JPH06213731A - 熱電対装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は１０００℃を超える高温の雰囲気下で
も保護管の機械的強度を確保して正常な温度測定が行え
る熱電対装置を提供することを目的とする。 【構成】金属からなる保護管１と、この保護管の内側に
挿通して配置された熱電対２と、この熱電対を包囲して
保護管の内側に配置された耐熱性絶縁物３と、保護管の
壁の内部にその軸方向に沿って埋設された高温強度に優
れた材料からなる補強棒６とを具備することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は特に高温条件下で使用さ
れる熱電対装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば航空機に搭載されるジエットエン
ジンの燃焼排気ガス（以下排気ガスと称する。）の温度
を測定するために熱電対装置が用いられている。

【０００３】この熱電対装置は、一般的に保護管と、熱
電対と、耐熱性絶縁物とを具備している。保護管は先端
部の端面が閉塞され、先端の周壁には一対の窓が形成さ
れている。熱電対は保護管の内部に挿通されて挿通さ
れ、その検出端が保護管の先端部に位置している。

【０００４】耐熱性絶縁物は熱電対を包囲して保護管の
内側に先端部を除いて配置されている。このため、保護
管の先端部の内部は空間となり、熱電対の検出部がこの
空間に露出する。なお、保護管の基端部は端子台に取り
付けられている。保護管は熱電対装置の温度測定条件を
考慮してステンレス鋼、インコネル、ハステロイなどの
耐熱合金で形成されている。

【０００５】このように構成された熱電対装置を使用す
る場合には、ジエットエンジンの排気ガスを流す通路に
配置され、端子台が排気ガス通路を構成する壁に固定さ
れる。排気ガス通路を流れるジエットエンジンの排気ガ
スは、保護管の先端部の一対の窓部を通して保護管の内
部空間を通過する。この時、排気ガスが熱電対の検出端
に接触し、熱電対を構成する一対の素子間に電位差が生
じる。この電位差を熱電対に接続される測定回路で計測
して温度を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常、ジエットエンジ
ンの排気ガスの温度測定は、低圧タービンの後方の位置
に熱電対装置を置いて行うために、約７００〜８００℃
がその測定最大温度である。しかし、近年新エンジンの
開発計画により１０００℃を越え、１３００℃付近まで
測定可能な熱電対装置の要求がなされてきた。

【０００７】ところが、従来の熱電対装置における保護
管を形成するステンレス鋼、インコネル、ハステロイな
どの耐熱合金は、実用上に支障をきたすことがない高温
強度を維持できる限界温度（使用限度温度）は約１００
０℃であり、周囲の温度がこの温度１０００℃を超える
と高温強度が低下してしまう。

【０００８】このため、熱電対装置を１０００℃を越え
る温度の排気ガスの中で使用していると、保護管がガス
流れ方向に曲ることがある。そうすると、保護管に設け
た窓からガスが正常に入らなくなる、さらに保護管の内
部の熱電対も曲り、熱電対と保護管との間の絶縁が確保
できなくなる、あるいは熱電対が破損するなどの事故が
生じて正常な温度測定が困難になることがある。

【０００９】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、１０００℃を超える高温の雰囲気下でも保護管の機
械的強度を確保して正常な温度測定が行える熱電対装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に第一の発明の熱電対装置は、金属からなる保護管と、
この保護管の内側に挿通されて配置された熱電対と、こ
の熱電対を包囲して前記保護管の内側に配置された耐熱
性絶縁物と、前記保護管の壁の内部にその軸方向に沿っ
て配置された高温強度に優れた材料からなる補強棒とを
具備することを特徴とする。

【００１１】第二の発明の熱電対装置は、金属からなる
保護管と、この保護管の内側に挿通されて配置された熱
電対と、この熱電対を包囲して前記保護管の内側に充填
された耐熱性絶縁物と、前記保護管の内側にこの保護管
に接してその軸方向に沿って配置された高温強度に優れ
た材料からなる補強棒とを具備することを特徴とする。

【００１２】第三の発明の熱電対装置は、金属からなる
保護管と、この保護管の内側に挿通されて配置された熱
電対と、この熱電対を包囲して前記保護管の内部に配置
された耐熱性絶縁物と、前記保護管の内側に嵌合されて
その軸方向に沿って配置された高温強度に優れた材料か
らなる補強管とを具備することを特徴とする。

【００１３】

【作用】第一の発明では、高温強度に優れた材料からな
る補強棒が保護管の壁内部に軸方向に沿って配置されて
いるので、保護管は１０００℃を超える高温の雰囲気下
でも機械的強度を確保でき軸方向に沿う曲げなどの変形
を防止できる。

【００１４】第二の発明では、高温強度に優れた材料か
らなる補強棒が保護管の内側に保護管に接して軸方向に
沿って配置されているので、保護管は１０００℃を超え
る高温の雰囲気下でも機械的強度を確保でき軸方向に沿
う曲げなどの変形を防止できる。

【００１５】第三の発明では、高温強度に優れた材料か
らなる補強管が保護管の内側に嵌合されて軸方向に沿っ
て配置されているので、保護管は１０００℃を超える高
温の雰囲気下でも機械的強度を確保でき軸方向に沿う曲
げ変形を防止できる。なお、高温強度に優れた材料とし
てはタングステンなどの高融点金属、あるいはセラミッ
クスが挙げられる。

【００１６】なお、保護管の全体を高温強度に優れた材
料で形成することも考えられるが、この場合は材料コス
トが高い、酸化性雰囲気では使用できない、溶接性が低
下するなどの不具合が発生するので、実際の製品に採用
することが難しい。

【００１７】

【実施例】第一の発明の一実施例について図１および図
２を参照して説明する。図２は熱電対装置の全体構造を
示し、図１は保護管の先端部の断面を拡大して示してい
る。図中１は保護管、２は熱電対、３は耐熱性絶縁物で
ある。

【００１８】保護管１はステンレス鋼、インコネル、ハ
ステロイなどの耐熱合金で形成されている。保護管１は
断面円形をなすもので、先端部の端面が閉塞され、先端
部の周壁には対向して一対の窓４が形成されている。こ
のような構成の保護管１は例えば精密鋳造により製作す
る。

【００１９】保護管１の壁部には、円周方向に等間隔を
存した複数の位置に保護管１の軸方向に沿う孔５が夫々
形成されている。これらの各孔５は断面円形をなすもの
で、例えば保護管１の基端から所定長さで軸方向に延び
るものである。

【００２０】これら各孔５の内部には夫々補強棒６が挿
入されている。これら補強棒６は断面円形をなすもの
で、孔５の直径よりやや小さい直径と孔５の長さと同等
の長さを有している。

【００２１】補強棒６は高温強度に優れた材料で形成さ
れている。補強棒６を形成する材料としては、高温強度
に優れたタングステンやモリブデンなどの高融点金属
と、Ｓｉ₃ Ｎ₄ などの高温強度に優れたセラミックスが
挙げられる。なお、高融点金属からなる補強棒６には、
耐酸化性をもたせるために表面にニオブなどの被覆処理
を施すことが好ましい。補強棒６は挿入したままでも良
いが、耐熱性無機接着剤で端末を固定しても良い。孔５
の直径および数は保護管１の壁部の機械的強度を考慮し
て設定する。具体的には孔５の直径は、保護管１の肉厚
に対して約５０％の割合が好ましい。

【００２２】熱電対２は一対の熱電対素子２ａ，２ｂを
組合せたもので、熱電対素子２ａ，２ｂとしては例えば
白金と白金ーロジウムが使用されている。熱電対２は保
護管１の内側に挿通されて配置され、一対の熱電対素子
２ａ，２ｂが接続された検出端が保護管１の先端部に位
置している。

【００２３】耐熱性絶縁物３は熱電対２を包囲して保護
管１の内側にその先端部を除いて配置されている。この
ため、保護管１の先端部の内側は空間部となり、熱電対
２の検出端がこの空間部に露出する。耐熱性絶縁物３と
しては粉末のもの、あるいは焼結体のものが挙げられ
る。

【００２４】保護管１の基端部は端子台７に取り付けら
れている。端子台７に設けられた一対の端子８には、熱
電対２の一対の熱電対素子２ａ，２ｂの基端が夫々接続
されている。

【００２５】この熱電対装置を使用する場合には、例え
ばジエットエンジンの排気ガスを流す通路２１に配置さ
れ、端子台７が排気ガス通路２１を構成する壁に固定さ
れる。端子台７の端子８は温度測定回路（図示せず）に
接続される。

【００２６】このように構成された熱電対装置におい
て、保護管１は、高融点金属またはセラミックスからな
る複数の補強棒６が壁内部に軸方向に沿って埋設されて
いるので、１０００℃を超えても曲り変形することがな
い高い高温強度が確保されている。このため、保護管１
は排気ガス通路２１の内部で１３００℃の排気ガスに連
続的にさらされても、高い高温強度を確保して曲げ変形
することがない。従って、本発明の熱電対装置は、１０
００℃を超える高温の雰囲気下でも機械的強度を確保し
て正常な温度測定が行うことができる。第二の発明の一
実施例について図３を参照して説明する。図３において
図１と同じ部分は同じ符号を付して示す。

【００２７】保護管１の内側には円周方向に等間隔を存
した複数箇所に、夫々補強棒９が保護管１の内周面に接
触し且つ保護管１の軸方向に沿って配置されている。こ
の補強棒９は前述した第一の発明の補強棒６と同様に高
温強度に優れた材料、すなわちタングステンやモリブデ
ンなどの高融点金属、またはＳｉ₃ Ｎ₄ などのセラミッ
クスで形成されている。なお、高融点金属からなる補強
棒９には、耐酸化性をもたせるために表面にニオブなど
の被覆処理を施す。補強棒９は例えば断面円形をなすも
ので、その直径および長さは熱電対装置全体の強度を考
慮して決定する。具体的には補強棒９の直径は保護管１
の肉厚の５０〜６０％であり、長さは保護管１に設けた
孔５に近い距離まで到達する長さが好ましい。補強棒９
は保護管１の内側に配置されて熱電対２とともに耐熱性
絶縁物３に埋設されている。このように構成された熱電
対装置は第一の発明と同様に例えばジエットエンジンの
排気ガスの温度の測定に用いられる。

【００２８】この熱電対装置において、保護管１は、そ
の内側に軸方向に沿って配置された高温強度に優れた材
料からなる複数の補強棒９に支えられているので、１０
００℃を超えても曲り変形することがない高い高温強度
が確保されている。このため、保護管１は１３０００℃
の排気ガスに連続的にさらされても、高い高温強度を確
保して曲げ変形することがない。従って、本発明の熱電
対装置は、１０００℃を超える高温の雰囲気下でも機械
的強度を確保して正常な温度測定が行うことができる。
第三の発明の一実施例について図４を参照して説明す
る。図４において図１と同じ部分は同じ符号を付して示
す。

【００２９】保護管１の内部には補強管２の内側に嵌合
されて軸方向に沿って配置されている。この補強管１０
は前述した第一の発明の補強棒６と同様に高温強度に優
れた材料、すなわちタングステンやモリブデンなどの高
融点金属、またはＳｉ₃ Ｎ₄などのセラミックスで形成
されている。なお、高融点金属からなる補強管１０に
は、耐酸化性をもたせるために内周面にニオブなどの被
覆層１１が形成されている。

【００３０】補強管１０は例えば断面円形をなすもの
で、その直径および長さは熱電対装置全体の強度を考慮
して決定する。具体的には補強管１０の肉厚は保護管１
の肉厚の約５０％であり、長さは保護管１に設けた孔５
に近い距離まで到達する長さが好ましい。補強管１０は
粉末３によって固定されている。耐熱性絶縁物３は補強
管１０の内側に配置される。このように構成された熱電
対装置は第一の発明と同様に例えばジエットエンジンの
排気ガスの温度測定に用いられる。

【００３１】この熱電対装置において、保護管１は、そ
の内側に嵌合されて軸方向に沿って配置された高温強度
に優れた材料からなる補強管１０に支えられているの
で、１３００℃の排気ガスに連続的にさらされても、高
い高温強度を確保して曲げ変形することがない。従っ
て、本発明の熱電対装置は、１０００℃を超える高温の
雰囲気下でも機械的強度を確保して正常な温度測定が行
うことができる。なお、第一ないし第三の発明は前述し
た実施例に限定されず、種々変形して実施することがで
きる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように第一の発明の熱電対
装置は、保護管の壁の内部に軸方向に沿って高温強度に
優れた材料からなる補強棒が配置されており、第二の発
明の熱電対装置は、保護管の内側にこの保護管に接して
軸方向に沿って高温強度に優れた材料からなる補強棒が
配置されており、第三の発明の熱電対装置は、保護管の
内側に嵌合して軸方向に沿って高温強度に優れた材料か
らなる補強管が配置されている。

【００３３】このため、第一の発明ないし第三の発明の
熱電対装置における補強管は、１０００℃を超えても曲
り変形することがない高い高温強度が確保されている。
従って、第一の発明ないし第三の発明によれば１０００
℃を超える高温の雰囲気下でも機械的強度を確保して正
常な温度測定が行うことができる熱電対装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明の一実施例の熱電対装置における検
出部を示す断面図。

【図２】第一の発明の一実施例の熱電対装置の全体を示
す外観図。

【図３】第二の発明の一実施例の熱電対装置における検
出部を示す断面図。

【図４】第三の発明の一実施例の熱電対装置における検
出部を示す断面図。

【符号の説明】

１…保護管、 ２…熱電対、 ３…耐熱姓絶縁
物、６…補強棒、 ９…補強棒、 １０…補強
管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属からなる保護管と、この保護管の内
   側に挿通されて配置された熱電対と、この熱電対を包囲
   して前記保護管の内側に配置された耐熱性絶縁物と、前
   記保護管の壁の内部にその軸方向に沿って配置された高
   温強度に優れた材料からなる補強棒とを具備してなる熱
   電対装置。
2. 【請求項２】 金属からなる保護管と、この保護管の内
   側に挿通されて配置された熱電対と、この熱電対を包囲
   して前記保護管の内側に充填された耐熱性絶縁物と、前
   記保護管の内側にこの保護管に接してその軸方向に沿っ
   て配置された高温強度に優れた材料からなる補強棒とを
   具備してなる熱電対装置。
3. 【請求項３】 金属からなる保護管と、この保護管の内
   側に挿通されて配置された熱電対と、この熱電対を包囲
   して前記保護管の内側に充填された耐熱性絶縁物と、前
   記保護管の内側に嵌合されてその軸方向に沿って配置さ
   れた高温強度に優れた材料からなる補強管とを具備して
   なる熱電対装置。