける延長部材上端部は保温材の上方
に突出しているので、熱電対の取付けが容易になり、作
動不良等が生じた場合でも、保温材を取り外すことな
く、熱電対の取り替えができ、定常的なメンテナンス作
業が容易になる。

【００３２】また、本発明の熱電対ウェルは、固定部材
と延長部材との連結が固定部材の基端部に設けられた接
続部に螺設された雌形ねじと延長部材の先端部に螺設さ
れた雄形ねじとの螺合と、接続部の上方端面と延長部材
の先端部端面との溶着とで行われるものとした。

【００３３】これにより、２分割された熱電対ウェルに
も拘わらず、従来の１体形熱電対ウェルと同等の強度に
でき、耐振性に優れたものにでき大きな振動が発生する
場所に設置されても、破損等を防止できる信頼性の高い
ものにでき、ひいてはボイラ等の稼働効率が高められ、
さらには、シースを挿入する孔が同一線上をなすように
配置して行う固定部材と延長部材との連結作業が容易に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱電対ウェルの実施の第１形態を示す
配管に取付けた熱電対ウェルの縦断面図、

【図２】図１に示すＡ部の詳細縦断面図、

【図３】熱電対ウェルの設置場所を示すための原動機プ
ラントのブロック図、

【図４】従来の熱電対ウェルの縦断面図及び熱電対の側
面図、

【図５】配管に取付け、保温材で被覆した状態の図４に
示す熱電対ウェルの縦断面図である。

【符号の説明】

１ ボイラ ３ 復水器 ４ 火炉 ５ 節炭器 ６ 過熱器 ７ 再熱器 ８ 高圧側蒸気タービン ９ 低圧側蒸気タービン １０ 熱電対 １１ シース（鞘） １２ 保護管 １２ａ ねじ込み部（先端側） １２ｂ ナット １２ｃ ねじ込み部（基端部） １２ｄ ナット １３ ターミナルヘッド １３ａ 端子板 １４ スプリング １５ 配管 １５ａ 溶着部 １５ｂ 取付孔 １６ 熱電対ウェル １６ａ ねじ込み部 １６ｂ 孔 １７ 保温材 ２０ 熱電対ウェル ２１ 固定部材 ２２ 延長部材 ２３ 孔 ２６ 雌形ねじ（接続部） ２７ 雄形ねじ ２８ 溶接部 ２９ 接続部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚い保温材で被覆された配管中を流れる
   流体の温度を計測する熱電対を設置するため、前記配管
   に固定設置される熱電対ウェルにおいて、先端部を前記
   配管の軸心近傍に配置し、前記配管の外周面からの基端
   部の突出量を小さくして前記配管の取付孔に固着され、
   基端部に設けた接続部に開口させた孔が軸心に沿って先
   端部まで穿設された固定部材と、前記固定部材と同心状
   に配置された先端部を前記接続部に連結し、配管を被覆
   している保温材の上方に配置した基端部に前記熱電対を
   設置するねじ込み部を設け、孔を軸心に沿って貫通させ
   た延長部材とからなることを特徴とする熱電対ウェル。
2. 【請求項２】 前記固定部材と前記延長部材との連結
   が、前記接続部に螺設された雌形ねじと前記延長部材の
   先端部に螺設された雄形ねじとの螺合、及び前記接続部
   端面と前記延長部材の先端部端面との溶着でなされてい
   ることを特徴とする請求項１の熱電対ウェル。