KR101514048B1 - 열전대 온도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제베크 효과(seebeck effect)를 이용하여 특정 지점의 온도를 측정하는 열전대 온다 측정 장치에 관한 것으로, 측온 접점부가 보호관의 첨단부에 형성된 장착공의 개구부 상에 고정됨으로써, 정밀 온도 측정 및 빠른 응답 속도를 보장하고, 이로 인해 노출되는 시스 열전대를 안전하게 보호하여 사용 수명을 증대시킬 수 있도록 장착공의 개구부를 용접 처리된 용접부와, 상기 용접부 및 첨단부의 외측면을 도금 처리한 도금부로 구성된 보호층을 포함하는 열전대 온도 측정 장치에 관한 것이다.

Description

열전대 온도 측정 장치{THERMO COUPLE}

본 발명은 제베크 효과(seebeck effect)를 이용하여 특정 지점의 온도를 측정하는 열전대 온다 측정 장치에 관한 것으로, 측온 접점부가 보호관의 첨단부에 형성된 장착공의 개구부 상에 고정됨으로써, 정밀 온도 측정 및 빠른 응답 속도를 보장하고, 이로 인해 노출되는 시스 열전대를 안전하게 보호하여 사용 수명을 증대시킬 수 있도록 장착공의 개구부를 용접 처리된 용접부와, 상기 용접부 및 첨단부의 외측면을 도금 처리한 도금부로 구성된 보호층을 포함하는 열전대 온도 측정 장치에 관한 것이다.

석유, 화학 플랜트 또는 화력, 원자력 발전소 등과 같이 고온, 고압의 설비를 사용하는 현장 또는 카본과 고무를 합성하여 제품을 생산하는 현장 등에서 배관의 표면 및 배관 내부를 흐르는 유체의 온도와, 노 내부의 온도를 측정하는 것은 반응 속도의 제고를 통한 제어의 안정성 측면에서 중요하다고 할 수 있는데, 이러한 온도 측정용 센서로서 열전대 온도 측정 장치가 널리 사용되고 있다.

일반적으로 열전대 온도 측정 장치는 제베크 효과(seebeck effect)에 의해서 발생하는 기전력을 이용하여 전기 신호 방식으로 측온 지점의 온도를 검출하는 것으로, 여러 산업 현장에서 두루 사용되고 있다.

열전대 온도 측정 장치 기술 분야에서 특정 합금의 조합이 산업 표준으로서 널리 사용되고 있는 바, 비용, 이용 가능성, 사용상의 편리성, 융점, 화학적 특성, 내구성 및 출력, 특히 측정 가능한 온도 범위와 요구되는 정밀도, 그리고 빠른 반응 시간 등에 따라 적절한 합금 조압을 갖는 열전대, 예를 들어 K-타입, E-타입, J-타입, N-타입 및 플래티늄 타입 B, R 및 S 등이 사용될 수 있다.

대표적으로 이와 같은 열전대 온도 측정 장치가 사용되는 타이어 제조 공정은 고무의 화학적 물리적 결합을 위한 활성화 에너지를 얻기 위하여 높은 온도가 사용되는 공정인데, 고무와 약품을 혼합하는 정련 공정이나, 타이어의 가교 반응을 일으키는 가류 공정의 경우, 적정 수준의 온도 유지가 필요하며, 이를 위하여 각 설비마다 열전대 온도 측정 장치가 설치되어 있어 적정 온도를 유지하게 된다.

이러한 열전대 온도 측정 장치는 나란히 늘어선 한 쌍의 열전대 금속 소선으로 이루어지며, 열전대 금속 소선들이 웰딩 접합된 부위가 측온 접점부를 형성하게 되고, 두 소선 중 하나의 소선(냉접점)의 온도를 0℃로 유지하면 두 소선 사이에 기전력이 발생하여, 측정된 기전력을 이용해 온도를 측정하게 된다.

이때 열전대 온도 측정 장치는 고온 환경의 온도 측정에 주로 사용되기 때문에 측온 접점부를 형성하는 열전대 금속 소선들을 보호하기 위해 스테인리스(SUS) 재질의 시스 열전대로 둘러싸여 보호된다.

도 1은 종래의 열전대 온도 측정 장치를 개략적으로 나타낸다(이하 종래의 시스 열전대를 설명하기 위한 도 1a와, 시스 열전대가 보호관에 의해 보호되는 것을 설명하기 위한 도 1b 및 본 발명의 설명을 위한 도 2 내지 도 4의 도면부호는 서로 무관함.). 도 1a에 도시된 열전대 온도 측정 장치는 시스 열전대에 한 쌍의 열전대 금속 소선(31,32)이 삽입되어, 열전대 금속 소선들이 접합되는 측온 접점부(33)가 형성된다.

이때 시스 열전대에서 측온 접점부(33)를 둘러싸고 있는 끝단부(36)는 시스 열전대의 몸체(34) 외경보다 작게 형성된다. 즉, 시스 열전대의 끝단부, 측온 접점부(33)를 둘러싼 부위는 끝단으로 갈수록 외경이 좁아지는 형태이다.

이는 배관의 외측에서 내부까지 열전대를 설치할 때의 마모를 감소시킴과 동시에, 측온 접점부(33)와 외부 측정 대상물 사이의 간격을 최소한으로 하여, 보다 빠른 시간에 정밀한 온도 측정이 이루어지도록 하기 위함이다.

하지만 이 경우에도 측온 접점부(33)를 둘러싼 시스 열전대의 끝단부(36)가 설치 중 마모되어 기밀성이 파괴되기 쉽기 때문에 사용 수명이 단축되는 문제점이 있으며,

특히 약 1600℃의 이상의 매우 높은 고온, 고압의 유체가 유동하는 배관에 설치될 경우, 종래의 시스 열전대만으로 충분한 내구성을 보장할 수 없기 때문에, 시스 열전대의 내구성 확보가 특히 요구되는 설비에서는 시스 열전대를 보호관에 내삽하여 설치함으로써, 내구성을 보장하고 있다.

즉, 특히 높은 내구성을 요구하는 설비에서는 도 1b에 도시된 바와 같이, 시스 열전대(22)를 소정 두께 이상의 보호관(24,30)의 내부에 삽입하여 내구성을 확보한다.

그러나 도 2와 같은 경우, 보호관(24,26, 30)을 통한 내구성 확보에는 바람직하나, 결국 측온 접점부를 둘러싼 보호관의 두께로 인하여, 유체의 온도 측정 반응 속도가 느려져 온도 측정 및 제어의 정밀성이 떨어진다. 즉, 열전대 온도 측정 장치의 감도가 떨어진다.

이러한 열전대 온도 측정 장치의 감도 저하는 생산하려는 제품의 질적 저하를 유발하는 주된 요인이 된다. 즉, 상기한 일례인 타이어 제조 공정에서 열전대 온도 측정 장치의 감도 저하는 고무질의 질적 저하로 직결되기 때문에,

온도 측정의 감도를 높게 유지함과 동시에 충분한 내구성을 보장하여 열전대 온도 측정 장치의 사용 수명을 증대시킬 수 있는 기술의 필요성이 대두되었다.

참고로, 열전대에 관한 종래 기술로써, 대한민국 등록특허 제10-1401941호(2014.05.26.) "다중 열전대 조립체", 등록특허 제10-1289102호(2013.07.17.) "미분단 이송배관의 온도측정장치", 등록특허 제10-1155934호 "내열성 열전대용 콘넥터 및 이를 구비한 화력 발전소용 열전대" 등이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

보호관에서 직경이 얇은 첨단부의 내구성을 향상시켜, 사용 수명을 증대시킴과 아울러, 특정 지점에 대한 온도 측정이 빠르고 정확하게 이루어질 수 있도록 시스 열전대가 장착되는 보호관의 첨단부에 형성된 장착공이 외부와 연통되어 있으며, 상기 장착공의 개구부를 용접 처리한 용접부와, 상기 용접부 및 상기 첨단부의 외측면을 도금 처리한 도금부로 구성된 보호층을 포함하여 이루어지는 열전대 온도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 시스 열전대의 측온 접점부 부위가 아닌 다른 부위가 보호관에 접촉되어 온도 측정을 간섭받는 것을 방지할 수 있도록 시스 열전대가 내삽되는 중공부의 직경이 장착공의 직경보다 넓게 형성되어 시스 열전대와 보호관의 몸체가 서로 비접촉되는 열전대 온도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 시스 열전대와, 열전대 금속 소선들의 연결부를 보호하고, 절연성을 확보할 수 있도록 시르 열전대에 열경화성수지가 충진된 절연관이 구비되어 있는 열전대 온도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 시스 열전대에 고정되는 열전대 금속 소선들의 파손을 방지할 수 있도록 상기 절연관 외측에 코일스프링이 구비되어 있는 열전대 온도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는

열전대 금속 소선들 사이의 기전력을 측정하여 특정 지점의 온도를 측정하는 열전대 온도 측정 장치에 있어서,

한 쌍의 열전대 금속 소선이 연결된 온도 지시계가 내장되는 하우징과,

상기 하우징 일측에 결합되며, 길이 방향으로 관통 형성된 중공부를 갖는 몸체와, 상기 몸체의 끝단부에서 상기 중공부와 연결되어 외부와 연통된 장착공을 갖는 첨단부로 구성된 보호관으로 이루어진 본체;

내부에 상기 열전대 금속 소선들과, 상기 열전대 금속 소선들이 접지되어 형성된 측온 접점부가 내장되어 있으며, 상기 중공부를 통과하여 측온 접점부가 상기 장착공 상에 삽입되도록 고정되는 시스 열전대; 및

상기 시스 열전대가 상기 첨단부 외측으로 노출되지 않도록, 상기 장착공의 개구부를 용접 처리한 용접부와, 상기 용접부 및 상기 첨단부의 외측면을 도금 처리한 도금부로 구성되는 보호층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치에서 상기 중공부는 상기 장착공보다 직경이 넓게 형성되어 상기 시스 열전대가 상기 보호관의 몸체에 비접촉되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치에서 상기 시스 열전대는 상기 열전대 금속 소선들과의 연결부를 감싸는 절연관을 더 포함하고,

상기 절연관은 내부에 열경화성수지가 충진되어 있는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치에서 상기 절연관은 상기 열전대 금속 소선들을 감싸면서 외측으로 노출되는 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는 열전대 금속 소선들이 연결되어 형성된 측온 접점부를 보호하는 시스 열전대가 보호관의 외부와 연통된 장착공 상에 삽입되어 장착되도록 함으로써, 특정 지점의 온도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있으며, 시스 열전대가 노출되는 보호관에서 두께가 상대적으로 얇은 첨단부에 장착공의 개구부를 용접시킨 용접부와, 이를 둘러싼 도금부로 구성된 보호층을 형성하여, 시스 열전대가 파손되는 것을 방지하여 열전대 온도 측정 장치의 사용 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는 보호관의 중공부가 장착공보다 직경이 넓기 때문에 시스 열전대가 보호관에 접촉되지 않아, 온도 간섭을 최소화할 수 있어 온도 측정 오차를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는 시스 열전대와, 열전대 금속 소선들의 연결부 상에 열경화성수지가 충진된 절연관이 구비되어 열전대 소선을 보호함과 동시에, 절연성을 향상시킬 수 있다.

나아가 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는 절연관 외측으로 노출된 코일스프링을 통해 열전대 금속 소선들이 접히거나 구부려져 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1a는 종래의 열전대 온도 측정 장치를 설명하기 위한 도면.
도 1b는 시스 열전대가 보호관에 장착되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치의 측면도 및 요부 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치의 시스 열전대의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치의 설치예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치에 케이블 그립이 결합되는 것을 설명하기 위한 도면 및 케이블 그립의 요부 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 열전도 온도 측정 장치에 케이블 그립이 결합되는 상태를 설명하기 위한 단면도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 3을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 이를 기준으로 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전대 온도 측정 장치는 고온, 고압의 유체가 흐르는 배관(P) 등에 설치하여, 열전대 금속 소선들 사이의 기전력을 측정하여 특정 지점의 온도를 측정하는 열전대 온도 측정 장치에 관한 것으로,

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 크게, 배관(P)에 삽입되는 보호관(15)과 배관 외부로 노출되는 하우징(11)으로 구성된 본체(10)와, 열전대 금속 소선(21,22)을 감싸면서 상기 보호관(15)에 내삽되는 시스 열전대(20) 및 상기 보호관(15)의 첨단부(18)에 형성된 보호층(30)으로 구성된다.

먼저 상기 본체(10)는 보호관(15)이 배관에 삽입된 상태로 설치되는데, 이 경우,

도 4와 같이, 보호관(15)의 외주면 상부에 나사부(16a)가 구비되어 배관(P)에 직접 나사 결합하여 설치되거나,

또는 도면에 도시되지 않았으나, 보호관(15)의 외주면 상에 별도의 원판 형상의 체결판(미도시)이 더 결합된 상태에서, 배관과 체결판을 볼트 결합하여 설치되거나,

또는 도면에 도시되지 않았으나, 하우징(11) 자체에 별도의 설치부재(미도시)가 구비되어 배관과 설치부재를 볼트 결합하여 설치될 수 있다.

이러한 설치 방식의 차이점은 배관 등의 설치대상물의 구조, 형상 등에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있는 것이므로, 상기한 설치 방식 외에 다양한 방식으로 설치될 수 있음은 물론이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(11)에는 온도 지시계(미도시)가 내장되며, 상기 온도 지시계는 한 쌍의 열전대 금속 소선(21,22)들이 접속되어 하나의 금속 소선을 냉접점(0℃)으로 일정하게 유지한 상태에서 열전대 금속 소선(21,22)들에 전원을 인가하여 발생되는 기전력을 측정함으로써, 열전대 금속 소선(21,22)들의 끝단부가 서로 접지되어 형성된 측온 접점부(23)의 온도를 측정할 수 있다.

상기 온도 지시계가 기전력을 측정하는 방식은 무빙 코일형, 전자식, 오토 밸런싱형, 포텐쇼 미터형 측정 방식 등 공지된 다양한 방식이 활용될 수 있다.

이밖에 상기 하우징(11)에는 온도 지시계에서 측정된 온도를 디지털 신호로 전환하여, 메인 컨트롤부(미도시)로 전송할 수 있는 통신기기 등이 더 구비될 수 있다.

상기 통신기기는 유무선 모두 활용될 수 있음은 물론이며, 온도 지시계 자체에 통신 기능이 부여된 형태 또한 가능하다.

상기 하우징(11)은 하측 개구부(11a)에 보호관(15)이 나사 결합되며, 유선 연결이나 전원 공급 케이블 등을 위한 측면 개구부(11b; 도 6 참고.)가, 온도 지시계의 유지보수 등을 위한 상측 개구부(미지칭)와 연통된 구조로, 각각의 개구부에는 제1, 제2 캡부재(12, 13)가 결합되어 개구부를 개폐할 수 있도록 한다.

미설명 부호 13a는 제2 캡부재(13)의 분실을 방지하기 위한 고리이고, 제1 캡부재(12)의 경우 측면 개구부(11b)상에 케이블 라인이 직접 나사 결합되면 별도 보관될 수 있다.

이어서 상기 보호관(15)은 스테인리스(SUS) 재질의 몸체(16)로 이루어지고, 몸체(16)의 끝단부(도면 상 하측)를 가공하여 몸체(16)보다 얇은 직경을 갖는 첨단부(18)가 형성된다.

그리고 몸체(16)와 첨단부(18)를 길이방향으로 드릴 천공하여, 각각 중공부(17)와 장착공(19)이 형성되는데, 이때 상기 중공부(17)의 직경이 장착공(19)의 직경보다 넓게 가공된다.

또 상기 장착공(19)은 첨단부(18)의 단부까지 완전 천공되어 외부와 연통되어 보호관(15)의 내부공간이 길이방향으로 완전하게 관통 형성되는 구조를 갖는다.

다음으로 시스 열전대(20)는 상기 온도 지시계와 연결된 열전대 금속 소선(21, 22)들의 끝단부가 서로 접지되면서 형성된 측온 접점부(23)를 보호하기 위한 것으로써, 보호관(15)과 마찬가지로 스테인리스 제질로 제작된 봉 형상의 부재이다.

상기 열전대 금속 소선(21,22)들은 각각 서로 다른 종류의 다양한 금속 합금이 사용되며, 시스 열전대(20) 내부로 삽입되지 않는 부분은 피복재(21A, 22A)로 감싸지고, 시스 열전대(20) 내부에서 피복되지 않은 열전대 금속 소선(21,22)들이 나란히 배치된 상태에서 끝단부(도면 상 하측 단부)가 웰딩 접합 등의 방식으로 서로 접지되어 측온 접점부(23)가 형성된다.

상기 측온 접점부(23)는 열전대의 형태, 즉 접지형(미도시; 시스 열전대에 열전대 금속 소선들이 각각 접지되어 측온 접점부가 형성되는 방식), 비접지형(도 2와 같이, 열전대 금속 소선(21,22)들의 끝단부가 서로 접지된 상태에서 시스 열전대(20)에 접지되지 않는 방식), 노출형(미도시; 열전대 금속 소선들이 시스 열전대를 관통하여 외부로 노출된 상태에서 서로 접지되어 있는 방식)으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 시스 열전대(20)의 내부에는 내화성의 절연재(24, 예를 들어 MgO 또는 Al₂O₂등)가 채워져 내부에서 피복되지 않은 상태로 배치되는 열전대 금속 소선(21,22)들 간의 합선을 방지한다.

상기 시스 열전대(20)는 상기 중공부(17)를 통과하여 끝단부, 즉 측온 접점부(23)가 상기 장착공(19)에 삽입되어 고정된다.

상기 측온 접점부(23)는 시스 열전대(20)로 감싸진 상태에서 후술하는 보호층(30)에 의해 보호되는데, 첨단부(18)의 장착공(19)이 외부와 연통된 구조이므로, 측온 접점부(23)가 첨단부(18)에서 직경이 가장 좁은 부위에 노출되는 형태로 장착되기 때문에, 내부의 온도 변화를 빠르게 감지하여 온도 측정의 반응 시간을 단축함과 아울러 보호관(15)에 의한 온도 측정 간섭을 최소화함으로써 정밀한 온도 측정이 가능해진다.

또한 상술한 바와 같이, 상기 중공부(17)의 직경이 상기 장착공(19)의 직경보다 넓게 형성되므로 장착공(19)에 삽입된 시스 열전대(20) 부위(즉, 측온 접점부(23) 부위)를 제외한 나머지 부위는 보호관(15)의 몸체(16) 내측과 비접촉 상태가 유지되므로, 측온 접점부(23)를 제외한 나머지 열전대 금속 소선(21,22)들에 가해지는 온도의 영향을 최소화함으로써, 보호관(15)의 길이, 즉 시스 열전대(20)의 길이에 따라 사용자가 원하는 특정 지점에 대한 온도 측정을 보다 정밀하게 실시할 수 있다.

한편 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시스 열전대(20)는 상기 열전대 금속 소선(21,22)들과의 연결부를 감싸는 절연관(25)을 더 포함하고,

상기 절연관(25)은 내부에 열경화성수지(미도시)가 충진된다.

즉, 시스 열전대(20)로 삽입되는 열전대 금속 소선은 피복되지 않은 형태인데, 열전대 금속 소선이 피복되지 않은 부위가 시스 열전대(20) 외부로 그대로 노출될 경우 합선의 위험이 있다.

이에 시스 열전대(20)와, 열전대 금속 소선(21,22)들의 연결부, 즉 피복되지 않은 열전대 금속 소선 부위를 열경화성수지가 충진된 절연관(25)으로 감싸서 열전대 금속 소선(21,22)들의 합선을 방지함과 아울러 절연성을 확보할 수 있다.

이를 위해 열전대 금속 소선(21,22)들이 나란히 배열된 열전대 금속 시스를 절연관(25)에 끼워서 피복된 부외와 피복되지 않은 부위를 절연관(25) 내부에 배치한 상태에서 절연관(25) 내부에 열경화성수지를 충진하여 경화시킨다.

상기 절연관(25)에 충진되는 열경화성수지로는 대표적으로 에폭시 수지가 있으며, 절연성, 내화성, 내열성이 강한 다른 종류의 합성수지가 모두 사용될 수 있다.

또 상기 절연관(25)은 상기 열전대 금속 소선(21,22)들을 감싸면서 외측으로 노출되는 코일스프링(26)을 포함한다.

상기 코일스프링(26)은 상기 절연관(25)에 일부가 삽입된 상태에서 열경화성수지가 경화되면서 고정된다.

상기 코일스프링(26)은 압축되는 방향으로 탄성력이 발휘되어, 시스 열전대(20)를 보호관(15) 장착공(19)에 삽입하여 장착할 때 또는 장착 후 열전대 금속 소선(21,22)들을 온도 지시계와 연결할 때 열전대 금속 소선(21,22)들이 접히거나 구부려져 단락이 발생하는 것을 방지한다.

이때 도 2에 도시된 바와 같이, 시스 열전대(20)의 측온 접점부(23)는 장착공(19)에 삽입되어 고정되므로, 측온 접점부(23)(엄밀하게는 측온 접점부(23)를 감싼 시스 열전대(20)의 끝단부)가 보호관(15) 외부로 노출되는 형태이기 때문에 배관에 1600℃ 이상의 고온, 고압의 유체가 유동하는 경우, 시스 열전대(20)의 끝단부가 마모, 손상되어 측온 접점부(23)를 형성하는 열전대 금속 소선(21,22)들이 유체에 직접 노출될 위험이 있다.

이에 본 발명은 상기 보호관(15)의 첨단부(18)에 보호층(30)을 형성하여, 상기 시스 열전대(20)가 상기 첨단부(18) 외측으로 노출되지 않도록 함으로써, 내구성을 강화하였다.

이를 위하여 먼저 상기 장착공(19)의 개구부는 시스 열전대(20)가 장착공(19)에 삽입된 상태에서 용접 처리되어 용접부(31)가 형성된다.

상기 용접부(31)는 스테인리스(SUS) 용접 처리되는 것으로, 시스 열전대(20)를 보호함과 동시에, 시스 열전대(20)와 장착공(19) 사이의 간극을 밀봉하고, 시스 열전대(20)를 장착공(19) 상에 고정시키는 기능을 한다.

그리고 상기 용접부(31) 및 용접부(31)를 둘러싼 첨단부(18)의 외측면을 도금 처리하여 도금부(32)를 형성한다.

상기 도금부(32)는 탄화텅스텐(다른 명칭으로는 텅스텐 카바이드(tungsten carbide))로 도금 처리되어 용접부(31)와 첨단부(18)의 외측면을 감싸도록 형성되어 장착공(19)의 시스 열전대(20)를 보호할 수 있다.

따라서 본 발명은 측온 접점부(23)가 보호관(15)에서 직경이 제일 좁은 첨단부(18)에서도, 하부가 개구되어 보호관(15)으로 둘러싸이지 않는 부위(장착공(19)의 개구부)에 위치하게 되어 온도 변화에 빠르게 반응하면서 정밀한 온도 측정이 가능하며, 용접부(31)와 도금부(32)를 통해 몸체(16)보다 상대적으로 직경이 얇은 부위의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

한편 상술한 바와 같이, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(11)에는 전원 공급 케이블(C) 등을 위한 측면 개구부(11b)가 구비되어 있으며, 상기 측면 개구부(11b)에 제1 캡부재(12)가 결합되어 밀폐된다.

그리고 전원 공급 케이블(C) 등을 하우징(11)에 내장된 온도 지시계에 연결하기 위해선 상기 제1 캡부재(12)를 분리한 후 케이블(C)을 측면 개구부(11b)에 삽입하여 고정해야 하는데, 이때 케이블(C)의 끝단에 일반 나사 결합 방식의 고정부재를 채용하게 되면, 하우징(11)의 수밀성을 확보하기 위해 고정부재가 과도하게 잠기는 경우, 녹이 스는 등의 문제로 인하여 케이블(C) 등의 교체 시 고정부재가 풀리지 않을 수 있다.

이에 본 발명은 나사 결합 방식과 원터치 스냅 방식이 혼합된 케이블 그립(40)을 도입하여 상기와 같은 문제점을 해결하였다.

이를 위하여, 상기 케이블 그립(40)은

바디(41)와,

상기 바디(41)에 관통하여 결합되며, 상기 바디(41)의 일측으로 돌출되어 하우징(11)의 측면 개구부(11b)에 나사 결합되는 돌기부(42)와, 상기 돌기부(42)의 내측단과 연결되며 상기 바디(41)에서 내측으로 탄성 지지되고 내측면의 높이가 일측으로 경사진 원형사면부(43A)를 갖는 원형몸체(43)와, 상기 원형몸체(43)와 연결되어 상기 바디(41)의 타측으로 돌출되는 조임부(44)로 이루어지며, 길이방향으로 관통 형성되어 케이블(C)이 삽입, 통과되는 삽입홀(45A)이 형성된 체결부재(45)와,

상기 바디(41)의 내측면에서 돌설되어, 상기 원형사면부(43A)의 최하측 면부(43a)에 접촉되는 고리부(46A)를 갖는 가압돌기(46)를 포함하고,
상기 하우징(11)은

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측면 개구부(11b)의 나사공(11c) 상에 고정되며, 상기 돌기부(42)의 체결홈(42a)에 삽입되는 원형꼬임부(47A)를 갖는 탄성부재(47)와,

상기 나사공(11c)의 일측에 구비되며 상기 탄성부재(47)의 가압부(47a)를 가압하여 상기 원형꼬임부(47A)를 벌려주는 분리 버튼(48)을 포함한다.

먼저 상기 체결부재(45)는 돌기부(42)와 원형몸체(43)를 잇는 연결부(45B) 상에 코일스프링(49)이 결합되어 원형몸체(43)가 바디(41)의 내측으로 탄성 지지되도록 결합되며, 돌기부(42)의 일측 외주면에는 체결홈(42a)이 함몰 형성된다.

그리고 상기 가압돌기(46)는 상기 원형사면부(43A)의 최하측 면부(43a)부에 배치되어 체결부재(45)를 회전시키면, 고리부(46A)에 의하여 원형사면부(43A)가 외측으로 가압되면서, 체결부재(45)의 돌기부(42)가 하우징(11) 외측으로 돌출되면서 인출된다.

상기 탄성부재(47)는 일종의 토션 스프링으로, 원형꼬임부(47A)의 양측 단부가 벌어지는 방향, 즉, 원형꼬임부(47A)가 오므려지는 방향으로 탄성력이 발휘된다.

상기 탄성부재(47)의 일측 단부는 상기 나사공(11c)의 설치홈(11d)에 고정 결합되어 고정부(47b)로 기능하고, 타측 단부는 상기 나사공(11c)에서 하우징(11) 내측으로 노출되어 가압부(47a)로 기능한다.

그리고 케이블(C)을 하우징(11)에 고정 설치하는 경우, 케이블 그립(40)의 삽입홀(45A)에 케이블(C)을 삽입한 다음, 케이블(C)의 전선을 온도 지시계 등에 1차로 연결한 후, 케이블 그립(40)의 돌기부(42)를 나사공(11c)에 끼워서 조임부(44)를 시계 방향으로 회전시켜 케이블 그립(40)과 나사공(11c)의 1차 나사 결합(설명의 편의를 위하여, 도면에서는 돌기부(42)와 나사공(11c)에 구비되는 나사산을 생략하였으며, 이 경우 돌기부(42)의 나사산은 체결홈(42a) 상부에서 연결부(45B)까지의 구간에 형성됨.)이 이루어진다.

이렇게 케이블 그립(40)을 나사공(11c)에 1차 나사 결합시킨 후 조임부(44)를 계속 조이게 되면, 바디(41)는 측면 개구부(11b)에 접촉되어 더 이상 회전하지 못하게 되고, 결국 바디(41)가 측면 개구부(11b)에 고정된 상태에서 체결부재(45)만이 회전하여, 이에 따라 원형사면부(43A)가 회전하면서 최상측 면부(43b)가 고리부(46A) 위치로 회전하여, 체결부재(45)의 돌기부(42)가 나사공(11c)에 나사 결합된다.

그리고 돌기부(42)가 나사공(11c)에 결합되면서 원형꼬임부(47A)의 중공부(설명의 편의를 위하여, 도 6에서는 원형꼬임부(47A)의 중공부가 보이는 형태로 도시하였음.)에 진입하면, 원형꼬임부(47A)가 벌어지면서 돌기부(42)가 중공부를 통과하게 되고, 체결홈(42a)이 원형꼬임부(47A) 위치에 도달하면 탄성력에 의하여 원형꼬임부(47A)가 다시 오므려지면서 체결홈(42a)에 삽입되어 돌기부(42), 즉 체결부재(45)가 나사 결합과 함께 원터치 스냅 방식 2차 결합되어 케이블 그립(40)이 하우징(11)에 고정 결합된다.

이 상태에서는 코일스프링(49)의 압축에 의하여 바디(41)가 원형몸체(43)에서 측면 개구부(11b) 방향으로 가압되어, 탄성 지지되므로, 나사공(11c)의 수밀성이 확보되며, 체결부재(45)의 돌기부(42)는 탄성부재(47)에 구속되어 나사공(11c)을 따라 인출입이 불가능하므로 결국 체결부재(45)를 시계 반대 방향으로 회전될 수가 없기 때문에 하우징(11)과 케이블 그립(40)의 견고한 조립 상태가 유지된다.

또한 케이블(C) 등의 교체를 위하여 케이블 그립(40)을 하우징(11)에서 분리하는 경우, 작업자가 분리 버튼(48)을 누르면 탄성부재(47)의 가압부(47a)를 가압하여 원형꼬임부(47A)가 벌어지면서 체결홈(42a)에서 이탈하여 돌기부(42)의 구속이 해제된다.

그리고 이 상태에서 조임부(44)를 시계 반대 방향으로 회전시키면, 돌기부(42)가 나사공(11c)에서 풀리면서 체결홈(42a)이 원형꼬임부(47A)를 벗어나게 되고, 동시에 고리부(46A)에 가압된 원형사면부(43A)가 동반 회전하면서 최하측 면부(43a)가 고리부(46A) 위치로 회전하면서 탄성력에 의하여 돌기부(42)가 바디(41) 내측으로 인입되어, 바디(41)와 측면 개구부(11b) 사이의 가압이 해제되어, 케이블 그립(40)을 나사공(11c)에서 분리시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 구조의 케이블 그립(40)을 도입하여, 나사 결합과 원터치 스냅 방식의 체결이 동시에 이루어져, 케이블 그립(40)과 하우징(11)의 견고한 결합 및 수밀성을 확보하고, 동시에 케이블 그립(40)을 하우징(11)에서 쉽게 분리할 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 열전대 온도 측정 장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

P : 배관 P1 : 유체
10 : 본체 11 : 하우징
11a : 하측 개구부 12 : 제1 캡부재
13 : 제2 캡부재 13a : 고리
15 : 보호관 16 : 몸체
16a : 나사부 17 : 중공부
18 : 첨단부 19 : 장착공
20 : 시스 열전대 21, 22 : 열전대 금속 소선
21A, 22A : 피복재 23 : 측온 접점부
24 : 절연재 25 : 절연관
26 : 코일스프링
30 : 보호층 31 : 용접부
32 : 도금부
40 : 케이블 그립 41 : 바디
42 : 돌기부 43 : 원형몸체
44 : 조임부 45 : 체결부재
46 : 가압돌기 47 : 탄성부재
48 : 분리 버튼 49 : 코일스프링

Claims (4)

1. 열전대 금속 소선(21)(22)들 사이의 기전력을 측정하여 특정 지점의 온도를 측정하는 열전대 온도 측정 장치에 있어서,
   한 쌍의 열전대 금속 소선(21)(22)이 연결된 온도 지시계가 내장되는 하우징(11)과,
   상기 하우징(11) 일측에 결합되며, 길이 방향으로 관통 형성된 중공부(17)를 갖는 몸체(16)와, 상기 몸체(16)의 끝단부에서 상기 중공부(17)와 연결되어 외부와 연통된 장착공(19)을 갖는 첨단부(18)로 구성된 보호관(15)으로 이루어진 본체(10);
   내부에 상기 열전대 금속 소선(21)(22)들과, 상기 열전대 금속 소선(21)(22)들이 접지되어 형성된 측온 접점부(23)가 내장되어 있으며, 상기 중공부(17)를 통과하여 측온 접점부(23)가 상기 장착공(19) 상에 삽입되도록 고정되는 시스 열전대(20); 및
   상기 시스 열전대(20)가 상기 첨단부(18) 외측으로 노출되지 않도록, 상기 장착공(19)의 개구부를 용접 처리한 용접부(31)와, 상기 용접부(31) 및 상기 첨단부(18)의 외측면을 도금 처리한 도금부(32)로 구성되는 보호층(30);을 포함하여 이루어지되,
   상기 하우징(11)은 케이블(C) 연결을 위한 측면 개구부(11b)와, 상기 측면 개구부(11b)에 결합되는 제1 캡부재(12)를 포함하고,
   바디(41)와,
   상기 바디(41)에 관통하여 결합되며, 상기 바디(41)의 일측으로 돌출되어 상기 측면 개구부(11b)에 나사 결합되는 돌기부(42)와, 상기 돌기부(42)의 내측단과 연결되며 상기 바디(41)에서 내측으로 탄성 지지되고 내측면의 높이가 일측으로 경사진 최하측 면부(43a)와 촤상측 면부(43b)로 구성된 원형사면부(43A)를 갖는 원형몸체(43)와, 상기 원형몸체(43)와 연결되어 상기 바디(41)의 타측으로 돌출되는 조임부(44)로 이루어지며, 길이방향으로 관통 형성되어 케이블(C)이 삽입, 통과되는 삽입홀(45A)이 형성된 체결부재(45)와,
   상기 바디(41)의 내측면에서 돌설되어, 상기 원형사면부(43A)에 접촉되는 고리부(46A)를 갖는 가압돌기(46)를 포함하는 케이블 그립(40)을 더 포함하고,
   상기 하우징(11)은 상기 측면 개구부(11b)의 나사공(11c) 상에 고정되며, 상기 돌기부(42)의 체결홈(42a)에 삽입되는 원형꼬임부(47A)를 갖는 탄성부재(47)와,
   상기 나사공(11c)의 일측에 구비되며 상기 탄성부재(47)의 가압부(47a)를 가압하여 상기 원형꼬임부(47A)를 벌려주는 분리 버튼(48)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중공부(17)는 상기 장착공(19) 보다 직경이 넓게 형성되어 상기 시스 열전대(20)가 상기 보호관(15)의 몸체(16)에 비접촉되는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 시스 열전대(20)는 상기 열전대 금속 소선(21)(22)들과의 연결부를 감싸는 절연관(25)을 더 포함하고,
   상기 절연관(25)은 내부에 열경화성수지가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 절연관(25)은 상기 열전대 금속 소선(21)(22)들을 감싸면서 외측으로 노출되는 코일스프링(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전대 온도 측정 장치.

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