JP2010175373A

JP2010175373A - 熱電対固定装置

Info

Publication number: JP2010175373A
Application number: JP2009017996A
Authority: JP
Inventors: Koji Sasaki; 宏二佐々木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】測点への装着を容易にするとともに、中空管の変形に関わらず精度良く温度測定を行うことができる熱電対固定装置を提供する。
【解決手段】中空管の表面に熱電対を固定して取りつける熱電対固定装置において、揺動支点で互いに結合して管軸中心方向に揺動する一対の揺動体を備え、該各揺動体は前記中空管を挟持する挟持部が設けられ、前記一対の揺動体は中空管の半径方向に中空管へ押圧力を付与し得るバネを有し、前記各挟持部の少なくとも１つに熱電対を設け、前記各挟持部の互いに対向する面に中空管を固定して熱電対を該中空管に圧接固定させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空管の表面に熱電対を固定して取りつける熱電対固定装置にかかわり、特に一対の揺動体が夫々有する各挟持部の対向する面に中空管を固定して熱電対を該中空管に圧接固定させる熱電対固定装置に関する。

火力発電プラントや化学プラント等の高温・高圧下で長時間使用される機器では、運転中に使用材料がクリープ、疲労損傷を受け、材質が劣化することはよく知られている。このような材質の劣化は、使用材料のメタル温度や、作用応力及び使用時間によって支配されるものであり、火力発電用ボイラではこれらの支配因子を考慮してある一定の寿命を保つように設計されている。
しかし、近年、設計寿命を超過して運転されているボイラが多くなってきており、また、運転時間が設計寿命以内であっても、燃焼ガスの偏流等によるメタル温度の上昇や、材料中の偏析等に起因する異常な材質の劣化が原因で材料が破損する事故も発生している。このような背景から、材料の余寿命を的確に予測し、部分的な取り換えや補修を計画的に行うために、実際またはそれを模擬した環境でボイラチューブのような中空管のクリープ破断試験を行い、高温腐食の影響を加味した試験とする必要がある。

上述したクリープ試験は、中空管を一定の温度に保持し、これに一定の荷重を加えて時間とともに増大するひずみを測定する試験であって、すなわち、クリープひずみを生じる応力である破断強度（クリープ強度）を測定することが行われている。このクリープ試験では、熱電対を例えば紐で中空管に縛りつけたり、中空管の表面に点溶接したりするなどして固定する方法がとられるのが一般的である。
例えば、特許文献１（特開平９−３３３６０号公報）には、ねじ止めや溶接を用いた熱電対の固定が開示されている。

特許文献１では、対象物の温度を測定するために異種金属で構成されている熱電対を、前記対象物の測定点に接続するための熱電対の接続構造において、前記熱電対を構成する一方の金属線を、前記対象物と同一部材で形成するとともに、この一方の金属線を前記対象物の任意の箇所に接続し、前記熱電対を構成する他方の金属線を、前記対象物の前記測定点に接続して前記熱電対を前記対象物に２箇所に分離して接続する構造が提案されている。

また、熱電対を取り付けるものとして、特許文献２（実用新案登録第３０２９１６２号公報）に開示される保持具が用いられている。
特許文献２に開示される熱電対保持具は、図５に示すものであり、前記中空管として丸棒状に切り出されたクリープ試験の供試材２３を用いている。図５に示す熱電対保持具は、前記供試材２３の表面に熱電対２４を取り付けるための熱電対保持具２１であって、耐熱合金素材からなる帯状片を供試材２３の断面径にあわせて概略馬蹄形にバネ形成し、バネ状クリップとして使用することにより、供試材２３との間に熱電対２４の接合点挟持するようにして構成されている。

特開平９−３３３６０号公報実用新案登録第３０２９１６２号公報

しかしながら、熱電対を紐で中空管に縛りつけたり、中空管の表面に点溶接したりするなどして固定する従来の手法では、複数箇所に測点を設けるための作業時間を要し、且つ熱電対が切損しやすいという問題がある。
また、特許文献１では熱電対の交換が困難であり、これは熱電対を複数個取りつける場合は特に顕著となる。
さらに、クリープ試験では一定の荷重を軸方向に中空管へ作用させているために、中空管が細くなって断面積が減少してしまう。このような場合、特許文献２に示されている熱電対保持具は、クリップ自体に弾性を有し、そのクリップの内側で熱電対と中空管を押える構造のため、断面積減少（形状変化）する中空管の軸径の変形量に対して追従できる範囲に限界があり、前記変形量を超えて中空管の軸径が収縮すると、中空管に熱電対が接触できなくなる。よって、熱電対が中空管表面から離れてその温度を正確に測定することができない可能性がある。また、特許文献２では中空管と熱電対が点接触するために、上述した中空管の断面積減少により圧接力が変動し、温度も変動しやすい。

そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、測点への装着を容易にするとともに、中空管の変形に関わらず精度良く温度測定を行うことができる熱電対固定装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、中空管の表面に熱電対を固定して取りつける熱電対固定装置において、揺動支点で互いに結合して管軸中心方向に揺動する一対の揺動体を備え、該各揺動体は前記中空管を挟持する挟持部が設けられ、前記一対の揺動体は中空管の半径方向に中空管へ押圧力を付与し得るバネを有し、前記各挟持部の少なくとも１つに熱電対を設け、前記各挟持部の互いに対向する面に中空管を固定して熱電対を該中空管に圧接固定させることを特徴とする。

かかる発明によれば、前記一対の揺動体は中空管の半径方向に中空管へ押圧力を付与し得るバネを有し、前記各挟持部の少なくとも１つに熱電対を設け、前記各挟持部の互いに対向する面に中空管を固定して熱電対を該中空管に圧接固定させることにより、中空管の軸径が収縮しても該軸径に追従して熱電対を圧接固定することができる。また、挟持部自体ではなく別にバネを設けているので、中空管の軸径の収縮に対して追従できる範囲が大きくなる。

さらに、上述した構成とすることにより、中空管の軸径の収縮により中空管が変形しても直線変位的な圧接力の変位で済み、圧接力に変化が少なくて精度良い温度測定を行うことができる。
また、前記各挟持部の少なくとも１つ、好ましくは各挟持部の両方に熱電対を設けることにより、中空管の温度を両側から測定することができるため測定精度が向上する。

また、前記各揺動体の挟持部に貫通孔を形成し、該貫通孔に熱電対を挿入してなることを特徴とする。
これにより、前記中空管に沿うように熱電対を面接触させることが可能となるため、測定精度が向上する。

さらに、前記貫通孔に挿入させる熱電対は、箔型若しくはシース型であることを特徴とする。
前記貫通孔に挿入させる熱電対として箔型若しくはシース型を用いることができるので、揺動体の形状や状況に応じて熱電対を選択できる。また、従来の熱電対の取付けに対して本発明は箔型熱電対を用いることが可能であり、熱電対の中空管への密着性を向上させ、精度良い温度測定を行うことができる。

また、前記一対の揺動体は、各揺動体に前記揺動支点を挟んで一方側に挟持部と、他方側に把持部とが夫々設けられたことを特徴とする。
このように、各揺動体に前記揺動支点を挟んで一方側に挟持部と、他方側に把持部とが夫々設けられる構成とすることにより、対象となる中空管の測点への装着を容易にすることができる。

本発明によれば、測点への装着を容易にするとともに、中空管の変形に関わらず精度良く温度測定を行うことができる熱電対固定装置を提供できる。

本発明の実施形態１に係る熱電対固定装置の使用状態を説明する斜視図である。実施形態１に係る熱電対固定装置の正面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。実施形態２に係る熱電対固定装置の正面図である。従来の熱電対固定装置の使用状態を説明する斜視図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る熱電対固定装置の使用状態を説明する斜視図である。図１に示す熱電対固定装置は本体（耐熱バネバサミ）１であって、中空管３に熱電対４を固定するものである。本体１は揺動支点で互いに結合して管軸中心方向に揺動する一対の揺動体によって構成され、該各揺動体は前記揺動支点９を挟んで一方側に挟持部６と、他方側に把持部２とが夫々設けられている。前記把持部２を握って揺動させることにより、中空管３に挟持部６を容易に装着して固定することができる。本体１を構成する一対の揺動体は、耐熱鋼やセラミックスからなる。
なお、中空管３としては例えばボイラチューブが挙げられ、本実施形態ではこのボイラチューブの形状に対応するように湾曲形状を有する挟持部について説明する。

また、本体１は、中空管３の半径方向に中空管３へ押圧力を付与し得る、すなわち挟持部６を閉じる方向に押圧力を付与し得る耐熱バネ５を備えており、熱電対４を中空管３の直径に応じて圧接固定させている。耐熱バネ５は耐熱鋼やＳＵＳ鋼等で形成される。
このように、耐熱バネ５の付勢力で中空管３に熱電対４を押しつけることができるため、例え中空管３がクリープ試験のような一定の荷重を受けて変形し、中空管３の軸径が減少したとしても、熱電対４は中空管３の表面から離脱することなく常に密着させることができる。よって、圧接力に変化が少なくて精度良い温度測定を行うことができる。

さらに、図２に実施形態に係る熱電対固定装置の正面図、図３に図２のＡ−Ａ線断面図を示す。なお、図中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
図２に示すように、熱電対４は本体１の各挟持部６に夫々設けられている。熱電対を片側に設けるだけでも温度測定は可能であるが、各挟持部６の両方に熱電対４を設けることにより、中空管３の温度を両側から測定することができるため測定精度が向上する。また、例え片側の熱電対が損傷しても、他方の熱電対は正常に使用することができるため、効率性や安定性のうえでも両側、すなわち挟持部６の夫々に熱電対４を設けることは好ましい。

また、図３に示すように、本体１は熱電対を挿入固定できる熱電対挿入口７が形成されている。熱電対挿入口７は貫通孔であり、耐熱バネ５を挟んで両側に対峙するように本体１を構成する各揺動体に夫々形成される。温度測定をするときは熱電対を熱電対挿入口７から本体１に挿入し、温度測定対象となる中空管に圧接固定する。
なお、熱電対挿入口７に挿入される熱電対は、シース型や箔型など様々な種類を使用することが可能であり、熱電対挿入口７に挿入可能であればその形状は問わない。特に、箔型熱電対は熱電対の中空管への密着性を向上させるため好適である。また、シース型熱電対は安価でコストを低減することができる。
このようにして、測点への装着を容易にするとともに、中空管の変形に関わらず精度良く温度測定を行うことができる。

（実施形態２）
次に、図４を用いて実施形態２に係る熱電対固定装置について説明する。実施形態１と同様に、図４に示す熱電対固定装置は本体（耐熱バネバサミ）１であって、中空管３に熱電対４を固定するものである。本体１は揺動支点で互いに結合して管軸中心方向に揺動する一対の揺動体によって構成され、該各揺動体は挟持部６と、該挟持部６の先端に形成される把持部８とが夫々設けられている。本体１を構成する一対の揺動体は、耐熱鋼やセラミックスからなる。

また、実施形態１と同様に、熱電対４は本体１の各挟持部６に夫々設けられている。熱電対を片側に設けるだけでも温度測定は可能であるが、各挟持部６の両方に熱電対４を設けることにより、中空管３の温度を両側から測定することができるため測定精度が向上する。さらに、図示しないが実施形態１と同様に、本体１は熱電対を挿入固定できる熱電対挿入口７が形成されている。熱電対挿入口７に挿入される熱電対は、シース型や箔型など様々な種類を使用することが可能であり、熱電対挿入口７に挿入可能であればその形状は問わない。
このようにして、精度良い温度測定を行うことができる。

なお、以上述べた本発明の実施形態１、２では、試験片として中空管３を対象としたために挟持部６の形状として湾曲形状を用いているが、この挟持部６として湾曲を有しない平面形状を用いたりすることにより、例えば平板状の試験片や矩形断面を有する試験片などにも適用することができる。

本発明によれば、測点への装着を容易にするとともに、中空管の変形に関わらず精度良く温度測定を行うことができるので、熱電対固定装置への適用に際して有益である。

１本体（耐熱バネバサミ）
２把持部
３中空管
４熱電対
５耐熱バネ
６挟持部
７熱電対挿入口
９揺動支点

Claims

中空管の表面に熱電対を固定して取りつける熱電対固定装置において、
揺動支点で互いに結合して管軸中心方向に揺動する一対の揺動体を備え、該各揺動体は前記中空管を挟持する挟持部が設けられ、前記一対の揺動体は中空管の半径方向に中空管へ押圧力を付与し得るバネを有し、
前記各挟持部の少なくとも１つに熱電対を設け、前記各挟持部の互いに対向する面に中空管を固定して熱電対を該中空管に圧接固定させることを特徴とする熱電対固定装置。
前記各揺動体の挟持部に貫通孔を形成し、該貫通孔に熱電対を挿入してなることを特徴とする請求項１記載の熱電対固定装置。
前記貫通孔に挿入させる熱電対は、箔型若しくはシース型であることを特徴とする請求項２記載の熱電対固定装置。
前記一対の揺動体は、各揺動体に前記揺動支点を挟んで一方側に挟持部と、他方側に把持部とが夫々設けられたことを特徴とする請求項１記載の熱電対固定装置。