JP2013120167A - フィン付き管の温度計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外周面に多数巻きに放熱フィンが巻回された伝熱管の温度を計測する際に、簡素化かつ低コストな手段で、通常運転時の伝熱管の温度を正確に計測する。
【解決手段】隣接する放熱フィン５の互いに対向する部位を切除し、切除部７ａ、７ｂに熱電対を構成する感温板１２ａ、１２ｂを配置する。感温板１２ａ、１２ｂは、両側の放熱フィン５との間に空隙ｓをおいて母管３の表面に溶接することで、放熱フィン５との間に絶縁状態を保持する。感温板１２ａ、１２ｂにシース線１４ａ、１４ｂが接続され、シース線１４ａ、１４ｂの他端はボイラ炉外に配置されたデータ収録装置１６に引き込まれ、データ収録装置１６内で接続され、基準接点を構成する。なお、空隙ｓには絶縁体２４ａ、２４ｂを設けるようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラの伝熱管等に用いられる放熱フィン付き伝熱管の温度を、管形状を損なうことなく正確に検出可能にした温度計測方法及び装置に関する。

ボイラ炉の内部は高温ガスに晒され、熱的に厳しい環境に置かれるため、温度管理を必要とする。そのため、ボイラ炉壁を貫通してボイラ炉内に熱電対を挿入し、ボイラ炉内の温度を計測している。特許文献１には、石炭ガス化複合発電システムに組み込まれ、ボイラ炉と同様に高温雰囲気を形成する石炭ガス化室に設けられる熱電対の構成が開示されている。ボイラ炉等の高温炉の内部に配設される伝熱管は、表面が高温ガスに晒されると共に、内部に高温ガスより低温の蒸気が流通するため、温度差の激しい環境に晒される。そのため、伝熱管の所要箇所の温度を計測し、運転中に適正温度に保つ必要がある。

特許文献２には、伝熱管表面の温度を計測するため、伝熱管の表面に熱電対の検出部を固着すると共に、該検出部に接続されたシース線を伝熱管の表面に固着した半割り管状のプロテクタで覆い、高温ガスから保護するようにした構成が開示されている。しかし、放熱フィンを外周面全周に狭い間隔で巻回されたフィン付き伝熱管においては、伝熱管の表面に熱電対を装着するのに、放熱フィンが邪魔になる。そのため、熱電対装着箇所の放熱フィンを除去して熱電対を装着せざるを得ない。

そこで、本発明者等は、放熱フィン付き伝熱管の温度を計測する場合、図３に示すような計測方法を考えた。図３は、外周面に螺旋状のスパイラルフィン１０２を巻回したボイラ伝熱管１００を対象とした場合である。ボイラ伝熱管１００の温度計測箇所Ａの管部位を切除した後、切断面に放熱フィンのないストレート管１０４を溶接する。そして、ストレート管１０４の表面に熱電対１０６の感温部１０８を固着する。感温部１０８は、２種の異種金属が接続されて測定接点を構成している。該２種の異種金属に、夫々２本のシース線１１０の一端が接続されている。

シース線１１０は、金属細管中に熱電対素線とＭａＯ粉末等の高純度絶縁物を高密度に封入されて構成されている。２本のシース線１１０の他端は、ボイラ炉外の常温雰囲気まで導設され、互いに接続されて基準接点を構成する。この基準接点に２本のシース線の電位差を計測して表示するデータ収録装置１１２が介設されている。データ収録装置１１２は、２本のシース線１１０間の電圧を計測する電圧計１１４及び基準接点の温度を計測する温度センサー１１６を内蔵している。そして、電圧計１１４及び温度センサー１１６の計測値から、ボイラ伝熱管１００の表面温度を検出している。

特開平１０−２３７４６６号公報 特開２００２−１２２４８４号公報

図３に示す温度計測方法は、フィン付き管の一部を切除する工程と、切除部位にストレート管を溶接する工程と、該ストレート管の表面に熱電対を構成する感温部を溶接する工程とを要し、手間がかかる。また、放熱フィンのないストレート管に変えることで、ボイラ伝熱管表面のガス流れが実際のガス流れから変動する。ガス流れが変動することで、ボイラ伝熱管の温度が変動し、そのため、運転時のボイラ伝熱管の正確な温度を計測できないという問題がある。

本発明は、かかる課題に鑑み、外周面に全周に亘り多数巻きに放熱フィンが巻回された伝熱管の温度を計測する際に、簡単な手段で、管形状を損なわず、放熱フィンが存在したときの伝熱管の温度を正確に計測できる計測手段を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明のフィン付き管の温度計測方法は、互いに異種金属からなる感温部材を有する熱電対を用いるものであり、放熱フィンのうち互いに隣接する部位を伝熱管の表面まで切除する第１工程と、第１工程で形成した２箇所の切除部位において、熱電対の２個の感温部材を両側の放熱フィンと絶縁状態を保持して伝熱管の表面に固着する第２工程と、第２工程で固着された２個の感温部材に夫々２本の導線の一端を接続すると共に、これら導線の他端側で互いに接続されて基準接点を構成する第３工程と、基準接点に介設された電位差計で２本のシース線間の電位差を計測し、該電位差から伝熱管の温度を検出する第４工程とからなる。

本発明方法では、放熱フィンの隣接する部位に形成した切除部位に熱電対を構成する２個の感温部材を固着し、感温部材間に伝熱管を介して測定接点を形成する。そして、一端が感温部材に接続された２本の導線の他端側で基準接点を構成し、基準接点の電位差から、感温部材間の伝熱管の温度を検出する。そのため、放熱フィンの一部を切除するだけであり、容易な加工で済む。また、放熱フィンの切除部位には感温部材を設けているので、伝熱管周囲のガス流れ環境が放熱フィンを切除する前のガス流れとあまり変わらない。そのため、放熱フィンが存在したときの伝熱管の温度を正確に計測できる。

なお、導線はシース線を用いるとよい。シース線とは、金属細管中に接続される感温部材と同一材質の熱電対素線とＭａＯ粉末等の絶縁物が高密度に封入されて構成されているものである。そのため、高温環境、腐食性環境、又は振動、屈曲の多い測定場所等、悪条件下での使用に対し、良好な耐久性をもつ。また、第４工程で用いる電位差計は電圧計を用いるとよい。電圧計を用い、２本の導線間の電圧を計測することで、伝熱管の温度を容易に求めることができる。

本発明において、２個の感温部材と感温部材の両側の放熱フィンとの間に空隙を介在させることで、感温部材と放熱フィンとの間を絶縁状態に保持するとよい。これによって、感温部材と放熱フィン間を簡易に絶縁状態を形成できる。この空隙は微小幅でよいので、
伝熱管周囲の流れ環境を放熱フィンを切除する前の環境とあまり変わらない状態に保持できる。そのため、伝熱管周囲のガス流れが放熱フィンの切除前とあまり変わらないため、運転時の伝熱管の温度を正確に計測できる。

本発明において、２個の感温部材と感温部材の両側の放熱フィンとの間に絶縁物を介在させて、感温部材と放熱フィンとの間を絶縁状態に保持するとよい。これによって、感温部材と放熱フィンとの絶縁状態を良好に保持できる。また、感温部材と放熱フィン間の空隙を絶縁物によって埋めることができるので、放熱フィンを切除する前の伝熱管形状を維持できる。従って、伝熱管周囲のガス流れが放熱フィンの切除前とほとんど変わらないため、運転時の伝熱管の温度を正確に計測できる。

前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の温度計測装置は、互いに異種金属からなる感温部材を有する熱電対を備え、放熱フィンのうち互いに隣接する部位に伝熱管の表面まで切除された切除部位が形成され、切除部位において伝熱管の表面に固着され、両側の放熱フィンに対して絶縁状態が保持された２個の感温部材と、これら感温部材に夫々一端が接続され、他端側で互いに接続されて基準接点を構成する２本の導線とを備えた熱電対を備え、基準接点に２本の導線間の電位差を計測する電位差計を介設し、この電位差計で計測した電位差から、感温板間の伝熱管の温度を検出するようにしている。なお、前述のように、好ましくは、導線は耐久性のあるシース線を用いるとよい。

このように、放熱フィンの一部を切除し、その切除部位に感温部材を溶接するだけの簡単な加工で、熱電対を構成でき、伝熱管の温度を計測できる。また、放熱フィンの切除部位には感温部材を設けているので、伝熱管周囲のガス流れが放熱フィンを切除する前のガス流れとあまり変わらない。そのため、運転時の伝熱管の温度を正確に計測できる。

本発明装置において、２個の感温部材が隣接する放熱フィンの互いに対向する部位に設けられているとよい。これによって、２個の感温部材を最接近させて配置できるので、これら感温部材間に存在する伝熱管の領域を最小にできる。そのため、ノイズが少ない電位差を計測できるので、伝熱管の温度をさらに正確に計測できる。

本発明によれば、放熱フィンの一部を切除し、その切除部位に熱電対を構成する感温部材を溶接するだけの簡単な加工で、伝熱管の温度を計測できる。また、放熱フィンの切除部位が少なく、伝熱管周囲のガス流れを放熱フィンを切除する前とあまり変わらない状態に保持できるので、通常運転時の伝熱管の温度を正確に計測できる。

（Ａ）はボイラ伝熱管を示す斜視図であり、（Ｂ）は本発明をボイラ伝熱管の温度計測に適応した第１実施形態を示す斜視図である。 本発明をボイラ伝熱管の温度計測に適応した第２実施形態を示す斜視図である。 本発明者等が考えた中間技術としての温度計測手段を示す斜視図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明方法及び装置をボイラ伝熱管の温度計測に適応した第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１（Ａ）は本実施形態の温度計測装置１０で計測を行う前のフィン付きボイラ伝熱管１を示している。図中、フィン付きボイラ伝熱管１は、母管３と、母管３の外周面の全周に螺旋状に巻回被着された放熱フィン５とから構成されている。通常、放熱フィン５の間の間隔は小さく、例えば５ｍｍくらいの間隔しかない。

まず、フィン付きボイラ伝熱管１の温度計測箇所を選択する。放熱フィン５のうち互いに隣接しかつ互いに対向した部位を母管３の表面まで切除し、切除部７ａ及び７ｂを形成する。切除部７ａ、７ｂは、上下方向に沿った直線状の切除面で切除され、図示のとおり、母管３の表面上にほぼ４角形の凹部を形成している。切除部７ａ、７ｂでは放熱フィン５がすべて除去されている。切除部７ａ、７ｂには、熱電対を構成する感温部材が固着される。切除部７ａには、クロメル合金からなる感温板１２ａが溶接され、切除部７ｂには、アルメル合金からなる感温板１２ｂが溶接される。

感温板１２ａ、１２ｂの両側端面は直線状に形成され、放熱フィン５の切除面と対向するように上下方向に向けられている。感温板１２ａ、１２ｂの両側端面と放熱フィン５の切除面との間には、同じ幅の空隙ｓが形成されており、空隙ｓの存在により感温板１２ａ、１２ｂと放熱フィン５とは絶縁状態を保っている。空隙ｓの幅は１〜２ｍｍ程度の微小幅でよい。

フィン付きボイラ伝熱管１の周囲のガス流れｇは、ガス流れｇと母管３の内部を流れる蒸気との熱交換効率を良くするため、通常母管３の軸方向とほぼ直角方向に流れるように設計されている。感温板１２ａ、１２ｂを放熱フィン５と同一板厚に形成し、感温板１２ａ、１２ｂの両側表面と放熱フィン５の両側表面とが段差を形成せず、同一平面上に配置されるようにするとよい。これによって、切除部７ａ、７ｂを形成する前の放熱フィンの形状に近づけることができる。感温板１２ａ、１２ｂは、感温板間の母管３の領域を介して熱電対の測定接点を構成する。

感温板１２ａ、１２ｂには、夫々シース線１４ａ及び１４ｂの一端が接続されている。シース線１４ａは、金属細管中にクロメル合金からなる熱電対素線と、ＭａＯ粉末等の高純度絶縁物とが高密度に封入されて構成されている。シース線１４ｂは、金属細管中にアルメル合金からなる熱電対素線と、ＭａＯ粉末等の高純度絶縁物とが高密度に封入されて構成されている。

シース線１４ａ、１４ｂは、ボイラ炉外の常温雰囲気中に導設され、該シース線の他端はデータ収録装置１６に引き込まれている。シース線１４ａ、１４ｂは、収録装置１６の内部で互いに接続され、基準接点を構成している。感温板１２ａ、１２ｂとシース線１４ａ、１４ｂとで熱電対を構成している。データ収録装置１６は、シース線１４ａ、１４ｂ間の電圧を計測する電圧計２０及び基準接点の温度を計測する温度センサー２２を内蔵している。そして、これらの計測値から母管３の表面温度を検出するものである。検出された母管３の表面温度は、データ収録装置１６の表示画面１８に表示される。

本実施形態によれば、放熱フィン５の一部を切除し、その切除部７ａ、７ｂに感温板１２ａ、１２ｂを設けるだけの簡単な加工で済む。また、切除部７ａ、７ｂを埋めるように感温板１２ａ、１２ｂを設けているので、フィン付きボイラ伝熱管１の周囲を流れるガス流れｇが放熱フィン５の切除前とほとんど変化しない。そのため、通常運転時の母管３の表面温度を正確に検出できる。

また、切除部７ａ、７ｂが隣接した放熱フィンの互いに対向する位置に形成され、この位置に感温板１２ａ、１２ｂが配置されているので、感温板１２ａ、１２ｂを最接近させて配置できる。そのため、感温板１２ａ、１２ｂ間に存在する母管領域を最小にできるので、ノイズが少ない電圧を計測できる。従って、通常運転時の母管３の表面温度を正確に検出できる。

また、感温板１２ａ、１２ｂと放熱フィン５との間に微小な空隙ｓをもうけることで、感温板１２ａ、１２ｂと放熱フィン５とを絶縁状態に容易に保持できる。また、空隙ｓは微小な幅であるので、ガス流れｇをあまり乱さない。そのため、放熱フィン５を切除する前のガス流れを保持できるので、通常運転時の母管３の表面温度を正確に検出できる。

（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置をボイラ伝熱管の温度計測に適応した第２実施形態を図２に基づいて説明する。本実施形態は、感温板１２ａと放熱フィン５との間に形成される空隙ｓに、絶縁材からなる絶縁体２４ａを挿入固定し、感温板１２ｂと放熱フィン５との間に形成される空隙ｓに、出絶縁体２４ｂを挿入し固定したものである。その他の構成は第１実施形態と同一である。絶縁体２４，２４ｂは、例えば、絶縁性及び耐熱性が高いセラミックで構成する。絶縁体２４ａ、２４ｂを空隙ｓと同じ大きさの棒状に成形し、空隙ｓに挿入固定する。絶縁体２４ａ、２４ｂは極力感温板１２ａ、１２ｂ及び放熱フィン５と同じ板厚に形成する。

本実施形態によれば、感温板１２ａ、１２ｂと放熱フィン５の絶縁状態を良好に保持できる。また、感温板１２ａ、１２ｂと放熱フィン５との間の空隙ｓを絶縁体２４ａ、２４ｂで埋めることで、放熱フィン５を切除する前のガス流れｇとほとんど変わらないガス流れにすることができる。そのため、フィン付きボイラ伝熱管１の形状を通常のボイラ運転時と同じ条件にすることができる。そのため、運転時の母管３の表面温度を正確に検出できる。なお、絶縁体２４ａ、２４ｂの両端に凹部を形成し、これら凹部に感温板１２ａ、１２ｂ及び放熱フィン５の端部を嵌合するようにすれば、感温板１２ａ、１２ｂの取付け強度を増大できる。

第１実施形態及び第２実施形態は、共に螺旋状のスパイラルフィンを装着した伝熱管に本発明を適用した例であるが、他のタイプの放熱フィン、例えば、セレートフィンや角形フィン等を巻回した伝熱管にも適用できる。

本発明によれば、外周面に放熱フィンを巻回した伝熱管の温度を、管形状を損なうことなく、簡素かつ低コストな手段で正確に計測できる。

１，１００ フィン付きボイラ伝熱管
３ 母管
５ 放熱フィン
７ａ、７ｂ 切除部
１０ 温度計測装置
１２ａ、１２ｂ 感温板
１４ａ、１４ｂ、１１０ シース線
１６，１１２ データ収録装置
１８ 表示画面
２０、１１４ 電圧計
２２，１１６ 温度センサー
２４ａ、２４ｂ 絶縁体
１０２ スパイラルフィン
１０４ ストレート管
１０６ 熱電対
１０８ 感温部
ｇ ガス流れ
ｓ 空隙

Claims (5)

1. 互いに異種金属からなる２個の感温部材を有する熱電対を用い、外周面に全周に亘り多数巻きに放熱フィンが巻回された伝熱管の温度を計測するフィン付き管の温度計測方法において、
   前記放熱フィンのうち互いに隣接する部位を前記伝熱管の表面まで切除する第１工程と、
   第１工程で形成した２箇所の切除部位において、前記熱電対の２個の感温部材を夫々両側の放熱フィンと絶縁状態を保持して前記伝熱管の表面に固着する第２工程と、
   第２工程で固着された２個の感温部材に夫々２本の導線の一端を接続すると共に、該導線の他端側で互いに接続されて基準接点を構成する第３工程と、
   前記基準接点に介設された電位差計で前記２本の導線間の電位差を計測し、該電位差から前記伝熱管の温度を検出する第４工程とからなることを特徴とするフィン付き管の温度計測方法。
2. 前記２個の感温部材と該感温部材の両側の放熱フィンとの間に空隙を介在させて、該感温部材と該放熱フィン間を絶縁していることを特徴とする請求項１に記載のフィン付き管の温度計測方法。
3. 前記２個の感温部材と該感温部材の両側の放熱フィンとの間に絶縁物を介在させて、該感温部材と該放熱フィン間を絶縁していることを特徴とする請求項１に記載のフィン付き管の温度計測方法。
4. 互いに異種金属からなる２個の感温部材を有する熱電対を備え、外周面に全周に亘り多数巻きに放熱フィンが巻回された伝熱管の温度を計測するフィン付き管の温度計測装置において、
   前記放熱フィンのうち互いに隣接する部位に前記伝熱管の表面まで切除された切除部位が形成され、
   前記熱電対は、前記切除部位において前記伝熱管の表面に固着され、両側の放熱フィンに対して絶縁状態が保持された２個の感温部材と、該２個の感温部材に夫々一端が接続され、他端側で互いに接続されて基準接点を構成する２本の導線とを備え、
   前記基準接点に前記２本の導線間の電位差を計測する電位差計が介設され、該電位差計で計測した電位差から前記伝熱管の温度を計測することを特徴とするフィン付き管の温度計測装置。
5. 前記２個の感温部材が隣接する放熱フィンの互いに対向する部位に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のフィン付き管の温度計測装置。

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