JP2004020559A - 雰囲気炉用熱電対 - Google Patents

Abstract

【課題】雰囲気炉に使用する熱電対は、一般的に素線をセラミックス製の閉端管で保護して使用されている。水素等の還元性ガスを雰囲気ガスとして用いる場合、セラミックスに対し拡散性の強い水素ガスは、セラミックス保護管を浸透し、素線に悪影響を及ぼし、断線等を引き起こす原因となる。この様な場合、一般的な白金系素線は使用できず、Ｗ−Ｒｅ系素線が使用されている。Ｗ−Ｒｅ系素線は再生できないため、費用負担増となり、大きな問題であった。本発明では、水素ガス等の拡散性の高いガスのセラミック保護管からの浸透を防ぎ、熱電対の寿命を、長くすることができる様な雰囲気炉用熱電対を提供する。
【解決手段】本発明の雰囲気炉用熱電対は、工業用炉に使用する熱電対において、熱電対の保護に使用するセラミックス製の保護管を２層とし、２層の保護管内にガスを流し得る構造を具備することを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用炉において、炉内が水素など拡散性の高いガスであっても、そのガスの影響を受けず、安定した測温ができる雰囲気炉用熱電対に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に焼成炉の温度測定には熱電対、ゼーゲルコーン、メジャーリング、放射温度計などの方法が用いられる。また連続的に温度を測定し、炉内温度を制御するためには、安定した電気的な信号として出力することが必要である。例えば、ゼーゲルコーンやメジャーリングによる方法は、炉内温度分布の調査には適しているが、電気的な信号として出力することが不可能であり、炉内の温度を制御することができない。また放射温度計は、高額であり、かつ低温域から高温域まで幅広く測温できるものがないのが現状である。そのため、炉内温度測定には熱電対がもっとも多く使用されている。この熱電対は金属製の素線を用い、任意の温度での起電力差を電気信号として出力することで、炉内温度を測定し、温度制御することができる。しかし、この方法は金属製の素線が炉内に露出すると、炉内雰囲気により、著しく劣化し、正確な温度測定が困難になる。そこで、熱電対はアルミナやムライトなどのセラミックス製の保護管でその外周を保護するのが一般的である。
【０００３】
【発明の解決しようとする課題】
ところで、上記の方法では、雰囲気焼成炉で多く用いられる雰囲気として、水素を含む還元雰囲気があるが、水素などのセラミックスに対する拡散性の高いガスは、アルミナなどのセラミックスを通して浸透し、熱電対の劣化を引き起こす。また、保護管の破損により、炉内ガスが炉外に流出することになり、危険である。また、水素を含む還元雰囲気用熱電対としては、一般的な白金系の熱電対を使用できず、タングステン−レニウム（Ｗ−Ｒｅ）系が使用されているが、白金系の熱電対は、断線や劣化しても再生使用が可能であるのに対し、Ｗ−Ｒｅ系熱電対は再生使用ができないため、費用負担増となり、大きな問題点となっていた。本発明は、以上のような問題点を解消させ、工業用炉に使用する熱電対において、水素等の拡散性の高いガス雰囲気内でも安定して使用でき、保護管の破損などが生じた場合でも、炉内の雰囲気を炉外に流出することなく、さらに、高価で再生使用ができないタングステン−レニウム系に比較して、安価で再生可能な白金系素線を使用することができる熱電対を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の雰囲気焼成炉用熱電対は、工業用炉に使用する熱電対において、熱電対の保護に使用するセラミックス製の保護管を２層とし、２層の保護管内にガスを流し得る構造を具備することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施と形態】
本発明の熱電対は、保護管の２層構造と気密性に伴って得られるものである。熱電対の保護管には金属やセラミックス質を用いて、熱電対の素線を覆うのが効果的である。しかし、金属保護管には通気性がなく雰囲気下での使用には有効であるが、金属には使用温度に限界があり、特にセラミックスの焼成温度は１０００℃以上と高く、これ以上の温度域には適していない。一方アルミナや炭化珪素などのセラミックス保護管は、１０００℃を超える高温域には適しているものの、その多くは気孔を有し、炉内のガス、特に水素などの拡散性の高いガスがこの気孔を通じて保護管内に浸透し、最後には熱電対の素線が腐食し劣化することになり、正確な起電力を得ることができなくなる。特に白金系は水素に容易に反応し断線に至る。
本発明者らは、熱電対の保護管を２層にし、その層間に不活性ガスを流すことにより熱電対の劣化を防ぎ寿命の改善ができることを見出した。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施の一形態を図により説明する。図１に示すとおり熱電対の構造は、熱電対素線１、それを保護するための保護内管２さらに保護外管３、金属スリーブ４、熱電対信号を外部に取り出すための気密型端子箱５、保護管内に不活性ガスを供給するためのガス導入管６、ガスを排出するためのガス排出管７より構成されている。保護内管２の先端は閉端となっておりスリット８を有し、開端側は金属スリーブ４内のガス導入管６とガス排出管７の間で、シール材９でシールされている。ガス導入管６から導入された不活性ガスは、保護内管２を通り先端のスリット８から保護外管３に供給される。さらに保護外管３内と保護内管２の間を通り、ガス排出管７から外部に放出される。このとき不活性ガスは、気密型端子箱５によって完全にシールされているため正規ルート以外からのガス放出はない。そのため、ガス排出管６の排出量調整により、保護管内のガスは必ず炉内のガス圧よりも高い圧力を保持することができる。この保護管内のガス圧は炉内ガス圧よりも３０％以上高いことが好ましく、ガス導入管用ニードル弁１０、ガス排出管用ニードル弁１１で調整することができる。なお、使用するセラミックス製の保護管の開気孔率は１％以下が好ましい。
電子部品や蛍光塗料の焼成に用いられるＮａ，Ｋ，Ｐｂ，Ｂｉ等を含有する反応性の高いガスい特殊雰囲気では保護管を肉厚にすることで寿命を長くすることができるが、耐熱衝撃性を劣化させる問題があった。本発明の熱電対では、熱電対の保護に使用するセラミックス製の保護管が２層構造であることで、耐熱衝撃性を損なうことなく、保護管の寿命を長くすることができ、熱電対の劣化を防ぎ、長く使用することができた。
【０００７】
【発明の効果】
上記のように本発明により、工業用炉に使用する熱電対において、従来の熱電対では得られなかった、高温および拡散性の高いガス雰囲気条件下での長寿命を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した熱電対の断面図である。
【符号の説明】
１・・・熱電対素線
２・・・保護内管
３・・・保護外管
４・・・金属スリーブ
５・・・気密端子箱
６・・・ガス導入管
７・・・ガス排出管
８・・・スリット
９・・・シール材
１０・・ガス導入管用ニードル弁
１１・・ガス排出管用ニードル弁

Claims (1)

1. 工業用炉に使用する熱電対において、熱電対の保護に使用するセラミックス製の保護管を２層とし、２層の保護管内にガスを流し得る構造を具備することを特徴とする雰囲気炉用熱電対。

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