KR20190072608A - 온도계 및 온도계용 조인트 - Google Patents

Abstract

센서부가 고온을 측정해도, 센서부의 열이 표시기에 전해지는 것을 방지할 수 있는 온도계를 제공한다. 본 발명의 온도계는, 센서부(1)와, 센서부(1)가 측정한 온도를 전기적으로 표시하는 표시기(6)와, 표시기(6)가 수용되는 수지제 케이스(5)와, 센서부(1)와 케이스(5)의 사이에 개재하는 세라믹스제 조인트(3)를 구비한다. 세라믹스는, 지르코니아(ZrO₂)를 주성분으로 하는 지르코니아계 파인 세라믹스이다.

Description

온도계 및 온도계용 조인트

본 발명은, 온도계 및 온도계용 조인트에 관한 것이다.

예를 들어 선박의 원동기에는, 배기 온도를 측정하는 온도계가 설치된다(특허문헌 1 참조). 배기 온도를 측정함으로써, 원동기의 연소 상태를 알 수 있다. 작업원은, 항행 개시 시에 배기 온도를 보면서 연료 분사량을 제어하여, 고부하 시의 불완전 연소나 연비의 악화를 방지한다. 또한, 작업원은, 저부하 시에 원동기의 배기 온도를 보면서 연소 분사 밸브의 막힘을 검출한다.

그런데, 원동기의 배기 온도는, 고온(예를 들어 400 내지 600℃)이다. 고온을 측정할 필요성으로부터, 종래의 온도계로서 수은 온도계가 사용되고 있었다. 그러나, 근년, 수은 오염에 의해 야기되는 건강 문제나 환경 오염을 방지하기 위해서, 수은이나 수은을 사용한 제품의 제조·판매가 국내·해외에서 점차 금지되고 있다. 이 때문에, 수은 온도계의 대체로 되는 새로운 온도계가 요청되고 있다. 새로운 온도계로서, 열전대 등을 구비하는 센서부로 배기 온도를 측정하여, 액정 등의 전기적인 표시기로 온도를 표시하는 온도계가 요망되고 있다.

일본 특허 공개 제2003-120378호 공보

그러나, 센서부가 측정하는 온도는 고온(예를 들어 400 내지 600℃)임에 비해, 액정 등 전기적인 표시기의 내열 온도는 훨씬 저온(예를 들어 70 내지 80℃)이다. 이러한 종류의 표시기를 마련한 온도계에는, 센서부의 고온의 열이 표시기에 전해져, 표시기의 내열 온도를 초과하기 쉽다는 과제가 있다.

그래서, 본 발명은, 센서부가 고온을 측정해도, 센서부의 열이 표시기에 전해지는 것을 방지할 수 있는 온도계 및 온도계용 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태는, 센서부와, 상기 센서부가 측정한 온도를 전기적으로 표시하는 표시기와, 상기 표시기가 수용되는 수지제 케이스와, 상기 센서부와 상기 케이스의 사이에 개재하는 세라믹스제 조인트를 구비하는 온도계이다.

본 발명의 다른 양태는, 센서부와, 상기 센서부가 측정한 온도를 전기적으로 표시하는 표시기가 수용되는 수지제 케이스의 사이에 개재하는 세라믹스제 온도계용 조인트이다.

본 발명에 따르면, 먼저, 내열 온도가 높고 열전도율이 금속보다도 낮은 세라믹스제 조인트가 센서부로부터 전해지는 열을 단열한다. 다음으로, 내열 온도가 세라믹스제 조인트보다 낮지만 열전도율이 세라믹스제 조인트보다 낮은 수지제 케이스가, 세라믹스제 조인트로부터 전해지는 열을 단열한다. 세라믹스제 조인트와 수지제 케이스 2단계로 단열하므로, 센서부가 고온을 측정해도, 센서부의 열이 표시기에 전해지는 것을 방지할 수 있다.

도 1은, 본 실시 형태의 온도계의 외관 사시도이다.
도 2는, 본 실시 형태의 온도계의 정면도이다.
도 3은, 센서부 설치 금구의 단면도이다.
도 4는, 조인트의 상세도(도 4의 (a)는 측면도, 도 4의 (b)는 단면도)이다.
도 5는, 세라믹스제 조인트의 단열 효과를 실험한 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면에 기초하여, 본 발명의 실시 형태의 온도계를 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 온도계는, 다양한 형태로 구체화할 수 있고, 본 명세서에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 명세서의 개시를 충분히 함으로써, 당업자가 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 할 의도를 가지고 제공되는 것이다.

도 1 및 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태의 온도계를 나타낸다. 도 1은 사시도이고, 도 2는 정면도이다. 부호 1은 센서부, 부호 2는 센서부 설치 금구, 부호 3은 조인트, 부호 4는 케이스 설치 금구, 부호 5는 케이스, 부호 6은 표시기이다.

센서부(1)는, 원동기에 삽입되어, 원동기의 배기 온도를 검출한다. 센서부(1)는, 가늘고 긴 바닥이 있는 원통형 외통(1a)과, 외통(1a)의 내부로 연장되는 열전대(1b)를 구비한다. 센서부(1)는, 그 상단부가 센서부 설치 금구(2)에 고정된다. 센서부(1)는 원동기의 고온의 배기에 노출되고, 센서부(1)의 온도는 약 400℃ 내지 600℃가 된다. 고온에 견딜 수 있게, 외통(1a)은 스테인리스제이다.

센서부 설치 금구(2)는, 외주에 원동기에 나사 삽입하기 위한 수나사가 형성되는 본체(2a)와, 이 본체(2a)의 수나사에 나사 결합하는 너트(2b)를 구비한다. 센서부 설치 금구(2)를 원동기에 나사 삽입하여 가고정하고, 온도계의 방향을 맞춘 후, 너트(2b)를 사용하여 센서부 설치 금구(2)를 원동기에 본고정한다.

원동기에 설치했을 때, 센서부 설치 금구(2)의 온도는 약 300℃가 된다. 원동기로의 나사 삽입의 용이함, 고온에 견딜 수 있음을 고려하여, 센서부 설치 금구(2)는 스테인리스제이다.

도 3은, 센서부 설치 금구(2)의 본체(2a)의 단면도를 나타낸다. 본체(2a) 외주의 하측으로 원동기에 나사 삽입하기 위한 수나사(11)가 형성된다. 본체(2a) 외주의 상측으로 조인트(3)에 나사 삽입하기 위한 수나사(12)가 형성된다. 본체(2a)에는, 축방향으로 관통하는 구멍(13)이 형성된다. 이 구멍(13)에 센서부용 배선이 통과된다. 본체(2a)의 하단부에는, 구멍(13)으로 연통되도록, 센서부(1)의 외통(1a)이 장착되는 오목부(15)가 형성된다. 본체(2a)의 상단부에는, 구멍(13)에 연통되도록, 내열 접착제가 충전되는 오목부(16)가 형성된다. 본체(2a)의 구멍(13)에 센서부용 배선을 통과시키고, 본체(2a)에 센서부(1)를 장착한 후, 오목부(16)가 내열 접착제로 충전된다. 구멍(13)을 통과하는 열기의 대류를 방지하기 위해서이다.

도 4는, 조인트(3)의 상세도를 나타낸다. 도 4의 (a)는 조인트(3)의 측면도, 도 4의 (b)는 조인트(3)의 단면도이다. 조인트(3)는, 센서부용 배선을 통과시킬 수 있게 대략 통형이다. 조인트(3)의 축방향의 길이는, 좁은 기계 스페이스여도 온도계를 설치할 수 있도록 50mm 이하이다.

조인트(3)는, 세라믹스제이다. 원동기에 설치했을 때, 조인트(3)의 하단부는, 센서부 설치 금구(2)와 마찬가지로 약 300℃가 된다. 약 300℃의 고온에 견딜 수 있다는 것과, 단열재로서 기능시킨다는(열전도율이 낮다) 것을 고려하여, 조인트(3)를 세라믹스제로 한다. 수지로는, 열전도율은 낮기는 하지만 300℃ 이상의 고온을 견딜 수 없다. 금속으로는, 고온에 견딜 수 있기는 하지만 열전도율을 낮게 할 수 없다.

본 실시 형태에서는, 지르코니아(ZrO₂)를 주성분으로 하는 지르코니아계 파인 세라믹스를 사용한다. 지르코니아계 파인 세라믹스는, 100℃부터 600℃까지의 온도 변화에 관계없이 5W/(m·K) 이하의 낮은 열전도율을 갖고, 굽힘에 강하고(알루미늄과 같이, 구부러져도 접히거나 깨지기 어렵고), 나사로 조여도 깨지기 어렵다는 특성을 갖는다.

조인트(3)의 하단부에는, 센서부 설치 금구(2)가 나사 삽입되는 암나사(21)가 형성된다. 조인트(3)의 상단부에는, 케이스 설치 금구(4)가 나사 삽입되는 수나사(22)가 형성된다. 조인트(3)의 내주면에는, 내경이 상이하도록 복수의 단차(23a 내지 23e)가 부여된다. 이 단차(23a 내지 23e)에는, 센서부용 배선이 통과하는 구멍을 중심으로 열린 원형 격벽(24a 내지 24e)이 복수, 예를 들어 5장 배치된다. 격벽(24a 내지 24e)의 두께는 2 내지 5mm이다. 격벽(24a 내지 24e)은 1장 이상 있으면 되지만, 격벽(24a 내지 24e)으로 구획된 공기층을 단열재로서 이용할 수 있으므로, 2장 이상 있는 것이 바람직하다. 조인트(3) 하단부의 암나사(21) 부분은 약 300℃이므로, 최하단의 격벽(24a)에는 내열성 재료를 사용한다. 2단째보다도 위의 격벽(24b 내지 24e)은 그다지 고열이 되지는 않으므로, 실리콘 고무를 사용한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 조인트(3)의 상부에는, 케이스 설치 금구(4)가 나사 삽입된다. 케이스 설치 금구(4)는, 대략 원통형 본체(4a)와, 본체(4a) 상단부의 수나사에 나사 결합하는 너트(4b)를 구비한다. 본체(4a)의 상단부에는, 너트(4b)를 사용하여 케이스(5)가 고정된다. 본체(4a)는 스테인리스제이다. 본체(4a)의 하단부에는, 조인트(3)의 수나사(22)에 나사 삽입하기 위한 암나사가 형성된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 케이스(5)는 상하 방향으로 가늘고 긴 상자 형상으로 형성된다. 케이스(5)는, 내열 온도는 조인트(3)만큼 높지 않지만, 열전도율이 조인트(3)보다도 낮은 수지, 예를 들어 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소 수지제이다. 세라믹스제 조인트(3)를 마련함으로써, 케이스(5) 하단부의 온도는 약 100℃ 정도 또는 이것 이하로 저하된다. 이 때문에, 수지를 사용할 수 있다.

케이스(5)는, 케이스 설치 금구(4)에 설치되는 상자 형상의 케이스 본체(5b)와, 케이스 본체(5b)에 착탈 가능하게 설치되는 덮개(5a)를 구비한다. 케이스 본체(5b)에는, 표시기로서의 전자 페이퍼(6), 열전대의 기전력으로부터 온도를 계산하여, 계산한 온도를 전자 페이퍼(6)에 표시시키는 전자 회로, 전자 페이퍼(6) 및 전자 회로에 전력을 공급하는 전지가 마련된다. 전자 회로 및 전지는, 전자 페이퍼(6)의 이측에 배치된다. 센서부용 배선은, 케이스(5) 내를 통과하여, 전자 회로로 이어진다. 덮개(5a)에는, 전자 페이퍼(6)를 시인할 수 있는 창이 마련된다.

케이스(5)는 상하 방향으로 가늘고 길다. 전자 페이퍼(6), 전자 회로, 전지는, 케이스(5)의 상반부(즉, 케이스(5)의 길이 방향의 절반 위치보다도 조인트(3)로부터 떨어진 측)에 배치된다. 조인트(3)를 통과한 열은, 이들 부품에 이르기까지 케이스(5)에 의해 충분히 단열되므로, 이들 부품의 온도는 50℃ 이하로 머무른다. 이 때문에, 이들 부품을 내열 온도 이하로 유지할 수 있고, 또한 전지 수명을 연장시킬 수 있다.

전자 페이퍼(6)는, 마이크로 캡슐 속에 대전된 흰색과 검은색 안료 입자를 수용하여, 전압을 걸어서 안료 입자를 이동시킴으로써 표시한다. 전자 페이퍼(6)는, 종이의 장점으로 되는 시인성을 보유한 표시 매체이며, 표시 내용을 전기적으로 재기입할 수 있다는 특징을 갖는다. 또한, 전자 페이퍼(6)는, 소비 전력이 낮다는 특징을 갖는다. 이 때문에, 원동기의 배기 온도를 측정하는 온도계의 표시기로서 적합하다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 전자 페이퍼(6)에는, 온도를 표시하는 눈금(6a), 온도의 고저에 수반하여 눈금(6a)을 따라 신장되는 막대 그래프(6b), 온도의 수치(6c), 온도의 이력(6d) 등, 임의의 표시를 행할 수 있다. 이력(6d)은 횡축에 온도, 종축에 시간을 둔 그래프가 표시된다.

[실시예]

드럼통 속에 500℃의 액체(초석의 용탕)를 넣고, 드럼통을 원동기라 가정하여, 드럼통의 덮개에 파이프를 나사 삽입하였다. 도 5의 화상의 좌측은, 비교예의 파이프(SP2, SP3, SP7이 부기)를 나타낸다. 비교예의 파이프는, 하단부터 상단까지 모두 스테인리스제이다.

도 5의 화상의 우측은, 본 발명예의 파이프(SP4, SP5, SP6, SP8이 부기)를 나타낸다. 본 발명의 파이프로는, 하부가 스테인리스제, 상부가 길이 35mm인 세라믹스제이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 비교예의 파이프에서는, 하단의 온도가 SP2(362.1℃)이고, 상단의 온도가 SP3(190.1℃)였다. 온도는 저하되기는 하지만, 수지제 케이스를 설치할 수 있을 정도로 온도가 저하되지 않는다.

이에 비해, 본 발명예의 파이프에서는, 하단의 온도가 SP4(354.0℃)이고, 스테인리스제 파이프 상단부의 온도가 SP5(222.0℃)였다. 세라믹스제 파이프를 설치함으로써, 길이가 35mm밖에 되지 않음에도 불구하고, 세라믹스제 파이프의 상단부 온도가 SP6(113.7℃), SP8(98.1℃)까지 단숨에 저하되었다. 세라믹스제 조인트가 단열재로서 유효하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 구현화되는 데 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 실시 형태로 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 온도계를 선박의 원동기에 설치한 예를 설명했지만, 온도계를 발전기의 원동기에 설치할 수도 있다. 또한, 고온을 측정하는 것이라면, 화로나 고온 유체용 배관에 설치할 수도 있다.

본 명세서는, 2016년 11월 21일 출원된 일본 특허 출원 제2016-225690에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 원용해 둔다.

1: 센서부
2: 센서부 설치 금구
3: 조인트
4: 케이스 설치 금구
5: 케이스
6: 전자 페이퍼(표시기)
24a 내지 24e: 격벽

Claims (7)

1. 센서부와,
   상기 센서부가 측정한 온도를 전기적으로 표시하는 표시기와,
   상기 표시기가 수용되는 수지제 케이스와,
   상기 센서부와 상기 케이스의 사이에 개재하는 세라믹스제 조인트
   를 구비하는 온도계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 세라믹스는, 지르코니아(ZrO₂)를 주성분으로 하는 지르코니아계 파인 세라믹스인 것을 특징으로 하는 온도계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 조인트는, 상기 센서부용 배선을 통과시킬 수 있게 대략 통형으로 형성됨과 함께, 그 내부에 열기의 대류를 방지하는 격벽을 갖는 것을 특징으로 하는 온도계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조인트의 축방향의 일단부에는, 센서부 설치 금구가 나사 체결되고,
   상기 조인트의 상기 축방향의 타단부에는, 케이스 설치 금구가 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 온도계.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 표시기는, 전자 페이퍼인 것을 특징으로 하는 온도계.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 표시기, 상기 표시기에 온도를 표시시키는 전자 회로, 그리고 상기 표시기 및 상기 전자 회로에 전력을 공급하는 전지를, 상기 케이스의 길이 방향의 절반 위치보다도 상기 조인트로부터 떨어진 측에 배치하는 것을 특징으로 하는 온도계.
7. 센서부와, 상기 센서부가 측정한 온도를 전기적으로 표시하는 표시기가 수용되는 수지제 케이스의 사이에 개재하는 세라믹스제 온도계용 조인트.

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