JP5899567B2

JP5899567B2 - 温度計測装置及び温度計測方法

Info

Publication number: JP5899567B2
Application number: JP2012205565A
Authority: JP
Inventors: 公正日高; 達郎長谷部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014059259A

Description

本発明は、温度計測装置及び温度計測方法の技術に関する。

従来、例えば、鉄鋼材料の浸炭処理、或いは、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）製造におけるガラス基板の熱処理等が行われる高温の炉において、炉内温度を計測する温度計測装置は公知である。また、このような高温環境に曝される温度計測装置では、温度計測データを処理する温度計測装置本体（データロガー）を耐熱容器に収納して高温環境から保護する構成が公知である（例えば、特許文献１）。

特許文献１に開示される温度計測装置は、温度計測装置本体を収納し石膏（蓄熱材）が充填される内側容器と、内側容器を収納し断熱材が充填される外側容器と、を備えている。このような構成とすることで、特許文献１に開示される温度計測装置では、６００℃の連続加熱試験で３時間使用が可能である。

しかし、特許文献１に開示される温度計測装置では、長時間の使用により高温環境に曝され続けることによって、蓄熱材である石膏に含まれる水分が気化する。石膏に含まれる水分が気化し続けることによって、外側容器の内部圧力が上昇する。外側容器の内部圧力が上昇し続けることによって、外側容器の内部温度も上昇する。

外側容器の内部温度が上昇することによって、温度計測装置に加わる圧力が上昇し、温度計測装置本体が正確に温度計測を行うことが困難となる。つまり、特許文献１に開示される温度計測装置では、高温環境にて長時間連続して使用することができないことになる。

特開２００９−０７５０７６号公報

本発明の解決しようとする課題は、高温環境にて長時間連続して使用できる温度計測装置及び温度計測方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、計測データを処理する温度計測装置本体と、前記温度計測装置本体の周囲に配置され、水分を含む蓄熱材と、が収納される耐熱容器を備える温度計測装置であって、前記耐熱容器には、前記蓄熱材に含まれる水分が気化して生じた水蒸気を外部へ逃がす蒸気抜きコネクタが設けられ、前記蒸気抜きコネクタは、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも高い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の外側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを連通し、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも低い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の内側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを遮断するものである。

請求項２においては、請求項１記載の温度計測装置であって、前記温度計測装置本体は、前記蓄熱材と共に内側容器に収納され、前記内側容器は、耐熱材と共に耐熱容器に収納されるものである。

請求項３においては、計測データを処理する温度計測装置本体と、前記温度計測装置本体の周囲に配置され、水分を含む蓄熱材と、が収納される耐熱容器を備える温度計測装置の温度計測方法であって、前記蓄熱材に含まれる水分が気化して生じた水蒸気を前記耐熱容器の外部へ逃がす蒸気抜きコネクタが設けられ、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも高い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の外側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを連通し、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも低い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の内側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを遮断するものである。

本発明の温度計測装置及び温度計測方法よれば、高温環境にて長時間連続して使用できる。

油槽に浸漬された温度計測装置を示す模式図。同じく温度計測装置の模式断面図。蒸気抜きコネクタの構成を示す模式側面図及び模式断面図。蒸気抜きコネクタの作用を示す模式断面図。

図１を用いて、温度計測装置１０について説明する。
なお、図１では、連続浸炭炉の油焼入れ処理室の油槽１１０内に浸漬されたワークＷに設けられた温度計測装置１０を模式的に表している。

温度計測装置１０は、本発明に係る温度計測装置の実施形態である。本実施形態の温度計測装置１０は、ワークＷが連続浸炭炉の各処理室を搬送される際の各処理室内の温度（各処理室内のワークＷの温度含む、以下同様）を計測する装置である。

連続浸炭炉は、浸炭処理を行う連続する各処理室（例えば、油焼入れ処理室）から構成されている。連続浸炭炉の各処理室では、ワークＷ、並びに、温度計測装置１０が搬送され、浸炭処理の各工程が実施される。温度計測装置１０は、連続浸炭炉を構成する各処理室内の温度（以下、炉内温度）を計測する装置である。

油槽１１０は、ワークＷの焼入れ処理が実施される油焼入れ処理室に設置されているものである。油槽１１０には、ワークＷを浸漬するための液体Ｌが貯溜されている。液体Ｌは、本実施形態では油が用いられ、図示せぬ攪乱機構によって常時油槽１１０を循環している（図１における矢印の方向）。

ワークＷ及び温度計測装置１０は、搬送トレイ１２０に搭載された状態で、油槽１１０内に貯溜された液体Ｌに浸漬されている。温度計測装置１０は、耐熱容器としての外側容器２０と、温度計測装置本体５０と、プローブ５１・５１・・・と、接触端子部５２・５２・・・・と、を備えている。

外側容器２０は、略円柱形状に構成されている。外側容器２０の内部には、温度計測装置本体５０が収納されている。外側容器２０について、詳しくは後述する。

温度計測装置本体５０は、所謂データロガーと称される履歴データ記録装置によって構成される。温度計測装置本体５０には、熱電対からなる複数のプローブ５１・５１・・・が電気的に接続されている。各プローブ５１・５１・・・の先端部には、連続浸炭炉の各処理室内の炉内温度を検出する接触端子部５２・５２・・・が配設される。接触端子部５２・５２・・・は、ワークＷに接触した状態で設けられている。

接触端子部５２によって検出された各処理室内の炉内温度は、電気信号に変換されて温度計測装置本体５０に送信され、履歴データ（計測データ）として温度計測装置本体５０によって処理され保存される。

図２を用いて、温度計測装置１０についてさらに詳しく説明する。
なお、図２では、温度計測装置１０を断面視にて模式的に表している。

温度計測装置１０は、上述の外側容器２０、温度計測装置本体５０、プローブ５１・５１・・・、および接触端子部５２・５２・・・・に加えて、さらに、内側容器３０と、アルミケース４０と、蒸気抜きコネクタ６０と、を備えている。

温度計測装置本体５０は、アルミケース４０に収納されている。温度計測装置本体５０に接続されるプローブ５１・５１・・・は、アルミケース４０、内側容器３０及び外側容器２０の一側を貫通して外側に延出している。

アルミケース４０は、中空の略円柱形状に構成されている。アルミケース４０の内部の略中央部には、温度計測装置本体５０が配置されている。アルミケース４０は、内側容器３０に収納されている。温度計測装置本体から延出するプローブ５１・５１・・・は、アルミケース４０の一側を貫通して内側容器３０内へ延出している。

内側容器３０は、中空の略円柱形状に構成されている。なお、本実施形態の内側容器３０は、石膏Ｇを材料として構成されている。内側容器３０の内部の略中央部には、アルミケース４０が配置され、内側容器３０の内部におけるアルミケース４０の周囲には蓄熱材としての石膏Ｇが充填されている。すなわち、石膏Ｇは温度計測装置本体５０の周囲に配置されている。

アルミケース４０から内側容器３０に延出するプローブ５１・５１・・・は、石膏Ｇおよび内側容器３０の一側を貫通して外側容器２０へ延出している。内側容器３０は、外側容器２０に収納されている。

なお、石膏Ｇには、水分が含まれている。石膏Ｇは、水分が気化することによって周囲の熱を吸収して蓄熱する蓄熱材である。

外側容器２０は、中空の略円柱形状に構成されている。外側容器２０の内部の略中央部には内側容器３０が配置され、外側容器２０の内部における内側容器３０の周囲には断熱材Ｍが充填されている。断熱材Ｍは、ポーラス状に構成され、細かい空洞が存在しており、気体を通過させるものである。

内側容器３０から外側容器２０に延出するプローブ５１・５１・・・は、断熱材Ｍおよび外側容器２０の一側を貫通して、継手２１を介して外側容器２０の外部へ延出している。なお、外側容器２０は、外部からの伝熱以外には入熱が無いように構成されている。

蒸気抜きコネクタ６０は、蒸気抜き手段として、外側容器２０の他側に設けられている。蒸気抜きコネクタ６０について、以下にて詳しく説明する。

図３を用いて、蒸気抜きコネクタ６０の構成について説明する。
なお、図３（Ａ）では、分離された蒸気抜きコネクタ６０を側面視にて模式的に表している。また、図３（Ｂ）では、分離された蒸気抜きコネクタ６０を側面断面視にて模式的に表している。

なお、以下では、油槽１１０内から外側容器２０に向かって蒸気抜きコネクタ６０を差し込む方向を、外側から内側への差し込み方向として説明する。また、図３（Ａ）の右下方では、説明を分かり易くいするため、コマ８０を斜視にて模式的に表している。

蒸気抜きコネクタ６０は、蓄熱材としての石膏Ｇが含有する水分が気化して生じた水蒸気を外側容器２０外へ逃がすものである。蒸気抜きコネクタ６０は、主には、ヘッド７０と、コマ８０と、ベース９０と、を備えている。

ヘッド７０は、ボルト形状に形成されている。ヘッド７０には、貫通孔７１と、差し込み部７２と、が形成されている。貫通孔７１は、ヘッド７０の略中心部を差し込み方向に沿って貫通するように形成されている。差し込み部７２は、ヘッド７０の差し込み方向の外側部に形成される頭部から差し込み方向の内側へ延出する円柱形状部材である。差し込み部７２の外周面には、雄ネジが形成されている。

コマ８０は、略円柱形状に形成されている。コマ８０には、本体８１と、溝部８２と、テーパー部８３と、が形成されている。

本体８１は、コマ８０の差し込み方向における外側部に位置し、円柱形状に形成されている。テーパー部８３は、本体８１の差し込み方向の内側に連続して設けられ、先細り形状（差し込み方向の内側へ向かうに従って縮径する形状）に形成されている。本体８１の外周面における差し込み方向の外側端には、面取りがなされている。

溝部８２は、テーパー部８３の外周面の一側中途部から、本体８１の外周面の一側、本体８１の差し込み方向の外側面、本体８１の外周面における前記一側と対向する他側を経由して、テーパー部８３の外周面における前記一側と対向する他側中途部まで形成されている。

ベース９０は、略円柱形状に形成されている。ベース９０には、貫通孔９１と、本体部９２と、差し込み部９３と、凹部９４と、が形成されている。

貫通孔９１は、ベース９０の略中心部を差し込み方向に沿って貫通するように形成されている。本体部９２及び差し込み部９３は、円柱形状に形成されており、差し込み部９３は本体部９２よりも小径に形成されている。差し込み部９３の外周面には雄ネジが形成されている。なお、差し込み部９３は、蒸気抜きコネクタ６０が外側容器２０に設けられるとき、外側容器２０に螺挿により差し込まれる部分である。

凹部９４は、本体部９２の差し込み方向の外側端面から差し込み方向の内側へ向かって凹陥している。凹部９４の内周面には、雌ネジが形成されている。凹部９４の差し込み方向の内側端は貫通孔９１と連通している。

凹部９４には、ベース９０の差し込み方向の外側から内側に向かって、大径部９５と、小径部９６と、テーパー部９７と、が形成されている。大径部９５の内周面には雌ネジが形成されており、大径部９５は、ヘッド７０の差し込み部７２が螺合するように形成されている。小径部９６は、コマ８０の本体８１が嵌合するように形成されている。テーパー部９７は、コマ８０のテーパー部８３が嵌合するように形成されている。

蒸気抜きコネクタ６０は、ベース９０の凹部９４における小径部９６及びテーパー部９７にコマ８０を嵌合し、凹部９４の大径部９５にヘッド７０の差し込み部７２を螺合することで構成されている。なお、蒸気抜きコネクタ６０は、ベース９０の差し込み部９３を外側容器２０に螺合することで、外側容器２０に取り付けられる。

蒸気抜きコネクタ６０では、コマ８０がベース９０の凹部９４内にて差し込み方向に摺動可能とされている。ここで、コマ８０が凹部９４内において、ベース９０の貫通孔９１側に摺動した状態では、コマ８０のテーパー部８３とベース９０における凹部９４のテーパー部９７とが当接して、ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の本体８１における溝部８２とが分断される。

一方、コマ８０が凹部９４内において、ヘッド７０の貫通孔７１側に摺動した状態では、コマ８０のテーパー部８３とベース９０における凹部９４のテーパー部９７とが離間して、ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の本体８１における溝部８２とが連通する。

図４を用いて、温度計測装置１０（蒸気抜きコネクタ６０）の作用について説明する。
なお、図４（Ａ）では、蒸気抜きコネクタ６０の「蒸気抜き状態」を側面断面視にて模式的に表している。また、図４（Ｂ）では、蒸気抜きコネクタ６０の「油水侵入防止状態」を側面断面視にて模式的に表している。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、蒸気抜きコネクタ６０は、ベース９０の小径部９６にコマ８０が嵌合され、ベース９０の大径部９５にヘッド７０が嵌合されることによって構成されている。また、蒸気抜きコネクタ６０では、ベース９０の貫通孔９１側の圧力（外側容器２０内の圧力）と、ヘッド７０の貫通孔７１側の圧力（油槽１１０内の圧力）との圧力差によって、コマ８０がベース９０の小径部９６及びテーパー部９７内を摺動するように構成されている。

ここで、温度計測装置１０が油槽１１０で長時間使用される場合を想定する。温度計測装置１０が高温環境に曝され続けることによって、内側容器３０に充填された石膏Ｇ、並びに、石膏で形成される内側容器３０に含まれる水分が気化する。石膏Ｇに含まれる水分が気化し続けることによって、水蒸気が細かい空洞が存在して気体を通過させる断熱材Ｍに充満する。水蒸気が断熱材Ｍに充満することによって、外側容器２０内は水蒸気で満たされて内部圧力が上昇する。

図４（Ａ）に示すように、このとき、蒸気抜きコネクタ６０は、「蒸気抜き状態」となる。すなわち、外側容器２０内の圧力（ベース９０の貫通孔９１側の圧力）が、油槽１１０内の圧力（ヘッド７０の貫通孔７１側の圧力）よりも高い状態となった場合、外側容器２０内からの圧力によって、コマ８０が小径部９６及びテーパー部９７内を差し込み方向の外側に向かって摺動する。

コマ８０が差し込み方向の外側に向かって摺動することによって、コマ８０のテーパー部８３とベース９０のテーパー部９７とが離間する。コマ８０のテーパー部８３とベース９０のテーパー部９７とが離間することによって、ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の溝部８２とが連通される。

ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の溝部８２とが連通されることによって、外側容器２０内と油槽１１０内とが、貫通孔９１、溝部８２、凹部９４、及び貫通孔７１を通じて連通される。外側容器２０内と油槽１１０内とが連通されることによって、外側容器２０内に満たされた蒸気が油槽１１０内へ逃がされる。

また、温度計測装置１０が油槽１１０で長時間使用され、油槽１１０の液体Ｌの圧力が蒸気抜きコネクタ６０に作用する場合を想定する。

図４（Ｂ）に示すように、このとき、蒸気抜きコネクタ６０は、「油水侵入防止状態」となる。すなわち、油槽１１０内の圧力（ヘッド７０の貫通孔７１側の圧力）が、外側容器２０内の圧力（ベース９０の貫通孔９１側の圧力）よりも高い状態となった場合、油槽１１０内からの圧力によって、コマ８０が小径部９６及びテーパー部９７内を差し込み方向の内側に向かって摺動する。

コマ８０が差し込み方向の内側に向かって摺動することによって、コマ８０のテーパー部８３とベース９０のテーパー部９７とが当接する。コマ８０のテーパー部８３とベース９０のテーパー部９７とが当接することによって、ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の溝部８２とが遮断される。

ベース９０の凹部９４とコマ８０の溝部８２とが遮断されることによって、外側容器２０内と油槽１１０内とが遮断される。外側容器２０内と油槽１１０内とが遮断されることによって、油槽１１０内の液体Ｌが外側容器２０内に侵入することが妨げられる。

温度計測装置１０の効果について説明する。
温度計測装置１０によれば、高温環境にて長時間連続して使用できる。
すなわち、温度計測装置１０の高温環境下での使用中に、内側容器３０に充填された石膏Ｇに含まれる水分が気化し続けることによって、外側容器２０内が水蒸気で満たされて内部圧力が上昇した場合、蒸気抜きコネクタ６０では、コマ８０が差し込み方向の外側に向かって摺動し、外側容器２０内と油槽１１０内とが連通するため、外側容器２０内に満たされた水蒸気を油槽１１０内へ逃がすことができる。

また、温度計測装置１０の高温環境下での使用中に、油槽１１０の液体Ｌの圧力が蒸気抜きコネクタ６０に作用した場合、蒸気抜きコネクタ６０では、コマ８０が差し込み方向の内側に向かって摺動し、ベース９０の貫通孔９１とコマ８０の溝部８２とが遮断されて、外側容器２０内と油槽１１０内とが遮断されるため、油槽１１０の液体Ｌの外側容器２０内への侵入を妨げることができる。

なお、本実施形態では、蒸気抜き手段を蒸気抜きコネクタ６０とする構成としたが、これに限定されない。例えば、外側容器２０の外側面に、外側容器２０内と連通する貫通孔を有する凹部を設け、前記凹部にコマ８０を嵌合させ、前記凹部の開口部を、貫通孔を有する蓋により閉塞する構成であっても良い。

また、本実施形態では、蒸気抜き手段を蒸気抜きコネクタ６０とする構成としたが、これに限定されない。例えば、油槽又は水槽に浸漬されない温度計測装置１０では、蒸気抜き手段として、外側容器２０の外側面に小孔を設ける構成であっても良い。また、外側容器２０を、複数の容器部材を接合して構成している場合、前記容器部材の接合面に、外側容器２０の内部と外部とを連通する溝を設ける構成としたり、前記容器部材の接合部を締
結しているネジを緩める構成としたりすることも可能である。

１０温度計測装置
２０外側容器（耐熱容器）
３０内側容器
４０アルミケース
５０温度計測装置本体
６０蒸気抜きコネクタ
７０ヘッド
８０コマ
８２溝
９０ベース
９４凹部
Ｇ石膏（蓄熱材）

Claims

計測データを処理する温度計測装置本体と、前記温度計測装置本体の周囲に配置され、水分を含む蓄熱材と、が収納される耐熱容器を備える温度計測装置であって、
前記耐熱容器には、前記蓄熱材に含まれる水分が気化して生じた水蒸気を外部へ逃がす蒸気抜きコネクタが設けられ、
前記蒸気抜きコネクタは、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも高い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の外側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを連通し、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも低い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の内側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを遮断する、
温度計測装置。
請求項１記載の温度計測装置であって、
前記温度計測装置本体は、前記蓄熱材と共に内側容器に収納され、
前記内側容器は、耐熱材と共に耐熱容器に収納される、
温度計測装置。
計測データを処理する温度計測装置本体と、前記温度計測装置本体の周囲に配置され、水分を含む蓄熱材と、が収納される耐熱容器を備える温度計測装置の温度計測方法であって、
前記蓄熱材に含まれる水分が気化して生じた水蒸気を前記耐熱容器の外部へ逃がす蒸気抜きコネクタが設けられ、
前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも高い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の外側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを連通し、前記耐熱容器の内部圧力が外部圧力よりも低い場合には、前記蒸気抜きコネクタの内部に嵌合されるコマが耐熱容器の内側に摺動し、前記耐熱容器の内部と外部とを遮断する、
温度計測方法。