JP6343942B2 - 温度センサ用保護管及び温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度センサが挿着される保護管に係り、特に、石炭ガス化炉（燃焼炉）等の耐熱性並びに耐磨耗性が必要とされる環境で好適に使用できる温度センサ用保護管及びこれを用いた温度測定装置に関する。

従来、石炭ガス化炉などの燃焼炉の制御のため、炉内の温度を測定する温度測定装置が用いられている。この温度測定装置は、金属製の保護管の内部に温度センサが内装された構造を有している。燃焼炉の炉内温度はきわめて高温であり、しかも石炭スラグ等の燃焼物が飛散していることから、金属製の保護管は表面から磨耗がすすみ、耐久性の問題があった。

したがって、従来から保護管を耐熱性セラミック材で構成したものや、金属管の外側にセラミックス材の管を二重に重ね合わせたものなどが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより耐磨耗性を向上できるが、保護管がセラミック材で覆われるため伝熱性が低下し、温度センサの応答性が悪くなるとう課題がある。また、特に保護管をセラミック材のみで構成したものでは強度面での課題があり、また二重構造としたものでは製造コスト増大は勿論のこと重量増大が避けられず、同じく外側のセラミック管の強度面の課題が残る。

金属保護管の構造を改良することで耐久性を高める提案として、特許文献２では表面にフィンを設けることも提案されている。しかしながら、このようなフィン構造によっても耐磨耗性ないし耐久性を十分に向上するには至っていない。

特開昭６３−１３３０２６号公報 実公平３−２０７４７号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、石炭ガス化炉等の耐熱性並びに耐磨耗性が必要とされる環境下においても十分な耐久性を維持でき、温度センサの応答性の悪化や製造コストの増大、重量の増大も回避することができる温度センサ用保護管およびそれを用いた温度測定装置を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、温度センサが挿着される保護管であって、金属製の管本体に、外周面上に開口する溝部を設け、該溝部の内部に、セラミックス材よりなる耐磨耗部を設けてなることを特徴とする温度センサ用保護管を構成した。

ここで、前記溝部が管本体の軸方向に沿って延びる長溝であるものが好ましい。

更に、前記溝部を管本体の周方向に間隔を置いて複数設けてなるものが好ましい。

また本発明は、上記温度センサ用保護管に、温度センサを挿着してなる温度測定装置をも提供する。

以上にしてなる本願発明に係る温度センサ用保護管および温度測定装置によれば、保護管が金属製の管本体の外周面上に開口する溝部を設け、該溝部の内部にセラミックス材よりなる耐磨耗部を設けたものであるため、耐磨耗部が磨耗しないことで耐磨耗部を除く管本体の金属部分についても十分磨耗を防止することができる。

すなわち、金属部分が少々磨耗はしても、磨耗しない前記耐磨耗部が残って逆に突出してくるため、金属部分に当たる灰の流速はさらに低減、あるいは渦化し、灰の堆積等も促進され、磨耗が進行しなくなる。したがって、本発明によれば、全体を耐磨耗材で覆うことなく、部分的な耐磨耗部によって他の金属部分についても磨耗を抑えることが可能となり、コストの増大や重量の増加を抑えつつ、温度センサの応答特性にも悪影響を与えない優れた保護管および温度測定装置を提供することができるのである。

また、耐磨耗部は溝部の内部に部分的に設けられ、溝部以外の箇所に金属部が存在するので、十分な強度も維持されている。金属部分に着目すると、溝部間に補強リブが設けられたような構造となり、単なる筒に比べて強度がアップしている。耐磨耗部はセラミック材であるので、雰囲気の燃焼物（スラリ等）が焼結反応して一体化し、より磨耗しにくい状態となる。

また、前記溝部が管本体の軸方向に沿って延びる長溝であるので、灰の流れに交差する方向に突き出して測定する一般的な使用状況において、金属部分の磨耗を効果的に抑制することができ、十分な耐磨耗効果を得ることができる。

また、前記溝部を管本体の周方向に間隔を置いて複数設けてなるので、耐磨耗部と耐磨耗部の間（溝部と溝部の間）の管本体金属部分が磨耗しはじめると耐磨耗部で挟まれた凹みとなり、灰の流速が著しく低下し、あるいは渦化しやすくなり、したがって灰の堆積が促進され、磨耗の進行をより確実に抑えることができる。また、上述の補強リブとしての効果も著しく高くなり、優れた強度を維持できる。

本発明の代表的実施形態に係る温度測定装置を示す一部破断説明図。 （ａ）は同じく要部の一部破断説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ横断面図。 （ａ）は同じく温度測定装置の変形例を示す要部の一部破断説明図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ横断面図。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明の温度測定装置１は、図１に示すように、保護管２とこれに内装される温度センサ３とから構成されている。保護管２は、図２の拡大図にも示すように、金属製の管本体２０の先端側の領域Ｒ１に、該外周面上に開口する溝部２１が設けられ、該溝部２１の内部にセラミックス材よりなる耐磨耗部４が設けられている。温度センサ３は、シース熱電対、測温抵抗体など従来から公知の種々のものを用いることができる。

また、溝部２１及び耐磨耗部４は、管本体２０の先端側領域Ｒ１にのみ設けられているが、これに限定されない。特に必要なのは、流速が高く耐磨耗性の必要性が高い先端側の領域であるが、他の領域に設けてもよく、流体内に突出される領域のほぼ全長に設けることも好ましい。

管本体２０の先端側には、先端の開口部２０ａを塞ぐ金属製の栓部材５が設けられている。栓部材５は、具体的には、管本体２０の開口部２０ａに嵌入され、当該開口部２０ａ付近まで延びている内装の温度センサ３先端部を支持する基端側に開口した支持孔５０ａが中央に穿設された嵌入部５０と、該嵌入部５０の装置先端側に設けられ、管本体２０の外周面とほぼ面一な外周面を有する蓋部５１とより構成されている。

このような構造により、温度センサ３の測温点となる先端部に対して当該金属製の栓部材５を通じて、外部の熱を滞りなく伝えることができる。具体的には、先端側からは蓋部５１を通じて嵌入部５０経由で伝熱され、外周側からは耐磨耗部４間（溝部２１間）の外部露出している金属部分を通じて同じく嵌入部５０経由で効率よく伝熱され、優れた応答性が維持されている。

蓋部５１は嵌入部５０とともに開口部２０ａを塞ぐ機能以外に、溝部２１の先端側の開放部２１ａを塞ぎ、該溝部２１に装着される耐磨耗部４を押さえて安定保持する機能も有している。嵌入部５０と蓋部５１は別部材で形成され、これを組み付け時に溶接により一体化するようにしている。

具体的には、嵌入部５０には開口部への嵌入方向とは反対側の装置先端側に突起５０ｂが設けられおり、且つ蓋部５１には、これに対応する位置に該突起５０ｂを受け入れる貫通孔５１ｃが設けられている。そして、組み付けの際には、まず管本体２０の内部に温度センサ３を挿入するとともに、管本体２０の先端側開口部２０ａから栓部材５の嵌入部５０を嵌入し、温度センサ先端部を支持孔５０ａに挿着して支持させる。この状態で管本体２０の開口縁部と嵌入部５０外周面の装置先端側の端縁部との間を溶接する（溶接部Ｗ１）。

次に、管本体２０の溝部２１に耐磨耗部４が装着された状態で、蓋部５１を嵌入部５０に固定し、これにより溝部２１の先端開放部２１ａも封止する。具体的には、蓋部５１の貫通孔５１ｃに嵌入部５０の突起５０ｂを挿入して両者を嵌合し、この状態で貫通孔５１ｃの外側（先端側）から突起５０ｂ先端部と貫通孔５１ｃ内周縁との間を溶接する（溶接部Ｗ２）。

このような組み付け構造により、溶接部Ｗ１によって管本体２０の開口部２０ａを確実に封止することができ、外部からの流体の侵入を防止することができる。栓部材５を管本体２０の外周面との継ぎ目部分で溶接した場合、この溶接部は磨耗により破損しやすく、該破損個所より流体の侵入を許してしまうが、本例のように栓部材５の嵌入部５０と蓋部５１をそれぞれ別体構成し、嵌入部５０を溶接部Ｗ１で先ず固定してから蓋部５１を溶接することで、溶接部Ｗ１は蓋部５１で保護されて磨耗による破損が回避され、流体侵入を確実に防止することができるのである。

また、溶接部Ｗ２は先端面の貫通孔５１ｃの内部での溶接であるため、当該溶接部Ｗ２も磨耗しにくく、仮に磨耗して貫通孔５１ｃと突起５０ｂとの間の隙間から流体が侵入しても、上述のとおり溶接部Ｗ１で管本体内部への流体の侵入は確実に防止することができる。

耐磨耗部４を装着する溝部２１の形状、数、方向などは特に限定されず、例えば螺旋溝など、いろいろなパターンが可能である。本例では、管本体２０の軸方向に沿って延びる長溝とされ、該溝部２１が管本体２０の周方向に間隔をおいて複数本平行に設けられている。また、耐磨耗部４は、別途成形されるセラミックス材の棒状の成形体（セラミック片）であり、該成形体を溝部２１に嵌め込み、同じくセラミック製の接着材によって固定したものである。このような接着材としては、アルミナ系などの耐熱セメントが好適である。

尚、ブラスト処理等により成形体の表面や溝部２１の内面を粗面とし、アンカー効果をもたせることも好ましい例である。本例では溝部２１を管本体２０先端面に開放された切欠き溝としているが、当該先端面に至らず途中までの溝、すなわち外面側にのみ開口する溝としても勿論よい。ただし、本例では先端側が開放された溝とすることで上述の栓部材５（蓋部５１）で当該先端側から前記成形体を押さえて保持することができる構造とされている。この保持力をより高めるためには、成形体の長さを溝部２１よりも少し長くするか、蓋部５１の成形体先端面に対応する箇所を少し突出させることで実現できる。

また、このように溝部２１の先端側が開放された構造であることから、例えば溝部２１の横断面形状を外側が狭い蟻溝形状とし、これに対応した形状の成形体を当該先端側から差し込むように装着したものも好ましい例である。これにより接着材がなくても耐磨耗部４が外れてしまうことがなくなる。

また、耐磨耗部４は、上記のように別途成形する代わりに、たとえば溝部２１の内部に直接、セラミックセメントを充填して固めたものでもよい。代表例のように成形体を溝部に装着することで製造は容易となるが、このようにセラミックセメントを充填して固めたものも品質が安定し、測定精度を高めることができる利点がある。本例では耐磨耗部４の外周面が管本体２０の外周面と略面一となるようにしているが、何れかが突出するように構成しても勿論よい。

図３に示すように温度センサ３の先端部を耐磨耗部４の間（溝部２１間）の金属部分に装着するように構成したものも好ましい例である。本発明では全体をセラミック材で覆うのではなく耐磨耗部４間に外部露出する金属部分が維持されるので、この部分を利用して温度センサ３の先端部を装着し、同様に応答性のよい測定が可能となるのである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 温度測定装置
２ 保護管
３ 温度センサ
４ 耐磨耗部
５ 栓部材
２０ 管本体
２０ａ 開口部
２１ 溝部
２１ａ 開放部
５０ 嵌入部
５０ａ 支持孔
５０ｂ 突起
５１ 蓋部
５１ｃ 貫通孔
Ｒ１ 領域
Ｗ１ 溶接部
Ｗ２ 溶接部

Claims (6)

1. 温度センサが挿着され、流体内に突出させて用いられる保護管であって、
   金属製の管本体の流体内に突出される領域に、外周面上に開口し且つ軸方向に沿って延びる長溝である溝部を設け、
   該溝部の内部に、セラミックス材よりなり且つ外周面が管本体の外周面と略面一となる耐磨耗部を設けてなることを特徴とする温度センサ用保護管。
2. 前記溝部を、管本体の周方向に間隔を置いて複数設けてなる請求項１記載の温度センサ用保護管。
3. 前記管本体の先端の開口部を塞ぐ金属製の栓部材を設けるとともに、前記溝部を、前記管本体の先端面に開放された開放部を有する溝とし、前記栓部材により前記溝部の開放部を塞ぎ、これにより該溝部に装着された前記耐磨耗部を押さえるように構成した請求項１又は２記載の温度センサ用保護管。
4. 前記栓部材の基端側に、温度センサ先端部を支持する支持孔を設けてなる請求項３記載の温度センサ用保護管。
5. 前記栓部材が、管本体の開口部に嵌入され、基端側に前記支持孔が穿設された嵌入部と、該嵌入部の先端側に設けられ、前記管本体の外周面とほぼ面一な外周面を有する蓋部とから構成されている請求項４記載の温度センサ用保護管。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の温度センサ用保護管に温度センサを挿着してなる温度測定装置。

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