JP3124998B2 - 管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法 - Google Patents

管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラの水壁管等の
加熱される伝熱管等の管壁の温度を計測するための管壁
温度計測用熱電対装置およびその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ボイラ等の伝熱管の管壁温度の測
定には、パッド付きの熱電対を管表面に取り付ける方法
があり、パッドをすみ肉溶接で固定したが、輻射熱によ
加熱される管では温度が管壁よりも高く計測されると
いう不都合があった。また、管壁に穿孔して熱電対を挿
入するコーダル方式も採用されたが、小さな孔を放電加
工等で行う必要があり、限られた断面積の管肉厚の範囲
では、熱電対も細い外径のものしか使用できないので、
長期使用に耐え難いなどの問題があった。これらの問題
に対して、切削加工により管外周を形成して、熱電
対を扁平に加工して埋め込む方法が採られてきたが、細
い熱電対を扁平に加工したり、熱電対と管の溶接には特
殊な装置を必要とするなどの問題があり、管軸と直角方
向に切欠きが出来る形に溝加工しており、管の最小肉厚
は確保されている、長期間の使用に耐えられるかどう
か信頼性の点で不安があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における問題点を解消するものであって、熱電
対を使用してボイラ火炉等に設けられている各種伝熱管
の管壁温度を計測するのに、熱電対の芯線径を細くする
ことなく、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑
な加工を極力減らして簡便な方法で熱対を管表面から
突出しない構造に装着することができ、かつ高精度に管
壁温度計測が可能な熱電対装置およびその作製方法を提
供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、請求項1に記載のよう
に、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有する管の外
周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径以上で、
該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面を有する溝を設
け、細管よりなる金属シース内に、2本の異種金属線を
先端で溶接接合した熱接点を有する単芯線を挿入し、該
単芯線と上記金属シースとの隙間部に耐熱絶縁性粉末材
料を封入して構成した熱電対の上記熱接点を、上記管外
周の溝の温度測定位置に合わせて挿着し、内面に熱電対
の外径に相当する窪みを有し管と同等の材質よりなるリ
ング状のカバーを、上記挿着した熱電対の外側から圧接
してカバーの両端と管の外周とを溶接接合することによ
り、上記管の余肉厚部に熱電対を埋設した構造の管壁温
度計測用熱電対装置とするものである。このような構造
とすることにより、熱電対の芯線径を細くすることな
く、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工
を極力減らして簡便な手段で熱電対をそのまま管に装着
することができ、熱電対は装着状態で管表面から突出し
ないので、高精度に管壁温度計測が可能となる効果があ
る。
【0005】また、請求項2に記載のように、請求項1
において、熱電対を構成する2本の異種金属線を先端で
溶接接合した熱接点を有する単芯線は、アルメル−クロ
メル、クロメル−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン
または銅−コンスタンタンよりなり、耐熱絶縁性粉末材
料は、酸化マグネシウム、アルミナ、炭化ケイ素または
シリカを用いる管壁温度計測用熱電対装置とするもので
ある。このように、熱電対を構成する2本の異種金属線
と細管よりなる金属シース内に封入する耐熱絶縁性粉末
材料の種類を、計測する温度範囲あるいは温度環境によ
って、最良のものを任意に選択することができるので、
高精度の管壁温度計測が可能となる効果がある。
【0006】また、請求項3に記載のように、請求項1
または請求項2に記載の管壁温度計測用熱電対装置を作
製する方法であって、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚
部を有する管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電
対の外径以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面
を有するV字形の溝を形成する工程と、該溝内に、熱電
対の芯線径を細くすることなく、かつ熱電対を偏平に加
工することなく、2本の異種金属線を先端で突合せ溶接
して熱接点を形成した単芯線構造の熱電対を、該熱電対
の熱接点を、上記管外周の溝の温度測定位置に位置合わ
せして挿着する工程と、上記溝内に挿着した熱対の外
側に、断面がV字型のリングの内側に熱電対の外径に相
当する窪みを設けたリング状のカバーを用い、上記熱電
対を押さえて保護する形態に、上記カバーの両端部を、
上記管の外周面と溶接接合する工程を含む管壁温度計測
用熱電対装置の作製方法とするものである。このような
工程で管壁温度計測用熱電対装置を作製すると、上記請
求項1と同様に、熱電対の芯線径を細くすることなく、
また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工を極
力減らして簡易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突
出させない状態で装着することができ、高精度に管壁温
度計測が可能な熱電対を容易に作製できる効果がある。
【0007】本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、熱
電対を単芯線構造となし、管壁への装着は、管外周にV
字形の溝を形成して、該溝内に、熱電対を扁平に加工す
ることなく、埋め込むものである。熱電対はできるだけ
細い物が必要とされるのに対して、単芯線の構造とする
ことにより、芯線径を細くすることなく、管壁に簡易に
装着できるようにしたものである。管壁への熱電対の装
着にはV字形の溝として、管軸に直角に切欠きをなくし
て、溶接点は熱電対から離れた位置で行うことで溶接の
作業性が良くなり、管に対しても、また熱電対に対して
も望ましい状態で熱電対を装着することができるもので
ある。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の管壁温度計測用熱電対装
置に用いる熱電対の構造の一例を、図1に示す。アルメ
ル線1と、クロメル線2を、一定長さごとに、交互に突
き合わせて溶接して熱接点部5を作り、一本の芯線状に
しておき、酸化マグネシウム粉末3を絶縁材として、シ
ース4に封入して成形し熱電対を作る。これをX線で熱
接点部(熱接点位置)5を確認しながら、シース4の外
面に印を付けて置き、切断して熱電対(完成品)を得
る。なお、アルメル線1は、Ni94%、Al 2%、
Si1%、Mn2.5%の合金であり、クロメル線2
は、Ni80%、Cr20%の合金である。なお、上記
絶縁材として、酸化マグネシウム粉末の他、アルミナ、
炭化ケイ素、シリカ等の粉末も温度範囲および温度環境
によって任意に選択し使用することが可能である。図2
に、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の構造の一例を
示す。管7の外周には、図3(a)に示すごとく溝の先
端部(溝の底部)8が、熱電対6の外径相当の曲面を持
ったV字型の溝となるように切削しておき、熱電対6の
熱接点位置5を、温度計測したい管7の外周位置に設定
して埋め込む。次に、熱電対6の外径に相当する曲面加
工をした断面V字形のカバー9で、熱電対6を押さえ
て、管7と密着させて保護する。V字形のカバー9は、
図2の正面に対して、カバーの左半周分9aと、カバー
の右半周分9bとに、2分割されており、管7と同等の
材料を用いて、管7との溶接部10を形成する。熱電対
6は、管7の非加熱側に引き出して、計測するための太
い熱電対11に接続して使用する。熱電対6と、太い熱
電対11の接続部12は、ろう付けを行うが、温度が低
い場合には、接着剤を用いて固定する。また、2本の単
芯熱電対線であるアルメル線1とクロメル線2は、測定
温度によっては、クロメル(Ni、Crを主とした合
金)とコンスタンタン(Cu、Niを主とした合金)、
鉄(Fe)コンスタンタン(Cu、Niを主とした合
金)、銅(Cu)コンスタンタン(Cu、Niを主と
した合金)等の一般に用いられてい単芯熱電対線に置
き換えて用いることができ、場合によっては、白金
金ロジウム合金を用いることも可能である。そして、太
い熱電対11は同一の線種ごとに接続して引き出す構造
とする。接続部12を管7から離して、セラミック製等
の耐熱温度の高いコネクターを用いて接続することも可
能であり、この方法を採れば、管7が組み立てられた後
に、引き出し用の太い熱電対11を接続することができ
る。熱電対6が、管7に固定された後に、押え金具13
を取り付けて、溶接により固定する。管7は、一定の長
さに切断した物を使用して、熱電対6を組み込んだ後
に、ボイラの水壁管群等の伝熱管に組み込むことによっ
て使用可能となる。熱電対6と、管7の材質は異なるこ
とが多いが、カバー9が管7と同等の材質で有れば、溶
接部10に熱膨張による応力発生は少なく、割れの発生
する可能性はほとんどない。上記実施の形態で作製した
本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、熱電対の芯線径
を細くすることなく、また熱電対を偏平に加工すること
なく、複雑な加工を極力減らして簡便な手段で熱電対を
そのまま管に装着することができ、熱電対は装着状態で
管表面から突出しないので、高精度に管壁温度計測をす
ることができる。また、本発明の管壁温度計測用熱電対
装置の作製方法によれば、複雑な加工を極力減らして簡
易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突出させない状
態で装着することができ、高精度に管壁温度計測が可能
な熱電対を容易に作製することができる。
【0009】
【発明の効果】本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、
熱電対の芯線径を細くすることなく、細い外径の熱電対
を簡易に得ることができ、また、熱電対を扁平に加工す
ることなく、容易に管壁に突出しない構造に装着するこ
とができ、高精度に管壁温度の測定が可能である。ま
た、V字形の熱電対押えカバーの溶接によって、熱電対
から離れた位置で、熱電対を損傷することなく溶接作業
が可能となる。さらに、管に切削された溝は、管に切欠
き部として作用しても、管軸に対して直角では無いの
で、管の破損に繋がり難い構造となり、長期間安定して
管壁の計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で例示した熱電対の構造を
示す断面図。
【図2】本発明の実施の形態で例示した管壁温度計測用
熱電対装置の熱電対装着管の断面構造を示す模式図。
【図3】本発明の実施の形態で例示した管に装着した熱
電対の断面構造を示す模式図。
【符号の説明】
1…アルメル線 2…クロメル線 3…酸化マグネシウム粉末 4…シース 5…熱接点部(熱接点位置) 6…熱電対(完成品) 7…管 8…溝の先端部(溝の底部) 9…カバー 9a…カバーの左半周分 9b…カバーの右半周分 10…溶接部 11…太い熱電対 12…接続部 13…押え金具
フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−110326(JP,U) 実開 平4−113039(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 1/14 G01K 7/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有す
    る管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径
    以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面を有する
    溝を設け、細管よりなる金属シース内に、2本の異種金
    属線を先端で溶接接合した熱接点を有する単芯線を挿入
    し、該単芯線と上記金属シースとの隙間部に耐熱絶縁性
    粉末材料を封入して構成した熱電対の上記熱接点を、上
    記管外周の溝の温度測定位置に合わせて挿着し、内面に
    熱電対の外径に相当する窪みを有し管と同等の材質より
    なるリング状のカバーを、上記挿着した熱電対の外側か
    ら圧接してカバーの両端と管の外周とを溶接接合するこ
    とにより、上記管の余肉厚部に熱電対を埋設してなるこ
    とを特徴とする管壁温度計測用熱電対装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、熱電対を構成する2本
    の異種金属線を先端で溶接接合した熱接点を有する単芯
    線は、アルメル−クロメル、クロメル−コンスタンタ
    ン、鉄−コンスタンタンまたは銅−コンスタンタンより
    なり、耐熱絶縁性粉末材料は、酸化マグネシウム、アル
    ミナ、炭化ケイ素またはシリカよりなることを特徴とす
    る管壁温度計測用熱電対装置。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の管壁温度
    計測用熱電対装置を作製する方法であって、 管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有する管の外周の
    上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径以上で、該溝
    の底部が熱電対の外径相当の曲面を有するV字形の溝を
    形成する工程と、 該溝内に、熱電対の芯線径を細くすることなく、かつ熱
    電対を偏平に加工することなく、2本の異種金属線を先
    端で突合せ溶接して熱接点を形成した単芯線構造の熱電
    対を、該熱電対の熱接点を上記管外周の溝の温度測定位
    置に位置合わせして挿着する工程と、 上記溝内に挿着した熱対の外側に、断面がV字型のリ
    ングの内側に熱電対の外径に相当する窪みを設けたリン
    グ状のカバーを用い、上記熱電対を押さえて保護する形
    態に、上記カバーの両端部を、上記管の外周面と溶接接
    合する工程を含むことを特徴とする管壁温度計測用熱電
    対装置の作製方法。
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