KR200371643Y1

KR200371643Y1 - 고온 가스분위기용 온도센서

Info

Publication number: KR200371643Y1
Application number: KR20-2004-0028254U
Authority: KR
Inventors: 최형석; 최재문
Original assignee: 주식회사 우진
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2005-01-03

Abstract

본 고안은 제강공장의 전기강판 수소소둔라인(Hydrogen annealing line)의 내부 또는 제선공장의 열풍로의 내부 등 고온분위기의 내부온도를 측정하는 온도센서에 관한 것으로서, 특히, 온도센서의 보호관의 구조와 내부 실링구조가 개선된 온도센서에 관한 것이다.

본 고안은 열전대소선을 내장한 절연관과 상기 절연관을 내장한 내부보호관과 상기 내부보호관을 내부에 삽입한 외부보호관과 상기 절연관을 감싸는 슬리브와 상기 외부보호관과 헤드를 결합하는 플러그와 상기 플러그는 상기 슬리브의 외주면을 밀어 고정하고, 상기 슬리브의 내주면에 장착되는 소켓과 상기 소켓의 외주면을 조이는 조임너트로 구성되는 고온 가스분위기용 온도센서에 있어서, 상기 소켓의 내부에 실런트를 개재하는 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

본 고안에 따르면, 온도센서의 외부보호관의 휨 현상을 방지하여 온도센서의 수명이 연장되고, 로의 작동을 멈추지 않고 절연관과 열전대 소선을 용이하게 교체할 수 있으며, 열전대 소선과 유해가스와 결합하여 화학반응에 의한 절단 현상이 방지되며, 온도측정의 응답속도가 향상된다.

Description

고온 가스분위기용 온도센서{Temperature sensor for high temperature used in the gas atmosphere}

본 고안은 제강공장의 전기강판 수소소둔라인(Hydrogen annealing line)의내부 또는 제선공장의 열풍로의 내부 등 고온분위기의 내부온도를 측정하는 온도센서에 관한 것으로서, 특히, 온도센서의 보호관의 구조와 내부 실링구조가 개선된 온도센서에 관한 것이다.

통상 제강공장 또는 제선공장 내에는 전기강판의 수소소둔라인, 고로의 열풍로 등 용기 내에 고온의 폭발성 가스를 사용하는 용기가 많고, 고온의 폭발성 가스를 사용하기 때문에, 공정의 특성상 온도관리가 대단히 중요하므로 온도센서를 이용하여 용기 내부의 온도를 제어하게 된다.

도 1은 종래 고온의 가스분위기를 가지는 용기내의 내부온도를 측정하는 온도센서의 외형 및 일부 단면의 그림이다.

온도센서의 외형은 시그널 와이어(Signal Wire)를 연결하는 헤드(1)와 외부보호관(2)으로 이루어져 있으며, 헤드(1)와 외부보호관(2)은 플러그(3)에 의하여 연결된다.

외부보호관(2)의 내부에는 열전대소선(4)을 내장하는 절연관(5)과 그 절연관(5)을 다시 내장하는 내부보호관(6)이 들어 있으며, 절연관(5)은 통상 2줄의 열전대소선(4)이 들어가는 상하 2개의 긴 구멍이 뚫린 장봉이며, 외부보호관(2)은 인코넬(Inconel) 재질의 관형태로서 관의 끝단은 판(7)으로 결합하여 막아둔다.

이러한 종래의 온도센서는 외부보호관(2)이 관 형태이기 때문에 강도가 약하며 실조업에서 사용시 고온에서 외부보호관(2)이 휘게 되어 온도의 측정이 곤란해지고, 외부보호관(2)이 휘게 되면, 외부보호관(2) 내에 내장된 절연관(5)과 열전대 소선(4)을 용이하게 교체할 수 없어, 노의 작동을 멈추고 교체하여야 하므로 상당한 경제적 손실이 발생하였다.

또한, 상기 종래의 온도센서는 외부보호관(2)과 내부보호관(6)의 사이에 공기라는 절연물질이 존재함으로써 온도측정시 응답성을 저해하는 문제점이 있었다.

도 2는 상기 도 1의 온도센서의 결합부 쪽 “A"의 단면상세도이다.

그림에 나타난 바와 같이 외형적으로 헤드(1)와 외부보호관(2)이 플러그(3)를 매개로 결합되어 있다. 외부보호관(2)의 일단부는 내경을 크게 한 수용부(8)가 형성되고, 외부보호관(2)의 수용부(8)에 슬리브(10)가 끼워져 결합되되, 슬리브(10)의 외주면이 플러그(3)에 의해 밀리면서 상기 외부보호관(2)의 수용부(8)의 단에 걸려서 접하고, 슬리브(10)의 일단의 중공의 내주면에는 나사를 형성하여 소켓(11)의 일단이 나사결합되고, 소켓(11)의 타단의 외주면은 중공형 조임너트(12)에 의하여 고정된다.

절연관(5)은 슬리브(10)의 내부를 지나, 소켓(11)의 내부에서 고정되고 조임너트(12)의 외부로까지 일부 돌출된다.

소켓(11)과 조임너트(12)의 사이에 절연관고정구(13)가 개재되어 조임너트(12)가 조여질 때 반대방향으로 밀리며 밀폐구조를 형성하는데, 절연관고정구(13)와 절연관(5)의 사이에는 미세한 간극이 형성되어 있기 때문에 그 미세한 간극은 시멘트로 몰딩하여 실링된다.

통상, 온도센서의 경우, 열전대를 이루는 백금(Pt)과 로듐(Rh)의 합금은 고온과 고압의 분위기에서 어느 정도 일정량 수소와 만나면 소선의 경도를 약화시키는 현상이 있으며, 시간이 흐를수록 소선자체가 가지고 있는 변형력으로 인해 가장취약한 부분에서 절단현상이 발생한다.

또한, 절연관을 관통한 백금 소선이 열전대 헤드부분에서, 측정신호를 전달하기 위해 계측기 또는 콘트롤러(Controller) 터미널 단자에 연결될 때, 외부보호관을 침투한 유해가스가 절연관 바깥표면을 따라 흘러가다가, 백금 소선이 절연관에서 노출된 부분에 이르면, 가스가 절연관의 내부표면으로 쉽게 침투 가능하므로 열전대 설치 후 가스가 분포된 고온의 분위기에서는 장시간 측정이 불가능하였다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안자들이 오랜기간 연구개발을 통하여 창안된 것으로서, 온도센서의 보호관의 휨 현상을 방지하고, 절연관과 열전대 소선을 용이하게 교체가능하고, 온도측정 응답속도를 향상시키고, 가스 또는 유해성분의 보호관 내부로의 침투를 막아 열전대 소선의 단선 현상 발생을 줄이는 온도센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 고온의 가스분위기를 가지는 용기내의 내부온도를 측정하는 온도센서의 외형 및 일부 단면도,

도 2는 상기 도 1의 온도센서의 결합부 쪽 “A"의 단면상세도,

도 3은 본 고안의 전체적인 외형과 주요 부위의 단면도,

도 4는 도 3의 “B"부분의 확대도,

도 5는 도 3의 “C"부분의 확대도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 헤드 3 : 플러그 10 : 슬리브

20 : 외부보호관 23 : 열전대소선 24 : 절연관

25 : 내부보호관 26 : 충전물 32 : 가스켓

34 : 소켓 35 : 조임너트 37 : 실런트

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 고안은 열전대소선이 내장되는 절연관과 상기 절연관이 내장되는 내부보호관과 상기 내부보호관이 내부에 삽입된 외부보호관과 상기 외부보호관과 헤드를 결합하는 플러그와 상기 절연관을 감싸며, 외주면이 상기 플러그에 의해 밀려 고정되는 슬리브와 상기 슬리브의 내주면에 결합되며, 내면이 테이퍼진 소켓과 상기 소켓의 외주면을 조이는 조임너트와 상기 소켓의 내부에 상기 열전대소선이 관통하는 실런트가 내장된 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 상기 실런트의 전후에 절연체1과 절연체2가 순서대로 장착되는 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 상기 절연관의 끝단의 외주면에 절연관슬리브가 더욱 구비되는 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 열전대소선이 내장되는 절연관과 상기 절연관이 내장되는 내부보호관과 상기 내부보호관이 내부에 삽입된 외부보호관과 상기 외부보호관과 헤드를 결합하는 플러그와 상기 절연관을 감싸며, 외주면이 상기 플러그에 의해 밀려 고정되는 슬리브와 상기 슬리브의 내주면에 결합되며, 내면이 테이퍼진 소켓과 상기 소켓의 외주면을 조이는 조임너트와 상기 소켓의 내부에 상기 열전대소선이 관통하는 실런트가 내장되며, 상기 외부보호관은 중공형 환봉형태로서 선단부쪽 외부보호관의 두께가 헤드쪽 외부보호관의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

또한, 본 고안은 상기 외부보호관과 내부보호관의 사이에 충전물을 채워 넣은 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서를 제공한다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 온도센서의 실시예에 관하여 상세하게 설명한다.

본 고안은 개량된 외부보호관(20)과 개량된 실링구조에 관한 기술적 사상을 그 특징으로 하며, 개량된 실링구조만으로 본 고안의 온도센서를 제공하며, 또한 개량된 실링구조와 개량된 외부보호관의 구조가 동시에 사용된 본 고안의 온도센서를 제공할 수도 있다.

도 3은 본 고안의 전체적인 외형과 주요 부위의 단면도이다. 도 3에서는 개량된 외부보호관(20)의 구조와 개량된 실링구조를 동시에 도시하고 있으나, 본 고안의 온도센서는 개량된 실링구조만의 설치가 가능하며, 개량된 실링구조와 개량된 외부부호관의 구조를 동시에 설치하여도 무방하다.

그림에서 본 고안의 외부보호관(20)은 종래의 관형태(Pipe type)가 아니라 중공형 환봉형태로서 환봉의 내부를 드릴로 구멍을 형성한 형태(Drilled bar type)이다.

일실시예로서 종래 관형태의 외부보호관의 외경이 32mm, 두께 2.5mm이던 것을 본 고안의 중공형 환봉형태를 채택함으로써 외부보호관의 외경은 16~22mm, 두께는 3.5~6.5mm로 하여 그 강도를 크게 하였다.

동 개선된 구조에 의하여 온도센서의 외부보호관(20)을 일정한 강도로 유지할 수 있으며, 외부보호관의 고질적인 휨 문제를 해결할 수 있다.

또한, 외부보호관(20)의 헤드(1) 쪽 외부보호관(21)의 외경보다 선단부쪽 외부보호관(22)의 외경이 작게 형성된다. 외부보호관(10)의 헤드(1) 쪽 외부보호관(21)과 선단부쪽 외부보호관(22)의 내경이 동일하므로 결국 선단부쪽 외부보호관(22)의 두께가 얇아지도록 된 것이다.

이는 외부보호관(20)의 일정한 강도를 유지하기 위하여는 헤드쪽 외부보호관(21)의 두께를 일정이상의 두께로 유지하고, 온도측정시의 응답속도를 향상시키기 위하여 선단부쪽 외부보호관(22)의 두께를 줄여 형성된 것이다.

또한, 외부보호관(20)과 헤드(1) 사이에 외부보호관(20)과는 별도로 외부슬리브(19)를 사용함으로써 보호관의 강도를 유지하기 위하여 외부슬리브(19)의 외경을 크게 하고, 이에 따라 외부보호관(20)의 외경을 줄일 수도 있다.

도 4는 도 3의 B부분의 확대단면도이다.

외부보호관(20)의 내부에는 열전대소선(23)을 내장한 절연관(24)과 절연관(24)을 보호하는 내부보호관(25)이 설치된다. 외부보호관(20)은 그림에서 보듯이 종래와 같이 관형태로서 끝단을 판으로 결합하여 막아둔 형태가 아니라 전체가 일체로 이루어진 중공형 환봉형태(Drilled bar type)이다.

또한, 외부보호관(20)과 내부보호관(25)의 사이에는 충전물(26)이 충전될 수 있다. 충전물(26)은 1200℃이상의 고온에서 견딜 수 있는 재질로 이루어진 것으로 사용 중에 가루처럼 흩어지거나 떨어지지 않아야 한다.

충전물이 없는 경우에는 외부보호관(20)과 내부보호관(25)의 사이에 공기층이 존재하여 대류에 의한 열전달이 발생하지만, 충전물이 충전된 경우에는 충전물에 의한 열전도현상으로 열전달이 발생한다. 따라서, 공기의 대류에 의해 열전달보다, 충전물에 의해 열전도로 열전달이 되어지는 것이 월등히 빨리 전달되므로, 응답특성이 크게 개선된다.

상기 충전물(26)은 알루미나(Al2O3) 분말을 쓰는 것이 바람직하다.

도 5는 도 3의 “C"부분의 확대도이다.

종래 온도센서를 나타내는 도 2와 대비할 때, 슬리브(10)와 플러그(3) 및 헤드(1)는 동일하다.

외부보호관(20)의 일단부는 내경을 크게 한 수용부(27)가 형성되고, 외부보호관(20)의 수용부(27)의 내부에 슬리브(10)가 끼워져 결합되며, 상기 슬리브(10)의 외주면은 후방의 플러그(3)에 의해 밀리면서 상기 외부보호관(2)의 수용부(27)의 단에 걸려서 접하면서 고정되고, 슬리브(10)의 일단의 중공의 내주면에는 나사를 형성하여 소켓(34)의 일단이 나사결합되고, 상기 소켓(34)의 타단의 외주면은 중공형 조임너트(35)에 의하여 고정된다.

슬리브(10)와 수용부(27)의 단 사이에는 가스침투를 방지하는 가스켓(32)이 끼워져 형성될 수 있다.

열전대 소선(23)을 내장하는 절연관(24)은 슬리브(10) 내를 통과하여, 소켓(34) 내의 실런트(37)에 접하고, 열전대 소선(23)은 실런트(37)의 상하구멍을 관통하여 조임너트(35)의 외부로 빠져나가게 구성된다.

이 때 더욱 확실한 실링을 위하여 실런트(37)의 전후에 절연체를 설치할 수도 있으며, 도 5에는 그러한 형상이 도시되어 있다.

즉, 도 5에서는 소켓(34)의 내부에 실런트(37)를 중심으로 전후에 2개의 절연체가 설치된 형상이 도시되며, 절연관(24)이 소켓(34) 내의 절연체1(36)의 끝단에 접하도록 되어 있고, 상기 소켓(34)의 내부에는 절연체1(36), 실런트(37), 절연체2(38) 순으로 내장되고, 각각은 열전대소선(23)이 관통하도록 상하 2개의 구멍이 형성되고 서로 구멍이 맞도록 조립되어 있다.

소켓(34)은 내주면이 원통형으로서 테이퍼지게 형성되며, 실런트(37)는 이 테이퍼 형상에 들어맞도록 일부는 외경이 작고, 일부는 외경이 큰 원통형이 바람직하며, 절연체1(36) 및 절연체2(38)는 단순한 원통형이 바람직하다.

또한, 절연관(24)의 끝단의 외주면에 절연관슬리브(39)를 장착하여 슬리브(10)와 소켓(34) 내에 걸쳐 끼워짐으로써 절연관(24)을 슬리브(10)와 소켓(34) 내부에서 확실하게 고정할 수도 있다.

또한, 상기 소켓(34) 내의 절연체2(38)의 외주면에 조임부재(40)로 감싸고, 조임부재(40)와 소켓(34)에 걸쳐서 소선꼬임방지핀(41)이 장착되어, 조임너트(35)의 회전에 따른 소켓(34)의 회전을 막아 소선의 꼬임을 방지할 수 있다.

이하, 본 고안의 온도센서의 외부보호관(20)의 조립과정 및 작용에 대하여 설명한다.

내부보호관(6)을 외부보호관(20) 내에 삽입하고 충전물(26)을 채운 후 열전대 소선(23)이 관통하고 있는 절연관(24)을 삽입한다.

이렇게 해서 외부보호관(20)과 내부보호관(6)에 가스가 침투하지 못하도록 1차 작업을 마치면 다음 헤드(1)와 외부보호관(20) 및 내부보호관(6) 조립체를 결합한다.

이하, 본 고안의 온도센서의 실링구조의 조립과정 및 작용에 대하여 설명한다.

실링구조의 결합 공정시 가장 중요한 것은, 보호관(20)을 침투한 가스가 절연관(24)의 헤드(1) 결합부분에 위치한 구멍을 통해 내부 표면으로 침투하지 못하도록 차단시키는 것이다.

이를 위하여 우선 필요에 따라 가스켓(32)을 끼운 후, 그 뒤에 절연관(24)의 구멍 부분을 보호하기 위한 슬리브(10)를 끼워둔다. 그리고, 외부보호관(20)과 헤드(1)를 연결시키는 구성품인 플러그(3)를 결합시키면 플러그(3)가 슬리브(10)를 누름과 동시에 가스켓(32)을 동시에 눌러서 가스 침투 방지의 역할을 한다.

그리고, 절연관(24)의 끝단을 소켓(34)에 끼우고, 열전대 소선(23)이 관통하도록 하여 실런트(37)를 소켓(34) 내에 삽입하고, 소켓(34)의 외주면을 조임너트(35)로 조인다.

이 때 필요에 따라서는 절연관(24)의 끝단의 외주면에 절연관슬리브(39)를 장착하여 조립할 수 있고, 필요에 따라서는 실런트(37)의 전후에 절연체1(36) 및 절연체2(38)를 끼워서 조립할 수 있으며, 필요에 따라서는 절연체2(38)의 외주면에 조임부재(40)를 장착하고, 소켓(34)과 맞춰서 소선꼬임방지핀(41)을 끼울 수 있다.

이 때 조임너트(35)를 꽉 조이는 공정을 통해 조임부재(40)를 밀어서 소켓(34) 내부에 있는 실런트(37)를 누르게 되고 소켓(34) 내부의 테이퍼진 부분으로 실런트(37)가 밀리면서 절연체 내부에 관통하는 구멍과 열전대 소선(23) 사이의 틈새를 완전히 차단하여 외부로부터의 가스침입을 방지한다.

이러한 일련의 작업공정을 통하여 위에서 상술한 고안을 적용하면 가스침투에 의해 열전대의 기능을 상실하는 작업환경에도 충분히 온도측정이 가능하며 또한, 가스와 열전대 소선과의 화학반응에 의한 소선 단선현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 열전대 소선(23)에 문제가 생겼을 때, 소켓(34)을 풀어서 열전대 소선을 교체하고자 할 때, 본 고안에 의하여 외부보호관(20)이 변형되지 않고 존재함으로써, 절연관(24), 열전대 소선(23), 또는 실링구조가 용이하게 빠져 나올 수 있어노의 작동을 멈추지 않고도 교체가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 다음과 같은 효과를 가져올 수 있다.

첫째, 온도센서의 외부보호관의 휨 현상을 방지하여 온도센서의 수명이 연장된다.

둘째, 외부보호관이 변형되지 않아 노의 작동을 멈추지 않고도 절연관 및 실링구조가 용이하게 교체가능하다.

셋째, 외부보호관의 선단부 외경을 줄이고, 온도측정의 응답속도가 향상된다.

넷째, 실런트를 사용하는 실링구조로 백금 소선과 유해가스와 결합하여 화학반응에 의한 절단 현상이 방지된다.

Claims

고온 가스분위기를 사용하는 용기내의 온도를 측정하는 온도센서에 있어서,

열전대소선(23)이 내장되는 절연관(24)과 상기 절연관(24)이 내장되는 내부보호관(25)과 상기 내부보호관(25)이 내부에 삽입된 외부보호관(20)과;

상기 외부보호관(20)과 헤드(1)를 결합하는 플러그(3)와;

상기 절연관(24)을 감싸며, 외주면이 상기 플러그(3)에 의해 밀려 고정되는 슬리브(10)와;

상기 슬리브(10)의 내주면에 결합되며, 내면이 테이퍼진 소켓(34)과;

상기 소켓(34)의 외주면을 조이는 조임너트(35)와;

상기 소켓(34)의 내부에 상기 열전대소선(23)이 관통하는 실런트(37)가 내장된 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서.
청구항 1에 있어서,

상기 소켓(34) 내부에서 상기 실런트(37)의 전후에 절연체1(36)과 절연체2(38)가 순서대로 장착되는 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서.
청구항 1에 있어서,

상기 절연관(24)의 끝단의 외주면에 절연관슬리브(39)가 더욱 구비되는 것을특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 외부보호관(20)은 중공형 환봉형태로서 선단부쪽 외부보호관(22)의 두께가 헤드쪽 외부보호관(21)의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서.
청구항 4에 있어서,

상기 외부보호관(20)과 내부보호관(25)의 사이에 충전물(26)을 채워 넣은 것을 특징으로 하는 고온 가스분위기용 온도센서.