JPH0816628B2 - 高温ガス温度計 - Google Patents

高温ガス温度計

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JPH0816628B2
JPH0816628B2 JP4353410A JP35341092A JPH0816628B2 JP H0816628 B2 JPH0816628 B2 JP H0816628B2 JP 4353410 A JP4353410 A JP 4353410A JP 35341092 A JP35341092 A JP 35341092A JP H0816628 B2 JPH0816628 B2 JP H0816628B2
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optical fiber
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temperature gas
heat
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利之 久山
正佳 小林
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえばガスタービ
ン燃焼器の出口における高温ガスの温度を計測する高温
ガス温度計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高温ガスタービンの開発では、実負荷試
験時や単体要素試験時に高温ガスの温度を計測し、性能
の評価を行なう必要がある。従来、この種の高温ガス温
度計として、たとえば熱電対温度計や光高温計がある。
【0003】前者は、1対の異種金属部材の両端部を接
合し、一方の接合点を高温ガスの温度計測点に配設する
とともに、他方の接合点を既知の基準温度に保持する。
両接合点の間に発生する電位差は、近似的に両接合点の
温度差に比例するため、上記基準接合点側に電位差計を
介挿して接続すれば、上記高温ガスの温度を計測するこ
とができる。上記基準接合点と電位差計とは、信号伝送
用の金属製リ−ド線で接続される。
【0004】また、後者は、サファイア(単結晶アルミ
ナ)からなる光ロッドの先端部に貴金属フィルムを被着
して黒体部を形成し、上記光ロッドと黒体部とでセンサ
部が形成される。上記黒体部を高温ガスの温度計測点に
配設すると、高温雰囲気中において放射する上記黒体部
からの光エネルギは、上記光ロッドおよび信号伝送用光
ファイバを介してディテクタ部に導びかれ、これを電圧
信号に変換したのち、所定の信号処理が施されて、プラ
ンクの方程式により計算された温度が表示器に表示され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、ガス
タービン燃焼器の出口温度は高温化し、その最高温度が
1900℃レベルに到達しようとしている。このような
温度レベルにおいて、熱電対温度計や光高温計を採用す
ると、つぎのような課題がある。まず、これを熱電対温
度計について説明する。熱電対温度計は、前述のとお
り、異種金属部材の一方の接合点を高温ガス中に配設
し、その熱電材を保持のため、低温側に配設される構成
である。つまり、熱電対温度計は、異種金属部材の一方
の接合点が高温ガス中に配設されるのに対し、熱電対の
固定が低温側に配設されるため、上記金属部材を通じ
て、一方の接合点の熱エネルギが低温側の他方の接合点
に向って熱伝導し、この熱伝導によるヒートロスで、ガ
スタービン燃焼器の出口温度の計測精度が低下する。
【0006】また、高温ガス中に配設された異種金属部
材の一方の接合点は、その高い熱エネルギがこれに近接
する低温側に向って熱輻射し、この熱輻射によるヒート
ロスで、ガスタービン燃焼器の出口温度の計測精度が一
層低下する。さらに、熱電対を構成する金属部材は、高
温ガスに耐えられないで溶融するという課題がある。
【0007】つぎに、光高温計について説明する。この
光高温計は、光ロッドと黒体部とで光ファイバセンサが
形成され、上記光ロッドがサファイアからなる非金属で
構成されているため、熱伝導によるヒートロスが小さ
く、この点によるガスタービン燃焼器における出口温度
の計測精度の低下は少ない。ところが、上記黒体部の高
い熱エネルギがこれに近接する低温側に向って熱輻射
し、この熱輻射によるヒートロスで、ガスタービン燃焼
器の出口温度の計測精度が低下する。
【0008】他方、光ロッドと黒体部からなる光ファイ
バセンサは、耐熱性のあるサファイアから構成されるた
め、高温ガスに耐えられないで溶融するというおそれが
ない。しかしながら、上記センサは細くて脆弱なサファ
イヤ製であることから、強度確保のために短寸に形成さ
れて、光コネクタを介し信号伝送用光ファイバケーブル
に結合され、この光ファイバケ−ブルおよび光コネクタ
を高温ガス中にさらすとガラス製の光ファイバケ−ブル
および光コネクタが溶融するという課題がある。
【0009】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、計測精度が高く、耐熱性のある高温ガス温
度計を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明による高温ガス
温度計は、高温ガスの流れにほぼ平行になるように光フ
ァイバホルダに固定された少なくとも1本の遮熱管と、
光ロッドの先端部に黒体部が形成されかつ上記遮熱管の
軸心部に先端部が配設された光ファイバセンサと、この
光ファイバセンサの基端部が着脱可能に光結合される光
コネクタと、上記ホルダおよび光コネクタが装着される
冷却ハウジングと、上記光コネクタに光結合されかつ上
記冷却ハウジングの外部に束ねて導出される光ファイバ
ケーブルと、上記冷却ハウジング内に冷却媒体を流入出
させる流入出パイプとを具備し、これら流入出パイプの
少なくとも一方に上記光ファイバケーブルの束ね部を収
納したことを特徴とする。
【0011】
【作用】上記構成によれば、光ファイバセンサが光ロッ
ドと黒体部とで形成され、上記光ロッドをたとえばサフ
ァイアからなる非金属で構成されるため、熱伝導による
ヒートロスを小さくすることができ、この熱伝導による
高温ガス流温度の計測精度の低下は少ない。とくに、光
ファイバセンサは、高温ガスの流れにほぼ平行になるよ
うに配設されているため、低温壁に沿った各層の高温ガ
ス流ごとの計測が可能であり、たとえば、上記高温ガス
流を計測する遮熱管内の光ファイバセンサは、これより
も低温側の高温ガス流により、熱伝導によるヒートロス
の発生がなく、この熱伝導による計測精度の低下を防止
することができる。
【0012】また、光ロッドの先端部に形成された黒体
部が遮熱管で被覆されているため、上記黒体部の高い熱
エネルギがこれに近接する低温壁に向って熱輻射される
のを抑制することができ、もって、この熱輻射によるヒ
ートロスで、高温ガス流温度の計測精度が低下するのを
有効に防止することができる。
【0013】さらに、上記光ファイバセンサを短寸に形
成することにより、その保守点検および交換が容易であ
る。他方、光ロッドと黒体部からなる光ファイバセンサ
は、上記サファイアが耐熱性のある材質であるため、高
温ガスに耐えられないで溶融するというおそれがない。
しかも、上記光ファイバセンサ,遮熱管,光コネクタお
よび信号伝送用光ファイバケーブルは、冷却ハウジング
内に流入出される冷却媒体により、直接的あるいは間接
的に冷却されるため、これらが高温ガス中で溶融するお
それがなく、きわめて耐熱性の高い、長寿命な高温ガス
温度計を提供することができる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図1はこの発明による高温ガス温度計Mの
一例を示す一部切欠した概略的な側面図、図2は同高温
ガス温度計Mの正面図である。同図において、1は光フ
ァイバホルダで、この光ファイバホルダ1には高温ガス
G(G1,…Gn)の流れにほぼ平行になるように複数
本の遮熱管H(H1,H2…Hn)が固定されるととも
に、上記各遮熱管Hに流入した高温ガスGのガス抜き孔
2が形成されている。
【0015】各遮熱管Hの軸心部には、光ファイバセン
サ3の先端部3aが挿通して配設されている。この光フ
ァイバセンサ3は、たとえばサファイア(単結晶アルミ
ナ)からなる光ロッド5の先端部に貴金属フィルムを被
着して黒体部6a(図5)を形成し、上記光ロッド5と
黒体部6aとでセンサ部6が形成されている。上記各光
ファイバセンサ3の基端部3bは、光コネクタ7に着脱
可能に光結合して装着されるとともに、上記ホルダ1お
よび光コネクタ7は冷却ハウジング8に固定されてい
る。
【0016】上記各光コネクタ7には光ファイバケーブ
ル9が光結合にて固定され、かつ上記冷却ハウジング8
の外部にその束ね部10が導出される。上記冷却ハウジ
ング8には、その内部8aに冷却媒体、たとえば冷却水
Wを流入出させる流入パイプ11および流出パイプ12
が設けられ、この流出パイプ12には上記光ファイバ9
の束ね部10が収納されている。この光ファイバ9の束
ね部10は、流入パイプ11に収納されてもよく、ある
いは両パイプ11,12に分散して収納されてもよい。
さらに、両パイプ11,12における冷却水Wの流入出
方向は、上記矢印方向に対して逆方向であってもよいこ
とはいうまでもない。
【0017】図3は上記高温ガス温度計Mの適応の一例
をガスタービン燃焼器の出口温度計測例について示す要
部の断面図である。同図において、21はケーシング、
22は燃焼器、23は燃料ノイズで、上記燃焼器22の
出口直後における高温ガスGの温度は、上記高温ガス温
度計Mによって計測される。すなわち、上記燃料ノイズ
23からの燃料Fは、燃焼器22の内部で入口空気Aと
混合して燃焼され、上記燃焼器22からの高温ガスG
は、図1における複数本の各遮熱管H(H1,H2…H
n)に流入し、対応する各ガス抜き孔2から排出され
る。
【0018】上記各遮熱管Hの軸心部には、光ファイバ
センサ3の先端部3aが挿通して配設されているため、
上記センサ部6は高温ガスGにさらされる。これによっ
て、ガス温度となった黒体部6aからの放射光L(図
5)は、光ロッド5の内周面を全反射を繰り返しなが
ら、図4で示す公知の手段で、光コネクタ7,信号伝送
用光ファイバ9を伝わって、光コネクタ29からディテ
クタ部30に導かれる。上記ディテクタ部30では、入
射光を干渉フィルタ31で分光し、フォトダイオ−ド3
2で検出して電圧信号に変換し、増幅器33で信号増幅
し、これをシグナルプロセッサ34によりA/D変換し
たのち、システム制御系35における表示器36などで
温度表示される。
【0019】上述から明らかなように、上記構成によれ
ば、光ファイバセンサ6が光ロッド5と黒体部6aとで
形成され、上記光ロッド5をたとえばサファイアからな
る非金属で構成されるため、熱伝導によるヒートロスを
小さくすることができ、この熱伝導による計測精度の低
下は少ない。とくに、光ファイバセンサ3は、高温ガス
G(G1,…Gn)の流れにほぼ平行になるように配設
されているため、燃焼器22の出口部における低温壁1
aに沿った各層の高温ガス流G1,…Gnごとの計測が
可能であり、たとえば、上記高温ガス流G1を計測する
遮熱管H2内の光ファイバセンサ3は、これよりも低温
側の高温ガス流Gnにより、熱伝導によるヒートロスの
発生がなく、この熱伝導による計測精度の低下を防止す
ることができる。
【0020】また、光ロッド5の先端部に形成された黒
体部6aが遮熱管Hで被覆されているため、上記黒体部
6aの高い熱エネルギが、これに近接する低温壁1aに
向って熱輻射されるのを抑制することができ、もって、
この熱輻射によるヒートロスで、計測精度が低下するの
を有効に防止できる。さらに、上記光ファイバセンサ3
を短寸に形成することにより、その保守点検および交換
が容易である。
【0021】他方、光ロッド5と黒体部6aからなる光
ファイバセンサ3は、上記サファイアが耐熱性のある材
質であるため、高温ガスに耐えられないで溶融するとい
うおそれがない。しかも、上記光ファイバセンサ3,遮
熱管H,光コネクタ7および信号伝送用光ファイバケー
ブル9は、冷却ハウジング8の内部に流入出される冷却
水Wにより、直接的あるいは間接的に冷却されるため、
これらが高温ガスGで溶融するおそれがなく、きわめて
耐熱性の高い、長寿命な高温ガス温度計Mが提供でき
る。
【0022】
【発明の効果】この発明は以上詳述したように、計測精
度が高くかつ耐熱性のある高温ガス温度計を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による高温ガス温度計の一例を示す一
部切欠した概略的な側面図である。
【図2】同高温ガス温度計の正面図である。
【図3】同高温ガス温度計の適応の一例をガスタービン
燃焼器について示す要部の断面図である。
【図4】同高温ガス温度計の計測制御系の概略説明図で
ある。
【図5】同高温ガス温度計のセンサ部の拡大図である。
【符号の説明】
1 光ファイバホルダ 3 光ファイバセンサ 3a 光ファイバセンサの先端部 3b 光ファイバセンサの基端部 5 光ロッド 6a 黒体部 7 光コネクタ 8 冷却ハウジング 9 光ファイバケーブル 10 光ファイバケーブルの束ね部 11 流入パイプ 12 流出パイプ H 遮熱管 G 高温ガス W 冷却媒体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温ガスの流れにほぼ平行になるように
    光ファイバホルダに固定された少なくとも1本の遮熱管
    と、光ロッドの先端部に黒体部が形成されかつ上記遮熱
    管の軸心部に先端部が配設された光ファイバセンサと、
    この光ファイバセンサの基端部が着脱可能に光結合され
    る光コネクタと、上記ホルダおよび光コネクタが装着さ
    れる冷却ハウジングと、上記光コネクタに光結合されか
    つ上記冷却ハウジングの外部に束ねて導出される光ファ
    イバケーブルと、上記冷却ハウジング内に冷却媒体を流
    入出させる流入出パイプとを具備し、これら流入出パイ
    プの少なくとも一方に上記光ファイバケーブルの束ね部
    を収納したことを特徴とする高温ガス温度計。
JP4353410A 1992-12-10 1992-12-10 高温ガス温度計 Expired - Fee Related JPH0816628B2 (ja)

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