(57)【要約】【課題】高価な耐熱性の高い電池の使用又は電池交換を不要とすることができる温度計測装置を提供する。【解決手段】被温度計測体の温度を計測する熱電対５２と、熱電対５２によって計測される温度を記録するデータロガー５０と、データロガー５０を収容する石膏層２０と石膏層２０を収容する断熱材層３０とを少なくとも有する耐熱保護ボックスＢと、備え、熱電対５２は耐熱保護ボックスＢの外部に延出して、耐熱保護ボックスＢ外部の被温度計測体の温度を計測する温度計測装置１００であって、２箇所の間に生じた温度差によって発電する熱電モジュール６０が、石膏層２０と断熱材層３０との間に配置され、熱電モジュール６０とデータロガー５０とが電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被温度計測体の温度を計測する熱電対と、該熱電対によって計測される温度を記録する温度計測器と、該温度計測器を収容する石膏層と該石膏層を収容する断熱材層とを少なくとも有する容器と、を備え、前記熱電対は前記容器の外部に延出して、前記容器外部の被温度計測体の温度を計測する温度計測装置であって、
２箇所の間に生じた温度差によって発電する熱電モジュールが、前記石膏層と前記断熱材層との間に配置され、
前記熱電モジュールと前記温度計測器とが電気的に接続されている、
温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度計測装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結炉の炉内雰囲気温度又はワーク温度等を計測するための温度計測器（データロガー）を耐熱保護ボックスに収容した温度計測装置は公知である（例えば、特許文献１）。このような高温環境下で使用される温度計測装置では、温度計測器の作動、或いは、外部とのデータ通信を行うために電力が必要である。そして、高温環境下で使用される温度計測装置では、耐熱性の高い電池を使用する必要がある。
【０００３】
しかし、耐熱性の高い電池は、非常に高価である。また、高温環境下で電池を使用した場合には、電池を充電しても早く電位が下がる、或いは、電池寿命を長く維持できないために、頻繁に電池を交換する必要があった。さらに、電池は、高温環境下において故障するおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２５１３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は、高価な耐熱性の高い電池の使用又は電池交換を不要とすることができる温度計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、被温度計測体の温度を計測する熱電対と、該熱電対によって計測される温度を記録する温度計測器と、該温度計測器を収容する石膏層と該石膏層を収容する断熱材層とを少なくとも有する容器と、を備え、前記熱電対は前記容器の外部に延出して、前記容器外部の被温度計測体の温度を計測する温度計測装置であって、２箇所の間に生じた温度差によって発電する熱電モジュールが、前記石膏層と前記断熱材層との間に配置され、前記熱電モジュールと前記温度計測器とが電気的に接続されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の温度計測装置によれば、高価な耐熱性の高い電池の使用又は電池交換を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】温度計測装置の構成を示す模式図。
【図２】熱電モジュールの構成を示す模式図。
【図３】温度計測装置の作用を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を用いて、温度計測装置１００の構成について説明する。
なお、図１では、温度計測装置１００の構成を模式的に表している。
【００１１】
温度計測装置１００は、本発明の温度計測装置に係る実施形態である。本実施形態の温度計測装置１００は、被温度計測対象として焼結炉の炉内雰囲気温度又はワーク温度等を計測するものである。焼結炉とは、成形プレスで形にした成形品を焼き固める炉である。温度計測装置１００は、耐熱保護ボックスＢに計測機器Ｄを収容して構成されている。
【００１２】
耐熱保護ボックスＢは、計測機器Ｄを高温環境下から保護するために収容する容器である。耐熱保護ボックスＢは、石膏層２０と、断熱材層３０と、金属容器４０と、を備えている。
【００１３】
石膏層２０には空間１０が形成されており、空間１０には計測機器Ｄが収容されている。つまり、石膏層２０内には、計測機器Ｄが収容されている。石膏層２０を構成する石膏としては、含水させたものが用いられており、石膏層２０は断熱機能を有している。断熱材層３０は、石膏層２０の外周側に配置され、石膏層２０の外周を覆う断熱層である。つまり、断熱材層３０内には、石膏層２０並びに石膏層２０の空間１０内に配置される計測機器Ｄが収容されている。
【００１４】
石膏層２０と断熱材層３０との境界部における石膏層２０の内部には、後述する熱電モジュール６０の一方のセラミック板６１が配置されている（図２参照）。石膏層２０と断熱材層３０との境界部における断熱材層３０の内部には、後述する熱電モジュール６０の他方のセラミック板６２が配置されている（図２参照）。
【００１５】
金属容器４０は、断熱材層３０の外周側に配置され、断熱材層３０の外周を覆う容器である。つまり、金属容器４０内には、断熱材層３０並びに空間１０内に配置される計測機器Ｄが収容されている。本実施形態の金属容器４０は、ＳＵＳで形成されているが、これに限定されない。例えば、金属容器４０をニッケル基の超合金で形成しても良い。
【００１６】
このような構成とすることによって、空間１０の外周部に石膏層２０と断熱材層３０とが積層され、金属容器４０の外部の温度を遮断して、計測機器Ｄが配置される空間１０を、金属容器４０の外部の温度よりも低い温度の空間とすることができる。
【００１７】
なお、本実施形態の耐熱保護ボックスＢは、石膏層２０と、断熱材層３０と、金属容器４０と、から構成するものとしたが、これに限定されない。例えば、焼結炉の温度環境に応じて、耐熱保護ボックスＢを金属容器４０を用いない構成、又は、石膏層２０若しくは断熱材層３０の容積を変更する構成としても良い。また、石膏層２０及び断熱材層３０の外周側にさらに断熱層を有する構成としても良い。
【００１８】
計測機器Ｄは、被温度計測対象である焼結炉の炉内雰囲気温度又はワーク温度等を計測して記録するものである。計測機器Ｄは、温度計測器としてのデータロガー５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、熱電対５２と、熱電モジュール６０と、を備えている。
【００１９】
データロガー５０は、熱電対５２によって計測された温度データを書き込んで保存する、即ち記録するものである。データロガー５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び熱電対５２と電気的に接続されている。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、熱電モジュール６０で生じた直流電圧をデータロガー５０が必要な直流電圧まで昇圧させるものである。本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、例えば、熱電モジュール６０にて発生した直流電圧を、データロガー５０の記憶媒体が動作可能な電圧である２．７〜３．６Ｖまで昇圧可能ものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、データロガー５０と、熱電モジュール６０と、電気的に接続されている。
【００２１】
熱電対５２は、被温度計測対象である焼結炉の炉内雰囲気温度又はワーク温度等を計測するセンサーである。熱電対５２は、計測機器Ｄが配置される空間１０から耐熱保護ボックスＢの外部へ延出され、被温度計測対象に取り付けられている。熱電対５２は、データロガー５０と、電気的に接続されている。
【００２２】
熱電モジュール６０は、２箇所の間に生じた温度差を電気に変換するものである。熱電モジュール６０の構成について詳しくは後述する。熱電モジュール６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介してデータロガー５０と電気的に接続されている。
【００２３】
図２を用いて、熱電モジュール６０の構成について説明する。
なお、図２では、熱電モジュール６０の構成を模式的に表している。
【００２４】
熱電モジュール６０は、上述したように２箇所の間に生じた温度差を電気に変換するもの、つまり、２箇所の間に生じた温度差により発電するものである。熱電モジュール６０は、石膏層２０と断熱材層３０との間（境界付近）に配置されている。熱電モジュール６０は、一方のセラミック板６１と他方のセラミック板６２との間に熱電材料６５を積層して構成されている。つまり、熱電モジュール６０は、一対のセラミック板６１・６２の間に熱電材料６５を挟み込んで構成されている。
【００２５】
一方のセラミック板６１は、上述したように石膏層２０の内部に配置されている。他方のセラミック板６２は、上述したように断熱材層３０の内部に配置されている。
【００２６】
熱電材料６５は、熱と電気とのエネルギー変換材料である。なお、本実施形態の熱電材料６５は、熱電半導体のＢｉ２Ｔｅ３により構成されているがこれに限定されない。例えば、熱電材料６５を、ＰｂＴｅ系の材料やＴＡＧＳ（ＧｅＴｅ−ＡｇＳｂＴｅ２）により構成しても良い。
【００２７】
このように構成される熱電モジュール６０においては、一方のセラミック板６１と他方のセラミック板６２との間に温度差が生じると、一方のセラミック板６１と他方のセラミック板６２とに接続される熱電材料６５が前記温度差に基づく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を生成する。
【００２８】
なお、本実施形態の温度計測装置１００では、一つの熱電モジュール６０を配置する構成としたが、これに限定されない。例えば、複数の熱電モジュール６０を直列に配置する構成としても良い。複数の熱電モジュール６０を直列に配置する構成とすることによって、生成する直流電圧を高めることができる。
【００２９】
図３を用いて、温度計測装置１００の作用について説明する。
なお、図３では、温度計測装置１００の作用をグラフ図によって表している。また、グラフ図では、焼結炉内の温度である焼結炉温度Ｔｈの時系列変化を実線で表し、石膏層２０の温度である石膏温度Ｔ１の時系列変化を一点鎖線で表し、断熱材層３０の温度である断熱材温度Ｔ２の時系列変化を二点鎖線で表している。
【００３０】
なお、図３では、グラフ図の右側の縦軸は、耐熱保護ボックスＢの外部温度（焼結炉温度Ｔｈ）を表す軸であって、グラフ図の左側の縦軸は、耐熱保護ボックスＢの内部温度（断熱材温度Ｔ２、石膏温度Ｔ１）を表す軸である。
【００３１】
図３に示すように、焼結炉温度Ｔｈは、例えば最高温度が１１００℃近くまで上昇し、前記最高温度を所定時間維持した後、徐々に下降するヒートパターンを繰り返すものとする。このとき、断熱材温度Ｔ２は、焼結炉温度Ｔｈの上昇に伴って最高温度が２５０℃近くまで上昇する。一方、石膏温度Ｔ１は、焼結炉温度Ｔｈの上昇及び下降に伴って最高温度が１３０℃近くまで上昇する。
【００３２】
ここで、焼結炉のヒートパターンにおいて、常に断熱材温度Ｔ２が石膏温度Ｔ１よりも高く、断熱材温度Ｔ２と石膏温度Ｔ１との温度差は、最大で１５０℃程度となり、多くの部分で４０〜５０℃程度の温度差となっている。
【００３３】
このとき、焼結炉のヒートパターンにおいて、断熱材層３０の内部に配置されるセラミック板６２と、石膏層２０の内部に配置されるセラミック板６１との間の温度差を用いて熱電材料６５によって熱エネルギーが電気エネルギーに変換されて電力が生成される。
【００３４】
熱電モジュール６０によって生成された電力（直流電圧）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によってデータロガー５０が必要な直流電圧まで昇圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって昇圧された直流電圧は、データロガー５０に供給される。データロガー５０に供給された電力は、データロガー５０における温度データの書き込み動作や保存動作に消費される。
【００３５】
温度計測装置１００の効果について説明する。
温度計測装置１００によれば、高価な耐熱性の高い電池の使用又は電池交換を不要とすることができる。
【００３６】
従来、焼結炉で使用される温度計測装置では、耐熱性の高い電池を使用する必要があった。しかし、耐熱性の高い電池は、非常に高価であり、高温環境下で電池を使用した場合には、電池を充電しても早く電位が下がる、或いは、電池寿命を長く維持できないために、頻繁に電池を交換する必要があった。さらに、電池は、高温環境下において故障するおそれもあった。
【００３７】
しかし、温度計測装置１００によれば、石膏層２０と断熱材層３０との間に熱電モジュール６０を配置し、熱電モジュール６０とデータロガー５０とを電気的に接続することによって、データロガー５０に電力を供給することができる。ひいては、高価な耐熱性の高い電池の使用又は電池交換を不要とすることができる。
【００３８】
また、温度計測装置１００によれば、電池が故障するリスクを低減することができる。さらに、温度計測装置１００によれば、熱電モジュール６０を繰り返して使用することによって、ランニングコストを削減することができる。
【符号の説明】
【００３９】
２０      石膏
３０      断熱材
５０      データロガー（温度計測器）
５２      熱電対
６０      熱電モジュール
【図１】
2016099120.tif 000003
【図２】
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【図３】
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