JPS60133326A - 熱間静水圧加圧装置における被処理体の温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱間静水圧加圧（以下、Ｈ工Ｐとする。）装置
の炉内温度測定方法、詳しくはアイμ等を利用し上記装
置における炉内温度室する方法に関するものである。

（従来技術） 現在、Ｈ工Ｐ装量には、高温高圧炉内の澗検知すべく温
度測定手段が講ぜられているカ１６００℃を越える炉内
の温度は炉下部からＷ何し　管に挿入し、熱接点部の炉
内のヒータ位置の高さ炉内　に固定することによって測
定している。しかし、かかる測定手段では熱電対素線の
劣化が大きく、アル　再現性に乏しいことから数チャー
ジでこの測温計域ノヲ交換する必要があり、ランニング
コストが非常法０　に高いという欠点がある。

アル　そのため、かかる欠点を解消すべく、熱電対以載
の　外の高温用温度計の採用を考慮し、夫々適否につ法
Ｏいて検討を試みた。即ち、上記熱電対以外の高温用温
度計として気体温度計、雑音温度引、流体温度計、放射
温度計をとり上げ、これらについて夫略記　々センサ体
の耐圧、高温高圧雰囲気による物性の光フ　変化、信号
検出回路の難易度について考察したとを測　ころ、次表
の如き結果を得、放射温度計が最も優ところで、放射温
度計を用いて行なわれたＨ工Ｐ炉内の測温実績としてバ
ラチル研究所においてサファイアの光学窓により炉内光
を取り出し放射測温を行った報告があシ、（Ｄ　、　Ｏ
、Ｏａｒｍｉｏｈａｅｌ。

Ｐ、Ｄ、Ｏｗｎｂｙ　、　１Ｃ，Ｓ、Ｈｏｄｇｅ　、　
”Ｈｏｔ工ｓｏｏ　Ｌａｔｉａｏｆ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ
ｌｌＢＭＩ＋　−１７４６（１９６５）　）、これによ
れば高温高圧のため窓が破損し、非常に危険な状態にな
ったため継続して測温かなされていない。

これは光学窓方式では炉室内の熱放射を圧力容器構成部
材に取り付けられた光学窓を通して圧力容器外に導くた
め光学窓が透過放射熱により過熱され、これによって窓
の強度が低下し、高圧力が作用した場合、破損を招き易
い状態に至るからである。

又、上記光学窓の取り付けは圧力容器に開孔することが
要求されるが、このような開化は当然、圧力容器の耐圧
強度を低下させる結果を招来する。

とりわけ、Ｈ工Ｐ装置の場合、圧力容器内部には高圧ガ
スが封入されているため光学窓又は圧力容器の破損は大
事故を起す可能性があり安全上問題である。

一方、光ファイバラ導波路として用いた現有の放射湿度
言１では測温範囲を拡げるためバンドルファイバを用い
光量の増加を図っているため却って高圧容器内にこれを
挿入した場合、圧力シールに問題がある。

又、水冷を行なわずに１００℃以上の雰囲気で用いるこ
とも困難であり、実用的とは云い得ない。

更に、光ファイバを用いた一般的な温度計として特開昭
５６−１２９８２７号公報に光ファイバの入射端に標準
となる温度放射物体を取りイ１けたものが提案されてい
るが、これは光ファイバの入射端に上述の如く標準とな
る温度放射物体を取り付けているため、温度放射物体が
高温になった場合、光ファイバが溶解あるいは失透し、
測温が不可能になるという欠点がある。即ち、この方式
は被測温物体からの熱放射により温度放射物体の温度を
上昇させ、間接的に被測温物体の温度を測定することを
意図したものであり、高濡雰聞気の温度を測定すること
は実質上、不可能でちる。

しかしながら、Ｈ工Ｐ装置においては、炉内を所要の高
温雰囲気下に保持することは処理上、極めて重要な問題
であり、そのだめの適切な測温手段はＨ工Ｐ装置の実用
化と共にひとしく望まれる現下の課題である。

（発明の目的） 本発明は前述の如き実状と、課題に対処し、Ｈ工Ｐ装置
の炉内温度の検出に好適な測温法を提供することを課題
とし、光ファイバの利用に着目し特に金属被覆光ファイ
バ又はファイバ束もしくはこれと同効のロンド状光学材
料を用いる放射温度計を使用し、それら金属被覆光ファ
イバ等を高温高圧炉内に導き、被測温物体からの熱放射
パワーを受光し、これを炉外に取り出して炉内に測温素
子を必要とすることなく放射温１ｌｌｌＸを行なうこと
を目的とするものである。

（発明の構成） しかして上記目的を達成する本発明の特徴とするところ
は、金属で被覆されている光ファイバ又（以下、光ファ
イバ等という）をＨ工Ｐ装置の高圧炉内にその先端が存
在し炉内熱放射光を受光するように挿入し、これを高圧
容器蓋を通じて容器外に導き、該光ファイバ等により伝
送される被測温物体からの熱放射パワーを前記光ファイ
バ等に接続された測定系により検知し、Ｈ工Ｐ装置の炉
内温度を計測する方法にある。

ここで、前記光ファイバ等に金属を被覆する手段として
は、メタルコート又はメタルシースの何れでもよい。メ
タルコートに利用される金属は、Ａｔ、　Ｏｕ　、　Ｃ
ｏ　、　Ｎｉ　、　Ｍｏ　、　Ｗ　、　Ｐｄ　、　Ｐｔ
等、５ｉｎ２でなる光ファイバの８１と安定な合金が挙
げられるが、アルミニウム（ａ）が最も一般的である。

メタルシースに利用される金属は、Ｆ　ｅ　＋　Ｔ　ｉ
　＋　Ｏｕ＋Ｚｎ　、　Ｐｂ　、　Ｓｎ　、　Ａｔ　、
　Ｏｒ　、　Ｃｏ　、　Ｎｉ　、　Ｍｏ　、　Ｗ　。

：ｐａ　、　ｐｔ等、あらゆる金属が利用可能である。

又、ロンド状光学材料としては石英又はサファイア等の
外、光ファイバと同効的な熱放射パワー伝送能を有する
材料が挙げられ、これらロンド状光学材料も前記金属に
より被覆が施される。

次に前記光ファイバ等はＨ工Ｐ装置の高圧容器内に少く
ともその先端が存在するように挿入されなければならず
、その場合、先端の位置は１１工Ｐ装置の高圧容器内に
は基本的にヒータ、断熱層及び被処理物体を載せる試料
台等が設けられているので、これらを被測温物体に利用
することから、これらの各被測温物体の選択に応じ、そ
の先端、即ち熱放射パワー（放射エネルギー）の入射端
を設定する。

そして、光ファイバ等の炉外への取り出しは高圧容器の
上蓋でもよいが、通常、下蓋を通じて取り出され、外部
に設けられた放射温度計に接続される。この場合、高圧
容器と光ファイバ等との間にはシールが必要であるが、
光ファイバ等は金属被覆が施されているのでフランジ等
に直接ロウ伺あるいは溶接することが可能になり、高圧
シールを容易かつ確実に行なうことができる。

なお、光量の不足やファイバの強度の不足などからファ
イバをバンドル（束）にして用いる必要がある場合にも
金属被覆のファイバとロウ付あるいは溶接の技術を組み
合わせることにより高圧シールが可能である。

（本発明の作用効果） 本発明は上記の如く光ファイバ等の先端ヲ１（工Ｐ装置
内に挿入し、被測温物体からの熱放射バアーを伝送し、
炉外に取り出してその強さから炉内の温度を検出する方
法であるが、光ファイバ等に入射する熱放射パワーより
物体の温度を検出する原理は特開昭５６−１２９８２７
・号公報にも述べられている通り既に知られている。

本発明は、かかる既知の原理にもとづく温度検出方法を
特にＨ工Ｐ装置という密閉高圧容器内を対象として測温
しようとするもので、不発１！ＩＪによる光ファイバ等
の利用により、その先端をヒータに向け、あるいは断熱
層等を目標として配設することによって目１穣１・らの
熱放射を取シ出し、炉外において光ファイバ等に接続さ
れた放射温反引を介し炉内温度を精度よく測温すること
ができる。

かくして従来の熱電対による測温に比し、炉内に測温素
子を必要としないため長期間安定して測温可能となると
共に熱電対の測湿」ニ限でも容易に測温することができ
る利点があり、しかも光学窓の如きものを必要としない
ため安全」二の問題もなく、内部に高圧ガスが封入され
ているＨＩＦ装置の測温手段として頗る顕著な効果を奏
する。

（実施の態様） 以下、上記本発明方法を実施するための各態様について
添（＝Ｊ図面を参照しつつ具体的に説明する。

第１１Ａは本発明方法を適用するＩＩ　Ｉ　Ｐ装置の基
本的構成を示し、高圧シリンダ（１）と、その上下開口
部ｔＶ封する上蓋（２）と下蓋（３）とによって画成さ
れる高圧容器内に断熱層（４）及びヒータ（５）を配し
て炉を形成し、かつ、下蓋（３）上に被処理体を載置す
る試料台（６）全設置することによって構成される。

第２図（イ）〜に）は、上記の如きＨＩＦ装置における
断熱層（４）内の炉室内部の熱放射を光ファイバ等を用
いて外部に導き、放射パワーを検知して放射測温を行な
う場合の光ファイバ等の測温１」標の各側と、これに対
応する光ファイバ等の各配置例を示しており、（イ）は
光ファイバ等（７）の先端を試′ＦＩ台（６）横の炉内
下部に固定し、断熱層（４）から張り出した突起（４ａ
）を測温目標とし、そこからの熱放射を外部へ導く場合
、一方、（ロ）は前記炉室内のヒータ（５）から突起（
５ａ）　’（ｉ−張り出し、該突起（５ａ）を測温目標
とするもの、（ハ）は試料台（６）に穴（６′）を貫通
する如く設け、そこに光ファイバ等（７）を埋め込み、
被処理体（２）底部を測温目標とするもの、に）は光フ
ァイバ等（７）の先端を比較的低温にある断熱層（４）
の外辺部に固定し、ヒータ（５）又は被処理体（Ｍ）全
測温１」標とするものであり、前記（イ）の実施例では
光ファイバ等（７）を比較的低温の炉下部に設置し、断
熱層（４）から張シ出した目標物をみることによ、！ｌ
ｌδ１す温Ｎ標物の位置を変えるだけで炉内の縦方向の
温度分布を測定できる利点があり、又、（ロ）の実施例
では前記（イ）に比し目標物をヒータ（５）に変更した
ことによりヒータ（５）の温度分布を測定することがで
きる。

更に、（ハ）の実施例では被処理体（１，１）の温度を
直接測定できる効果があり、に）の実施例では断熱層（
４）を通じて断熱層外側よりヒータ（５１■度を精度よ
く測定することができる。

そして、上記各側は夫々、適宜、選択適用されるが、必
らずしも１つに限らず、併せて適用することも可能であ
る。

又、上記各側に示す光ファイバ等（７）、特に（イ）（
ロ）（ハ）の各側は第３図（イ）（ロ）（ハ）に）に夫
々示す如きコリメータ（８ａ）〜（８ｄ）を取り付ける
ことにより測温目標以外から入射する迷光を除去し、確
実に１．．１標物、即ち被測温物体からの熱放射のみを
取り出すことができ、目標物をより精度よく測ｎ、１１
できる。

なお、第３図（ロ）のものはコリメータ（８ｂ）上に塵
芥が堆積し、光ファイバ等（７）への入射光ｈｌが減少
することを回避できる。

又、第３図（ハ）のコリメータ（８Ｃ）はレンズ（９）
ヲ用いることにより目標物からの熱放射のみを効率よく
集光することができ、更にに）のコリメータ（８ｄ）は
絞りαＯ）を２段にすることでギャビデイを形成したも
ので、他のものに比し迷光ｍが減少する。

次に第４図は光ファイバ等（７）の炉外への取り出し例
であシ、ＨＩＰ装置の下蓋（３）を通じて外部へ取り出
し放射温度相（１１）からなる測定系に接続される。

この場合、下蓋（３）が図示の如く上下蓋と上下蓋の両
者より構成される場合には、両者間？Ｏ’Ｊング（ロ）
等によりシールすることが必要であり、又、高圧容器と
光ファイバ等（７）もシールが必要である。

第７図（イ）（ロ）（ハ）はかかる高圧容器と光ファイ
バ等との間のシールの各態様を示し、光ファイバ等（７
）にはその外面に金属被１Ｊ　（１３）が施されている
ことから、この金属被覆０３）を利用し高圧シリンダ（
１）壁外面に金属板（ｌ→を当接する等して両者の間で
ロウ付、又は溶接（１５）により、更に金属板が厚い場
合にはその上、ボルトθ６）、ナツトθ″ｆ）ヲ併用し
てシールする。

又、第７図（ハ）の如く０リング（ロ））や支持部材（
１９）　’に使用し、ロウ付又は溶接（向と併用しても
よい。

そして、上記の各シール手段は光ファイバが集束された
ファイバ束である場合でも、ロンド状の光学材料の場合
にも同様に適用される。

かくして光ファイバ等（７）は炉外に取り出され、放射
温度計（１１）に接続され、温度が検出測定されるが、
第５図はかかる放射温度計（ｌｌ）のブロック図であり
、光電変換素子の受光感度をあげるために信号光をチョ
ッピングし、タイミングを明らかにするためチョッパよ
りロックイン増幅器に参照電気信号を送り、同増幅器内
で第６図に図示した電気的、電子的な演算処理回路に従
って演算処理し、温度として表示する。

勿論、上記放射温度計光温度変換部は通常の放射温度計
で光電変換素子には８１フオトダイオード等が用いられ
るが、その構成は特に本発明の意図するところではない
ので詳細は省略する。

（別の実施態様） 本発明方法における光ファイバ等の配置、装設に関する
各態様は上述の如くであるが、以上の説明では光ファイ
バ等を単一部材として説明して来た。しかしながら、光
ファイバ等は必らずしも１個である必要はなく、炉内の
異なる場所に複数の被測温物体を設定し、それらを１１
標として複数の光ファイバ等を同時に使用してもよく、
この場合は各光ファイバ等の測温目標に炉内の場所の外
、高さに変化をもたせ、縦方向の分布状況を一挙に検出
することが可能となる。

又、光ファイバを束として使用する場合、その先端の入
射部を蛸足状に拡散して各目標物の熱放射パワーを伝送
させ、測温することも可能である。

更に、前記各態様は下蓋を通じて光ファイバ等を炉外に
導いているが、上蓋を通じても同様であることは勿論で
ある。

又、本発明はＨ工Ｐ装置と同様の機能を有する加圧焼結
炉にも適用し得ることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はＨ工Ｐ装置の基本的構成を示す概要断面図、第
２図（イ）〜に）は本発明における光ファイバ等の配置
の６例を示す要部断面図、第３図（イ）〜に）は各種の
フリメータを取シ付けた光ファイバ等の先端部断面概要
図、第４図は光ファイバ等の炉外への取り出し態様を示
す要部断面概要図、第５図及び第６図は本発明に使用す
る放射温度計及びそのロックイン増幅器の各ブロック図
、第７図（イ）〜（ハ）は光ファイバ等のシール構造を
示す断面概要図である。 （１）・・・・・・・高圧シリンダ、（２）・・・・・
・・上　蓋。 （３）・・・・・・・下　蓋、（４）・・・・・・・断
熱層。 （５）・・・・・・・ヒータ、（６）・・・・・・・試
料台。 （７）・・・・・・・光ファイバ等、　（８ａ）〜（＆
ｌ）・＝コリメータ。 （１１）・・・・・・・放射温反引、０３）・・・・・
・・金属被覆。 第１図 第２図 （イ）　（Ｏ） Ｑ＼）　に） 第３図 第４．図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　金属で被覆せしめた光ファイバ又は光ファイバ束
   もしくは同効のロッド状光学材料を熱間静水圧加圧装置
   の高圧炉内にその先端入射部を炉内熱放射光を受光可能
   に挿入し、その後端出射側を高圧容器の蓋を通じて同容
   器外に導き、装出Ω・ｊ端に測定系を接続せしめて被測
   温物体より放射される放射パワーを該測定系により検知
   し上記炉内の温度を計測することを特徴とする熱間静水
   圧加圧装置における炉内温度測定方法。 ２、　光ファイバ又は光ファイバ束もしくは同効のロッ
   ド状光学材料が熱間静水圧加圧装置ａの下蓋を通じて外
   に導かれる特許請求の範囲第１項記載の熱間静水圧加圧
   装置における炉内温度測定方法。 ８、　光ファイバ又は光ファイバ束もしくは同効のロッ
   ド状光学材料がその先端にコリメータを備えている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の熱間静水圧加圧装置
   における炉内温度測定方法。 ４、光ファイバ又は光ファイバ束もしくは同効のロッド
   状光学材料の先端が熱間静水圧加圧装置内の断熱層、ヒ
   ータ、被処理体から選ばれた少くとも１つを被測温物体
   とする特許請求の範囲第１〜３項の何れかの項に記載の
   熱間静水圧加圧装置における炉内温度測定方法。 ５、　光ファイバ又は光ファイバ束もしくは同効のロッ
   ド状光学材料が複数である特許請求の範囲第１〜４項の
   何れかの項に記載の熱間静水圧加圧装置における炉内温
   度測定方法。 ６、　複数の光ファイバ又は光ファイバ束もしくは同効
   のロッド状光学材料が被測温目標物を異にする特許請求
   の範囲第５項記載の熱間静水圧加圧装置における炉内温
   度測定方法。 ７、　光ファイバ束の先端が蛸足状に分岐拡散し、夫々
   被測温位置、方向を異にしている特許請求の範囲第１〜
   ４項の何れかの項に記載の熱間静水圧加圧装置における
   炉内温度測定方法。 ８、被覆金属がＦｅ　、’　Ｔｉ　、　Ｏｕ　、　Ｚｎ
   　、　Ｐｂ　、　Ｓｎ　。 ＡＬ　、　Ｏｒ　、　Ｏｏ　、　Ｎｉ　、　Ｍｏ　、　
   Ｗ　、　Ｐｄ　、　Ｐｔかられた金属である特許請求の
   範囲第１〜７項のかの項に記載の熱間静水圧加圧装置ｔ
   ｔにおける温度測定方法。 ９、　ロッド状光学材料が石英ガラスロッドで特許請求
   の範囲第１〜６項の何れかの項に記熱間静水圧加圧装置
   における炉内温度測定方１０、ロッド状光学材料がサフ
   ァイアロンドで特許請求の範囲第１〜６項の何れかの項
   に記熱間静水圧加圧装置における炉内温度測定方