JP2000258256A - 管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法 - Google Patents
管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法Info
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- JP2000258256A JP2000258256A JP11062941A JP6294199A JP2000258256A JP 2000258256 A JP2000258256 A JP 2000258256A JP 11062941 A JP11062941 A JP 11062941A JP 6294199 A JP6294199 A JP 6294199A JP 2000258256 A JP2000258256 A JP 2000258256A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ボイラの水管等の加熱される管壁の温度を測定
するための簡易で安価な構造の熱電対装置および熱電対
の管壁への装着方法を提供する。 【解決手段】熱電対の先端部を突合せ溶接により熱接点
部（熱接点位置）を作ることで熱電対を単芯線構造と
し、管壁への装着は、Ｖ字形に溝として、溝の底部を熱
電対の外径相当の曲面を形成し、熱電対は扁平に加工す
ることなく溝内に挿着し、Ｖ字形の凸部に熱電対の外径
に相当する窪みを設けた保護カバーを、熱電対の外側か
ら管の表面に溶接して装着する。本発明の熱電対装置
は、熱電対を管壁に突出することなく装着できるので、
高精度に温度計測ができ、また熱電対のカバーを設ける
ことで、熱電対を損傷することなくカバー溶接ができ、
管に切削された溝は、管軸に直角な切欠きではないの
で、管の破損に繋がり難く、長期安定して温度計測が可
能となる。
するための簡易で安価な構造の熱電対装置および熱電対
の管壁への装着方法を提供する。 【解決手段】熱電対の先端部を突合せ溶接により熱接点
部（熱接点位置）を作ることで熱電対を単芯線構造と
し、管壁への装着は、Ｖ字形に溝として、溝の底部を熱
電対の外径相当の曲面を形成し、熱電対は扁平に加工す
ることなく溝内に挿着し、Ｖ字形の凸部に熱電対の外径
に相当する窪みを設けた保護カバーを、熱電対の外側か
ら管の表面に溶接して装着する。本発明の熱電対装置
は、熱電対を管壁に突出することなく装着できるので、
高精度に温度計測ができ、また熱電対のカバーを設ける
ことで、熱電対を損傷することなくカバー溶接ができ、
管に切削された溝は、管軸に直角な切欠きではないの
で、管の破損に繋がり難く、長期安定して温度計測が可
能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラの水壁管等の
加熱される伝熱管等のの管壁の温度を計測するための管
壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法に関する。
加熱される伝熱管等のの管壁の温度を計測するための管
壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ボイラ等の伝熱管の管壁温度の測
定には、パッド付きの熱電対を管表面に取り付ける方法
があり、パッドをすみ肉溶接で固定したが、加熱される
管では輻射熱により温度が管壁よりも高く計測されると
いう不都合があった。また、管壁に穿孔して熱電対を挿
入するコーダル方式も採用されたが、小さな孔を放電加
工等で行う必要があり、限られた断面積の管肉厚の範囲
では、熱電対も細い外径のものしか使用できないので、
長期使用に耐え難いなどの問題があった。これらの問題
に対して、管外周から溝を切削加工により形成して、熱
電対を扁平に加工して埋め込む方法が採られてきたが、
細い熱電対を扁平に加工したり、熱電対と管の溶接には
特殊な装置を必要とするなどの問題があり、管軸と直角
方向に切欠きが出来る形に溝加工しており、管の最小肉
厚は確保されているとはいえ、長期間の使用に耐えられ
るかどうか信頼性の点で不安があった。
定には、パッド付きの熱電対を管表面に取り付ける方法
があり、パッドをすみ肉溶接で固定したが、加熱される
管では輻射熱により温度が管壁よりも高く計測されると
いう不都合があった。また、管壁に穿孔して熱電対を挿
入するコーダル方式も採用されたが、小さな孔を放電加
工等で行う必要があり、限られた断面積の管肉厚の範囲
では、熱電対も細い外径のものしか使用できないので、
長期使用に耐え難いなどの問題があった。これらの問題
に対して、管外周から溝を切削加工により形成して、熱
電対を扁平に加工して埋め込む方法が採られてきたが、
細い熱電対を扁平に加工したり、熱電対と管の溶接には
特殊な装置を必要とするなどの問題があり、管軸と直角
方向に切欠きが出来る形に溝加工しており、管の最小肉
厚は確保されているとはいえ、長期間の使用に耐えられ
るかどうか信頼性の点で不安があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における問題点を解消するものであって、熱電
対を使用してボイラ火炉等に設けられている各種伝熱管
の管壁温度を計測するのに、熱電対の芯線径を細くする
ことなく、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑
な加工を極力減らして簡便な方法で熱伝対を管表面から
突出しない構造に装着することができ、かつ高精度に管
壁温度計測が可能な熱電対取付け装置およびその作製方
法を提供することにある。
従来技術における問題点を解消するものであって、熱電
対を使用してボイラ火炉等に設けられている各種伝熱管
の管壁温度を計測するのに、熱電対の芯線径を細くする
ことなく、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑
な加工を極力減らして簡便な方法で熱伝対を管表面から
突出しない構造に装着することができ、かつ高精度に管
壁温度計測が可能な熱電対取付け装置およびその作製方
法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、請求項１に記載のよう
に、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有する管の外
周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径以上で、
該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面を有する溝を設
け、細管よりなる金属シース内に、２本の異種金属線を
先端で溶接接合した熱接点を有する単芯線を挿入し、該
単芯線と上記金属シースとの隙間部に耐熱絶縁性粉末材
料を封入して構成した熱電対の上記熱接点を、上記管外
周の溝の温度測定位置に合わせて挿着し、内面に熱電対
の外径に相当する窪みを有し管と同等の材質よりなるリ
ング状のカバーを、上記挿着した熱電対の外側から圧接
してカバーの両端と管の外周とを溶接接合することによ
り、上記管の余肉厚部に熱電対を埋設した構造の管壁温
度計測用熱電対装置とするものである。このような構造
とすることにより、熱電対の芯線径を細くすることな
く、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工
を極力減らして簡便な手段で熱電対をそのまま管に装着
することができ、熱電対は装着状態で管表面から突出し
ないので、高精度に管壁温度計測が可能となる効果があ
る。
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、請求項１に記載のよう
に、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有する管の外
周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径以上で、
該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面を有する溝を設
け、細管よりなる金属シース内に、２本の異種金属線を
先端で溶接接合した熱接点を有する単芯線を挿入し、該
単芯線と上記金属シースとの隙間部に耐熱絶縁性粉末材
料を封入して構成した熱電対の上記熱接点を、上記管外
周の溝の温度測定位置に合わせて挿着し、内面に熱電対
の外径に相当する窪みを有し管と同等の材質よりなるリ
ング状のカバーを、上記挿着した熱電対の外側から圧接
してカバーの両端と管の外周とを溶接接合することによ
り、上記管の余肉厚部に熱電対を埋設した構造の管壁温
度計測用熱電対装置とするものである。このような構造
とすることにより、熱電対の芯線径を細くすることな
く、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工
を極力減らして簡便な手段で熱電対をそのまま管に装着
することができ、熱電対は装着状態で管表面から突出し
ないので、高精度に管壁温度計測が可能となる効果があ
る。
【０００５】また、請求項２に記載のように、請求項１
において、熱電対を構成する２本の異種金属線を先端で
溶接接合した熱接点を有する単芯線は、アルメル−クロ
メル、クロメル−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン
または銅−コンスタンタンよりなり、耐熱絶縁性粉末材
料は、酸化マグネシウム、アルミナ、炭化ケイ素または
シリカを用いる管壁温度計測用熱電対装置とするもので
ある。このように、熱電対を構成する２本の異種金属線
と細管よりなる金属シース内に封入する耐熱絶縁性粉末
材料の種類を、計測する温度範囲あるいは温度環境によ
って、最良のものを任意に選択することができるので、
高精度の管壁温度計測が可能となる効果がある。
において、熱電対を構成する２本の異種金属線を先端で
溶接接合した熱接点を有する単芯線は、アルメル−クロ
メル、クロメル−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン
または銅−コンスタンタンよりなり、耐熱絶縁性粉末材
料は、酸化マグネシウム、アルミナ、炭化ケイ素または
シリカを用いる管壁温度計測用熱電対装置とするもので
ある。このように、熱電対を構成する２本の異種金属線
と細管よりなる金属シース内に封入する耐熱絶縁性粉末
材料の種類を、計測する温度範囲あるいは温度環境によ
って、最良のものを任意に選択することができるので、
高精度の管壁温度計測が可能となる効果がある。
【０００６】また、請求項３に記載のように、請求項１
または請求項２に記載の管壁温度計測用熱電対装置を作
製する方法であって、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚
部を有する管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電
対の外径以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面
を有するＶ字形の溝を形成する工程と、該溝内に、熱電
対の芯線径を細くすることなく、かつ熱電対を偏平に加
工することなく、２本の異種金属線を先端で突合せ溶接
して熱接点を形成した単芯線構造の熱電対を、該熱電対
の熱接点を、上記管外周の溝の温度測定位置に位置合わ
せして挿着する工程と、上記溝内に挿着した熱伝対の外
側に、断面がＶ字型のリングの内側に熱電対の外径に相
当する窪みを設けたリング状のカバーを用い、上記熱電
対を押さえて保護する形態に、上記カバーの両端部を、
上記管の外周面と溶接接合する工程を含む管壁温度計測
用熱電対装置の作製方法とするものである。このような
工程で管壁温度計測用熱電対装置を作製すると、上記請
求項１と同様に、熱電対の芯線径を細くすることなく、
また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工を極
力減らして簡易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突
出させない状態で装着することができ、高精度に管壁温
度計測が可能な熱電対を容易に作製できる効果がある。
または請求項２に記載の管壁温度計測用熱電対装置を作
製する方法であって、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚
部を有する管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電
対の外径以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面
を有するＶ字形の溝を形成する工程と、該溝内に、熱電
対の芯線径を細くすることなく、かつ熱電対を偏平に加
工することなく、２本の異種金属線を先端で突合せ溶接
して熱接点を形成した単芯線構造の熱電対を、該熱電対
の熱接点を、上記管外周の溝の温度測定位置に位置合わ
せして挿着する工程と、上記溝内に挿着した熱伝対の外
側に、断面がＶ字型のリングの内側に熱電対の外径に相
当する窪みを設けたリング状のカバーを用い、上記熱電
対を押さえて保護する形態に、上記カバーの両端部を、
上記管の外周面と溶接接合する工程を含む管壁温度計測
用熱電対装置の作製方法とするものである。このような
工程で管壁温度計測用熱電対装置を作製すると、上記請
求項１と同様に、熱電対の芯線径を細くすることなく、
また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工を極
力減らして簡易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突
出させない状態で装着することができ、高精度に管壁温
度計測が可能な熱電対を容易に作製できる効果がある。
【０００７】本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、熱
電対を単芯線構造となし、管壁への装着は、管外周にＶ
字形の溝を形成して、該溝内に、熱電対を扁平に加工す
ることなく、埋め込むものである。熱電対はできるだけ
細い物が必要とされるのに対して、単芯線の構造とする
ことにより、芯線径を細くすることなく、管壁に簡易に
装着できるようにしたものである。管壁への熱電対の装
着にはＶ字形の溝として、管軸に直角に切欠きをなくし
て、溶接点は熱電対から離れた位置で行うことで溶接の
作業性が良くなり、管に対しても、また熱電対に対して
も望ましい状態で熱電対を装着することができるもので
ある。
電対を単芯線構造となし、管壁への装着は、管外周にＶ
字形の溝を形成して、該溝内に、熱電対を扁平に加工す
ることなく、埋め込むものである。熱電対はできるだけ
細い物が必要とされるのに対して、単芯線の構造とする
ことにより、芯線径を細くすることなく、管壁に簡易に
装着できるようにしたものである。管壁への熱電対の装
着にはＶ字形の溝として、管軸に直角に切欠きをなくし
て、溶接点は熱電対から離れた位置で行うことで溶接の
作業性が良くなり、管に対しても、また熱電対に対して
も望ましい状態で熱電対を装着することができるもので
ある。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の管壁温度計測用熱電対装
置に用いる熱電対の構造の一例を、図１に示す。アルメ
ル線１と、クロメル線２を、一定長さごとに、交互に突
き合わせて溶接して熱接点部５を作り、一本の芯線状に
しておき、酸化マグネシウム粉末３を絶縁材として、シ
ース４に封入して成形し熱電対を作る。これをＸ線で熱
接点部（熱接点位置）５を確認しながら、シース４の外
面に印を付けて置き、切断して熱電対（完成品）（６）
を得る。なお、アルメル線１は、Ｎｉ９４％、Ａｌ ２
％、Ｓｉ１％、Ｍｎ２.５％の合金であり、クロメル線
２は、Ｎｉ８０％、Ｃｒ２０％の合金である。なお、上
記絶縁材として、酸化マグネシウム粉末の他、アルミ
ナ、炭化ケイ素、シリカ等の粉末も温度範囲および温度
環境によって任意に選択し使用することが可能である。
図２に、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の構造の一
例を示す。管７の外周には、溝の先端部（溝の底部）８
が、熱電対６の外径相当の曲面を持ったＶ字型の溝を、
図３（ａ）に示すごとく切削しておき、熱電対６の熱接
点位置５を、温度計測したい管７の外周位置に設定して
埋め込む。次に、熱電対６の外径に相当する曲面加工を
した断面Ｖ字形のカバー９で、熱電対６を押さえて、管
７と密着させて保護する。Ｖ字形のカバー９は、図２の
正面に対して、カバーの左半周分９ａと、カバーの右半
周分９ｂとに、２分割されており、管７と同等の材料を
用いて、管７との溶接部１０を形成する。熱電対６は、
管７の非加熱側に引き出して、計測するための太い熱電
対１１に接続して使用する。熱電対６と、太い熱電対１
１の接続部１２は、ろう付けを行うが、温度が低い場合
には、接着剤を用いて固定する。また、２本の単芯熱電
対線であるアルメル線１とクロメル線２は、測定温度に
よっては、クロメル（Ｎｉ、Ｃｒを主とした合金）とコ
ンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、鉄（Ｆ
ｅ）−コンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、
銅（Ｃｕ）−コンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合
金）等の一般に用いられてい単芯熱電対線に置き換えて
用いることができ、場合によっては、白金−白金ロジウ
ム合金を用いることも可能である。そして、太い熱電対
１１とは同一の線種ごとに接続して引き出す構造とす
る。接続部１２を管７から離して、セラミック製等の耐
熱温度の高いコネクターを用いて接続することも可能で
あり、この方法を採れぱ、管７が組み立てられた後に、
引き出し用の太い熱電対１１を接続することができる。
熱電対６が、管７に固定された後に、押え金具１３を取
り付けて、溶接により固定する。管７は、一定の長さに
切断した物を使用して、熱電対６を組み込んだ後に、ボ
イラの水壁管群等の伝熱管に組み込むことによって使用
可能となる。熱電対６と、管７の材質は異なることが多
いが、カバー９が管７と同等の材質で有れば、溶接部１
０に熱膨張による応力発生は少なく、割れの発生する可
能性はほとんどない。上記実施の形態で作製した本発明
の管壁温度計測用熱電対装置は、熱電対の芯線径を細く
することなく、また熱電対を偏平に加工することなく、
複雑な加工を極力減らして簡便な手段で熱電対をそのま
ま管に装着することができ、熱電対は装着状態で管表面
から突出しないので、高精度に管壁温度計測をすること
ができる。また、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の
作製方法によれば、複雑な加工を極力減らして簡易な工
程で熱電対をそのまま管の表面に突出させない状態で装
着することができ、高精度に管壁温度計測が可能な熱電
対を容易に作製することができる。
置に用いる熱電対の構造の一例を、図１に示す。アルメ
ル線１と、クロメル線２を、一定長さごとに、交互に突
き合わせて溶接して熱接点部５を作り、一本の芯線状に
しておき、酸化マグネシウム粉末３を絶縁材として、シ
ース４に封入して成形し熱電対を作る。これをＸ線で熱
接点部（熱接点位置）５を確認しながら、シース４の外
面に印を付けて置き、切断して熱電対（完成品）（６）
を得る。なお、アルメル線１は、Ｎｉ９４％、Ａｌ ２
％、Ｓｉ１％、Ｍｎ２.５％の合金であり、クロメル線
２は、Ｎｉ８０％、Ｃｒ２０％の合金である。なお、上
記絶縁材として、酸化マグネシウム粉末の他、アルミ
ナ、炭化ケイ素、シリカ等の粉末も温度範囲および温度
環境によって任意に選択し使用することが可能である。
図２に、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の構造の一
例を示す。管７の外周には、溝の先端部（溝の底部）８
が、熱電対６の外径相当の曲面を持ったＶ字型の溝を、
図３（ａ）に示すごとく切削しておき、熱電対６の熱接
点位置５を、温度計測したい管７の外周位置に設定して
埋め込む。次に、熱電対６の外径に相当する曲面加工を
した断面Ｖ字形のカバー９で、熱電対６を押さえて、管
７と密着させて保護する。Ｖ字形のカバー９は、図２の
正面に対して、カバーの左半周分９ａと、カバーの右半
周分９ｂとに、２分割されており、管７と同等の材料を
用いて、管７との溶接部１０を形成する。熱電対６は、
管７の非加熱側に引き出して、計測するための太い熱電
対１１に接続して使用する。熱電対６と、太い熱電対１
１の接続部１２は、ろう付けを行うが、温度が低い場合
には、接着剤を用いて固定する。また、２本の単芯熱電
対線であるアルメル線１とクロメル線２は、測定温度に
よっては、クロメル（Ｎｉ、Ｃｒを主とした合金）とコ
ンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、鉄（Ｆ
ｅ）−コンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、
銅（Ｃｕ）−コンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合
金）等の一般に用いられてい単芯熱電対線に置き換えて
用いることができ、場合によっては、白金−白金ロジウ
ム合金を用いることも可能である。そして、太い熱電対
１１とは同一の線種ごとに接続して引き出す構造とす
る。接続部１２を管７から離して、セラミック製等の耐
熱温度の高いコネクターを用いて接続することも可能で
あり、この方法を採れぱ、管７が組み立てられた後に、
引き出し用の太い熱電対１１を接続することができる。
熱電対６が、管７に固定された後に、押え金具１３を取
り付けて、溶接により固定する。管７は、一定の長さに
切断した物を使用して、熱電対６を組み込んだ後に、ボ
イラの水壁管群等の伝熱管に組み込むことによって使用
可能となる。熱電対６と、管７の材質は異なることが多
いが、カバー９が管７と同等の材質で有れば、溶接部１
０に熱膨張による応力発生は少なく、割れの発生する可
能性はほとんどない。上記実施の形態で作製した本発明
の管壁温度計測用熱電対装置は、熱電対の芯線径を細く
することなく、また熱電対を偏平に加工することなく、
複雑な加工を極力減らして簡便な手段で熱電対をそのま
ま管に装着することができ、熱電対は装着状態で管表面
から突出しないので、高精度に管壁温度計測をすること
ができる。また、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の
作製方法によれば、複雑な加工を極力減らして簡易な工
程で熱電対をそのまま管の表面に突出させない状態で装
着することができ、高精度に管壁温度計測が可能な熱電
対を容易に作製することができる。
【０００９】
【発明の効果】本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、
熱電対の芯線径を細くすることなく、細い外径の熱電対
を簡易に得ることができ、また、熱電対を扁平に加工す
ることなく、容易に管壁に突出しない構造に装着するこ
とができ、高精度に管壁温度の測定が可能である。ま
た、Ｖ字形の熱電対押えカバーの溶接によって、熱電対
から離れた位置で、熱電対を損傷することなく溶接作業
が可能となる。さらに、管に切削された溝は、管に切欠
き部として作用しても、管軸に対して直角では無いの
で、管の破損に繋がり難い構造となり、長期間安定して
管壁の計測が可能となる。
熱電対の芯線径を細くすることなく、細い外径の熱電対
を簡易に得ることができ、また、熱電対を扁平に加工す
ることなく、容易に管壁に突出しない構造に装着するこ
とができ、高精度に管壁温度の測定が可能である。ま
た、Ｖ字形の熱電対押えカバーの溶接によって、熱電対
から離れた位置で、熱電対を損傷することなく溶接作業
が可能となる。さらに、管に切削された溝は、管に切欠
き部として作用しても、管軸に対して直角では無いの
で、管の破損に繋がり難い構造となり、長期間安定して
管壁の計測が可能となる。
【図１】本発明の実施の形態で例示した熱電対の構造を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】本発明の実施の形態で例示した管壁温度計測用
熱電対装置の熱電対装着管の断面構造を示す模式図。
熱電対装置の熱電対装着管の断面構造を示す模式図。
【図３】本発明の実施の形態で例示した管に装着した熱
電対の断面構造を示す模式図。
電対の断面構造を示す模式図。
１…アルメル線 ２…クロメル線 ３…酸化マグネシウム粉末 ４…シース ５…熱接点部（熱接点位置） ６…熱電対（完成品） ７…管 ８…溝の先端部（溝の底部） ９…カバー ９ａ…カバーの左半周分 ９ｂ…カバーの右半周分 １０…溶接部 １１…太い熱電対 １２…接続部 １３…押え金具
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月１３日（１９９９．１２．
１３）
１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラの水壁管等の
加熱される伝熱管等の管壁の温度を計測するための管壁
温度計測用熱電対装置およびその作製方法に関する。
加熱される伝熱管等の管壁の温度を計測するための管壁
温度計測用熱電対装置およびその作製方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】従来、ボイラ等の伝熱管の管壁温度の測
定には、パッド付きの熱電対を管表面に取り付ける方法
があり、パッドをすみ肉溶接で固定したが、輻射熱によ
り加熱される管では温度が管壁よりも高く計測されると
いう不都合があった。また、管壁に穿孔して熱電対を挿
入するコーダル方式も採用されたが、小さな孔を放電加
工等で行う必要があり、限られた断面積の管肉厚の範囲
では、熱電対も細い外径のものしか使用できないので、
長期使用に耐え難いなどの問題があった。これらの問題
に対して、切削加工により管外周に溝を形成して、熱電
対を扁平に加工して埋め込む方法が採られてきたが、細
い熱電対を扁平に加工したり、熱電対と管の溶接には特
殊な装置を必要とするなどの問題があり、管軸と直角方
向に切欠きが出来る形に溝加工しており、管の最小肉厚
は確保されているが、長期間の使用に耐えられるかどう
か信頼性の点で不安があった。
定には、パッド付きの熱電対を管表面に取り付ける方法
があり、パッドをすみ肉溶接で固定したが、輻射熱によ
り加熱される管では温度が管壁よりも高く計測されると
いう不都合があった。また、管壁に穿孔して熱電対を挿
入するコーダル方式も採用されたが、小さな孔を放電加
工等で行う必要があり、限られた断面積の管肉厚の範囲
では、熱電対も細い外径のものしか使用できないので、
長期使用に耐え難いなどの問題があった。これらの問題
に対して、切削加工により管外周に溝を形成して、熱電
対を扁平に加工して埋め込む方法が採られてきたが、細
い熱電対を扁平に加工したり、熱電対と管の溶接には特
殊な装置を必要とするなどの問題があり、管軸と直角方
向に切欠きが出来る形に溝加工しており、管の最小肉厚
は確保されているが、長期間の使用に耐えられるかどう
か信頼性の点で不安があった。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における問題点を解消するものであって、熱電
対を使用してボイラ火炉等に設けられている各種伝熱管
の管壁温度を計測するのに、熱電対の芯線径を細くする
ことなく、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑
な加工を極力減らして簡便な方法で熱電対を管表面から
突出しない構造に装着することができ、かつ高精度に管
壁温度計測が可能な熱電対装置およびその作製方法を提
供することにある。
従来技術における問題点を解消するものであって、熱電
対を使用してボイラ火炉等に設けられている各種伝熱管
の管壁温度を計測するのに、熱電対の芯線径を細くする
ことなく、また熱電対を偏平に加工することなく、複雑
な加工を極力減らして簡便な方法で熱電対を管表面から
突出しない構造に装着することができ、かつ高精度に管
壁温度計測が可能な熱電対装置およびその作製方法を提
供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】また、請求項３に記載のように、請求項１
または請求項２に記載の管壁温度計測用熱電対装置を作
製する方法であって、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚
部を有する管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電
対の外径以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面
を有するＶ字形の溝を形成する工程と、該溝内に、熱電
対の芯線径を細くすることなく、かつ熱電対を偏平に加
工することなく、２本の異種金属線を先端で突合せ溶接
して熱接点を形成した単芯線構造の熱電対を、該熱電対
の熱接点を、上記管外周の溝の温度測定位置に位置合わ
せして挿着する工程と、上記溝内に挿着した熱電対の外
側に、断面がＶ字型のリングの内側に熱電対の外径に相
当する窪みを設けたリング状のカバーを用い、上記熱電
対を押さえて保護する形態に、上記カバーの両端部を、
上記管の外周面と溶接接合する工程を含む管壁温度計測
用熱電対装置の作製方法とするものである。このような
工程で管壁温度計測用熱電対装置を作製すると、上記請
求項１と同様に、熱電対の芯線径を細くすることなく、
また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工を極
力減らして簡易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突
出させない状態で装着することができ、高精度に管壁温
度計測が可能な熱電対を容易に作製できる効果がある。
または請求項２に記載の管壁温度計測用熱電対装置を作
製する方法であって、管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚
部を有する管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電
対の外径以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面
を有するＶ字形の溝を形成する工程と、該溝内に、熱電
対の芯線径を細くすることなく、かつ熱電対を偏平に加
工することなく、２本の異種金属線を先端で突合せ溶接
して熱接点を形成した単芯線構造の熱電対を、該熱電対
の熱接点を、上記管外周の溝の温度測定位置に位置合わ
せして挿着する工程と、上記溝内に挿着した熱電対の外
側に、断面がＶ字型のリングの内側に熱電対の外径に相
当する窪みを設けたリング状のカバーを用い、上記熱電
対を押さえて保護する形態に、上記カバーの両端部を、
上記管の外周面と溶接接合する工程を含む管壁温度計測
用熱電対装置の作製方法とするものである。このような
工程で管壁温度計測用熱電対装置を作製すると、上記請
求項１と同様に、熱電対の芯線径を細くすることなく、
また熱電対を偏平に加工することなく、複雑な加工を極
力減らして簡易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突
出させない状態で装着することができ、高精度に管壁温
度計測が可能な熱電対を容易に作製できる効果がある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の管壁温度計測用熱電対装
置に用いる熱電対の構造の一例を、図１に示す。アルメ
ル線１と、クロメル線２を、一定長さごとに、交互に突
き合わせて溶接して熱接点部５を作り、一本の芯線状に
しておき、酸化マグネシウム粉末３を絶縁材として、シ
ース４に封入して成形し熱電対を作る。これをＸ線で熱
接点部（熱接点位置）５を確認しながら、シース４の外
面に印を付けて置き、切断して熱電対（完成品）６を得
る。なお、アルメル線１は、Ｎｉ９４％、Ａｌ ２％、
Ｓｉ１％、Ｍｎ２.５％の合金であり、クロメル線２
は、Ｎｉ８０％、Ｃｒ２０％の合金である。なお、上記
絶縁材として、酸化マグネシウム粉末の他、アルミナ、
炭化ケイ素、シリカ等の粉末も温度範囲および温度環境
によって任意に選択し使用することが可能である。図２
に、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の構造の一例を
示す。管７の外周には、図３（ａ）に示すごとく溝の先
端部（溝の底部）８が、熱電対６の外径相当の曲面を持
ったＶ字型の溝となるように切削しておき、熱電対６の
熱接点位置５を、温度計測したい管７の外周位置に設定
して埋め込む。次に、熱電対６の外径に相当する曲面加
工をした断面Ｖ字形のカバー９で、熱電対６を押さえ
て、管７と密着させて保護する。Ｖ字形のカバー９は、
図２の正面に対して、カバーの左半周分９ａと、カバー
の右半周分９ｂとに、２分割されており、管７と同等の
材料を用いて、管７との溶接部１０を形成する。熱電対
６は、管７の非加熱側に引き出して、計測するための太
い熱電対１１に接続して使用する。熱電対６と、太い熱
電対１１の接続部１２は、ろう付けを行うが、温度が低
い場合には、接着剤を用いて固定する。また、２本の単
芯熱電対線であるアルメル線１とクロメル線２は、測定
温度によっては、クロメル（Ｎｉ、Ｃｒを主とした合
金）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、
鉄（Ｆｅ）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合
金）、銅（Ｃｕ）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主と
した合金）等の一般に用いられている単芯熱電対線に置
き換えて用いることができ、場合によっては、白金と白
金ロジウム合金を用いることも可能である。そして、太
い熱電対１１は同一の線種ごとに接続して引き出す構造
とする。接続部１２を管７から離して、セラミック製等
の耐熱温度の高いコネクターを用いて接続することも可
能であり、この方法を採れば、管７が組み立てられた後
に、引き出し用の太い熱電対１１を接続することができ
る。熱電対６が、管７に固定された後に、押え金具１３
を取り付けて、溶接により固定する。管７は、一定の長
さに切断した物を使用して、熱電対６を組み込んだ後
に、ボイラの水壁管群等の伝熱管に組み込むことによっ
て使用可能となる。熱電対６と、管７の材質は異なるこ
とが多いが、カバー９が管７と同等の材質で有れば、溶
接部１０に熱膨張による応力発生は少なく、割れの発生
する可能性はほとんどない。上記実施の形態で作製した
本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、熱電対の芯線径
を細くすることなく、また熱電対を偏平に加工すること
なく、複雑な加工を極力減らして簡便な手段で熱電対を
そのまま管に装着することができ、熱電対は装着状態で
管表面から突出しないので、高精度に管壁温度計測をす
ることができる。また、本発明の管壁温度計測用熱電対
装置の作製方法によれば、複雑な加工を極力減らして簡
易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突出させない状
態で装着することができ、高精度に管壁温度計測が可能
な熱電対を容易に作製することができる。
置に用いる熱電対の構造の一例を、図１に示す。アルメ
ル線１と、クロメル線２を、一定長さごとに、交互に突
き合わせて溶接して熱接点部５を作り、一本の芯線状に
しておき、酸化マグネシウム粉末３を絶縁材として、シ
ース４に封入して成形し熱電対を作る。これをＸ線で熱
接点部（熱接点位置）５を確認しながら、シース４の外
面に印を付けて置き、切断して熱電対（完成品）６を得
る。なお、アルメル線１は、Ｎｉ９４％、Ａｌ ２％、
Ｓｉ１％、Ｍｎ２.５％の合金であり、クロメル線２
は、Ｎｉ８０％、Ｃｒ２０％の合金である。なお、上記
絶縁材として、酸化マグネシウム粉末の他、アルミナ、
炭化ケイ素、シリカ等の粉末も温度範囲および温度環境
によって任意に選択し使用することが可能である。図２
に、本発明の管壁温度計測用熱電対装置の構造の一例を
示す。管７の外周には、図３（ａ）に示すごとく溝の先
端部（溝の底部）８が、熱電対６の外径相当の曲面を持
ったＶ字型の溝となるように切削しておき、熱電対６の
熱接点位置５を、温度計測したい管７の外周位置に設定
して埋め込む。次に、熱電対６の外径に相当する曲面加
工をした断面Ｖ字形のカバー９で、熱電対６を押さえ
て、管７と密着させて保護する。Ｖ字形のカバー９は、
図２の正面に対して、カバーの左半周分９ａと、カバー
の右半周分９ｂとに、２分割されており、管７と同等の
材料を用いて、管７との溶接部１０を形成する。熱電対
６は、管７の非加熱側に引き出して、計測するための太
い熱電対１１に接続して使用する。熱電対６と、太い熱
電対１１の接続部１２は、ろう付けを行うが、温度が低
い場合には、接着剤を用いて固定する。また、２本の単
芯熱電対線であるアルメル線１とクロメル線２は、測定
温度によっては、クロメル（Ｎｉ、Ｃｒを主とした合
金）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合金）、
鉄（Ｆｅ）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主とした合
金）、銅（Ｃｕ）とコンスタンタン（Ｃｕ、Ｎｉを主と
した合金）等の一般に用いられている単芯熱電対線に置
き換えて用いることができ、場合によっては、白金と白
金ロジウム合金を用いることも可能である。そして、太
い熱電対１１は同一の線種ごとに接続して引き出す構造
とする。接続部１２を管７から離して、セラミック製等
の耐熱温度の高いコネクターを用いて接続することも可
能であり、この方法を採れば、管７が組み立てられた後
に、引き出し用の太い熱電対１１を接続することができ
る。熱電対６が、管７に固定された後に、押え金具１３
を取り付けて、溶接により固定する。管７は、一定の長
さに切断した物を使用して、熱電対６を組み込んだ後
に、ボイラの水壁管群等の伝熱管に組み込むことによっ
て使用可能となる。熱電対６と、管７の材質は異なるこ
とが多いが、カバー９が管７と同等の材質で有れば、溶
接部１０に熱膨張による応力発生は少なく、割れの発生
する可能性はほとんどない。上記実施の形態で作製した
本発明の管壁温度計測用熱電対装置は、熱電対の芯線径
を細くすることなく、また熱電対を偏平に加工すること
なく、複雑な加工を極力減らして簡便な手段で熱電対を
そのまま管に装着することができ、熱電対は装着状態で
管表面から突出しないので、高精度に管壁温度計測をす
ることができる。また、本発明の管壁温度計測用熱電対
装置の作製方法によれば、複雑な加工を極力減らして簡
易な工程で熱電対をそのまま管の表面に突出させない状
態で装着することができ、高精度に管壁温度計測が可能
な熱電対を容易に作製することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中重 猛雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 Ｆターム(参考） 2F056 KA01 KA03 KA12 KA14 KA18
Claims (3)
- 【請求項１】管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有す
る管の外周の上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径
以上で、該溝の底部が熱電対の外径相当の曲面を有する
溝を設け、細管よりなる金属シース内に、２本の異種金
属線を先端で溶接接合した熱接点を有する単芯線を挿入
し、該単芯線と上記金属シースとの隙間部に耐熱絶縁性
粉末材料を封入して構成した熱電対の上記熱接点を、上
記管外周の溝の温度測定位置に合わせて挿着し、内面に
熱電対の外径に相当する窪みを有し管と同等の材質より
なるリング状のカバーを、上記挿着した熱電対の外側か
ら圧接してカバーの両端と管の外周とを溶接接合するこ
とにより、上記管の余肉厚部に熱電対を埋設してなるこ
とを特徴とする管壁温度計測用熱電対装置。 - 【請求項２】請求項１において、熱電対を構成する２本
の異種金属線を先端で溶接接合した熱接点を有する単芯
線は、アルメル−クロメル、クロメル−コンスタンタ
ン、鉄−コンスタンタンまたは銅−コンスタンタンより
なり、耐熱絶縁性粉末材料は、酸化マグネシウム、アル
ミナ、炭化ケイ素またはシリカよりなることを特徴とす
る管壁温度計測用熱電対装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の管壁温度
計測用熱電対装置を作製する方法であって、 管壁の必要最小肉厚以上に余肉厚部を有する管の外周の
上記余肉厚部に、溝の深さが熱電対の外径以上で、該溝
の底部が熱電対の外径相当の曲面を有するＶ字形の溝を
形成する工程と、 該溝内に、熱電対の芯線径を細くすることなく、かつ熱
電対を偏平に加工することなく、２本の異種金属線を先
端で突合せ溶接して熱接点を形成した単芯線構造の熱電
対を、該熱電対の熱接点を上記管外周の溝の温度測定位
置に位置合わせして挿着する工程と、 上記溝内に挿着した熱伝対の外側に、断面がＶ字型のリ
ングの内側に熱電対の外径に相当する窪みを設けたリン
グ状のカバーを用い、上記熱電対を押さえて保護する形
態に、上記カバーの両端部を、上記管の外周面と溶接接
合する工程を含むことを特徴とする管壁温度計測用熱電
対装置の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11062941A JP3124998B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11062941A JP3124998B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000258256A true JP2000258256A (ja) | 2000-09-22 |
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ID=13214842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11062941A Expired - Fee Related JP3124998B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 管壁温度計測用熱電対装置およびその作製方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124998B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353521A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Atsushi Sugihara | プラスチック又はガラス製熱電発電モジュール及びその製造方法 |
| WO2006004060A1 (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-12 | Aruze Corp. | 熱電変換モジュール |
| JP2009174889A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Yamari Sangyo Kk | 管壁への熱電対取付構造及び熱電対取付方法 |
| JP2010100248A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Press Kogyo Co Ltd | アクスルケースのブラケット溶接部構造 |
| KR101597302B1 (ko) * | 2014-12-17 | 2016-02-24 | 주식회사 동양센서 | 온도센서 및 그 제조방법 |
| CN105651618A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-06-08 | 内蒙古科技大学 | 一种将热电偶丝配置于试样的方法 |
| WO2023125141A1 (zh) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 长春捷翼汽车科技股份有限公司 | 一种端子测温结构 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108917961B (zh) * | 2018-07-27 | 2019-11-26 | 中国核动力研究设计院 | 一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置 |
-
1999
- 1999-03-10 JP JP11062941A patent/JP3124998B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2002353521A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Atsushi Sugihara | プラスチック又はガラス製熱電発電モジュール及びその製造方法 |
| WO2006004060A1 (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-12 | Aruze Corp. | 熱電変換モジュール |
| JP2009174889A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Yamari Sangyo Kk | 管壁への熱電対取付構造及び熱電対取付方法 |
| JP2010100248A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Press Kogyo Co Ltd | アクスルケースのブラケット溶接部構造 |
| KR101597302B1 (ko) * | 2014-12-17 | 2016-02-24 | 주식회사 동양센서 | 온도센서 및 그 제조방법 |
| CN105651618A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-06-08 | 内蒙古科技大学 | 一种将热电偶丝配置于试样的方法 |
| WO2023125141A1 (zh) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 长春捷翼汽车科技股份有限公司 | 一种端子测温结构 |
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| JP3124998B2 (ja) | 2001-01-15 |
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