JP6362971B2 - 管温計測装置及び管温計測装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は伝熱管の温度を計測するための管温計測装置及びその製造方法に関する。

ボイラ等に配置される伝熱管は、異常な温度上昇により破損する場合がある。
例えば、ボイラにおいて伝熱管の内部に異物が混入して伝熱管の内部における蒸気流れが阻害されると、伝熱管の外側からは高温ガスによる熱流束が伝熱管表面を加熱する一方で、加熱対象である伝熱管内部の蒸気の流量が少なくなる。このため、伝熱管への異物混入のない正常な場合に比べて伝熱管の温度が上昇する。その結果、伝熱管に高温クリープ破断等が発生し、蒸気漏洩事故に至る可能性がある。
そこで、このような異常な温度上昇による伝熱管の破損を防ぐために、伝熱管の温度の上昇を検知する必要がある。伝熱管の温度上昇を検知するために、例えば熱電対を用いて伝熱管の温度を計測することが考えられる。

例えば特許文献１には、伝熱管を測定対象とするものではないが、セラミック製の内管と耐熱金属性の二重管で形成した保護管で保護されたＰＲ熱電対が記載されている。この二重管構造の保護管では、耐熱金属性の外管の酸化を防止するために、内管と外管との間に不活性ガスが満たされている。また、ＰＲ熱電対は、不活性ガス雰囲気で劣化するという性質を有するから、保護管のセラミック製内管の内部には空気が満たされており、ＰＲ熱電対が不活性ガス雰囲気に曝されないようになっている。

実開昭６３−１８７０１８号公報

しかしながら、特許文献１は、伝熱管の温度（又は伝熱管を流れる流体の温度）を計測対象とするものではないため、如何にして伝熱管に熱電対を設置するのかに関して何ら開示されていない。

ここで、ボイラ等においては、十分な伝熱面積を確保するために、多数の伝熱管が密に配置される場合がある。この場合、計測対象である伝熱管の近傍に他の伝熱管が存在するから、狭いスペースを有効活用して熱電対を設置する必要がある。
また、熱電対が高温環境下に長時間置かれると、熱伸びにより、熱電対素線の断線やシースの破断等といった熱電対の破損が発生する場合がある。よって、熱電対の熱伸びに起因した破損を防止することが望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、計測対象の伝熱管の周囲に限られたスペースしか存在しない場合であっても設置が容易であり、且つ、熱電対の熱伸びに起因した破損を防止可能である管温計測装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る管温計測装置は、
伝熱管の温度を計測するための管温計測装置であって、
前記伝熱管の外周面に設けられるセラミック層と、
前記セラミック層によって覆われ、前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように前記伝熱管の外周面上に設けられた管状部材と、
前記管状部材によって覆われ、前記管状部材の内部を通過して前記伝熱管における計測点まで前記長手方向に沿って延在する熱電対と、を備え、
前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間には空気層が形成されている。

上記（１）の構成によれば、伝熱管の長手方向に沿って計測点まで延在するように熱電対を設けたので、他の方向に熱電対を延在させる構成（例えば、ボイラ炉の外部から挿入した熱電対を伝熱管の長手方向に直交する方向にボイラ炉内において延在させた構成）に比べて、計測対象の伝熱管の周囲に限られたスペースしか存在しない場合であっても設置が容易である。
また、上記（１）の構成では、耐熱性を有するセラミック層により熱電対を伝熱管の外周面に直接固定するのではなく、管状部材の内部に熱電対を収容し、且つ、管状部材の内壁面と熱電対の外周面との間に空気層を形成している。このため、伝熱管の外周面に設けられるセラミック層で管状部材が覆われても、管状部材の内部の熱電対は管状部材内において自由に進退可能である。よって、熱電対の熱伸びに起因した破損を防止することができる。
なお、管状部材の内壁面と熱電対の外周面との間の空気層は、熱電対への外部からの入熱を抑制し、伝熱管の外部の高温環境から熱電対を保護できる。

（２）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）で説明した構成において、前記管状部材の内壁面は凹凸を有する。
上記（２）の構成によれば、管状部材の内壁面は凹凸を有するので、管状部材に熱電対を挿通しただけで、熱電対の少なくとも一部が管状部材の内壁面に密着していない状態を作り出せる。こうして、該凹凸によって、管状部材の内壁面と熱電対の外周面との間に空気層を容易に形成することができる。

（３）幾つかの実施形態では、例えば上記（２）で説明した構成において、前記管状部材は、蛇腹管である。
上記（３）の構成によれば、蛇腹管を用いた簡素な構成で、管状部材の内壁面の凹凸により内壁面と熱電対の外周面との間に空気層を形成することができる。

（４）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（３）で説明した構成において、前記管状部材を覆うように前記管状部材の外周側において前記長手方向に沿って延在し、凹凸が形成された外表面を有する外管をさらに備え、前記管状部材を内部に収容した前記外管が前記セラミック層に埋設される。
上記（４）の構成によれば、凹凸が形成された外表面を有する外管が管状部材を覆うように管状部材の外周側に設けられ、該外管がセラミック層に埋設される。すなわち、該外管の凹凸が形成された外表面にセラミック層が形成される。よって、外管の外表面の凹凸にセラミック層が入り込んで、セラミック層の外管への密着力が高まる（アンカー効果）。
また、セラミック含有液体の塗布によりセラミック層を形成する場合、外管の外表面の凹凸にセラミック含有液体が侵入することで、セラミック含有液体の厚い液膜を形成することができる。よって、十分な厚さのセラミック層の形成のための施工作業を効率的に行うことができる。

（５）幾つかの実施形態では、例えば上記（４）で説明した構成において、前記外管は、前記セラミック層を形成するためのセラミック含有液体を前記外管の内側に浸透させるための開口を有し、前記セラミック層は、前記開口、及び、前記管状部材と前記外管との間の空間に充填されている。
上記（５）の構成によれば、外管の開口及び管状部材と外管との間の空間にセラミック層が充填されるので、より厚みのあるセラミック層を形成することができ、管温計測装置の耐熱性を向上させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、例えば上記（４）又は（５）で説明した構成において、前記外管はコイルばねを含む。
典型的なコイルばねは、素線が螺旋状に巻かれており、コイルばねのピッチに相当する幅の隙間が線間に存在し、コイルばねの外表面は長手方向にみて多数の凹凸を有する。コイルばね外表面のこの凹凸は、セラミック層との密着性やセラミック含有液体の液膜保持性の向上に寄与し得る。また、コイルばねの上述した隙間は、セラミック含有液体のコイルばね内側への浸透を可能とする。よって、上記（６）の構成によれば、コイルばねを用いた簡素な構成で、上記（４）又は（５）に関して説明したメリットを享受できる。

（７）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（６）で説明した構成において、前記管温計測装置は、前記伝熱管の外周面に取り付けられ、少なくとも前記管状部材及び前記熱電対を前記伝熱管の前記外周面に押しつけて固定する金属板をさらに備える。
伝熱管は、熱伝導度が高い材料として鋼が用いられるのが通常である。このため、伝熱管の外表面に設けられたセラミック層と鋼製の伝熱管との間には大きな熱膨張率差が存在する。よって、熱伸び差に起因してセラミック層が伝熱管の外表面から剥離してしまう可能性がある。
この点、上記（７）の構成によれば、セラミック層だけでなく、金属板によっても、管状部材及び熱電対が伝熱管の外周面に固定されることになり、セラミック層の伝熱管外表面からの剥離が起きてしまっても、管状部材及び熱電対の固定を維持できる。

（８）幾つかの実施形態では、例えば上記（７）で説明した構成において、前記セラミック層は、前記管状部材及び前記熱電対に加えて前記金属板も覆っている。
上記（８）の構成によれば、セラミック層の形成に際して、管状部材及び熱電対を金属板で伝熱管の外周面に押し付けて固定した状態で、管状部材、熱電対及び金属板を覆うようにセラミック層を形成すればよいので、セラミック層の形成が容易である。また、管状部材及び熱電対を伝熱管に固定する役割を有する金属板をセラミック層により高熱から保護でき、金属板の熱による損傷が低減されるため、管温計測装置が伝熱管に取り付けられた状態のままで長期にわたって使用できる。

（９）幾つかの実施形態では、例えば上記（１）乃至（８）で説明した構成において、前記伝熱管は、鉛直方向に沿うようにボイラ炉内に設置された過熱器管であり、前記熱電対は、前記ボイラ炉の天井ハウジングを貫通して前記過熱器管の前記計測点まで延在している。
上記（９）の構成によれば、ボイラ炉内の高温ガスから熱電対を保護しながら、ボイラ炉内の過熱器管の計測点の温度を計測することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、例えば上記（９）で説明した構成において、前記管温計測装置は、前記天井ハウジングに吊り下げられ、前記熱電対の基端側を覆う金属管をさらに有し、前記熱電対の前記基端側は、前記金属管によって被覆されている。
上記（１０）の構成によれば、熱電対の基端側が天井ハウジングに吊り下げられた金属管によって被覆されているので、熱電対自体は天井ハウジングに固定されない。このため、天井ハウジングに吊り下げられた金属管の内部で、金属管の長手方向における熱電対の自由な動きが確保され、熱電対の熱伸びによる損傷を防ぐことができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る管温計測方法は、
伝熱管の温度を計測するための管温計測方法であって、
熱電対が管状部材によって覆われるように、前記管状部材内に前記熱電対を挿入するステップと、
前記伝熱管の長手方向に沿って管状部材が延在するように、前記管状部材を前記伝熱管の外周面上に配置するステップと、
前記熱電対を前記伝熱管における計測点に固定するステップと、
前記熱電対が挿通された前記管状部材を覆うように、前記伝熱管の外周面にセラミック層を形成するステップと、を備え、
前記管状部材への前記熱電対の挿入時、前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間に空気層を形成する。

上記（１１）の構成によれば、伝熱管の長手方向に沿って計測点まで延在するように熱電対を設けたので、他の方向に熱電対を延在させる構成（例えば、ボイラ炉の外部から挿入した熱電対を伝熱管の長手方向に直交する方向にボイラ炉内において延在させた構成）に比べて、計測対象の伝熱管の周囲に限られたスペースしか存在しない場合であっても設置が容易である。
また、上記（１１）の構成では、耐熱性を有するセラミック層により熱電対を伝熱管の外周面に直接固定するのではなく、管状部材の内部に熱電対を収容し、且つ、管状部材の内壁面と熱電対の外周面との間に空気層を形成している。このため、伝熱管の外周面に設けられるセラミック層で管状部材が覆われても、管状部材の内部の熱電対は管状部材内において自由に進退可能である。よって、熱電対の熱伸びに起因した破損を防止することができる。
なお、管状部材の内壁面と熱電対の外周面との間の空気層は、熱電対への外部からの入熱を抑制し、伝熱管の外部の高温環境から熱電対を保護できる。

（１２）幾つかの実施形態では、例えば上記（１１）で説明した構成において、前記管温計測方法は、凹凸が形成された外表面を有する外管によって前記管状部材が覆われるように、前記管状部材を前記外管に挿入するステップをさらに備え、前記セラミック層の形成時、前記外管の内側に前記管状部材及び前記熱電対が収容された状態で、前記外管及び前記伝熱管の外周面にセラミック含有液体を塗布することで、前記外管を前記セラミック層で覆う。
上記（１２）の構成によれば、凹凸が形成された外表面を有する外管が管状部材を覆うように管状部材の外周側に設けられ、該外管がセラミック層に埋設される。すなわち、該外管の凹凸が形成された外表面にセラミック層が形成される。よって、外管の外表面の凹凸にセラミック層が入り込んで、セラミック層の外管への密着力が高まる（アンカー効果）。
また、セラミック含有液体の塗布によりセラミック層を形成する場合、外管の外表面の凹凸にセラミック含有液体が侵入することで、セラミック含有液体の厚い液膜を形成することができる。よって、十分な厚さのセラミック層の形成のための施工作業を効率的に行うことができる。

（１３）幾つかの実施形態では、例えば上記（１２）で説明した構成において、前記セラミック層の形成時、前記外管に形成された開口を介して前記セラミック含有液体を前記外管の内側に浸透させて、前記開口、及び、前記管状部材と前記外管との間の空間を前記セラミック層で充填する。
上記（１３）の構成によれば、外管の開口及び管状部材と外管との間の空間にセラミック層が充填されるので、より厚みのあるセラミック層を形成することができ、管温計測装置の耐熱性を向上させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、計測対象の伝熱管の周囲に限られたスペースしか存在しない場合であっても設置が容易であり、且つ、熱電対の熱伸びに起因した破損を防止可能である管温計測装置が提供される。

一実施形態に係る管温計測装置の全体構成を示す概略図である。 一実施形態に係る管温計測装置の内部構造を示す概略図である。 一実施形態に係る管温計測装置の内部構造を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１の管温計測装置における計測点付近の拡大図である。 図１の管温計測装置における天井ハウジング付近の拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る管温計測装置の全体構成を示す概略図である。図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係る管温計測装置の内部構造を示す概略図及び断面図である。

図１に示すように、管温計測装置１は、ボイラ炉４の内部に設置された伝熱管２の温度を計測するための管温計測装置であり、伝熱管２の長手方向に沿って延在するようになっている。
ボイラ炉等の内部には、十分な伝熱面積を確保するために鉛直方向又は水平方向に沿うように多数の伝熱管が設置されるのが通常であるが、図１に示す伝熱管２は、鉛直方向に沿うように設置される伝熱管のうちの１本であり、他の伝熱管は図示を省略している。
また、これらの多数の伝熱管は、その外径（例えば数ｃｍ程度）と同程度の間隔で、鉛直方向又は水平方向に沿うように密に設置されていてもよい。
なお、本発明に係る管温計測装置は、鉛直方向に沿うように設置される伝熱管のみならず、水平方向に沿うように設置される伝熱管や、他の方向に沿うように設置される伝熱管の温度を計測するためにも適用できる。
図１に示される実施形態では、伝熱管２は、鉛直方向に沿うようにボイラ炉４の内部に設置される。
幾つかの実施形態では、伝熱管２は、ボイラ内に設置される過熱器の過熱器管である。

図２及び図３に示すように、管温計測装置１は、伝熱管２の外周面３に設けられるセラミック層１２と、セラミック層１２によって覆われる管状部材１４と、管状部材１４によって覆われる熱電対１６と、を備える。なお、図２及び図３において、Ｏは伝熱管２の中心線を示す。
管状部材１４は、伝熱管２の長手方向に沿って延在するように、伝熱管２の外周面３状に設けられる。熱電対１６は、管状部材１４の内部を通過して伝熱管２における計測点６まで、伝熱管２の長手方向に沿って延在するようになっている。そして、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間には、空気層１８が形成される。

上述の管温計測装置１によれば、伝熱管２の長手方向に沿って計測点６まで延在するように熱電対１６を設けたので、他の方向に熱電対を延在させる構成（例えば、ボイラ炉の外部から挿入した熱電対を伝熱管の長手方向に直交する方向にボイラ炉内において延在させた構成）に比べて、計測対象の伝熱管２の周囲に限られたスペースしか存在しない場合であっても設置が容易である。
また、上述の管温計測装置１では、耐熱性を有するセラミック層１２により熱電対１６を伝熱管２の外周面３に直接固定するのではなく、管状部材１４の内部に熱電対１６を収容し、且つ、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間に空気層１８を形成している。このため、伝熱管２の外周面３に設けられるセラミック層１２で管状部材１４が覆われても、管状部材１４の内部の熱電対１６は管状部材１４の内部において自由に進退可能である。よって、熱電対１６の熱伸びに起因した破損を防止することができる。
なお、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間の空気層１８は、熱電対１６への外部からの入熱を抑制し、伝熱管２の外部の高温環境から熱電対１６を保護できる。

幾つかの実施形態では、管温計測装置１において、熱電対１６はコーダル型の熱電対である。コーダル型の熱電対を用いることで、伝熱管２に形成した孔３８に該熱電対を計測点６まで挿入して伝熱管２の温度を計測することができる（後で説明する図５を参照）。
幾つかの実施形態では、熱電対１６は、素線と、素線を覆って保護するための金属保護管（シース）とを含むシース熱電対であってもよい。

幾つかの実施形態では、図３に示されるように、管状部材１４の内壁面１５は凹凸を有する。
このような構成の管温計測装置１では、管状部材１４の内壁面１５は凹凸を有するので、管状部材１４に熱電対１６を挿通しただけで、熱電対１６の少なくとも一部が管状部材１４の内壁面１５に密着していない状態を作り出せる。こうして、該凹凸によって、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間に空気層１８を容易に形成することができる。

熱電対１６の先端部を伝熱管２に形成した孔に挿入する場合、熱電対１６のうち伝熱管２に囲まれる部分は伝熱管により外部の高温からある程度保護されるため、管状部材１４で覆う必要がない。このため、管状部材１４は熱電対１６の先端まで覆う必要がないから、管状部材１４としては容易に入手可能なチューブ材やパイプ材を用いることができる。

幾つかの実施形態では、管状部材１４はフレキシブルチューブである。幾つかの実施形態では、管状部材１４は蛇腹管である。
フレキシブルチューブや蛇腹管の内壁面は凹凸を有するので、管状部材１４としてフレキシブルチューブや蛇腹管を用いることで、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間に空気層１８を形成することができる。

幾つかの実施形態では、図２及び図３に示すように、管状部材１４を覆うように管状部材１４の外周側において伝熱管２の長手方向に沿って延在する外管２２をさらに備える。この外管２２は凹凸が形成された外表面２３を有し、管状部材１４を内部に収容した外管２２がセラミック層１２に埋設される。
このような構成の管温計測装置１では、外管２２の凹凸が形成された外表面２３にセラミック層１２が形成される。よって、外管２２の外表面２３の凹凸にセラミック層１２が入り込んで、セラミック層１２の外管２２への密着力が高まる（アンカー効果）。
また、セラミック含有液体の塗布によりセラミック層１２を形成する場合、外管２２の外表面２３の凹凸にセラミック含有液体が侵入することで、セラミック含有液体の厚い液膜を形成することができる。よって、十分な厚さのセラミック層１２の形成のための施工作業を効率的に行うことができる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、外管２２は、セラミック層１２を形成するためのセラミック含有液体を外管２２の内側に浸透させるための開口２４を有する。そして、セラミック層１２は、開口２４、及び、管状部材１４と外管２２との間の空間２６に充填されている。すなわち、開口２４が形成する空間の少なくとも一部と、管状部材１４と外管２２との間の空間２６の少なくとも一部は、セラミック層１２により満たされている。
このような構成の管温計測装置１では、外管２２の開口２４及び管状部材１４と外管２２との間の空間２６にセラミック層１２が充填されるので、より厚みのあるセラミック層１２を形成することができ、管温計測装置１の耐熱性を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、図２及び図３に示すように、外管２２はコイルばねを含む。
図２及び図３に示すコイルばね（外管２２）は、素線が螺旋状に巻かれており、コイルばねのピッチｐに相当する幅の隙間が線間に存在し、コイルばねの外表面２３は、伝熱管２の長手方向にみて多数の凹凸を有する。すなわち、コイルばねの外表面２３は、伝熱管２の長手方向に沿って、螺旋状に巻かれた素線と素線の間の部分を含む凹部２８と、コイルばねの最外径部を含む凸部２９の連なりを有する。コイルばね外表面２３のこの凹凸は、セラミック層１２との密着性やセラミック含有液体の液膜保持性の向上に寄与し得る。また、コイルばねの凹部２８を構成する隙間はコイルばね（外管２２）の開口２４として機能し、セラミック含有液体のコイルばね内側への浸透を可能とする。

図４は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図５は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図６は、図１の管温計測装置における計測点付近の拡大図である。

幾つかの実施形態では、図１及び図４〜図６に示すように、管温計測装置１は金属板３２をさらに備える。金属板３２は伝熱管２の外周面３に取り付けられ、少なくとも管状部材１４及び熱電対１６を伝熱管２の外周面３に押しつけて固定する。
図１に示すように、伝熱管２の長手方向に沿って複数の金属板３２を配置して、管状部材１４及び熱電対１６を伝熱管２の外周面３に固定してもよい。

このような構成の管温計測装置１では、セラミック層１２だけでなく、金属板３２によっても、管状部材１４及び熱電対１６が伝熱管２の外周面３に固定されることになり、セラミック層１２の伝熱管外周面３からの剥離が起きてしまっても、管状部材１４及び熱電対１６の固定を維持できる。

金属板３２の材料は金属を含む材料であれば特に限定されないが、金属板３２としては、例えば、ニッケルや、ニッケル含有合金（例えばインコネル）を材料として含む金属板を用いることができる。このような金属板は耐熱性や耐食性に優れるので、ボイラ炉等の高温環境下において管状部材１４及び熱電対１６を安定して伝熱管２に固定することができる。

幾つかの実施形態では、金属板３２は、溶接によって伝熱管２の外周面３取り付けられてもよい。例えば、図６に示す管温計測装置１においては、各金属板３２は、複数の溶接点３３（図６において×で示される）にてスポット溶接により伝熱管２に取り付けられている。

幾つかの実施形態では、図１及び図６に示すように、管状部材１４及び熱電対１６の周囲に巻かれる針金３４によって伝熱管２の外周面３に押し付けるようになっていてもよい。針金３４は、２つの金属板３２の間に設けられ、金属板３２による管状部材１４及び熱電対１６の伝熱管２への固定を補強するようになっていてもよい。

図４〜図６に示す実施形態では、セラミック層１２は、管状部材１４及び熱電対１６に加えて、金属板３２をも覆っている。
このような構成の管温計測装置１では、セラミック層１２の形成に際して、管状部材１４及び熱電対１６を金属板３２で伝熱管２の外周面３に押し付けて固定した状態で、管状部材１４、熱電対１６及び金属板３２を覆うようにセラミック層１２を形成すればよいので、セラミック層１２の形成が容易である。また、管状部材１４及び熱電対１６を伝熱管２に固定する役割を有する金属板３２をセラミック層１２により高熱から保護でき、金属板３２の熱による損傷が低減されるため、管温計測装置１が伝熱管２に取り付けられた状態のままで長期にわたって使用できる。

幾つかの実施形態では、図６に示されるように、セラミック層１２は、管状部材１４及び熱電対１６に加えて針金３４をも覆っていてもよい。

図７は、図１の管温計測装置における天井ハウジング付近の拡大図である。
幾つかの実施形態では、図１及び図７に示すように、熱電対１６はボイラ炉４の天井ハウジング８を貫通して伝熱管２の計測点６まで延在している。
このような構成の管温計測装置１によれば、ボイラ炉４内部の高温ガスから熱電対１６を保護しながら、ボイラ炉４内部の伝熱管２の計測点６の温度を計測することができる。

幾つかの実施形態では、図１及び図７に示すように、管温計測装置１は、天井ハウジング８に吊り下げられ、熱電対１６の基端側１９を覆う金属管３６をさらに有し、熱電対１６の基端側１９は、金属管３６によって被覆されている。
なお、本明細書において熱電対の基端側とは、熱電対において、温度計測部を構成する端部とは反対側の端部のことを意味する。
このような管温計測装置１によれば、熱電対１６の基端側１９が天井ハウジング８に吊り下げられた金属管３６によって被覆されているので、熱電対１６自体は天井ハウジング８に固定されない。このため、天井ハウジング８に吊り下げられた金属管３６の内部で、金属管３６の長手方向における熱電対１６の自由な動きが確保され、熱電対１６の熱伸びによる損傷（例えば熱電対素線の断線やシースの破断）を防ぐことができる。
なお、金属管３６は、溶接部３７において溶接により天井ハウジング８に固定されていてもよい。

ここで、図１、図４及び図５の中の矢印の向きは、ボイラ炉４の内部におけるガスの流れの方向を示す。幾つかの実施形態では、ボイラ炉４の内部を流れるガスは、伝熱管２内部を流れる蒸気との熱交換によって該蒸気を加熱するための熱媒体である。

幾つかの実施形態では、図４に示す伝熱管２断面の周方向における管状部材１４及び管状部材１４に覆われる熱電対１６の取付位置は、伝熱管２の中心Ｏと熱電対１６の中心とを結ぶ直線と、ガス流れの方向に沿った直線とがなす角度θが９０°以上２７０°以下となるような位置である。

高温のガス流れの中に設置される伝熱管２においては、ガス流れを直接受ける位置、すなわち角度θが０°の位置の近傍において温度が高くなり、ガス流れを直接受ける位置とは中心Ｏを挟んで反対側、すなわち角度θが１８０°の位置の近傍において温度が低くなる傾向となる。
そこで、図４に示す伝熱管２断面の周方向において、伝熱管２の温度が比較的低い、θが９０°以上２７０°以下の位置に管状部材１４及び熱電対１６を取り付けることで、熱電対１６への入熱を抑制することができる。よって、伝熱管２の外部の高温環境から熱電対１６を保護することができる。

なお、伝熱管２断面の周方向において、伝熱管２の温度が比較的高い位置の温度を計測する場合には、図５に示されるように、ガス流れを直接受ける位置、すなわち角度θが０°の位置の近傍を計測点６としてもよい。すなわち、熱電対１６の先端部がこの計測点６まで挿入されるようになっていてもよい。このように、熱電対１６の先端部が伝熱管２のうち温度が比較的高い位置に配置されても、熱電対１６の大部分は伝熱管２の長手方向に沿って、伝熱管２のうち温度が比較的低い位置に延在するので、伝熱管２の外部の高温環境から熱電対１６を保護することができる。

次に、図１〜図６を参照して一実施形態に係る管温計測方法について説明する。

一実施形態に係る管温計測方法は、以下の（Ｉ）〜（ＩＶ）のステップを備える。
（Ｉ）図２及び図３に示すように、熱電対１６が管状部材１４によって覆われるように、管状部材１４内に熱電対１６を挿入するステップ。
（ＩＩ）図１に示すように、伝熱管２の長手方向に沿って管状部材１４が延在するように、管状部材１４を伝熱管２の外周面３上に配置するステップ。
（ＩＩＩ）図５及び図６に示すように、熱電対１６を伝熱管２における計測点６に固定するステップ。
（ＩＶ）図２〜図６に示すように、熱電対１６が挿通された管状部材１４を覆うように、伝熱管２の外周面３にセラミック層１２を形成するステップ。
そして、ステップ（Ｉ）では、管状部材１４へ熱電対１６を挿入する際、管状部材１４の内壁面１５と熱電対１６の外周面１７との間に空気層１８を形成する。

上記管温計測方法において、ステップ（Ｉ）〜（ＩＶ）を実施する順番は必ずしもこの順番でなくてもよい。例えば、まず始めに熱電対１６を伝熱管２における計測点６に固定してから（上記ステップ（ＩＩＩ））、熱電対１６が管状部材１４によって覆われるように、管状部材１４内に熱電対１６を挿入して（上記ステップ（Ｉ））、その後、伝熱管２の長手方向に沿って管状部材１４が延在するように、管状部材１４を伝熱管２の外周面３上に配置（上記ステップ（ＩＩ））してもよい。

幾つかの実施形態では、上記（ＩＩＩ）のステップでは、図５に示すように、熱電対１６を挿入可能な径を有する孔３８を伝熱管２の一部に計測点６まで通じるように形成し、孔３８を通して熱電対１６を計測点６まで挿入してもよい。
幾つかの実施形態では、上記（ＩＩＩ）のステップでは、熱電対１６の先端部を計測点６に溶接（例えばスポット溶接）することで固定してもよい。

幾つかの実施形態では、上記（ＩＶ）のステップでは、熱電対１６が挿通された管状部材１４を覆うように、伝熱管２の外周面３にセラミック含有液体を塗布し、塗布したセラミック含有液体を乾燥させることで、セラミック層１２を形成してもよい。
また、幾つかの実施形態では、このようにセラミック含有液体を塗布する工程と、塗布したセラミック含有液体を乾燥させる工程を２回以上繰り返して行ってもよい。このようにすることでセラミック層１２を厚くすることができ、熱電対１６への外部からの入熱をさらに抑制できるので、伝熱管２の外部の高温環境から熱電対１６を保護することができる。

幾つかの実施形態では、上記ステップ（Ｉ）〜（ＩＶ）に加え、以下の（Ｖ）のステップをさらに備える。
（Ｖ）凹凸が形成された外表面２３を有する外管２２によって管状部材１４が覆われるように、管状部材１４を外管２２に挿入するステップ。
そして、ステップ（ＩＶ）では、セラミック層１２を形成する際、外管２２の内側に管状部材１４及び熱電対１６が収容された状態で、外管２２及び伝熱管２の外周面３にセラミック含有液体を塗布することで、外管２２をセラミック層１２で覆う。

幾つかの実施形態では、上記ステップ（ＩＶ）では、セラミック層１２を形成する際、図３に示されるように、外管２２に形成された開口２４を介してセラミック含有液体を外管２２の内側に浸透させて、開口２４、及び、管状部材１４と外管２２との間の空間２６をセラミック層１２で充填する。
開口２４を有する外管２２の内側に管状部材１４及び熱電対１６が収容された状態で、外管２２の外周側からセラミック含有液体を外管２２に塗布することで、開口２４を介して外管２２の内側にセラミック含有液体を浸透させることができる。このようにして開口２４をセラミック層１２で充填し、また、管状部材１４と外管２２との間の空間２６をセラミック層１２で充填する。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。

１ 管温計測装置
２ 伝熱管
３ 外周面
４ ボイラ炉
６ 計測点
８ 天井ハウジング
１２ セラミック層
１４ 管状部材
１５ 内壁面
１６ 熱電対
１７ 外周面
１８ 空気層
１９ 基端側
２２ 外管
２３ 外表面
２４ 開口
２６ 空間
２８ 凹部
２９ 凸部
３２ 金属板
３３ 溶接点
３４ 針金
３６ 金属管
３８ 孔

Claims (12)

1. 伝熱管の温度を計測するための管温計測装置であって、
   前記伝熱管の外周面に設けられるセラミック層と、
   前記セラミック層によって覆われ、前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように前記伝熱管の外周面上に設けられた管状部材と、
   前記管状部材によって覆われ、前記管状部材の内部を通過して前記伝熱管における計測点まで前記長手方向に沿って延在する熱電対と、を備え、
   前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間には空気層が形成され、
   前記管状部材の内壁面は凹凸を有する
   ことを特徴とする管温計測装置。
2. 前記管状部材は、蛇腹管であることを特徴とする請求項１に記載の管温計測装置。
3. 伝熱管の温度を計測するための管温計測装置であって、
   前記伝熱管の外周面に設けられるセラミック層と、
   前記セラミック層によって覆われ、前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように前記伝熱管の外周面上に設けられた管状部材と、
   前記管状部材によって覆われ、前記管状部材の内部を通過して前記伝熱管における計測点まで前記長手方向に沿って延在する熱電対と、を備え、
   前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間には空気層が形成され、
   前記管状部材を覆うように前記管状部材の外周側において前記長手方向に沿って延在し、凹凸が形成された外表面を有する外管をさらに備え、
   前記管状部材を内部に収容した前記外管が前記セラミック層に埋設されたことを特徴とする管温計測装置。
4. 前記外管は、前記セラミック層を形成するためのセラミック含有液体を前記外管の内側に浸透させるための開口を有し、
   前記セラミック層は、前記開口、及び、前記管状部材と前記外管との間の空間に充填されていることを特徴とする請求項３に記載の管温計測装置。
5. 前記外管はコイルばねを含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の管温計測装置。
6. 伝熱管の温度を計測するための管温計測装置であって、
   前記伝熱管の外周面に設けられるセラミック層と、
   前記セラミック層によって覆われ、前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように前記伝熱管の外周面上に設けられた管状部材と、
   前記管状部材によって覆われ、前記管状部材の内部を通過して前記伝熱管における計測点まで前記長手方向に沿って延在する熱電対と、を備え、
   前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間には空気層が形成され、
   前記伝熱管の外周面に取り付けられ、少なくとも前記管状部材及び前記熱電対を前記伝熱管の前記外周面に押しつけて固定する金属板をさらに備えることを特徴とする管温計測装置。
7. 前記セラミック層は、前記管状部材及び前記熱電対に加えて前記金属板も覆っていることを特徴とする請求項６に記載の管温計測装置。
8. 前記伝熱管は、鉛直方向に沿うようにボイラ炉内に設置された過熱器管であり、
   前記熱電対は、前記ボイラ炉の天井ハウジングを貫通して前記過熱器管の前記計測点まで延在していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の管温計測装置。
9. 前記天井ハウジングに吊り下げられ、前記熱電対の基端側を覆う金属管をさらに有し、
   前記熱電対の前記基端側は、前記金属管によって被覆されていることを特徴とする請求項８に記載の管温計測装置。
10. 伝熱管の温度を計測するための管温計測方法であって、
    熱電対が管状部材によって覆われるように、前記管状部材内に前記熱電対を挿入するステップと、
    前記伝熱管の長手方向に沿って管状部材が延在するように、前記管状部材を前記伝熱管の外周面上に配置するステップと、
    前記熱電対を前記伝熱管における計測点に固定するステップと、
    前記熱電対が挿通された前記管状部材を覆うように、前記伝熱管の外周面にセラミック層を形成するステップと、を備え、
    前記管状部材の内壁面は凹凸を有し、
    前記管状部材への前記熱電対の挿入時、前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間に空気層を形成することを特徴とする管温計測方法。
11. 伝熱管の温度を計測するための管温計測方法であって、
    熱電対が管状部材によって覆われるように、前記管状部材内に前記熱電対を挿入するステップと、
    前記伝熱管の長手方向に沿って管状部材が延在するように、前記管状部材を前記伝熱管の外周面上に配置するステップと、
    前記熱電対を前記伝熱管における計測点に固定するステップと、
    前記熱電対が挿通された前記管状部材を覆うように、前記伝熱管の外周面にセラミック層を形成するステップと、を備え、
    前記管状部材への前記熱電対の挿入時、前記管状部材の内壁面と前記熱電対の外周面との間に空気層を形成し、
    凹凸が形成された外表面を有する外管によって前記管状部材が覆われるように、前記管状部材を前記外管に挿入するステップをさらに備え、
    前記セラミック層の形成時、前記外管の内側に前記管状部材及び前記熱電対が収容された状態で、前記外管及び前記伝熱管の外周面にセラミック含有液体を塗布することで、前記外管を前記セラミック層で覆うことを特徴とする管温計測方法。
12. 前記セラミック層の形成時、前記外管に形成された開口を介して前記セラミック含有液体を前記外管の内側に浸透させて、前記開口、及び、前記管状部材と前記外管との間の空間を前記セラミック層で充填することを特徴とする請求項１１に記載の管温計測方法。

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