JP2024008126A - 熱電対 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、炉壁等に形成された熱電対の挿入孔の形状が歪んでも損傷が生じにくい熱電対を提供する。【解決手段】 先端に測温部１ｃを有する長尺状の熱電対素線１を有する熱電対Ｓであって、測温部１ｃが露出するように熱電対素線１が挿入された絶縁管２と、熱電対素線１の基端寄りの所定位置に配設され、熱電対素線１が挿入された絶縁管２が貫通する穴を有し、熱電対Ｓを所定の固定部材に取り付けるための取付金具６と、内部に絶縁管２が挿入され、一端が取付金具６に対して固定され他端が取付金具６よりも熱電対素線１の先端寄りに位置するフレキシブル管５と、先端が封止された有底筒状の底部の内側に測温部１ｃが配置されるように内部に絶縁管２が挿入され、基端がフレキシブル管５の他端に固定された保護管３と、を備え、絶縁管２は、少なくともフレキシブル管５の内部に配置された部分が熱電対素線１の長手方向に複数に分割されている。【選択図】 図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 提供日 令和４年（２０２２年）４月２０日 提供した場所 光洋サーモシステム株式会社（奈良県天理市嘉幡町２２９番地）（光洋サーモシステム株式会社は、現在、株式会社ジェイテクトサーモシステムに社名変更されている。） 公開者 日本電測株式会社

本発明は、熱処理炉等の温度測定に用いられる熱電対に関する。

例えば、半導体製造工程等で用いられる高温熱処理炉の炉内温度の測定に長尺の熱電対が用いられている。この場合、炉壁に熱電対を挿入するための挿入孔を設け、熱電対の先端が炉内に位置するように挿入孔から熱電対を挿入し、熱電対に備えられている取付金具を炉外に設けられた所定の固定部材に取り付けることで、熱電対を所定箇所に設置するようにしている。

このような高温熱処理炉等で用いられる従来の熱電対は、例えば、先端に測温部を有する熱電対素線が測温部を露出するようにして絶縁管に挿入され、測温部及び絶縁管を内部に収納するセラミックス製の保護管を備えた構成である。

特許文献１には、素線を格納すると共に耐熱性を有する絶縁材を充填してなる金属製のシースの外側に、上記シースの先端部に被せて固定する先端磁性管部材と、上記シースの中間部の外周に配置する複数の継ぎ磁性管部材と、上記シースの基端寄りの外周に配置し且つ弾性変形状態からの復元力により上記継ぎ磁性管部材を上記先端磁性管部材の方向へ付勢するための弾性部材とを備えてなる分割式磁性保護管を設けた構成を有することを特徴とする熱電対が記載されている。

特開２０１３－１２４９４２号公報

ところで、高温熱処理炉の炉壁は、耐火レンガや断熱部材等の多層の壁部材で形成されており、高温熱処理炉を長期間使用すると、壁部材の膨張等による体積変化や目地の幅の変化等によって炉壁に形成された熱電対の挿入孔の形状に歪みが生じる。

上記従来の熱電対では、上記挿入孔の形状に歪みが生じて、挿入孔の内壁の壁部材がセラミックス製の保護管等と接触して熱電対に外力が加わると、保護管等は柔軟性がないので保護管が割れたりして熱電対に損傷が生じやすい。また、熱電対を新品と取り替える場合でも、歪んだ挿入孔に新品の熱電対を挿入しにくくなる。

また、特許文献１の熱電対では、複数の継ぎ磁性管部材どうしが外力に応じて相対変位するように構成されているが、腐食性環境で使用する場合に継ぎ磁性管部材どうしの継ぎ目から腐食性物質が進入するのを防止するために、継ぎ磁性管部材と金属製のシースとの隙間に耐熱性を有する絶縁材を充填するようにしている。この場合、構成が複雑になるだけでなく、腐食性物質の進入を確実に防止できるかという点において懸念が残る。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で、炉壁等に形成された熱電対の挿入孔の形状が歪んでも損傷が生じにくい熱電対を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る熱電対は、先端に測温部を有する長尺状の熱電対素線を有する熱電対であって、前記測温部が露出するように前記熱電対素線が挿入された絶縁管と、前記熱電対素線の基端寄りの所定位置に配設され、前記熱電対素線が挿入された前記絶縁管が貫通する穴を有し、前記熱電対を所定の固定部材に取り付けるための取付金具と、内部に前記絶縁管が挿入され、一端が前記取付金具に対して固定され他端が前記取付金具よりも前記熱電対素線の先端寄りに位置して可撓性を有するフレキシブル管と、先端が封止された有底筒状の底部の内側に前記測温部が配置されるように内部に前記絶縁管が挿入され、基端が前記フレキシブル管の他端に固定された保護管と、を備え、前記絶縁管は、少なくとも前記フレキシブル管の内部に配置された部分が前記熱電対素線の長手方向に複数に分割されている。

この構成によれば、例えば、高温熱処理炉等の炉壁に形成された熱電対を挿入する挿入孔の形状が歪んで挿入孔の側壁が熱電対の保護管等と接触して熱電対に外力が加わっても、熱電対はフレキシブル管の部分である程度曲げられるので、熱電対の損傷が生じにくい。また、熱電対を新品と取り替える場合でも、歪んだ挿入孔に新品の熱電対を挿入しやすくなる。また、保護管は先端が封止された筒状であるので、腐食性環境で使用する場合でも保護管を介して腐食性物質等が内部へ侵入するおそれはなく、保護管の内部に絶縁材等を充填しなくてもよく、構成が簡単である。

前記絶縁管及び前記保護管はセラミックス製であり、前記フレキシブル管は金属製であってもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、簡単な構成で、炉壁等に形成された熱電対の挿入孔の形状が歪んでも損傷が生じにくい熱電対を提供することができるという効果を奏する。

図１（Ａ）は、本実施形態の熱電対の一例を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩ－Ｉ線断面図である。 図２は、本実施形態の熱電対の取付箇所の一例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１（Ａ）は、本実施形態の熱電対の一例を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩ－Ｉ線断面図である。

この熱電対Ｓは、熱電対素線１、絶縁管２（２ａ，２ｂ，２ｃ）、保護管３、保持リング４、可撓性を有するフレキシブル管５、取付金具６及び端子箱７等を備えている。

熱電対素線１は、組成が異なる２本の素線１ａ，１ｂが先端で接続され、その先端部分が測温部１ｃとなっている。

絶縁管２には、先端の測温部１ｃが露出するように熱電対素線１が挿入されている。絶縁管２は、素線１ａ，１ｂがそれぞれ挿入される２つの穴（素線挿入穴）を有するセラミックス製の絶縁管２ａ，２ｂ，２ｃで構成される。なお、絶縁管２ａ，２ｂ，２ｃの各素線挿入穴の直径は、素線１ａ，１ｂの外径よりも若干大きい。

取付金具６は、熱電対素線１の先端から離れた基端寄りの所定位置に配設され、熱電対素線１が挿入された絶縁管２が貫通する穴６ａを有し、熱電対Ｓを所定の固定部材１１０（図２参照）に取り付けるための金具である。取付金具６には、筒状の連結部６１，６２の一端が全周溶接され、取付金具６の両側に連結部６１，６２が固定されている。

一方の連結部６１の他端は、端子箱７に接続された端子箱取付部８と全周溶接されている。これによって、端子箱７は、取付金具６に対して固定されている。端子箱７の内部には、熱電対素線１（１ａ，１ｂ）と補償導線とが接続される端子台が備えられている。補償導線のケーブルはケーブル引出口７ａから外部へ引き出される。

他方の連結部６２の他端は、フレキシブル管５の一端を保持した状態で、フレキシブル管５の全周にわたって銀ろう付けされてフレキシブル管５と接合されている。これによって、フレキシブル管５の一端は取付金具６に対して固定されている。

フレキシブル管５の内部には、その中心軸上を通るように絶縁管２（２ｂ）が挿入されている。フレキシブル管５の他端が保持リング４に保持された状態で、フレキシブル管５の全周にわたって銀ろう付けされてフレキシブル管５と保持リング４とが接合されている。これによって、フレキシブル管５の他端は保持リング４に固定されている。フレキシブル管５は、例えば、蛇腹構造を持った伸縮可能な伸縮管でもよい。

保持リング４は、取付金具６よりも熱電対素線１の先端寄りに配置され、内部に保護管３が挿入されるように、保持リング４の内径は保護管３の外径よりも大きい。保持リング４と保護管３との隙間には接着剤９が充填されて保持リング４と保護管３とが接着されている。ここで、接着剤９としては、耐熱性を有するものが好ましく、例えば、耐熱性無機接着剤であるアロンセラミック（登録商標）を用いることができる。上記のように、保持リング４を介して、フレキシブル管５の他端と保護管３の基端とが連結されて固定される。

保護管３は、先端が封止された有底筒状の底部３ａの内側に熱電対素線１の測温部１ｃが配置されるようにして内部に絶縁管２ａが挿入されている。

上記構成により、端子箱７は取付金具６に固定されている。また、取付金具６にフレキシブル管５の一端が固定され、フレキシブル管５の他端に保護管３が固定されている。また、保護管３の内部の絶縁管２は、測温部１ｃが露出するように熱電対素線１が挿入された１つの長尺の絶縁管２ａからなり、この絶縁管２ａに続いて、フレキシブル管５と連結部６１，６２を含む取付金具６との内部に短尺の絶縁管２ｂが複数配置され、さらに中尺の絶縁管２ｃが配置されている。なお、中尺の絶縁管２ｃに代えて、複数の短尺の絶縁管２ｂを用いてもよい。短尺の絶縁管２ｂは、少なくとも可撓性を有するフレキシブル管５の内部に配置されていることが好ましい。すなわち、絶縁管２は、少なくともフレキシブル管５の内部に配置された部分が熱電対素線１の長手方向に複数に分割された構成である。

本例では、１０００℃～１８００℃程度の高温の測定点での測定が可能なように、絶縁管２および保護管３はセラミックス製である。このように、絶縁管２および保護管３をセラミックス製とすることにより、比較的安価で上記のような高温に耐えることが可能である。また、測定点から離れた部分に位置する保持リング４、フレキシブル管５、及び連結部６１，６２を有する取付金具６等はステンレス等の金属製である。

図２は、本実施形態の熱電対Ｓの取付箇所の一例を上方から見た断面図である。

この例では、熱電対Ｓは、例えば、高温熱処理炉１００の炉内部１０１の温度を測定するためのものである。炉壁１０２には、熱電対Ｓを挿入する円筒状の挿入孔１０６が設けられ、高温熱処理炉１００の外側ケーシング等の外壁に、熱電対Ｓを固定する固定部材１１０が設置されている。先端部側から熱電対Ｓを挿入孔１０６に挿入し、固定部材１１０に取付金具６をボルト等の所定の接続金具を用いて固定することにより、熱電対Ｓが設置される。

炉壁１０２は、複数の層（例えば、耐火物層１０３、断熱層１０４，１０５）からなり、長期間の使用による壁部材の膨張等の体積変化や目地の幅の変化等によって、例えば耐火物層１０３が突出部１０３ａのように突出したりして、挿入孔１０６の形状が歪むことがある。

本実施形態では、炉壁１０２に形成された熱電対の挿入孔１０６の形状が歪んで挿入孔１０６の内壁が熱電対Ｓの保護管３等と接触して熱電対Ｓに外力が加わっても、熱電対Ｓはフレキシブル管５の部分である程度曲げられるので、熱電対Ｓの損傷が生じにくい。また、熱電対Ｓを新品と取り替える場合でも、歪んだ挿入孔１０６に新品の熱電対を挿入しやすくなる。ここで、熱電対Ｓをフレキシブル管５の部分である程度曲げられるように、少なくともフレキシブル管５の内部には複数の短尺の絶縁管２ｂが配置されている。

また、保護管３は先端が封止された筒状であるので、腐食性環境で使用する場合でも保護管３を介して腐食性物質等が内部へ侵入するおそれはなく、保護管３の内部に絶縁材等を充填しなくてもよく、構成が簡単である。

なお、本実施形態の熱電対Ｓは、１つの熱電対素線１を備えた構成としたが、複数の熱電対素線１を備えた構成としてもよい。例えば、２つの熱電対素線１を備える場合には、２つの熱電対素線１が並行に配置され、各々の熱電対素線１が２本の素線１ａ，１ｂを有するので、絶縁管２（２ａ，２ｂ，２ｃ）は素線挿入穴を４つ有する構成となる。

また、本実施形態の熱電対Ｓは、端子箱７を備えた構成としたが、端子箱７を備えていない構成であってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、簡単な構成で、炉壁等に形成された熱電対の挿入孔の形状が歪んでも損傷が生じにくい熱電対等として有用である。

Ｓ 熱電対
１ 熱電対素線
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 絶縁管
３ 保護管
５ フレキシブル管
６ 取付金具
６ａ 穴

Claims (2)

1. 先端に測温部を有する長尺状の熱電対素線を有する熱電対であって、
   前記測温部が露出するように前記熱電対素線が挿入された絶縁管と、
   前記熱電対素線の基端寄りの所定位置に配設され、前記熱電対素線が挿入された前記絶縁管が貫通する穴を有し、前記熱電対を所定の固定部材に取り付けるための取付金具と、
   内部に前記絶縁管が挿入され、一端が前記取付金具に対して固定され他端が前記取付金具よりも前記熱電対素線の先端寄りに位置して可撓性を有するフレキシブル管と、
   先端が封止された有底筒状の底部の内側に前記測温部が配置されるように内部に前記絶縁管が挿入され、基端が前記フレキシブル管の他端に固定された保護管と、
   を備え、
   前記絶縁管は、少なくとも前記フレキシブル管の内部に配置された部分が前記熱電対素線の長手方向に複数に分割されている、
   熱電対。
2. 前記絶縁管及び前記保護管はセラミックス製であり、
   前記フレキシブル管は金属製である、
   請求項１に記載の熱電対。
   

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