特許 7322525 排ガス温度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】排ガス温度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/02 20210101AFI20230801BHJP

   G01K 13/02 20210101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

G01K7/02 Z

G01K13/02

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019107508

(22)【出願日】2019-06-07

(65)【公開番号】P2020201100

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-05-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】薮木 直人

(72)【発明者】

【氏名】高祖 永太朗

【審査官】平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－００４５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０９２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１６６８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源から排出される排出ガスの流路の外壁の外側面に取り付けられる排ガス温度検出装置であって、
排ガス温度を検出する温度検出部が前記流路内に配置され、前記外壁を介して前記外壁の外側面側に延びる熱電対と、
前記外壁の外側面側で前記熱電対に接続される導線と、
前記熱電対と前記導線との接続部を絶縁性の充填材を介して覆うアダプタ部と、
前記外壁の外側面から離れた位置で前記アダプタ部を支持する支持部材と、を備え、
前記アダプタ部は、内側に前記充填材が充填された筒状部材と、
前記筒状部材の外側に形成される断熱性の被覆層と、
前記被覆層の外側に配置され、前記アダプタ部と前記支持部材とを束ねる断熱性の結束部材と、を有する排ガス温度検出装置。

【請求項2】

複数の前記熱電対が所定方向に配列され、
前記支持部材は、前記熱電対の配列方向に沿って延びる棒状であり、複数の前記アダプタ部が所定方向で間隔をあけて固定される請求項１に記載の排ガス温度検出装置。

【請求項3】

熱源から排出される排出ガスの流路の外壁の外側面に取り付けられる排ガス温度検出装置であって、
排ガス温度を検出する温度検出部が前記流路内に配置され、前記外壁を介して前記外壁の外側面側に延びる熱電対と、
前記外壁の外側面側で前記熱電対に接続される導線と、
前記熱電対と前記導線との接続部を絶縁性の充填材を介して覆うアダプタ部と、
前記外壁の外側面から離れた位置で前記アダプタ部を支持する支持部材と、を備え、
複数の前記熱電対が所定方向に配列され、
前記支持部材は、前記熱電対の配列方向に沿って延びる棒状であり、複数の前記アダプタ部が所定方向で間隔をあけて固定される排ガス温度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス温度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、熱電対を用いて、自動車等のエンジンやガスタービン等の熱源から排出される排ガスの温度を検出する排ガス温度検出装置が知られている。この種の排ガス温度検出装置を開示するものとして例えば特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１には、ガスタービンの排ガス流路に熱電対の先端を挿入して排ガス温度を測定する排ガス温度検出装置が記載されている。特許文献２には、熱電対と補償導線との接続部の絶縁を図るため、接続部を絶縁性の充填材で固定したアダプタ部を備える排ガス温度検出装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－３０９２１９号公報

【文献】特開２００９－１９２３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排ガス流路に排ガス温度検出装置の熱電対を挿入して排ガス温度を測定する場合、排ガス温度検出装置のアダプタ部を排ガス流路の外壁やその近傍に取り付けて使用することがある。ガスタービンから排出される排ガスは高温であるため、排ガス流路の外壁やその近傍の温度がアダプタ部に充填された充填材の耐熱温度を上回り、アダプタ部内の充填材が剥離し、絶縁不良を起こすおそれがある。

【0005】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、排ガス温度検出時におけるアダプタ部への熱の影響を抑えることで充填材の剥離を防止できる排ガス温度検出装置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】

【0006】

本発明は、熱源から排出される排出ガスの流路の外壁の外側面に取り付けられる排ガス温度検出装置であって、排ガス温度を検出する温度検出部が前記流路内に配置され、前記外壁を介して前記外壁の外側面側に延びる熱電対と、前記外壁の外側面側で前記熱電対に接続される導線と、前記熱電対と前記導線との接続部を絶縁性の充填材を介して覆うアダプタ部と、前記外壁の外側面から離れた位置で前記アダプタ部を支持する支持部材と、を備える排ガス温度検出装置に関する。

【0007】

前記アダプタ部は、内側に前記充填材が充填された筒状部材と、前記スリーブの外側に形成される断熱性の被覆層と、前記被覆層の外側に配置され、前記アダプタ部と前記支持部材とを束ねる断熱性の結束部材と、を有する。

【0008】

複数の前記熱電対が所定方向に配列され、前記支持部材は、前記熱電対の配列方向に沿って延びる棒状であり、複数の前記アダプタ部が所定方向で間隔をあけて固定される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、排ガス温度検出時におけるアダプタ部への熱の影響を抑えることで充填材の剥離を防止できる排ガス温度検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る発電設備１００を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る排ガス温度検出装置１を取り付ける前の排気プレナム１５０の外壁１５２を示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る排ガス温度検出装置１を排気プレナム１５０の外壁１５２に取り付けた状態を示す斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る排ガス温度検出装置１を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る排ガス温度検出装置１のアダプタ部３０と支持部材４０を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0012】

本発明の実施形態に係る排ガス温度検出装置１は、熱源から排出される排ガスの温度を検出するための装置である。熱源としては、高温の排気ガスを排出するものであれば特に制限されず、例えば、車両等のエンジン、発電設備のガスタービン等が挙げられる。本実施形態では、発電設備１００のガスタービン１３０の排ガス温度を検出する排ガス温度検出装置１を例に説明する。

【0013】

まず、排ガス温度検出装置１が用いられる発電設備１００について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は発電設備１００の要部を示す概略図、図２は発電機１７０側（図１において紙面右側）から視た発電設備１００の排気プレナム１５０の外壁１５２を示す斜視図である。なお、図１の矢印は空気又は排ガスの流れを示している。

【0014】

発電設備１００は、図１に示すように、空気取入室１１０と、空気取入室１１０の下流側に設けられた吸気流路１２０と、ガスタービン１３０と、排ガス流路１４０と、発電機１７０と、を備える。

【0015】

空気取入室１１０は、外部から空気を吸気する装置である。吸気流路１２０は、空気取入室１１０から吸気された空気を流通させる流路である。空気取入室１１０に吸気された空気は、吸気流路１２０を通り、ガスタービン１３０に送られる。

【0016】

ガスタービン１３０は、熱エネルギーを機械的仕事に変換する原動機である。ガスタービン１３０では、吸気流路１２０からに送られる空気と、天然ガス、軽油等の燃料とが混合し燃焼され、高温高圧の燃焼ガスが生成される。ガスタービン１３０は、高温高圧の燃焼ガスによって回転駆動される。ガスタービン１３０の回転駆動に使用された燃焼ガスは、ガスタービン１３０の軸方向における下流側（図１において紙面右側）から排ガスとして排出され、排ガス流路１４０に送られる。

【0017】

排ガス流路１４０は、ガスタービン１３０から排出された排ガスが流通する流路であり、排気プレナム１５０と排気ダクト１６０とを含んで構成される。

【0018】

排気プレナム１５０は、ガスタービン１３０と後述する排気ダクト１６０との間に位置する略直方体形状の空間である。排気プレナム１５０は、ガスタービン１３０の軸方向における下流側の端部を覆い、ガスタービン１３０と排気ダクト１６０に接続されるケーシング１５１によって形成される。

【0019】

図２は、ケーシング１５１のうち、ガスタービン１３０の軸方向における下流側の端部と対向する面（内側面１５２ａ）を有する外壁１５２の外側面１５２ｂを示す図である。外壁１５２には、継目部１５３と、熱電対挿入部１５４と、支持部材４０と、が形成される。支持部材４０については後述する。

【0020】

外壁１５２の周縁には、ケーシング１５１とガスタービン１３０の継目部分である継目部１５３が形成される。継目部１５３はボルトで締結される。

【0021】

熱電対挿入部１５４は、円柱状の部材であり、中心軸に沿って貫通する貫通孔１５４ａを有する。熱電対挿入部１５４は、中心軸が外壁１５２の外側面１５２ｂに対して直交するように配置される。貫通孔１５４ａは、外壁１５２を貫通し排気プレナム１５０まで達する。熱電対挿入部１５４の貫通孔１５４ａには、後述する熱電対１０が挿入される。熱電対挿入部１５４に熱電対１０を挿入することにより、熱電対１０と排気プレナム１５０に流通する排ガスとが接触する。また、外壁１５２の外側面１５２ｂには、複数の熱電対挿入部１５４がガスタービン１３０の回転軸を中心に円周状に配置される。

【0022】

排気ダクト１６０は、排ガスを排熱回収ボイラ（図示せず）に導く流路である。ガスタービン１３０から排出された排ガスは、排気プレナム１５０から排気ダクト１６０を通り、排熱回収ボイラ（図示せず）に送られる。

【0023】

発電機１７０は、ガスタービン１３０に連結されており、ガスタービン１３０の回転に伴い電力を生成する装置である。発電機１７０は、排ガス流路１４０の外部に配置される。具体的には、発電機１７０は、外壁１５２を挟んでガスタービン１３０と反対側に配置される。

【0024】

次に、本実施形態に係る排ガス温度検出装置１について、図３～５を参照しながら説明する。図３は排ガス温度検出装置１を排気プレナム１５０の外壁１５２に取り付けた状態を示す斜視図、図４は排ガス温度検出装置１の斜視図、図５はアダプタ部３０が支持部材４０に支持される状態を示す断面図である。

【0025】

図４に示すように、排ガス温度検出装置１は、熱電対１０と、補償導線２０と、支持部材４０と、アダプタ部３０と、を含んで構成される。

【0026】

熱電対１０は、２種類の熱電対素線（図示せず）を含んで構成され、熱起電力を発生させる目的で２種類の熱電対素線の一端のみが電気的に接合される。２種類の熱電対素線の接合部は、測温対象物に接触することにより、測温対象物の温度を検出できる温度検出部１１として機能する。熱電対１０の温度検出部１１は、熱電対挿入部１５４の貫通孔１５４ａから挿入され、外壁１５２を貫通した状態で排気プレナム１５０内に配置される（図１参照）。熱電対１０の温度検出部１１が排気プレナム１５０内に配置されると、排気プレナム１５０内を流通する排ガスの温度が検出される。このとき、熱電対１０の温度検出部１１とは反対側の端部は、外壁１５２の外側面１５２ｂ側に配置される。

【0027】

また、図３に示すように、外側面１５２ｂには、複数の熱電対１０がガスタービン１３０の回転軸を中心に周方向に配列される。なお、外壁１５２は排ガスが排出されるガスタービン１３０の下流側の端部に対向する壁であるため、外壁１５２の外側面１５２ｂから排気プレナム１５０の温度を検出することにより、ガスタービン１３０の燃焼状態をより安全かつ正確に確認できる。

【0028】

補償導線２０は、熱電対１０の温度検出部１１とは反対側の端部に接続される導線である。補償導線２０は、接続される熱電対１０の熱電対素線とほぼ同等の熱起電力を補償するものである。補償導線２０は、支持部材４０に沿って配置される。

【0029】

支持部材４０は、図２～図４に示すように、外壁１５２の外側面１５２ｂに沿って配置される棒状部材である。支持部材４０は、外壁１５２の外側面１５２ｂから離隔した位置で後述するアダプタ部３０を固定する。支持部材４０は、所定の間隔をおいて外側面１５２ｂに対して直交する方向に立設される複数のガイド部４１によって固定される。また、支持部材４０は、複数の熱電対１０の配列方向に沿って、外側面１５２ｂにおいてガスタービン１３０の回転軸を中心とした円弧を形成するように延びる。

【0030】

図５に示すように、支持部材４０の外周面には、断熱効果を有する被覆層４２が形成される。被覆層４２は、断熱性のテフロン（登録商標）スパイラルチューブを巻き付けることにより形成される。この構成により、支持部材４０は外周面が断熱性の被覆層４２により被覆された状態でアダプタ部３０と接触するため、支持部材４０からアダプタ部３０へ伝わる熱を抑えることができる。

【0031】

また、支持部材４０は、外壁１５２の外側面１５２ｂにおける継目部１５３と熱電対挿入部１５４との間に配置される。ケーシング１５１とガスタービン１３０の継目部分である継目部１５３は、外壁１５２の他の部位に比べて、排気プレナム１５０を流通する排ガスの熱が伝わり易い。このため、支持部材４０は、継目部１５３から所定距離に離隔させ、熱電対挿入部１５４側（紙面左下側）に配置させることが好ましい。

【0032】

アダプタ部３０は、熱電対１０の一対の熱電対素線と補償導線２０との接続部を収容する部材である。図５に示すように、アダプタ部３０は、内側に充填材３２が充填されたスリーブ３１と、被覆層３３，３４と、結束部材であるアルミテープ３５（第１結束部材）及びテフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６（第２結束部材）と、を含んで構成される。

【0033】

スリーブ３１は、外周面が金属で形成され、内側に充填材３２が充填される筒状部材である。本実施形態では、スリーブ３１の金属としてＳＵＳ３０４が用いられる。この構成により、熱電対１０と補償導線２０との接続部が絶縁性の充填材３２で覆われ、接続部の絶縁が保たれる。充填材３２としては、絶縁性及び耐熱性を有していれば特に制限されず、例えば、エコボンド等のエポキシ樹脂等が挙げられる。

【0034】

被覆層３３，３４は、スリーブ３１の外側に形成され、断熱効果を有する層である。被覆層３３は、スリーブ３１の外周面に保温テープを巻き付けることにより形成される。保温テープは、断熱性を具備する材質で構成される。被覆層３４は、保温テープが巻き付けられたスリーブ３１に断熱性のガラステープを巻き付けることにより形成される。

【0035】

アルミテープ３５及びテフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６は、アダプタ部３０と支持部材４０とを束ねる断熱性の結束部材である。アダプタ部３０と支持部材４０は、互いに接触するようにアルミテープ３５で巻き付けられる。アルミテープ３５は、アダプタ部３０の被覆層３４及び支持部材４０の被覆層４２の外側に形成される。テフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６は、アダプタ部３０と支持部材４０に巻き付けられたアルミテープ３５の外側に形成される。アルミテープ３５及びテフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６により、アダプタ部３０が支持部材４０に固定されるとともに、断熱性を有する層がさらに二層形成される。

【0036】

図３及び図４に示すように、アダプタ部３０以外に熱電対１０の他端側と補償導線２０が、外壁１５２の外側面１５２ｂから離隔した位置で支持部材４０に支持される。熱電対１０の他端側と補償導線２０は、支持部材４０とともにテフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６で巻き付けられる。アルミテープ３５は、少なくともアダプタ部３０の部分に巻き付けられているが、熱電対１０の他端側及び補償導線２０も含めて支持部材４０に支持された部材全体に巻き付けてもよい。

【0037】

以上説明した本実施形態に係る排ガス温度検出装置１によれば、以下のような効果を奏する。

【0038】

排ガス温度検出装置１は、ガスタービン１３０から排出される排出ガスの排ガス流路１４０の外壁１５２の外側面１５２ｂに取り付けられる排ガス温度検出装置１であって、排ガス温度を検出する温度検出部１１が排ガス流路１４０内に配置され、外壁１５２を介して外壁１５２の外側面１５２ｂ側に延びる熱電対１０と、外壁１５２の外側面１５２ｂ側で熱電対１０に接続される補償導線２０と、熱電対１０と補償導線２０との接続部を絶縁性の充填材３２を介して覆うアダプタ部３０と、外壁１５２の外側面１５２ｂから離れた位置でアダプタ部３０を支持する支持部材４０と、を備える。

【0039】

ここで、アダプタ部３０の周囲の温度が充填材３２の耐熱温度を上回る場合、スリーブ３１と充填材３２の熱膨張係数の差により、スリーブ３１の内側に充填された充填材３２が剥離するおそれがある。充填材３２が剥離すると、熱電対１０と補償導線２０の絶縁不良等が生じ、排ガス温度検出装置１の品質低下を招くおそれがある。

【0040】

これに対して、本実施形態では、アダプタ部３０が支持部材４０により外壁１５２の外側面１５２ｂから離隔した位置で支持されるため、アダプタ部３０の周囲の温度を抑えることができる。よって、外壁１５２の外側面１５２ｂ又は外側面１５２ｂの近傍に固定した場合に比べて、アダプタ部３０に対する熱影響を軽減できる。

【0041】

また、アダプタ部３０の周囲の温度が高い場合、より高い耐熱性の充填材３２を用いる必要があり、排ガス温度検出装置１に使用可能な充填材の種類も制限される。これに対して、本実施形態では、アダプタ部３０の周囲の温度を抑えることができるため、より多くの種類の充填材を排ガス温度検出装置１に使用できる。

【0042】

アダプタ部３０は、内側に充填材３２が充填されたスリーブ３１と、スリーブ３１の外側に形成される断熱性の被覆層３３，３４と、被覆層３３，３４の外側に配置され、アダプタ部３０と支持部材４０とを束ねる断熱性のアルミテープ３５及びテフロン（登録商標）スパイラルチューブ３６と、を有する。

【0043】

これにより、アダプタ部３０の内部に配置される充填材３２が複数に積層された断熱性の層によって保護されるため、アダプタ部３０の周囲の外気及び支持部材４０から充填材３２に伝わる熱を低減できる。また、断熱性の結束部材により支持部材４０の外周面も保護されるため、外壁１５２から支持部材４０に伝わる熱も低減できる。よって、アダプタ部３０の充填材３２に伝わる熱をより効果的に抑えることができる。

【0044】

また、複数の熱電対１０が所定方向に配列され、支持部材４０は、熱電対１０の配列方向に沿って延びる棒状であり、複数のアダプタ部３０が所定方向で間隔をあけて固定される。

【0045】

これにより、複数の熱電対１０の近傍に支持部材４０が配置されるので、各熱電対１０に対応するアダプタ部３０を容易に支持部材４０に取り付けることができる。よって、各アダプタ部３０が外壁１５２から受ける熱影響を抑えるとともに、複数の位置における排ガス温度を検出する作業を容易に行うことができる。

【0046】

以上、本発明に関する実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

【0047】

上述した実施形態では、排気プレナム１５０の外壁１５２に排ガス温度検出装置１及び熱電対挿入部１５４が配置されるが、排ガス温度検出装置１及び熱電対挿入部１５４を排気ダクト１６０の外壁に配置し、排気ダクト１６０に流通する排ガス温度を検出してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ 排ガス温度検出装置
１０ 熱電対
１１ 温度検出部
２０ 導線（補償導線）
３０ アダプタ部
３２ 充填材
４０ 支持部材
１３０ ガスタービン（熱源）
１４０ 排ガス流路（流路）
１５２ 外壁
１５２ｂ 外側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】