JP4004053B2 - Sheath type thermocouple - Google Patents
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本発明は、重油ボイラーや焼却炉で用いられるシース型熱電対に関するものである。 The present invention relates to a sheath type thermocouple used in a heavy oil boiler or an incinerator.
従来のシース型熱電対を図3、図4に示す。 A conventional sheathed thermocouple is shown in FIGS.
101は金属製のシース、102は酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al2 O3 )等の無機絶縁材、103は(+)側熱電対芯線、104は(−)側熱電対芯線、105は無機絶縁材102へ湿分が侵入し絶縁が劣化することを防ぐためのエポキシ樹脂等によるシールである。105の末端部には、さらに、熱電対素線と補償導線の接続部を収納するスリーブや、補償導線との接続のための端子台を収納した端子箱が設けられる場合もある。113は感温部である。
101 is a metal sheath, 102 is an inorganic insulating material such as magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 103 is a (+) side thermocouple core wire, 104 is a (−) side thermocouple core wire, 105 Is a seal made of an epoxy resin or the like for preventing moisture from entering the inorganic
熱電対芯線については、例えば、K熱電対では(+)側熱電対芯線にニッケル及びクロムを主とした合金、(−)側熱電対芯線にニッケルを主とした合金を用いる。 As for the thermocouple core wire, for example, in the K thermocouple, an alloy mainly composed of nickel and chromium is used for the (+) side thermocouple core wire, and an alloy mainly composed of nickel is used for the (−) side thermocouple core wire.
従来、このシース型熱電対を、800℃を超える高温雰囲気で使用する場合、シースの材料として、高温において優れた強度と耐酸化性を持つハステロイX(ヘインズインターナショナル社の金属材料名)やSUH446などが用いられているが、いずれも、重油ボイラーやゴミ焼却炉などの重油燃焼が行われる炉内の800℃以上の高温雰囲気中で使用すると、重油に含まれるバナジウムによるバナジウムアタックという高温腐食によってシースが浸食されて、短いものでは数カ月のうちにシースが破損し、絶縁材の絶縁劣化により測定誤差が生じるという問題がある。 Conventionally, when this sheath type thermocouple is used in a high temperature atmosphere exceeding 800 ° C., as a sheath material, Hastelloy X (a metal material name of Haynes International Co., Ltd.) having excellent strength and oxidation resistance at high temperature, SUH446, etc. However, when used in a high-temperature atmosphere of 800 ° C or higher in a heavy oil combustion furnace such as a heavy oil boiler or a garbage incinerator, the sheath is sheathed by high-temperature corrosion called vanadium attack by vanadium contained in heavy oil. In the short case, the sheath breaks within a few months, and there is a problem that a measurement error occurs due to insulation deterioration of the insulating material.
重油ボイラーや焼却炉において配管などの表面温度を計測するシース型熱電対の具体的使用例を、図5、図6に示す。106は図3、図4に示したシース型熱電対、107は端子箱、108は配管に溶接されたパッドで、熱電対先端の感温部がパッド108に挿入されている。109はシース型熱電対の留具、110は測定対象の配管である。シース型熱電対のシース材は、高温の燃焼雰囲気にさらされるので、前記のハステロイXという耐熱耐腐食合金を用いていた。ところが重油に含まれるバナジウムアタックによって、シースはせいぜい2、3カ月しか持たないで破損する。
高温用シース型熱電対のシース材料としては、高温において優れた強度と耐酸化性を持つハステロイXやSUH446などが用いられているが、このシース型熱電対を、重油ボイラーやゴミ焼却炉などの重油燃焼が行われる高温雰囲気で使用すると、重油に含まれるバナジムによるバナジウムアタックという高温腐食によってシースが浸食されて、短期間のうちにシースが破損し、絶縁材の絶縁劣化により測定誤差が生じるという問題があり、このような雰囲気で使用しても、長期間健全で、測定誤差が生じないシース型熱電対が求められている。 Hastelloy X and SUH446, which have excellent strength and oxidation resistance at high temperatures, are used as the sheath material for high temperature sheathed thermocouples. These sheathed thermocouples are used in heavy oil boilers, garbage incinerators, etc. When used in a high-temperature atmosphere where heavy oil combustion is performed, the sheath is eroded by high-temperature corrosion called vanadium attack by vanadium contained in heavy oil, and the sheath is damaged in a short period of time, resulting in measurement errors due to insulation deterioration of the insulating material. There is a problem, and there is a need for a sheathed thermocouple that is sound for a long time and does not cause measurement errors even when used in such an atmosphere.
本発明は、金属製のシース内に無機絶縁材を介在させて熱電対芯線を収容したシース型熱電対について、重油ボイラーや焼却炉などの重油燃焼が行われる高温雰囲気で用いても長期間健全性を保ち、測定誤差の生じないものとするために、シースを二重管として外側のシース材をHR160(ヘインズインターナショナル社の金属材料名)、内側のシースをSUS310Sにより作製したシース型熱電対とした。 The present invention relates to a sheath-type thermocouple in which a thermocouple core wire is accommodated by interposing an inorganic insulating material in a metal sheath, even if it is used in a high-temperature atmosphere where heavy oil combustion is performed such as a heavy oil boiler or an incinerator. A sheath type thermocouple in which a sheath is a double tube and an outer sheath material is made of HR160 (a metal material name of Haynes International) and an inner sheath is made of SUS310S. did.
また、本発明は、金属製のシース内に無機絶縁材を介在させて熱電対芯線を収容したシース型熱電対において、シースを2重管とし、外側のシースをHR160、内側シースをSUS316、SUS304またはNCF600により作製したシース型熱電対とした。 Further, according to the present invention, in a sheath type thermocouple in which a thermocouple core wire is accommodated by interposing an inorganic insulating material in a metal sheath, the sheath is a double tube, the outer sheath is HR160, the inner sheath is SUS316, SUS304. Or it was set as the sheath type | mold thermocouple manufactured by NCF600.
HR160(ヘインズインターナショナル社の金属材料名)は、高温雰囲気中においても優れた強度と耐酸化性を持つ耐高温性の材料であるが、これを図3、図4に示す従来構造のシース型熱電対のシース材として用いた場合、高温雰囲気中で使用すると短期間で測定誤差が生じるようになる。従来、HR160が高温用のシース型熱電対のシース材として用いられなかったのはこのためである。誤差原因の調査のために分析を行ったところ、シース材であるHR160の成分が高温により蒸発、拡散して熱電対芯線に付着して、反応しており、これによる熱電対芯線の熱起電力の変化が誤差原因であった。 HR160 (a metal material name of Haynes International) is a high-temperature-resistant material having excellent strength and oxidation resistance even in a high-temperature atmosphere. This is a sheath-type thermoelectric having a conventional structure shown in FIGS. When used as a pair of sheath materials, measurement errors occur in a short period of time when used in a high temperature atmosphere. This is the reason why HR160 has not been used as a sheath material for a sheath type thermocouple for high temperature. When analysis was conducted to investigate the cause of the error, the component of HR160, which is the sheath material, evaporated and diffused due to the high temperature and adhered to the thermocouple core wire and reacted, and this caused the thermoelectromotive force of the thermocouple core wire. The change was the cause of error.
一方、このHR160をシース材とする熱電対を、重油が燃焼する炉内の高温雰囲気中で使用しても、従来のハステロイXやSUH446等を材料とするシース型熱電対に比べて、シースがバナジュウムアタックにより浸食されることは少なく、シースの外部雰囲気に対する境界壁としての機能は長期間健全であった。 On the other hand, even when a thermocouple using HR160 as a sheath material is used in a high-temperature atmosphere in a furnace in which heavy oil burns, the sheath is less than a conventional thermocouple made of Hastelloy X or SUH446. It was rarely eroded by the vanadium attack, and the function of the sheath as a boundary wall against the external atmosphere was sound for a long time.
本発明は、金属製のシース内に無機絶縁材を介在させて熱電対芯線を収容したシース型熱電対において、シースを2重管とし、外側のシースをHR160、内側のシースをSUS310Sにより作製したシース型熱電対としたので、重油ボイラーや焼却炉などの重油燃焼が行われる高温雰囲気で用いても、外側のHR160のシースがバナジュウムアタックによる浸食を受けることが少ないため、外部雰囲気に対する境界壁としての機能を長期間維持し、また、内側シースを設けているために、HR160の高温における蒸発成分が内側シースより内部に拡散することはなく、したがって、HR160の拡散成分と熱電対芯線が反応して測定誤差を生じることはない。 In the present invention, a sheath type thermocouple in which a thermocouple core wire is accommodated by interposing an inorganic insulating material in a metal sheath, the sheath is a double tube, the outer sheath is made of HR160, and the inner sheath is made of SUS310S. As a sheath-type thermocouple, the outer HR160 sheath is less likely to be eroded by vanadium attack even when used in high-temperature atmospheres where heavy oil combustion is performed, such as heavy oil boilers and incinerators. Since the inner sheath is provided, the evaporation component at a high temperature of HR160 does not diffuse into the inner sheath more than the inner sheath. Therefore, the diffusion component of HR160 and the thermocouple core wire react with each other. Measurement error will not occur.
さらに、内側シースのSUS310Sは、高温においてその蒸発成分が拡散して熱電対芯線に付着しても反応せず、付着による測定誤差の発生はない。 Further, the SUS310S of the inner sheath does not react even if the evaporation component diffuses and adheres to the thermocouple core wire at a high temperature, and no measurement error occurs due to the adhesion.
以上のように、シースを2重管とし、外側シースにバナジュウムアタックに強いHR160を使用し、内側シースにSUS310Sを使用したため、重油燃焼が行われる高温雰囲気で長期間用いてもシースは損傷することなく健全で、測定誤差の生じないシース型熱電対とすることができた。 As described above, since the sheath is a double tube, the outer sheath uses HR160 which is strong against vanadium attack, and the inner sheath uses SUS310S, the sheath can be damaged even if used in a high temperature atmosphere where heavy oil combustion is performed for a long time. It was possible to obtain a sheath-type thermocouple that is sound and has no measurement error.
また本発明は、金属製のシース内に無機絶縁材を介在させて熱電対芯線を収容したシース型熱電対において、シースを2重管とし、外側のシースをHR160、内側シースをSUS316、SUS304またはNCF600により作製したシース型熱電対とした。これらの内側シースはSUS310Sと同様に、高温においてその蒸発成分が拡散して熱電対芯線に付着しても反応せず、付着による測定誤差を生じさせないため、重油燃焼が行われる高温雰囲気で長期間用いてもシースは破損することなく健全で、測定誤差の生じないシース型熱電対とすることができた。 Further, according to the present invention, in a sheath type thermocouple in which a thermocouple core wire is accommodated by interposing an inorganic insulating material in a metal sheath, the sheath is a double tube, the outer sheath is HR160, and the inner sheath is SUS316, SUS304 or A sheath-type thermocouple made of NCF600 was used. Similar to SUS310S, these inner sheaths do not react even if their evaporated components diffuse and adhere to the thermocouple core wire at high temperatures, and do not cause measurement errors due to adhesion. Even if it was used, the sheath was healthy without being damaged, and a sheath-type thermocouple free from measurement errors could be obtained.
本発明によるシース型熱電対を、図1、図2に示す。 A sheathed thermocouple according to the present invention is shown in FIGS.
本発明のシース型熱電対は、シースを二重管とし、外側シース11の材質をHR160とし、内側シース12の材質をSUS310Sとしたものである。
In the sheath type thermocouple of the present invention, the sheath is a double tube, the material of the
2は酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al2 O3 )等の無機絶縁材、3は(+)側熱電対芯線、4は(−)側熱電対芯線、5は無機絶縁材へ湿分侵入し絶縁が劣化することを防ぐためのエポキシ樹脂等によるシールである。13は感温部である。
2 is an inorganic insulating material such as magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 3 is a (+) side thermocouple core wire, 4 is a (−) side thermocouple core wire, and 5 is moisture to the inorganic insulating material. It is a seal made of epoxy resin or the like for preventing penetration and deterioration of insulation.
図3、図4のシース型熱電対のシース101をHR160とし、シース101内に熱電対芯線103、104を挿入して、無機絶縁材102としてマグネシア粉を硬く充填して絶縁した状態としても、高温においてHR160の金属蒸気が無機絶縁体であるマグネシア粉の粒子の隙間を経由して、熱電対芯線103、104に拡散して熱起電力を狂わせる。
The
それを防止するため、図1、図2に示す通り、シースを2重として、外側シース11をHR160、内側シース12をSUS310Sとすることにより、SUS310Sの層がHR160の金属蒸気を熱電対芯線3、4に拡散することを防止することが可能となる。
In order to prevent this, as shown in FIGS. 1 and 2, the sheath is doubled, the
また、内側シース12のSUS310Sの成分が拡散して熱電対芯線に付着しても反応せず、測定誤差は生じない。 Further, even if the SUS310S component of the inner sheath 12 diffuses and adheres to the thermocouple core wire, it does not react and no measurement error occurs.
なお、重油ボイラーや焼却炉において、配管などの表面温度を計測するシース型熱電対について、従来の具体例を図5、図6に示したが、ここに本発明による2重管シース熱電対を使用しても、図5の構成は変わらず、図中のシース型熱電対106の内部構成とシース材が上記のとおり変わるのみである。 Incidentally, in the case of a sheath type thermocouple for measuring the surface temperature of piping or the like in a heavy oil boiler or an incinerator, conventional specific examples are shown in FIGS. 5 and 6. Here, the double tube sheath thermocouple according to the present invention is used. Even if it is used, the configuration of FIG. 5 does not change, and the internal configuration of the sheath type thermocouple 106 and the sheath material in the drawing only change as described above.
図1、図2に示すシース型熱電対は、前記の重油が燃焼する炉内の高温雰囲気中で使用しても、従来のハステロイXやSUH446等を一重でシース材とする高温用シース型熱電対に比べて長期間にわたってシースは健在であり、測定精度の低下もないことを確認した。 The sheath type thermocouple shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a high temperature sheath type thermocouple that uses conventional Hastelloy X, SUH446, etc. as a single sheath material even when used in a high temperature atmosphere in a furnace where the heavy oil burns. It was confirmed that the sheath was alive for a long period of time compared to the pair, and the measurement accuracy was not degraded.
以下、この効果について説明する。 Hereinafter, this effect will be described.
HR160は、高温雰囲気中においても優れた強度と耐酸化性を持つ耐高温性の材料であるが、これを図3、図4に示す従来構造のシース型熱電対のシース材として用いた場合、高温雰囲気中で使用すると短期間で測定誤差が生じるようになる。従来、HR160が高温用のシース型熱電対のシース材として用いられなかったのはこのためである。誤差原因の調査のために分析を行ったところ、シース材であるHR160の成分が高温により蒸発、拡散して熱電対芯線に付着、反応し、このために熱電対芯線の熱起電力が変化して誤差が生じていることが分かった。 HR160 is a high temperature resistant material having excellent strength and oxidation resistance even in a high temperature atmosphere, but when this is used as a sheath material of a sheath type thermocouple having a conventional structure shown in FIGS. When used in a high temperature atmosphere, measurement errors occur in a short period of time. This is the reason why HR160 has not been used as a sheath material for a sheath type thermocouple for high temperature. When an analysis was conducted to investigate the cause of the error, the component of HR160, which is the sheath material, evaporated and diffused due to high temperature and adhered to and reacted with the thermocouple core wire, which changed the thermoelectromotive force of the thermocouple core wire. It was found that there was an error.
一方、このHR160をシース材とする熱電対を、重油が燃焼する炉内の高温雰囲気中で使用しても、従来のハステロイXやSUH446等を材料とするシース型熱電対に比べて、シースが浸食されることは少なく、シースは長期間健全であった。 On the other hand, even when a thermocouple using HR160 as a sheath material is used in a high-temperature atmosphere in a furnace in which heavy oil burns, the sheath is less than a conventional thermocouple made of Hastelloy X or SUH446. It was rarely eroded and the sheath was healthy for a long time.
これらより、HR160をシース材とするシース型熱電対において、HR160のシース内部への侵入を防ぐ構成とすることによって、重油が燃焼する炉内の高温雰囲気中で使用しても、長期間にわたってシースが健全でかつ測定精度の低下のないものが得られることが分かった。 Accordingly, in the sheath type thermocouple using HR160 as a sheath material, the HR160 prevents the penetration of the HR160 into the sheath, so that the sheath can be used for a long time even when used in a high temperature atmosphere in a furnace where heavy oil burns. Was found to be sound and without any decrease in measurement accuracy.
以上に基づき、図1と図2に示す本発明のシース型熱電対は、外側シース材をHR160とし、シース材内部への侵入を防ぐために、内側にSUS310Sを材料とするシースを設けて、シースを2重にしたものである。SUS310Sを使用したのは、HR160の高温における蒸発成分が拡散して熱電対芯線に付着しても反応せず、測定誤差が生じないためである。SUS310Sと同様の性質を持つSUS316、SUS304またはNCF600を内側シースの材料としてもよい。副次的に、これら内側シースはHR160外側シースと同じく、外部の雰囲気に対する境界壁としての役割も兼ねる。即ち、HR160外側シースが破損した場合でも、内側シースの外部雰囲気に対するシール性、即ち境界壁としての機能が健全であれば、測定を正常に続けることができる。なお、内側シースに、熱電対芯線に付着しても測定誤差を生じないハステロイXやSUH446を使用することも可能であるが、これは高価な材料であるため、採用する利点はない。 Based on the above, the sheath-type thermocouple of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 2 has an outer sheath material HR160, and a sheath made of SUS310S is provided on the inner side to prevent intrusion into the sheath material. Is doubled. The reason why SUS310S is used is that the evaporation component at high temperature of HR160 diffuses and adheres to the thermocouple core wire, so that no reaction occurs and no measurement error occurs. SUS316, SUS304, or NCF600 having the same properties as SUS310S may be used as the material of the inner sheath. Secondary, like these HR160 outer sheaths, these inner sheaths also serve as boundary walls for the external atmosphere. That is, even when the outer sheath of the HR 160 is broken, the measurement can be continued normally if the sealing property of the inner sheath with respect to the external atmosphere, that is, the function as the boundary wall is sound. Although it is possible to use Hastelloy X or SUH446 that does not cause a measurement error even if it adheres to the thermocouple core wire on the inner sheath, this is an expensive material, so there is no advantage of adopting it.
このような構成により、重油が燃焼する炉内の高温雰囲気中で使用しても、長期間にわたってシースが健全で、かつ測定精度の低下のないシース型熱電対を実現した。 With such a configuration, a sheath-type thermocouple that has a healthy sheath for a long period of time and does not deteriorate in measurement accuracy even when used in a high-temperature atmosphere in a furnace where heavy oil burns is realized.
実際にも重油が燃焼する高温雰囲気中での図5の構成による使用において、外側シース材をHR160、内側シース材をSUS310Sとしたシース熱電対は、従来の高温用シース型熱電対に比べて、長期間、シースは健全性を保ち、正常な測定を行っている。 In actual use in the high-temperature atmosphere in which heavy oil burns, the sheath thermocouple with the outer sheath material HR160 and the inner sheath material SUS310S is compared to the conventional high-temperature sheathed thermocouple, For a long period of time, the sheath remains healthy and performs normal measurements.
例えば、重油が燃焼する焼却炉での使用において、従来のハステロイXを使用した1重シースのものは、バナジュウムアタックにより2、3カ月程度でシースが破損し、測定誤差を生じたが、本発明のものは、1年間使用しても二重シースは共に健全で、正常な測定を続けている。 For example, in the use in an incinerator where heavy oil burns, the conventional single-sheath sheath using Hastelloy X has been damaged by vanadium attack in about two to three months, resulting in measurement errors. As for the thing, even if it uses for one year, both double sheaths are healthy and continue normal measurement.
本発明のシース型熱電対は、重油ボイラーや焼却炉で用いられるが、シース材が蒸発、拡散して熱電対芯線に付着、反応し、熱電対芯線の熱起電力が変化して誤差が生じる高温の箇所で使用できる。 The sheath type thermocouple of the present invention is used in a heavy oil boiler or an incinerator, but the sheath material evaporates and diffuses, adheres to and reacts with the thermocouple core wire, and the thermoelectromotive force of the thermocouple core wire changes to cause an error. Can be used at high temperatures.
2…無機絶縁材
11…外側シース
12…内側シース
2 ... Inorganic insulating
Claims (2)
In a sheath type thermocouple in which a thermocouple core wire is accommodated by interposing an inorganic insulating material in a metal sheath, the sheath is a double tube, the outer sheath is made of HR160, and the inner sheath is made of SUS316, SUS304 or NCF600 Type thermocouple.
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