JP2011047900A

JP2011047900A - 温度計測装置

Info

Publication number: JP2011047900A
Application number: JP2009198765A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Miyoshi; 一雄三好
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP5402405B2

Abstract

【課題】低コストであり、温度計測位置の自由度が高く、炉内のガスの温度を正確に計測することが可能な温度計測装置を提供する。
【解決手段】計測対象のガスｇが収容された炉２内に突出するように設けられた計測管３と、計測管３内に炉２内のガスｇを吸引する吸引機構４と、計測管３の先端部に設けられ、吸引機構４により吸引されたガスｇの温度を計測するための熱電対５とを備え、吸引機構４が、計測管３内に外部から作動流体ａを吹き込む作動流体供給手段と、作動流体供給手段により計測管３内に吹き込まれた作動流体ａを、熱電対５が設けられた位置よりも後端側で炉２内に吹き出すことで、炉２内のガスｇを作動流体ａに随伴させて計測管３内に吸引する吸引手段７とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼炉等のガスの温度を計測する温度計測装置に関するものである。

燃焼炉等の炉内のガスの温度を計測する際には、従来より、図２に示すような吸引式の温度計測装置２１が利用されている。

従来の温度計測装置２１では、炉２２内に突出するように計測管２３を設けると共に、その計測管２３の先端部に熱電対２４を設け、炉２２外に設置されたポンプ、ブロワ、エジェクタなどの吸引機構２５で炉２２内のガスを計測管２３内に吸引して、熱電対２４を配置した計測点に気流を生じさせて、炉２２内のガスの温度を計測している。

燃焼炉など高温のガスを収容した炉２２内では、熱電対２４をそのまま配置すると、熱電対２４が周囲からの熱の輻射（熱線）の影響を受けてしまい、正確なガスの温度を計測することが困難であるが、図２のような吸引式の温度計測装置２１を用いて熱電対２４の周囲に気流を生じさせることにより、熱の輻射の影響を抑制し、炉２２内のガスの温度を精度よく計測することが可能となる。熱電対２４は温度計測部２９に接続され、温度計測部２９は、熱電対２４の熱起電力を基に炉２２内のガスの温度を計測する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。

特開２００１−２４９０５４号公報特開昭５９−１３５７２１号公報

しかしながら、従来の温度計測装置２１では、計測管２３を高温ガス環境下で使用し、計測管２３内に、例えば８００〜１０００℃以上の高温のガスを吸引するために、計測管２３を高価な耐熱・耐蝕性の材料で構成するか、あるいは、計測管２３を外部の熱から守るため断熱材２６を設けたり、計測管２３を冷却するための冷却構造を備える必要がある。

また、高温のガスがポンプ等の吸引機構２５に到達すると吸引機構２５が損傷してしまうため、吸引機構２５の上流側に冷却手段２７を設ける必要がある。冷却手段２７における冷却方法が水冷などの場合には、冷却水の供給源との位置関係等の制約が生じてしまう。さらに、ガスにダストが含まれている場合には、除塵手段（図示せず）の設置も必要である。

さらにまた、ガスが直接開放排気できない物質（例えば、ＮＯｘ等）を含む場合には、排気前にガスを浄化するガス処理手段２８も必要となる。

つまり、炉２２内のガスを吸引して炉２２外に引き出す方式では、計測管２３を高価な耐熱・耐蝕性の材料とし、さらに、冷却手段２７、除塵手段、ガス処理手段２８等が必要となるため、コストがかかり、温度計測位置の自由度も低いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、低コストであり、温度計測位置の自由度が高く、炉内のガスの温度を正確に計測することが可能な温度計測装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、計測対象のガスが収容された炉内に突出するように設けられた計測管と、該計測管内に前記炉内のガスを吸引する吸引機構と、前記計測管の先端部に設けられ、前記吸引機構により吸引された前記ガスの温度を計測するための熱電対とを備えた温度計測装置であって、前記吸引機構が、前記計測管内に外部から作動流体を吹き込む作動流体供給手段と、該作動流体供給手段により前記計測管内に吹き込まれた作動流体を、前記熱電対が設けられた位置よりも後端側で前記炉内に吹き出すことで、前記炉内のガスを前記作動流体に随伴させて前記計測管内に吸引する吸引手段とからなる温度計測装置である。

前記計測管は、前記作動流体を通すための作動流体供給部と、前記炉内に臨み前記熱電対が設けられたガス吸引部とからなり、前記吸引手段は、前記作動流体供給部と前記ガス吸引部との間に設けられた吹出口と、前記作動流体供給管からの前記作動流体の流路を変更して前記吹出口から吹き出す流路変更手段とからなるとよい。

前記流路変更手段は、前記計測管の管軸方向に対して後方に０〜９０度の範囲の方向に前記作動流体を吹き出すようにされるとよい。

前記吹出口から吹き出した作動流体と、その作動流体に随伴して吹き出した前記炉内のガスとを回収する回収手段をさらに備えてもよい。

前記作動流体は、前記炉内のガスよりも温度が低いガスあるいは液体からなるとよい。

本発明によれば、低コストであり、温度計測位置の自由度が高く、炉内のガスの温度を正確に計測することが可能な温度計測装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る温度計測装置の概略断面図である。従来の温度計測装置の概略断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る温度計測装置の概略断面図である。

図１に示すように、温度計測装置１は、計測対象のガスｇが収容された燃焼炉などの炉２内に突出するように設けられた計測管３と、計測管３内に炉２内のガスｇを吸引する吸引機構４と、計測管３の先端部に設けられ、吸引機構４により吸引されたガスｇの温度を計測するための熱電対５とを備えている。熱電対５は温度計測部６に接続され、温度計測部６は、熱電対５の熱起電力を基にガスｇの温度を計測する。

吸引機構４は、計測管３内に炉２内のガスｇを吸引して、熱電対５を配置した計測点の周囲に気流を生じさせるものである。具体的には、吸引機構４は、計測管３内に外部から作動流体ａを高速に吹き込む作動流体供給手段（図示せず）と、作動流体供給手段により計測管３内に吹き込まれた作動流体ａを、熱電対５が設けられた位置よりも後端側（炉壁側）で炉２内に吹き出すことで、炉２内のガスｇを作動流体ａに随伴させて計測管３内に吸引する吸引手段７とからなる。作動流体供給手段は、計測管３の後方（図示右側）から炉２内に向けて、計測管３内に作動流体ａを吹き込むためのものであり、例えば、ポンプ、ブロア、加圧ボンベなどからなる。

計測管３は、作動流体供給手段からの作動流体ａを通すための作動流体供給部３ａと、炉２内に臨み熱電対５が設けられたガス吸引部３ｂとからなる。ガス吸引部３ｂは、作動流体供給部３ａよりも径が大きく形成されており、ガス吸引部３ｂの後端部（図示右側）と作動流体供給部３ａの先端部（図示左側）は一部重なるようにされている。ガス吸引部３ｂと作動流体供給部３ａとの間には、スリット状の吹出口８が形成されている。

吹出口８の形状は、例えば、同心円状のスリットとすればよいが、複数の孔や、短スリットを並べた構造でも同様の効果は得られる。吹出口８は、炉２内に設けられる。

吸引機構４の吸引手段７は、ガス吸引部３ｂと作動流体供給部３ａ間に形成された吹出口８と、作動流体供給部３ａからの作動流体ａの流路を変更して吹出口８から吹き出す流路変更手段９とからなる。

本実施の形態では、流路変更手段９を、作動流体供給部３ａ内に同軸に配置された円柱状の支持部９ａと、支持部９ａの先端に形成された傘状の頭部９ｂとで構成した。頭部９ｂは、作動流体供給部３ａの先端から突出するように配置され、ガス吸引部３ｂ内に配置されている。

頭部９ｂの支持部９ａ側の面（図示右側の面）は凹状の曲面状に形成されており、その曲面状の面で作動流体ａの流路を変更して、作動流体ａを吹出口８から吹き出すようにされている。また、頭部９ｂの支持部９ａとは反対側の面は、凸状の曲面に形成されており、ガス吸引部３ｂ内に吸引されたガスｇを吹出口８に導くようにされている。

作動流体供給手段からの作動流体ａは、支持部９ａと計測管３の間を通り、炉２内に導入される。作動流体ａは、炉２内に入ると、加熱されて温度上昇（もしくは蒸発）して膨張し、その流速が増加する。作動流体ａは、計測管３（作動流体供給部３ａ）や流路変更手段９と熱交換し、これらの部材を冷却しつつ炉２内に導入されることになる。

炉２内に導入された作動流体ａは、頭部９ｂで流路が変更されて、吹出口８を通って炉２内に高速で吹き出される。このとき、炉２内のガスｇは、高速に吹き出された作動流体ａによる圧力低下と粘性による随伴作用により、計測管３のガス吸引部３ｂ内に吸引され、熱電対５の周囲に気流の流れを生じさせる。ガス吸引部３ｂ内に吸引されたガスｇは熱電対５を加熱し、熱電対５で精度よく温度を計測することが可能となる。ガス吸引部３ｂ内に吸引されたガスｇは、作動流体ａに随伴して吹出口８から吹き出される。

つまり、吸引機構４は、ベルヌーイの定理を利用した高速ガスの圧力低下と粘性による随伴作用（吸引効果）を作動力としており、吸引機構４の駆動のために、外部から作動流体ａを供給していることとなる。

流路変更手段９は、計測管３の管軸方向に対して後方に０〜９０度の範囲の方向（計測管３の管軸方向吸引側を０度として９０度より後側）に作動流体ａを吹き出すように構成される。これは、熱電対５側に作動流体ａを吹き出してしまうと、作動流体ａの影響で熱電対５でガスｇの温度を正確に計測することができなくなるためである。

作動流体ａとしては、ガスｇよりも温度が低いガス（例えば、空気やＮ_２など）あるいは液体（例えば、水など）を用いるとよい。作動流体ａとしては、炉２内に悪影響を与えないために、活性の低い（あるいは不活性である）ガスや液体を用いることが望ましい。作動流体ａとして液体を用いる場合、吸引機構４（吹出口８）に到達する前に蒸発、気化するよう、使用する液体の物質、流量を適宜設定するとなおよい。また、空気以外（例えば、Ｎ_２など）の作動流体ａを用いる場合には、作動流体ａに適したタンク、ボンベなどの備蓄手段を設けるとよい。

作動流体ａの流速や流量については、熱電対５の周囲に安定して適度な流速（例えば、数ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓ程度）のガスｇの気流を生じさせることができる流速、流量に設定するとよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る温度計測装置１では、計測管３内に外部から作動流体ａを高速に吹き込む作動流体供給手段と、作動流体供給手段により計測管３内に吹き込まれた作動流体ａを、熱電対５が設けられた位置よりも後端側で炉２内に吹き出すことで、炉２内のガスｇを作動流体ａに随伴させて計測管３内に吸引する吸引手段とからなる吸引機構４を備えている。

これにより、炉２外にガスｇを引き出す必要がなくなるので、既存の方法での冷却手段や、除塵手段、ガス浄化手段等の設置が不要になり、コストを大幅に抑制することが可能となる。また、冷却手段や、除塵手段、ガス浄化手段等の設置が不要となるため、例えば、冷却手段における冷却水の供給源の位置制限等を考慮する必要がなくなり、温度計測位置の自由度が高まる。また、ガスｇを炉２外に引き出さないため、作業者、計測位置周囲の安全が確保される。

さらに、温度計測装置１では、炉２外から低温の作動流体ａを供給するため、計測上高温を維持する必要がある計測管３の先端部（ガス吸引部３ｂ）以外は、作動流体ａにより内部から冷却されることになり、従来のように高価な耐熱・耐蝕性の材料を用いる必要がなくなり、計測管３の先端部以外では安価な材料が使用可能となり、コストをより低減できる。

また、温度計測装置１では、流路変更手段９にて、計測管３の管軸方向に対して後方に０〜９０度の範囲の方向に作動流体ａを吹き出すようにしているため、作動流体ａが熱電対５に影響を与えることがなく、炉２内のガスｇの温度を正確に計測できる。

上記実施の形態では、計測管３の作動流体供給部３ａと、流路変更手段９の支持部９ａとを同軸に配置したが、これに限らず、例えば、偏心構造としてもよいし、支持部９ａを省略して作動流体供給部３ａの先端部に作動流体ａの流路を変更するための突起等を設けて流路変更手段としてもよい。

また、上記実施の形態では、計測管３の断熱施工について言及しなかったが、計測管３の表面に断熱施工するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、作動流体ａを炉２内にそのまま吹き出す場合を説明したが、例えば、炉２内の内部環境が変化するなど、作動流体ａを炉２内にそのまま吹き出すことができない場合には、作動流体ａを炉２内に排気せず、吹出口８から吹き出した作動流体ａを回収する回収手段を設けるようにしてもよい。

回収手段は、例えば、吹出口８に回収管を接続することで実現できるが、回収管には作動流体ａに随伴してガスｇも回収されることとなるので、ガスｇの温度や成分等によっては、冷却手段や、除塵手段、ガス処理手段等が必要となる場合もある。しかし、回収管に回収されるガスｇは作動流体ａに希釈されているため、従来のガスｇを直接吸引する方式と比較して回収管に回収されるガスの温度は低く、回収管に高価な耐熱・耐蝕性の材料を用いる必要はない。

１温度計測装置
２炉
３計測管
４吸引機構
５熱電対
６温度計測部
７吸引手段
８吹出口
９流路変更手段
ａ作動流体
ｇガス

Claims

計測対象のガスが収容された炉内に突出するように設けられた計測管と、該計測管内に前記炉内のガスを吸引する吸引機構と、前記計測管の先端部に設けられ、前記吸引機構により吸引された前記ガスの温度を計測するための熱電対とを備えた温度計測装置であって、
前記吸引機構が、前記計測管内に外部から作動流体を吹き込む作動流体供給手段と、該作動流体供給手段により前記計測管内に吹き込まれた作動流体を、前記熱電対が設けられた位置よりも後端側で前記炉内に吹き出すことで、前記炉内のガスを前記作動流体に随伴させて前記計測管内に吸引する吸引手段とからなることを特徴とする温度計測装置。
前記計測管は、前記作動流体を通すための作動流体供給部と、前記炉内に臨み前記熱電対が設けられたガス吸引部とからなり、
前記吸引手段は、前記作動流体供給部と前記ガス吸引部との間に設けられた吹出口と、前記作動流体供給管からの前記作動流体の流路を変更して前記吹出口から吹き出す流路変更手段とからなる請求項１記載の温度計測装置。
前記流路変更手段は、前記計測管の管軸方向に対して後方に０〜９０度の範囲の方向に前記作動流体を吹き出すようにされる請求項２記載の温度計測装置。
前記吹出口から吹き出した作動流体と、その作動流体に随伴して吹き出した前記炉内のガスとを回収する回収手段をさらに備えた請求項２または３記載の温度計測装置。
前記作動流体は、前記炉内のガスよりも温度が低いガスあるいは液体からなる請求項１〜４いずれかに記載の温度計測装置。