KR20210038572A - 온도 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

매우 높은 온도의 용기를 위한 온도 측정 시스템이 개시된다. 시스템은 가열된 가스를 내부에 수용하기 위한 용기를 포함한다. 용기는 가열된 가스에 대해 근위에 있는 내부 면 및 가열된 가스로부터 원위에 있는 반대편의 외부 면을 갖는 벽을 포함한다. 벽은 나사형성 리세스를 포함하고, 나사형성 리세스는 리세스 내에 나사식으로 맞물리는 제1 나사형성 부분 및 그로부터 외향으로 연장되는 제2 나사형성 부분을 갖는 스터드를 갖는다. 너트가 스터드의 제2 나사형성 부분 상에 나사식으로 맞물린다. 유지 플레이트가 너트와 벽의 외부 면 사이에 있고, 너트에 결합되는 제1 면 및 벽의 외부 면에 결합되는 제2 면을 갖는다. 온도 센서가 유지 플레이트의 제2 표면과 벽의 외부 면 사이에 배치되고 벽의 외부 면에 결합된다.

Description

온도 센서 시스템

본 발명의 실시예는 대체적으로 온도 센서에 관한 것이며, 더 구체적으로는 보일러용 온도 센서를 부착하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 온도 측정 기술의 분야에 관한 것이다. 많은 산업에서 작동 장비의 온도를 모니터링하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보일러 산업에서는, 파이프의 표면 온도를 모니터링함으로써 그 안에 함유된 가열된 가스의 온도의 표시를 얻는 것이 일반적이다. 파이프, 튜브, 도관(conduit), 매니폴드 등과 같은 용기(vessel)를 포함하는 그러한 장비의 온도는 흔히 용기의 표면에 용접된 열전대를 사용함으로써 모니터링된다.

열전대는 전형적으로, 상이한 금속들로 제조되고 접합부에서 서로 결합되는 2개의 와이어 또는 리드(lead)로 이루어진다. 리드의 각각의 단부들 사이의 온도 차는 생성된 전류 흐름에 의해 이들 사이의 전위 차 또는 전압의 생성을 야기하고, 이러한 전압이 측정될 수 있다. 생성된 전압과 온도 차 사이의 관계가 잘 알려져 있기 때문에, 리드를 가로지른 전압 및 일 단부에서의 온도에 관한 정보는 타 단부에서의 온도를 알게 한다. 다른 경우에, 다른 유형의 공지된 온도 센서가 사용될 수 있다.

전형적으로, 노(furnace), 보일러, 가스 터빈, 열 회수 증기 발생기 등과 같은 다양한 고온 장비의 작동에서는, 파이프, 튜브 및 매니폴드와 같은 벽형 용기(walled vessel) 내에서 상승된 온도 및 압력의 액체 및 가스를 안내하는 것이 알려져 있다. 파이프 재료의 온도를 정확하게 측정하는 것이 필요한데, 이는 또한 장비와 연관된 파이프 내에서 이송되는 고온 연소 가스의 표시를 제공한다. 그러한 가스의 온도는 시동 조건에서의 수 100℉ 내지 정상 작동 조건에서의 1200℉ 초과의 범위를 가질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 열전대와 같은 고온 센서는 전형적으로 다양한 방법에 의해 다양한 파이프, 튜브 및 매니폴드의 표면에 부착되고, 그에 의해 파이프 재료의 온도의 표시 및 그 내부의 가스의 온도의 간접적 표시를 얻는다. 부착 방법이 파이프 벽에 대한 열전대의 강인한 연결을 제공하는 것이 필요하다. 예를 들어, 종래의 보일러에서, 열전대는 전형적으로, 가열된 가스를 내부에 갖는 파이프의 외부 표면에 용접 연결에 의해 부착된다.

그러한 고온 장비는 또한 전형적으로, 종래의 산업 표준 및 코드에 따라 구축될 것이 요구된다. 예를 들어, ASME 보일러 및 압력 용기 코드(ASME Boiler & Pressure Vessel Code, BPVC)는 보일러 및 압력 용기의 설계 및 구성을 규제하는 미국 기계 공학 협회(American Society of Mechanical Engineers, ASME)의 산업 표준이다. 정상 작동 동안 전형적으로 보일러 내에서 도달되는 고온 및 고압으로 인해, BPVC는 매우 고온인 증기를 운반하는 소정 파이프에서 높은 크리프 강도 강철(high creep-strength steel) 또는 크리프 강도 강화 페라이트강(creep-strength enhanced ferritic steel, CSEF)을 사용할 것을 요구한다. 따라서, 고크롬 강철 합금, 예를 들어 P91, P22, 및 P11은 전형적으로, 고온 또는 초임계 증기 온도의 가스를 내부에서 이송하는 일부 파이프를 형성하는 데 사용된다. 추가적으로, P91 합금과 같은, 이들 부류의 고크롬 강철 합금에 기초한 다른 BPVC가 주도하는 요건은, 열전대 또는 온도 센서를 그러한 파이프의 외부 표면에 용접하는 것과 같은 임의의 용접 작업에 후속하여, 용접후 열처리 작업이 파이프 상에서 수행되어야 한다는 것이다. 다른 경우에, 용기의 소정 벽 두께에 기초하여, 다른 합금을 사용할 때 용접후 열처리 작업이 마찬가지로 수행되어야 한다. 그러한 용접후 열처리 작업은 용접에 의해 부착된 열전대를 채용하는 종래의 보일러의 조립체에 상당한 비용을 부가할 수 있다. 더욱이, 이러한 비용은, 열전대가 이후에 수선 또는 서비스 단계의 일부로서 현장에서 용접에 의해 교체될 필요가 있는 경우 추가로 증가될 수 있다.

일부 경우에, 스프링 장착식 클램프를 사용하여 센서를 용기의 표면에 부착함으로써 용접 작업이 회피될 수 있다. 또 다른 경우에, 스프링 압력을 사용하여 열전대를 파이프의 외측 표면에 대해 확고하게 유지하기 위해, 스프링 장착식 메커니즘을 갖는 삽입식 열전대 요소와 같은 열전대 조립체가 채용될 수 있다. 그러나, 그러한 경우에, 많은 보일러 및 가스 터빈 응용예에서 도달되는 매우 높은 온도는 소정 온도를 초과할 수 있고 스프링의 비템퍼링(un-tempering)을 야기함으로써, 그에 의해 신뢰할 수 없는 연결 및 파이프의 표면 온도의 부정확한 측정을 초래할 수 있다.

따라서, 열전대와 같은 온도 센서를 고온 가스 또는 유체를 내부에 갖는 용기의 외부 표면에 부착하는 온도 센서 시스템 및 방법이, 용접하지 않고 케이싱 또는 용기 벽의 관통의 필요성이 없이, 용기 표면에 대한 센서의 강인한 결합을 유지하면서, 표면 온도의 정확한 측정을 보장하고, BPVC 및 산업 요건을 유지하는 것이 바람직할 것이다.

온도 측정 시스템의 일 실시예가 제공된다. 시스템은 가열된 가스 또는 액체를 내부에 수용하기 위한 내부 공간을 갖는, 파이프와 같은 용기를 포함한다. 내부 공간은 내부 공간에 대해 근위에 있는 내부 면 및 내부 공간으로부터 원위에 있고 내부에 한정된 나사형성 리세스를 갖는 반대편 외부 면을 갖는 벽에 의해 한정된다. 제1 나사형성 부분을 갖는 스터드(stud)는 그로부터 외향으로 연장되는 스터드의 제2 나사형성 부분과 리세스 내에서 나사식으로 맞물린다. 너트가 스터드의 제2 나사형성 부분 상에 나사식으로 맞물린다. 압력 플레이트가 너트와 벽의 외부 면 사이에 배치되고, 용기 벽의 외부 면을 향하는 제1 표면 및 너트에 결합된 반대편의 제2 표면을 갖는다. 온도 센서가 압력 플레이트의 제1 표면과 벽의 외부 면 사이에 배치되고 벽의 외부 면에 결합된다.

온도 측정 시스템의 다른 실시예가 제공된다. 시스템은 가열된 가스를 내부에 수용하기 위한 내부 공간을 갖는 용기를 포함한다. 내부 공간은 내부 공간에 대해 근위에 있는 내부 면 및 내부 공간으로부터 원위에 있는 반대편 외부 면을 갖는 벽에 의해 한정되고, 벽은 내부에 나사형성 리세스를 한정한다. 제1 나사형성 부분을 갖는 볼트가 나사형성 리세스 내에 나사식으로 맞물린다. 볼트는 또한 헤드를 포함하는 제2 부분을 포함한다. 유지 플레이트(retention plate)가 헤드와 벽의 외부 면 사이에 배치된다. 유지 플레이트는 볼트 헤드에 결합된 제1 면 및 벽의 외부 면을 향하는 제2 면을 갖는다. 온도 센서가 유지 플레이트의 제2 표면과 벽의 외부 면 사이에 배치되고 벽의 외부 면에 결합된다.

본 발명은 이하의 본 명세서에서 첨부 도면을 참조하여, 비제한적인 실시예의 하기의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 온도 감지 시스템의 부분 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 용기의 일부분의 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 용기의 일부분의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 온도 감지 시스템의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 온도 감지 시스템의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 온도 감지 시스템의 유지 플레이트의 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 온도 감지 시스템의 유지 플레이트의 단면도이다.

본 발명의 예시적인 실시예를 아래에서 상세히 참조할 것이며, 실시예의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 경우, 도면 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 도면 부호는, 반복적인 설명 없이, 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로", "대체적으로" 및 "약"은 구성요소 또는 조립체의 기능적 목적을 달성하기에 적합한 이상적인 원하는 상태에 비해, 합리적으로 달성가능한 제조 및 조립 허용오차 내의 상태를 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "결합된" 및 "연결된"은 참조된 요소들이 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 개재 구성요소들이 존재할 수 있음을 의미한다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예가 보일러, 열 회수 증기 발생기, 및 연관된 증기 배관 시스템과 관련하여 주로 설명되지만, 본 발명의 실시예는 본 명세서의 교시로부터 이익을 얻는 다른 장치 및/또는 방법에 적용가능할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

이제 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 온도 감지 시스템(101)이 도시되어 있다. 용기(150)는 내부 공간(154)을 한정하고, 고온 가스(152) 또는 유체를 내부에 수용하도록 배열된다. 내부 공간(154)은 벽(155)에 의해 한정된다. 명확함을 위해 용기(150)가 도 1에 부분 절결되어 도시되어 있음이 이해될 것이다.

일 실시예에서, 벽(155)은 높은 크리프 강도 강철 합금으로 형성된다. 달리 명시되지 않는 한. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "강철 합금"은 ASME Boiler & Pressure Vessel Code(BPVC)와 같은, 보일러 및 압력 용기에 대한 국제 표준에 의해 사용이 승인된 임의의 강철 합금을 지칭한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 용기 벽(155)은 P91 강철 합금으로 형성된다. 다양한 실시예에서, 벽(155)은 온도 감지 시스템의 실시예가 본 명세서에 기술된 바와 같이 작동하도록 허용하는 임의의 강철 합금으로 형성될 수 있다.

용기 벽(155)은 내부 공간(154) 및 가열된 가스(152)에 대해 근위에 배열된 내부 면(157)을 포함한다. 용기 벽(155)은 또한 내부 공간(154) 및 가열된 가스(152)로부터 원위에 있는 외부 면(158)을 포함한다. 따라서, 내부 면(157)은 용기(150)의 내부 공간(154)과 연관된 내부 표면(157a)에 의해 한정될 수 있다. 마찬가지로, 벽(155)의 외부 면(158)은 용기(150)의 외부 부분(153)과 연관된 외부 표면(158a)에 의해 한정될 수 있다.

벽(155)이 도 1에 대체로 아치형으로 도시되어 있음으로써 그에 의해 원통형 용기(150)를 한정하지만, 다양한 실시예들의 벽(155) 및 용기(150)는 그렇게 제한되지 않으며, 임의의 개수의 형상 또는 기하학적 형상을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 벽(155)은 만곡된 단면을 가질 수 있고, 대체로 구형인 용기(150)를 한정할 수 있다. 다른 실시예에서, 벽(155)은 대체로 평평한 단면을 가질 수 있고, 실질적으로 입방체 형상을 갖는 용기(150)를 한정할 수 있다. 다양한 실시예에서, 용기(150) 및 벽(155)은 온도 감지 시스템의 실시예가 본 명세서에 기술된 바와 같이 작동하도록 허용하는 임의의 형상을 포함할 수 있다. 또한, 용기(150)는 내부 공간(154)을 내부에 협동식으로 한정하는 복수의 벽(155)을 포함할 수 있다. 또한, 벽(155)은 온도 감지 시스템의 실시예가 본 명세서에 기술된 바와 같이 작동하도록 허용하는 임의의 두께를 가질 수 있는 것으로 고려된다. 그러나, 용기 벽(155)은 적어도, 시스템의 작동 온도 범위 내에서 내부의 가스(152)에 의해 가해지는 압력을 견디기에 충분한 두께를 가져야 한다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 벽(155)은 추가적으로, 본 명세서의 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 나사형성 스터드(400) 또는 볼트(500)의 적어도 2개의 나사산이 나사형성 리세스(250) 내에 한정된 적어도 2개의 대응하는 나사산과 나사식으로 맞물릴 수 있도록 하기에 충분한 두께를 가져야 한다는 것이 또한 이해될 것이다.

벽(155)의 외부 면(158)은 내부에 한정된 나사형성 리세스(250)를 포함한다. 리세스(250)는 벽(155) 내에 막힌 구멍(blind hole)으로서 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 리세스(250)는 벽(155)을 통한 관통 구멍으로서 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 나사형성 리세스(250)는 그를 통과하는 종축(L)을 갖는 원통형 챔버를 한정한다. 종축(L)은 벽(155)에 의해 한정되는 종축(W)에 직교하거나 횡단할 수 있다. 예를 들어, 용기(150)가 원형 단면을 갖는 원통형 파이프를 포함하는 실시예에서, 나사형성 리세스(250)는 벽(155)의 외부 면(158)의 외부 표면(153) 내에 한정되고 원통형 용기(150)의 원형 단면에 대해 반경방향으로 배향된다. 나사형성 리세스(250)는 나사형성 스터드(400) 또는 볼트(500)를 내부에 수용하도록 크기설정되고 구성된다. 리세스(250)의 제1 단부(250a)는 개방되어 그를 통해 스터드(400) 또는 볼트(500)를 수용하도록 작용한다.

리세스(250)가 벽(155) 내에 막힌 구멍으로서 배열되는 실시예에서, 제1 단부(250a) 반대편의 리세스(250)의 제2 단부(250b)가 폐쇄된다. 그러한 실시예에서, 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)는 그 곳에서 스터드(400)의 제1 원위 단부(411)를 수용할 뿐 아니라 스터드(400)가 용기 벽(155)의 내부 면(157)을 통해 내부 공간(154) 내로 연장되는 것을 방지하도록 작용한다. 벽(155) 내의 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)는 표면(262)에 의해 한정될 수 있다.

대안적으로, 리세스(250)가 벽(155)을 통한 관통 구멍으로서 배열되는 실시예에서, 제1 단부(250a) 반대편의 리세스(250)의 제2 단부(250b)는 용기 벽(155)의 내부 면(157)에 개구(266)를 한정하는데, 개구(266)는 그를 통해 스터드(400)의 제1 원위 단부(411)를 수용하도록 그리고 스터드(400)가 용기 벽(155)의 내부 면(157)을 통해 내부 공간(154) 내로 연장되게 허용하도록 작용한다.

벽(155) 내의 나사형성 리세스(250)는 벽(155) 내의 내부 표면(257)에 의해 추가로 한정된다. 내부 표면(257)은 실질적으로 원통형인 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 내부 표면(257)은 그에 형성된 나사산(259)을 포함한다. 나사산(259)은 나사형성 스터드(400)의 제1 나사형성 부분(411a) 상에 형성된 대응하는 나사산(431)과 나사식으로 맞물리도록 구성된다. 다른 실시예에서, 나사산(259)은 볼트(500)의 제1 나사형성 부분(511) 상에 형성된 대응하는 나사산(531)과 나사식으로 맞물리도록 구성된다.

다양한 실시예에서, 나사형성 리세스(250)는 그 주위에서 외부 벽(158)의 외부 표면(158a) 상에 배치된 제1 림(rim) 부분(251)을 한정한다. 일 실시예에서, 림 부분(251)은 제1 림 부분(251)에서의 응력 라이저(riser)를 감소시키기 위해 둥근 에지를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제1 림 부분(251)은 1/8 인치 반경을 갖는다. 리세스(250)가 벽(155)을 통한 관통 구멍으로서 배열되는 소정 실시예에서, 나사형성 리세스(250)는 벽(155)의 내부 면(157) 상의 내부 표면(157a) 상에서 개구(266) 주위에 배치되는 제2 림 부분(252)을 한정할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 림 부분(251)은 림 부분(252)에서의 응력 라이저를 감소시키기 위해 둥근 에지를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제2 림 부분(252)은 1/8 인치 반경을 갖는다.

일 실시예에서, 나사형성 스터드(400)는 나사형성 리세스(250) 내에 형성된 나사산(259)과 나사식으로 맞물린다. 실시예에서, 나사형성 스터드(400)가 나사형성 로드(rod)를 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서 나사형성 스터드(400)는 일체로 형성된 헤드(525)를 갖는 볼트(500)를 포함할 수 있다. 대체적으로, 나사형성 스터드(400)는 제1 단부(411) 및 제1 단부(411) 반대편의 제2 단부(422)를 갖는 긴 실린더이다. 나사형성 스터드(400)는 나사형성 리세스(250) 내의 나사산(259)과 협동식으로 맞물리도록 구성된, 나사산(431)이 위에 배치된 스터드(411)의 제1 단부에 있는 제1 나사형성 부분(411a)을 포함한다. 나사형성 스터드(400)는 나사산(432)이 위에 배치된 스터드(400)의 제2 단부(422)에 제2 나사형성 부분(422b)을 추가로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 나사형성 부분(411a) 상의 나사산(431)의 나사산 프로파일은 제2 나사형성 부분(422b) 상의 나사산(432)과 동일한 나사산 프로파일을 갖는다. 다른 실시예에서, 제1 나사형성 부분(411a) 상의 나사산(431)의 나사산 프로파일은 제2 나사형성 부분(422b) 상의 나사산(432)의 나사산 프로파일과 상이하다.

소정의 보일러 용기의 정상 작동 조건에서 예상되는 높은 온도(예를 들어, 약 1200℉) 및 압력에서 생성된 용기 벽 상의 기계적 응력으로 인해, 다양한 실시예를 형성할 때 용기에 대한 임의의 추가 응력을 최소화하는 것이 중요하다는 것은 이해될 것이다. 따라서, 소정 실시예에서, 나사형성 리세스(250) 내의 나사산(259) 및 나사형성 스터드(400)의 적어도 제1 나사형성 부분(411a) 상의 대응하는 나사산(431)은 종래의 보일러 구조물에 사용되는 바와 같이 종래의 나사산의 날카로운 에지와 연관된 응력 라이저를 감소시키도록 형성된다. 예를 들어, 실시예에서, 리세스(250) 및 스터드(400)의 제1 나사형성 부분(411a)의 나사산들(259, 431)은 너클(knuckle) 또는 둥근 나사산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리세스(250) 및 스터드(400)의 제1 나사형성 부분(411a)의 나사산들(259, 431)은 DIN 405, DIN 15403, 및 DIN 2040과 같은 산업 표준 원형 나사산 프로파일에 따라 배열될 수 있다.

예를 들어, 평평한 30도 플랭크(flank) 나사산 각을 갖는 너클 나사산이 8 mm 내지 200 mm 범위의 인치 피치 및 직경에 사용될 수 있다. 나사산 피치(P)의 경우, 크레스트(crest) 및 루트 라운딩 반경(root rounding radius)은 p/4보다 약간 더 작을 수 있고, 대략적으로 각각의 나사산 플랭크의 중간 1/3은 평평할 수 있다. 대안적으로, 60도의 플랭크에서의 나사산 각에 대해, 크레스트 및 루트 라운딩 반경은 피치(p)의 나사산에 대해 대략 p/6가 되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서 0.125 인치 나사산 피치(인치당 8개 나사산)의 경우, 둥근 나사산 루트 반경은 0.017 인치일 수 있고, 크레스트 반경은 0.020 인치이다.

나사산 프로파일의 둥근 에지로 인해, 둥근 또는 너클 나사산은 유리하게는 스터드(400) 및 용기 벽(155) 내의 응력 라이저를 감소시키는 한편, 동시에 보일러 용기의 예상되는 높은 온도 및 압력에서 나타나는 매우 큰 힘을 견딘다. 다른 실시예에서, 사인파 나사산 프로파일 또는 반원 나사산 프로파일과 같은 다른 나사산 프로파일이 채용될 수 있다.

또한, 나사형성 스터드(400)의 제1 단부(411)는 제1 원위 단부(461)를 한정한다. 리세스(250)가 벽(155) 내의 막힌 구멍으로서 배열되는 실시예에서, 스터드(400)의 제1 원위 단부(461) 및 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)은 스터드(400)의 제1 원위 단부(461)와 표면(262) 사이의 정합 표면적을 최대화하기 위해 대응하는 기하학적 형상을 갖도록 배열된다. 일 실시예에서, 제1 원위 단부(461)는 반구형 기하학적 형상을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 반구형 기하학적 형상은 제1 원위 단부(461)의 팁에서 둥근 단면을 한정할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 원위 단부(461)에서의 둥근 단면 팁의 반경은 나사형성 스터드(400)의 제1 단부(411)의 직경의 66%와 실질적으로 동일하다. 소정 실시예에서, 스터드(400)의 제1 원위 단부(461)가 만곡된 기하학적 형상을 갖고, 리세스(250)가 벽(155) 내의 막힌 구멍으로서 배열되는 경우, 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)은 마찬가지로 만곡된 또는 둥근 기하학적 형상을 포함할 수 있는데, 이는 그 곳에서 제1 원위 단부(461)의 팁을 내포식으로(nestingly) 수용하도록 스터드(400)의 제1 원위 단부(461)의 팁의 단면에 대응한다. 다른 실시예에서, 제1 원위 단부(461)에서의 다른 기하학적 형상이 채용될 수 있다. 스터드(400)의 제1 원위 단부(461)의 팁을 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부 표면(262)에 대하여 내포되거나 끼워맞춤되도록 구성함으로써, 용기 벽(155)과 스터드(400) 사이의 개선된 열 전달을 가능하게 하는 한편, 동시에 날카로운 또는 정사각형의 에지에 의해 야기되는 응력 라이저를 감소시킨다.

제1 원위 단부(461)에서의 팁의 둥근 단면 및 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)의 대응하는 둥근 단면은 스터드(400) 및 용기 벽(155) 내의 응력 라이저를 감소시키는 한편, 동시에 보일러 용기의 예상되는 높은 온도 및 압력에서 나타나는 매우 큰 힘을 견디고, 용기 벽(155)과 스터드(400) 사이에 개선된 열 전달을 제공한다.

또한, 볼트(500)의 제1 단부(511)는 제1 원위 단부(561)를 한정한다. 리세스(250)가 벽(155) 내의 막힌 구멍으로서 배열되는 실시예에서, 볼트(500)의 제1 원위 단부(561) 및 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)은 볼트(500)의 제1 원위 단부(561)와 표면(262) 사이의 정합 표면적을 최대화하기 위해 대응하는 기하학적 형상을 갖도록 배열된다. 일 실시예에서, 제1 원위 단부(561)는 반구형 기하학적 형상을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 반구형 기하학적 형상은 제1 원위 단부(561)의 팁에서 둥근 단면을 한정할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 원위 단부(561)에서의 둥근 단면 팁의 반경은 볼트(500)의 제1 단부(511)의 직경의 66%와 실질적으로 동일하다. 소정 실시예에서, 볼트(500)의 제1 원위 단부(561)가 만곡된 기하학적 형상을 갖고, 리세스(250)가 벽(155) 내의 막힌 구멍으로서 배열되는 경우, 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)은 마찬가지로 만곡된 또는 둥근 기하학적 형상을 포함할 수 있는데, 이는 그 곳에서 제1 원위 단부(561)의 팁을 내포식으로 수용하도록 볼트(500)의 제1 원위 단부(561)의 팁의 단면에 대응한다. 다른 실시예에서, 제1 원위 단부(561)에서의 다른 기하학적 형상이 채용될 수 있다. 볼트(500)의 제1 원위 단부(561)의 팁을 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부 표면(262)에 대하여 내포되거나 끼워맞춤되도록 구성함으로써, 개선된 열 전달이 용기 벽(155)과 볼트(500) 사이에서 가능하게 되는 한편, 동시에 날카로운 또는 정사각형의 에지에 의해 야기되는 응력 라이저를 감소시킨다.

제1 원위 단부(561)에서의 팁의 둥근 단면 및 리세스(250)의 폐쇄된 제2 단부(250b)의 표면(262)의 대응하는 둥근 단면은 볼트(500) 및 용기 벽(155) 내의 응력 라이저를 감소시키는 한편, 동시에 보일러 용기의 예상되는 높은 온도 및 압력에서 나타나는 매우 큰 힘을 견디고, 용기 벽(155)과 볼트(500) 사이에 개선된 열 전달을 제공한다.

다양한 실시예에서, 유지 조립체(750)(도 5)가, 사이에 배치된 온도 센서(900)에 기계적 유지력("F")을 인가함으로써 온도 센서(900)를 용기(150)에 결합시키도록 배열된다. 온도 센서(900)는 센서(900)에 의해 검출된 온도를 나타내는 신호를 공지된 방식으로 기기 또는 회로(301)로 전달하기 위한 와이어(901)를 포함할 수 있다. 온도 센서(900)를 용기(150)에 결합시키기 위해 강한 유지력(F)을 인가함으로써, 온도 센서(900)를 용기(150)에 용접할 필요 없이 용기의 온도의 정확하고 신뢰성 있는 표시가 얻어질 수 있다.

예를 들어, 일 실시예에서, 유지 조립체(750)는 스터드(400)의 제2 나사형성 부분(422b) 상에 나사식으로 맞물리는 나사형성 너트(725), 및 나사형성 너트(725)와 용기(150) 사이에 배치된 유지 플레이트(740)를 포함할 수 있다. 너트(725)는 나사형성 스터드(400) 및 유지 플레이트(740)와 협동하도록 배열되어, 너트(725)가 스터드(400) 상에서 전진하거나 조여짐에 따라 온도 센서(900) 상에 유지력(F)을 용기(150) 방향으로 인가하게 된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 유지 플레이트(740)는 그를 통해 한정되는 개구부(714)를 포함한다. 개구부(714)는 그를 통해 스터드(400) 또는 볼트(500)를 수용하도록 크기설정되고 배치된다. 유지 플레이트(740)는 너트(725)에 결합되고 그의 이동에 응답한다. 너트(725)가 스터드(400) 상에서 전진되거나 조여짐에 따라, 유지 플레이트(740)는 너트(725)에 의해 용기(150)를 향해 몰아 붙여진다. 유지 플레이트(740)는 너트(725)를 향하고 그와 기계적으로 연통하는 제1 면(741)을 포함한다. 유지 플레이트(740)는 또한, 제1 면(741) 반대편에 있고 용기(150)를 향하는 제2 면(742)을 포함한다.

일 실시예에서, 온도 센서(900)는 용기(150)와 유지 플레이트(740)의 제2 면(742) 사이에 배치된다. 너트(725)가 스터드(400) 상에 조여짐에 따라, 너트(725)는 용기(150) 방향으로 유지 플레이트(740)에 총 유지력(F)을 인가하며, 이는 이어서 유지 플레이트(740)에 의해 용기(150) 방향으로 온도 센서(900)로 전달되고, 그에 의해 온도 센서를 용접 없이 용기(150)에 결합시킨다.

대안적으로, 일 실시예에서, 온도 센서(900)는 유지 플레이트(740)의 임의의 표면에 견고하게 결합된다. 센서(900)는, 예를 들어 용접, 스테이킹(staking), 또는 접착제의 사용에 의한 것과 같이, 센서를 표면에 결합하기 위한 임의의 수의 공지된 기술을 사용하여 유지 플레이트(740)에 결합될 수 있다.

다른 실시예에서, 스터드(400) 및 너트(725)는 볼트 헤드(525)를 갖는 볼트(500)를 한정하도록 일체로 형성될 수 있다. 대체적으로, 볼트(500)는 제1 단부(511) 및 제1 단부(511) 반대편의 제2 단부(522)를 갖는 긴 실린더이다. 볼트(500)는 나사형성 리세스(250) 내의 나사산(259)과 협동식으로 맞물리도록 구성된, 나사산(531)이 위에 배치된 볼트(500)의 제1 단부(511)에 있는 제1 나사형성 부분(511a)을 포함한다.

유지 플레이트(740)는 볼트 헤드(525)에 결합되어 그의 이동에 응답하여, 볼트(500)가 나사형성 구멍(250) 내로 전진되거나 조여짐에 따라, 유지 플레이트(740)가 용기(150)를 향해 몰아 붙져지게 한다. 볼트 헤드(525)는 유지 플레이트(740)와 협동하도록 배열되어 온도 센서(900) 상에 유지력을 용기(150) 방향으로 인가한다. 유지 플레이트(740)는 볼트 헤드(525)에 결합되고 그의 이동에 응답한다. 볼트(500)가 나사형성 구멍(250) 내로 전진되거나 조여짐에 따라, 유지 플레이트(740)는 볼트 헤드(525)에 의해 용기(150)를 향해 몰아 붙여진다. 유지 플레이트(740)는 볼트 헤드(525)를 향하고 그와 기계적으로 연통하는 제1 면(741)을 포함한다. 유지 플레이트(740)는 또한, 제1 면(741) 반대편에 있고 용기(150)를 향하는 제2 면(742)을 포함한다. 온도 센서(900)는 용기(150)와 유지 플레이트(740)의 제2 면(742) 사이에 배치된다. 볼트(500)가 나사형성 구멍(250) 내로 전진되거나 조여짐에 따라, 볼트 헤드(525)는 용기(150) 방향으로 유지 플레이트(740)에 총 유지력(F)을 인가하고, 이는 이어서 유지 플레이트(740)에 의해 용기(150) 방향으로 온도 센서(900)로 전달된다. 일부 실시예에서, 와셔와 같은 추가의 플레이트(도시되지 않음)가 볼트 헤드(525)와 유지 플레이트(740)의 제1 면(741) 사이에 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 온도 센서(900)는, 예를 들어 용접, 스테이킹, 접합, 또는 접착에 의해 유지 플레이트의 표면에 직접 결합될 수 있다. 그러한 실시예에서, 유지 플레이트(740)는 볼트(500) 또는 스터드(400) 및 너트(725)와 같은 나사형성 체결구에 의해 용기(150)에 고정되어, 볼트(500)가 나사형성 구멍(250) 내로 전진되거나 조여질 때(또는 너트(725)가 스터드(400) 상에서 전진되거나 또는 조여질 때), 유지 플레이트(740)가 용기(150)를 향해 몰아 붙져지게 한다. 그에 의해, 볼트 헤드(525) 또는 너트(725)는 용기(150) 방향으로 유지 플레이트(740) 상에 유지력(F)을 인가하도록 배열되어서, 유지 플레이트(740)와 외부 표면(153) 사이의 강인한 기계적 연결을 보장하여 용기 벽(155)과 유지 플레이트(741) 사이의 효율적인 열 전달을 가능하게 한다. 유지 플레이트(740)는 볼트 헤드(525) 또는 너트(725)를 향하고 그와 기계적으로 연통하는 적어도 제1 면(741)을 포함한다. 유지 플레이트(740)는 또한, 제1 면(741) 반대편에 있고 용기(150)를 향하는 적어도 제2 면(742)을 포함한다. 온도 센서(900)는 유지 플레이트(740)의 제1 면(741), 제2 면(742), 또는 임의의 다른 임의의 편리한 표면에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 와셔와 같은 추가의 플레이트(도시되지 않음)가 볼트 헤드(525) 또는 너트(725)와 유지 플레이트(740)의 제2 면(742) 사이에 배치될 수 있다.

다른 실시예에서, 유지 플레이트(740) 및 너트(725) 또는 볼트 헤드(525)는 일체로 형성되거나 서로 고정식으로 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스터드(400), 너트(725) 및 유지 플레이트(740)를 포함하는 유지 조립체(750)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 작용하도록 일체로 형성될 수 있다.

유지 플레이트의 제2 면(742)은 대체로 평평하거나 평면인 표면을 한정할 수 있다. 일부 실시예에서, (예컨대, 벽(155)의 외부 면(158) 내의 외부 표면(153)이 만곡 표면을 포함할 때), 유지 플레이트의 제2 면(742)은 마찬가지로 벽(155)의 외부 표면(153)과 유지 플레이트의 제2 면(742) 사이에 대응하는 만곡 표면을 한정할 수 있는데, 여기서 대응하는 만곡 표면들(742, 153)은 서로에 대해 평행하게 배열되어 임의의 구성요소 상의 기계적 응력으로 인해 온도 센서(900)가 이동할 가능성을 감소시킨다. 실시예에서, 유지 플레이트의 제2 면(742)은 벽(155)의 외부 면(158) 내의 외부 표면(153)의 반경과 실질적으로 동일한 반경을 갖는 만곡된 프로파일을 한정한다.

유지 플레이트(740)의 제2 면(742)은 그 내에 한정된 리세스(767)를 추가로 포함할 수 있다. 리세스(767)는 그 내에, 온도 센서(900)의 적어도 일부분, 및/또는 온도 센서와 연관된 하나 이상의 와이어(901)를 수용하도록 크기설정된다. 예를 들어, 리세스(767)는 유지 플레이트(740)의 제2 면(742)의 표면 내에 한정된 홈을 포함할 수 있다. 리세스(767)는 그 내에 온도 센서(900) 및 연관된 와이어(901) 중 적어도 하나와 연관된 깊이를 수용한다. 일 실시예에서, 유지 플레이트(740)와 용기 사이에 배치된 온도 센서(900) 및 연관된 와이어(901)의 부분은 제1 센서 부분(901) 및 제2 부분(902)을 한정한다. 제1 부분이 리세스(767) 내에 수용될 수 있는 한편, 제2 부분(902)은 리세스(767) 내에 수용되지 않는다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 부분들(901, 902) 둘 모두는 리세스(767) 내에 수용된다. 리세스(767) 내에 제1 및 제2 부분들(901, 902) 중 적어도 하나의 적어도 일부분을 배치하는 것은 유지 플레이트(740)의 제2 면(742)과 용기(150) 사이에 한정되는 임의의 갭(gap)을, 그들 사이에 온도 센서(900)가 배치될 때, 온도 센서(900)와 용기(150) 사이의 확실한 연결을 여전히 유지하면서, 효과적으로 감소시키거나 최소화시킨다. 실시예에서, 리세스(767)는 용기(150)로부터 멀어지는 센서(900)의 이동을 방지하고, 센서(900)와의 더 큰 표면적의 접촉을 제공함으로써 센서로의 열 전달을 증가시킨다.

일 실시예에서, 홈(767a)은 스터드(400) 주위에 반경방향으로 배치되는 아치형 기하학적 형상을 포함한다. 온도 센서(900) 및/또는 와이어(901)가 내부에 배치된 아치형 홈(767a)을 포함하는 실시예는 설치 동안 그리고 너트(725)를 조일 때, 온도 센서(900)를 유지 조립체(750)에 대해 고정된 위치에 유지하면서, 센서(900) 및 와이어(901)에 인가되는 인장 응력을 감소시킬 것이다.

다른 실시예에서, 유지 플레이트(740)의 제2 면(742)은 그 상에 한정되는 복수의 돌출부 또는 보스 부분(778)을 추가로 포함할 수 있다. 보스 부분(778)은 유지 플레이트(740)의 제2 면(742) 주위에 반경방향으로 분포될 수 있다. 예를 들어, 각각의 보스 부분(778)은 유지 플레이트(740)의 제2 면(742)에 결합된 베이스 부분(779), 및 용기(150)에 선택적으로 결합가능한 베이스 부분 반대편의 원위 부분(780)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 보스 부분(778)의 (즉, 베이스 부분(779)과 원위 부분(780) 사이의) 길이는 유지 플레이트(740)의 제2 면(742)과 용기(150) 사이의 갭(782)을 한정한다. 일 실시예에서, 갭(782)의 길이는 온도 센서(900) 및/또는 와이어(901)의 두께와 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 갭(782)의 길이는 리세스(767) 내에 수용되지 않은 온도 센서(900) 및/또는 와이어(901)의 부분의 두께와 실질적으로 동일하다. 일 실시예에서, 보스 부분(778)은, 온도 센서(900)가 유지 플레이트와 용기 사이에 배치될 때, 온도 센서(900)와 용기(150) 사이의 확실한 연결을 여전히 유지하면서, 유지 플레이트(740) 주위에서의 용기(150) 방향으로의 유지력(F)의 균등한 분포를 제공하도록 온도 센서(900)와 관련 와이어(901)로부터 이격되도록 배열된다.

본 발명의 소정의 바람직한 특징부만이 예시되고 기술되었지만, 많은 수정 및 변경이 당업자에게 일어날 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 속하는 바와 같은 모든 그러한 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다는 것을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 설명된 재료의 치수 및 유형이 본 발명의 파라미터를 한정하도록 의도되지만, 이는 제한하는 것이 아니며 예시적인 실시예이다. 많은 다른 실시예가 상기 설명을 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에게 부여된 등가물의 전체 범주와 함께 그러한 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 첨부된 청구범위에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "~ 에 있어서(in which)"는 각각의 용어 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 일반 영문의 등가 표현으로 사용된다. 더욱이, 하기의 청구범위에서, "제1", "제2", "제3", "상부", "하부", "위", "아래" 등과 같은 용어는 단지 형용 어구로서 사용되고, 그들의 물체 상에 수치적 또는 위치적 요건을 부과하도록 의도된 것이 아니다. 추가로, 하기의 청구범위의 한정은 수단-플러스-기능(means-plus-function) 형태로 작성되지 않고, 그러한 청구범위 한정이 추가 구조가 없는 기능 설명에 이어지는 문구 "수단"을 명확하게 사용하지 않는 한 그리고 그를 명시적으로 사용할 때까지 그와 같이 해석되도록 의도되지 않는다.

이러한 기재된 설명은 예들을 사용하여, 최상의 모드를 포함한 본 발명의 몇몇 실시예를 개시하고, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 포함한 본 발명의 실시예를 당업자가 실시하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 특허가능 범주는 청구범위에 의해서 한정되고, 당업자에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들이 청구범위의 문헌적 표현과 상이하지 않은 구조적 요소를 갖는다면, 또는 그들이 청구범위의 문헌적 표현과 사소한 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 그러한 다른 예들은 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태로 언급되고 단수 형태 단어("a" 또는 "an")로 시작하는 요소 또는 단계는 복수 형태의 상기 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 - 다만 그러한 배제가 명백하게 언급되지 않는 한 - 이해되어야 한다. 추가로, 본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급은 언급된 특징부를 또한 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 명백하게 반대로 설명되지 않는 한, 특정한 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소를 "포함하는", "구비하는", 또는 "갖는" 실시예는 그러한 특성을 갖지 않는 추가의 그러한 요소를 포함할 수 있다.

본 명세서에 포함되는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이, 전술된 본 발명에서 소정의 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 첨부 도면에 도시된 상기 설명의 모든 주제는 단지 본 명세서의 본 발명의 개념을 예시하는 예로서 해석되어야 하고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것으로 의도된다.

Claims (12)

1. 온도 측정 시스템으로서,
   내부 공간을 갖는 용기(vessel) - 상기 내부 공간은 상기 내부 공간에 대해 근위에 있는 내부 면 및 상기 내부 공간으로부터 원위에 있는 반대편의 외부 면을 갖는 벽에 의해 한정되며, 상기 벽은 나사형성 리세스를 한정함 -;
   상기 나사형성 리세스 내에 나사식으로 맞물리는 제1 나사형성 부분 및 그로부터 외향으로 연장되는 제2 나사형성 부분을 갖는 나사형성 스터드(stud);
   상기 스터드의 제2 나사형성 부분 상에 나사식으로 맞물리는 너트;
   상기 너트와 상기 벽의 외부 면 사이에 배치되고, 상기 너트에 결합되는 제1 면 및 상기 벽의 외부 면을 향하는 제2 면을 갖는 유지 플레이트(retention plate); 및
   상기 유지 플레이트의 제2 표면과 상기 벽의 외부 면 사이에 배치되고 상기 벽의 외부 면에 결합되는 온도 센서를 포함하는, 온도 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 나사형성 리세스의 나사산 및 상기 제1 나사형성 부분의 대응하는 나사산은 둥근 나사산 프로파일을 한정하는, 온도 측정 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 나사형성 부분의 나사산은 상기 제1 나사형성 부분의 나사산과 동일한 나사산 프로파일을 한정하는, 온도 측정 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 나사형성 리세스는 원통형 챔버를 한정하고, 상기 원통형 챔버는 상기 벽에 의해 한정되는 종축에 직교하여 그를 통과하는 종축("L")을 갖는, 온도 측정 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 나사형성 리세스는 관통 구멍을 한정하는, 온도 측정 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 나사형성 리세스는 막힌 구멍(blind hole)을 한정하는, 온도 측정 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 스터드는 만곡된 단면 프로파일을 한정하는 제1 원위 단부를 추가로 포함하고;
   막힌 구멍은 폐쇄된 제2 단부를 한정하는 표면을 포함하고, 상기 폐쇄된 제2 단부의 표면은 그 곳에서 상기 제1 원위 단부를 수용하도록 상기 스터드의 제1 원위 단부의 프로파일에 대응하는 만곡된 단면 프로파일을 한정하는, 온도 측정 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 너트 및 상기 유지 플레이트는 일체로 형성되는, 온도 측정 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 벽은 제1 반경을 한정하는 만곡 표면을 포함하고;
   상기 유지 플레이트의 제2 면은 제2 반경을 한정하는 만곡 표면을 한정하고, 상기 제1 반경 및 제2 반경은 실질적으로 동일한, 온도 측정 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 유지 플레이트의 제2 면은 내부에 한정된 리세스를 포함하고, 상기 리세스는 상기 온도 센서의 적어도 일부분을 내부에 작동식으로 수용하도록 크기설정된, 온도 측정 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 리세스는 대체로 아치형 홈을 한정하는, 온도 측정 시스템.
12. 제10항에 있어서, 상기 유지 플레이트의 제2 면은 그로부터 돌출되고 상기 벽의 외부 면에 결합되는 융기된 부분을 추가로 포함하는, 온도 측정 시스템.

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