JP2017096911A - 温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シース温度計と保護管との熱膨張差を考慮した高い寸法精度も求められず、低コストで、シース温度計の保護管への取り付け時の作業性も良好であり、磨耗によるガタも生じなく、耐久性が高く、シース温度計への負担も少なく、長期にわたりシース温度計の振動を抑え、磨耗、破損を防止できる温度測定装置を提供する。【解決手段】保護管２の内周面２０とシース温度計３のシース外周面３１との隙間４の軸方向所定の位置に、保護管２の内周面２０に当接する大径コイル部５１と、シース温度計３のシース外周面３１に当接する小径コイル部５２とを少なくとも備えたコイルばね５を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、シース測温抵抗体やシース熱電対などのシース温度計を保護管内に挿着して構成される温度測定装置に係り、特に、振動の大きな船舶用エンジンやガスタービン等の対象物にも好適に設置することのできる温度測定装置に関する。

この種の温度測定装置は、振動によりシース温度計が保護管内壁に当たって磨耗し、破損することが課題であり、従来から、例えばシース温度計と保護管との間の隙間の所定位置に振れ止めリングを設けたものや、同じく隙間の所定の位置に形状記憶合金製サポートを設けたもの、シース温度計の外周面にクロムカーバイトをコーティングしたものが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

振れ止めリングは、取り付け時の作業性やシース温度計と保護管との熱膨張差を考慮して、保護管内周面との間に微小隙間が維持されるように設計される。この微小隙間が維持されないと、振れ止めリングが保護管内壁に密着してしまい、該振れ止めリングを設けたシース温度計を保護管内に挿入して取り付ける際、作業性が著しく低下し、シースの振れ止めリング固定箇所が破損する可能性もあり、使用時の上記熱膨張差によっても同箇所に負担が生じる。逆に微小隙間が大きいと、保護管内壁との間のガタが大きく、振動を防止できない。このように振れ止めリングは構造が簡易であるが隙間との関係で高い寸法精度が求められる。また、たとえ精度のよい微小隙間が形成されても、微小隙間がある限り、繰り返される振動によって次第に振れ止めリングが磨耗し、加速度的にガタが生じてくるといった耐久性の問題もあった。

形状記憶合金製サポートやクロムカーバイトのコーティングは、製造コストが高くなる問題がある。特に形状記憶合金製サポートは、振れ止めリングと同様、上記熱膨脹差を考慮して保護管内周面との間に微小隙間を設ける必要があり、これがないと当該サポートのシース外周面上の取付部に応力が集中し、シース温度計に負担がかかり破損に繋がる虞がある。この微小隙間のために、当該サポートが磨耗し、ガタが次第に大きくなるという振れ止めリングと同様の耐久性の問題もある。

実開平４−１０４５３９号公報 特開２００８−２４１５９９号公報 特開２００６−７８３０５号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、シース温度計と保護管との熱膨張差を考慮した高い寸法精度も求められず、低コストで、シース温度計の保護管への取り付け時の作業性も良好であり、磨耗によるガタも生じなく、耐久性が高く、シース温度計への負担も少なく、長期にわたりシース温度計の振動を抑え、磨耗、破損を防止できる温度測定装置を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、保護管内にシース温度計を装着してなる温度測定装置であって、保護管の内周面と前記シース温度計のシース外周面との間に隙間があり、該隙間の軸方向所定位置に、保護管の内周面に当接する大径コイル部、及びシース温度計のシース外周面に当接する小径コイル部を少なくとも備えるコイルばねを設けてなることを特徴とする温度測定装置を構成した。

ここで、前記コイルばねが、少なくとも基端側へ移動しないように前記シース外周面上に係止される、又は前記小径コイル部がシース外周面上に固定されているものが好ましい。

特に、前記コイルばねの前記大径コイル部に対するコイル軸方向両側のうち、一方の側に前記シース外周面上に固定される前記小径コイル部が存在し、他方の側はさらにコイル部が延設されていても、シース外周面上に固定されない状態とされるものが好ましい。

更に、前記他方の側に第２の小径コイル部が存在し、該第２の小径コイル部はシース外周面上に固定されず、当接した状態で軸方向及び回転方向に相対移動可能な状態とされているものが好ましい。

また、シース外周面に固定される振れ止めリングが併設されているものが好ましい。

以上にしてなる本願発明に係る温度測定装置は、保護管の内周面と前記シース温度計のシース外周面との間の隙間の軸方向所定位置に、保護管の内周面に当接する大径コイル部、及びシース温度計のシース外周面に当接する小径コイル部を少なくとも備えるコイルばねを設けたので、保護管に対するシース温度計の振動を効率よく吸収することができ、シース温度計が保護管に衝突して磨耗や破損することを未然に防止できる。

また、シース温度計と保護管との熱膨脹差もばねの弾性変形によって効率よく吸収されるため、特に小径コイル部を介してシース温度計に負担（応力）がかかることも回避され、長期にわたりシース温度計の振動を抑え、磨耗、破損を未然に防止できる。また、当該コイルばねとシース温度計又は保護管との間には微小隙間が形成されることなく、小径コイル部及び大径コイル部を介して当接する構造であるので、高い寸法精度も求められず、低コストに製作することができ、微小隙間の存在による磨耗・ガタの発生も生じることがなく、従来の振れ止めリング等に比べて耐久性も著しく高い。

さらに、シース温度計の取り付け／取り外しの際は、保護管に対してシース温度計を当該コイルばねの巻き方向と同じ方向に回転させることで、コイルばねが弾性変形により縮径し、大径コイル部と保護管内周面との間の摩擦抵抗が小さくなる。したがって、このように回転させながら押し込み／引き出しを行うことで、振れ止めリングのような微小隙間を設けることなく、取り付け／取り外し作業を容易に行うことができる。

また、前記コイルばねが、少なくとも基端側へ移動しないように前記シース外周面上に係止される、又は前記小径コイル部がシース外周面上に固定されているので、取り付けの際にコイルばねをシース外周面上の所定の箇所に位置づけることができ、これにより所望の振動抑制効果を得ることが可能となる。特に、シース外周面上に固定されているものでは、コイルばねがより安定的に保持されるので、振動によってコイルばねが軸方向に移動してしまい、シース外周面が磨耗してしまうことも未然に防止できるとともに上記所望の振動抑制効果を長期にわたり維持できる。

また、前記コイルばねの前記大径コイル部に対するコイル軸方向両側のうち、一方の側に前記シース外周面上に固定される前記小径コイル部が存在し、他方の側はさらにコイル部が延設されていても、シース外周面上に固定されない状態とされるので、コイルばねの弾性変形の動きが規制されず、振動を十分に吸収できるとともに、シース温度計の取り付け／取り出しの際に回転させながら操作することでコイルばねの径が容易に縮径し、小さい抵抗で容易に作業を行うことが可能となる。

また、前記他方の側に第２の小径コイル部が存在し、該第２の小径コイル部はシース外周面上に固定されず、当接した状態で軸方向及び回転方向に相対移動可能な状態とされているので、コイルばねがシース温度計と同軸状の姿勢で安定保持され、振動をより安定的に抑制できるとともに、シース温度計の取り付け、取り外しの際にもコイルばねの姿勢が安定し、作業性が良好となる。

また、シース外周面に固定される振れ止めリングが併設されているので、大きい振動を振れ止めリングで効率よく低減させたうえ、残りの小さい振動をコイルばねで低減させ、全体として振動を効率よく低減させることができるとともに、コイルばねで小さい振動も効率よく抑制されるため振れ止めリングが従来のように早期に磨耗し、ガタが大きくなってしまうことも回避でき、耐久性の高いものとすることができる。

本発明の第１実施形態に係る温度測定装置の設置状態を示す説明図。 （ａ）は同じく温度測定装置のコイルばねを示す斜視図、（ｂ）は同じくコイルばねをシース温度計に固定した状態を示す斜視図。 同じく温度測定装置においてシース温度計を保護管に取り付ける様子を示す説明図。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る温度測定装置の要部を示す説明図、（ｂ）は同じく温度測定装置のコイルばねを示す斜視図、（ｃ）は同じくコイルばねをシース温度計に固定した状態を示す斜視図。 同じく温度測定装置の変形例を示す要部説明図。 同じく温度測定装置の他の変形例を示す要部説明図。 （ａ）は同じく温度測定装置のさらに他の変形例を示す要部説明図、（ｂ）は同じく変形例のコイルばねを示す斜視図、（ｃ）は同じくコイルばねをシース温度計に固定した状態を示す斜視図。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る温度測定装置の要部を示す説明図、（ｂ）は同じく温度測定装置のコイルばね及び振れ止めリングをシース温度計に固定した状態を示す斜視図。 （ａ）は同じく温度測定装置の変形例を示す要部説明図、（ｂ）は同じく温度測定装置のコイルばね及び振れ止めリングをシース温度計に固定した状態を示す斜視図。 同じく温度測定装置の他の変形例を示す要部説明図。 同じく温度測定装置のさらに他の変形例を示す要部説明図。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る温度測定装置の設置状態を示す説明図、（ｂ）は同じく温度測定装置の要部を示す説明図。 同じく温度測定装置の変形例を示す説明図。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係る温度測定装置１を示す説明図であり、図１〜図３は第１実施形態、図４〜図７は第２実施形態、図８〜図１１は第３実施形態を示している。図中符号１は温度測定装置、２は保護管、３はシース温度計、５はコイルばねをそれぞれ示している。

本発明に係る温度測定装置１は、図１に示すように、保護管２内にシース温度計３を装着したものであり、保護管２の内周面２０とシース温度計３のシース外周面３１との間に隙間４が設けられ、この隙間４の軸方向所定位置に、保護管２の内周面２０に当接する大径コイル部５１と、シース温度計３のシース外周面３１に当接する小径コイル部５２とを少なくとも備えたコイルばね５が設けられていることを特徴としている。

シース温度計３は、従来から公知の種々の用途に応じた各種シース熱電対やシース測温抵抗体などを適用することができる。保護管２も、シース熱電対やシース測温抵抗体などとともに従来から使用されている公知のものを適用することができる。

本例では、流体９０が流通する配管壁９に保護管２が貫通状態で固定され、内側のシース温度計３で流体９０の温度を測定する。保護管２は、配管壁９の外面に固定部材９１を介して基端側が溶接固定されている。保護管２の開口部の内周面には雌ネジ部２１が形成されており、シース温度計３の対応する基端側の位置に形成された雄ネジ部３２を螺合して固定されるとともに、軸方向途中位置に上記コイルばね５が保護管２との間に介装され、先端側の振動が防止されている。ただし本発明は、このような形態に何ら限定されるものではない。

コイルばね５は、図２に示すように、シース温度計３に固定される先端部にシース外周面３１に密着する小径コイル部５２が設けられ、該小径コイル部５２から基端側に向けて次第に径が大きくなり、基端部に保護管内周面２０に密着する大径コイル部５１が設けられている。コイルばね５の素材は、ステンレス等の金属線材より構成され、測温対象の温度域に応じて適宜選択できる。熱伝導の優れた金属材料とすれば、当該コイルばね５を介して保護管２からシース温度計３に効率よく熱伝達することができる点で好ましい。

大径コイル部５１と小径コイル部５２は、ともに一巻き以上の巻き数が保護管２やシース温度計３に対して安定保持できる点で好ましく、二巻き以上がより好ましい。発生する振動に応じて金属線材の種類や径を適宜設定することができる。本例では、小径コイル部５２を先端側、大径コイル部５１を基端側としているが、反対に向けて設けることも可能である。ただし、シース温度計３の取り付け作業を考慮すると、本例のように小径コイル部５２を先端側に向けることが好ましい。

コイルばね５は、シース温度計３の取り付けの際に少なくとも基端側へ移動しないように、小径コイル部５２がシース外周面３１上に溶接等により固定されている。シース温度計３は、コイルばね５が装着された状態で、保護管２内に挿入して取り付けられる。図３はその取り付け作業を示す説明図である。図３に示すように、シース温度計３をコイルばね５の巻き方向、すなわち右回ししながら保護管２の内部に挿入すると、コイルばね５が縮径するように弾性変形し、容易に挿入することができる。所定の位置まで挿入し、回転を止めて放す（自由にする）と、コイルばね５が拡径し、保護管内周面２０に強固に密着する。

コイルばね５が備える大径コイル部５１、小径コイル部５２の数は特に限定されず、それぞれ軸方向に複数の位置に設けることもできる。また、本実施形態ではシース温度計３の外周面３１上にコイルばね５を１つのみ設けた例について説明したが、シース温度計３や保護管２の長さ、用途、種類に応じて、長手方向に複数のコイルばねを設けることも好ましい例である。

次に、図４〜図７に基づき、本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態のコイルばね５は、図４に示すように、大径コイル部５１に対してシース外周面３１に固定される小径コイル部５２と反体側に、第２の小径コイル部５２Ａを設けたものである。これにより、コイルばね５１の姿勢が安定し、制振性が高まるとともに、シース温度計３の取り付け時の操作性も向上する。すなわち、両方の小径コイル部５２、５２Ａによってコイルばね５がシース温度計３と同軸の状態に安定保持され、保護管２とも同軸状になるように振動を抑える効果が高まり、取り付け作業の際にも大径コイル部５１が暴れることなく安定するため、スムーズに挿入することが可能となる。

第２の小径コイル部５２Ａはシース外周面３１上に固定されず、当接状態で軸方向及び回転方向に相対移動可能な状態とされている。本実施形態のようにコイルばね５の大径コイル部５１に対するコイル軸方向両側のうち、一方の側にシース外周面上に固定される小径コイル部５２が存在し、他方の側にさらにコイル部が延設されていても、シース外周面３１上に固定されない状態とされることが好ましい。大径コイル部５１に対して両側に小径コイル部が存在し、これら双方がシース外周面に固定されていると、コイルばね５のねじれ方向の動きが規制されてしまい、取り付け／取り出し時にシース温度計３を回転させても径が小さくならず、操作性が低下してしまうからです。他方をフリーとしておけば、これを回避できる。

図５は、後端側の小径コイル部５２Ａをシース外周面３１に固定し、先端側の小径コイル部５２は固定せずにフリーとした変形例である。先端側に小径コイル部５２が存在するので、後端側で固定してもシース温度計３の取り付け作業をスムーズに行うことができるため、好ましい実施形態である。ただし、図５の例では保護管２への挿入の際、シース温度計３をコイルばね５の巻き方向と反対側、すなわち左回ししながら挿入することになる。コイルばね５の巻き方向を反対にすれば、挿入の際、第１実施形態と同様、右回しで挿入することが可能となる。

また図６は、シース外周面３１上に形成した突起部７、７Ａの間に、コイルばね５を係止させた変形例である。本例では突起部７、７Ａ間にコイルばね５を軸方向に拘束した例であるが、コイルばね５の全体が所定距離だけ軸方向に自由に移動できるように突起部７、７Ａをより間隔をあけて形成し、その間にコイルばね５を装着することも可能である。本例では、コイルばね５の先端部を屈曲させ、シース温度計３を右回しした際にコイルばね先端部が突起部７に回転方向に係止されて一体的に右に回転されるように構成している。コイルばね５の後端部を屈曲させて同様に突起部７Ａに回転方向に係止されて一体的に左回転されるように構成してもよい。この場合、保護管２への挿入の際、シース温度計３をコイルばね５の巻き方向と反対側、すなわち左回ししながら挿入することになる。

また、図７に示すように、大径コイル部を二つの大径コイル部５１Ａ，５１Ｂとし、間に第三の小径コイル部５２Ｂを設けたものも好ましい例である。このように大径コイル部を間を空けて２位置に設けることで、コイルばね５がより安定する。

次に、図８〜図１１に基づき、本発明の第３実施形態を説明する。

本実施形態では、図８に示すように、コイルばね５とともにシース外周面３１に固定される振れ止めリング６が併設されている。振れ止めリング６自体は、従来から公知のものを広く採用できる。コイルばね５は、高周波を効率よく低減できるが、低周波の大きな振動は時間がかかる。コイルばねの線径を太くすれば時間を短縮できるが、振れ止めリング６も、このような大きな振動を効率よく小さな振動にすることができる。

そこで、このような大きな低周波の振動を伴うような状況の場合には、本実施形態のように振れ止めリング６を併設することで、大きな振動を振れ止めリングで効率よく小さい振動にしたうえ、コイルばね５でさらに当該高周波を効率よく低減させ、全体として効率よく振動を抑制することができる。コイルばね５と併用なので、振れ止めリング６は従来のように早期に磨耗し、ガタが大きくなってしまうことも回避できる。

図８の例は、第１実施形態のコイルばね５の先端側に、振れ止めリング６を併設したものであり、図９の例は、第２実施形態のコイルばね５の先端側に、振れ止めリング６を併設したものである。いずれもコイルばね５と振れ止めリング６をそれぞれ独立にシース外周面３１に固定しているが、例えば図１０に示すようにコイルばね５の小径コイル部５２を、シース外周面３１に固定される振れ止めリング６に対して溶接等で固定したものも好ましい。これにより部品の管理やシース外周面上への取り付け作業も容易となる。

また、図１１に示すように、振れ止めリング６をコイルばね５の係止用の突起部７Ａとして機能させることもでき、特に大径コイル部５１を係止することができる。さらに、図示しないが、これらコイルばね５と振れ止めリング６を互いに軸方向に離れた位置に設けることも勿論可能であり、それぞれが狙いとする振動を抑制するのに好ましい位置に設けることが好ましい。本例では、上述した図６の例と同様、コイルばね５の先端部を屈曲させ、シース温度計３を右回しした際にコイルばね先端部が突起部７に回転方向に係止されて一体的に右に回転されるように構成している。コイルばね５の後端部を屈曲させて同様に突起部７Ａとしての振れ止めリング６に回転方向に係止されて一体的に左回転されるように構成してもよい。

次に、図１２及び図１３に基づき、本発明の第４実施形態を説明する。

本実施形態のコイルばね５は、図１２に示すように、保護管２の内周面２０に当接する大径コイル部５１をより多数の巻き数として、大径コイル部５１が比較的長くなるように構成したものである。これにより隙間４の軸方向に長い領域にコイルばね５の大径コイル部５１が存在することになり、コイルばね５１の姿勢がより安定化し、制振性についてもより高めることが可能となる。また、このように隙間４の軸方向に長い領域に大径コイル部５１を装着する場合、コイルばね５が保護管２の内周面から受ける抵抗力もトータルで大きくなるが、比較的細い線径の柔らかいコイルばねとして構成することで、抵抗力を小さく抑え、スムーズな挿入性を確保できる。

このような比較的線径の細いコイルばね５は、隙間４が狭い場合にも有効である。すなわち、本例のような大径コイル部５１が比較的長く、かつ線径が比較的細いコイルばね５は、狭い隙間４に対する挿入性を確保しつつ、軸方向に長いことから十分な制振性も維持することが可能となる。

本例では、図１２（ａ）に示すように、隙間４のうち軸方向所定位置として保護管２が流体に曝されて振動を受ける突出部位に対応する領域すべてにわたる位置、すなわち保護管２内のシース温度計３の先端位置から配管壁９までの領域にわたる位置に、当該領域にわたる長さを有する長尺なコイルばね５が設けられている。本例のコイルばね５は、上記した第２実施形態と同様、大径コイル部５１に対してシース外周面３１に固定される小径コイル部５２と、その反体側に、第２の小径コイル部５２Ａを設けたものである。

ただし、第２実施形態と異なり、大径コイル部５１は多数巻で長尺に構成され、その両端側に少数巻き（本例では約２巻き）の小径コイル部５２、５２Ａが設けられた構造である。小径コイル部５２は、シース温度計３の先端封止部の外周面３１にレーザー溶接等で固定され（符号８は当該溶接部）、第２の小径コイル部５２Ａはシース外周面３１上に固定されず、当接状態で軸方向及び回転方向に相対移動可能な状態とされている。

なお、同じような長尺なコイルばね５であって、大径コイル部５１として本例のように多数巻きのものを一つ設けるかわりに、間に小径コイル部を介して２つ以上、大径コイル部５１を設けてもよい。また、同じく長尺なコイルばね５であって、第１実施形態と同様、第２の小径コイル部５２Ａを省略したものでもよい。また、図１３に示すように、同じく多数巻きの大径コイル部５１よりなり、隙間４の軸方向所定位置としてほぼ全域にわたる位置に、当該ほぼ全域にわたる長さを有するコイルばね５を設けたものも好ましい例である。

その他、小径コイル部５２は固定せずに第２の小径コイル部５２Ａ側を固定したり、シース外周面３１上に形成した突起部の間に、コイルばね５を係止させたものや振れ止めリングを併設したものなど、上述の各実施形態で説明した各種変形例と同様に構成することも勿論可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１ 温度測定装置
２ 保護管
３ シース温度計
４ 隙間
５ コイルばね
６ リング
７、７Ａ 突起部
８ 溶接部
９ 配管壁
２０ 内周面
２１ 雌ネジ部
３１ 外周面
３２ 雄ネジ部
５１、５１Ａ、５１Ｂ 大径コイル部
５２、５２Ａ、５２Ｂ 小径コイル部
９０ 流体
９１ 固定部材

Claims (5)

1. 保護管内にシース温度計を装着してなる温度測定装置であって、
   保護管の内周面と前記シース温度計のシース外周面との間に隙間があり、
   該隙間の軸方向所定位置に、保護管の内周面に当接する大径コイル部、及びシース温度計のシース外周面に当接する小径コイル部を少なくとも備えるコイルばねを設けてなることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記コイルばねが、少なくとも基端側へ移動しないように前記シース外周面上に係止される、又は前記小径コイル部がシース外周面上に固定されている請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記コイルばねの前記大径コイル部に対するコイル軸方向両側のうち、一方の側に前記シース外周面上に固定される前記小径コイル部が存在し、他方の側はさらにコイル部が延設されていても、シース外周面上に固定されない状態とされる請求項２記載の温度測定装置。
4. 前記他方の側に第２の小径コイル部が存在し、該第２の小径コイル部はシース外周面上に固定されず、当接した状態で軸方向及び回転方向に相対移動可能な状態とされている請求項３記載の温度測定装置。
5. シース外周面に固定される振れ止めリングが併設されている請求項１〜４の何れか１項に記載の温度測定装置。

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