JP2013130578A - 熱電対 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンケースに接するセンサの着座力をもたらすらせんばね構造を改善し、また、流体密封シール性を向上する。
【解決手段】熱電対１０は、開口端２４をもつ第１の内部２２を画定する第１の筐体２０、第１の端部２８および第２の端部３０を有する第２の筐体２６、ならびに感温素子５０を含み、第２の筐体２６は第１の筐体２０に摺動可能なように結合し、第１の端部２８は第１の内部２２内に存在し、第２の端部３０は第１の内部２２の外側に存在する。さらに、熱電対１０は、第２の筐体の中に延在し第１の端部の近くに入口を有するセンサ通路と、第１の内部内に設けられ第２の筐体を第１の筐体から付勢する付勢要素と、第１の内部内にある非感知部およびセンサ通路内にある感知部を有する感温素子と、第１の内部に対して前記センサ通路を流体密封し流体が前記センサ通路に入りセンサ通路内の感温素子の感知部に接触するのを防止するシールとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱電対に関する。

熱電対は、浸された媒体の温度を測定する温度感知装置である。例えば、熱電対は、安全および制御の目的で、ジェットエンジンの流動ガス流の温度を測定するために使用することができる。そのような用途では、熱電対は、温度および振動の観点から極めて劣悪な環境にさらされる。ジェットエンジン環境用の最近の熱電対温度センサは、内部エンジンケースに接するセンサの着座力をもたらす一体形成のらせんばねを有する感知素子を含む。らせんばねを感知素子と一体形成する設計および製造は、本来複雑で高価である。

米国特許第４４９９３３０号公報

一実施形態では、熱電対は、第１の筐体と、第１の筐体に摺動可能なように結合された第２の筐体と、センサ通路と、第２の筐体を第１の筐体から偏倚させる付勢要素と、第１の内部内にある非感知部およびセンサ通路内にある感知部を有する感温素子と、第１の内部に対してセンサ通路を流体密封し、流体がセンサ通路に入りセンサ通路内の感温素子の感知部に接触するのを防止するシールとを含む。

本発明の実施形態による熱電対を示す透視正面図である。 図１の熱電対を示す横断面図である。 図１の熱電対を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態による熱電対を示す横断面図である。

熱電対１０を使用することができる環境の簡単な説明は有益となり得る。図１を参照すると、熱電対１０がジェットエンジン８（部分的に表示）の上に取り付けられたとき、フランジ１２は外部エンジンケース１４などの第１の構造体に取り付けられ、フランジ１６は内部エンジンケース１８などの第２の構造体に対して固定され封止する。外部エンジンケース１４および内部エンジンケース１８は異なる温度状態になりがちで、その結果、熱膨張および熱収縮に差が生じる。熱電対１０は、内部エンジンケース１８に固定されたままで内部エンジンケース１８に対して封止しながら、膨張／収縮して差のある熱膨張に対応できなければならない。本明細書に開示した本発明の実施形態は、差のある熱膨張に応答して依然膨張／収縮できながら、熱電対１０の内部の感知部品とばね部品を分離して、熱電対１０の製造をより複雑ではないものにする。

図２は、ジェットエンジン８から取り外された熱電対１０を示し、第１の内部２２を画定し開口端２４を有する第１の筐体２０を熱電対１０が含むことをより明確に示す。第１の端部２８および第２の端部３０を有する第２の筐体２６は、第１の筐体２０に摺動可能なように結合することができる。第２の筐体２６は、第２の筐体２６の第１の端部２８が第１の内部２２内に存在でき、筐体２６の第２の端部３０が第１の内部２２の外側に存在できるように、開口端２４内にはめ込み式に受けられ得る。フランジ１６は、第２の筐体２６の一部として含まれているように示されている。しかしながら、フランジ１６は、第２の筐体２６に操作可能なように結合された別個の部分とすることができることが理解されよう。センサ通路３２は第２の筐体２６の中に延在することができ、第２の筐体２６の第１の端部２８の近くの入口３４、および出口３６を含むことができる。

付勢要素４０は、第１の内部２２内に設置することができ、第２の筐体２６を第１の筐体２０から偏倚させるように構成することができる。付勢要素４０は任意の適切な装置とすることができるが、例示的な目的で、ばねとして示されている。より具体的には、付勢要素は、第１の筐体２０に結合された第１の端部４２および第２の筐体２６に結合された第２の端部４４を有するコイルばねとして示されている。そのようなコイルばねは、業界標準のコイルばねとすることができる。図示したように、付勢要素４０を形成するばねは、感温素子５０が貫通できる中心４６を画定することができる。

感温素子５０は、第１の内部２２内にある非感知部５２およびセンサ通路３２内にある感知部５４を含むことができる。感温素子５０は、付勢要素４０を形成するばねを通って延在するように示される。図示したように、感温素子５０は伸長性がなく、固定長である可能性がある。あるいは、感温素子５０は固定長の感温素子５０を伸ばすことができるメカニズムを含むことができるか、または、感温素子５０は可変の長さを有するように構築することができる。感温素子５０は、第１の筐体２０と第２の筐体２６の相対的な摺動中に感温素子を保護する摩耗片６２を含むことができる。

感温素子５０の非感知部５２は、第１の筐体２０に固定して結合することができる。電気コネクタ５８（図１）または配線ハーネスは第１の筐体２０の上に設けることができ、感温素子５０に電気的に結合することができ、熱電対１０を電源に、別の熱電対に、熱電対１０によって出力される信号を処理できる電子装置に、およびコントローラなどの航空機の別の部分に、操作可能なように結合することができる。

図３を参照すると、シール６０は、熱電対１０の中に含むことができ、センサ通路３２内に設置することができる。保持キャップ６４は、センサ通路３２内に設置することができ、かつ第２の筐体２６と操作可能なように結合することができ、シール６０は第２の筐体２６と保持キャップ６４の間に保持することができる。あるいは、シール６０を適切に設置し続けるために他のメカニズムを使用することができる。

シール６０は、第１の内部２２に対してセンサ通路３２を流体密封し、センサ通路３２に入る流体が感温素子５０の感知部５４に接触するのを防止することができる。より具体的には、シール６０は、図示したように感温素子の摩耗片６２に接触している第２の筐体２６および感温素子５０と放射状のシールを形成することができる。これは、第１の筐体２０と感温素子５０の感知部５４との間のセンサ通路３２の中にシールを効果的に形成する。

シール６０は上方に開口した金属製Ｃ型リングとして示されるが、シール６０は任意のタイプの適切なシールとすることができる。エラストマは一般に予想される温度および圧力に耐えることができないので、従来のエラストマ製Ｏリングシールは検討されない。しかしながら、そのようなエラストマが利用可能な場合、Ｏリングシールは使用することができるはずである。

複数のシールが第１の内部２２に対してセンサ通路３２を封止するために使用できることも検討された。そのような保持キャップ６４が使用された場合、複数のシールは、すべて第２の筐体２６と保持キャップ６４の間に保持することができる。複数のシールは、同様のタイプのシールであるか、または多様である可能性があり、任意の適切な数のシールを使用することができる。

動作中、外部エンジンケース１４と内部エンジンケース１８の間の相対運動は、第１の筐体２０と第２の筐体２６の相対摺動をもたらす。第２の筐体２６が第１の筐体２０に対して摺動すると、感温素子５０の感知部５４は、センサ通路３２の出口３６を通って延在することができる。これは、第２の筐体２６、シール６０、および保持キャップ６４を移動させ、付勢要素４０を圧縮することができる。付勢要素４０は、フランジ１６の上に一定の力を保持して、そのような移動中、内部エンジンケース１８を継続的に封止し続ける。第２の筐体２６、シール６０、および保持キャップ６４が移動するとき、感温素子５０は、第１の筐体２０に固定されたままである。シール６０は、第２の筐体２６と感温素子５０の上の摩耗片６２との間に動的な同軸のシールを作成する。したがって、シール６０は、内部エンジンケース１８および外部エンジンケース１４の熱膨張および熱収縮に起因して、第２の筐体２６がその他の熱電対１０に対して移動するとき、封止されたまま留まるための手段を熱電対１０に提供する。シール６０はそのような封止を実現し、独立して働く感温素子５０および付勢要素４０の使用を可能にする。より具体的には、図示されたＣ型シール６０によって、矢印７０として図式的に示された空気圧は、第１の筐体２０と第２の筐体２６の間に入ることができ、摩耗片６２と保持キャップ６４の間に流れ、Ｃ型シール６０の開口端に入って、それを放射状に拡張し封止させることができる。したがって、シール６０は摩耗片６２および第２の筐体２６の第１の端部２８を圧迫し、熱電対１０の外側の高圧空気が第１の内部２２からセンサ通路３２の中に漏れて感知素子５４の能力を正確なガス経路温度の測定から変化させるのを防止する。

図４は、本発明の第２の実施形態による代替の熱電対１００を示す。第２の実施形態は第１の実施形態と同様であり、したがって、同じ部分は１００だけ増えた同じ数字で識別され、特に断りのないかぎり第１の実施形態の同じ部分の説明は第２の実施形態に適用されることが理解されよう。

第１の実施形態と第２の実施形態との違いは、熱電対１００が摩耗片を含まず、代わりにシール１６０が感温素子１５０に対して直接封止して、第２の筐体１２６と感温素子１５０の間に放射状のシールを形成することである。また、この構成は、独立して働く感温素子１５０および付勢要素１４０の使用を可能にし、第１の実施形態とほとんど同じように働く。動作中、第２の筐体１２６、シール１６０、および保持キャップ１６４が移動するとき、感温素子１５０は第１の筐体１２０に固定されたまま留まり、シール１６０は第２の筐体１２６および感温素子１５０の間に動的な同軸のシールを作成する。この場合、矢印１７０として図式的に示された空気圧は、第１の筐体１２０と第２の筐体１２６の間に入ることができ、感温素子１５０と保持キャップ１６４の間を流れ、Ｃ型シール１６０の開口端に入ることができる。Ｃ型シール１６０は、感温素子１５０および第２の筐体１２６の第１の端部１２８に対して放射状に拡張および封止して、熱電対１００の外側の高圧空気が、第１の筐体１２０からセンサ通路１３２の中に漏れないようにし、感知素子１５４の能力を正確なガス経路温度の測定から変えないようにする。

上記の実施形態は、熱電対の製造における大きなコスト節約を含めて、最近の熱電対に優るさまざまな利点を提供する。上記の実施形態によって、結合された感知部分とばね部分を有する最近の熱電対の製造コストの減少がもたらされる。各ジェットエンジンは複数の熱電対を有することができるので、これによって、航空機の全編成にわたる大きなコスト節約がもたらされる可能性がある。上記の実施形態は、付勢要素から独立した感温素子を含み、熱電対の内部から外部への封止を維持する。さらに、上記の実施形態によって、業界標準のばねとともにまっすぐな単一素材の感温素子を可能にし、それらはどちらも、結合されたばねと感知素子よりも、設計および製造においてより単純であり、より安価である。感温素子は非耐力になるので、高温で耐食であり、温度およびストレスに長くさらされた状態で弛緩に対する高い抵抗値を有する必要がない素材から作成することができる。同様に、付勢要素は、弛緩に耐性があり、高温にさらされないので耐食である必要がない単一素材から作成することができる。

この明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作成および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施することができるようにするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と相異のない構成要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的に相異のない均等な構成要素を有する場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。

８ ジェットエンジン
１０ 熱電対
１２ フランジ
１４ 外部エンジンケース
１６ フランジ
１８ 内部エンジンケース
２０ 第１の筐体
２２ 第１の内部
２４ 開口端
２６ 第２の筐体
２８ 第１の端部（第２の筐体）
３０ 第２の端部（第２の筐体）
３２ センサ通路
３４ 入口（センサ通路）
３６ 出口（センサ通路）
４０ 付勢要素
４２ 第１の端部（付勢要素）
４４ 第２の端部（付勢要素）
４６ 中心
５０ 感温素子
５２ 非感知部
５４ 感知部
５８ 電気コネクタ
６０ シール
６２ 摩耗片
６４ 保持キャップ
７０ 矢印
１００ 熱電対
１２０ 第１の筐体
１２６ 第２の筐体
１２８ 第１の端部
１３２ センサ通路
１４０ 付勢要素
１５０ 感温素子
１５４ 感知部
１６０ シール
１６４ 保持キャップ
１７０ 矢印

Claims (20)

1. 開口端をもつ第１の内部を画定する第１の筐体と、
   第１の端部および第２の端部を有する第２の筐体であって、前記第１の端部が前記第１の内部内に存在し、前記第２の端部が前記第１の内部の外側に存在する状態で、前記第１の筐体に摺動可能なように結合された第２の筐体と、
   前記第２の筐体の中に延在し、前記第１の端部の近くに入口を有するセンサ通路と、
   前記第１の内部内に設けられ、前記第２の筐体を前記第１の筐体から付勢する付勢要素と、
   前記第１の内部内にある非感知部および前記センサ通路内にある感知部を有する感温素子と、
   前記第１の内部に対して前記センサ通路を流体密封し、流体が前記センサ通路に入り前記センサ通路内の前記感温素子の前記感知部に接触するのを防止するシールと
   を備える、熱電対。
2. 前記感温素子が前記付勢要素から独立した、請求項１記載の熱電対。
3. 前記感温素子が非伸長性である、請求項１記載の熱電対。
4. 前記付勢要素がばねを備える、請求項１記載の熱電対。
5. 前記ばねが前記第１の筐体に結合された第１の端部および前記第２の筐体に結合された第２の端部を有するコイルばねを備える、請求項４記載の熱電対。
6. 前記感温素子が前記コイルばねを通って延在する、請求項５記載の熱電対。
7. 前記感温素子が固定長である、請求項１記載の熱電対。
8. 前記感温素子の前記非感知部が前記第１の筐体に固定して結合された、請求項７記載の熱電対。
9. 前記シールが前記センサ通路内に配置された、請求項１記載の熱電対。
10. 前記シールが前記第２の筐体および前記感温素子と放射状のシールを形成する、請求項９記載の熱電対。
11. 前記感温素子が摩耗片をさらに備え、前記シールが前記摩耗片と放射状のシールを形成する、請求項１０記載の熱電対。
12. 前記シールが前記第１の内部と流体連通する、開いた頂部を有するカップ型シールである、請求項１０記載の熱電対。
13. 前記付勢要素が前記第１の筐体に結合された第１の端部および前記第２の筐体に結合された第２の端部を有するばねを備え、前記ばねが、前記感温素子が貫通する中心を画定する、請求項１記載の熱電対。
14. 前記シールが前記センサ通路内に配置された放射状のシールを備え、前記第２の筐体および前記感温素子とシールを形成する、請求項１３記載の熱電対。
15. 前記感温素子が摩耗片を備え、前記放射状のシールが前記摩耗片と前記感温素子の間にシールを形成する、請求項１４記載の熱電対。
16. 前記センサ通路内に配置されて前記放射状のシールを保持する保持キャップをさらに備える、請求項１５記載の熱電対。
17. 前記第２の筐体が前記第１の筐体に対して摺動するとき、前記感知部がそこを通って延在できる出口を前記センサ通路が有する、請求項１６記載の熱電対。
18. 前記熱電対を第１の構造体に取り付けるために、前記第１の筐体に結合された第１のフランジをさらに備える、請求項１７記載の熱電対。
19. 前記第２の筐体を第２の構造体に結合するために、前記第２の筐体に結合された第２のフランジをさらに備え、前記第１の構造体と前記第２の構造体の間の相対運動が前記第１の筐体および前記第２の筐体の相対的な摺動をもたらす、請求項１８記載の熱電対。
20. 前記第１の筐体の上に設けられ、前記感温素子に電気的に結合された電気コネクタをさらに備える、請求項１９記載の熱電対。

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