(57)【要約】【課題】温度計測装置が収納される収納部分を７０℃未満に維持することが可能な耐熱容器、温度計測装置及び温度計測方法を提供することを目的とする。【解決手段】耐熱容器１は、外部断熱材５と、外部断熱材５よりも内側に設置される内部断熱材７と、外部断熱材５と内部断熱材７に挟まれて設置される石膏部６と、内部断熱材７よりも内側に設置される吸熱部４と、吸熱部４の内部に形成され、データロガー部２Ａを収容することが可能な収納部とを備え、吸熱部４は、６０℃以下で吸熱反応を行い、常温以下に維持される材料である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部断熱材と、
前記外部断熱材よりも内側に設置される内部断熱材と、
前記外部断熱材と前記内部断熱材に挟まれて設置される石膏部と、
前記内部断熱材よりも内側に設置される吸熱部と、
前記吸熱部の内部に形成され、機器を収容することが可能な収納部と、
を備え、
前記吸熱部は、６０℃以下で吸熱反応を行い、常温以下に維持される材料である耐熱容器。
【請求項２】
前記吸熱部は、金属製の箱状部材によって収納される請求項１に記載の耐熱容器。
【請求項３】
請求項１に記載の耐熱容器の前記収納部に、前記耐熱容器の外部温度又は内部温度を計測する温度計測器が収納された温度計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載の耐熱容器の前記収納部に温度計測器が収納するステップと、
前記温度計測器によって前記耐熱容器の外部温度又は内部温度を測定するステップと、
を含む温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱容器、温度計測装置及び温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温条件下、かつ、炭や砂が浮遊している場所で、被加熱体である固体状物質を移動させる装置として、例えば改質炭キルン炉や流動炉などがある。これらの遮蔽空間の内部における温度分布を計測することができれば、炉の性能や運転効率等を向上させることができる。
【０００３】
また、遮蔽空間を移動する被加熱体の温度を測定する技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。特許文献１では、温度計測器の耐熱保護ボックスを被温度測定体と共に加熱炉内で搬送させる方法が記載されている。耐熱保護ボックスは、石膏材を用いた温度計測器を収納するための収納部を備える内側容器と、断熱材を用いた外側容器などからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７５０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の耐熱保護ボックスは、ガラス基板等のトンネル炉における使用を前提としており薄型の形状である。また、特許文献１では、６００℃を超える温度条件下で、耐熱保護ボックスの内部温度を１００℃程度に維持することを目的としている。そのため、耐熱保護ボックスに収納される温度計測器は、比較的温度が高くても耐え得る耐熱仕様のものが必要になる。
【０００６】
したがって、１００℃よりも低い、例えば常温で使用可能な温度計測器を耐熱容器に収納するためには、特許文献１に記載された技術では対応できない。また、熱伝導性を考慮すると耐熱容器は大きいほど内部温度を低く維持できるが、炭等の被加熱体の形状に合わせて、耐熱容器は、コンパクトな形状であることが望ましい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度計測装置が収納される収納部分を７０℃未満に維持することが可能な耐熱容器、温度計測装置及び温度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の耐熱容器、温度計測装置及び温度計測方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る耐熱容器は、外部断熱材と、前記外部断熱材よりも内側に設置される内部断熱材と、前記外部断熱材と前記内部断熱材に挟まれて設置される石膏部と、前記内部断熱材よりも内側に設置される吸熱部と、前記吸熱部の内部に形成され、機器を収容することが可能な収納部とを備え、前記吸熱部は、６０℃以下で吸熱反応を行い、常温以下に維持される材料である。
【０００９】
この発明によれば、外部断熱材と内部断熱材が、外部からの熱を遮断する。そして、石膏部が約８０℃〜約１２０℃の範囲で吸熱反応をすることから、反応が終了し潜熱が回収されるまでの間、石膏部は、内部側の温度上昇を妨げる。また、吸熱部においても、反応が終了するまでの所定時間、温度上昇を妨げる。したがって、耐熱容器が高温条件下に置かれた場合でも、内部側の収納部及び収納される機器の温度を、一定時間の間７０℃未満に保つことができる。吸熱部には、例えば、氷、寒剤と固体水和物の混合物等の吸熱材が適用される。
【００１０】
上記発明において、前記吸熱部は、金属製の箱状部材によって収納されてもよい。この発明によれば、吸熱部が安定的に保持される。
【００１１】
また、本発明に係る温度計測装置は、上述の耐熱容器の前記収納部に、前記耐熱容器の外部温度又は内部温度を計測する温度計測器が収納されている。
【００１２】
この発明によれば、耐熱容器が高温条件下に置かれた場合でも、耐熱容器によって収納部に収納された温度計測器の温度が７０℃未満に保たれることから、高温条件下での温度計測が可能になる。また、温度上昇による温度計測器の破損を防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る温度計測方法は、上述の耐熱容器の前記収納部に温度計測器が収納するステップと、前記温度計測器によって前記耐熱容器の外部温度又は内部温度を測定するステップとを含む。
【００１４】
この発明によれば、耐熱容器が高温条件下に置かれた場合でも、耐熱容器によって収納部に収納された温度計測器の温度が７０℃未満に保たれることから、高温条件下での温度計測が可能になる。また、温度上昇による温度計測器の破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温度計測装置が収納される収納部分を７０℃未満に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る耐熱容器を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る耐熱容器を示す横断面図であり、図１のII−II線の矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る耐熱容器の吸熱部を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る耐熱容器を示す斜視図であり、一面側を開放した状態を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る耐熱容器を示す横断面図である。
【図６】電気炉内部と耐熱容器内部の温度変化を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る耐熱容器の変形例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係る耐熱容器１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る耐熱容器１は、温度計測器２を内部に収納することによって、温度計測装置として機能する。温度計測装置としての耐熱容器１は、例えば６００℃程度の遮蔽空間を移動して、温度の経時データを取得する。耐熱容器１は、６００℃程度の温度条件下で例えば十数分後から３０分後にも、温度計測器２が収納された内部空間を例えば７０℃未満に維持できる。
【００１８】
遮蔽空間は、例えば改質炭キルン炉、ガス化流動炉、ストーカ炉又は流動床石炭ボイラなどの炉の内部空間である。耐熱容器１は、これらの炉の入口から投入された後、炉の機能に従って遮蔽空間を移動し、最終的には出口から取り出されることになる。炭化炉の場合、耐熱容器１は、固体層の中を炭と共に混合され、固体層内部と固体層表面との間を動きながら搬送される。
【００１９】
耐熱容器１は、図１に示すように、例えば立方体形状であり、遮蔽空間内部に存在する炭と同程度の大きさ、例えば１辺10cm程度である。
【００２０】
温度計測器２は、データロガー部２Ａと熱電対２Ｂを有する。温度計測器２は、熱電対２Ｂを用いて耐熱容器１の周辺の温度変化を計測し記録する。耐熱容器１の位置の経時変化を別途計測し記録している場合、又は、耐熱容器１の移動速度が推定される場合、耐熱容器１で測定された温度の経時変化とマッチングすることで、遮蔽空間内部の温度分布を取得できる。なお、温度計測器２は、耐熱容器１の外部温度だけでなく、内部温度も計測できるようにしてもよい。
【００２１】
耐熱容器１は、図２及び図４に示すように、温度計測器２を収納する収納空間を囲む多層構造の外殻を有している。外殻は、断熱部３と吸熱部４を備え、断熱部３と吸熱部４は、耐熱容器１の外側から内側に向けて断熱部３、吸熱部４の順に配置される。断熱部３には、熱電対用ケーブルが貫通する開口部が形成される。断熱部３の開口部と熱電対用ケーブルの間は、充填部材としてのスリーブ８が設けられ、隙間からの熱伝達が防止される。図４は、外部断熱材５と石膏部６と内部断熱材７の一面を取り外し、吸熱部４を内部に保持する箱状部材９の蓋が開けられている状態を示している。
【００２２】
断熱部３は、外部断熱材５と石膏部６と内部断熱材７を備え、外部断熱材５と石膏部６と内部断熱材７は、耐熱容器１の外側から内側に向けて外部断熱材５、石膏部６、内部断熱材７の順に配置される。
【００２３】
外部断熱材５と内部断熱材７は、例えばシリカ系断熱材（熱伝導率：０．０３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度）であり、内部側への熱伝導を低減することができる。外部断熱材５と内部断熱材７が厚いほど、内部側の温度上昇を遅らせることができるが、耐熱容器１のサイズが大きくなる。
【００２４】
石膏部６は、板状の材料であり、外部断熱材５と内部断熱材７の間に挟まれる。石膏部６は、高温の遮蔽空間に投入される前は、例えば二水石膏であり、遮蔽空間内で加熱され１００℃程度（約８０℃〜約１２０℃）に到達することにより、脱水分解が生じて無水石膏に変化する。石膏部６は、脱水分解時、吸熱反応しつつ、水を蒸発させるため、高い潜熱を有する。石膏部６は、潜熱回収完了まで内部側の温度上昇を遅らせることができる。
【００２５】
吸熱部４は、氷等の吸熱材を有し、吸熱材は、図３に示すように、袋状部材に収納される。そして、吸熱部４の内側にデータロガー部２Ａを収納する収納空間（収納部）が形成される。吸熱部４は、６０℃以下で吸熱反応を行い、データロガー部２Ａの周囲の断熱性を向上させる。
【００２６】
吸熱部４の吸熱材として氷を採用した場合、遮蔽空間内で加熱され０℃に到達することにより、融解が生じて水に変化する。吸熱部４は、氷が水に変化する際の潜熱（融解熱）によって、潜熱回収完了まで内部側の温度上昇を遅らせることができる。
【００２７】
また、吸熱部４の吸熱材として、寒剤と固体水和物の混合物を採用してもよい。寒剤と固体水和物の混合物は、常温で吸熱反応を行い、０℃以下に低下する。
【００２８】
寒剤は、水に融解する時に吸熱反応する物質であり、例えば、硝安（ＮＨ４ＮＯ３）、尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）、ソルビトール（Ｃ６Ｈ１４Ｏ６）、塩安（ＮＨ４Ｃｌ）である。吸熱部４の寒剤は、融解熱が低く（負の値）、水に対する溶解度が大きく、かつ、毒性が低い物質が選択される。
固体水和物は、固体中に水を多く含む物質であり、例えば、ボウ硝（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ソーダ１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）である。吸熱部４の固体水和物は、常温環境で放置すると、固体から水分を放出し（風解性）、水に溶解するとき発熱せず、かつ、毒性が低い物質が選択される。
寒剤と固体水和物の混合物としては、硝安と尿素とボウ硝の混合物、硝安とボウ硝の混合物などがある。
【００２９】
寒剤と水和物の重量配分は、固体水和物から放出された水分が、寒剤を溶解するために十分な量であるように決定される。例えば、寒剤に硝安、固体水和物にボウ硝を用いる場合について説明する。硝安の溶解度（０℃）が２．１［固体ｇ／水１ｇ］であり、ボウ硝の水和物中の水分割合が５６［ｗｔ％］であるとき、硝安１０ｇを溶かすのに必要な水は４．８ｇ（≒１０／２．１）であるから、水４．８ｇを放出するのに必要なボウ硝は８．５ｇ（≒４．８／０．５６）となる。したがって、硝安：ボウ硝は、２０：１７の割合で配分するのが適切である。
【００３０】
なお、吸熱部４は、図２〜図４に示すように、鋼製又はＳＵＳ製の箱状部材９に収納されるようにしてもよい。これにより、吸熱部４の形状を保持できる。
【００３１】
外部断熱材５の厚さ、石膏部６の体積（熱容量）（すなわち、石膏部６の厚さ）、内部断熱材７の厚さ及び吸熱部４の吸熱材の体積（熱容量）は、所定時間（例えば３０分間）の間、耐熱容器１の温度を所定温度より低く（例えば７０℃未満に）保つことができるように決定される。
【００３２】
外部断熱材５の厚さと石膏部６の厚さは、石膏部６の潜熱回収完了までの時間を所定時間（例えば３０分）と設定して、この設定条件が保たれるようにそれぞれの厚さが決定される。外部断熱材５の厚さと石膏部６の厚さは、トレード・オフの関係にあることから、合計厚さが最も薄くなる値又はその近傍の値を採用すれば、耐熱容器１全体のサイズを小さくすることができる。
【００３３】
内部断熱材７の厚さ及び吸熱部４の吸熱材の体積（熱容量）は、吸熱部４の氷が全て融解するまでの時間を所定時間（例えば３０分）と設定して、この設定条件が保たれるように厚さや体積が決定される。内部断熱材７の厚さ及び吸熱部４の吸熱材の体積は、トレード・オフの関係にあることから、内部断熱材７の外面寸法が最も小さくなる値又はその近傍の値を採用すれば、耐熱容器１全体のサイズを小さくすることができる。
【００３４】
耐熱容器１のサイズを検討する方法としては、まず、球形状での寸法計算を行い、その結果に基づいて、立方体形状の寸法を決定する方法がある。立方体形状の寸法を決定する際には、球形状での外部断熱材５と内部断熱材７の厚さを同一にし、石膏部６の体積と吸熱部４の体積を同一にする。
【００３５】
また、立方体形状は、球形状に比べて、表面積が増えて入熱量が増加したり、肉厚が薄くなり熱容量が局所的に下がる部分が生じたりする。そのため、石膏部６の潜熱回収完了までの時間や、吸熱部４の氷が全て融解するまでの時間について、安全率（例えば１．５〜２程度）を考慮することが望ましい。以上により、立方体形状の耐熱容器１において、球形状で検討した場合とほぼ同じ効果を得られると推測できる。
【００３６】
［実施例］
外径形状を１辺が106mmの立方体とした耐熱容器１を作成し、６００℃の電気炉に投入し耐熱性を検証した。
各構成部材の厚さは、図５に示すように、外部断熱材５が10mm、石膏部６が4mm、内部断熱材が12mmである。また、吸熱部４の吸熱材や温度計測器２を収納する箱状部材９は、１辺の外面寸法が54mm、内面寸法が50mmの立方体とした。
【００３７】
このとき、炉内温度又は耐熱容器１内温度と経過時間の関係は、図６に示すとおりである。すなわち、炉内温度は、約２分後に約６００℃に到達し、耐熱容器１の周囲の温度も約５５０℃から６００℃の範囲となった。この間、耐熱容器１の内部温度は、緩やかに上昇を続けたが、電気炉による加熱を約１５分継続した後も５０℃未満に維持されることが確認できた。
【００３８】
以上、本実施形態によれば、耐熱容器１は、改質炭キルン炉や流動炉などの遮蔽空間に投入される炭等の被加熱体の形状に合わせて、コンパクトな形状（１辺が10cm程度の立方体）であっても、十数分後から２０分後にも、内部温度を７０℃未満に保持できる。
【００３９】
したがって、耐熱容器１に収納される温度計測器２は、耐熱仕様の装置に限られず、常温での使用を前提とする装置でもよい。一般に、温度計測装置のデータロガー等に使用される電子回路は、７０℃以上で破損すると考えられるため、本実施形態の耐熱容器１によれば、温度上昇による破損を防止できる。
【００４０】
また、耐熱容器１のサイズは被加熱体とほぼ同じであるから、耐熱容器１を改質炭キルン炉や流動炉などの遮蔽空間に投入することによって、耐熱容器１に被加熱体と同様の挙動をさせることができる。耐熱容器１で計測した温度の経時データと、別途取得した耐熱容器１の位置の経時データとを結合すれば、耐熱容器１の移動経路の温度分布が分かり、炉内部の温度分布を取得できる。耐熱容器１の位置データは、耐熱容器１の移動をモニタリングして得てもよいし、遮蔽空間内部の機能から被加熱体の移動速度を推測して得てもよい。例えば、改質炭キルンの場合、投入された石炭は、長手方向に等速で進むと考えられるため、位置の経時データは計算にて求められる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、耐熱容器１の形状が立方体である場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、遮蔽空間に投入される被加熱体の形状に合わせて、球形状（図７参照）、円筒形状、多角筒形状などであってもよい。
【００４２】
また、耐熱容器１の中心付近には温度計測装置が収納されるとしたが、その他の装置、例えば、電波を送受信する通信装置等が収納されてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１        ：耐熱容器
２        ：温度計測器
２Ａ      ：データロガー部
２Ｂ      ：熱電対
３        ：断熱部
４        ：吸熱部
５        ：外部断熱材
６        ：石膏部
７        ：内部断熱材
８        ：スリーブ
９        ：箱状部材
【図１】
2014066633.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014066633.tif 000007
【図６】
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【図７】
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