(57)【要約】【課題】非磁性体で形成された容器や配管について任意の部位の内面温度を測定することができる内面温度測定装置および内面温度測定方法を提供する。【解決手段】非磁性体で形成された容器、配管等からなる測定対象物１の内面温度を測定する内面温度測定装置であって、第一の磁石を有し上記測定対象物１の外面側に配置される外側吸着体３と、上記第一の磁石と吸着し得る第二の磁石を有し上記測定対象物１の内面側に配置される内側吸着体４と、上記内側吸着体４の吸着部に設けられた熱電対５とから構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2008082775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体で形成された容器、配管等からなる測定対象物の内面温度を測定する内面温度測定装置であって、
第一の磁石を有し上記測定対象物の外面側に配置される外側吸着体と、
上記第一の磁石と吸着し得る第二の磁石を有し上記測定対象物の内面側に配置される内側吸着体と、
上記内側吸着体の吸着部に設けられた熱電対と、から構成されることを特徴とする内面温度測定装置。
【請求項２】
上記熱電対として、測温点が露出する露出形被覆熱電対が設けられている請求項１記載の内面温度測定装置。
【請求項３】
上記第一の磁石として円盤状の磁石を有し、上記第二の磁石として上記第一の磁石よりも小さい径からなる円盤状の磁石を有する請求項１または２記載の内面温度測定装置。
【請求項４】
上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、吸着部となる上記ケースの底面外側略中央に上記熱電対の測温点が固着されている請求項３記載の内面温度測定装置。
【請求項５】
上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、そのケースの側壁および底板にそれぞれ貫通孔が形成され、上記熱電対が上記側壁貫通孔から上記ケース内に引き込まれて上記底板貫通孔に案内され、上記熱電対の測温点が上記測定対象物と接触し得る状態で上記底板貫通孔周壁に固着されている請求項３記載の内面温度測定装置。
【請求項６】
上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、上記第二の磁石の中心軸に通路が穿設され、その通路と連通するようにして上記ケースの底板に貫通孔が形成され、上記熱電対が上記通路から引き込まれて上記底板貫通孔に案内され、上記熱電対の測温点が上記測定対象物と接触し得る状態でその貫通孔周壁に固着されている請求項３記載の内面温度測定装置。
【請求項７】
非磁性体で形成された容器、配管等からなる測定対象物の内面温度を測定する内面温度測定方法であって、
上記測定対象物に備えられている開口部近傍の外面に第一の磁石を備えた外側吸着体を配置し、
上記開口部近傍の内面に、上記第一の磁石と吸着し得る第二の磁石と熱電対を備えた内側吸着体を配置し、
上記第一および第二の磁石の吸着状態を保持しつつ上記外側吸着体を所望の測定部位まで移動させることによって上記内側吸着体を追従させ、上記内側吸着体に備えられた上記熱電対によって上記測定対象物における任意の位置の内面温度を測定することを特徴とする内面温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性体材料で製造された容器や配管等の内面温度を測定するのに好適な内面温度測定装置および内面温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温流体（気体、液体）が繰り返し注入される貯蔵タンク等の容器については、高温流体を注入した際の容器の温度分布を予め経時的に測定し、測定された温度分布に基づいて容器に発生する応力を計算し、計算された応力が容器材料の許容応力の範囲内であるかどうかを確認することが必要な場合がある。
【０００３】
上記温度分布の測定に使用する温度センサとしての熱電対は、通常、接着剤、粘着テープ或いは点溶接等によって測定部位に固定するようになっている。
【０００４】
また、容器が磁性体構造物で構成されている場合には、図９に示すように、磁力を利用して熱電対を測定面に固定する場合もある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
詳しくは、同図において５０は熱電対のパッド、５１は磁性体からなる被測定物の表面に吸着させる磁石、５２は支え板５２ａを有する押付装置、５３は押え板である。この押え板５３にはバネ５４が内蔵されており、このバネ５４がパッド押え５５を被測定物の表面に押圧する。それにより、熱電対のパッド５０を被測定物の表面に密着状態で固定することができるようになっている。
【特許文献１】特開平９−４９７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記温度分布の測定に使用する温度センサは、容器外壁については上記したように接着剤、粘着テープ、点溶接等によって、或いは磁力によって測定部位に取り付けることができるが、容器内壁に取り付ける場合には以下のような問題がある。
【０００７】
例えば、容器開口部の面積が小さい場合には測定者の手あるいは温度センサ固定用の治具が入らない。
【０００８】
また、容器開口部の面積が広い場合であっても、温度センサの取付位置は手や上記治具の届く範囲に制限される。
【０００９】
さらにまた、容器が非磁性体から構成されている場合は、図９に示したように、温度センサ固定手段としての磁石を容器に吸着させる方法は採用することができない。
【００１０】
本発明は以上のような従来の内面温度測定における課題を考慮してなされたものであり、非磁性体材料で製造された容器や配管について任意の部位の内面温度を測定することができる内面温度測定装置および内面温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、非磁性体で形成された容器、配管等からなる測定対象物の内面温度を測定する内面温度測定装置であって、第一の磁石を有し上記測定対象物の外面側に配置される外側吸着体と、上記第一の磁石と吸着し得る第二の磁石を有し上記測定対象物の内面側に配置される内側吸着体と、上記内側吸着体の吸着部に設けられた熱電対と、から構成される内面温度測定装置である。
【００１２】
本発明において、上記熱電対として、測温点が露出する露出形被覆熱電対を設けることができる。
【００１３】
本発明において、上記第一の磁石として円盤状の磁石を有し、上記第二の磁石として上記第一の磁石よりも小さい径からなる円盤状の磁石を有することができる。
【００１４】
本発明において、上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、吸着部となる上記ケースの底面外側略中央に上記熱電対の測温点を固着することができる。
【００１５】
本発明において、上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、そのケースの側壁および底板にそれぞれ貫通孔を形成し、上記熱電対を上記側壁貫通孔から上記ケース内に引き込み、さらに上記底板貫通孔に案内し、上記熱電対の測温点を上記測定対象物と接触し得る状態で上記底板貫通孔周壁に固着することができる。
【００１６】
上記内側吸着体として、嵌合状態で上記第二の磁石を収納固定するケースを有し、上記第二の磁石の中心軸に通路を穿設し、その通路と連通するようにして上記ケースの底板に貫通孔を形成し、上記熱電対を上記通路から引き込み、さらに上記底板貫通孔に案内し、上記熱電対の測温点を上記測定対象物と接触し得る状態でその貫通孔周壁に固着することができる。
【００１７】
本発明は、非磁性体で形成された容器、配管等からなる測定対象物の内面温度を測定する内面温度測定方法であって、上記測定対象物に備えられている開口部近傍の外面に第一の磁石を備えた外側吸着体を配置し、上記開口部近傍の内面に、上記第一の磁石と吸着し得る第二の磁石と熱電対を備えた内側吸着体を配置し、上記第一および第二の磁石の吸着状態を保持しつつ上記外側吸着体を所望の測定部位まで移動させることによって上記内側吸着体を追従させ、上記内側吸着体に備えられた上記熱電対によって上記測定対象物における任意の位置の内面温度を測定する内面温度測定方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の内面温度測定装置および内面温度測定方法によれば、非磁性体材で製造された容器や配管等について任意の部位の内面温度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る内面温度測定装置の取付状態を示した縦断面図である。
【００２１】
同図において、１は測定対象となる非磁性体からなる容器であり、この容器１の筒軸方向両端部には、流体を注入または排出するための開口部１ａおよび１ｂが備えられている。
【００２２】
２は内面温度測定装置であり、容器１の外側に配置される外側吸着体３と、内側に配置される内側吸着体４とから構成されている。
【００２３】
なお、５は熱電対であり、一方端が内側吸着体４に接続され、他方端が図示しない熱電対受信計器に接続されている。また、６はシール部としてのガラス封着されたハーメチックシールである。
【００２４】
図２は図１のＡ部を拡大した図である。
【００２５】
外側吸着体３は、円形容器に形成されたケース３ａと、そのケース３ａ内に嵌合された第一の磁石としての円盤状の磁石（以下外側磁石と呼ぶ）３ｂとから構成され、ケース３ａと外側磁石３ｂは接着剤によって固定されている。
【００２６】
内側吸着体４は、上記ケース３ａよりも小径の円形容器に形成されたケース４ａと、そのケース４ａ内に嵌合された第二の磁石としての円盤状の磁石（以下内側磁石と呼ぶ）４ｂと、ケース４ａの底面に配置される熱電対５とから構成されている。ケース４ａはその底面が容器内壁１ｄと接触するように配置する。なお、ケース４ａと内側磁石４ｂは接着剤によって固定されている。
【００２７】
外側磁石３ｂにおいて容器外壁１ｃと接触する面をＮ極（その反対側の面をＳ極）とした場合、内側磁石４ｂにおける容器内壁１ｄと対向する面はＳ極（その反対側の面はＮ極）となるように配置する。なお、磁石の極性はもちろん、上記と逆の関係に、すなわち外側磁石３ｂにおいて容器外壁１ｃと接触する面をＳ極とした場合、内側磁石４ｂにおける容器内壁１ｄと対向する面をＮ極としてもよい。それにより、磁力線Ｍが容器１を透過し外側磁石３ｂと内側磁石４ｂとの間で磁界が形成され、両磁石３ｂおよび４ｂが吸着される。
【００２８】
図３は上記熱電対５の構成を拡大して示したものであり、(ａ)は熱電対５の長手方向に沿った断面図、(ｂ)は熱電対５の長手方向と直交する方向（熱電対の直径方向）の断面図である。
【００２９】
両図において、一対の熱電対素線５ａおよび５ｂにはそれぞれ絶縁材（以下、熱電対素線被覆絶縁材と呼ぶ）５ｃ，５ｄが被覆されており、その外側は、これら熱電対素線被覆絶縁材５ｃ，５ｄで被覆された熱電対素線５ａ，５ｂを束ねる外皮絶縁材５ｅでさらに被覆されている。５ｆは測温点（熱電対素線５ａ，５ｂの先端を接合した部分）、５ｇは熱電対素線露出部である。
【００３０】
このような構成の熱電対５は図４に示すように、内側吸着体４に取り付けられるようになっている。
【００３１】
図４(ａ)は内側吸着体４の縦断面図、同図(ｂ)はケース４ａにおける熱電対固定部分を拡大して示した平面図である。
【００３２】
両図において、ケース４ａの底面４ｃ中心に熱電対５の測温点５ｆが点溶接されており、熱電対素線被覆絶縁材５ｃ，５ｄのみで被覆された熱電対素線５ａ，５ｂが、底面中心からその底面４ｃに沿って半径方向に配線され、ケース側壁４ｄに沿って立ち上がり、その立ち上がり部分から外皮絶縁材５ｅで被覆されている。
【００３３】
また、側壁４ｄに沿って立ち上げられる熱電対５は、図４(ｂ)に示すように、Ω形のクランプ７によって側壁４ｄに固定されている。このクランプ７は熱電対５を保持するための半円形の保持部７ａと、この保持部７ａの裾部から両側に延設された脚部７ｂ，７ｂを有しており、これらの脚部７ｂ，７ｂは、ケース４ａの外周面の曲率と同じ曲率で円弧状に形成されているため、ケース４ａの側壁に対し安定して固定することができるようになっている。なお、図中Ｂは隅肉溶接部分を示している。
【００３４】
図５は、熱電対５が取り付けられたケース４ａの外観図を示している。
【００３５】
次に、上記構成からなる内面温度測定装置２を用いた測定方法について図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、ハーメチックシール６で封着する前の容器１の開口部１ａにおいて、外側吸着体３の外側磁石３ｂと内側吸着体４の内側磁石４ｂと近づけ、開口部１ａを挟んだ状態で両磁石３ｂ，４ｂを吸着させる。
【００３７】
この状態で外側吸着体３を容器外壁１ｃに沿わせて矢印Ｃ方向に移動させれば、両方の磁石３ｂ，４ｂに吸着力が働いているため、内側吸着体４もそれに追従して矢印Ｃ方向に移動する。それにより、内側吸着体４を測定しようとする部位まで移動させる。
【００３８】
外側吸着体３は人の操作によって移動させるが、測定部位に移動させた後は、外側磁石３ｂと内側磁石４ｂとの吸引力が働いているため、さらなる固定手段を必要としない。
【００３９】
ただし、両方の磁石３ｂ，４ｂを吸着させることができるものの、重さが重い方の外側吸着体３を重力に抗して測定部位に固定しておくだけの磁力がない場合には、重量が重い方の外側吸着体３をバンドや粘着テープ等を用いて容器外壁１ｃに固定することが望ましい。
【００４０】
また、外側吸着体３を移動させているときに外側磁石３ｂと容器外壁１ｃとの間に隙間が生じ、内側吸着体４が容器内壁１ｄに対して傾斜してしまった場合でも、外側磁石３ｂを容器外壁１ｃに対して正しく接触する状態に戻せば、磁力が強まることによって内側吸着体４も正常な姿勢に復帰させることができる。
【００４１】
内側吸着体４が正常な姿勢に戻ったかどうかは、それまで軽く移動していた外側吸着体３が容器外壁１ｃに強く吸引されて重く感じその感触が伝わってくることによって確認することができる。
【００４２】
また、内側磁石４ｂの磁力が弱く、感触として確認しにくい場合は、外側吸着体３に例えばホール素子等の磁力センサを設け、外側磁石３ｂと内側磁石４ｂが引き合う状態になったときの磁力の増加を検出することにより、確認することができる。
【００４３】
また、容器１に覗き窓が備わっている場合には、その覗き窓を通して目視、またはファイバースコープを挿入してモニタリングすることにより、内側吸着体４の姿勢を確認することもできる。
【００４４】
次に、図６は、上記内側吸着体４の変形例を示したものである。
【００４５】
なお、以下の説明において図４と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図６に示す内側吸着体１０のケース１０ａは図４に示したケース４ａと基本的に同じ構成であり、内側磁石４ｂはケース１０ａ内に嵌合され接着剤で固定されている。
【００４７】
相違点は、ケース１０ａの底部１０ｂ中心と側壁１０ｃとに貫通孔１０ｄおよび１０ｅがそれぞれ穿設され、熱電対素線被覆絶縁材５ｃ，５ｄのみで被覆された熱電対素線５ａ，５ｂが貫通孔１０ｅから上記貫通孔１０ｅを通してケース１０ａ内に通され、磁石４ｂとケース１０ａの隙間を通り、貫通孔１０ｄを通して垂下された測温点５ｆが、測定対象と接触し得る状態でケース１０ａの貫通孔１０ｄ内壁に溶接されている点にある。
【００４８】
詳しくは、貫通孔１０ｄを塞ぐ形で溶接が行われ、測温点５ｆはその溶接部分に固定される。
【００４９】
上記構成を有する内側吸着体１０によれば、上述した内側吸着体４に比べ、ケース底面１０ｆを測定対象面に密着させることができる点で有利である。また、内側吸着体１０ａを容器内壁に沿って移動させる際に、円滑な移動が可能になる。
【００５０】
図７は、上記内側吸着体４のさらに別の変形例を示したものである。
【００５１】
同図に示す内側吸着体１１も、図４に示した内側吸着体４と同様に、容器状のケース１１ａ内に円盤状の磁石１１ｂを嵌合させ、接着剤で固定している。
【００５２】
ただし、磁石１１ｂの中心にはその高さ方向に貫通通路（中心軸に穿設された通路）１１ｃが穿設され、この貫通通路１１ｃの下側出口と対応してケース１１ａに貫通孔１１ｄが設けられている。
【００５３】
熱電対５は上記貫通通路１１ｃを通して配線され、熱電対素線被覆絶縁材５ｃ，５ｄのみで被覆された熱電対素線５ａ，５ｂの先端の測温点５ｆは、測定対象と接触し得る状態で貫通孔１１ｄの内壁に溶接されている。
【００５４】
詳しくは、貫通孔１１ｄを塞ぐ形で溶接が行われ、測温点５ｆはその溶接部分に固定される。
【００５５】
このように構成した内側吸着体１１も上記内側吸着体１０と同様に、容器内壁に沿って円滑に移動することが可能になる。
【００５６】
なお、上記ケース４ａ，１０ａ，１１ａの材質としては、磁力を低減させないためにオーステナイト系ステンレス鋼等の強磁性体でない材料を使用することが好ましいが、厚さ２ｍｍ以下の薄いケースで構成する場合であれば、強磁性体であっても磁力が減少することは少ないため、使用することに支障はない。
【００５７】
また、磁石は一般に温度が上昇すると磁力が減少し、キューリー点に到達すると磁力を失う。従って、この内面温度測定装置の使用温度は、キューリー点より十分低い温度に限られる。
【００５８】
例えば、フェライト磁石やサルコバ磁石を使用する場合、３００℃以下で使用することが好ましく、アルニコ磁石の場合は４５０°以下で使用することができる。
【００５９】
また、外側磁石３ｂについては鉄芯を備えた電磁石で構成することもできる。なお、電磁石の磁力が強すぎる場合には、鉄芯の材質を変更したり、コイルの巻数を変える等によって調節することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では熱電対として測温点が露出する露出形被覆熱電対で構成したが、形状を折り曲げることができる熱電対であれば、例えば細径のシース熱電対を使用することもできる。
【実施例】
【００６１】
図８は、本発明の内面温度測定装置２を用い、容器内面の温度分布を測定する場合の配置を示したものである。
【００６２】
測定対象の容器１２は、プラスチック製外装１２ａの内面にアルミライナ１２ｂを貼着した非磁性体材料から構成されている。
【００６３】
この容器１２の内部に、流体温度を測定するための二本のシース熱電対１３，１４を配置するとともに、本発明の内面温度測定装置２を２組配置した。
【００６４】
上記シース熱電対１３，１４と内面温度測定装置２の熱電対５は、容器１２のノズル部１２ｃにアダプタ１５を介して取り付けられたハーメチックシール１６を通して容器外部に引き出し、熱電対受信計器に接続した。
【００６５】
次に、容器１２に最高１５０℃の流体を右側ノズル（図示しない）から注入し、この時の温度を測定した。
【００６６】
なお、外側吸着体３および内側吸着体４の仕様は以下の通りである。
【００６７】
(ａ)  外側吸着体
磁石：フェライト磁石
構成：図２に示した通り
外径：φ４０ｍｍ（ケース含む）
高さ：７．６ｍｍ（ケース含む）
ケース厚み：１．５ｍｍ
ケースの材料：ＳＰＣＣ鋼板（JIS G3141，強磁性体）
【００６８】
(ｂ)  内側吸着体
磁石：フェライト磁石
構成：図７に示した通り
外径：φ１２．３ｍｍ（ケース含む）
高さ：３．７６ｍｍ（ケース含む）
ケース厚み：１．５ｍｍ
ケースの材料：ＳＰＣＣ鋼板（JIS G3141，強磁性体）
熱電対：Ｋ（クロメル−アルメル）型（JIS C1602）
熱電対素線径：φ０．０６ｍｍ
絶縁材（熱電対素線被覆用および外皮用）：ＰＦＡ（Tetra fluoro ethylene
-perfluoro alkylvinyl ether copolymer）
熱電対素線被覆絶縁材の外径：φ０．１４ｍｍ
外皮絶縁材の外径：短径０．２２ｍｍ、長径０．４９ｍｍ
【００６９】
上記構成を有する外側吸着体３および内側吸着体４を使用して容器１２内の内面温度を測定したところ、外側吸着体３に移動に追従して内側吸着体４を移動させることができ、内側吸着体４に設けた熱電対５は容器内面に良好に密着し、容器１２における所望の部位の内面温度を精度良く測定することができた。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の内面温度測定装置による測定方法を示す正面縦断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】(ａ)は図２に示す熱電対の構成を示す断面図、(ｂ)は熱電対の直径方向断面図である。
【図４】(ａ)は熱電対の取付状態を示す正面縦断面図、(ｂ)は熱電対固定部の平面図である。
【図５】内側吸着体における熱電対の取付状態を示す正面外観図である。
【図６】内側吸着体の変形例を示す図４相当図である。
【図７】内側吸着体の別の変形例を示す図４相当図である。
【図８】本発明の実施例に係る測定方法を示す正面縦断面図である。
【図９】従来の表面温度測定装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    容器
１ａ  開口部
１ｂ  開口部
１ｃ  容器外壁
２    内面温度測定装置
３    外側吸着体
３ａ  ケース
３ｂ  外側磁石
４    内側吸着体
４ａ  ケース
４ｂ  内側磁石
５    熱電対
５ａ，５ｂ  熱電対素線
５ｃ，５ｄ  熱電対素線被覆絶縁材
５ｅ  外皮絶縁材
５ｆ  測温点
５ｇ  熱電対素線露出部
６    ハーメチックシール
７    クランプ
【図１】
2008082775.tif 000003
【図２】
2008082775.tif 000004
【図３】
2008082775.tif 000005
【図４】
2008082775.tif 000006
【図５】
2008082775.tif 000007
【図６】
2008082775.tif 000008
【図７】
2008082775.tif 000009
【図８】
2008082775.tif 000010
【図９】
2008082775.tif 000011