(57)【要約】【課題】            保護管内における温度センサの感応部の配置において、保護管の長さ方向だけでなく、保護管の断面上の配置をも特定して厳密な温度測定を可能にすることを目的とする温度センサ配置部材および温度計の提供。【解決手段】          保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材であって、軸に垂直な断面形状が多角形、円形、または断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状である温度センサ配置部材および、上記温度センサ配置部材により配置された複数の温度センサを備えた温度計。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材であって、軸に垂直な断面形状が多角形、円形、または断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状である温度センサ配置部材。
【請求項２】
保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材であって、軸方向に沿った温度センサ挿入孔または温度センサ挿入間隙を形成した温度センサ配置部材。
【請求項３】
保護管内に請求項１または２に記載の温度センサ配置部材、および該温度センサ配置部材によりそれぞれ保護管内の所定の位置に配置された複数の温度センサを備えた温度計。
【請求項４】
保護管内に備えた温度センサ配置部材により保護管内空間を軸方向に沿って複数の領域を形成するように分割し、形成された領域に温度センサを挿入した温度計。
【請求項５】
保護管の外周面、根元部または蓋部に、保護管の円周上の位置を表す標識を付した請求項３または４に記載の温度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度センサ配置部材およびこれを備えた温度計に関し、詳しくは被測定物質の温度を正確に、迅速に、むらなく測定するための温度センサ配置部材およびこれを備えた温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対やサーミスタといった温度計の感応部は、通常保護管で覆っていることが多い。特に加熱炉や反応器内の温度測定時は周囲の雰囲気から温度計の感応部を守るために保護管または保護部材は必須である。しかし、感応部を保護管で覆うと、保護管の熱伝導や熱容量の影響で測定対象部分の温度を迅速に正確に測ることが難しくなる。そこで、保護管は温度計の感応部を保護できる範囲で細くするほうがよい。一方、多数点の温度測定が必要な場合、温度計設置の作業性や被測定物質への影響の抑制の点から、複数の温度センサをまとめて一本の保護管に挿入することが一般的である。その場合、保護管は温度センサの数に応じて比較的太くならざるを得ない。保護管の内径を太くすると熱伝導の遅れや、保護管自身の熱容量の増大により正確な温度測定、特に温度変化の測定が難しくなる。通常、測定精度の点から保護管の内径は１０〜１５ｍｍ程度である。一方、大型の炉や反応器は数メートルから十数メートルの大きさのものもあり、保護管や温度センサもこれに近い長さとなる。このような場合、温度センサの保護管への挿入や保護管内での正確な位置決めは容易ではない。
【０００３】
特許文献１では、保護管内での温度センサの長さ方向の正確な位置を簡単に決めるために、温度センサの感熱部の先にダミーのシースを付加しておき、感応部の位置に関係なく温度センサの長さを揃え、保護管への挿入と保護管内での温度センサの位置決めを容易にしている。また、特許文献２には、保護管の両側から温度センサを挿入することにより、複数の温度センサを備えた保護管付き温度計の太さを細くして、温度測定の精度を上げ温度計設置を容易にする方法が開示されている。さらに、特許文献３、特許文献４には、温度センサの感熱部の周囲に充填材を挿入し、形状等の工夫による温度測定精度の向上方法が開示されている。この充填材は温度センサの感応部の配置を容易にする為のものではなく、感応部の位置を測定対象に近接したまま固定して保護することで温度測定精度の向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２３６１３０号公報
【特許文献２】特開平２−１０１２６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０２４１号公
【特許文献４】特開２００２−３１７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、保護管内に複数の温度センサを挿入し保護管内の長さ方向の複数位置での温度測定における温度センサ挿入の作業性向上法や測定精度向上法が知られている。しかし、最近は半導体製造に使用される拡散炉のように、各領域における温度制御がますます厳しく要求され、温度計の保護管内における断面上の位置の違いによる温度差さえも問題となることがある。特に電気炉の側面付近のように温度計の面する方向によって温度の違いが大きいような場合、炉内空間に突き出している温度計の周辺の温度およびその変化の状況を正確に測定することが求められる。これまでの保護管付き温度計ではこのような要求には対応し難かった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決すべく、保護管内における温度センサの感応部を保護管の長さ方向の配置だけでなく、保護管内の断面上の配置をも特定して厳密な測定対象位置の温度測定を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する手段は、
（１）保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材であって、軸に垂直な断面形状が多角形、円形、または断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状である温度センサ配置部材である。  
（２）保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材であって、軸方向に沿った温度センサ挿入孔または温度センサ挿入間隙を形成した温度センサ配置部材である。  
（３）保護管内に（１）または（２）に記載の温度センサ配置部材、および該温度センサ配置部材によりそれぞれ保護管内の所定の位置に配置された複数の温度センサを備えた温度計である。  
（４）保護管内に備えた温度センサ配置部材により保護管内空間を軸方向に沿って複数の領域を形成するように分割し、形成された領域に温度センサを挿入した温度計である。  
（５）  保護管の外周面、根元部または蓋部に保護管の円周上の位置を表す標識を付した請求項３または４に記載の温度計である。
【０００８】
本発明の温度センサ配置部材は、複数の温度センサを備えた温度計において保護管内に設置する棒状部材であって、この棒状部材の軸に垂直な断面形状が多角形、円形、または断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状をしている。あるいは保護管内に設置する棒状部材であって、棒状部材の断面に対しほぼ垂直にすなわち長さ方向に沿って温度センサ挿入孔または温度センサ挿入間隙を持つ部材である。本発明の温度センサ配置部材は、保護管内の温度センサの感応部を保護管内の長さ方向の位置だけでなく、断面上での配置をも特定することができることを特長としている。
【０００９】
図１を参照しながら、本発明の温度センサ配置部材について説明する。図１のＡ図は、断面形状が多角形のうち正方形である本発明の温度センサ配置部材の例である。温度センサ配置部材の大きさは、温度計の保護管内に過不足なく収められる大きさがよい。一般に断面の辺の長さは数ｍｍ〜２０ｍｍ、配置部材の長さは数十ｃｍ〜数ｍの場合が多い。温度センサ配置部材の材質は使用温度によって選べばよく、測定温度が数百度までは金属でもよいが、８００℃を超える場合にはアルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化珪素などの耐熱性セラミックスが好適である。
【００１０】
図１のＣ図は、Ａ図に示した温度センサ配置部材１と４本の温度センサ３を温度計の保護管２内に挿入した際の保護管の断面を表している。４本の温度センサ３が保護管２の内壁と温度センサ配置部材１のそれぞれの面により挟まれて保護管内を移動しないように配置されている。特に温度センサ配置部材１のコーナー部５により、温度センサ配置部材１の隣の面が作る空間への移動は確実に制限されている。コーナー部５はそのためにできるだけ保護管２の壁面に近づいているほうがよい。これにより、温度センサの先端にある感熱部は保護管内の断面方向での移動はなくなる。なお、このコーナー部５は保護管２の内壁と接触して互いに損傷しあわないよう、面取りをしたり曲面構造としておくことが好ましい。温度センサの先端にある感応部の保護管長さ方向における位置は、最初に温度センサを保護管内に挿入する際に決定して挿入すれば、一般に温度センサは金属等でできているので変化することはない。このようにして温度センサの感応部は保護管内での長さ方向は勿論、保護管断面上の配置も確実に固定できる。さらに、感応部は保護管の側壁近くに配置され、温度センサ感応部近傍の保護管外側の温度を正確に迅速に測定することができる。また、温度センサの感応部が保護管の側壁近くに配置されていれば、側壁からの熱伝達が良好で保護管が太くなっても温度測定の遅れや誤差も小さくなる。
【００１１】
図１のＣ図と同様に、図２のＥ図，Ｆ図に示すように断面形状が三角形、六角形の棒状温度センサ配置部材も好適な温度計を提供できる。図示はしていないが五角形、八角形など他の多角形の断面形状の温度センサ配置部材でもよい。温度センサの数と保護管に対して測定したい方向により適宜温度センサ配置部材の断面形状を選べばよい。さらに、図２のＧ図のように円形断面の温度センサ配置部材でもよい。この場合、保護管２の側壁と温度センサ配置部材１との間に温度センサ３を挟んで固定してもよいが、温度センサ３の感応部付近を温度センサ配置部材１の周りに縛り付けて温度センサ３の感応部が保護管内で動かないようにしておくことが望ましい。例えば１０００℃以上の高温測定用には白金線など耐熱性の金属線６で結束すればよく、保護管への温度センサの挿入作業にも温度測定時の精密、迅速な測定にも好ましい。
【００１２】
また、本発明の温度センサ配置部材は棒状部材の軸断面形状が断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状でもよい。図１のＢ図は、４個の凸部を持つ形状の本発明の温度センサ配置部材の例である。言い替えれば、この温度センサ配置部材は４枚の細長い板材を長辺部分を中心で合わせて、短辺部分を中心から放射状に突き出し十字型の断面形状を持つようにした棒状部材である。図１のＤ図は、この温度センサ配置部材と温度センサが保護管内に挿入された状態の軸断面図である。図２のＨ図、Ｉ図も図１のＤ図に対応する３個、５個の凸部を持つ温度センサを備えた温度計の例示図である。図１のＤ図に示すように、保護管内に設置する棒状部材がつくる間隙が温度計の保護管断面上での位置をそれぞれ特定できるようになっている。この場合は、棒状部材の軸中心から放射状に伸びた凸部である板状体４によって仕切られた間隙に、それぞれの温度センサ３を配置してこの集合体を保護管２に挿入してもよいし、温度センサ配置部材１を保護管２に挿入しておき、この保護管２に温度センサ３を所定長さまで挿入してもよい。図１のＢ図、Ｄ図に示したように、棒状部材の軸中心から放射状に伸びた凸部である板状体４の先端部は凸型になっており、コーナー部５が保護管２の内壁と接触しない形状とする。あるいはコーナー部５を面取りしたり曲面としておくことが好ましい。鋭角的なコーナー部５が保護管内壁と接触して保護管を損傷しないためである。図４のＬ図、Ｍ図は図１のＢ図、Ｄ図に対応しているが、図１のＢ図における温度センサ配置部材を、軸を中心として一回転ねじった形状の温度センサ配置部材を表している。このように断面形状は同じであるが軸を中心にねじった構造の温度センサ配置部材も好適な形態である。
【００１３】
第２の本発明の温度センサ配置部材は、保護管内に複数の温度センサを備えた温度計において、保護管内に設置する棒状部材の断面形状が同じであって、軸方向に沿った温度センサ挿入孔または温度センサ挿入間隙を持つ温度センサ配置部材である。この温度センサ挿入孔または温度センサ挿入間隙の断面形状は温度センサが挿入できる範囲でできるだけ温度センサと類似の形状で小さいことが好ましい。このようにすれば、温度センサ配置部材を備えた保護管内に温度センサを配置する際に所定の位置に誤差なく配置でき、温度計使用時に温度センサの感応部が保護管内で移動することもないからである。具体的な例として、図１、図２に示した形態の他に、図３のＪ図、Ｋ図に示したような形状の温度センサ配置部材がある。Ｊ図は、外観が保護管２の内径に近い外径を持つ円柱状で、長さ方向に沿って内部に温度センサ３を挿入できる温度センサ挿入孔７が形成されている温度センサ配置部材１を備えた温度計を表している。保護管２に挿入された温度センサ配置部材１の温度センサ挿入孔７に温度センサ３を挿入すれば温度センサ先端の感応部は確実に保護管２内での位置が固定される。なお、この挿入口はできるだけ外周に近い方が温度測定感度が高くなる。また、図３のＫ図は、保護管の内径に近い外形を持つ円柱の長さ方向に沿った３本の切り欠きを設け、これを温度センサ挿入間隙８とした温度センサ配置部材を備えた温度計を表している。この形状は上述した軸断面中心から放射状に突き出した複数の凸部を持つ形状の棒状の温度センサ配置部材と見ることもできる。この形状においてもコーナー部５は保護管と接触して保護管内壁を損傷しないよう曲面としておくことが望ましい。１０００℃を超える熱処理炉などに用いる温度計はセンサの感応部が白金−白金ロジウムなどで保護管は耐熱性の炭化珪素などが用いられる。この場合高温域で炭化珪素から珪素が生成され白金を劣化させることが知られている。そのため炭化珪素保護管の内側は二酸化ケイ素の被膜によって珪素の放出を防いでいる。ところが温度センサ配置部材先端のコーナー部５などが尖った状態で保護管の内壁と摩擦すると二酸化ケイ素の被膜が剥離することがある。これを防ぐため温度センサ配置部材先端のコーナー部５は面取り加工等により曲面としておくことが望ましい。
【００１４】
上述の温度センサ配置部材を保護管に挿入し、保護管と温度センサ配置部材の作る間隙に温度センサを所定位置まで挿入すれば本発明の温度計となる。あるいは温度センサ配置部材と温度センサを事前にまとめておいて保護管に挿入してもよい。温度センサ配置部材の温度センサを挿入する空間を温度センサ配置部材の長さ方向全体に形成するのではなく、図４に示すように温度センサを挿入したい位置まで形成しその先は温度センサ配置部材の素材を残しておくと、保護管への温度センサ挿入時に保護管長さ方向の位置を容易に特定することができるので好都合な場合がある。また、本発明の温度計の保護管外周部、たとえば保護管外周部、その根元部、または蓋部等に温度センサ配置状況を確認する為の保護管の周方向上の位置を特定する標識を付しておくことが好ましい。例えば、図５のＭ図に示すように保護管の外壁に小突起９を付しておき、温度センサ３ｄの保護管根元部での差込位置を温度計の外観から区別できるようにしておく。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の温度センサ配置部材を備えた温度計は、保護管内における温度センサの感応部の配置を保護管の長さ方向だけでなく、断面方向でも特定して厳密な配置での温度測定を可能にしている。そして、温度センサの感応部を保護管内の表面近くに配置することもできるので保護管が太くなっても正確で迅速な温度測定が可能である。また、温度センサの感応部を保護管の軸に対して所望の方向に配置することができ、保護管に対し特定の方向の温度測定も可能である。さらに、温度センサ配置部材がガイドの役目を果たし、温度センサを保護管に取り付け易くなる。また、温度センサの一部が破損した場合にその温度センサのみを容易に取り替えることもできる。一方、挿入したい複数の温度センサを保護管に挿入する前に、図２のＧ図のように温度センサ配置部材の所定位置に温度センサを配置して緊縛してから保護管に挿入すれば、容易に温度センサを所望の配置で保護管内に設置することができる。また、保護管外周面に標識をつけておけば、この標識によって保護管内の温度センサの配置を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図５、図６を参照しながら、本発明の好適な温度センサ配置部材および温度計の例について説明する。図５のＬ図は本発明の温度センサ配置部材の斜視図である。上述の図１のＢ図において棒状部材の軸を中心にして手前の十字型の断面を固定して奥側の断面を時計回り方向に一回転させてねじった形状である。温度センサ配置部材の軸を中心としてねじることにより温度センサを挿入すべき空間を保護管断面上での中心に対する位置をねじりながら移動することができる。図５の例では、４つの温度センサを挿入すべき空間が同時にねじれて、例えばそれぞれの空間が温度センサ配置部材の長さ方向の一端から他端まで移動する間に温度センサ配置部材の軸の周りを一周する。軸方向に対して均等にねじれていれば、温度センサを挿入すべき空間は軸方向に沿って１／４の距離移動するごとに１／４回転する。その際、温度センサ配置部材の軸線に対して同じ方角から見れば、軸に沿って１／４移動するごとに隣の温度センサを挿入すべき空間に替わっていく。このような温度センサ配置部材を利用して、例えば温度計保護管の根元の断面図である図５のＭ図で温度センサ配置部材の右上に面した方向の温度を測定したい場合は、反ねじり方向の空間に、順次軸方向長さの１／４，１／２，３／４，４／４の長さで温度センサを挿入すれば、４本の温度センサの先端の感応部はすべて温度センサ配置部材の右上方向に面することになる。すなわち、この状態で温度計保護管に温度センサ配置部材と温度センサを挿入すれば、温度センサの感応部はすべて保護管の断面上の一定方向、例えば右上方向に面することになる。図５のＭ図では小突起９のある方向である.
【００１７】
図６はこの状態を表した温度計保護管の断面図である。Ｎ図は温度センサ配置部材の保護管根元部側から保護管先端側へ１／４の距離の位置における保護管の断面図である。Ｏ図は同様に１／２の位置、Ｐ図は同様に３／４の位置、Ｑ図は同様に４／４の位置すなわち保護管先端部の温度センサ配置部材の先端位置における保護管の断面図である。温度センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはそれぞれ保護管根元部側の温度センサ挿入用の空間から左上から順に反時計回り方向に１本ずつ挿入されている（図５のＭ図参照）。そして、温度センサ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの挿入長さは、それぞれ温度センサ配置部材の長さの１／４，１／２，３／４，４／４である。Ｎ図は、保護管根元部の形状が９０度時計回り方向にねじれているので温度センサ３ａが右上にくる。そして、温度センサ３ａの長さは温度センサ配置部材の１／４であるのでその先端部の感応部がここに配置されている。同様にして、Ｏ図は温度センサ３ｂの感応部が右上に配置される。なお、空間ａは温度センサ３ａが挿入されている空間と連通しているが温度センサはなくなっている。さらに、Ｐ図、Ｑ図には温度センサ３ｃ、３ｄが右上に配置されている状態が表されている。すなわち、この温度計は、保護管の根元部から先端に向かって１／４，１／２，３／４，４／４の距離の位置において、それぞれ保護管の軸から見て同じ方向、図６ではすべて標識である小突起９のある右上方向に位置している。このようにすれば、温度計保護管の軸線に対して同じ方向の温度測定ができ、迅速性、正確性はさらに向上する。また、どんなに太い保護管を使用しても、保護管断面上の保護管内壁に近い同じ方向に温度センサの感応部があるので温度計の同じ方向の温度を正確に測定できる。なお、保護管外壁面の右上方向には小突起９を保護管内部の温度センサ配置標識として付してあれば、保護管の温度測定方向が外観から容易に判断でき加熱炉等への温度計設置に好都合である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の温度センサ配置部材を備えた温度計は、半導体製造用拡散炉のように高温で高精度の温度制御の必要な炉や、大型の反応器の温度測定、特に温度上昇により暴走反応を伴うため特定位置の反応温度を迅速に監視する温度計として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の温度センサ配置部材の例示図である。Ａは断面形状が正方形の温度センサ配置部材の例で、Ｃは温度センサ位置部材Ａと温度センサ４本を保護管内に挿入した温度計の保護管の断面を表している。Ｂは断面形状が、中心から放射状に出た４つの突起を持つ形状（十字型という）の棒状部材である温度センサ配置部材である。Ｄは温度センサ配置部材Ｂと温度センサ４本を保護管内に挿入した温度計の保護管の断面を表している。
【図２】図２は、本発明の各種の温度センサ配置部材と複数の温度センサを保護管内に挿入した温度計の保護管の断面を表している。
【図３】図３は、第２の本発明の温度センサ配置部材と複数の温度センサを保護管内に挿入した温度計の保護管断面を表している。
【図４】図４は本発明の温度センサ配置部材の他の例示図である。
【図５】図５は、本発明の温度センサ配置部材の例示図である。Ｌは温度センサ配置部材であり、Ｍはこの温度センサ配置部材と温度計を保護管内に挿入した際の保護管の根元の断面を表している。
【図６】図６は、図５のＭに示した本発明の温度計の保護管の根元から先端に１／４長さづつ移動した部分の４種の断面形状を表している。
【符号の説明】
【００２０】
１，温度センサ配置部材
２，保護管
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，温度センサ
４，温度センサ配置部材の凸部である板状体
５，温度センサ配置部材の保護管との接触の可能性のあるコーナー部
６，温度センサ結束部材
７，温度センサ挿入孔
８，温度センサ挿入間隙
９，小突起
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，温度センサ挿入用間隙
【図１】
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【図２】
2006234734.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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