JPH0691286B2 - 熱電対組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は一般に熱電対組立体に係り、更に詳細にいえ
ば、温度を検知される表面に装着する熱電対組立体に係
り、更に詳細にいえば、温度を検知される表面に溶接し
て固定すると温度を非常に正確に測定できるよう熱接合
点を配置する熱電対に係るものである。

（ロ）従来の技術 本発明は米国特許第3,874,239号に記載された熱電対組
立体の改良に係り、本発明の熱電対組立体は非常に安価
に製造でき、しかもそれを装着する表面の温度をきわめ
て正確に測定できる構造にしてある。前記米国特許の熱
電対組立体はそれを装着する表面の温度を正確に測定す
ることはできるが、熱電対導体のシースの端部に対して
特殊な金属切削および機械加工作業を行い、接合部にま
で導体間を絶縁状態に保持し、シースに溶接物を加え、
次いでナイフエツジの形状にするため溶接物を機械加工
する必要があるので製造費が高くつく。従つて前記米国
特許の組立体における熱電対ヘッド構造体の製造は容易
でなくまた費用がかさむ。

（ハ）問題点を解決するための手段 本発明はこれまでに経験した困難を克服し少なくとも前
記した特許ほどに正確であるばかりでなくまた一層容易
に経済的に製造できそれにより組立費を可成り低くする
熱電対を提供する。更に詳細にいえば、本発明の組立体
は自動的機械加工装置により機械加工できる標準の棒材
で大量生産できる中実の熱電対ヘツドを含んでいる。機
械加工作業はナイフエツジを形成することと、ヘツドに
開口と孔とを形成してヘッドに、シース（被覆）された
熱電対導体を組合せできるようにし、また、ナイフエツ
ジにおける溶接した接合部を成形することとを含んでい
る。あるいはまた、ヘツドを所定の外形に押し出して機
械加工できるかまたは焼流し鋳造できる。その後、被覆
導体をヘツドと溶接された接合部の端部とに接続でき
る。従つて、前記特許に記載した組立体の如く溶接物に
よりシースに金属を加えその後この溶接物を機械加工し
てナイフエツジを成形する必要はない。しかも、本発明
の構造体においては、接合部はナイフエツジに配置し温
度を測定される表面に係合し、従つて、熱電対組立体は
この表面の温度のきわめて正確な読み値を生じる。この
ような構造にすると熱電対組立体を装着する管への熱エ
ネルギー経路を改善しそれにより温度測定の精度を向上
する。本発明の熱電対組立体の製造費は前記特許におけ
る如き熱電対組立体の製造費の約半分である。

従つて、本発明の１つの目的は従来技術の熱電対組立体
よりも可成り安価に製造できる表面温度検知用の新規に
して改良された熱電対組立体を提供することである。

本発明の他の１つの目的は上にシースされた熱電対導体
を装着しまた温度を測定される表面に係合して固定され
るナイフエツジに沿い、熱接合部を配置するよう準備し
た中実の金属ヘツドを含んでいる熱電対組立体を提供す
ることである。

本発明の更に他の１つの目的は測定される表面への改良
された熱エネルギー経路を有し、それにより温度測定の
精度を向上する新規にして改良された熱電対組合せ体を
提供することである。

（ニ）実施例 添付図面、特に第１図ないし第３図を参照すると、総体
的に符号15で示した本発明の熱電対組立体は、一般にナ
イフエツジ17と時には熱電対シースと呼称する被覆導体
線路18とを有する熱電対ヘツド16を含んでいる。シース
18が熱電対組立体を内部の管に装着する炉の壁を通り適
当な温度読取計器にまで延びることは理解できよう。計
器における導体が熱電対組立体の冷接点端を構成してい
る。特に第１図に示してあるように、熱電対ヘツド16は
熱交換管20の外面にナイフエツジが管の長さ方向軸線に
平行に延びるよう装着するが、第９図に示した如く他の
方法で装着することもでき、またシース18はヘツドにそ
の上側から入るが、第10図に示した如く管の横方向に延
びることもできる。クリツプ22がシースを管に保持し、
クリツプとヘツドとの間にはループ部分が設けてあり、
従つて、シースはヘツドに垂直に入ることができる。ヘ
ツドは管の全周に溶接物23により前記特許に示してある
ように熱電対組立体を管壁に溶接すると同様な方法で溶
接する。熱電対組立体により熱交換管の温度を監視する
ことで、燃料の節約を図るため、炉を好適な効率で運転
でき、また、過熱による熱交換管の損傷を回避でき、そ
れにより熱交換管の耐用寿命を延ばすことが可能である
ように仕向けられていることを理解する必要がある。従
つて、加熱器または炉内に位置決めされ高温の燃焼ガス
または炎にさらされる熱交換管をできるだけ安全にまた
効率的に作用させるため、熱交換管を介して効率良く熱
を伝達することが目的である。

熱電対ヘツド16は細長いＶ−字ブロツクの形式でありシ
ースされた導体用の入口を形成するものに適当な長さを
有するよう丸い棒材を機械加工するか、押し出してから
機械加工するか鋳造できる適当な形式の中実の金属であ
る。このヘツドの製造方法によりヘツドを最も安価に大
量生産できるようにする。ナイフエツジは上方に行くに
従い外方に傾斜している下面26により形成され、この下
面は丸い半円形面28に合体する短かい垂直面27に合体し
ている。両端部壁すなわち端面29によりヘツドの形成を
完了する。傾斜面26を設ける代りにナイフエツジの断面
は所望の形状にできる。ヘツドは機械加工することもま
たは比較的に安価に大量生産できるよう複数個を押し出
し成形することもできる。特に第４図、第５図、第６図
および第８図に示してあるように、この具体例において
シールの入る孔32はシール18の外面に合いの手となる寸
法にしてある。特に、第３図に示してあるように、被覆
導体18は外側の金属シース35を含み、このシース内には
１対の適当な熱電対導体36が含まれ、これら導体は酸化
マグネシウム、酸化アルミニウムまた酸化ベリリウムの
如き適当な絶縁材37により互いに電気的に絶縁されてい
る。そのような絶縁酸化物は最初は粒状または粉末状に
して供給され、シース内で導体のまわりに固められ、こ
れら導体は相互にとシースとに相対的に十分に支持さ
れ、シース内には導体と接合点とを劣化させるガスを通
過させるスペースを排除する。

シース18の入る孔32は第３図に示してあるようにヘツド
の両端間と上面とナイフエツジとの間のほぼ中心位置
に、座部すなわち肩部32aを形成する。孔32からその中
心で下方に第１の座ぐり孔40が延び、この座ぐり孔は肩
部40aで終り適当な酸化絶縁材41により互いに絶縁され
た導体36を収容する個所を形成している。第３図には、
座ぐり孔40が絶縁材を有して示してあるが、導体が空隙
によつてのみ絶縁されるように酸化絶縁材を省略するこ
ともできる。第２の座ぐり孔42が座ぐり孔40から下方に
延びナイフエツジと傾斜面26とを貫通して形成した横方
向の溶接合スロツト43に開口している。

被覆導体と熱電対ヘツドとを組立て、熱電対組立体に組
み合わせるには、ある長さの被覆導体を入手し、それを
一端からシースを通し切り詰めて導体をある長さにわた
りむき出し、絶縁材を取り除き、第３図に示した如くシ
ースが入り孔の肩部32aに着座するまで被覆導体を入り
孔に差し込む。その後シースを円周溶接46により熱電対
ヘツドに溶接する。次に、粒状酸化材を被覆導体組合せ
体の端部と第１の座ぐり孔40とが形成する空所に詰め込
み、絶縁材41が第１の座ぐり孔を通る導体部分を相互に
と熱電対ヘツドとから電気的に絶縁するようにする。あ
るいはまた、絶縁材は導体孔を有する予作されたガラス
化した絶縁材の形式を有していて被覆導体を入り孔に差
し込む以前に詰めることもできる。更にまた、前にも述
べたように、絶縁材を省略することもできる。第２の座
ぐり孔を通る導体部分を次いで相互にと座ぐり孔の壁と
から間隔をおいて保持しこの個所で導体は空気によつて
のみ互いに絶縁される。次いで、導体の端部を互いに溶
接してスロツト43に溶接物を満たし導体の端部のまわり
に溶接された熱接合部48を形成する。第２の座ぐり孔に
自由に配置された導体は絶縁材により上方から、溶接さ
れた接合部により下方から、支持され従つて導体は相互
にとヘツドとから間隔を保つ。その後、下面26を越えて
延びる余分の溶接材をこの下面を平たくするため適当に
取り除くことができる。しかしながら、熱電対組立体を
管に装着する時下面に沿うすべての面積が第１図に示し
た如く結局熱交換管に溶接されるので余分な溶接材を取
り除く必要はない。更にまた、端面29の一部もまた熱交
換管に溶接される。

第１図に示した具体例では熱電対ヘツドへのシース入り
孔がヘツドのＶ−字形部分とナイフエツジ17と正反対で
あることが理解できよう。このシース入り孔はまたそれ
が第10図の具体例で影絵として示される様にＶ−字形部
分に相対的に異なる配置にすることもできる。更にま
た、第１図に示した具体例ではシースされた覆導体は熱
電対ヘツド16に相対的にシース18がヘツドと平行な関係
にして延びるようにしてある。しかしながら、シース入
り孔は第10図に示した如くヘツドに相対的に他の配置に
することもできる。シースとヘツドとの間の関係は炉の
構造により決まる。第１図の具体例では、ヘツドを管の
長さ方向軸線に平行な関係に配置する。その後ヘツドを
管に最大の溶接物を傾斜した溶接面すなわち下面26と管
との間に位置させて管に溶接する。ヘツドを溶接して固
定した後、シースを折り曲げてループ部分を形成し次い
で管に沿い配置してクリツプ22で固定する。

別の装着方法が第10図に示してあり、この場合には熱電
対組立体は総体的に符号15Aで示してあり、シースの入
り孔は第１図の具体例に実線で示したと同じ位置にある
が、シースは熱電対ヘツド16aに相対的に垂直に曲げて
あり、従つて、シース18aは熱交換管の側部に沿い下方
に延びクリツプ22aにより管の側部に締め付ける。この
第10図の具体例の場合にもクリツプ22aと熱電対ヘツド1
6aの入り孔との間にループ部分が形成される。あるいは
また、熱電対ヘツドの入り孔はループの寸法が影図で示
した如くシースに対して減少するよう管の側部に設ける
こともでき、その場合には導体はヘツドを貫通して熱接
合部にまで延びるよう折り曲げる。

第９図には本発明の１つの変形例が示してあり、この図
には熱電対組立体が総体的に符号15Bで示してあり、中
実の熱電対ヘツド16bを含んでいる。このヘツドはナイ
フエッジが熱交換管20の半径方向に延びヘッドが管の円
周方向に配置されるか管の長さ方向軸線に対し垂直位置
になるようにする点でヘツド16とは相違している。シー
ス18bの入り孔はナイフエツジと正反対であるが実線で
示した如く熱電対ヘツドに垂直な関係にか影図で示した
如く鋭角になるかしてから管に沿い下方にまわしてクリ
ツプ22bにより管に固定する。この変形例でも、クリツ
プは熱をシースから管に伝達して熱電対組立体の精度に
及ぼす影響とシースに対する熱のレベルを減少するた
め、シースを管を接触した状態に保持する目的に使用す
る。また、クリツプがシースの機械的応力を軽減するに
も役立つことが理解できよう。他の具体例におけると同
様に、熱電対ヘツド16bはヘツドを管に溶接する傾斜し
た溶接面すなわち下面を含んでいる。

第11図には変形したヘツド16Aが示してあり、このヘツ
ドは両上端が受け面積を減少しエネルギー受けフインを
有効に取除くように変更してある。従つて、角は取り除
いて反対方向に下方に傾斜した表面50を形成している。
エネルギー受けを取り除くことにより、燃焼ガスと炎と
からのエネルギーを受ける面積は可成り減少しそれによ
り熱接合部における管面の温度をひずませる傾向のある
ヘツドへのエネルギーの伝達を減少する。従つて、読み
結果は実際の表面温度を一層良く表わす。

（ホ）発明の効果 前記したように、熱交換管は熱電対管と同様に高温の燃
焼ガスと炎とにさらされる。熱電対を熱交換管に装着す
る方法が、熱エネルギー経路を制御して熱エネルギーが
シースに接続された個所のまわりのヘツドと溶接個所と
を直進する際に前記米国特許の熱電対組立体よりも径路
の面積を増大するように熱交換管への熱の伝達を助け、
従つて熱エネルギー経路がナイフエツジに位置した熱接
合部に及ぼす影響を極減しそれにより熱交換管の壁の実
際の温度の表示に熱接合部が応答できるようにする。従
つて、きわめて正確に管壁温度を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に示した熱交換管の表面にヘツドを管の
長さ方向軸の方向に配置して装着して取り付けて示した
本発明の熱電対組立体の斜視図。第２図は第１図の熱電
対組立体を第１図の２−２線に沿い切断して熱接合部を
管と溶接物とを省略して示す横断面図。第３図は熱接合
部に沿い、ほぼ第１図の３−３線に沿い、特に被覆導体
を配置した個所に沿い熱接合部もまた示す第１図の組立
体の縦断面図。第４図はシース開口と孔とを被覆導体の
装着以前の状態で影図で部分的に示す熱電対ヘツドの拡
大斜視図。第５図は第４図に示した熱電対ヘツドの上面
図。第６図は熱電対ヘツドの側面図。第７図は熱電対ヘ
ツドの端面図。第８図は第６図のほぼ８−８線に沿い切
断して示した断面図。第９図はヘツドを熱交換管の円周
方向にその長さ方向軸線に対し垂直に配置しシースの熱
電対ヘツドへの別の入り孔も影絵で示す変形した熱電対
組立体を装着して示す熱交換管の断面図。第10図は第９
図に似ているがシースを第１図に示した様に、長さ方向
にではなく熱交換管に垂直に延ばしまたシースに対する
熱電対ヘツドの別の入り孔も示す別の装着方法を示す熱
交換管の断面図。第11図は熱受け面積を減少するため変
形した両上端を有する変形した熱電対ヘツドの斜視図。 15:熱電対組立体、16:熱電対ヘツド 17:ナイフエツジ、18:シース

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱接合部および該熱接合部から遠隔位置に
   位置決めされ読取機器に接続されている冷接合部を有し
   ていて、高温の燃焼ガスと炎とにさらされる熱交換管
   （20）の温度を測定する熱電対組立体（15、15A、15B）
   であって、 該組立体が、該熱交換管に係合するようにした細長い熱
   伝達面（17）および該熱伝達面付近にあり該熱交換管に
   溶接されるようにした複数の溶接面（26）を有する細長
   い熱電対ヘッド（16、16A、16a、16b）と、該ヘッドに
   接続されたシースされた熱電対導体組合せ体（18、18
   a、18b）とを備え、 該熱電対導体組合せ体がシース（35）と１対の熱電対導
   体（36）を相互にかつ該シースから絶縁する手段（37）
   とを有することと、 該ヘッドが、該シースが貫通して延びるシース組合せ体
   入り開口（32）と該入り開口に連通する開口（43）と、
   該溶接面における該開口（43）にあり該導体の端部を互
   いに溶接し固定して該熱接合部を形成する溶接物とを有
   し、それにより該熱接合部を該熱交換管の表面に配置す
   るようにしてあることとを特徴とする、 熱電対組立体。
2. 【請求項２】一端が読取機器に接続される冷接合部であ
   り、他端が熱接合部である、取り付けられた表面の温度
   を監視する表面熱電対組立体（15、15A、15B）であっ
   て、 該組立体が、細長い金属のシース（35）と、表面に装着
   できる細長いＶ−字形ブロック（16、16a、16b）と、該
   シース内で間隔をあけて位置する１対の熱電対導体（3
   6）と、該導体を相互にかつ該シースから間隔をあけて
   絶縁関係となるように該シース内で支持する電気的絶縁
   材（37）とを備え、 該導体が該冷接合部において該読取機器に接続できるよ
   うにしてあることと、 該Ｖ−字形ブロックが、管（20）の熱い側に係合する細
   長い熱伝達面（17）を形成する関連したＶ−字形の装着
   面（26）と、該シースを収容するため該ブロックの該熱
   伝達面に向かって該ブロックを横断して延びている入り
   開口（32）と、該入り開口に連通して該熱伝達面まで貫
   通している開口（43）と、該開口内にあり該熱接合部を
   形成する溶接々合部（48）とを有していることとを特徴
   とする、 表面熱電対組立体。
3. 【請求項３】前記シース組合せ体入り開口が、前記熱伝
   達面の反対側である、請求項（１）に記載の熱電対組立
   体。
4. 【請求項４】前記熱電対導体が、前記ヘッドにおいて、
   ヘッドの長さ方向に対して直角に伸長する、請求項
   （３）に記載の熱電対組立体。
5. 【請求項５】前記シース組合せ体入り開口が、前記ヘッ
   ドの上部の一面に沿う、請求項（１）に記載の熱電対組
   立体。
6. 【請求項６】前記熱伝達面が直線状であって、前記ヘッ
   ドが前記熱交換管の長さ方向に装着される、請求項
   （１）に記載の熱電対組立体。
7. 【請求項７】前記熱伝達面が曲線状であって、前記ヘッ
   ドが前記熱交換管の長さ方向を横切って装着される、請
   求項（１）に記載の熱電対組立体。
8. 【請求項８】前記絶縁手段が、孔を有するガラス体から
   構成され、該孔を通って前記熱電対導体が伸長する、請
   求項（１）に記載の熱電対組立体。
9. 【請求項９】前記絶縁手段が、粒状の酸化物を包含す
   る、請求項（１）に記載の熱電対組立体。
10. 【請求項１０】前記ヘッドの向かい合う上端が、下方に
    傾斜した表面を包含する、請求項（９）に記載の熱電対
    組立体。
11. 【請求項１１】前記絶縁手段が、空気を包含する請求項
    （１）に記載の熱電対組立体。
12. 【請求項１２】前記熱電対ヘッドが、前記向かい合う上
    端におけるエネルギーレセプター領域を減少させるよう
    に作られた、請求項（１）に記載の熱電対組立体。