KR20020042715A - 사파이어로 보강된 열전쌍 보호 튜브 - Google Patents

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Abstract

번 발명은 가스화공정에서의 온도를 측정하기 위한 열전쌍을 포함하는 개선된 장치를 제공한다. 개선된 사항은 열전쌍의 적어도 일부분을 감싸기 위한 사파이어로 보강된 외부보호튜브를 포함한다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브는 내부보호튜브의 주위에 일체적으로 형성될 수 있고, 이때 내부보호튜브는 사파이어덮개를 가진 열전쌍을 수용한다. 상기 장치는 열우물을 사용하지 않고도 가스화 스트림 안으로 직접 삽입될 수 있다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브는 가스화공정에서 사용되는 열전쌍의 수명을 증가시킨다.

Description

사파이어로 보강된 열전쌍 보호 튜브{Sapphire reinforced thermocouple protection tube}
고온가스화공정에서, 뜨거운 부분산화가스(partial oxidation gas)는 , 예를 들면 석탄과 같은, 탄화수소질연료(hydrocarbonaceous fuel)로부터 생성된다. 이러한 공정에서, 뜨거운 부분산화가스를 얻기 위하여 탄화수소질연료는 가스화 반응기에서, 공기 또는 산소와 같은 활성산소함유가스(reactive oxygen-containing gas)와 반응된다.
전형적인 가스화공정에서, 뜨거운 부분산화가스는 H2, CO, 및, H2O, CO2,H2S, COS, NH3, N2, Ar로 이루어진 군중에서 적어도 하나의 가스를 실질적으로 포함하고, 또한 미립탄소, 회분, 및/또는 통상적으로 SiO2, Al2O3, 및, Fe 및 Ca와 같은 금속의 산화물 및 옥시황화물(oxysulfides)과 같은 종을 함유하는 용융슬래그(molten slag)를 수반하게 된다.
가스화 반응기내의 뜨거운 부분산화가스는 일반적으로 1,700 내지 3,000℉ 범위의 온도, 더욱 전형적으로는 약 2,000 내지 2,800℉ 범위의 온도에 있게 될 것이고, 압력은 일반적으로 약 1 내지 약 250 기압의 범위, 더욱 전형적으로는 약 15 내지 150 기압의 범위에 있게 될 것이다.
열전쌍은 일반적으로 이러한 고온 공정에서의 온도를 측정하기 위하여 사용된다. 열전쌍은 가스화 반응기 내의 온도를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 또한 열전쌍은, 배출액(effluent)이 냉각되고 미립형태 및 가스상의 오염물질이 제거되는 하류공정단계(downstream process steps)에서의 온도를 측정하기 위하여 사용될 수도 있다.
열전쌍은 비유사한 금속의 와이어가 쌍을 이룬 것으로서 상기 와이어는 양끝에서 연결되어 있다. 상기 와이어의 내용물(content)은 그들 사이에 전위차를 만들 수 있을 정도로 충분히 비유사하여야 한다. 양끝을 제외하면, 상기 두 개의 와이어는 서로간에 전기적으로 절연되어 있다. 전기적 절연은 일반적으로 절연물질로 된 튜브에 의해서 제공되는데, 상기 튜브는 서로 교차하지 않으면서 튜브를 길이 방향으로 통과하는 두 개의 구멍을 갖는다. 전형적인 절연물질은, 알루미나와 같은 고온, 고순도 세라믹을 포함한다.
상기 와이어의 두 접합점이 다른 온도에 있을 때, 그들 사이에 전위차가 존재하게 된다. 전위차 및 그에 따른 온도차는 열전쌍 회로에 위치한 전압측정기에 의해서 측정되거나, 다른 방법으로서는 열전쌍 회로에 위치한 트랜스미터(transmitter)로부터 신호를 받는 전압측정기에 의하여 측정될 수 있다.
열전쌍 용도로 사용되는 비유사한 금속의 선택은, 무엇보다도, 측정될 것으로 예상되는 온도범위에 따라서 달라질 것이다. 예를 들면, 가스화 반응기에 존재하는 조건 하에서 일반적으로 사용되는 열전쌍의 한 형태는 백금 및 약 30%의 로듐(rhodium)을 함유하는 하나의 와이어와, 백금 및 약 6%의 로듐을 함유하는 두 번째 와이어를 갖는다. 다른 온도범위에 대해서는 다른 금속쌍이 사용된다.
가스화공정에 존재하는 환경, 특히 가스화 반응기에 존재하는 환경에서의 열전쌍의 사용과 결부되어 명백히 나타나는 하나의 문제는 열전쌍의 수명이 상대적으로 짧다는 것이다. 이러한 상대적으로 짧은 수명은 가스화 반응기의 조작 중에 지배적으로 나타나는 극도의 고온 및 부식성 분위기에 부분적으로 기인한다. 보호되지 않는 열전쌍이 이러한 환경에 놓여지면, 급격하게 공격을 입고나서 쓸모없게 된다. 열전쌍이 상기 반응기에 존재하는 용융슬래그와의 접촉상태에 놓여질 때 그러한 공격은 가장 심각해질 수 있다.
이러한 문제점을 완화시키기 위하여, 일반적으로 열전쌍은 가스화 반응기의 외벽 또는 기타 외부의 공정 표면을 따라 배치된 내화성열우물(refractory thermowell)에 삽입된다. 내화성열우물은 크롬-마그네시아(chrome-magnesia), 고크롬(high chrome), 또는 이와 유사한 내슬래그물질(slag resistant material)로 된 장벽(barriers)을 포함할 것이고, 다른 내화성 및 비내화성(non-refractory) 물질, 예를 들면 Al2O3, MgO, 및 스테인리스강과 같은 물질을 포함할 수 있다.
가스화 반응기에서 사용될 경우, 상기 열우물은 반응압력용기의 외벽에 있는 구멍을 통과함으로써 도입될 수 있다. 그리고 나서 상기 열우물은, 반응압력용기의 내부 표면을 피복하기 위하여 일반적으로 사용되는 내화성물질, 또는 일련의 내화성물질에 있는 상응하는 구멍을 통과할 수 있다. 상기 열우물은 반응기의 열린 공간 속으로 연장되거나, 반응기의 내부로부터 약간의 거리를 두고 뒤에 놓여질 수도 있다.
불행하게도, 열전쌍을 열우물 내부에 위치시키는 것은 완벽한 해결책을 제공하지는 않는다. 시간이 흐름에 따라, 용융슬래그는 열우물을 파괴(breach)하게 된다. 상기 파괴는 일반적으로 열 및/또는 기계적 충격 및 스트레스 뿐만아니라 침식 및 부식 효과에 기인한다. 그러나, 또한 상기 파괴는, 전적으로 또는 부분적으로, 열우물에 본래부터 있던 결함에 기인할 수 있다. 상기 파괴는, 일반적으로 처음에는 작지만, 용융슬래그가 열우물에 들어가는 것을 허용하게 되고, 그곳에서 용융슬래그는 열전쌍과의 접촉상태에 놓여질 수 있게 되고, 결국 열전쌍은 쓸모없게 되어 버린다.
그러므로 가스화공정에서 사용되는 열전쌍의 수명을 증가시키는 수단을 갖는 것은 유익할 것이다.
인용에 의하여 본 문서에 결합된, 미국특허출원 09/106,133호에서 설명된 것과 같이, 몇몇 가스화공정에서, 열전쌍의 적어도 일부분이라도 둘러싸는 사파이어봉투(sapphire envelope)를 사용하면 열전쌍의 수명을 증가시킬 수 있는 것으로 설명되고 있다. 상기 미국특허출원 09/106,133호에서, 상기 사파이어봉투는 열전쌍의 끝에 맞추어진 사파이어덮개(sapphire sheath)의 형태로 되어 있다. 또한 상기 장치는 열우물을 포함할 수 있는데, 이때 상기 사파이어봉투는 열우물 내부에 구비된다.
본 발명의 몇몇 구현예에서는, 열우물을 사용하지 않으면서도 가스화공정에 사용되는 열전쌍의 작동기간을 연장시킬 수 있도록 하기 위하여, 사파이어 또는 다른 강옥(corundum)이 외부보호튜브에 첨가될 수 있다는 것이 심사숙고되었다.
본 발명은, 그 제목은 "사파이어로 보강된 열전쌍 보호 튜브 (Sapphire reinforced thermocouple protection tube)"이며, 그 임시출원번호는 60/159,346호 이며, 그 출원일이 1999년 10월 13일인 미국임시특허출원을 기초로 한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로는 가스화공정(gasification process)에서 사용되는 열전쌍에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 가스화공정에서 사용되는 열전쌍의 유효수명을 연장시킬 수 있는 사파이어로 보강된 새로운 외부보호튜브(outer protection tube)의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 앞서 말한 그리고 기타 특징 및 태양은 다음의 상세한 설명을 읽으면서 도면을 참조하면 더 명백해질 것이다. 이때,
도 1a는 본 발명의 한 태양에 따른 열전쌍 및 외부보호튜브의 도려낸 단면을 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 다른 태양에 따른 열전쌍 및 외부보호튜브의 도려낸 단면을 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 열전쌍 및 덮개(sheath)의 도려낸 단면을 나타낸다.
도 3은 가스화 반응기 벽의 일부분 및 본 발명의 한 태양에 따른 열전쌍의 횡단면을 나타낸다.
도 4는 가스화 반응기 벽의 일부분 및 본 발명의 다른 태양에 따른 열전쌍의 횡단면을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 태양에 따른 외부보호튜브의 종단면을 나타낸다.
도 6은 도 5의 보호튜브의 상부 단면을 나타낸다.
본 발명의 한 구현예에서는, 가스화공정에서의 온도를 측정하기 위한 열전쌍을 포함하는 장치가 개시되어 있는 바, 이때 개선된 사항은 열전쌍 주위에 배열되어 열전쌍의 최소한 일부분이라도 감싸는 사파이어로 보강된 외부보호튜브를 포함한다는 것이다. 상기 구현예는 외부보호튜브의 내부에 내부보호튜브(inner protection tube)를 더 포함할 수 있으며, 상기 내부보호튜브는 열전쌍을 잘 받아들이도록 되어 있다. 상기 내부보호튜브는 알루미나 또는 사파이어를 포함할 수 있다. 외부보호튜브용으로 사용되는 상기 사파이어는 구조등급비광학섬유 (structural-grade non optical fiber)일 수 있으며, 상기 섬유는 복합체를 보강하고, 상기 복합체 및 사파이어 보강은 외부보호튜브를 특징짓게 된다.
어떤 구현예에서는 외부보호튜브는 지지튜브(support tube)에 부착될 수 있다. 그러한 구현예에서는 외부보호튜브는 지지튜브의 원말단부(distal end) 안에 미끄럼끼워맞춤(snug fit)되도록 테이퍼(taper)될 수 있다. 외부보호튜브 및 지지튜브는 열전쌍을 완전히 감쌀 수 있다.
어떤 구현예에서는 외부보호튜브는 가스화 스트림(gasification stream) 안으로 열우물없이 직접 삽입된다.
외부보호튜브는 내부보호튜브 주위에 몰딩(molding)될 수 있고, 내부보호튜브가 열전쌍을 받아들이게 된다. 내부보호튜브는 알루미나 또는 순수한 (합성된) 사파이어를 포함할 수 있다.
어떤 구현예는 열전쌍의 원말단부 주위에 이동가능하게 배열된 사파이어덮개를 포함하고, 상기 사파이어는 합성사파이어를 포함한다. 상기 사파이어덮개는 개방된 말단부 및 플러그부(plug portion)를 포함할 수 있고, 개방된 말단부 및 플러그부 모두는 합성사파이어를 포함할 수 있다. 이 구현예에서, 한쌍의 열전쌍 와이어의 원말단부는 방사상으로 바깥쪽으로 편향된 형태로 구부러질 수 있으며 그에 따라 사파이어덮개와 열전쌍간의 미끄럼끼워맞춤을 촉진시키게 된다. 이 구현예는 외부보호튜브의 내부에 내부보호튜브를 더 포함할 수 있는데, 내부보호튜브는 열전쌍 및 사파이어덮개를 받아들이게 된다. 상기 내부보호튜브는 알루미나 또는 합성사파이어를 포함할 수 있다. 이 구현예의 변형으로서, 백금호일(platinum foil)이 열전쌍의 주위에 감겨져서 사파이어덮개와 열전쌍간의 미끄럼끼워맞춤을 제공하게 된다.
또한 본 발명에는 한쪽 끝은 열접점에 의하여 서로 연결되어 있고 다른 쪽끝은 냉접점에 의하여 서로 연결되어 있으나 다른 부분은 절연튜브에 의하여 전기적으로 절연되어 있는 한쌍의 비유사금속 와이어를 포함하는 열전쌍; 와이어 쌍과 절연튜브를 받아들이는 열전쌍 내부보호튜브; 및 사파이어를 포함하는 열전쌍 외부보호튜브를 포함하는 가스화시스템에서의 사용을 위한 열전쌍시스템이 개시되어 있다. 이 구현예에서는, 외부보호튜브는 사파이어로 보강된 세라믹을 더 포함할 수 있는데 상기 세라믹은 내부보호튜브의 주위에 일체적으로 몰딩되어 있다. 상기 내부보호튜브는 사파이어를 포함할 수 있다. 지지튜브는 외부보호튜브에 연결될 수 있으며, 상기 지지튜브는 가스화 반응기 속으로 연장된다. 측정되는 온도는 약 1,300 내지 약 3,000℉의 범위를 갖는다.
또한 본 발명에는, 한쪽 끝은 열접점에 의하여 서로 연결되어 있고 다른 쪽 끝은 냉접점에 의하여 서로 연결되어 있으나 다른 부분은 절연튜브에 의하여 전기적으로 서로 절연되어 있는 한쌍의 비유사금속 와이어를 포함하는 열전쌍을 준비하는 단계; 사파이어를 포함하며 지지튜브에 연결되어 있는 외부보호튜브를 준비하는 단계; 외부보호튜브 및 지지튜브를 가스화반응기 안으로 삽입하는 단계; 및 열전쌍을 외부보호튜브 안으로 삽입하는 단계를 포함하는 가스화공정에서 온도를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
또한 본 발명에서는, 몰드(mold)를 준비하는 단계; 내부보호튜브를 준비하는 단계; 내부보호튜브를 상기 몰드 안으로 삽입하는 단계; 사파이어로 보강된 복합체를 형성시키기 위하여 사파이어섬유를 복합체에 첨가하는 단계; 상기 사파이어로 보강된 복합체를 상기 몰드 안으로 쏟아 붓는 단계로서 이때 내부보호튜브의 최소한 일부분이라도 상기 사파이어로 보강된 복합체에 의하여 둘러싸여지게 되는 단계; 및 상기 복합체를 경화(curing)시키는 단계를 포함하는 사파이어로 보강된 외부보호튜브를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
이하에서는 본 발명의 실증적인 구현예가 서술된다. 명쾌함을 위하여, 이 명세서에서는 실제 실행되는 모든 특징이 설명되지는 않는다. 물론 임의의 그러한 실제 구현예의 개발에서, 시스템과 관련된 그리고 사업과 관련된 제약조건과의 조화(compliance)와 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위하여 수많은 실행마다에 특이하게 관련된 결정이 이루어져야 한다는 사실은 인정될 것이며, 상기 제약조건은 각각의 실행마다 달라질 것이다. 게다가, 그러한 개발노력은 복잡하고 시간이 많이 소요될 지도 모르지만, 그럼에도 불구하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 일상적인 업무가 될 수 있다는 사실이 인정될 것이다.
H2, CO, 및, H2O, CO2, H2S, COS, NH3, N2, Ar로 이루어진 군중에서 적어도 하나의 가스를 실질적으로 포함하고, 또한 미립탄소, 회분, 및/또는 통상적으로 SiO2, Al2O3, 및, Fe 및 Ca와 같은 금속의 산화물 및 옥시황화물과 같은 종을 함유하는 용융슬래그(molten slag)를 수반하는 가스 혼합물은 자유흐름, 하향류, 수직형 내화물로 피복된 강철제압력용기의 반응구역(reaction zone)에서 일반적으로 잘 알려져 있는 부분산화공정에 의하여 생성된다. 그러한 공정 및 압력용기의 일례가 인용에 의하여 본 발명과 결합된 미국특허 2,818,326호에 나타나 있고 설명되어 있다. 그러한 공정에서, 부분산화가스는 전형적으로 냉각 및 추가적인 정제 단계를 거치게 될 것이고 이때 미립상의 오염물질, 가스상의 오염물질, 및 수증기가 제거된다.
그러한 공정으로부터 생성된 부분산화가스는, 화학조성 및 의도되는 최종사용처에 따라, 일반적으로 합성가스(synthesis gas), 연료가스(fuel gas), 또는 환원가스(reducing gas)라고 불리게 될 것이다. 여기에서는 이러한 가능성을 모두 포괄하는 부분산화가스라는 포괄적인 명칭이 사용될 것이다.
부분산화가스를 생성시키기 위하여 사용되는 공급원료(feed)는 탄화수소질연료를 포함한다. "탄화수소질(hydrocarbonaceous)"이라는 용어는, 여러가지 적당한 공급원료를 설명하기 위하여 여기에서 사용되는 바와 같이, 가스상, 액상, 및 고체상의 탄화수소, 탄소질 물질, 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 의미한다. 사실상, 실질적으로 어떠한 연소가능하고 탄소를 함유하는 유기물질, 또는 그들의 슬러리(slurry)는 "탄화수소질"이라는 용어의 정의 안에 포함될 수 있다. 예를 들면, (1) 물, 액체 탄화수소 연료, 및 이들의 혼합물과 같은 휘발성있는 액체 운반체(carrier) 중에 분산된 미립탄소와 같은 고체 탄소질 연료의 펌프가능한(pumpable) 슬러리; 및 (2) 온도조절가스(temperature moderating gas)에 분산된, 분무된 액체 탄화수소연료 및 미립탄소와 같은 개스-액체-고체 분산물이 있다.
"액체탄화수소"라는 용어는, 여기에서 적당한 액체 공급원료를 설명하기 위하여 사용되는 바와 같이, 액화석유가스, 석유 증류액 및 잔류액, 가솔린, 나프타, 등유, 원유, 아스팔트, 경유, 잔사유, 역청유(tar-sand oil) 및 셰일유(shale oil), 석탄유도유(coal derived oil), (벤젠, 톨루엔, 자일렌 유분과 같은) 방향족 탄화수소, 콜타르, 유동상촉매분해조작(fluid-catalytic-cracking operation)에서 나오는 사이클개스오일(cycle gas oil), 코커개스오일(coker gas oil)의 푸르푸랄 추출물, 및 이들의 혼합물과 같은 여러 가지 물질을 포함하는 것을 의미한다.
"가스상 탄화수소(gaseous hydrocarbon)"는, 여기에서 적당한 가스상의 공급원료를 설명하기 위하여 사용된 바와 같이, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 천연가스, 코크오븐가스(coke-oven gas), 정류가스(refinery gas), 아세틸렌테일가스 (acetylene tail gas), 에틸렌오프가스(ethylene off-gas), 및 이들의 혼합물을 포함한다.
"고체 탄화수소 연료(solid hydrocarbon fuel)"는, 여기에서 적당한 고체 공급원료를 설명하기 위해서 사용된 바와 같이, 안트라사이트(anthracite), 비투미너스(bituminous), 서브비투미너스(subbituminous) 형태의 석탄; 갈탄(lignite); 코크(coke); 석탄액화에서 유도된 레지듀(residue); 이탄(peat); 오일셰일(oil shale); 타르샌드(tar sand); 석유코크(petroleum coke); 피치(pitch); 미립탄소(수트(soot) 또는 회분(ash)); 하수(sewage)와 같은, 고체 탄소함유 폐기물; 및 이들의 혼합물을 포함한다.
고체, 가스, 및 액체 원료는 혼합될 수 있으며 동시에 사용될 수 있다; 그리고 이들은 파라핀, 올레핀, 아세틸렌, 나프텐, 및 방향족 계열의 화합물을 어떠한 비율이던지간에 포함할 수 있다. 또한 탄수화물, 셀룰로스 물질, 알데하이드, 유기산, 알콜, 케톤, 산소화된 연료유(oxygenated fuel oil), 화학공정에서 나오는 산소화된 탄화수소질 유기물질을 함유하는 폐액(waste liquid) 및 부산물, 및 이들의 혼합물을 포함하는 산소화된 탄화수소질 유기물질도 "탄화수소질"이라는 용어의 정의 안에 포함된다.
가스화반응기의 반응구역에서, 탄화수소질 연료는 자유산소(free-oxygen)를 함유하는 가스와, 선택적으로는 온도조절기(temperature moderator)의 존재하에서, 접촉된다. 반응시간은 전형적으로 약 1 내지 10초의 범위, 그리고 바람직하게는 약2 내지 6초의 범위에 있게 될 것이다. 반응구역에서, 내용물은 일반적으로 약 1,700 내지 3,000℉의 범위, 그리고 더욱 전형적으로는 약 2,000 내지 2,800℉의 범위의 온도에 도달할 것이다. 압력은 전형적으로 약 1 내지 약 250기압의 범위, 그리고 더욱 전형적으로는 약 15 내지 약 150기압의 범위에 있게 될 것이다. 부분산화가스가 다운스트림으로 진행함에 따라, 가스는 다양한 냉각, 세척, 및 기타 단계를 거치도록 되어 있기 때문에 유체의 온도는 감소될 것이다.
본 발명에 따라, 온도는 가스화공정 내의 다양한 위치에서 사파이어 또는 다른 강옥으로 보강된 외부보호튜브를 그와 함께 사용하는 열전쌍에 의하여 측정될 수 있다. 본 발명의 다양한 구현예에 따른 사파이어로 보강된 외부보호튜브의 사용은, 다른 잇점 중에서도, 종래의 열전쌍에 비하여 열전쌍의 유효수명을 증가시킨다. 본 발명의 다양한 구현예에서, 사파이어로 보강된 외부보호튜브는 그와 함께 사용되는 열전쌍의 적어도 일부분을 감싸게 될 것이다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브의 사용은 가스화반응기의 온도를 측정할 수 있도록 배치된 열전쌍과 결합되어 사용될 때에 특히 유리한데, 이는 높은 온도, 용융슬래그, 및 부식물질의 불리한 효과가 반응기에서 가장 지배적이기 때문이다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브의 또 다른 특히 유리한 점은 열우물을 사용하지 않고도 열전쌍의 수명을 연장시킬 수 있는 그것의 능력이다.
열전쌍과 같은 온도측정장치는 높은 가스화장치 온도 및 공격적인 화학적 환경을 견뎌낼 정도로 충분히 강한 물질로 유리하게 구성될 필요가 있다. 상세하게는, 열전쌍 및 그것의 보호피복(protective covering)은 (1) 가스화장치내의 유체에 의한 화학적 공격에 저항할 수 있고, (2) 생성가스에 의하여 함께 운반되는 입자의 침식작용에 저항할 수 있고, (3) 조업개시 및 조업정지 작업과 결부된 열충격(thermal shock)을 견딜수 있고, (4) 가열 및 냉각 동안의 팽창 및 수축 때문에 가스화장치의 내화물질 층에 의하여 발생되는 기계적 힘에 저항할 수 있고, 그리고 (5) 산화 및 환원 조건 모두를 견딜수 있어야 한다. 고체 공급원료 시스템에서는, 열전쌍 수명은 또한 슬래그의 존재에 의해서 감소된다.
도 1a에 나타난 본 발명의 한 구현예에서, 사파이어섬유는 열전쌍의 외부보호튜브(24)를 만들기 위하여 사용되는 복합체에 첨가된다. 사파이어 구조 섬유는 고강도, 고온 복합체에서 사용되는 것과 같은 비광학(non-optical) 등급의 것일 수 있다. 사파이어섬유는 복합체 혼합물 안에서 그자신 위에 겹쳐져서 더 강한 외부보호튜브를 형성할 수 있다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 열충격 동안의 전단(shearing), 파쇄(breaking), 및 균열(cracking)에 저항한다. 사파이어는 비적색(non-red) 종류의 강옥이며 경도스케일(hardness scale) 상에서 매우 높은 등급이 매겨진다(9 mohs, 인류에게 알려진 천연광물 중에서 두 번째로 단단하다). 외부보호튜브 복합체에 대한 사파이어섬유의 첨가는 외부보호튜브(24)의 수명을 증가시키고 그리하여 열전쌍의 작동기간을 증가시킨다.
본 발명의 한 구현예에서, 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 도 1a에 나타난 바와 같이 보호튜브의 전체 길이에 걸쳐서 복합체에 있는 사파이어섬유를 포함한다. 이와는 달리, 섬유의 양에 따라서, 외부보호튜브는 도 1b에 나타난 바와 같이 단지 복합보호튜브 길이의 일부분에 걸쳐서만 사파이어 보강섬유(reinforcingfiber)를 포함할 수 있다. 도 1b에서, 사파이어 보강섬유는 단지 외부보호튜브(24)의 말단 12 내지 15 inch에 걸쳐서만 도입된다. 외부보호튜브(24)를 포함하는 복합체를 보강하기 위하여 사용되는 사파이어는 비광학(non-optical) 등급의 구조 섬유이어도 된다.
도 1a에 나타난 본 발명의 구현예에서, 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 열전쌍내부보호튜브(30)의 적어도 일부분을 감싼다. 이 바람직한 구현예에서 내부보호튜브(30)은 고온, 고순도 세라믹 튜브를 포함할 수 있다. 그러한 세라믹튜브는 예를 들면, 알루미나로 만들어질 수 있다. 다른 구현예에서는, 내부보호튜브(30)은 사파이어를 포함할 수 있다. 열전쌍(10)은 상기 도면에 나타난 바와 같이 내부보호튜브(30)의 내부에 배치될 수 있다. 열전쌍(10)은 한쌍의 와이어(12) 및 (14)로 구성된다. 상기 와이어는 서로 비유사한 금속 알맹이를 가지고 있어서, 상기 열전쌍이 열원에 노출되면 전위차가 그들 사이에 발생하게 된다. 모범적인 구현예에서 와이어(12) 및 (14)는 모두 그들의 주된 치환체(substituent)로서 백금 및 로듐을 함유할 수 있으며, 이때 백금 및 로듐의 양은 상기 2개의 와이어에서 다르다. 바람직하게는 상기 와이어중의 하나는 약 30%의 로듐을 포함하고, 반면에 다른 와이어는 약 6%의 로듐을 가질 수 있다. 양 와이어에 대하여, 나머지 부분은 주로 백금이다.
상기 와이어는 열접점(16) 및 냉접점(18)에서 서로 접합된다. "열(hot)" 및 "냉(cold)"이라는 용어가 사용되었는데, 이는 가스화반응기의 온도를 측정하기 위하여 사용되었을 때 열접점(16)이 열원에 더 가깝게 위치하기 때문이다. 상기 두와이어의 전위사이의 차이가 측정되는데, 이는 뜨거운 끝에서의 온도를 상징하게 된다. 전위차가 측정되는 방법은 중요하지 않다. 실제로, 전위차를 측정하기 위한 다양한 수단이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있다. 본 발명에서는 이러한 방법 중에서 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 전압계는 열전쌍 회로 내에 배치될 수 있다. 그 대신에, 그리고 바람직하게는, 냉접점(18)은 온도 트랜스미터에 구비된다. 이때 온도 트랜스미터에 의하여 발생된 신호는 신호전달수단(20)에 의하여 제어실(control room) 또는 다른 장소에 중계될 수 있다.
열 및 냉접점을 제외하고, 다른 부분에서는 상기 두 와이어(12) 및 (14)는 서로로부터 전기적으로 절연된다. 어떻게 절연시키는지는 중요하지 않지만, 개시된 구현예에서는, 전기절연(22)은 고온, 고순도 세라믹 튜브에 의하여 제공되었다. 그러한 세라믹튜브는, 예를 들면 알루미나로 만들어질 수 있다.
만약 열전쌍(10)이 선행 절(paragraph)에서 설명된 바와 같이 가스화반응기의 온도를 측정하기 위하여 단독으로 이용되거나 또는 전형적인 열우물과 결합되어 이용된다면(즉, 외부보호튜브(24)가 없는 경우를 말한다), 열전쌍은 반응기에 존재하는 슬래그 및 기타 유해물질에 급속하게 굴복할 것이다. 적어도 이러한 이유 때문에, 본 발명의 구현예에서는 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)가 제공되어 내부보호튜브(30)의 적어도 일부분의 주위에 배치되는 것이며, 바람직하게는 내부튜브의 슬래그에 노출되는 부분 전체를 덮는 것이다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 가스화공정의 슬래그 및 기타 생성물로부터의 공격에 대하여 실질적인 저항력을 갖는다. 사파이어보강은 외부보호튜브를 상당히 강화시키고 열충격 및 침식에 대한 유리한 저항력을 갖게 한다. 조업개시, 조업중지, 및 다른 행사들은 가스화공정에 대해서 일반적인 일인데, 이는 격렬한 온도스윙(temperature swing)을 끌어 들일 수 있다. 그러한 행사와 결부된 열충격은 견딜 수 있는 재료의 특성능력을 훨씬 초과하는 열전쌍내의 스트레스를 종종 야기시키고, 그 결과 파괴(fracture) 및 고장(failure)이 발생한다. 외부보호튜브(24)로의 사파이어의 도입은 상당한 강도 및 침식저항성을 보호튜브에 부가하고, 그리하여 그안에 수용된 열전쌍의 유효수명을 증가시킨다.
한 구현예에서, 완성된 열전쌍 및 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 열접점(16)에 근접한 말단 또는 제 1 말단(26)을 갖는 것으로 보여질 수 있다.
바람직한 구현예에서, 열전쌍(10)은 또한 보호덮개를, 예를 들면 도 1a, 1b, 2, 및 3에 나타나 있는 사파이어덮개(25)를, 포함한다. 사파이어덮개(25)는 합성사파이어(순수 강옥)를 포함할 수 있다. 사파이어덮개(25)는 개방말단부(open end portion)(27) 및 통합플러그부(integral plug portion)(29)를 포함할 수 있다. 개방말단부(27) 및 플러그부(29) 각각은 합성사파이어를 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 사파이어덮개(25)는 대략적으로 10 inch 길이 만큼 연장되나, 또한 다른 길이도 특정한 적용에 적합하다면 생각될 수 있다. 사파이어덮개(25)는 또한 가스화반응기내의 가혹한 조건으로부터 열전쌍(10)을 보호한다. 도 4에 나타난 것과 같은 구현예에서는, 사파이어덮개(25)의 사용은 생락되었다. 열전쌍(10)을 사파이어덮개(25)안에 배치시키는 것은 도 2에 나타난 바와 같이 열전쌍 와이어(12) 및(14)의 원말단부에 의해서 형성된 "피그테일(pigtail)"(82)에 의해서 용이해질 수 있다. 피그테일(82)은 열전쌍(10) 및 사파이어덮개(25) 사이의 미끄럼끼워맞춤을 발생시킨다. 피그테일(82)을 형성시키기 위하여, 열전쌍 와이어(12) 및 (14)는 이음매(80)에서 함께 꼬여질 수 있으며, 이때 잉여 와이어는 열전쌍을 사파이어덮개(25)안으로 삽입함으로써 피그테일(82)이 사파이어덮개(25)의 내벽(inner wall)과 만나도록 할 수 있는 모양으로 배열될 수 있다. 방사상으로 바깥쪽으로 편향되어 있는 피그테일(82) 및 사파이어덮개(25)의 내벽 사이의 저항은 미끄럼끼워맞춤을 발생시키고 열전쌍과 사파이어덮개 사이의 상대적인 움직임을 방지한다. 다른 구현예에서는, 백금호일 또는 다른 금속이 전기절연튜브(22)의 주위에 감겨지고/감겨지거나 사파이어덮개(25)의 내부표면의 주위에 감겨져서 열전쌍(10) 및 사파이어덮개(25) 사이의 우수한 끼워맞춤을 제공할 수 있다.
어떤 구현예에서는, 존재하는 열전쌍의 실질적으로 모든 부분은 아닐지라도, 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 연장되어 상당 부분을 덮을 수 있다.
바람직한 구현예에서, 외부보호튜브(24)는 몰딩공정을 사용하여 내부보호튜브(30)의 주위에 형성된다. 내부보호튜브(30)는 몰드(보이지 않음) 안에 놓여지고, 예를 들면 스페이서(spacer)를 사용하여, 중심을 맞춘다. 그리고 나서 사파이어로 보강된 세라믹이 몰드 안으로 퍼부어지고 그 결과 외부보호튜브(24)가 내부보호튜브(30)의 적어도 일부분의 주위에 일체적으로 형성된다. 상기 세라믹이 경화되면, 외부보호튜브(24)는 강한, 사파이어로 보강된 부재(member)가 되어 내부보호튜브(30)의 적어도 일부분을 감싸게 된다. 다른 방식으로서는, 외부보호튜브(24)는 분리되어 형성되고 그 다음에 내부보호튜브(30)이 외부보호튜브(24) 안으로 삽입된다.
외부세라믹튜브(24)는 어느 정도 다공질이고 어떤 적용에서는 슬래그 및 가스 이동(migration)에 영향을 받기 쉬울 수 있다. 슬래그 및/또는 가스가 외부보호튜브(24)를 통하여 이동하는 경우에는, 순수사파이어덮개(pure sapphire sheath)(25)가 내부보호튜브(30) 및 열전쌍 와이어(12) 및 (14)로의 더 이상의 이동을 방지한다. 하나의 바람직한 구현예에서, 사파이어덮개(25)는 단지 약 10 inch 길이 만큼만 연장된다. 슬래그 및/또는 가스가 반응기의 벽으로 더 가까이 이동함에 따라 온도는 감소한다라는 사실은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의하여 인정될 것이다. 이러한 냉각의 결과로서, 전형적으로 원말단부(26)로부터 10 inch 또는 그이상의 거리에서 외부보호튜브(24)를 통한 슬래그 및/또는 가스 이동은 거의 또는 전혀 없다. 전형적으로 슬래그는 원말단부(26)로부터 5 inch 보다 멀지 않은 곳에서 응고된다. 그러나, 외부보호튜브(24)의 원말단부(26)로부터 10 inch 보다 먼 거리에서 슬래그 및/또는 가스 이동이 발생하는 적용사례가 발견될 수 있으므로, 사파이어덮개(25)는 필요한 만큼의 길이로 연장되기도 한다.
다음으로 도 3 내지 4를 참조하면, 외부보호튜브(24)는 지지튜브(1)와 외부보호튜브(24)의 제 1 말단(28)에서 상보적으로 결합될 수 있다. 도 3에 나타난 바람직한 구현예에서, 외부보호튜브(24)는 제 2 말단(28)에서 테이퍼되어서, 지지튜브(1)의 원말단부의 내부에 미끄럼끼워맞춤된다. 지지튜브(1) 및 외부보호튜브(24)의 제 2 말단(28) 사이의 환형부(annulus)를 밀봉하기 위하여 고온세멘트(high temperature cement)가 사용될 수 있다. 다른 방식으로는, 이에 한정되지는 않지만, 원말단부가 테이퍼되어 있는 지지튜브 및 개방된 끝이 나팔꽃모양으로 벌어져서 지지튜브 위로 상보적으로 끼워 맞춰지는 외부보호튜브(24) 사이의 상보연결(mating connection)을 포함하는 임의의 다른 편리한 수단에 의해서 외부보호튜브(24)는 지지튜브(1)에 부착될 수 있다. 지지튜브(1)는 스테인리스강 또는 다른 내부식성 물질을 포함할 수 있고, 압력용기인 가스화반응기의 외부강철벽(40)을 통하여 이동가능한 플랜지(74)로부터 연장될 수 있다. 도 3 내지 4에 나타난 구현예에서, 지지튜브(1)은 근말단부(proximal end)에서 보다 원말단부(distal end)에서 더 큰 직경을 보여줌으로 해서 외부보호튜브(24)의 테이퍼된 제 2 말단(28)위로 끼워 맞춰지는 텔레스코핑튜브(telescoping tube)일 수 있다. 다른 방식으로는, 지지튜브(1)는 텔레스코프가 아닐 수도 있다.
사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)가 적어도 열접점(16)을 감싸는 것이 심사숙고되었다. 이는 가장 정확한 온도측정을 위하여 조작자가 외부보호튜브를, 그리하여 열전쌍의 열접점을, 가스화 스트림 속으로 삽입하는 것을 가능하게 한다.
한 구현예에서, 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)는 내부보호튜브(30)의 적어도 일부분의 주위에 몰딩된다. 열전쌍(10)은, 사파이어덮개(25)를 포함하는데, 도 1에 나타난 바와 같이 플러그부(29)가 내부보호튜브의 원말단부에 접하게 될 때까지 내부보호튜브(30) 안으로 자유스럽게 미끄러질 수 있다. 플러그부(29) 및 내부보호튜브(30) 사이의 접촉은 정확한 반응기 온도측정을 용이하게 한다.
어떤 구현예에서는 사파이어로 보강된 외부보호튜브의 두께는 대략 1 inch 이다. 다른 구현예는 외부보호튜브(24)를 위한 사파이어 보강의 두께 또는 길이에서의 어떠한 변형도 포함할 수 있다.
도 3 내지 4에 도시된 구현예에서, 열전쌍(10)은 가스화반응기(40) 안으로 삽입되는데, 원말단부(26)이 먼저 들어간다. 열전쌍(10)은 플랜지달린 리듀서(reducer)(76)를 통하여 외부튜브(24) 및 지지튜브(1)의 결합체 안으로 통과된다. 지지튜브(1)는 볼스위블(ball swivel) 및 지지대(84)에 의하여 지지되는데, 그것은 플랜지달린 리듀서(76)와 접촉하게 되고 상보적 연결이 된다. 열전쌍(10)의 원말단부(16)는 외부보호튜브(24)의 원말단부(26)에 근접하여 배치된다. 외부보호튜브(24)의 내부표면 및 열전쌍의 원말단부(16) 사이에 약 0.125 내지 약 0.25 inch의 틈새(gap)가 유지되는 것이 바람직하다. 열전쌍(10)의 원말단부(16)는, 앞에서 토론된 바와 같이, 사파이어덮개(25)를 포함하는 것이 바람직하다. 열전쌍(10)은, 외부보호튜브(24)로 감싸졌을 때, 열우물을 사용할 필요없이 가스화 스트림 안으로 직접 삽입될 수 있다.
열전쌍(10)의 와이어(12) 및 (14)의 근말단부(proximal end)은 전기절연(22)의 근말단부, 및/또는 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24) 및 지지튜브(1)을 지나서 연장된다(만약 도 3에 나타난 바와 같이 지지튜브가 전기절연(22)과 공통경계를 갖는다면). 와이어는 압력밀봉피팅(pressure sealing fitting)(70)을 통하여 계속된다. 압력밀봉피팅(70)은 이동가능한 플랜지(74)에 끼워 맞춰진 부싱(bushing)(72)에 근접하여 배치된다. 이동가능한 플랜지(74)는 압력용기가스화반응기의 외부강철벽(40)과 상보적으로 연결된 플랜지리듀서(76)와 상보적으로 연결된다.
두 개의 분리된 연결((74) 및 (76))의 사용은 증가된 효율을 제공함으로써 열전쌍(10)은 외부튜브(24) 및 지지튜브(1)의 결합체의 이동없이 대체될 수 있다. 다른 방식으로서는, 상보적으로 연결된 플랜지 (74) 및 (76) 대신에 나사산이 파여진 뚜껑(cap) 및 노즐 또는 다른 연결수단이 사용될 수 있다.
외부보호튜브어셈블리(24)를 갖춘 열전쌍(10)은 가스화 반응에서의 슬래그에 대한 증가된 저항성을 나타낸다. 개시된 구현예에서, 슬래그는 직접 외부보호튜브(24) 주위로 지나가고, 외부보호튜브를 이동하는 슬래그로부터 격리시키는 열우물은 없다. 결국에는 파괴(breach)가 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)에 형성되겠지만, 외부보호튜브를 사파이어로 보강함으로써 열전쌍의 수명은 연장된다. 만약 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)가 결국 깨진다면, 사파이어덮개(25) 및/또는 내부보호튜브(30)은 침식 및 부식의 영향에 노출될 것이다. 만약 사파이어덮개(25) 및 내부보호튜브(30)가 깨진다면, 그때는 와이어(12) 및 (14) 그리고 열접점(16)은 보호되지 않은채로 남겨질 것이고, 열전쌍(10)은 전체적으로 고장나게 된다. 사파이어로 보강된 외부보호튜브(24)에 대한 적절한 길이의 선택은, 온도 및 가스조성을 포함하는, 그들의 특정 공정의 특성에 대한 지식을 갖고, 본 발명의 이익을 갖는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자의 지식내에 있다.
도 5 내지 6에 나타난 구현예와 같은 다른 구현예에서, 두 개 또는 그 이상의 내부보호튜브가, 예를 들면 내부보호튜브(130) 및 (131), 내부보호튜브의 주위에 사파이어로 보강된 외부보호튜브(124)가 형성되기 전에 몰드에 함께 놓일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 두 개 또는 그 이상의 내부보호튜브의 원말단부 각각은 외부보호튜브(124)를 따라서 다른 길이로 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 두 개 또는 그 이상의 내부보호튜브는 두 개 또는 그 이상의 열전쌍의 도입을 용이하게 한다. 이러한 다수의 내부보호튜브의 엇갈림배열(staggered arrangement)은 열전쌍 교체 사이의 증가된 서비스시간을 제공한다. 예를 들면, 두 개의 내부보호튜브(130) 및 (131)이 나타나 있는 도 5의 구현예에서, 외부보호튜브(124)를 통한 파손 또는 슬래그 및/또는 가스 이동은 결과적으로 내부보호튜브(130)로 삽입된 열전쌍(나타나 있지 않음)의 궁극적 파손으로 이어질 것이지만, 내부보호튜브(131)에 들어 있는 열전쌍은 약간의 시간이 더 지날 때까지 파괴부가 생기지 않을 수도 있다. 외부보호튜브(124)는 내부보호튜브(130) 및 (131)의 주위에 퍼부어지기 때문에, 외부보호튜브(124)를 통하여 파괴부는 내부보호튜브(131)에 이르는 직접적인 통로(path)를 가지지 않을 것이다. 궁극적으로 외부보호튜브(124)는 더 파괴될 수 있고 내부보호튜브(131)에 이를 것이지만, 반응기 내부의 온도는 반응기 벽으로 접근함에 따라 감소하기 때문에 내부보호튜브(130) 및 (131)에 대한 파괴 사이의 시간은 보통 차이가 날 것이다. 외부보호튜브(124)에서의 파괴(breach)는 만약 발생한다면, 반응챔버의 가장 뜨거운 부분인 원말단부(126)에서 먼저 발생할 가능성이 제일 크며, 어떠한 추가적인 파괴도 보통 시간상으로 나중에 외부보호튜브의 근말단부(128)을 향하여 일어날 것이라는 사실은 본 발명의혜택을 누릴 수 있는 분야에서 기술을 가진 자에 의하여 이해될 것이다. 두 개 또는 그 이상의 내부보호튜브 각각이 외부보호튜브(124)를 따라서 엇갈린 길이로 열전쌍을 수용하는 상태에서, 가장 멀리 위치하는 열전쌍의 파괴 후에도 반응기 조작은 중단없이 잘 계속될 것이다. 두개 이상의 내부보호튜브가 사용될 수 있고, 도 5 내지 6 에 나타난 구현예는 사파이어로 보강된 외부보호튜브(124)를 갖춘 다수의 열전쌍을 사용하는 가능성의 단지 본보기일 뿐이라는 사실은 본 발명의 혜택을 누릴 수 있는 분야에서 기술을 가진 자에 의하여 이해될 것이다. 반응기의 가장 뜨거운 부분에 관해서는 제 2의 (또는 더 추가된) 열전쌍에 의하여 제공된 정확성은 제 1의 열전쌍 만큼 좋지 않을 수도 있지만, 제 2의 (또는 추가된) 열전쌍에 대한 지시눈금값은 제 1 열전쌍의 파손 전에 수집된 데이타를 기초로 하여 캘리브레이션되고 보정될 수 있기 때문에 그 차이는 공정제어기에 대한 문제를 제기할 정도는 아니다.
본 발명은 상세하게 도시된 구현예를 참조하여 상세하게 보여지고 설명되었지만, 형태 및 세부사항에 있어서의 다양한 변화는 본 발명의 기술적 사상 및 권리범위로부터 벗어남 없이 이루어 질수 있다는 사실은 본 발명이 속하는 분야에서 기술을 가진 자에 의하여 이해될 것이다. 앞에서 설명된 구현예는 단지 예시하려는 목적을 가지며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (34)

  1. 가스화공정에서의 온도를 측정하기 위한 열전쌍을 포함하는 장치에서, 상기 열전쌍 주위에 배열되고 상기 열전쌍의 적어도 일부분을 감싸는 사파이어로 보강된 외부보호튜브를 포함하는 개선된 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부보호튜브 내부에 내부보호튜브를 더 포함하고, 상기 내부보호튜브는 상기 열전쌍을 받아들이는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어는 구조등급의 비광학 섬유인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 섬유는 복합체를 보강하고, 상기 복합체 및 사파이어 보강재는 상기 외부보호튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 외부보호튜브는 지지튜브에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 외부보호튜브는 상기 지지튜브의 원말단부의 내부에 미끄럼끼워맞춤될 수 있도록 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 외부보호튜브 및 지지튜브는 상기 열전쌍을 완전히 감싸는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 외부보호튜브는 열우물 없이 가스화 스트림으로 직접 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 외부보호튜브는 내부보호튜브의 주위에 몰딩되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 열전쌍을 받아들이는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 순수한 (합성된) 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 열전쌍의 원말단부 주위에 이동가능하게 배열된 사파이어덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 사파이어덮개는 합성 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 사파이어덮개는 개방말단부(open end portion) 및 플러그부(plug portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 개방말단부 및 상기 플러그부는 합성 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 한 쌍의 열전쌍와이어의 원말단부(distal end)는 상기 사파이어덮개 및 상기 열전쌍 사이의 미끄럼끼워맞춤을 용이하게 하기 위하여 방사상으로 바깥쪽으로 편향된 모양으로 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 외부보호튜브의 내부에 내부보호튜브를 더 포함하고, 상기 내부보호튜브는 상기 열전쌍 및 사파이어덮개를 받아들이는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 합성 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 장치.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 사파이어덮개 및 상기 열전쌍 사이의 미끄럼끼워맞춤을 제공하기 위하여 백금호일이 상기 열전쌍의 주위에 감겨있는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 한쪽 끝은 열접점에 의하여 서로 접합되어 있고 다른쪽 끝은 냉접점에 의하여 서로 접합되어 있으나 다른 부분은 절연튜브에 의하여 전기적으로 절연되어 있는 한쌍의 비유사한 금속의 와이어를 포함하는 열전쌍;
    상기 와이어쌍 및 상기 절연튜브를 받아들이는 열전쌍 내부보호튜브; 및
    사파이어를 포함하는 열전쌍 외부보호튜브를 포함하는, 가스화 시스템에서사용하기 위한 열전쌍시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 외부보호튜브는 상기 내부보호튜브 주위에 일체적으로 몰딩된, 사파이어로 보강된 세라믹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 사파이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 열전쌍의 원말단부(distal end)를 받아들이는 사파이어덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 절연튜브는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 내부보호튜브는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  30. 제 24 항에 있어서, 상기 외부보호튜브에 연결된 지지튜브를 더 포함하고, 상기 지지튜브는 가스화반응기 안으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  31. 제 24 항에 있어서, 측정되는 온도는 약 1,300 ℉ 내지 약 3,000 ℉의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  32. 제 24 항에 있어서, 상기 와이어쌍은 백금, 로듐, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전쌍시스템.
  33. 한쪽 끝은 열접점에 의하여 서로 접합되어 있고 다른쪽 끝은 냉접점에 의하여 서로 접합되어 있으나 다른 부분은 절연튜브에 의하여 서로로부터 전기적으로 절연되어 있는 한쌍의 비유사한 금속의 와이어를 포함하는 열전쌍을 준비하는 단계;
    지지튜브에 연결되어 있고 사파이어를 포함하는 외부보호튜브를 준비하는 단계;
    상기 외부보호튜브 및 지지튜브를 가스화반응기 안으로 삽입하는 단계; 및
    상기 열전쌍을 상기 외부보호튜브 안으로 삽입하는 단계를 포함하는, 가스화공정에서의 온도를 측정하는 방법.
  34. 몰드를 준비하는 단계;
    내부보호튜브를 준비하는 단계;
    상기 내부보호튜브를 상기 몰드 안으로 삽입하는 단계;
    사파이어로 보강된 복합체를 생성시키기 위하여 복합체에 사파이어섬유를 첨가하는 단계;
    상기 사파이어로 보강된 복합체를 상기 몰드 안으로 퍼붓는 단계로서, 이때 상기 내부보호튜브의 적어도 일부분은 상기 사파이어로 보강된 복합체에 의하여 감싸지는 단계; 및
    상기 복합체를 경화시키는 단계를 포함하는, 사파이어로 보강된 외부보호튜브의 제조 방법.
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