JP4750320B2 - 温度測定装置及び測定装置の冷却方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度測定装置及びその冷却方法に関する。詳細には、冷却ガス、例えば空気を用いて、熱電対等の接続端子やその保護用の金属材や耐火材、及び耐火材を接続する際に用いる金属部材等を冷却することにより、耐熱性を上げて使用期間を延長させ、かつ測定精度を長時間にわたり維持できる熱電対式温度測定装置およびその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による温度測定装置について、図4の概略図を用いて説明する。補償導線1（熱電対を用いる場合もある。以後同じ）は絶縁性被覆材で覆っている。補償導線1の一方端のコネクター20は、端子ボックス3で図示しない熱電対に接続しており、他端22は図示しない計器等に接続している。熱電対の電極先端は、保護管8内側の下端部にまで達している。
【０００３】
フランジ4は円形のフランジで、上側の金属板と下側の耐火材層とを互いに重ねたものである。フランジ4は、下方向からの放射熱を遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目も持っている。断熱材5は、耐火材で円筒形に形成したものである。保護スリーブ7は、耐火材で円筒形に形成したものである。保護管8は、耐火材で円筒形に形成し、先端は閉じて円形に加工している。固定金具6は、断熱材5と保護スリーブ7を嵌着するものであり、通常円筒形状の金属製、例えばステンレス鋼製である。使用時には、固定金具6の金具表面を、耐火材のリボンで覆っている。
【０００４】
温度測定装置を使用する場合、測定対象が溶融金属の場合には、保護管8全体及び保護スリーブ7の一部を溶湯に浸漬する。その際、温度測定装置体はフランジ4で支えるか、固定金具6を適当な治具で掴んで支える。熱電対及び補償導線1からの信号は、計器等に接続するコネクター22を通じて指示記録計に伝送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
温度を測定する際、測定温度が高いほど、又高温の溶湯になるほど、温度測定装置各部は熱による損傷を受ける。溶湯と直接接触する部位は、高温の溶融金属と反応するなどにより侵食されるので損傷は激しい。更に、温度測定装置各部は、溶湯に直接触れない部位であっても、輻射熱および熱伝導により損傷を受ける。
【０００６】
例えば損傷状況は以下のようになる。
(1)補償導線については、補償導線の絶縁被覆材が熱により損傷し、露出した導線同士が触れて測定温度に誤差が生じたり、短絡して温度測定が不能となったりする。また、補償導線自体の酸化が進んで劣化し、特性が変化して正常な温度を示さなくなる。また、補償導線自体の温度が上昇すると、やはり正常な温度を示さなくなる。
(2)コネクターについては、熱電対、及び補償導線との接合端子が高温となるため、測定温度に誤差が生じる。例えばＪＩＳＣ１６１０では、熱電対との接続点の温度を、Ｂ熱電対の場合に０〜１００℃、Ｒ熱電対の場合に０〜１５０℃となっている。また、コネクター自体は直接熱を受けるため、金属部分が酸化等の損傷を受ける。
(3)端子ボックスについては、端子ボックス自体が直接熱を受けるため、金属部分が酸化等の損傷を受ける。
【０００７】
このため、上記問題点に対してとった対策を図5の別の温度測定装置概略図を用いて説明する。補償導線1の一方端は、コネクター22で図示しない計器等に接続される。補償導線1の他方端は、端子ボックス3の上側でコネクター20に接続しており、端子ボックス3内で熱電対13に接続している。熱電対13の電極先端は、保護管8内側の下端部にまで達している。フランジ4、断熱材5は、保護スリーブ7、保護管8、固定金具6は、図4の概略図を用いて説明した内容に同じである。温度測定装置の使用方法も、図4の概略図を用いて説明した使用方法に同じである。
【０００８】
冷却ガス導入用の冷却ホース9は、ジョイント10で端子ボックス3の右横に接続され、カプラー11で図示しない冷却ガスパイプに接続される。導入した冷却用ガス12は、端子ボックス3にいたり、端子ボックス3内を対流した後、端子ボックス3上側のコネクター2の周縁に設けられた開口部から排出される。
【０００９】
ところが、前記の改良を行なっても以下の問題は未解決となった。
(1)補償導線については、被覆が損傷したり導線自体が損傷して測定の誤差が生じたり、測定不能となったりする。
(2)固定金具については、金属製なので、高温に曝されると酸化して腐食が進んだり、高温金属溶湯の飛沫が跳ねて金属製の固定金具に付着し、その部分で反応して腐食する。そのため、耐火材の固着力が緩んだり、固定金具が破断して、耐火材が脱落し、熱電対が溶湯に浸漬して温度測定は不能となる。
【００１０】
そこで、本発明では、測定誤差が生じたり測定不能となったりする不測の事態をなくし、補償導線、コネクター、端子ボックス、及び固定金具などの使用期間をできるだけ延ばすことを目的とする。そのために、補償導線、コネクター、端子ボックス、及び固定金具などを、冷却ガスを用いて冷却し、熱による損傷を少なくする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、以下の部材で構成される温度測定装置である。
(a) 温度測定を安定させるための補償導線(1)を内部に配置し、熱電対の測定端子を収納する端子ボックス(3)に設けられたジョイント(10)と、冷却用ガス(12)を導入するために設けられたカプラー(11)と、測定値を表示する計器に接続されるコネクター(22)とを備えた、冷却用ガス(12)を流すための冷却ホース(9)と、(b) 前記冷却ホース(9)内に配置され、一方端が前記コネクター(22)で測定値を表示する計器へ接続され、他方端が前記端子ボックス(3)に設けられた前記ジョイント(10)でコネクター(20)に接続される前記補償導線(1)と、
(c) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)でコネクター(21)に接続され、先端が保護管(8)内側の下端部にまで達する熱電対(13)とを備える。
【００１２】
本発明の第２の態様は、以下の部材で構成されることを特徴とする温度測定装置である。
(a) 温度測定を安定させるための補償導線(1)を内部に配置し、端子ボックス(3)と接合するためのジョイント(10)を備えた、冷却用ガス(12)を流すための冷却ホース(9)と、
(b) 熱電対(13)及び熱電対(13)の接続用コネクター(21)を収納し、底面には冷却・固定金具(16)を接続している端子ボックス(3)と、
(c) 前記端子ボックス(3)の底部に接続され、二重構造円筒の外側と内側との間に仕切(31)が形成され、仕切の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、仕切の他方側(33)には前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、
フランジ(4)の中央部を貫通させて延伸した位置に、保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間に前記仕切(31)が形成され、前記仕切(31)の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、前記仕切(31)の他方側(33)に前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、
下端は前記保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間には前記仕切(31)を形成させないで、前記仕切の一方側(32)から導入された前記冷却用ガス(12)が、片側に移動し、前記仕切の他方側(33)の空間に沿って上部方向に流れるように、二重構造円筒の外側と内側との間に空間が形成された断面とを有する冷却・固定金具(16)と、
(d) 前記冷却・固定金具(16)の二重構造円筒の内側の屈曲部に固着され、内側にネジが形成された円筒中空状の部品(17)と、
(e) 前記円筒部品(17)のネジに螺合させて、前記保護スリーブ(7)と一体に保持するために、外側上端にネジを形成した円筒中空状の保護管(18)と、
(f) 前記冷却・固定金具(16)に嵌合され、中空部に円筒中空状の保護管(18)を設けた保護スリーブ(7)とを備える。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記冷却ホース(9)は、金属パイプ、フレキシブルホースの何れか１種であることを特徴とする温度測定装置である。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記冷却用ガス(12)は、空気、炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、アンモニアガスから選ばれる何れか１種であることを特徴とする温度測定装置である。
【００１５】
本発明の第５の態様は、以下の工程を備えた温度測定装置の冷却方法である。
(a) 冷却ホース(9)に設けたカプラー(11)から冷却用ガス(12)を導入し、
(b) 冷却ホース(9)内に配置した補償導線(1)を冷却し、
(c) 熱電対の測定端子を収納する端子ボックス(3)に設けたジョイント(10)を冷却し、
(d) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)で接続されるコネクター(21)を冷却し、
(e) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)でコネクター(21)に接続される熱電対(13)を冷却する。
【００１６】
本発明の第６の態様は、以下の工程を備えた温度測定装置の冷却方法である。
(a) 冷却用ガス(12)は、端子ボックス(3)の底部に接続され、二重構造円筒の外側と内側との間に仕切(31)を形成した冷却・固定金具(16)の、仕切の一方側(32)の空間に下部方向に導入され、
(b) 前記仕切の一方側(32)から導入された冷却用ガス(12)は、前記冷却・固定金具(16)の下端で、片側に移動し、仕切の他方側(33)の空間に沿って上部方向に流れ、前記端子ボックス(3)とフランジ(4)の間で仕切の他方側(33)に形成した開口部(23)で排出することを特徴とする温度測定装置の冷却方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図1に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明では、補償導線1を冷却ホース9内に配置する。冷却用ガスを導入させ、補償導線1の冷却も兼ねた冷却ホース9は、着脱自在のジョイント10で端子ボックス3に接続され、着脱自在のコネクター22で図示しない計器等の端子に接続され、更に着脱自在のカプラー11で図示しない冷却ガスパイプの接続端に接続される。
【００１８】
冷却ホース9内に配置された補償導線1の一方端は、コネクター22で図示しない計器等に接続され、他方端は、端子ボックス3の右側に設けたジョイント10でコネクター20に接続される。このコネクター20は、ジョイント10でコネクター21と接続している。熱電対13はコネクター21に接続しており、先端は保護管8内側の下端部にまで達している。熱電対13は、端子ボックス3から保護管8内側の下端部の先端までを耐熱・絶縁性の熱電対保護管15に挿入している。
【００１９】
冷却ホース9は、固定の金属パイプを用いても良いが、自在に曲げられ、かつ耐熱性を持たすため、例えば金属製、或は金属を更に耐火材で被覆したフレキシブルホースが使用される。耐熱性はもちろん、冷却用ガスの押込圧力に耐へれる強度があれば材質は適宜選択して良い。
【００２０】
冷却用ガスは、カプラー11を通して導入する。カプラー11は、ホース9の任意の箇所に設けて良いが、補償導線の全長に渡って冷却できるように、できるだけコネクター22に近い箇所に設けるほうが良い。コネクター22を利用して熱電対1とカプラー11とを同じ箇所に設けても良い。
【００２１】
コネクター22は、図示しない計器等の端子に着脱自在に接続されるもので、冷却用のガスが漏洩しないように計器等の端子に接続する側は密閉できる構造となっている。
【００２２】
冷却ガス量は、冷却ガスパイプ系統、或はその他適当な箇所に流量計を設けて調整する。導入した冷却用ガス12は、冷却ホース9内の補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10を冷却しながら端子ボックス3に入る。
【００２３】
端子ボックス3内で対流した冷却用ガス12は、熱電対13の一部を冷却し、端子ボックス左側のジョイント10の反対側に設けられた開口部から排出される。この方法により補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10、熱電対13の一部、及び端子ボックス3を冷却することができる。
【００２４】
冷却用ガス12には、空気、及び炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス、更にアンモニアガスなどの還元性ガスを用いることができるが、空気を用いることが経済的で望ましい。ガスの流量は冷却効果によって判断し、コネクター20およびコネクター21の温度を規定以下にすることが望ましい。温度は、例えば市販品のサーモラベルを用いてチェックすることができる。
【００２５】
フランジ4は、上側の円形断面下向きコの字型の金属板と、金属板下側に耐火材、例えばAl2O3グラスウール系の布などを詰めた断熱層とで形成したものである。フランジ4は、下方向からの放射熱が端子ボックスにいたるのを遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目もある。
【００２６】
断熱材5は、例えばAl2O3グラスウール系の耐火材を用いて円筒形に形成したものである。保護スリーブ7は、例えばAl2O3−C系(セラミックス−C系)の耐火材を用いて円筒形に形成したものである。
【００２７】
保護管8は、例えばMo−ZrO2系の耐火材を用いて円筒形に形成し、先端を閉じて円形に加工したものである。
【００２８】
固定金具6は、断熱材5と保護スリーブ7、保護管8を嵌着するものであり、通常円筒形状の金属製、例えばステンレス鋼製である。通常は、固定金具6の金具表面を、耐火材製のリボンで覆っている。
【００２９】
温度を測定する際は、保護管8全体及び保護スリーブ7の一部を測定対象の溶湯に浸漬する。温度測定装置自体は、フランジ4で支えるか、固定金具6を治具で掴んで支える。熱電対13は、アルメル−クロメル、白金−白金ロジウムなどの一般的な電極を用いる。熱電対13及び補償導線1からの信号は、計器等に接続するコネクター22を通じて指示記録計に伝送する。
【００３０】
図2に基づいて本発明の別の実施の形態を説明する。冷却ガス導入用の冷却ホース9は、一方端が着脱自在のジョイント10で端子ボックス3に接続されている。この構成は図3で説明したものと同じであり、他方端は、図示しない着脱自在のコネクターで、やはり図示しない計器等の端子に接続され、更に図示しない着脱自在のカプラーで、やはり図示しない冷却ガスパイプの接続端に接続される。
【００３１】
冷却ホース9内に配置された補償導線1の一方端は、図示しない着脱自在のコネクターで、やはり図示しない計器等に接続され、他方端は、端子ボックス3の右側に設けたジョイント10でコネクター20に接続される。このコネクター20はジョイント10でコネクター21と接続している。
【００３２】
熱電対13は、コネクター21に接続しており、端子ボックス3を経て、冷却・固定金具16の中空部、及び保護スリーブ7と一体に配置された保護管18の中空部を貫通して、先端は図示していない保護管内側の下端部にまで達している。熱電対13は、端子ボックス3から図示していない保護管内側の下端部の先端まで、耐熱・絶縁性の熱電対保護管15に挿入されるか、耐熱・絶縁シートを巻くなどの方法により保護されている。
【００３３】
端子ボックス3は、ジョイント10で冷却ホース9が接続され、底面には冷却・固定金具16が接続されている。
【００３４】
図2の冷却・固定金具16のA部の断面図を図3の(A)に、B部の断面図を図3の(B)に、C部の断面図を図3の(C)に示した。端子ボックス3の底部に、例えば溶接やボルト締め等の方法を用いて接続した冷却・固定金具16は、図3の(A)で示したように円筒の二重構造となっている。円筒の外側と内側との間には、仕切31が形成されている。仕切の一方側32は端子ボックスに導入された冷却用ガスを、冷却・固定金具の下部方向に流すための空間である。仕切の他方側33は、冷却・固定金具に導入された冷却用ガスを上部方向に流すための空間である。
【００３５】
冷却・固定金具16は、フランジ4の中央部を貫通させて延伸させ、保護スリーブ7を嵌合して保持できるように、二重円筒内側の内径を保護スリーブ7の外径に合わせて変更する。この状態を、図3の(B)に示した。冷却・固定金具16は円筒の二重構造となっており、円筒の外側と内側との間には仕切31が形成されている。仕切の一方側32は端子ボックスに導入された冷却用ガスを冷却・固定金具の下部方向に流すための空間である。仕切の他方側33は、冷却・固定金具に導入された冷却用ガスを上部方向に流すための空間である。
【００３６】
保護スリーブ7を嵌合するように設けた冷却・固定金具16の下端を、図3の(C)に示した。冷却・固定金具16は、円筒の二重構造となっており、円筒の外側と内側との間の仕切31は設けていない。そのため、導入された冷却用ガスは、外側円筒と内側円筒の間の空間を、右から左に移動し、仕切の他方側33の空間に沿って上部方向に流れる。
【００３７】
例えば、冷却・固定金具16は、保護スリーブ7を嵌合させて保持する。そのため、冷却・固定金具16と保護スリーブ7が接する面の冷却・固定金具16の直角部角に、ネジを形成した金属製の円筒部品17を溶接等の方法で固着する。これにより、保護スリーブ7は円筒部品17に形成したネジと、円筒中空状保護管18の外側上端に形成したネジとを螺合させて固定することができる。この場合、例えば保護スリーブ7は保護管18と接着された状態となっている。
【００３８】
冷却・固定金具16に設けた仕切31は、冷却・固定金具16の下側最終端から、導入冷却ガスの静圧が上昇しない程度の距離、例えば20mm以上離した位置から、端子ボックス3の底と接する位置までの間に設ければ良い。また仕切31は、冷却・固定金具16の変更、例えば、形状、材質、構造の変更に応じて、各種の形態が可能である。
【００３９】
フランジ4は、上側の円形断面下向きコの字型の金属板と、金属板下側に耐火材、例えばAl2O3グラスウール系の布などを詰めた断熱層とで形成したものである。フランジ4は、下方向からの放射熱が端子ボックスにいたるのを遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目も担っている。
【００４０】
断熱材5は、冷却・固定金具16を通すため円筒中空とし、例えばAl2O3グラスウール系の耐火材を用いて、フランジ4と冷却・固定金具16の間に形成したものである。更に、断熱材5の表面の一部と冷却・固定金具16の表面は、耐火材リボン19で被っている。
【００４１】
保護スリーブ7は、例えばAl2O3−C系(セラミックス−C系)の耐火材を用いて円筒中空に形成したものである。保護スリーブ7の上部は冷却・固定金具16に嵌合される。保護スリーブ7の中空部には、円筒中空状の保護管18が設けられている。
【００４２】
保護管18と一体となった保護スリーブ7は、円筒中空状保護管18の外側上端に形成したネジと、冷却・固定金具16の直角部角に、溶接等の方法で固着した金属製の円筒部品17に形成したネジとを螺合させて、保持することができる。
【００４３】
冷却ホース9は、図3の例で説明したものに同じである。以下、図3の説明に用いた番号と同じ番号のものは、同等もしくは同じものを示す。冷却用ガス12は、冷却ホース9内の補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10を冷却しながら端子ボックス3に入る。端子ボックス3内で対流したガスは、熱電対13の一部を冷却し、端子ボックス3の底部の開口部から、端子ボックス3の底部に接続させた冷却・固定金具16の仕切の一方側32に導入される。
【００４４】
導入された冷却ガス12は、冷却・固定金具16の仕切の一方側32に沿ってA部からB部、C部にいたる。冷却・固定金具16の底部にいたった冷却ガス12は、仕切の他方側33に沿ってC部からB部、A部にいたり、端子ボックス3とフランジ4の間に設けた開口部23から排出される。
【００４５】
この方法により補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10、端子ボックス3、熱電対の一部13、更に保護スリーブ7上部の接合部を冷却することができる。ガスの流量は冷却効果によって判断し、コネクター20およびコネクター21の温度を規定以下にすることが望ましい。温度は、例えば市販品のサーモラベルを用いてチェックすることができる。温度測定装置を用いて測定する際も、図1例で説明した内容と同じ方法を用いれば良い。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
図1で示した温度測定装置を用いた。熱電対は白金−白金ロジウム線を用いた。補償導線はニッケル−銅合金線と銅線の組み合わせのものを用いた。フランジ4、断熱材5、保護スリーブ7、保護管8、その他は図3で説明したものと同じものである。温度測定装置を鉄鋼連続鋳造設備のターンディッシュに浸漬した。湯温は1530〜1560℃であった。温度測定装置冷却用ガスとして空気を用いた。元圧が4kgf/cm2の圧縮空気配管から分岐させた空気配管をカプラー11で接続して、規定の温度以下になるように空気を流した。その結果、当社従来品に比較して温度不具合が半減し、コネクター20、21の寿命が約２倍となった。
（実施例２）
図2で示した温度測定装置を用いた。熱電対は白金−白金ロジウム線を用いた。補償導線はニッケル−銅合金線と銅線の組み合わせのものを用いた。フランジ4、断熱材5、保護スリーブ7、その他は図4で説明したものと同じものである。温度測定装置を鉄鋼連続鋳造設備のターデイッシュに浸漬した。湯温は1530〜1560℃であった。測定装置冷却用として空気を用いた。元圧が4kgf/cm2の圧縮空気配管から分岐させた空気配管をカプラー11で接続して、規定の温度以下になるように空気を流した。その結果、当社従来品に比較して温度不具合が半減し、コネクター20、21の寿命が約２倍となった。また、固定金具の約半数が再利用可能となった。更に、固定金具付近の保護スリーブの熱による劣化が低減し、強度低下がなく、折損防止に寄与した。
【発明の効果】
熱電対式の温度測定装置について、空気を用いて、熱電対等の接続端子やその保護用の金属材や耐火材、及び耐火材を接続する際に用いる金属部材等を冷却することにより、部材の熱による損傷を少なくして耐熱性を上げて使用期間をの延長させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の実施の形態1の概略図である。
【図２】本発明例の実施の形態2の概略図である。
【図３】実施の形態2の断面図である。
【図４】先行技術の温度測定装置の概略図である。
【図５】別の先行技術の温度測定装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 補償導線
２ コネクター
３ 端子ボックス
４ フランジ
５ 断熱材
６ 固定金具
７ 保護スリーブ
８ 保護管
９ 冷却ホース
１０ ジョイント
１１ カプラー
１２ 冷却ガス
１３ 熱電対
１５ 熱電対保護管
１６ 冷却・固定金具
１７ 部品
１８ 保護管
１９ 耐火材リボン
２０ コネクター
２１ コネクター
２２ コネクター
２３ 冷却ガス排出口
３１ 仕切
３２ 仕切の一方側
３３ 仕切の他方側
【発明の属する技術分野】
本発明は温度測定装置及びその冷却方法に関する。詳細には、冷却ガス、例えば空気を用いて、熱電対等の接続端子やその保護用の金属材や耐火材、及び耐火材を接続する際に用いる金属部材等を冷却することにより、耐熱性を上げて使用期間を延長させ、かつ測定精度を長時間にわたり維持できる熱電対式温度測定装置およびその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による温度測定装置について、図4の概略図を用いて説明する。補償導線1（熱電対を用いる場合もある。以後同じ）は絶縁性被覆材で覆っている。補償導線1の一方端のコネクター20は、端子ボックス3で図示しない熱電対に接続しており、他端22は図示しない計器等に接続している。熱電対の電極先端は、保護管8内側の下端部にまで達している。
【０００３】
フランジ4は円形のフランジで、上側の金属板と下側の耐火材層とを互いに重ねたものである。フランジ4は、下方向からの放射熱を遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目も持っている。断熱材5は、耐火材で円筒形に形成したものである。保護スリーブ7は、耐火材で円筒形に形成したものである。保護管8は、耐火材で円筒形に形成し、先端は閉じて円形に加工している。固定金具6は、断熱材5と保護スリーブ7を嵌着するものであり、通常円筒形状の金属製、例えばステンレス鋼製である。使用時には、固定金具6の金具表面を、耐火材のリボンで覆っている。
【０００４】
温度測定装置を使用する場合、測定対象が溶融金属の場合には、保護管8全体及び保護スリーブ7の一部を溶湯に浸漬する。その際、温度測定装置体はフランジ4で支えるか、固定金具6を適当な治具で掴んで支える。熱電対及び補償導線1からの信号は、計器等に接続するコネクター22を通じて指示記録計に伝送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
温度を測定する際、測定温度が高いほど、又高温の溶湯になるほど、温度測定装置各部は熱による損傷を受ける。溶湯と直接接触する部位は、高温の溶融金属と反応するなどにより侵食されるので損傷は激しい。更に、温度測定装置各部は、溶湯に直接触れない部位であっても、輻射熱および熱伝導により損傷を受ける。
【０００６】
例えば損傷状況は以下のようになる。
(1)補償導線については、補償導線の絶縁被覆材が熱により損傷し、露出した導線同士が触れて測定温度に誤差が生じたり、短絡して温度測定が不能となったりする。また、補償導線自体の酸化が進んで劣化し、特性が変化して正常な温度を示さなくなる。また、補償導線自体の温度が上昇すると、やはり正常な温度を示さなくなる。
(2)コネクターについては、熱電対、及び補償導線との接合端子が高温となるため、測定温度に誤差が生じる。例えばＪＩＳＣ１６１０では、熱電対との接続点の温度を、Ｂ熱電対の場合に０〜１００℃、Ｒ熱電対の場合に０〜１５０℃となっている。また、コネクター自体は直接熱を受けるため、金属部分が酸化等の損傷を受ける。
(3)端子ボックスについては、端子ボックス自体が直接熱を受けるため、金属部分が酸化等の損傷を受ける。
【０００７】
このため、上記問題点に対してとった対策を図5の別の温度測定装置概略図を用いて説明する。補償導線1の一方端は、コネクター22で図示しない計器等に接続される。補償導線1の他方端は、端子ボックス3の上側でコネクター20に接続しており、端子ボックス3内で熱電対13に接続している。熱電対13の電極先端は、保護管8内側の下端部にまで達している。フランジ4、断熱材5は、保護スリーブ7、保護管8、固定金具6は、図4の概略図を用いて説明した内容に同じである。温度測定装置の使用方法も、図4の概略図を用いて説明した使用方法に同じである。
【０００８】
冷却ガス導入用の冷却ホース9は、ジョイント10で端子ボックス3の右横に接続され、カプラー11で図示しない冷却ガスパイプに接続される。導入した冷却用ガス12は、端子ボックス3にいたり、端子ボックス3内を対流した後、端子ボックス3上側のコネクター2の周縁に設けられた開口部から排出される。
【０００９】
ところが、前記の改良を行なっても以下の問題は未解決となった。
(1)補償導線については、被覆が損傷したり導線自体が損傷して測定の誤差が生じたり、測定不能となったりする。
(2)固定金具については、金属製なので、高温に曝されると酸化して腐食が進んだり、高温金属溶湯の飛沫が跳ねて金属製の固定金具に付着し、その部分で反応して腐食する。そのため、耐火材の固着力が緩んだり、固定金具が破断して、耐火材が脱落し、熱電対が溶湯に浸漬して温度測定は不能となる。
【００１０】
そこで、本発明では、測定誤差が生じたり測定不能となったりする不測の事態をなくし、補償導線、コネクター、端子ボックス、及び固定金具などの使用期間をできるだけ延ばすことを目的とする。そのために、補償導線、コネクター、端子ボックス、及び固定金具などを、冷却ガスを用いて冷却し、熱による損傷を少なくする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、以下の部材で構成される温度測定装置である。
(a) 温度測定を安定させるための補償導線(1)を内部に配置し、熱電対の測定端子を収納する端子ボックス(3)に設けられたジョイント(10)と、冷却用ガス(12)を導入するために設けられたカプラー(11)と、測定値を表示する計器に接続されるコネクター(22)とを備えた、冷却用ガス(12)を流すための冷却ホース(9)と、(b) 前記冷却ホース(9)内に配置され、一方端が前記コネクター(22)で測定値を表示する計器へ接続され、他方端が前記端子ボックス(3)に設けられた前記ジョイント(10)でコネクター(20)に接続される前記補償導線(1)と、
(c) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)でコネクター(21)に接続され、先端が保護管(8)内側の下端部にまで達する熱電対(13)とを備える。
【００１２】
本発明の第２の態様は、以下の部材で構成されることを特徴とする温度測定装置である。
(a) 温度測定を安定させるための補償導線(1)を内部に配置し、端子ボックス(3)と接合するためのジョイント(10)を備えた、冷却用ガス(12)を流すための冷却ホース(9)と、
(b) 熱電対(13)及び熱電対(13)の接続用コネクター(21)を収納し、底面には冷却・固定金具(16)を接続している端子ボックス(3)と、
(c) 前記端子ボックス(3)の底部に接続され、二重構造円筒の外側と内側との間に仕切(31)が形成され、仕切の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、仕切の他方側(33)には前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、
フランジ(4)の中央部を貫通させて延伸した位置に、保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間に前記仕切(31)が形成され、前記仕切(31)の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、前記仕切(31)の他方側(33)に前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、
下端は前記保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間には前記仕切(31)を形成させないで、前記仕切の一方側(32)から導入された前記冷却用ガス(12)が、片側に移動し、前記仕切の他方側(33)の空間に沿って上部方向に流れるように、二重構造円筒の外側と内側との間に空間が形成された断面とを有する冷却・固定金具(16)と、
(d) 前記冷却・固定金具(16)の二重構造円筒の内側の屈曲部に固着され、内側にネジが形成された円筒中空状の部品(17)と、
(e) 前記円筒部品(17)のネジに螺合させて、前記保護スリーブ(7)と一体に保持するために、外側上端にネジを形成した円筒中空状の保護管(18)と、
(f) 前記冷却・固定金具(16)に嵌合され、中空部に円筒中空状の保護管(18)を設けた保護スリーブ(7)とを備える。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記冷却ホース(9)は、金属パイプ、フレキシブルホースの何れか１種であることを特徴とする温度測定装置である。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記冷却用ガス(12)は、空気、炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、アンモニアガスから選ばれる何れか１種であることを特徴とする温度測定装置である。
【００１５】
本発明の第５の態様は、以下の工程を備えた温度測定装置の冷却方法である。
(a) 冷却ホース(9)に設けたカプラー(11)から冷却用ガス(12)を導入し、
(b) 冷却ホース(9)内に配置した補償導線(1)を冷却し、
(c) 熱電対の測定端子を収納する端子ボックス(3)に設けたジョイント(10)を冷却し、
(d) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)で接続されるコネクター(21)を冷却し、
(e) 前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)でコネクター(21)に接続される熱電対(13)を冷却する。
【００１６】
本発明の第６の態様は、以下の工程を備えた温度測定装置の冷却方法である。
(a) 冷却用ガス(12)は、端子ボックス(3)の底部に接続され、二重構造円筒の外側と内側との間に仕切(31)を形成した冷却・固定金具(16)の、仕切の一方側(32)の空間に下部方向に導入され、
(b) 前記仕切の一方側(32)から導入された冷却用ガス(12)は、前記冷却・固定金具(16)の下端で、片側に移動し、仕切の他方側(33)の空間に沿って上部方向に流れ、前記端子ボックス(3)とフランジ(4)の間で仕切の他方側(33)に形成した開口部(23)で排出することを特徴とする温度測定装置の冷却方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図1に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明では、補償導線1を冷却ホース9内に配置する。冷却用ガスを導入させ、補償導線1の冷却も兼ねた冷却ホース9は、着脱自在のジョイント10で端子ボックス3に接続され、着脱自在のコネクター22で図示しない計器等の端子に接続され、更に着脱自在のカプラー11で図示しない冷却ガスパイプの接続端に接続される。
【００１８】
冷却ホース9内に配置された補償導線1の一方端は、コネクター22で図示しない計器等に接続され、他方端は、端子ボックス3の右側に設けたジョイント10でコネクター20に接続される。このコネクター20は、ジョイント10でコネクター21と接続している。熱電対13はコネクター21に接続しており、先端は保護管8内側の下端部にまで達している。熱電対13は、端子ボックス3から保護管8内側の下端部の先端までを耐熱・絶縁性の熱電対保護管15に挿入している。
【００１９】
冷却ホース9は、固定の金属パイプを用いても良いが、自在に曲げられ、かつ耐熱性を持たすため、例えば金属製、或は金属を更に耐火材で被覆したフレキシブルホースが使用される。耐熱性はもちろん、冷却用ガスの押込圧力に耐へれる強度があれば材質は適宜選択して良い。
【００２０】
冷却用ガスは、カプラー11を通して導入する。カプラー11は、ホース9の任意の箇所に設けて良いが、補償導線の全長に渡って冷却できるように、できるだけコネクター22に近い箇所に設けるほうが良い。コネクター22を利用して熱電対1とカプラー11とを同じ箇所に設けても良い。
【００２１】
コネクター22は、図示しない計器等の端子に着脱自在に接続されるもので、冷却用のガスが漏洩しないように計器等の端子に接続する側は密閉できる構造となっている。
【００２２】
冷却ガス量は、冷却ガスパイプ系統、或はその他適当な箇所に流量計を設けて調整する。導入した冷却用ガス12は、冷却ホース9内の補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10を冷却しながら端子ボックス3に入る。
【００２３】
端子ボックス3内で対流した冷却用ガス12は、熱電対13の一部を冷却し、端子ボックス左側のジョイント10の反対側に設けられた開口部から排出される。この方法により補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10、熱電対13の一部、及び端子ボックス3を冷却することができる。
【００２４】
冷却用ガス12には、空気、及び炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス、更にアンモニアガスなどの還元性ガスを用いることができるが、空気を用いることが経済的で望ましい。ガスの流量は冷却効果によって判断し、コネクター20およびコネクター21の温度を規定以下にすることが望ましい。温度は、例えば市販品のサーモラベルを用いてチェックすることができる。
【００２５】
フランジ4は、上側の円形断面下向きコの字型の金属板と、金属板下側に耐火材、例えばAl2O3グラスウール系の布などを詰めた断熱層とで形成したものである。フランジ4は、下方向からの放射熱が端子ボックスにいたるのを遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目もある。
【００２６】
断熱材5は、例えばAl2O3グラスウール系の耐火材を用いて円筒形に形成したものである。保護スリーブ7は、例えばAl2O3−C系(セラミックス−C系)の耐火材を用いて円筒形に形成したものである。
【００２７】
保護管8は、例えばMo−ZrO2系の耐火材を用いて円筒形に形成し、先端を閉じて円形に加工したものである。
【００２８】
固定金具6は、断熱材5と保護スリーブ7、保護管8を嵌着するものであり、通常円筒形状の金属製、例えばステンレス鋼製である。通常は、固定金具6の金具表面を、耐火材製のリボンで覆っている。
【００２９】
温度を測定する際は、保護管8全体及び保護スリーブ7の一部を測定対象の溶湯に浸漬する。温度測定装置自体は、フランジ4で支えるか、固定金具6を治具で掴んで支える。熱電対13は、アルメル−クロメル、白金−白金ロジウムなどの一般的な電極を用いる。熱電対13及び補償導線1からの信号は、計器等に接続するコネクター22を通じて指示記録計に伝送する。
【００３０】
図2に基づいて本発明の別の実施の形態を説明する。冷却ガス導入用の冷却ホース9は、一方端が着脱自在のジョイント10で端子ボックス3に接続されている。この構成は図3で説明したものと同じであり、他方端は、図示しない着脱自在のコネクターで、やはり図示しない計器等の端子に接続され、更に図示しない着脱自在のカプラーで、やはり図示しない冷却ガスパイプの接続端に接続される。
【００３１】
冷却ホース9内に配置された補償導線1の一方端は、図示しない着脱自在のコネクターで、やはり図示しない計器等に接続され、他方端は、端子ボックス3の右側に設けたジョイント10でコネクター20に接続される。このコネクター20はジョイント10でコネクター21と接続している。
【００３２】
熱電対13は、コネクター21に接続しており、端子ボックス3を経て、冷却・固定金具16の中空部、及び保護スリーブ7と一体に配置された保護管18の中空部を貫通して、先端は図示していない保護管内側の下端部にまで達している。熱電対13は、端子ボックス3から図示していない保護管内側の下端部の先端まで、耐熱・絶縁性の熱電対保護管15に挿入されるか、耐熱・絶縁シートを巻くなどの方法により保護されている。
【００３３】
端子ボックス3は、ジョイント10で冷却ホース9が接続され、底面には冷却・固定金具16が接続されている。
【００３４】
図2の冷却・固定金具16のA部の断面図を図3の(A)に、B部の断面図を図3の(B)に、C部の断面図を図3の(C)に示した。端子ボックス3の底部に、例えば溶接やボルト締め等の方法を用いて接続した冷却・固定金具16は、図3の(A)で示したように円筒の二重構造となっている。円筒の外側と内側との間には、仕切31が形成されている。仕切の一方側32は端子ボックスに導入された冷却用ガスを、冷却・固定金具の下部方向に流すための空間である。仕切の他方側33は、冷却・固定金具に導入された冷却用ガスを上部方向に流すための空間である。
【００３５】
冷却・固定金具16は、フランジ4の中央部を貫通させて延伸させ、保護スリーブ7を嵌合して保持できるように、二重円筒内側の内径を保護スリーブ7の外径に合わせて変更する。この状態を、図3の(B)に示した。冷却・固定金具16は円筒の二重構造となっており、円筒の外側と内側との間には仕切31が形成されている。仕切の一方側32は端子ボックスに導入された冷却用ガスを冷却・固定金具の下部方向に流すための空間である。仕切の他方側33は、冷却・固定金具に導入された冷却用ガスを上部方向に流すための空間である。
【００３６】
保護スリーブ7を嵌合するように設けた冷却・固定金具16の下端を、図3の(C)に示した。冷却・固定金具16は、円筒の二重構造となっており、円筒の外側と内側との間の仕切31は設けていない。そのため、導入された冷却用ガスは、外側円筒と内側円筒の間の空間を、右から左に移動し、仕切の他方側33の空間に沿って上部方向に流れる。
【００３７】
例えば、冷却・固定金具16は、保護スリーブ7を嵌合させて保持する。そのため、冷却・固定金具16と保護スリーブ7が接する面の冷却・固定金具16の直角部角に、ネジを形成した金属製の円筒部品17を溶接等の方法で固着する。これにより、保護スリーブ7は円筒部品17に形成したネジと、円筒中空状保護管18の外側上端に形成したネジとを螺合させて固定することができる。この場合、例えば保護スリーブ7は保護管18と接着された状態となっている。
【００３８】
冷却・固定金具16に設けた仕切31は、冷却・固定金具16の下側最終端から、導入冷却ガスの静圧が上昇しない程度の距離、例えば20mm以上離した位置から、端子ボックス3の底と接する位置までの間に設ければ良い。また仕切31は、冷却・固定金具16の変更、例えば、形状、材質、構造の変更に応じて、各種の形態が可能である。
【００３９】
フランジ4は、上側の円形断面下向きコの字型の金属板と、金属板下側に耐火材、例えばAl2O3グラスウール系の布などを詰めた断熱層とで形成したものである。フランジ4は、下方向からの放射熱が端子ボックスにいたるのを遮蔽するとともに、温度測定装置を支える役目も担っている。
【００４０】
断熱材5は、冷却・固定金具16を通すため円筒中空とし、例えばAl2O3グラスウール系の耐火材を用いて、フランジ4と冷却・固定金具16の間に形成したものである。更に、断熱材5の表面の一部と冷却・固定金具16の表面は、耐火材リボン19で被っている。
【００４１】
保護スリーブ7は、例えばAl2O3−C系(セラミックス−C系)の耐火材を用いて円筒中空に形成したものである。保護スリーブ7の上部は冷却・固定金具16に嵌合される。保護スリーブ7の中空部には、円筒中空状の保護管18が設けられている。
【００４２】
保護管18と一体となった保護スリーブ7は、円筒中空状保護管18の外側上端に形成したネジと、冷却・固定金具16の直角部角に、溶接等の方法で固着した金属製の円筒部品17に形成したネジとを螺合させて、保持することができる。
【００４３】
冷却ホース9は、図3の例で説明したものに同じである。以下、図3の説明に用いた番号と同じ番号のものは、同等もしくは同じものを示す。冷却用ガス12は、冷却ホース9内の補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10を冷却しながら端子ボックス3に入る。端子ボックス3内で対流したガスは、熱電対13の一部を冷却し、端子ボックス3の底部の開口部から、端子ボックス3の底部に接続させた冷却・固定金具16の仕切の一方側32に導入される。
【００４４】
導入された冷却ガス12は、冷却・固定金具16の仕切の一方側32に沿ってA部からB部、C部にいたる。冷却・固定金具16の底部にいたった冷却ガス12は、仕切の他方側33に沿ってC部からB部、A部にいたり、端子ボックス3とフランジ4の間に設けた開口部23から排出される。
【００４５】
この方法により補償導線1、コネクター20及びコネクター21、ジョイント10、端子ボックス3、熱電対の一部13、更に保護スリーブ7上部の接合部を冷却することができる。ガスの流量は冷却効果によって判断し、コネクター20およびコネクター21の温度を規定以下にすることが望ましい。温度は、例えば市販品のサーモラベルを用いてチェックすることができる。温度測定装置を用いて測定する際も、図1例で説明した内容と同じ方法を用いれば良い。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
図1で示した温度測定装置を用いた。熱電対は白金−白金ロジウム線を用いた。補償導線はニッケル−銅合金線と銅線の組み合わせのものを用いた。フランジ4、断熱材5、保護スリーブ7、保護管8、その他は図3で説明したものと同じものである。温度測定装置を鉄鋼連続鋳造設備のターンディッシュに浸漬した。湯温は1530〜1560℃であった。温度測定装置冷却用ガスとして空気を用いた。元圧が4kgf/cm2の圧縮空気配管から分岐させた空気配管をカプラー11で接続して、規定の温度以下になるように空気を流した。その結果、当社従来品に比較して温度不具合が半減し、コネクター20、21の寿命が約２倍となった。
（実施例２）
図2で示した温度測定装置を用いた。熱電対は白金−白金ロジウム線を用いた。補償導線はニッケル−銅合金線と銅線の組み合わせのものを用いた。フランジ4、断熱材5、保護スリーブ7、その他は図4で説明したものと同じものである。温度測定装置を鉄鋼連続鋳造設備のターデイッシュに浸漬した。湯温は1530〜1560℃であった。測定装置冷却用として空気を用いた。元圧が4kgf/cm2の圧縮空気配管から分岐させた空気配管をカプラー11で接続して、規定の温度以下になるように空気を流した。その結果、当社従来品に比較して温度不具合が半減し、コネクター20、21の寿命が約２倍となった。また、固定金具の約半数が再利用可能となった。更に、固定金具付近の保護スリーブの熱による劣化が低減し、強度低下がなく、折損防止に寄与した。
【発明の効果】
熱電対式の温度測定装置について、空気を用いて、熱電対等の接続端子やその保護用の金属材や耐火材、及び耐火材を接続する際に用いる金属部材等を冷却することにより、部材の熱による損傷を少なくして耐熱性を上げて使用期間をの延長させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の実施の形態1の概略図である。
【図２】本発明例の実施の形態2の概略図である。
【図３】実施の形態2の断面図である。
【図４】先行技術の温度測定装置の概略図である。
【図５】別の先行技術の温度測定装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 補償導線
２ コネクター
３ 端子ボックス
４ フランジ
５ 断熱材
６ 固定金具
７ 保護スリーブ
８ 保護管
９ 冷却ホース
１０ ジョイント
１１ カプラー
１２ 冷却ガス
１３ 熱電対
１５ 熱電対保護管
１６ 冷却・固定金具
１７ 部品
１８ 保護管
１９ 耐火材リボン
２０ コネクター
２１ コネクター
２２ コネクター
２３ 冷却ガス排出口
３１ 仕切
３２ 仕切の一方側
３３ 仕切の他方側
Claims (4)
- 温度測定を安定させるための補償導線(1)を内部に配置し、熱電対(13)の測定端子を収納する端子ボックス(3)に設けられたジョイント(10)と、冷却用ガス(12)を導入するために設けられたカプラー(11)と、測定値を表示する計器に接続されるコネクター(22)とを備えた、冷却用ガス(12)を流すための冷却ホース(9)と、
前記熱電対(13)及び前記熱電対(13)の接続用コネクター(21)を収納し、底面には冷却・固定金具(16)を接続している端子ボックス(3)と、
前記端子ボックス(3)の底部に接続され、二重構造円筒の外側と内側との間に仕切(31)が形成され、仕切の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、仕切の他方側(33)には前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、フランジ(4)の中央部を貫通させて延伸した位置に、保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間に前記仕切(31)が形成され、前記仕切(31)の一方側(32)には前記冷却用ガス(12)を下部方向に流すための空間が形成され、前記仕切(31)の他方側(33)に前記冷却用ガス(12)を上部方向に流すための空間が形成された断面と、下端は前記保護スリーブ(7)を嵌合できるように、二重構造円筒の内側の内径を前記保護スリーブ(7)の外径に合わせ、二重構造円筒の外側と内側との間には前記仕切(31)を形成させないで、前記仕切の一方側(32)から導入された前記冷却用ガス(12)が、片側に移動し、前記仕切の他方側(33)の空間に沿って上部方向に流れるように、二重構造円筒の外側と内側との間に空間が形成された断面とを有する冷却・固定金具(16)と、
前記冷却・固定金具(16)の二重構造円筒の内側の屈曲部に固着され、内側にネジが形成された円筒中空状の部品(17)と、
前記保護スリーブ(7)の中空部に設けられ、前記円筒部品(17)のネジに螺合するネジが外側上端に形成された円筒中空状の保護管(18)と、を備えたことを特徴とする温度測定装置。 - 前記補償導線(1)は、
前記冷却ホース(9)内に配置され、一方端が前記コネクター(22)で測定値を表示する計器へ接続され、他方端が前記端子ボックス(3)に設けられた前記ジョイント(10)でコネクター(20)に接続され、
前記熱電対(13)は、
前記端子ボックス(3)に設けた前記ジョイント(10)でコネクター(21)に接続され、先端が保護管(8)内側の下端部にまで達していることを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。 - 前記冷却ホース(9)は、金属パイプ、フレキシブルホースの何れか１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定装置。
- 前記冷却用ガス(12)は、空気、炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、アンモニアガスから選ばれる何れか１種であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度測定装置。
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