JPH0262811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複合管型熱電対用保護管に関するも
のである。さらに詳しくは本発明は、酸化性雰囲
気と還元性雰囲気が連続して現われる高温反応系
などにおける温度測定において有利に使用される
熱電対用保護管に関するものである。

高温下にある雰囲気の温度を測定するためには
一般的に、白金・白金ロジウム熱電対などの熱電
対が用いられている。ただし、そのような高温雰
囲気の温度を測定する場合においては、熱電対を
機械的衝撃もしくは化学的な変質から保護するた
めに、熱電対は通常、磁器などの耐熱性材料から
なる保護管に収納して用いている。

しかしながら、近年においては更に高い温度あ
るいは厳しい条件下の雰囲気の温度測定が必要と
されるようになり、このため保護管の材料として
高温下における熱安定性などが磁器よりも更に優
れた耐熱材料が求められてきた。このような要求
に対して、耐熱性が高く、また電気絶縁性および
機械的性質などにおいても優れた特性を持つボロ
ンナイトライド（窒化ホウ素）を熱電対用保護管
の材料として用いるとの試みが既に行なわれてい
る。

たとえば、実開昭55−38290号公報には白金・
白金ロジウム熱電対用の保護管の材料としてボロ
ンナイトライドを用いる考案が開示されており、
該考案においては保護管は、ボロンナイトライド
を主成分とする外側部分とアルミナを主成分とす
る内側部分とからなる二重構造とされている。

しかしながら、上記のようなボロンナイトライ
ドが外側に露出した保護管を酸化性雰囲気下に置
いた場合、ボロンナイトライド層が分解昇華を起
すとの問題が発生する。すなわち、ボロンナイト
ライドは成形性が充分ではないため、一般には結
合剤を添加して成形を行なうが、特にそのような
ボロンナイトライド成形物は酸化性雰囲気下にお
いて分解昇華を起す傾向がある。

たとえば、最近特に注目を浴びている石炭およ
び石油の残査油などのガス化炉などにおいて、ガ
ス化反応炉は、定常反応が始まる以前の低温およ
び準高温時においては酸化性雰囲気を示し、次い
で定常反応の開始後は還元性雰囲気を示す。この
ような反応炉に用いる熱電対の保護管として上記
のようなボロンナイトライドが外側に露出してい
る保護管を用いた場合には、反応が定常状態にな
る前の酸化性雰囲気においてボロンナイトライド
が分解昇華を起し、その一部もしくは全部が保護
管から離脱する傾向がある。このため、高温時に
おける安定性が優れているボロンナイトライドを
耐熱性保護管材料として用いた効果が現われにく
くなる。

本発明は、高温雰囲気の温度測定、特に上記の
ような酸化性雰囲気と還元性雰囲気が連続的に現
われるような高温反応系における温度測定、に用
いる熱電対の保護管として好適な熱電対用保護管
を提供することを目的とするものである。

本発明が提供する熱電対用保護管は、石英ガラ
スからなる外側管およびボロンナイトライドから
なる内側管を含むことを特徴とする複合管型熱電
対用保護管である。すなわち、本発明は、特に高
い温度における安定性についてはボロンナイトラ
イドに劣るが、通常の高温条件においては、酸化
性雰囲気に対して高い抵抗性を有する石英ガラス
により外側層を形成し、その内側層を高温安定性
が特に優れたボロンナイトライドにより形成した
構成を有する複合管型の熱電対保護管を提供する
ものである。

本発明の複合管型熱電対用保護管に白金・白金
ロジウム熱電対を収納して、これをたとえば、前
記の石炭などのガス化炉などの温度測定具として
用いた場合、ガス化反応炉の初期の雰囲気である
酸化性雰囲気に対しては石英ガラスからなる外側
管が高い抵抗性を示すため、内側管のボロンナイ
トライド層はその酸化性雰囲気に接触せず、従つ
てボロンナイトライド層は何ら分解、変質などを
起すことがない。そしてガス化反応が定常的に進
行する高温時においては、保護管の外側を形成し
ている石英ガラスは融解あるいは分解などを起し
て保護管から離脱し、ボロンナイトライド層が外
部に露出するようになる。しかし、該反応炉はそ
の高温状態においては既に還元性雰囲気となつて
いるため、露出したボロンナイトライド層は安定
に存在し、従つて、高温測定のための熱電対用保
護管としての機能を充分に果すことができる。

次に本発明の複合管型熱電対用保護管を、添付
図面を参照しながら更に詳しく説明する。

第１図は、本発明に従う複合管型熱電対用保護
管の一実施例の縦断面図であり、第２図は、第１
図の−線に沿う横断面図である。

本発明の複合管型熱電対用保護管１は、基本的
には石英ガラスからなる外側管２およびボロンナ
イトライドからなる内側管３からなる二重管とし
て構成される。この保護管に挿入されて保護を受
ける熱電対は４により示されている。ただし、こ
の二重管の機械的強度を高め、またその製造を容
易にするため、外側管２と内側管３との間の先端
部分付近には中間層（緩衝層５）を設けることが
好ましい。この中間層５は、たとえば、ボロンナ
イトライド粉末から形成する。

本発明において用いられる石英ガラスとボロン
ナイトライドとはその熱膨張係数が非常に近似し
ているため、保護管をこのような二重構造とした
場合においても温度変化に対して比較的高い機械
的強度を示す。しかしながら、本発明の熱電対用
保護管を高温測定用に用いた場合には、石英ガラ
スとボロンナイトライドとはその熱膨張係数の僅
かな差が、石英ガラスからなる外側管２とボロン
ナイトライドからなる内側管３との接合部分の破
壊に結びつくことがあるため、外側管２と内側管
３との間には接合補強構造６を設けることが好ま
しい。

第１図においては、そのような目的の接合補強
構造として、ボロンナイトライドからなる内側管
３の少なくとも一部に螺旋状の溝を設けた構造６
が示されている。外側管２と内側管３との間にこ
のような螺旋状の溝からなる構造６を設けること
により、加熱時もしくは冷却時において、外側管
２と内側管３との接合面において石英ガラスとボ
ロンナイトライドとの熱膨張係数の僅かな差に起
因して発生するひずみ応力に対する接合面の抵抗
力は、そのような接合補強構造を設けなかつた場
合に比較して顕著に向上する。

なお、本発明の熱電対用保護管において、上記
のような接合補強構造は、保護管の一部にのみ設
けられていてもよく、あるいはほぼ全長にわたつ
て設けられていてもよい。また、第１図において
は、螺旋状の溝からなる構造６はボロンナイトラ
イドからなる内側管３の側面に切り込んだ形態で
設けられているが、螺旋状の溝は、内側管の側面
に別に付設されて、その結果その部分の内側管の
径が大きくなるようにされていてもよい。また、
螺旋状の溝の断面は、第１図においては三角形の
形状を有しているが、他の形状、たとえば、正方
形、長方形、あるいは丸みを有する多角形など各
種の形状とすることもできる。

本発明の複合管型熱電対用保護管はたとえば、
次のようにして製造される。

まず、内側管３はボロンナイトライドを公知の
方法により成形して製造する。この内側管３の製
造に用いるボロンナイトライドには、ボロンナイ
トライドの優れた熱安定性の大きな低下をもたら
さない限り、必要に応じて各種の結合剤あるいは
他の添加成分が含まれていてもよい。螺旋状の溝
からなる接合補強構造６を設ける場合には、内側
管３の成形時の型枠の設定あるいは成形後の機械
的加工などを利用することができる。この内側管
３には、所望によりその頭部（先端部）付近にボ
ロンナイトライド粉末を付着させて中間層（緩衝
層）５を設けたのち、内側管３の表面のうち高温
雰囲気、たとえば加熱炉内部の雰囲気、に触れる
表面部分を石英ガラスで被覆することにより外側
管２を形成する。

本発明の複合管型熱電対用保護管は前述のよう
に、その外側管は石英ガラスを用いているため準
高温条件下における酸化性雰囲気に対して高い抵
抗性を示し、また内側管は熱安定性の高いボロン
ナイトライドを用いているため還元性雰囲気下に
おいてはかなりの高温下においても高い安定性を
示す。従つて、本発明の複合管型熱電対用保護管
は、特に、石炭および石油の残査油などのガス化
炉のように酸化性雰囲気と還元性雰囲気が連続的
に現われる高温反応系における温度測定に用いる
熱電対の保護管として高い有用性を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う複合管型熱電対用保護
管の一実施例の縦断面図である。第２図は、第１
図の−線に沿う横断面図である。 １：複合管型熱電対用保護管、２：外側管、
３：内側管、４：熱電対、５：中間層（緩衝層）、
６：接合補強構造。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英ガラスからなる外側管およびボロンナイ
   トライドからなる内側管を含むことを特徴とする
   複合管型熱電対用保護管。 ２ 外側管と内側管の間に緩衝用中間層が設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の複合管型熱電対用保護管。 ３ 緩衝用中間層がボロンナイトライド粉末から
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の複合管型熱電対用保護管。 ４ ボロンナイトライドからなる内側管の少なく
   とも一部に螺旋状の溝が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れかの項記載の複合管型熱電対用保護管。