JP6512358B1 - 温度測定装置および温度測定装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に限界が生じる樹脂被覆やコスト高を招く線状／帯状金属材の外側保護層などを設けなくても、サイロに投入される石炭等からの衝撃や引張力、曲げなどの負荷による温度測定センサの断線を防止でき、簡易な構造で製造コストを抑えつつ耐熱性が得られる、各種サイロの内部温度管理に好適な温度測定装置を提供せんとする。【解決手段】 長尺な金属シース２０内部の所定の位置に温度測定部２１が設けられた長尺なシース型温度測定センサ２と、外周面３０上に前記シース型温度測定センサ２が軸方向に沿って螺旋状に巻着され、該シース型温度測定センサ２を支持する長尺な支持部材３とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所や発電所の各種サイロ（貯蔵容器）の内部温度管理など、温度測定センサに引張力など負荷がかかることが予想される用途全般に好適に用いられる温度測定装置、およびその製造方法に関する。

サイロ用の温度測定装置として、従来、ワイヤロープの周囲に測温抵抗体等の温度測定センサを所要箇所に有する導線を設け、その外周に高分子被覆が施され、ワイヤロープの上部を吊り下げ用のフックとしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このような温度測定装置は、投入される石炭やバイオマスなどの衝撃や投下時の大きな負荷、全体の屈曲などで強度の低い温度測定センサが容易に切断されてしまう虞がある。

これに対し、さらに外側を線状もしくは帯状金属材を編み込むことにより、投入される石炭などの衝撃を防ぐ構造も提案されている（特許文献２）。これにより強度の面では補強され、衝撃や引張力による熱電対の切断などを防ぐことができるようになる。しかし、構造が複雑になり、製造コストが高くなるという課題があり、屈曲にも弱いという課題が残る。

また、樹脂被覆熱電対をフレキシブルチューブで被覆しこれを芯にし、その周りをワイヤーロープを巻きつけることで補強したものも提案されている（特許文献３）。このような温度測定装置では、コストの嵩む金属材を外側に設けることなく石炭等からの衝撃を防ぐことができるとともに、負荷がかかるとワイヤーロープを含めたケーブル全体で力を受けることになり、全体としての強度は向上する。また、屈曲時に熱電対に負荷が生じて断線してしまうことも防止される。しかし、芯に熱電対を設置していることから、軸方向に引張力が生じた際、熱電対に対する力の分担が周囲のワイヤーロープよりも大きくなる。さらにケーブルに負荷がかかると周囲に巻きつけているワイヤーロープから熱電対がせん断力も受けることになって、結果として熱電対が切断してしまう虞がある。

また、上記した従来の提案のものは、いずれも樹脂被覆（チューブ）が必須であるため、温度測定の応答性や耐熱に限界があるといった課題もある。

特開昭６３−２０６６１７号公報 特開２００９−６８９５４号公報 実開昭５８−７８９９号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、応答性や耐熱性に限界が生じる樹脂被覆やコスト高を招く線状／帯状金属材の外側保護層などを設けなくても、サイロに投入される石炭等からの衝撃や引張力、曲げなどの負荷による温度測定センサの断線を防止でき、簡易な構造で製造コストを抑えつつ耐熱性が得られる、各種サイロの内部温度管理に好適な温度測定装置を提供する点にある。

本発明は、以下の発明を包含する。
（１） 長尺な金属シース内部の所定の位置に温度測定部が設けられた長尺なシース型温度測定センサと、外周面上に前記シース型温度測定センサが軸方向に沿って螺旋状に巻着され、該シース型温度測定センサを支持する長尺な支持部材と、よりなることを特徴とする温度測定装置。

（２） 前記シース型温度測定センサとして、金属シースの先端部に温度測定部が設けられたシース型温度測定センサが複数設けられ、且つ、これら複数のシース型温度測定センサは、各センサの先端の位置が前記支持部材の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように、各々前記支持部材の外周面上に巻着されている（１）記載の温度測定装置。

（３） 前記シース型温度測定センサが複数設けられ、これら複数のシース型温度測定センサは、互いに密着した状態で前記支持部材の外周面上に撚りあわされた状態に巻着されている、（１）又は（２）記載の温度測定装置。

（４） 前記支持部材が、複数の素線を撚りあわせたロープである（１）〜（３）の何れかに記載の温度測定装置。

（５） 前記シース型温度測定センサが、前記支持部材の外面を形成している素線間の凹条内に嵌め込まれた状態で、該凹条に沿って螺旋状に巻着されている（４）記載の温度測定装置。

（６） 前記シース型温度測定センサが、断面視で、前記凹条内において前記支持部材の外接円の内側の領域に収まった状態に設けられている（５）記載の温度測定装置。

（７） 前記シース型温度測定センサが、前記支持部材を構成する素線とともに撚りあわされた状態に巻着されている（４）〜（６）の何れかに記載の温度測定装置。

（８） 前記支持部材が、金属線材、および高強度非金属繊維よりなる線材のうち少なくとも一方の線材より構成されている（１）〜（７）の何れかに記載の温度測定装置。

（９）前記シース型温度測定センサが複数設けられ、これら複数のシース型温度測定センサは、金属シース外面に互いに異なる色の着色、又は異なる模様が施され、互いに識別可能に構成されている（１）〜（８）の何れかに記載の温度測定装置。

（１０） 長尺な金属シース内部の所定の位置に温度測定部が設けられた長尺なシース型温度測定センサと、外周面上に前記シース型温度測定センサが軸方向に沿って螺旋状に巻着され、該シース型温度測定センサを支持する長尺な支持部材と、よりなる温度測定装置の製造方法であって、前記温度測定部が形成される前のシース型ケーブルを、前記支持部材の外周面上に巻着させた後、該シース型ケーブルの先端側部位を前記支持部材の外周面から取り剥し、当該部位に温度測定部を形成する加工を施した後、再度、前記支持部材の外周面上に巻着し直すことを特徴とする温度測定装置の製造方法。

（１１） 前記シース型温度測定センサとして、金属シースの先端部に温度測定部が設けられたシース型温度測定センサが複数設けられる（１０）記載の温度測定装置の製造方法であって、前記シース型ケーブルを、複数本、前記支持部材の外周面上に巻着させた後、各シース型ケーブルの互いに異なる長さの先端側部位を各々前記支持部材の外周面から取り剥し、当該部位に各々温度測定部を形成する加工を施した後、再度、各々前記支持部材の外周面上に巻着し直し、これにより、複数のシース型温度測定センサが、各センサの先端の位置が前記支持部材の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように前記支持部材の外周面上に巻着されたものとした温度測定装置の製造方法。

（１２） 前記シース型温度測定センサが複数設けられる（１０）又は（１１）記載の温度測定装置の製造方法であって、前記シース型ケーブルを、複数本、前記支持部材の外周面上に互いに密着した状態に撚りあわせることにより巻着させてなる温度測定装置の製造方法。

（１３） 前記支持部材が、複数の素線を撚りあわせたロープであり、前記シース型温度測定センサが、前記支持部材の外面を形成している素線間の凹条内に嵌め込まれた状態で、該凹条に沿って螺旋状に巻着される（１０）又は（１１）記載の温度測定装置の製造方法であって、前記シース型ケーブルを、前記支持部材を構成する素線とともに撚りあわせることにより、前記支持部材の外周面上に巻着させてなる温度測定装置の製造方法。

本発明に係る温度測定装置によれば、長尺な金属シースからなるシース型温度測定センサが長尺な支持部材の外周面上に螺旋状に巻着された構造であるため、金属シースが温度測定センサを石炭等の衝撃から防護するとともに、長手方向に引張力が生じても、中心側の支持部材に比べて螺旋状のセンサ側がより容易に延びることとなり、温度測定センサにストレスが掛かることが回避され、当該センサの断線を防止することができる。

また、同じく螺旋状に巻きつけていることから、温度測定センサは強固な金属シースにより防護されつつ装置全体が屈曲した場合に局所的なストレスが生じることなく追従し、温度測定センサが当該屈曲により断線してしまうことも防止できる。

また、本発明に係る温度測定装置は、樹脂被覆や線状／帯状金属材などの外側保護層を設けなくても、上述のとおり衝撃や引張力、曲げなどの負荷が生じた際の温度測定センサの断線を防止することができるので、優れた応答性や耐熱性（たとえば３００℃〜４００℃程度の高温域での使用に耐える耐熱性等）を備えたものとすることができ、また、簡易な構造により製造コストを抑えることが可能となる。

また、金属シースの先端部に温度測定部が設けられたシース型温度測定センサが複数設けられ、且つ、これら複数のシース型温度測定センサは、各センサの先端の位置が前記支持部材の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように、各々前記支持部材の外周面上に巻着された場合には、各温度測定センサをそれぞれ支持部材周りに巻着させるだけで、互いに交差するなど干渉することなく支持部材の外周面上に確りと配設することができ、異なる軸方向位置の温度管理ができる温度測定センサを、効率よく、安定した品質のものとして提供することができる。

また、前記シース型温度測定センサが複数設けられ、これら複数のシース型温度測定センサは、互いに密着した状態で前記支持部材の外周面上に撚りあわされた状態に巻着されているものでは、互いに支え合うことで各温度測定センサが支持部材上に安定した状態に保持されることになり、たとえばサイロ内の温度管理に用いた場合に投入される石炭等から衝撃、引張力を受けても各温度測定センサに過度なストレスが掛かることが回避され、当該センサの断線をより確実に防止することができる。

また、前記支持部材が、複数の素線を撚りあわせたロープであり、シース型温度測定センサが、前記支持部材の外面を形成している素線間の凹条内に嵌め込まれた状態で、該凹条に沿って螺旋状に巻着されているものの場合も、各温度測定センサは支持部材上の前記凹条内部に安定した状態に保持されることになり、たとえばサイロ内の温度管理に用いた場合に投入される石炭等から衝撃、引張力を受けても各温度測定センサに過度なストレスが掛かることが回避され、当該センサの断線をより確実に防止することができる。とくにシース型温度測定センサが、断面視で、前記凹条内において前記支持部材の外接円の内側の領域に収まった状態に設けられているものでは、そもそも温度測定センサ自体が前記衝撃や引張力を受けにくくなり、当該センサの断線をより確実に防止することができる。

また、シース型温度測定センサが、前記支持部材を構成する素線とともに撚りあわされた状態に巻着されているものでは、温度測定センサが支持部材上により安定した状態に保持されることになり、上記衝撃や引張力を受けても温度測定センサに過度なストレスが掛かることが回避され、当該センサの断線をより確実に防止することができる。また、支持部材の製造と同時に温度測定センサが支持部材上に配設されることから、製造が格段に効率化され、製造コストを著しく低減できる。

また、前記シース型温度測定センサが複数設けられ、これら複数のシース型温度測定センサは、金属シース外面に互いに異なる色の着色、又は異なる模様が施され、互いに識別可能に構成されているものでは、測定器とこれに接続する基端側の端子との組み合わせが容易に判別でき、作業性が向上するとともに配線間違いを防止できる。

また、これら温度測定装置の製造方法であって、前記温度測定部が形成される前のシース型ケーブルを、前記支持部材の外周面上に巻着させた後、該シース型ケーブルの先端側部位を前記支持部材の外周面から取り剥し、当該部位に温度測定部を形成する加工を施した後、再度、前記支持部材の外周面上に巻着し直す製造方法によれば、当初から温度測定部が形成された温度測定センサを支持部材に巻きつける場合に比べて、巻着加工を確実かつ効率よく容易に行うことができ、製造コストを低減でき、品質も安定する。

本発明の代表的実施形態（第１実施形態）にかかる温度測定装置を示す説明図。 同じく温度測定装置を構成するシース型温度測定センサを示す説明図。 同じく温度測定装置の要部を示す説明図。 同じく温度測定装置を示す全体構成図。 同じく温度測定装置の製造方法を示す説明図。 同じく製造方法を示す説明図。 本発明の他の実施形態（第２実施形態）にかかる温度測定装置を示す説明図。 同じく温度測定装置の要部を示す説明図。 同じく温度測定装置を示す断面図。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明の代表的実施形態（第１実施形態）にかかる温度測定装置１は、図１〜図３に示すように、長尺なシース型温度測定センサ２と、シース型温度測定センサ２が外周面３０上に軸方向に沿って螺旋状に巻着され、該シース型温度測定センサ２を支持する長尺な支持部材３とより構成されており、たとえば製鉄所や発電所の各種サイロの内部に吊り下げられ、温度測定センサ２によりサイロ内の温度管理を行うためのものである。

支持部材３は、温度測定センサ２の荷重を支持する金属製の線材や棒鋼、ワイヤロープ等で構成され、十分な引張強度を有する長尺部材である。断面形状は特に限定されない。金属以外に高強度非金属繊維など、その他の材料からなるものでもよい。

支持部材３の基端側は、ループ状に折り返して金属管４０でカシメ止めされた取り付け部４が設けられており、図示しないサイロ上部の吊り下げ部に取り付けられることで、支持部材３は先端側がサイロ内部に入れられた状態に支持される。温度測定センサ２は、このようにサイロ内に吊り下げられた支持部材３の外周面上に螺旋状に巻着されることで、同じくサイロ内に支持部材３を介して吊り下げ支持される。

温度測定センサ２は、長尺な金属シース２０内部の所定の位置に温度測定部２１が設けられたものであり、本例では金属シース２０の内部に一対の熱電対素線２２が設けられ、先端部に温度測定部２１として熱電対素線を結線した温接点が設けられ、内部の隙間にマグネシア（ＭｇＯ）等の無機絶縁粉末２３が充填されたシース熱電対とされている。二対以上の熱電対素線が設けられたシース熱電対としたものでもよい。また、このようなシース熱電対に何ら限定されるものではなく、シース測温抵抗体その他の温度測定センサでもよい。

温度測定センサ２の金属シース２０が耐熱性を有することから、支持部材３が鋼線やメッキ鋼線、ステンレス線などの金属材料の場合、たとえば３００℃を超える温度雰囲気でも使用可能とすることができる。また、支持部材３がステンレス線あるいは高強度非金属線、例えば炭素繊維やアラミド繊維などであり、かつ金属シース２０がステンレス製の場合、優れた耐腐食性を備え、腐食性雰囲気の中で使用可能とすることができる。

本実施形態では、複数（６つ）のシース型温度測定センサ２が、互いに密着した状態で、支持部材３の外周面上に撚りあわされた状態に巻着されている。これら複数のシース型温度測定センサは、各センサの先端の位置が支持部材３の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように、各々支持部材３の外周面上に巻着されている。これにより、各センサの温度測定部２１の位置も軸方向に互いに異なる位置にそれぞれ配され、サイロ内の異なる高さ位置（６か所）の温度を測定できるように構成されている。

支持部材３の外周面上に巻かれたシース型温度測定センサ２は、散けずに巻き付いた状態を維持するように、適所でシージング５により支持部材３の外周面上に固定されている。シージング５は温度測定センサ２を支持部材３の外周面上に縛って固定するステンレス製の金属細線とされているが、クリップ等でもよい。また、耐熱性接着剤などで固定することも可能である。

図４は、温度測定センサ２の全体構成図である。支持部材３の基端側から延出しているシース型温度測定センサ２の基端側は、図示しない測定器に繋げられるリード線２４と連結接続されている。ここで、複数のシース型温度測定センサの金属シース外面に互いに異なる色の着色、又は異なる模様が施されることが好ましい。これにより測定器とこれに接続する基端側の端子２５との組み合わせが容易に判別でき、作業性が向上するとともに配線間違いを防止できる。

次に、図５及び図６に基づき、本実施形態にかかる温度測定装置１の製造手順を説明する。

まず、図５の（ａ）に示すように、支持部材３の外周面上に、温度測定部が形成される前の、金属シース２０の内部に熱電対素線２２が内装され、隙間に無機絶縁粉末２３が充填されたシース型ケーブル６を、複数本（本例では６本）、支持部材３の外周面上に巻着させる。シース型ケーブル６は、支持部材３の外周面上に互いに密着した状態に撚りあわせることにより巻着される。

シース型ケーブルの端部には、巻き付けたシース型ケーブル６が散けないようにシージング５が設けられることが好ましい。そして、温度測定装置として必要な長さを切り出す。

次に、図５の（ｂ）〜（ｇ）に示すように、順次、シース型ケーブル６の先端側部位を支持部材３の外周面から取り剥して、当該部位に温度測定部を形成する加工を施した後、再度、支持部材３の外周面上に巻着し直し、シージング５で固定する作業が行われる。すなわち、温度測定部の加工に必要な長さだけ先端側部位が取り剥され、加工後、巻着し直される。これによりシース型温度測定センサ２が構成される。

温度測定部が支持部材３の基端側に位置するものから順に、上記取り剥し、温度測定部の加工、巻き直しがなされ、基端側から順次、加工された温度測定センサ２がシージング５で固定されていくことになる。これにより、最終的には図５の（ｈ）に示すように、複数（６つ）のシース型温度測定センサ２が、各センサの先端の位置が支持部材３の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように支持部材３の外周面上に巻着されたものとして構成される。

各シース型ケーブル６の上記温度測定部の加工は、図６に示すように、まず図６の（ａ）〜（ｂ）に示すように、支持部材３から剥したシース型ケーブル６をさらに所定の長さに切断し、その先端部に、図６の（ｃ）〜（ｄ）に示すように、温度測定部の形成を行う。より詳しくは、先端したシース型ケーブル６の先端側の部位を、加工用の支持用治具７により開口が上側を向いた状態に挟持させ、この状態で無機絶縁粉末２３の除去、素線の結線、溶接封じなど、公知のシース熱電対の製造における温接点加工の手順により、先端部に温度測定部２１を形成する。

温度測定部２１が形成された温度測定センサ２は、図６（ｅ）〜（ｆ）に示すように支持部材３の外周面上に巻着し直され、散けないようにシージング５で固定される。

以上説明したように、本実施形態の温度測定センサ２は、支持部材３にシース型ケーブル６を巻き付けた後、一本づつ解いて長さ調整しながら先端部に温度測定部２１を加工し、温度測定センサ２とした後に巻き戻すことで作製されているが、本発明の温度測定装置はこのようなものに何ら限定されず、予め先端部に温度測定部が加工された、長さの異なる温度測定センサを複数本用意し、これを支持部材３の外周面上に螺旋状に巻着してなるものでもよい。

次に、図７〜図９に基づき、本発明の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。

本実施形態では、支持部材３が、複数のワイヤ素線３１、３３、３４を撚りあわせたワイヤロープであり、且つシース型温度測定センサ２が、支持部材３の外面を形成している素線３１間の凹条３２内に嵌め込まれた状態で該凹条３２に沿って螺旋状に巻着されている。

より詳しくは、図９に示すように、シース型温度測定センサ２は、断面視で凹条３２内において支持部材３の外接円３５の内側の領域に収まった状態に設けられており、温度測定センサ２がサイロに投入される石炭等からの衝撃や引張力を受けにくく、断線をより確実に防止できる構造とされている。

本例では、サイロ内の９カ所の高さ位置の内部温度を測定するために、９本の温度測定センサ２が巻着され、そのために支持部材３の外周面３０上には温度測定センサ２を嵌め込むための螺旋状の前記凹条３２が９本以上（本例では同じ数である９本）形成されている。凹条３２の数は支持部材３の外面を形成している最外層のワイヤ素線３１の本数で決まる。

したがって、温度測定センサ２の本数に応じて、支持部材３の最外層の素線の本数がそれ以上の数になるように決定される。支持部材３を構成するワイヤ素線（３１、３３、３４）と温度測定センサ（シース型ケーブル）とは同時に撚り合わせて製造されることが好ましい。この場合、バランス上、最外層のワイヤ素線の本数と温度測定センサの本数を一致させることが好ましい。

その他の構造、製造手順、これらの変形例などは、上述した代表的実施形態（第１実施形態）と同じであるため、同一構造については同一符号を付し、その説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 温度測定装置
２ 温度測定センサ
３ 支持部材
４ 取り付け部
５ シージング
６ シース型ケーブル
７ 支持用治具
２０ 金属シース
２１ 温度測定部
２２ 熱電対素線
２３ 無機絶縁粉末
２４ リード線
２５ 端子
３０ 外周面
３１ ワイヤ素線
３２ 凹条
３５ 外接円
４０ 金属管

Claims (8)

1. 長尺な金属シース内部の所定の位置に温度測定部が設けられた長尺なシース型温度測定センサと、
   外周面上に前記シース型温度測定センサが軸方向に沿って螺旋状に巻着され、該シース型温度測定センサを支持する長尺な支持部材とよりなり、
   前記支持部材が、複数の素線を撚りあわせたロープであり、且つ、前記シース型温度測定センサが、前記支持部材の外面を形成している素線間の凹条内に嵌め込まれた状態で、該凹条に沿って螺旋状に巻着されており、
   前記シース型温度測定センサは、断面視で、前記凹条内において前記支持部材の外接円の内側の領域に収まった状態に保持されていることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記シース型温度測定センサとして、金属シースの先端部に温度測定部が設けられたシース型温度測定センサが複数設けられ、
   且つ、これら複数のシース型温度測定センサは、各センサの先端の位置が前記支持部材の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように、各々前記支持部材の外周面上に巻着されている、
   請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記シース型温度測定センサが、前記支持部材を構成する素線とともに撚りあわされた状態に巻着されている、請求項１又は２記載の温度測定装置。
4. 前記支持部材が、金属線材、および高強度非金属繊維よりなる線材のうち少なくとも一方の線材より構成されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の温度測定装置。
5. 前記シース型温度測定センサが複数設けられ、
   これら複数のシース型温度測定センサは、金属シース外面に互いに異なる色の着色、又は異なる模様が施され、互いに識別可能に構成されている、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の温度測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度測定装置の製造方法であって、
   前記温度測定部が形成される前のシース型ケーブルを、前記支持部材の外周面上に巻着させた後、
   該シース型ケーブルの先端側部位を前記支持部材の外周面から取り剥し、
   当該部位に温度測定部を形成する加工を施した後、
   再度、前記支持部材の外周面上に巻着し直す、
   ことを特徴とする温度測定装置の製造方法。
7. 前記シース型温度測定センサとして、金属シースの先端部に温度測定部が設けられたシース型温度測定センサが複数設けられる請求項６記載の温度測定装置の製造方法であって、
   前記シース型ケーブルを、複数本、前記支持部材の外周面上に巻着させた後、
   各シース型ケーブルの互いに異なる長さの先端側部位を各々前記支持部材の外周面から取り剥し、
   当該部位に各々温度測定部を形成する加工を施した後、
   再度、各々前記支持部材の外周面上に巻着し直し、
   これにより、複数のシース型温度測定センサが、各センサの先端の位置が前記支持部材の外周面上の互いに異なる軸方向位置になるように前記支持部材の外周面上に巻着されたものとした温度測定装置の製造方法。
8. 請求項６又は７記載の温度測定装置の製造方法であって、
   前記シース型ケーブルを、前記支持部材を構成する素線とともに撚りあわせることにより、前記支持部材の外周面上に巻着させてなる温度測定装置の製造方法。

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