JP2003511689A

JP2003511689A - サファイア強化型熱電対保護チューブ

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Publication number: JP2003511689A
Application number: JP2001530543A
Authority: JP
Inventors: グリーン，スティーヴン，アール; サントス，ケント，ダブリュ
Original assignee: テキサコデベロプメントコーポレーション
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2003-03-25
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: WO2001027579A1; MXPA02003794A; TW472138B; ZA200203030B; CA2387412C; AU7711500A; CA2387412A1; KR20020042715A; JP5331282B2; CN1192222C; AR026008A1; CN1390298A; AU782587B2; KR100649519B1; US6536950B1

Abstract

(57)【要約】ガス化処理で温度を測定するための熱電対を含む改良した装置が提供された。改良は、熱電対の少なくとも一部分を包含するためのサファイア強化型外部保護チューブを含んでいる。サファイア強化型外部保護チューブは、サファイアサック型熱電対に受容性のある内部保護チューブである、内部保護チューブのまわりで全体に成形されるかもしれない。上記装置は、サーモウェルを使用せずに、ガス化の流れに直接挿入される。サファイア強化型外部保護チューブは、ガス化処理で使用される熱電対の有効期限を増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】１９９９年１０月１３日に出願した発明名称「サファイア強化型熱電対保護チ
ューブ（Sapphire Reinforced Thermocouple Protection Tube）」である米国仮
出願の出願番号６０／１５９３４６号に基づく優先権を主張する。

【０００２】発明の分野本発明は、一般的にガス化処理で使用される熱電対に関し、より詳細には、ガ
ス化処理にて使用される熱電対の有効期間を引き延ばすための新規なサファイア
強化型外部保護チューブ（sapphire reinforced outer protection tube）の使
用に関する。

【０００３】発明の背景高温ガス化処理において、熱い部分的な酸化ガスは炭化水素質燃料、例えば石
炭、から合成される。かかる処理において、炭化水素質燃料は、熱い部分的な酸
化ガスを得るためにガス化リアクターにおいて、空気や酸素のような、活性な酸
素を含有するガスと反応する。

【０００４】典型的なガス化処理において、熱い部分的な酸化ガスは、実質的に、水素、一
酸化炭素、及び水、二酸化炭素、硫化水素、ＣＯＳ、アンモニア、窒素、アルゴ
ン、微粒子の炭素と共に、灰、及び若しくは典型的にはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の
ような種類を含んでいる融解スラグ、並びに鉄やカルシウムのような金属の酸化
物及び酸硫化物から構成されるグループの少なくとも一つのガスからなる。

【０００５】ガス化リアクターでの熱い部分的な酸化ガスは、一般的には、温度範囲は１７
００°乃至３０００°Ｆで、より典型的には約２０００°乃至２８００°Ｆであ
り、及び約１乃至約２５０気圧範囲で、より詳細には役１５乃至１５０気圧の範
囲内である。

【０００６】熱電対は、一般的にかかる高温処理での温度測定に使用される。熱電対は、ガ
ス化リアクターでの温度測定に使用可能である。熱電対はまた、流出液が冷却さ
れて、粒子及びガス状汚染物質が除去された下流処理段階での温度測定に使用さ
れるかもしれない。

【０００７】熱電対は、両端で接続される相違する金属のペアのワイヤーである。ワイヤー
の内容は相違する金属間の電位差を許容するために十分に相違しなければならな
い。両末端を除けば、二つのワイヤーはお互いに電気的に絶縁される。電気絶縁
は、チューブを縦に通り抜ける2つの交差しない空孔を有する絶縁材のチューブ
によって一般に提供される。典型的な絶縁材は高温で、アルミナのような高純度
セラミックスを含んでいる。

【０００８】ワイヤーの二つの結合部が異なる温度の場合、それらの間に電位差が存在する
。電位差、したがって温度差は、熱電対回路に置かれた電圧計測器若しくは代替
として熱電対回路に置かれた発信機によって信号を送られる電圧計測器によって
測定することができる。

【０００９】熱電対に使用される相違金属の選択は、他のもの、測定される予期された温度
範囲に依存して変わるだろう。例えば、ガス化リアクターでの現在の状況下で一
般的に採用される熱電対の一つのタイプは、プラチナ及び約３０％のロジウムを
含む一つのワイヤー並びにプラチナ及び約６％のロジウムを含む第二ワイヤーを
有する。他のペアの金属は、異なる温度範囲にて使用される。

【００１０】ガス化処理の現在の環境下、特にガス化リアクター内での環境下における熱電
対の使用での明らかな一つの問題は、熱電対の比較的短い有効期限である。比較
的短い有効期限は、部分的な著しい高温及びガス化リアクターの操作中に普及す
る侵食性大気による。この環境に残された無防備の熱電対は素早く攻撃され、役
立たなくされる。熱電対がリアクターの中にある融解スラグと接触する場合、か
かる攻撃は最も厳しい。

【００１１】この問題を緩和するために、熱電対は、ガス化リアクター若しくは別の外部の
処理表面の外壁に沿って配置された耐火性のサーモウェル（thermowell）に一般
に挿入される。耐火性のサーモウェルは、クロムマグネシア及び高いクロム若し
くは同様の耐スラグ性の材料の障壁を含み、他の耐火性材並びにＡｌ_２Ｏ_３、Ｍ
ｇＯ及びステンレス鋼のような非耐火材を組込んでもよい。

【００１２】ガス化リアクターで使用される場合、サーモウェルは、リアクター圧力容器の
外壁の開口部を通してサーモウェルを通すことで導入されるかもしれない。その
後、サーモウェルは、リアクター圧力容器の内部表面に内張りするために一般に
使用されて、耐火材の対応する開口部、若しくは一連の耐火材を通り抜けるかも
しれない。サーモウェルは、リアクターのオープンスペースへ延伸するかもしれ
ないし、若しくはリアクターの内部からのわずかな距離で妨げられるかもしれな
い。

【００１３】不幸にして、サーモウェル内の熱電対の位置は、完璧な解決策を提供していな
い。時間とともに、融解スラグはサーモウェルを侵害するだろう。その侵害は一
般に熱と同様に浸食及び腐食の影響並びに／又は機械的衝撃及びストレスによる
。しかしながら、その侵害はさらにサーモウェルの全体的な若しくは部分的な固
有の欠陥によるかもしれない。典型的には最初に小さな侵害は、サーモウェルを
役立たなくして、サーモウェルが熱電対に接することができるところで融解スラ
グがサーモウェルに入り込むことを可能にする。

【００１４】したがって、ガス化処理で使用される熱電対の有効期限を増加させる手段を有
することは有益だろう。

【００１５】あるガス化処理において、ここで参照文献に組み入れられている係属中の米国
特許出願番号０９／１０６１３３で記載されるように、熱電対の少なくとも一部
分を囲むサファイア包の使用は熱電対の生存を増加させると説明されている。番
号０９／１０６１３３としての係属中の出願において、サファイア包は熱電対の
先端を覆ってぴったりはまったサファイアサックの形状をしている。その装置は
、さらに、サーモウェルの内部で提供されているサファイア包を伴い、サーモウ
ェルを含むかもしれない。

【００１６】本発明の数多の実施態様において、サーモウェルを必要とせずにガス化処理で
使用される熱電対の操作の期間を延伸するために、サファイア若しくは他の鋼玉
が、外部の保護チューブに加えられるかもしれないことが熟考される。

【００１７】発明の概要本発明の一つの実施態様において、ガス化処理で温度を測定するための熱電対
を含む装置、熱電対に関して配置されたサファイア強化型外部保護チューブから
なり、熱電対の少なくとも一部分を包含する改良が開示されている。実施例は、
さらに、外部の保護チューブの内部で、熱電対に受容性のある内部の保護チュー
ブである、内部の保護チューブを含んでいるかもしれない。内部の保護チューブ
は、アルミナ若しくはサファイアを含むかもしれない。外部の保護チューブ用に
使用されたサファイアは構造的等級の非光ファイバーであるかもしれない。また
、ファイバーは合成物、外部の保護チューブを確定する合成とサファイア補強、
を強化する。

【００１８】数多の実施態様において、外部保護チューブはサポートチューブに付加される
。かかる実施態様において、外部の保護チューブは、サポートチューブの遠心端
の内部できっちり適合するために先細になっているかもしれない。外部保護チュ
ーブ及びサポートチューブは、熱電対を完全に包含するかもしれない。

【００１９】数多の実施態様では、外部保護チューブは、サーモウェルなしで、ガス化スチ
ームに直接挿入される。

【００２０】外部の保護チューブは内部の保護チューブのまわりで成形されるかもしれない
。また、内部の保護チューブは熱電対に受容性がある。内部の保護チューブは、
アルミナ若しくは純粋な（合成物）サファイアを含むかもしれない。

【００２１】数多の実施態様は、合成サファイアを含むサファイアである、熱電対の遠心端
に関して移動できるように整列されたサファイアサックを含んでいる。サファイ
アサックは、合成サファイアを含む、開かれた部分及びプラグ部分の両方と共に
、開いた端部分及びプラグ部分を含んでいるかもしれない。かかる実施態様にお
いて、1ペアの熱電対ワイヤーの遠心端は、サファイアサックと熱電対の間で快
適な適合を促進する、外部に向けて偏った形状に曲がっているかもしれない。か
かる実施態様は、さらに、外部の保護チューブ、熱電対に受容性のある内部の保
護チューブ、及びサファイアサックの内部で内部の保護チューブを含んでいるか
もしれない。内部の保護チューブは、アルミナ若しくは合成サファイアを含むか
もしれない。この実施態様の変形では、サファイアサックと熱電対の間のきっち
りとした適合を提供するために、白金箔で熱電対が包まれる。

【００２２】熱電対を含むガス化システムで使用するための熱電対システムがさらに開示さ
れて、上記熱電対は、熱接点によって一つの末端で、及び冷接点によるもう一方
の末端で、それ以外は絶縁チューブによって電気的に絶縁されて、ともに連結さ
れた相違する金属の1ペアのワイヤー；ペアのワイヤー及び絶縁チューブに受容
性のある熱電対の内部の保護チューブ；並びに熱電対の外部の保護チューブを含
み、そこで外部の保護チューブはサファイアを含んでいる。かかる実施態様にお
いて、外部保護チューブは内部の保護チューブのまわりで全体に成形された、サ
ファイアに強化されたセラミックスをさらに含んでいるかもしれない。内部保護
チューブは、サファイアを含んでいるかもしれない。ガス化リアクターに延在す
るサポートチューブである、サポートチューブは外部チューブと接続されている
かもしれない。測定される温度は、約１３００°Ｆ乃至３０００°Ｆの範囲であ
る。

【００２３】下記の段階を含有するガス化処理での温度測定の方法がさらに開示され、方法
は、：熱接点によって一つの末端で、及び冷接点によるもう一方の末端で、それ
以外は絶縁チューブによってお互い電気的に絶縁されて、ともに連結された相違
する金属の1ペアのワイヤーからなる熱電対の提供と；サポートチューブに接続
されたサファイアからなる外部保護チューブの提供と；ガス化リアクターへの外
部保護チューブ及びサポートチューブの挿入；及び外部保護チューブへの熱電対
の挿入からなる。

【００２４】下記の段階を含有するサファイア強化形外部保護チューブを構成する方法がさ
らに開示され、方法は、：型の提供と；内部保護チューブの提供と；型への内部
保護チューブの挿入と；サファイア強化型合成物を創成ための合成物へのサファ
イアファイバーの添加と；内部保護チューブの少なくとも一部分がサファイア強
化型合成物によって取り囲まれる、型へのサファイア強化型合成物の注入と；及
び合成物の硬化からなる。

【００２５】本発明の先と他の特徴及び様相は、次の詳細な記載を読み、及び図面の言及で
さらに明白になるだろう。

【００２６】実例となる実施態様の記載本発明の実例となる実施態様が下記に記載される。明瞭化のために、実際の実
施のすべての特徴は当該明細書に記述されるとは限らない。任意のそのような実
際の実施態様の開発では、システムに関連し、ビジネスに関連する制約(それは
ある実施から別の実施まで変わるだろう)への遵守のような開発者の特定のゴー
ルを達成するために多数の実施に特有の決定を下さなければならないことは、も
ちろん認識されるだろう。さらに、そのような開発努力が複雑かもしれないし時
間を消費するかもしれないし、しかしながらこの開示の利益が当業者のためのル
ーチンの仕事になるだろうことが認識されるだろう。

【００２７】実質的に、水素、一酸化炭素、及び水、二酸化炭素、硫化水素、ＣＯＳ、アン
モニア、窒素、アルゴン、微粒子の炭素と共に、灰、及び／若しくは典型的には
ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のような種類を含んでいる融解スラグ、並びに鉄やカルシ
ウムのような金属の酸化物及び酸硫化物から構成されるグループの少なくとも一
つのガスからなるガスの混合物は、自由な流れ及び直立で耐火性で並べられた鋼
の圧力容器でのダウンフローの反応帯での周知の部分的な酸化処理によって一般
に生産される。かかる処理及び圧力容器の実施例は、ここに参照文献として組み
入れられている共同に割り当てられた米国特許出願番号２８１８３２６に記述さ
れている。かかる処理において、部分的な酸化ガスは典型的には、冷却並びに微
粒子の汚染物質、ガス状汚染物質及び水蒸気が除去される追加の精製段階に従わ
せられるだろう。

【００２８】そのような処理から合成された部分的な酸化ガスは、化学成分に依存し、また
最終用途を意図した、一般に合成ガス、燃料ガス若しくは還元ガスと呼ばれるで
あろう。これらの潜在力をすべて包含するように、総括的な部分的な酸化ガスは
ここに言及されるだろう。

【００２９】部分的な酸化ガスを合成するために使用される供給は炭化水素質燃料を含む。
様々な適切なフィードストックについて記述するためにここに使用される用語“
炭化水素質”は、ガス状、液状、個体の炭化水素、炭素質物質及び前述に列記し
た物質の混合物を含むように意図される。事実、任意の燃焼可能な炭素を含有す
る有機物質若しくは前述の有機物質のスラリーは、実質的には用語“炭化水素質
”の定義内に含まれるであろう。例えば、（１）水、液体の炭化水素燃料及び前
述に列記した混合物のような気化可能な液体のキャリアーの中で分散した微粒子
の炭素のような固体の炭素質燃料のポンプでくみ出せるスラリー；及び（２）ガ
スを緩和する温度の中で分散した、霧状になった液体炭化水素燃料及び微粒子の
炭素のようなガス−液体−固体の分散がある。

【００３０】適切な液体のフィードストックについて記述するためにここに使用された定義
“液体の炭化水素”は、液化石油ガス、石油蒸留液及び残油のような様々な物質
、ガソリン、ナフサ、灯油、原油、アスファルト、軽油、残油、タールサンド油
及びけつ岩油、流動接触分解オペレーションからの油から派生した石炭、芳香族
炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン分画のような)、コールタール、サイク
ル軽油、コーカー（coker）軽油のフルフラール抜粋、また前述に列記した物質
の混合を含むように意図される。

【００３１】適切な気体フィードストックについて記述するためにここに使用された定義“
気体状炭化水素”は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、天然ガス
、コークス炉ガス、精油所ガス、アセチレン後部ガス、エチレンオフガス、及び
前述に列記した物質の混合物を含む。

【００３２】適切な個体フィードストックについて記述するためにここに使用された定義“
固体炭化水素”は、無煙炭の形をしている石炭、れき青質、亜瀝青炭；亜炭；コ
ークス；石炭液化に由来した残留物；泥炭；オイルシェール；タールサンド；石
油コークス；ピッチ；微粒子の炭素(すすまたは灰)；下水のような固体の炭素を
含んでいる老廃物；及び前述に列記した物質の混合物を含んでいる。

【００３３】固体、気体及び液体の供給源は混合されて、同時に使用されるかもしれない。
それらは、任意の比率で、パラフィン、オレフィン、アセチレン、ナフタレン及
び芳香系化合物を含んでいるかもしれない。さらに、“炭化水素質”の定義内に
は、炭水化物を含む酸素で処理された炭化水素質有機物、セルロースの物質、ア
ルデヒド、有機酸、アルコール、ケトン、酸素で処理された重油、廃棄の液体及
び酸素で処理された炭化水素質な有機物を含む化学処理からの副産物、及び前述
に列記した物質の混合物。

【００３４】ガス化リアクターの反応帯において、任意の温度減速材の存在下で、炭化水素
質燃料はガスを含むフリーな酸素と接触している。反応時間は、典型的には約１
乃至１０秒の範囲内で、好ましくは２乃至６秒間である。反応帯において、内容
物は一般的に約１７００°乃至３０００°Ｆの温度範囲まで到達し、より典型的
には約２０００°乃至２８００°Ｆである。圧力は、典型的には約１乃至約２５
０気圧の範囲内であり、より典型的には約１５乃至１５０気圧の範囲内である。
部分的な酸化ガスが下流に進むので、ガスが様々な冷却、洗浄及び他の段階に従
わせられるので、流れの温度が縮減されるだろう。

【００３５】本発明と一致して、温度は、サファイア若しくは別の鋼玉強化型外部反応チュ
ーブを採用して有する熱電対によるガス化処理内の様々な位置にて測定されるで
あろう。本発明の様々な実施態様と一致するサファイア強化型外部保護チューブ
の使用は、他の利点の中で、従来の熱電対より長い熱電対の寿命を増大する。そ
の様々な実施態様において、サファイア強化型外部保護チューブは、採用される
熱電対の少なくとも一部分を包含する。サファイア強化型外部保護チューブの使
用は、ガス化リアクターの中で温度を測定するために位置した熱電対と共に使用
される場合、高温度の不利益な影響として、融解スラグ及び侵食剤はリアクター
において最も普及しており、特に有用である。サファイア強化型外部保護チュー
ブの別の特異的な利点は、サーモウェルの使用なしで熱電対の活性を引き延ばす
ための能力である。

【００３６】熱電対のような温度装置を、高いガス化装置温度及び積極的な化学環境に耐え
るために十分に強固な物質から有利に構成する必要がある。特に、熱電対および
その保護被覆は、（１）ガス化装置の内部の流体による化学の攻撃に抵抗し、（
２）製品ガスによってともに運ばれた粒子の浸食の作用に抵抗し、（３）操業開
始と運転停止の出来事に関連した熱衝撃に耐えることができるに違いないし、（
４）それらが暖房と冷却の間に拡大し収縮するのでガス化装置の耐火性の層によ
って生成された機械的な力に抵抗することができるに違いないし、（５）酸化及
び還元する条件の両方に耐えることができるに違いない。固体の供給源システム
において、熱電対の寿命はまた、スラグの存在によって縮減される。

【００３７】図１Ａにて示されている本発明の一つの実施態様において、サファイアファイ
バーが熱電対の外部保護チューブ２４を合成するために使用される合成物に添加
された。サファイアの構造的ファイバーは、強度、高温合成物が使用されるよう
な非光の等級であるかもしれない。サファイアファイバーは、強度な外部保護チ
ューブを形成するために合成物の混合内で、サファイアファイバー自身と重なり
合う。サファイア強化型外部保護チューブ２４は、熱衝撃の間のシヤーリング、
柔布及び深割れに抵抗する。サファイアは、鋼玉の赤くない種類で、硬度計（９
モース、人類に知られている2番目に硬い自然な鉱物）上で非常に高く評価され
る。外部の保護チューブ合成物へのサファイアファイバーの追加は、外部の保護
チューブ２４の寿命及びしたがって熱電対の操作の期間を増加させる。

【００３８】本発明の一つの実施態様において、サファイア強化型外部保護チューブ２４は
、図１Ａに示されている保護チューブの全体の長さに添って合成物にサファイア
ファイバーを含んでいる。代替として、ファイバーの質に依存して、外部保護チ
ューブは、図１Ｂに示される合成物保護チューブの長さの部分に添ってサファイ
ア強化型ファイバーのみを含むかもしれない。図１Ｂにおいて、強化するＳファ
イアファイバーは、外部の保護チューブ２４の末端の１２〜１５インチに沿って
導入されるだけである。外部の保護チューブ２４からなる合成物を強化するため
に使用されるサファイアは、非光等級構造的ファイバーである。

【００３９】図１Ａに示される本発明の実施態様において、サファイア強化型外部保護チュ
ーブ２４は、熱電対内部保護チューブ３０の少なくとも一部分を包含する。かか
る好ましい実施態様において、内部保護チューブ３０は、高温で、高純度なセラ
ミックチューブからなるであろう。例えば、かかるセラミックチューブは、アル
ミナから合成可能である。代替としての実施態様において、内部保護チューブ３
０は、サファイアからなるであろう。熱電対１０は、図に示されるように、内部
保護チューブ３０の内側に配置される。熱電対１０は、ワイヤー１２及び１４の
ペアから構成される。ワイヤーは、熱電対が熱源に露出された場合に、電位差が
相違する金属間に発達可能な、相違する金属の内容物を有している。実例となる
実施態様において、ワイヤー１２及び１４は両方ともプラチナ、プラチナの量を
備えたそれらの主要な置換体としてのロジウム、及び２つのワイヤーにおいて異
なっているロジウムを含んでいるかもしれない。好ましくは、ワイヤーの一つは
約３０％のロジウムを含有し、一方で、もう一つのワイヤーは約６％のロジウム
を有するかもしれない。両方のワイヤーにとって、残りは主にプラチナである。

【００４０】ワイヤーは、熱接点１６及び冷接点１８でお互いに接続されている。ガス化リ
アクターの温度を測定するために使用された時、熱接点１６が熱源に接近して位
置するので、用語“熱”及び“冷”が使用される。熱の末端での温度の代表であ
る、二つのワイヤーの電位間の差が測定される。電位差が測定される方法は重要
ではない。事実、当業者によって電位差を測定するための様々な手段が知られて
いる。これらの方法のうちのどれは本発明で使用することができる。例えば、電
圧メーターは熱電対回路に設置できる。代替として、及び好ましくは、冷接点１
８は、温度発信機に供給される。温度発信機によって産出された信号は、その後
、信号転送手段２０によって制御室若しくは他の位置へ中継することができる。

【００４１】温及び冷結合を除いて、それ以外では、２つのワイヤー１２及び１４は、互い
に電気的に絶縁される。絶縁される方法が重要でない一方、実施態様の開示にお
いて、電気的な絶縁体２２は、高温、高純度のセラミックチューブによって供給
される。かかるセラミックチューブは、例えば、アルミナから合成される。

【００４２】前述の章に記載されたような熱電対１０が独自に活用される場合、若しくはガ
ス化リアクターの温度を測定するために典型的なサーモウェルを伴う組み合わせ
で活用される場合（つまり、外部保護チューブ２４が存在しない）、熱電対は、
スラグ、及びリアクターの中にある他の不利益な物質に素早く屈服するであろう
。本実施態様において、スラグに露出された内部チューブ部分の全体をむしろ覆
い、内部保護チューブ３０の少なくとも一部分の周辺で整列されるために、サフ
ァイア強化型外部保護チューブ２４が提供されるのは、少なくとも上記の理由の
ためである。サファイア強化型外部保護チューブ２４は、実質的にスラグからの
攻撃及びガス化処理の他の物質に耐性である。サファイアの強化は、外部保護チ
ューブを著しく強化し、熱衝撃及び侵食に有用に耐性になる。ガス化処理に共通
なことは、徹底的な温度振動を導入する、始動、停止及び他の出来事である。か
かる出来事に関連した熱衝撃は、しばしば、持続する特質的な能力及び破砕及び
失敗結果より多く、熱電対中のストレスを遠くに引き起こす。外部保護チューブ
２４へのサファイアの導入は、保護チューブに著しい強度及び侵食抵抗を加え、
このようにして、そこに収容されている熱電対の有効期間を増大する。

【００４３】一つの実施態様において、完全な熱電対及びサファイア強化型外部保護チュー
ブ２４は、熱接点16に隣接している末端若しくは第一末端２６を有するように見
える。

【００４４】好ましい実施態様において、熱電対１０はまた、保護サックを含んでおり、例
えば、図１Ａ、１Ｂ、２及び３に示されているようなサファイアサック２５であ
る。サファイアサック２５は、合成サファイア（純粋な鋼玉）からなる。サファ
イアサック２５は、開口末端部分２７及び不可欠なプラグ部分２９を含む。開口
末端部分２７及び不可欠なプラグ部分２９の各々は、合成サファイアからなるか
もしれない。好ましい実施態様において、サファイアサック２５は、長さにして
およそ１０インチ延在しているが、しかし、特異的な適用に対する適切な別の長
さはまた、熟考される。サファイアサック２５は、さらにガス化リアクター内の
過酷な状況から熱電対１０を保護する。図４に示されるような代替となる実施態
様において、サファイアサック２５の使用は除外される。サファイアサック２５
内の熱電対１０の位置は、図２に示されているように、熱電対ワイヤー１２及び
１４の末端によって成形された“弁髪”８２によって促進されるかもしれない。
弁髪８２は、熱電対１０及びサファイアサック２５間できっちり合う適合を作成
する。弁髪８２を形成するために、熱電対ワイヤー１２及び１４は接合点８０で
共に捻れて、形状の中で整列されている超過ワイヤーで、サファイアサック２５
に熱電対を挿入すると、弁髪８２がサファイアサック２５の内壁に会うようなも
のである。弁髪８２(バイアスは放射状に外へかけられる)とサファイアサック２
５の内壁との間の抵抗は、きっちり合う適合を作成し、熱電対とサファイアサッ
クの間の相対運動を妨害する。代替となる実施態様において、白金箔若しくは他
の物質で電気絶縁チューブ22が包まれ、及び／若しくは熱電対１０とサファイア
サック２５の間の良好な適合を提供するためにサファイアサック２５の内部表面
が包まれるかもしれない。

【００４５】ある実施態様において、サファイア強化型外部保護チューブ２４は、延在して
実質上既存の熱電対のすべてである、より広い部分を覆う。

【００４６】好ましい実施態様において、外部保護チューブ２４は、成形処理を用いて、内
部保護チューブ３０の周りに形成される。内部保護チューブ３０は、型（ここで
は示されていない）内に位置され、例えば、スペーサーを用いて中心に位置され
る。サファイア強化型セラミックは、内部保護チューブ３０の少なくとも一部分
の周辺に外部保護チューブ２４を全体に形成するために対で型に流し込まれる。
セラミックが矯正する場合、外部保護チューブ２４は強く、サファイアは、内部
の保護チューブ３０の少なくとも一部分を囲むメンバーを強化した。代替として
、外部保護チューブ２４は分割されて形成され、内部保護チューブ３０は、続い
て、外部保護チューブ２４に挿入される。

【００４７】外部セラミックチューブ２４は、スラグ及びガス移動へのいくつかの応用にお
いて多少多孔性で敏感かもしれない。スラグ及び／若しくはガスが外部保護チュ
ーブ２４によって移動する場合、純粋なサファイアサック２５は内部の保護チュ
ーブ３０、熱電対ワイヤー１２及び１４への一層の移動を防ぐ。一つの好ましい
実施態様において、サファイアサック２５のみが長さにおいて約１０インチ延在
する。それは、スラグ及び／若しくはガスとしてリアクターの壁、温度減少に接
近して移動する、この開示の利益を備えた当業者によって認識されるだろう。か
かる冷却の結果として、典型的にはほとんどないか、若しくはスラグがないか、
及び／若しくは末端２６から１０インチ以上の距離の外部保護チューブ２４によ
るガス移動がある。典型的には、スラグは、末端２６からわずか５インチで凝固
する。しかしながら、応用としてのインアズマッチ（inasmuch）は、スラグ及び
／若しくはガス移動が外部の保護チューブ２４の末端２６からの１０インチ以上
の距離で発生し、必要に応じて、サファイアサック２５は長さで拡張されるかも
しれないことが分かるかもしれない。

【００４８】次ぎに図３乃至４に言及すると、外部保護チューブ２４は、外部保護チューブ
２４の第一末端２８にサポートチューブ１でつがいになって連動するかもしれな
い。図３に示される好ましい実施態様において、外部保護チューブ２４は、サポ
ートチューブ1の末端の内部できっちり適合する第二末端２８で先細になってい
る。高温セメントはサポートチューブ１及び外部の保護チューブ２４の第二末端
間の環帯をシーリングするために使用されてもよい。代替として、外部保護チュ
ーブ２４は、制限されないが、末端で先細になるサポートチューブと、つがいに
なってサポートチューブ上に適合する開口末端で揺れる外部保護チューブの連れ
添う関係を含む、任意の別の簡便な手段によってサポートチューブ１に付加され
ているかもしれない。サポートチューブ１は、ステンレス鋼若しくは他の侵食抵
抗性物質を含むかもしれないし、圧力容器ガス化リアクターの外部の鋼壁４０に
よって除去可能なフランジ７４から伸びる。図３乃至４にしめされている実施態
様において、サポートチューブ１は、末端に、外部保護チューブ２４の先細にな
った第二端２８に適合するべき中心に近い方の末端でよりも大きな直径を表示す
るはまり込むチューブである。あるいは、サポートチューブ１は、抜き差し自在
ではないかもしれない。

【００４９】サファイア強化型外部保護チューブ２４が、熱接点１６を少なくとも包含する
ことを熟考する。オペレーターは最も正確な温度測定のためのガス化流れにこれ
によって外部の保護チューブ(したがって熱電対熱接点)を挿入することができる
。

【００５０】一つの実施態様において、サファイア強化型外部保護チューブ２４は、内部保
護チューブ３０の少なくとも一部分の周辺で型を取られる。サファイアサック２
５を含む熱電対１０は、内部保護チューブ３０内に自由にスライドして、プラグ
部分２９が図１で示されるような内部の保護チューブの末端に接するまで入り込
む。プラグ部分２９と内部保護チューブ３０間の接触は正確なリアクター温度測
定を促進する。

【００５１】ある実施態様において、サファイア強化型外部保護チューブの厚さは、約１イ
ンチである。他の実施態様は、サファイア強化型外部保護チューブ２４の様々な
厚さおよび長さを含む。

【００５２】図３乃至４に例証される実施態様において、熱電対１０は、ガス化リアクター
４０の第一末端２６に挿入される。熱電対１０は、、フランジを付けられた還元
剤７６を通して、外部チューブ２４及びサポートチューブ１の組み合わせへ渡さ
れる。サポートチューブ１はボールスイベル及び接して、またフランジを付けら
れた還元剤７６に連れ添う、サポート８４によって支援される。熱電対１０の末
端１６は、外部保護チューブ２４の末端２６に隣接して位置している。約０．１
２５乃至約０．２５インチの差は、好ましくは外部保護チューブ２４の内部表面
と熱電対の末端１６間で維持される。熱電対１０の末端１６は、好ましくは、す
でに前述で記載されたサファイアサック２５を含むかもしれない。熱電対１０は
、外部保護チューブ２４にて包含されている場合、サーモウェルを必要とせずに
直接ガス化の流れに挿入されるかもしれない。

【００５３】熱電対１０のワイヤー１２及び１４の中心に近い末端は、電気絶縁２２の中心
に近い方の端を過ぎ、及び／若しくはサファイア強化型外部保護チューブ２４及
びサポートチューブ１（図３に示されているように、サポートチューブが電気絶
縁２２で境界線を共にする場合）。ワイヤーは圧力シーリングフィッティング７
０を経て継続する。圧力シーリングフィッティング７０は、移動可能なフランジ
７４に適合するブッシング７２に隣接して配置されている。移動可能なフリンジ
７４は、圧力容器ガス化リアクターの外部スチール壁４０と連れ添うフリンジ還
元剤７６と連れ添う。

【００５４】２つの別個の接続（７４及び７６）の使用は、外部チューブ２４及びサポート
チューブ１の組み合わせを削除せずに、熱電対１０を交換することができるよう
に増大した効率のために供給する。代替として、通されたキャップ及びノズル、
若しくは他の接続方法は、フランジ７４及び７６を連れ添わせることの代わりに
使用されてもよい。

【００５５】外部保護チューブアセンブリ２４を伴う熱電対１０は、ガス化反応でのスラグ
に対する増大した抵抗を表す。開示された実施態様において、スラグは外部保護
チューブ２４の周辺に直接通過して、移動するスラグからの外部保護チューブを
絶縁するサーモウェルは存在しない。裂け目は、結局サファイア強化型外部保護
チューブ２４内で成形するかもしれない。しかし、熱電対の有効期限はサファイ
アで外部保護チューブを強化することにより伸ばされる。もしもサファイア強化
型外部保護チューブ２４が最終的に失敗する場合、サファイアサック２５及び／
若しくは内部保護チューブ３０は、浸食と腐食の影響にさらされるかもしれない
。もしも内部保護チューブ３０及びサファイアサック２５が失敗する場合、次い
でワイヤー１２及び１４並びに熱接点１６は保護されないままで取り残され、熱
電対１０もすべて失敗する。サファイア強化型外部保護チューブ２４のための適
切な長さの選択は、温度及びガスの構成を含み、かかる開示の利点を有するそれ
ら特定の処理の特性の知識を有する当業者の技術内である。

【００５６】図５乃至６で示されている実施態様のような別の実施態様において、二つ以上
の保護チューブ、例えば、内部保護チューブ１３０及び１３１は、内部保護チュ
ーブの周辺にサファイア強化型外部保護チューブ１２４を形成する以前に、型内
にいっしょに位置している。好ましい実施態様において、二つ以上の内部保護チ
ューブの各末端は、外部保護チューブ１２４に沿った異なる長さで互い違いに配
列される。二つ以上の内部保護チューブは、二つ以上の熱電対の導入を促進する
。複数の内部保護チューブのかかる互い違いに配列された配置は、熱電対の置換
における増大した応対時間を提供する。例えば、二つの内部保護チューブ１３０
及び１３１が示されている図５の実施態様において、外部の保護チューブ１２４
による失敗若しくはスラグ及び／若しくはガス移動は、内部の保護チューブ１３
０に挿入された熱電対の最終の失敗に起因するかもしれない。しかし、内部の保
護チューブ１３１に含まれている熱電対は、ある程度の時間までその後突破され
ないかもしれない。外部保護チューブ１２４が内部保護チューブ１３０及び１３
１の周辺に注がれるため、外部保護チューブ１２４による裂け目は、内部保護チ
ューブ１３１への直接径路を有しないかもしれない。結局外部の保護チューブ１
２４はさらに、突破され、内部の保護チューブ１３１に達するかもしれない、し
かし、それらがリアクターの壁に近づき、リアクター中の温度が減少するので、
内部の保護チューブ１３０及び１３１への裂け目間の時間は、通常ずらされるだ
ろう。反応チャンバーの最も熱い部分で、末端１２６で最初に存在するのに最も
ありそうな場合、外部の保護チューブ１２４の裂け目、及び、それ以上の裂け目
は、外部の保護チューブの中心に近い方の末端１２８で通常その後時間内に起こ
るであろう、かかる開示の利点を伴い当業者によって理解されるであろう。外部
の保護チューブ１２４に沿ったずらした長さで各々熱電対を収容する２つ以上の
内部の保護チューブで、リアクターの操作は、最も末端部へ位置した熱電対の破
壊の後に中断なしで相当に継続するかもしれない。２つ以上の内部保護チューブ
は使用されても良く、図５乃至６の中で示される実施例は、サファイア強化型外
部保護チューブ１２４を伴う複合の熱電対能力の単なる典型例である、かかる開
示の利点を伴い当業者によって理解されるであろう。第二の(若しくは付加的な)
熱電対によって提供される精度が、リアクターの最も熱い部分に関して第一の熱
電対ほどよくないかもしれない一方、第一の熱電対の失敗に先立って集められた
データに基づいて、第二の(若しくは付加的な)熱電対のための読み出しが測定さ
れ修正されるかもしれないので、違いは処理のコントローラーのために問題を提
起しない。

【００５７】本発明が、発明の特別の実例となる実施態様に関して特に示され記述されてい
る一方、形式と詳細の様々な変更が、発明の精神及び範囲から外れずに行なわれ
るかもしれないことは当業者によって理解されるだろう。上記の記述された実施
例は、単に実例となるように意図され、本発明の範囲の限定と見なされてはなら
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明の一つの態様と一致する熱電対及び外部保護チューブの切断図を描写す
る。

【図１Ｂ】本発明の別の態様と一致する熱電対及び外部保護チューブの切断図を描写する
。

【図２】図１による熱電対及びサックの切断図を描写する。

【図３】本発明の一つの態様と一致するガス化リアクター壁及び熱電対の一部分の断面
図を描写する。

【図４】本発明の別の態様と一致するガス化リアクター壁及び熱電対の一部分の断面図
を描写する。

【図５】本発明の別の態様と一致する外部保護チューブの縦方向の断面図を描写する。

【図６】図５の保護チューブの上部の断面図を描写する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者サントス，ケント，ダブリュアメリカ合衆国，カリフォルニア州 90620，ビュナ・パーク，サン・ルーベン・サークル 6290 Ｆターム(参考） 2F056 BP01 BP06 BP07 KC01 KC06 KC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス化処理で温度を測定するための熱電対からなる装置であ
って、該熱電対に関して配置され及び該熱電対の少なくとも一部分を包含するサ
ファイア強化型外部保護チューブからなる改良を特徴とする装置。
【請求項２】前記外部保護チューブ内の内部保護チューブであって、前記
熱電対に受容性のある内部保護チューブからなる請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記内部保護チューブがアルミナからなることを特徴とする
請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記内部保護チューブがサファイアからなることを特徴とす
る請求項２に記載の装置。
【請求項５】前記サファイアが、構造的等級の非光ファイバーであること
を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】前記ファイバーが合成物を強化し、該合成物及びサファイア
の強化が前記外部保護チューブを含有することを特徴とする請求項５に記載の装
置。
【請求項７】前記外部保護チューブがサポートチューブに付加されている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】前記外部保護チューブが前記サポートチューブの末端の内部
できっちり適合するために先細になっていることを特徴とする請求項７に記載の
装置。
【請求項９】前記外部保護チューブ及びサポートチューブが完全に前記熱
電対を包含することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】前記外部保護チューブが、サーモウェルなしでガス化の流
れに直接挿入されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】前記外部保護チューブが、内部保護チューブの周囲で型を
取られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】前記内部保護チューブが熱電対に受容性であることを特徴
とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】前記内部保護チューブがアルミナからなることを特徴とす
る請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】前記内部保護チューブが純粋な（合成）サファイアからな
ることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】前記熱電対の末端に関して整列された移動可能なサファイ
アサックをさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】前記サファイアサックが合成サファイアからなることを特
徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記サファイアサックが開口末端部分及びプラグ部分から
なることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】前記開口末端部分及び前記プラグ部分が合成サファイアか
らなることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】前記熱電対ワイヤーのペアの末端が、前記サファイアサッ
クと前記熱電対の間にきっちり合う適合を促進するために、放射状で外側に偏っ
た形状で向けられることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】外部保護チューブ内の内部保護チューブであって、前記熱
電対及びサファイアサックに受容性のある内部保護チューブからさらになること
を特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】前記内部保護チューブがアルミナからなることを特徴とす
る請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】前記内部保護チューブが合成サファイアからなることを特
徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】前記サファイアサックと前記熱電対の間できっちり合う適
合を提供するために、前記熱電対が白金箔で包まれることを特徴とする請求項１
５に記載の装置。
【請求項２４】ガス化システムで使用するための熱電対システムであって
、熱接点による一つの末端及び冷接点によるもう一方の末端で共に接続され、そ
の他は絶縁チューブにより電気的に絶縁された相違する金属のワイヤーのペアか
らなる熱電対と；前記ワイヤーのペア及び前記絶縁チューブに受容性のある熱電対内部保護チュ
ーブと；及び前記外部保護チューブがサファイアからなる、熱電対外部保護チューブとからなることを特徴とする熱電対システム。
【請求項２５】前記外部保護チューブが、さらに、全体に前記内部保護チ
ューブの周囲で成形した、サファイア強化型セラミックからなることを特徴とす
る請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項２６】前記内部保護チューブがサファイアからなることを特徴と
する請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項２７】さらに前記熱電対の末端に受容性のあるサファイアサック
からなることを特徴とする請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項２８】前記絶縁チューブがアルミナからなることを特徴とする請
求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項２９】前記内部保護チューブがアルミナからなることを特徴とす
る請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項３０】前記外部保護チューブに接続しているサポートチューブで
あって、ガス化リアクター内に延在するサポートチューブからさらになることを
特徴とする請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項３１】前記温度が、約１３００°Ｆ乃至３０００°Ｆの範囲で測
定されることを特徴とする請求項２４に記載の熱電対システム。
【請求項３２】前記ワイヤーのペアが、プラチナ、ロジウム若しくは前述
に列記した物質の混合物からなることを特徴とする請求項２４に記載の熱電対シ
ステム。
【請求項３３】ガス化処理における温度を測定する方法であって、熱接点による一つの末端及び冷接点によるもう一方の末端で共に接続され、そ
の他は絶縁チューブによりお互いに電気的に絶縁された相違する金属のワイヤー
のペアからなる熱電対の提供段階と；サポートチューブと接続されるサファイアからなる外部保護チューブの提供段
階と；前記外部保護チューブ及びサポートチューブをガス化リアクターへの挿入段階
と；及び前記熱電対を前記外部保護チューブへの挿入段階とからなることを特徴とする方法。
【請求項３４】サファイア強化型外部保護チューブを構成する方法であっ
て、型の提供段階と；内部保護チューブの提供段階と；前記内部保護チューブを前記型に挿入する段階と；サファイア強化型合成物を合成するための合成物へのサファイアファイバーの
添加段階と；前記型への前記サファイア強化型合成物の注入段階であって、前期内部保護チ
ューブの少なくとも一部分が前記サファイア強化型合成物で覆われていることを
特徴とする注入段階と；及び前記合成物の矯正段階とからなることを特徴とする方法。