KR20080078647A - 온도 측정 튜브 - Google Patents

Abstract

복합적인 온도 측정 튜브가 제공된다. 그 온도 측정 튜브는 침식과 용융으로부터의 보호를 위하여 냉각되는 견고한 샤프트(1), 및 튜브의 단부에 열전쌍(9)을 수용하고 또한 높은 용융점과 침식에 대하여 견딜 수 있는 내침식성 금속으로 만들어진 단부-부속품(15)을 포함한다. 두 가지의 금속들 사이의 임의의 침식-유도성 전기화학적 반응을 방지하기 위하여 그들 사이에는 알루미나 코팅(13)이 배치된다.

Description

온도 측정 튜브{Temperature measurement tube}

본 발명은 매우 높은 온도에서 용융되는 난용성 재료(refractory material)에 관한 이용을 위하여 의도된 온도 측정 튜브에 관한 것이다.

그와 같은 튜브는, 용융 재료(molten material) 내에서 뿐만 아니라 그로부터 방사되는 분위기(atmosphere) 내에서, 도달되는 온도, 및 어떤 유리에 있어서 관찰되는 매우 높은 침식에 대하여도 견딜 수 있어야 한다. 용융 재료가 담기는 도가니(crucible)들은 종종 이와 같은 어려운 조건들로부터 보호(spare)하기 위하여 그 벽 상에 고체화된 겉껍질(crust)을 형성함으로써 냉각되는데, 그것은 용융 재료보다는 더 온도가 낮고 덜 침식적이지만 도가니의 벽에서 온도를 채취하는 것을 저지한다. 그러므로, 온도 측정 센서를 내부에 담고 용융 재료의 용탕(bath) 내에 잠겨지는 충분히 긴 측정 튜브가 이용된다.

그러한 튜브들은 그 자체가 도달되는 온도와 침식에 대해 견딜 수 있어야 한다. 그 튜브들은 중공의 샤프트(shaft)로 제작하는 것이 가능한데, 그 내부에는 도가니에서와 마찬가지로 튜브들이 용융 재료와 직접 접촉하지 않도록 냉각수가 유동한다. 그러나, 그것이 불가능하게 되지 않도록 하기 위하여, 그 냉각이 측정 센서가 배치되는 튜브의 단부(end)에까지 미칠 수는 없다. GB-1-120-547-A 에는 냉 각되는 샤프트의 단부까지 나사식으로 고정되는 견고한 단부-부속품(solid end-fitting)을 포함하는 그러한 고온의 측정 튜브가 기재되어 있다. 측정 열전쌍(measurement thermocouple)은 단부 끼움부의 심장부 내에 설치된 관통-구멍(through-bore) 내로 연장된다. 단부 끼움부는 냉각수에 의하여 도달되는 온도와 측정되는 외측 온도 사이에 있는 중간 온도를 갖게 되는데, 이것은 적합한 보정(correction)에 의하여 외측 온도를 측정하는 것을 가능하게 한다. 그러나 긴 튜브를 제작하는 데에 필요한 강성을 갖는 알려진 모든 재료들은 과잉(excess)에 대하여 민감하기 때문에, 단부-부속품은 여전히 침식을 받는다.

그러므로, 본 발명의 목적은 높은 온도뿐만 아니라 침식에 견디는 온도 측정 튜브를 제공하는 것이다. 그것의 샤프트는 공지된 것과 같이 중공이고 냉각되는 것이지만, 상이한 재료로 된 단부-부속품이 있다는 점에서 측정 튜브에 의하여 구별되는데, 그 재료는 침식의 면에서 샤프트의 재료보다 내침식성이 우수하다. 그러므로, 그 단부-부속품은 냉각될 필요없이 그것이 맞닥뜨리는 조건에서 견딜 수 있는데, 이것은 단부-부속품을 자주 교체할 필요없이도 그 내부에 수용된 센서에 의하여 측정이 이루어질 수 있게 한다.

단부-부속품과 샤프트 사이에는 용탕 내의 물질에 의하여 전기화학적 결합이 수립되고 또한 그것이 냉각에도 불구하고 샤프트의 침식 작용을 유발하기 때문에, 단부-부속품의 재료를 단순히 변경하는 것으로서는 만족스러운 결과를 얻기에 충분치 않다는 점에 유의하여야 한다. 그러므로, 추가적인 조치가 취해져야 한다. 구체적으로는, 단부-부속품과 샤프트가 동심적으로(concentrically) 배치되고, 전기적으로 절연된 원형의 라이닝(lining)에 의하여 분리되며, 서로에 대해서 그리고 그 라이닝의 양측에서 조임 수단(clamping means)에 의하여 가압된다. 상기 라이닝은 침식의 원인이 되는 전기화학적 회로(electrochemical circuit)를 차단한다. 그것은 튜브의 외부로 노출되지만, 샤프트의 냉각 덕분에 주변 온도에 의하여 해를 입지는 않는데, 샤프트는 그것을 보호성의 고형화된 물질의 겉껍질로 덮는다. 조임 수단은, 라이닝의 삽입을 가능하게 하고, 또한 단부-부속품 및 샤프트인 튜브의 경성 요소(rigid element)들 간에 있을 수 있는 임의의 직접적인 연결 또는 나사체결된 연결이 없게 한다.

샤프트가 강(steel)으로 만들어지고, 라이닝이 알루미나(alumina)로 되며, 단부-부속품의 재료가 금속성 금속, 특히 백금, 백금 합금, 그와 동족의 금속, 이리듐(iridium), 또는 몰리브데늄(molybdenum) 중에서 선택된 금속으로 된다면 튜브의 내성(resistance)이 좋게 된다.

샤프트와 단부-부속품 간에 견고한 결합을 제공하고 간극(spacing)이 없도록 하는 튜브를 제작하기 위한 좋은 방법은, 조임 수단을 통하여 단부-부속품과 라이닝 둘레로 접합(join)되는 두 개의 반절부(half)들로 구성된 샤프트를 이용하는 것이다. 샤프트의 반절부들 각각은 임의의 접합부(joint)를 회피하는 특정의 냉각 덕트(cooling duct)를 포함할 수 있는데, 그 접합부는 두 개의 반절부들에 걸쳐 분포하는 냉각덕트들의 밀봉에 유해한 것이다.

샤프트가 플랜지(flange)를 포함한다면 샤프트에 대한 단부-부속품의 접합의 견고성은 보다 확실하게 되고, 샤프트의 반절부들은 그 플랜지의 수용홈(housing groove)의 절반을 포함하는바, 단부-부속품의 당김에 의한 분리(pulling off)는 배제된다. 그 홈 내에는 절연 라이닝이 연장되어 있다.

마지막으로, 전기적 불연속성을 발생시키는 절연 라이너(insulating liner)가 단부-부속품과 센서 사이에 배치되는 것이 유리한데, 그것은 단부-부속품 내측의 내부 센서를 둘러싸며, 이로써 단부-부속품이 얇더라도 센서의 과열이 방지된다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 도 1 및 도 2 를 참조하여 설명을 계속하는바, 도 1 은 튜브의 종단면도이고, 도 2 는 샤프트의 횡단면도이다.

튜브는 긴 길이를 갖는 샤프트(1), 및 온도 측정 열전쌍의 와이어(wire) 및 냉각수 덕트들의 제공 및 제거가 이루어지는 후방면(2)을 포함한다. 샤프트(1)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 속이 비어 있으며, 두 개의 대칭적인 반절부(3)들로 나뉘어 있는데, 그 두 반절부(3)들의 접합면에는 참조번호 4 가 부여된다. 반절부(3)들 각각은 주로 물에 의한 냉각 회로에 의하여 점유되고, 최하측의 물통(water box; 6) 내에서 함께 접합되는 평행한 공급부 및 배출부를 포함한다. 회로(5)의 튜브들은 반절부(3)들의 내벽과 상보적인 형태를 갖는 중공 포켓(hollow pocket; 7)들로 채워지고, 튜브들 사이에서 연장되는 삼각형의 쐐기부(wedge; 8)들에 의하여 맞대여지고, 또한 서로에 대하여도 접촉한다. 이로서 콤팩트하고 안정 적인 장착이 이루어진다. 열전쌍(9)의 와이어는 네 개의 튜브들 사이로 통과하고, 그들에 맞대여진다. 샤프트(1)는 스테인리스 스틸로 제작된다.

샤프트(1)의 기저부(base)는 내부 플랜지(11) 및 그 플랜지 위에 있는 홈(12)을 포함하는 하측 삽입부(lower insert; 10)를 포함하고, 그 내부 플랜지 및 홈은 반절부(3)들에서 공통된다. 샤프트(1)의 반절부(3)들의 내측면들 중 일부는 알루미나 라이닝(alumina lining)을 코팅(coating)으로서 보유하는데: 우묵부(nook; 10)의 경우에는 그 코팅이 참조번호 13 를 가지고, 접합면(4)의 경우에는 그 코팅이 참조번호 14 를 가진다.

이하에서 설명되는 단부-부속품은 참조번호 15 를 가진다.

그것은 백금 또는 내침식성이 있는 다른 금속 또는 내침식성 합금으로 만들어지고 손가락 모양의 주머니 형상을 갖는 외부 부분(16), 손가락 모양의 주머니 형상을 가지며 알루미나로 만들어진 라이너 또는 내부 부분(17), 및 열전쌍(9)의 단부에 의하여 점유되는 중앙 요부(central recess)를 포함한다. 또한 외부 부분(16)은 홈(12)에 맞물리는 플랜지(18)을 포함한다. 그것은 샤프트(1)에 직접적으로 닿지는 않고, 단부-부속품(15)을 완전히 둘러싸고 원형의 형상을 갖는 알루미나 라이닝(13)의 앞에 있는데, 이로써 샤프트(1)와의 전기적 도전이 방지된다. 두 개의 반절부(3)들은 알루미나 라이닝(13)의 조임을 유지함에 의하여 용접 스폿들(welding spots; 19)을 거쳐서 서로에 대하여 접합된다.

냉각수는 샤프트(1)의 둘레로 그리고 그 아래로 고형화된 물질의 겉껍질(20)을 생성시키는데, 이것이 알루미나 라이닝들(13, 14)을 덮고 알루미나 라이닝들이 녹아서 파손되는 것을 방지한다. 이와 같은 특성은 우묵부(10)에 근접한 팔꿈치부(6)들을 구비한 채로 거의 단부-부속품(15)에 대한 샤프트(1)의 접합부까지 뻗어 있는 냉각 회로(5)에 기인하는 것이다. 열전쌍(9)은 그 냉각에 의하여 거의 영향을 받지 않는 온도를 받게 된다. 샤프트(1) 내에 단부-부속품(15)을 조이는 것은, 외부 부분(16)에 대한 내부 플랜지(11)의 압력에 의하여 수행되고, 이것의 유지는 홈(12) 내에 있는 플랜지(18)에 의하여 보장된다.

본 발명은 매우 높은 온도에서 용융되는 난용성 재료를 위한 온도 측정 튜브에 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. 온도 측정 튜브로서, 그 튜브의 단부-부속품(15) 내에 내부 센서(9)를 포함하고, 그 단부-부속품에 부착되고 냉각되는 중공의 샤프트(1)를 포함하며,

   단부-부속품은 샤프트보다 침식에 대해 내침식성이 좋은 재료로 된 외부 부분을 포함하고, 샤프트와 단부-부속품은, 동심을 이루도록 배치되고, 전기적으로 절연되는 원형의 라이닝(13, 14)에 의하여 분리되며, 또한 조임 수단(19)에 의하여 라이닝의 양 측부에서 그리고 서로에 대하여 가압되는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.
2. 제 1 항에 있어서,

   샤프트는 강(steel)으로 만들어지고, 라이닝은 알루미나(alumina)로 만들어지며, 단부-부속품에서의 재료는 백금, 백금 합금, 백금과 동족의 금속(metal of the platinum family), 이리듐(iridium), 또는 몰리브데늄(molybdenum) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   샤프트는 조임 수단에 의하여 라이닝과 단부-부속품 둘레로 부착된 두 개의 반절부(3)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.
4. 제 3 항에 있어서,

   샤프트의 반절부들 각각은 특정의 냉각 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.
5. 제 4 항에 있어서,

   단부-부속품은 플랜지(18)를 포함하고, 샤프트의 반절부(3)들은 그 플랜지의 수용홈(12)의 절반을 포함하며, 라이닝은 그 홈 내로 연장되는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.
6. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   단부-부속품은 내부 센서(9)를 둘러싸는 절연 라이너(insulating liner; 17)를 내부적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 측정 튜브.

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