KR101163027B1 - Apparatus for measuring gas temperature and Method for measuring gas temperature using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기체온도측정기는, 단부가 기체이송관 내에 배치되도록, 상기 기체이송관의 관벽의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부; 및 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체이송관의 길이방향으로 배치되며, 온도측정단을 구비하는 수평부;를 구비하는 열전대를 포함하여, 상기 열전대의 수평부에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄인다.Gas temperature measuring device according to the present invention, the support is installed through the pipe wall of the pipe wall of the gas transfer pipe, the end is disposed in the gas transfer pipe; And a thermocouple which is bent from an end of the support portion and is arranged in the longitudinal direction of the gas transfer tube, and has a temperature measuring stage, and is widened by the horizontal portion of the thermocouple. Reduce heat conduction loss

나아가, 본 발명은 상술한 열전대를 직경이 다르게 두 개를 마련하여, 상기 열전대의 수평부에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄이고, 각각의 상기 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출할 수 있다.Furthermore, the present invention provides two of the above-described thermocouples having different diameters, thereby reducing heat conduction loss as the isothermal portion is widened by the horizontal portion of the thermocouple, and radiant heat loss from each of the thermocouple surfaces to the surrounding surface. By calculating the gas temperature can be calculated.

기체이송관, 기체온도측정, 열전대, 수평부, 수직부, 하우징, 플랜지 Gas transfer pipe, gas temperature measurement, thermocouple, horizontal part, vertical part, housing, flange

Description

기체온도측정기 및 이를 이용한 기체온도측정방법{Apparatus for measuring gas temperature and Method for measuring gas temperature using the same}Gas temperature measuring instrument and method for measuring gas temperature using same {Apparatus for measuring gas temperature and Method for measuring gas temperature using the same}

본 발명은 기체온도측정기 및 이를 이용하는 기체온도측정방법으로서, 열전대의 온도측정단에 의해 측정된 온도가 전도되는 과정에서 열전도 손실을 줄이고, 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 정확히 산출할 수 있는 기체온도측정기 및 이를 이용하는 기체온도측정방법에 관한 것이다.The present invention provides a gas temperature measuring device and a gas temperature measuring method using the same, which reduces heat conduction loss in the process of conducting the temperature measured by the temperature measuring stage of the thermocouple, and compensates the radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface to compensate for the gas temperature. It relates to a gas temperature measuring instrument that can accurately calculate the gas temperature measuring method using the same.

열전대(thermocouple)는 제베크(seeback) 효과를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속을 접합하여 만든 센서로서, 내구성이 좋아 발전소나 제철소 등의 극한 환경에서 널리 이용되고 있다.Thermocouples are sensors made by joining two metals together to measure a wide range of temperatures using the seeback effect. They are widely used in extreme environments such as power plants and steel mills due to their high durability.

여기에서, 제베크 효과란 서로 다른 두 종류의 금속을 조합하였을 때 접합된 양단의 온도가 서로 다르면 이 두 금속 사이에 열기전력이 발생하게 되는 현상으로, 이를 이용하면 두 금속 사이의 기전력 측정을 통해 두 접점간의 온도차를 알 수 있게 된다.Here, the Seebeck effect is a phenomenon in which thermoelectric power is generated between two metals when two different types of metals are combined to each other, and by using the electromotive force measurement between the two metals. The temperature difference between the two contacts can be known.

도 1은 종래기술에 따른 열전대를 이용하여 기체의 온도를 측정하는 것을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the measurement of the temperature of the gas using a thermocouple according to the prior art.

도면을 참조하면, 종래의 기체온도 측정방법은 열전대(2)를 기체이송관(1)에 구비된 온도 측정용 포트(2)에 삽입하여 관내를 유동하는 기체의 온도(Tg)를 측정하게 된다. 이 때 열전대(2)의 온도 측정단(5a)은 기체로부터의 대류 열전달(convection)로 인해 온도가 상승하게 되며, 상승된 온도(Tt)에 비례하는 열전대(2)의 출력 신호로부터 기체의 온도를 측정할 수 있다.Referring to the drawings, the conventional gas temperature measuring method inserts the thermocouple 2 into the temperature measuring port 2 provided in the gas transfer pipe 1 to measure the temperature (T g ) of the gas flowing in the tube. . At this time, the temperature measuring stage 5a of the thermocouple 2 has a temperature rise due to convection heat transfer from the gas, and the temperature of the gas from the output signal of the thermocouple 2 is proportional to the elevated temperature T t . The temperature can be measured.

그러나, 열전대(2) 표면으로부터 주위 표면 즉, 기체이송관(1)의 내벽면으로 열전대(2) 표면과 이송관 내벽 표면 간의 온도차(Tt-Ts)에 의한 열복사(radiation)가 발생하게 되는데, 특히 관내를 유동하는 기체가 고온의 기체인 경우, 기체의 열전달계수(h)가 상대적으로 적어 기체로부터 열전대(2)로의 대류 열전달이 적게 일어나며, 기체 온도와 주위 표면 온도 간의 차이가 상대적으로 커서 복사 열손실로 인한 측정 오차 역시 증가하게 되므로, 정확한 기체 온도를 측정하기 어렵다는 문제점이 있다.However, radiation occurs due to the temperature difference (T t -T s ) between the thermocouple 2 surface and the inner wall surface of the transfer pipe from the surface of the thermocouple 2 to the surrounding surface, that is, the inner wall surface of the gas transfer pipe 1. In particular, when the gas flowing in the pipe is a hot gas, the heat transfer coefficient (h) of the gas is relatively small, so that convective heat transfer from the gas to the thermocouple (2) occurs, and the difference between the gas temperature and the surrounding surface temperature is relatively large. Since the measurement error due to the radiation heat loss also increases, there is a problem that it is difficult to measure the exact gas temperature.

이와 같이 기체 온도 측정 시 기존의 열전대가 가지는 단점을 보완하기 위한 기술로서 흡인온도계(suction pyrometer)가 있다. 흡인온도계는 측정하고자하는 기체를 순간적으로 매우 빠른 속도로 빨아들여 기체의 열전달 계수를 급격히 증가시킴으로써 기체의 온도를 보다 근접하게 측정하고자 하는 기술이다.As such, there is a suction pyrometer as a technology to compensate for the disadvantages of the conventional thermocouple when measuring the gas temperature. Aspiration thermometer is a technique for measuring the temperature of a gas more closely by sucking the gas to be measured at a very high speed instantaneously and rapidly increasing the heat transfer coefficient of the gas.

그러나, 흡인온도계는 화재 진압 시 내부 온도를 측정하는 경우와 같이 압력 유지가 필요 없고 오직 온도 측정만을 목적으로 할 때는 매우 유용하나, 일정한 압력을 유지해야 하는 계통 내 온도를 측정하는 경우에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다.However, suction thermometers are very useful for the purpose of measuring temperature only and do not require pressure maintenance, such as for measuring internal temperatures during fire suppression, but are difficult to apply when measuring temperature in a system that must maintain a constant pressure. There is a limit.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전대의 온도측정단에 의해 측정된 온도가 전도되는 과정에서 열전도 손실을 줄이고, 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 정확히 산출할 수 있는 기체온도측정기 및 이를 이용하는 기체온도측정방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and reduces the heat conduction loss in the process of conducting the temperature measured by the thermocouple temperature measurement stage, and compensates the radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface to the gas temperature An object of the present invention is to provide a gas temperature measuring device capable of accurately calculating the gas temperature measuring method using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체온도측정기는, 단부가 기체이송관 내에 배치되도록, 상기 기체이송관의 관벽의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부; 및 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체이송관의 길이방향으로 배치되며, 온도측정단을 구비하는 수평부;를 구비하는 열전대를 포함하여, 상기 열전대의 수평부에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄인다.In order to achieve the above object, a gas temperature measuring device according to a preferred embodiment of the present invention, the support is installed through the pipe wall of the pipe wall of the gas transfer pipe, the end is disposed in the gas transfer pipe; And a thermocouple which is bent from an end of the support portion and is arranged in the longitudinal direction of the gas transfer tube, and has a temperature measuring stage, and is widened by the horizontal portion of the thermocouple. Reduce heat conduction loss

나아가, 본 발명은 상술한 열전대를 직경이 다르게 두 개를 마련하여, 상기 열전대의 수평부에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄이고, 각각의 상기 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출할 수 있다.Furthermore, the present invention provides two of the above-described thermocouples having different diameters, thereby reducing heat conduction loss as the isothermal portion is widened by the horizontal portion of the thermocouple, and radiant heat loss from each of the thermocouple surfaces to the surrounding surface. By calculating the gas temperature can be calculated.

이때, 상기 열전대는, 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합된 열전대센서용 세라믹봉; 및 상기 열전대센서용 세라믹봉의 외벽을 둘러싸는 가이드튜브;를 포함하며, 상기 열전대센서용 세라믹봉과 가이드튜브는 상기 지지부와 수평부의 내부를 따라 배치되는 것이 바람직하다.At this time, the thermocouple may include a ceramic rod for thermocouple sensors in which two metals of different types are bonded therein; And a guide tube surrounding an outer wall of the ceramic rod for the thermocouple sensor. The ceramic rod and the guide tube for the thermocouple sensor are preferably disposed along the inside of the support portion and the horizontal portion.

아울러, 본 발명은, 상기 기체이송관의 관벽을 통과하면서 고정되며, 중공을 통해 상기 열전대가 통과하면서 고정설치된 하우징;을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention, the housing is fixed while passing through the pipe wall of the gas transfer pipe, the thermocouple is fixed while passing through the hollow; is preferably further comprising a.

여기에서, 상기 하우징은, 중공을 가진 튜브; 상기 중공에 의해 개구된 상기 튜브의 일측부를 덮도록 체결되며, 상기 튜브의 중공과 연통되도록 통과홀이 형성된 덮개; 및 상기 튜브의 중공에 삽입설치되며, 내부에 상기 열전대가 통과하면서 고정되도록 고정홀이 형성된 밀폐체;를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the housing, the tube having a hollow; A cover fastened to cover one side of the tube opened by the hollow and having a through hole to communicate with the hollow of the tube; And a sealing body inserted into the hollow of the tube and having a fixing hole formed therein so as to be fixed while passing the thermocouple therein.

또한, 상기 하우징은, 상기 튜브와 밀폐체 사이에 배치되어, 상기 튜브에 대한 상기 밀폐체의 고정력을 높이는 고정링;을 더 포함하는 것이 바람직하다.The housing may further include a fixing ring disposed between the tube and the sealing member to increase the fixing force of the sealing member to the tube.

그리고, 두 개의 상기 열전대의 지지부는 서로 다른 방향으로 배치되며, 각각의 상기 열전대가 상기 기체이송관의 관벽을 통과하면서 고정되도록 상기 하우징이 두 개가 구성될 수 있다.In addition, the support portions of the two thermocouples may be disposed in different directions, and the housing may be configured such that each of the thermocouples is fixed while passing through the pipe wall of the gas transfer pipe.

이에 더하여, 본 발명은, 두 개의 상기 열전대의 수평부가 이격되어 끼워지는 끼움홀이 형성된 스페이서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention preferably further includes a spacer having a fitting hole in which two horizontal parts of the thermocouple are fitted.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 기체온도측정기는, 플랜지를 구비하는 기체측정관; 및 단부가 상기 기체측정관 내에 배치되도록 상기 기체측정관의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체측정관의 길이방향으로 배치되며 온도측정단이 장착된 수평부를 각각 구비하는 두 개의 열전대;를 포함하며, 상기 기체측정관의 플랜지는, 측정하고자 하는 기체가 이송되는 기체이송관의 플랜지와 탈착가능하다.Gas temperature measuring device according to another preferred embodiment of the present invention, the gas measuring tube having a flange; And a supporting part installed through the pipe wall of the gas measuring tube so that an end thereof is disposed in the gas measuring tube, and a horizontal part bent from the end of the supporting part and arranged in the longitudinal direction of the gas measuring tube and equipped with a temperature measuring end. And two thermocouples each provided, wherein the flange of the gas measuring tube is detachable from the flange of the gas conveying tube through which the gas to be measured is transferred.

이때, 상기 열전대는, 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합된 열전대센서용 세라믹봉; 및 상기 열전대센서용 세라믹봉의 외벽을 둘러싸는 가이드튜브;를 포함하며, 상기 열전대센서용 세라믹봉과 가이드튜브는 상기 지지부와 수평부의 내부를 따라 배치되는 것이 바람직하다.At this time, the thermocouple may include a ceramic rod for thermocouple sensors in which two metals of different types are bonded therein; And a guide tube surrounding an outer wall of the ceramic rod for the thermocouple sensor. The ceramic rod and the guide tube for the thermocouple sensor are preferably disposed along the inside of the support portion and the horizontal portion.

또한, 본 발명은 상기 기체측정관의 관벽을 통과하면서 고정되며, 중공을 통해 상기 열전대가 통과하면서 고정설치된 하우징;을 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a housing which is fixed while passing through the pipe wall of the gas measuring tube and fixed while the thermocouple passes through the hollow.

여기에서, 상기 하우징은, 중공을 가진 튜브; 상기 중공에 의해 개구된 상기 튜브의 일측부를 덮도록 체결되며, 상기 튜브의 중공과 연통되도록 통과홀이 형성된 덮개; 및 상기 튜브의 중공에 삽입설치되며, 내부에 상기 열전대가 통과하면서 고정되도록 고정홀이 형성된 밀폐체;를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the housing, the tube having a hollow; A cover fastened to cover one side of the tube opened by the hollow and having a through hole to communicate with the hollow of the tube; And a sealing body inserted into the hollow of the tube and having a fixing hole formed therein so as to be fixed while passing the thermocouple therein.

아울러, 상기 하우징은, 상기 튜브와 밀폐체 사이에 배치되어, 상기 튜브에 대한 상기 밀폐체의 고정력을 높이는 고정링;을 더 포함할 수 있다.The housing may further include a fixing ring disposed between the tube and the sealing member to increase a fixing force of the sealing member to the tube.

또한, 두 개의 상기 열전대의 지지부는 서로 다른 방향으로 배치되며, 각각의 상기 열전대가 상기 기체측정관의 관벽을 통과하면서 고정되도록 상기 하우징이 두 개가 구성될 수 있다.In addition, the support portion of the two thermocouples are arranged in different directions, the housing may be configured so that each of the thermocouples are fixed while passing through the pipe wall of the gas measuring tube.

이에 더하여, 본 발명은 두 개의 상기 열전대의 수평부가 이격되어 끼워지는 끼움홀이 형성된 스페이서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention preferably further comprises a spacer formed with a fitting hole for fitting the two horizontal parts of the thermocouple spaced apart.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 지지부; 및 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되며 온도측정단을 구비하는 수평부;를 각각 구비하는 두 개의 열전대에서, 상기 수평부가 상기 기체이송관 내에 배치되어 상기 기체이송관의 길이방향으로 배치되도록, 상기 지지부를 상기 기체이송관의 관벽을 통과하여 설치하는 단계; 및 각각의 상기 열전대에서 검출되는 온도를 이용하여, 각각의 상기 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정함에 따라 기체온도를 산출하는 단계;를 포함하는 기체온도측정방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the support; And a horizontal portion bent from an end of the support portion and having a temperature measuring end, wherein each of the support portions is disposed so that the horizontal portion is disposed in the gas transfer pipe in the longitudinal direction of the gas transfer pipe. Installing through a pipe wall of the gas transfer pipe; And calculating a gas temperature by correcting a radiant heat loss from each of the thermocouple surfaces to the surrounding surface by using the temperature detected in each of the thermocouples.

여기에서, 상기 기체온도는, 각각의 상기 열전대에서 검출되는 온도가 아래의 수학식에 대입되어 산출되는 것이 바람직하다.Here, the gas temperature is preferably calculated by substituting the temperature detected by each of the thermocouples into the following equation.

Figure 112009082072518-pat00001
Figure 112009082072518-pat00001

(Tg : 기체온도, T1 , T2 : 각 열전대의 검출온도, h1 , h2 : 각 열전대에 대한 기체의 대류 열전달 계수, ε : 복사율, σ : 슈테판볼츠만 상수)(T g : gas temperature, T 1 , T 2 : detection temperature of each thermocouple, h 1 , h 2 : convective heat transfer coefficient of gas for each thermocouple, ε: emissivity, σ: Stefan Boltzmann constant)

본 발명에 따른 기체온도측정기 및 이를 이용한 기체온도측정방법은, 열전대의 온도측정단에 의해 측정된 온도가 전도되는 과정에서, 수평부의 구성으로 인하여 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄이고, 각각의 상기 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출할 수 있는 효과를 가진다.Gas temperature measuring device according to the present invention and a gas temperature measuring method using the same, in the process of conducting the temperature measured by the temperature measuring stage of the thermocouple, due to the configuration of the horizontal portion to reduce the heat conduction loss as the isothermal portion is widened, respectively The gas temperature can be calculated by correcting radiant heat loss from the thermocouple surface to the surrounding surface.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체온도측정기가 기체이송관에 설치된 것을 나타낸 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 기체온도측정기를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a gas temperature measuring apparatus installed in the gas transfer pipe according to a preferred embodiment of the present invention, Figures 3 and 4 are views showing the gas temperature measuring instrument of FIG.

도면을 참조하면, 본 발명은 기체이송관(1)의 관벽에 설치되는 지지부(22), 상기 지지부(22)로부터 절곡연장된 수평부(24)를 구비하는 열전대(20)를 포함한다.Referring to the drawings, the present invention includes a thermocouple 20 having a support part 22 installed on the pipe wall of the gas transfer pipe 1, and a horizontal part 24 extended from the support part 22.

여기에서, 상기 지지부(22)는 단부가 기체이송관(1) 내에 배치되도록, 기체이송관(1)의 관벽을 통과하여 설치된다. 이때, 지지부(22)는 기체이송관(1)의 체결홀(1a)을 통과하여 배치된다.Here, the support 22 is installed through the pipe wall of the gas transfer pipe 1 so that the end portion is disposed in the gas transfer pipe 1. At this time, the support 22 is disposed to pass through the fastening hole (1a) of the gas transfer pipe (1).

아울러, 상기 수평부(24)는 지지부(22)의 단부로부터 절곡연장되어 기체이송관(1)의 길이방향으로 배치된다.In addition, the horizontal portion 24 is extended from the end of the support portion 22 is disposed in the longitudinal direction of the gas transfer pipe (1).

여기에서, 상기 수평부는 도면에서의 설명을 돕기 위한 명칭으로서, 기체이송관(1)의 길이방향을 지칭한다.Here, the horizontal portion as a name to help explain in the drawings, refers to the longitudinal direction of the gas transfer pipe (1).

이러한 수평부(24)는 끝단에 온도측정단을 구비하여, 기체이송관(1) 내에서 유동하는 기체의 온도를 측정한다.The horizontal portion 24 is provided with a temperature measuring end at the end, and measures the temperature of the gas flowing in the gas transfer pipe (1).

이와 같이 구성되는 본 발명은, 상기 열전대(20)의 수평부(24)에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄일 수 있다.According to the present invention configured as described above, as the isothermal portion is widened by the horizontal portion 24 of the thermocouple 20, heat conduction loss can be reduced.

즉, 본 발명의 열전대(20)는, 등온기체와 접하는 면이 많아지도록, 지지부(22)에서 기체이송관(1)관의 길이방향으로 연장절곡된 수평부(24)가 구성됨에 따라, 열전도에 따른 온도왜곡을 최소화할 수 있다.That is, the thermocouple 20 of the present invention, as the horizontal portion 24 is bent in the longitudinal direction of the gas transfer pipe (1) pipe in the support portion 22, so that the surface in contact with the isothermal gas is increased, the heat conduction It is possible to minimize the temperature distortion.

나아가, 본 발명은 서로 다른 지름을 가진 두 개의 상기 열전대(20)를 포함 할 수 있다.Furthermore, the present invention may include two thermocouples 20 having different diameters.

이때, 두 개의 상기 열전대(20)에서 지지부(22)는, 도면과 같이 같은 방향으로 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 방향으로 배치되고, 각각의 상기 열전대(20)가 기체이송관(1)의 관벽을 통과하면서 고정되도록 후술되는 하우징(40)이 두 개가 구성될 수 있다.At this time, the support 22 in the two thermocouples 20, as well as can be arranged in the same direction as shown, are arranged in different directions, each of the thermocouples 20 of the gas transfer pipe (1) Two housings 40 to be described below may be configured to be fixed while passing through the pipe wall.

여기에서, 본 발명은, 두 개의 상기 열전대(20)의 수평부(24)가 이격되어 끼워지는 끼움홀(60a)이 형성된 스페이서(60)를 더 포함할 수 있다.Here, the present invention may further include a spacer 60 having a fitting hole 60a in which two horizontal portions 24 of the thermocouple 20 are spaced apart from each other.

기체 이송관 내부를 유동하는 기체의 속도가 매우 빠른 경우에는 고속의 기체로부터 가해지는 힘에 의하여 각 열전대(20)의 온도 측정단 부위에 휨변형(bending)이 발생하게 되는데, 휨변형량의 크기는 열전대(20)의 직경에 따라 달라지게 되며, 그로 인해 각 열전대(20) 간의 간격이나 배열 방향에 변동이 발생할 수 있다.When the velocity of the gas flowing inside the gas delivery pipe is very fast, bending occurs at the temperature measuring end of each thermocouple 20 by a force applied from a high-speed gas, and the magnitude of the bending strain is It depends on the diameter of the thermocouple 20, thereby causing variations in the spacing or arrangement direction between each thermocouple 20.

따라서, 스페이서(60)를 열전대(20) 사이에 구비하여 각 열전대(20)가 일정 거리를 유지한 채 위치고정되도록 해줌으로써, 휨변형에 의해 열전대(20)의 간격 또는 배열 방향이 변동되는 것을 방지해 줄 수 있다.Therefore, the spacers 60 are provided between the thermocouples 20 so that the thermocouples 20 are fixed while maintaining a constant distance, thereby changing the spacing or arrangement direction of the thermocouples 20 by bending deformation. It can prevent.

즉, 상기 스페이서(60)는 두 개의 열전대(20) 사이의 간격을 열전대(20) 표면의 경계층 두께에 영향을 주지 않는 범위에서 최소화하면서, 상기 이격되는 간극을 일정하게 유지시켜주고 유동유발 진동 등 여러 이유로 두 열전대(20)의 접촉을 방지하도록 한다.That is, the spacer 60 minimizes the gap between the two thermocouples 20 in a range that does not affect the thickness of the boundary layer of the surface of the thermocouple 20, while maintaining the spaced gap is constant and flow induced vibration, etc. For various reasons, the two thermocouples 20 are prevented from contacting each other.

다시 설명하자면, 각 열전대(20)에는 전선(29)이 연결되어 외부로 인출되는데, 각 열전대(20)에 연결된 전선(29) 사이에는 해당 열전대(20)의 온도측정단 온도에 비례하는 기전력이 인가되어, 이들과 연결된 외부기기가 인가된 기전력을 측정함으로써, 해당 열전대(20)의 온도측정단 온도를 구할 수 있다.In other words, each thermocouple 20 is connected to the wire 29 is drawn to the outside, the electromotive force proportional to the temperature measuring temperature of the thermocouple 20 between the wire 29 connected to each thermocouple 20 By measuring the applied electromotive force applied to the external device connected to them, the temperature of the temperature measuring stage of the thermocouple 20 can be obtained.

여기에서, 열전대(20)는 동일한 지점의 기체 온도를 측정하기 위하여 서로 가까운 위치에 위치하도록 구비되어 있는데, 그 간격이 너무 가까운 경우에는 하나의 열전대(20)가 다른 열전대(20)의 표면 부근을 유동하는 기체의 속도 분포에 영향을 주게 되어 온도 측정에 오차가 발생할 수 있다.Here, the thermocouple 20 is provided so as to be located close to each other in order to measure the gas temperature of the same point, if the distance is too close, one thermocouple 20 is near the surface of the other thermocouple 20 This affects the velocity distribution of the flowing gas, which can cause errors in temperature measurements.

따라서, 열전대(20) 간의 간격을 다른 열전대(20) 표면의 경계층을 침범하지 않는 범위 내에서 최소화하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to minimize the gap between the thermocouples 20 within a range that does not invade the boundary layer of the surface of the other thermocouples 20.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 직경이 다른 두 개의 열전대(20)의 다른 대류 열전달 계수로 인하여 생기는 측정온도 차이로 열전대(20) 표면의 복사 열손실을 보정해준다.The present invention configured as described above corrects the radiant heat loss on the surface of the thermocouple 20 due to the difference in measurement temperature caused by the different convection heat transfer coefficients of the two thermocouples 20 having different diameters.

각각의 상기 열전대(20) 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출할 수 있다.The gas temperature can be calculated by correcting the radiant heat loss from the surface of each thermocouple 20 to the surrounding surface.

상기와 같이, 두 개의 상기 열전대(20)로부터 검출되는 온도를 이용하면 열전대(20) 표면으로부터 기체이송관(1) 내벽면과 같은 주위 표면으로의 복사 열손실 을 보정하여, 열전대(20) 설치지점에서의 기체온도를 용이하게 산출할 수 있다.As described above, by using the temperature detected from the two thermocouples 20, the radiant heat loss from the surface of the thermocouple 20 to the surrounding surface such as the inner wall surface of the gas transfer pipe 1 is corrected, where the thermocouple 20 is installed. The gas temperature at can be easily calculated.

그러면, 상기 기체온도 산출방법에 대한 상세한 내용을 설명하기로 한다.Then, the details of the gas temperature calculation method will be described.

먼저, 앞에서 기체가 유동하는 관 내에 열전대(20)가 삽입된 상태에서 에너지 평형을 고려하면 다음과 같다.First, considering the energy balance in the state in which the thermocouple 20 is inserted into the tube through which the gas flows as follows.

기체로부터의 대류 열전달과 열전대(20) 표면에서 주위 표면 즉, 관의 내벽면으로의 복사 열전달은 아래의 수학식 1과 같이 서로 에너지 평형을 이루게 된다.Convective heat transfer from the gas and radiant heat transfer from the surface of the thermocouple 20 to the surrounding surface, that is, the inner wall of the tube, make energy balance with each other as shown in Equation 1 below.

Figure 112009082072518-pat00002
Figure 112009082072518-pat00002

(여기서, h : 대류열전달계수, A : 열전달면적, ε : 복사율, σ : 슈테판볼츠만 상수, Tg : 기체온도, Tt : 열전대온도, Ts : 주위 표면온도)(Where h: convective heat transfer coefficient, A: heat transfer area, ε: emissivity, σ: Stefan Boltzmann constant, T g : gas temperature, T t : thermocouple temperature, T s : ambient surface temperature)

여기에서, 직경이 다른 두 개의 열전대(20)가 기체의 유동방향에 수직으로 배열되므로, 각 열전대(20)에 대하여 상기 수학식을 본 발명에 적용하면 다음의 수학식 2 및 수학식 3을 얻을 수 있다(각각의 열전대는 아랫첨자 1과 2로 구분).Here, since two thermocouples 20 having different diameters are arranged perpendicular to the flow direction of the gas, the following equations 2 and 3 are obtained by applying the above equations to the present invention for each thermocouple 20. Each thermocouple can be subdivided into subscripts 1 and 2.

Figure 112009082072518-pat00003
Figure 112009082072518-pat00003

Figure 112009082072518-pat00004
Figure 112009082072518-pat00004

상기 수학식 2와 수학식 3을 연립하여 풀면 아래의 수학식 4를 얻을 수 있다.When equations 2 and 3 are solved together, equation 4 below can be obtained.

Figure 112009082072518-pat00005
Figure 112009082072518-pat00005

여기서, 각 열전대(20)에 대한 대류 열전달 계수(h1, h2)는 기체의 유동 속도와 해당 열전대(20)의 직경에 의해 결정되며, 복사율(ε)은 열전대(20)의 재질에 따라 구해지므로, 상기 수학식 4에 각 열전대(20)의 검출온도(T1, T2)와 각 열전대(20)에 대한 기체의 대류 열전달 계수(h1, h2)및 열전대(20)의 복사율(ε)을 대입하면, 기체온도측정기가 삽입된 위치에서의 기체 온도를 최종적으로 산출할 수 있다.Here, the convective heat transfer coefficients h 1 and h 2 for each thermocouple 20 are determined by the flow rate of the gas and the diameter of the thermocouple 20, and the emissivity ε is determined according to the material of the thermocouple 20. Since the temperature of the thermocouple 20 is detected, T 1 and T 2 , the convective heat transfer coefficients h 1 and h 2 of the gas for each thermocouple 20, and the radiation rate of the thermocouple 20 are represented by Equation 4 above. Substituting (ε), the gas temperature at the position where the gas temperature measuring instrument is inserted can be finally calculated.

한편, 지지부와 수평부로 나누어지는 열전대(20)의 구체적인 구성요소를 살펴보면, 두 금속이 접합된 열전대센서용 세라믹봉(26)과, 상기 세라믹봉(26)을 감싸는 가이드튜브(28)를 포함한다.On the other hand, when looking at the specific components of the thermocouple 20 divided into a support and a horizontal portion, it includes a ceramic rod 26 for the thermocouple sensor bonded to the two metals, and a guide tube 28 surrounding the ceramic rod 26. .

여기에서, 상기 열전대(20)는 전압값을 여러구간에 걸쳐 온도대 전압 비를 알아서 전압계의 전압눈금을 온도눈금으로 바꾸어 온도로 직독하게 하여 활용되는 전압계이다.Here, the thermocouple 20 is a voltmeter used by reading the temperature value voltage ratio over a period of time to change the voltage scale of the voltmeter to a temperature scale to read directly to the temperature.

상기 열전대센서용 세라믹봉(26)은, 제베크 효과에 따라 열기전력을 발생시키도록, 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합되어 구성된다.The ceramic rod 26 for the thermocouple sensor is configured by joining two different types of metals therein to generate thermoelectric power according to the Seebeck effect.

또한, 상기 가이드튜브(28)는 열전대센서용 세라믹봉(26)의 외벽을 둘러싼다.In addition, the guide tube 28 surrounds the outer wall of the ceramic rod 26 for thermocouple sensors.

이와 같은 열전대센서용 세라믹봉(26)과 가이드튜브(28)는 상기 지지부(22)와 수평부(24)의 내부를 따라 배치된다.The ceramic rod 26 and the guide tube 28 for the thermocouple sensor is disposed along the interior of the support 22 and the horizontal portion 24.

그리고, 본 발명은 기체이송관(1)의 관벽을 통과하면서 고정되며, 중공(42a)을 통해 상기 열전대(20)가 통과하면서 고정설치된 하우징(40)을 더 포함한다.In addition, the present invention further includes a housing 40 fixed while passing through the pipe wall of the gas transfer pipe 1 and fixed while the thermocouple 20 passes through the hollow 42a.

이러한 하우징(40)은, 중공(42a)을 가진 튜브(42), 상기 튜브(42)를 덮는 덮개(44), 및 상기 튜브(42)의 중공(42a)에 삽입설치된 밀폐체(46)를 구비한다.The housing 40 includes a tube 42 having a hollow 42a, a lid 44 covering the tube 42, and a sealing body 46 inserted into the hollow 42a of the tube 42. Equipped.

이때, 상기 튜브(42)는 기체이송관(1)에 용이하게 탈착가능하도록 체결부위에 나사부(49)가 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the tube 42 is preferably a screw portion 49 is formed on the fastening portion to be easily removable to the gas transfer pipe (1).

상기 덮개(44)는 중공(42a)에 의해 개구된 튜브(42)의 일측부를 덮도록 체결되며, 튜브(42)의 중공(42a)과 연통되도록 통과홀(44a)이 형성된다.The cover 44 is fastened to cover one side of the tube 42 opened by the hollow 42a, and a through hole 44a is formed to communicate with the hollow 42a of the tube 42.

또한, 상기 밀폐체(46)는 튜브(42)의 중공(42a)에 삽입설치되며, 내부에 열전대(20)가 통과하면서 고정되도록 고정홀(46a)이 형성된다.In addition, the sealing member 46 is inserted into the hollow 42a of the tube 42, and a fixing hole 46a is formed to be fixed while the thermocouple 20 passes therein.

이러한 밀폐체(46)는 기체이송관(1) 내부의 기체가 외부로 유출되지 않도록 밀폐하는 역할을 한다.The seal 46 serves to seal the gas inside the gas transfer pipe 1 so that it does not flow out.

그리고, 상기 하우징(40)은 상기 튜브(42)와 밀폐체(46) 사이에 배치되어, 튜브(42)에 대한 밀폐체(46)의 고정력을 높이는 고정링(48)을 더 구비한다.In addition, the housing 40 further includes a fixing ring 48 disposed between the tube 42 and the sealing body 46 to increase the fixing force of the sealing body 46 with respect to the tube 42.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 기체온도측정기를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a gas temperature measuring device according to another preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 플랜지(82)를 구비하는 기체측정관(80)과, 상기 기체측정관(80)에 설치된 두 개의 상기 열전대(20)를 포함한다.Referring to the drawings, it includes a gas measuring tube 80 having a flange 82, and the two thermocouples 20 installed in the gas measuring tube (80).

이때, 상기 열전대(20)는 단부가 기체측정관(80) 내에 배치되도록 기체측정관(80)의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부(22)와, 상기 지지부(22)의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체측정관(80)의 길이방향으로 배치되며 온도측정단이 장착된 수평부(24)를 각각 구비한다.At this time, the thermocouple 20 is bent from the end of the support 22 and the support 22 is installed through the pipe wall of the gas measuring tube 80 so that the end is disposed in the gas measuring tube 80 It is provided with a horizontal portion 24 is disposed in the longitudinal direction of the gas measuring tube 80, the temperature measuring stage is mounted.

이와 같이 구성되는 기체온도측정기는, 기체측정관(80)의 플랜지(82)에 의해 측정하고자 하는 기체가 이송되는 기체이송관(1)의 플랜지(2)와 탈착가능함에 따라, 열전대(20)가 기체측정관(80)에 장착된 조립체, 즉 하나의 유닛으로서 용이하 게 활용될 수 있다.The gas temperature measuring device configured as described above is detachable from the flange 2 of the gas transfer pipe 1 through which the gas to be measured is transferred by the flange 82 of the gas measurement tube 80. The assembly mounted on the gas measuring tube 80, that is, can be easily utilized as a unit.

여기에서, 상기 열전대(20)의 구체적인 구성 및 기체측정관(80)의 체결홀(80a)을 통해 설치되는 하우징(40)의 구성은 상술한 실시예와 동일하기 때문에, 이에 대해서는 생략하기로 한다.Here, the specific configuration of the thermocouple 20 and the configuration of the housing 40 installed through the fastening hole 80a of the gas measuring tube 80 are the same as in the above-described embodiment, and thus the description thereof will be omitted. .

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 기체온도측정방법은, 상기와 같이 구성되는 두 개의 열전대(20)를 기체이송관(1)에 하우징(40)을 통해 기체이송관(1)에 설치하는 단계, 및 각각의 상기 열전대(20)에서 검출되는 온도를 이용하여 각각의 상기 열전대(20) 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정함에 따라 기체온도를 산출하는 단계를 포함하여 진행되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the gas temperature measuring method according to another aspect of the present invention, the step of installing two thermocouples 20 configured as described above in the gas transfer pipe (1) through the housing 40 to the gas transfer pipe (1), and Calculating the gas temperature by correcting the radiant heat loss from the surface of each of the thermocouples 20 to the surrounding surface by using the temperature detected in each of the thermocouples 20.

결과적으로, 본 발명은, 열전대(20)의 온도측정단에 의해 측정된 온도가 전도되는 과정에서, 수평부(24)의 구성으로 인하여 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄이고, 각각의 상기 열전대(20) 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출할 수 있다.As a result, the present invention, in the process of conducting the temperature measured by the temperature measuring stage of the thermocouple 20, due to the configuration of the horizontal portion 24, the heat conduction loss is reduced as the isothermal portion is widened, respectively, The gas temperature can be calculated by correcting the radiant heat loss from the surface of the thermocouple 20 to the surrounding surface.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

도 1은 종래기술에 따른 열전대를 이용하여 기체의 온도를 측정하는 것을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the measurement of the temperature of the gas using a thermocouple according to the prior art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체온도측정기가 기체이송관에 설치된 것을 나타낸 도면이다.2 is a view showing that the gas temperature measuring device according to a preferred embodiment of the present invention is installed in the gas transfer pipe.

도 3은 도 2의 기체온도측정기를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a gas temperature measuring instrument of FIG.

도 4는 도 3의 기체온도측정기를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the gas temperature meter of FIG.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 기체온도측정기를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a gas temperature measuring device according to another preferred embodiment of the present invention.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>DESCRIPTION OF THE REFERENCE SYMBOLS

1 : 기체이송관 20 : 열전대1: gas transfer pipe 20: thermocouple

22 : 지지부 24 : 수평부22: support portion 24: horizontal portion

26 : 열전대센서용 세라믹봉 28 : 가이드튜브26: ceramic rod for thermocouple sensor 28: guide tube

40 : 하우징 42 : 튜브40 housing 42 tube

44 : 덮개 46 : 밀폐체44 cover 46 sealed body

48 : 고정링 60 : 스페이서48: retaining ring 60: spacer

80 : 기체측정관 82 : 플랜지80: gas measuring tube 82: flange

Claims (17)

삭제delete 단부가 기체이송관 내에 배치되도록, 상기 기체이송관의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부;A support part installed through the pipe wall of the gas transfer pipe so that an end portion is disposed in the gas transfer pipe; 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체이송관의 길이방향으로 배치되며, 온도측정단을 구비하는 수평부;를 각각 구비하는 두 개의 열전대;Two thermocouples each including a horizontal portion bent from an end of the support portion and disposed in the longitudinal direction of the gas transfer tube, the horizontal portion having a temperature measuring stage; 상기 기체이송관의 관벽을 통과하면서 고정되며, 중공을 통해 상기 열전대가 통과하면서 고정설치된 하우징; 및A housing fixed while passing through the pipe wall of the gas transfer pipe, and fixed while the thermocouple passes through the hollow; And 두 개의 상기 열전대의 수평부가 이격되어 끼워지도록 끼움홀이 형성된 스페이서;를 포함하며,And a spacer having fitting holes formed so that the two horizontal parts of the thermocouple are spaced apart from each other. 상기 열전대의 수평부에 의해 등온부분이 넓혀짐에 따라 열전도 손실을 줄이고, 각각의 상기 열전대 표면으로부터 주위 표면으로의 복사 열손실을 보정하여 기체온도를 산출하며,As the isothermal portion is widened by the horizontal portion of the thermocouple, the heat conduction loss is reduced, and the gas temperature is calculated by correcting the radiant heat loss from each of the thermocouple surfaces to the surrounding surface. 상기 열전대는,The thermocouple is, 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합된 열전대센서용 세라믹봉; 및Ceramic rods for thermocouple sensors in which two metals of different types are bonded inside; And 상기 열전대센서용 세라믹봉의 외벽을 둘러싸는 가이드튜브;를 포함하며,And a guide tube surrounding an outer wall of the ceramic rod for the thermocouple sensor. 상기 하우징은,The housing, 중공을 가진 튜브;A tube with a hollow; 상기 중공에 의해 개구된 상기 튜브의 일측부를 덮도록 체결되며, 상기 튜브의 중공과 연통되도록 통과홀이 형성된 덮개; 및A cover fastened to cover one side of the tube opened by the hollow and having a through hole to communicate with the hollow of the tube; And 상기 튜브의 중공에 삽입설치되며, 내부에 상기 열전대가 통과하면서 고정되도록 고정홀이 형성된 밀폐체를 포함하며,It is inserted into the hollow of the tube, and includes a sealed body formed with a fixing hole to be fixed while passing through the thermocouple therein, 상기 열전대센서용 세라믹봉과 가이드튜브는 상기 지지부와 수평부의 내부를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기.The thermocouple sensor for the ceramic rod and the guide tube is characterized in that the gas temperature measuring unit is arranged along the inside of the horizontal portion. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 하우징은,The housing, 상기 튜브와 밀폐체 사이에 배치되어, 상기 튜브에 대한 상기 밀폐체의 고정력을 높이는 고정링;A fixing ring disposed between the tube and the sealing body to increase a fixing force of the sealing body to the tube; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기.Gas temperature measuring instrument further comprises. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 두 개의 상기 열전대의 지지부는 서로 다른 방향으로 배치되며,Supports of the two thermocouples are arranged in different directions, 각각의 상기 열전대가 상기 기체이송관의 관벽을 통과하면서 고정되도록 상기 하우징이 두 개가 구성되는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기.Gas housing is characterized in that the two housings are configured such that each of the thermocouple is fixed while passing through the pipe wall of the gas transfer pipe. 삭제delete 플랜지를 구비하는 기체측정관;A gas measuring tube having a flange; 단부가 상기 기체측정관 내에 배치되도록 상기 기체측정관의 관벽을 통과하여 설치되는 지지부와, 상기 지지부의 단부로부터 절곡연장되어 상기 기체측정관의 길이방향으로 배치되며 온도측정단이 장착된 수평부를 각각 구비하는 두 개의 열전대;A support portion installed through the gas wall of the gas measurement tube so that an end portion is disposed in the gas measurement tube, and a horizontal portion bent from the end of the support portion and arranged in the longitudinal direction of the gas measurement tube and equipped with a temperature measuring end Two thermocouples; 상기 기체측정관의 관벽을 통과하면서 고정되며, 중공을 통해 상기 열전대가 통과하면서 고정설치되며, 중공을 가진 튜브, 상기 중공에 의해 개구된 상기 튜브의 일측부를 덮도록 체결되며, 상기 튜브의 중공과 연통되도록 통과홀이 형성된 덮개 및 상기 튜브의 중공에 삽입설치되며, 내부에 상기 열전대가 통과하면서 고정되도록 고정홀이 형성된 밀폐체를 포함하는 하우징; 및It is fixed while passing through the pipe wall of the gas measuring tube, the thermocouple is fixedly installed while passing through the hollow, the tube having a hollow, is fastened to cover one side of the tube opened by the hollow, and the hollow of the tube A housing including a cover having a through hole formed therein so as to communicate with the cover, and a housing inserted into the hollow of the tube and having a sealing hole formed therein so as to be fixed while passing through the thermocouple; And 두 개의 상기 열전대의 수평부가 이격되어 끼워지도록 끼움홀이 형성된 스페이서를 포함하며,A spacer having fitting holes formed so that the horizontal portions of the two thermocouples are spaced apart from each other; 상기 기체측정관의 플랜지는, 측정하고자 하는 기체가 이송되는 기체이송관의 플랜지와 탈착가능하며, 상기 열전대는 내부에 서로 다른 종류의 두 금속이 접합된 열전대센서용 세라믹봉; 및 상기 열전대센서용 세라믹봉의 외벽을 둘러싸는 가이드튜브;를 포함하며,The flange of the gas measuring tube, the removable gas and the flange of the gas transfer pipe to be transported, the thermocouple is a ceramic rod for thermocouple sensor in which two different metals are bonded therein; And a guide tube surrounding an outer wall of the ceramic rod for the thermocouple sensor. 상기 열전대센서용 세라믹봉과 가이드튜브는 상기 지지부와 수평부의 내부를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기The thermocouple sensor ceramic rod and the guide tube is disposed along the interior of the support portion and the horizontal gas temperature measuring instrument 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 하우징은,The housing, 상기 튜브와 밀폐체 사이에 배치되어, 상기 튜브에 대한 상기 밀폐체의 고정력을 높이는 고정링;A fixing ring disposed between the tube and the sealing body to increase a fixing force of the sealing body to the tube; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기.Gas temperature measuring instrument further comprises. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 두 개의 상기 열전대의 지지부는 서로 다른 방향으로 배치되며,Supports of the two thermocouples are arranged in different directions, 각각의 상기 열전대가 상기 기체측정관의 관벽을 통과하면서 고정되도록 상기 하우징이 두 개가 구성되는 것을 특징으로 하는 기체온도측정기.And two housings configured to fix each of the thermocouples while passing through the pipe wall of the gas measuring tube. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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