JP2019191157A - センサコネクタ付きスリーブ及び導管にセンサを取り付けるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導管内に切屑が達することがないために、高純度が求められるアプリケーション、例えば燃料電池用の水素導管の場合にも、しかも、手間と高いコストを要する後処理なしに、使用することができる導管用のセンサコネクタを創作する。【解決手段】スリーブ７内に、センサ受け又はセンサハウジング受け３と、センサ受け又はセンサハウジング受け３をスリーブ７の内部と連結するスリーブ穴５とが組み込まれている。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１に記載のセンサコネクタ付きスリーブ、請求項６に記載のその種のスリーブを備えた導管及び請求項１３に記載の導管にセンサを取り付けるための方法に関する。

導管内の流体流れは、例えば当該温度、当該圧力又は当該組成をチェックするために、センサによって監視されなければならない。そのために、従来の技術によれば、当該センサは当該流体流れと少なくとも間接的に接触させられる。当該センサはアダプタを介して当該導管に連結される。当該アダプタは、センサ先端部を案内し得る穴を有している。当該センサ先端部が当該流体と接触し得るようにすべく、当該アダプタが当該導管に載設され、続いて、当該アダプタの当該穴を経て当該導管に穴があけられ、こうして、その後、当該センサ先端部は当該アダプタ及び当該導管に設けられた二つの穴を介して当該導管の当該内部又は当該導管内を誘導される当該流体の内部へ突出することができる。

ただし、この場合、管又は導管に穿孔する際に発生する切屑及び穿孔に際して場合によって使用される潤滑剤が当該導管内に達し、これによって、当該導管の汚損及びこれらの不純物による当該流体の富化が生ずるという問題が発生する。そのために、この種のセンサコネクタは、高純度が求められる一定のアプリケーション例えば燃料電池用の水素導管には、全く使用不能であるかもしくは手間と高いコストを要する浄化の後でしか使用できない。

そこで、本発明の目的は、導管内に切屑が達することがないために、高純度が求められるアプリケーション例えば燃料電池用の水素導管の場合にも、しかも、手間と高いコストを要する後処理なしに、使用することができる導管用のセンサコネクタを創作することである。加えてさらに、高純度が求められるアプリケーションに適したセンサコネクタ付き導管を開示することも本発明の目的である。最後に、導管が汚損されないようにしてセンサを導管内に組み入れることのできる方法を開示することも本発明の目的である。

本発明によれば、上記目的は、請求項１に記載の特徴を有するセンサコネクタの組み込まれたスリーブ、請求項６に記載の特徴を有する導管及び請求項１３に記載の特徴を有する方法によって達成される。

好適な実施態様は従属請求項に記載の特徴によって判明する通りである。

本発明によるスリーブは、当該スリーブ内にセンサ受け又はセンサハウジング受けと、当該センサ受け又はセンサハウジング受けを当該スリーブの当該内部と連結するスリーブ穴とが組み込まれていることを特徴とする。

スリーブとは二つの導管又は導管要素を中断なく連結するための管状の部品であり、そのために当該導管要素は当該スリーブ内に差し込まれて（流体導通）連結される。当該センサ受け又はセンサハウジング受けは一つの穴によって当該スリーブの当該内部と連結されている。当該導管が当該センサ組付け箇所で二つの導管部に分割されて、当該導管部が当該スリーブによって連結される場合には、上述した当該汚損が生ずる危険は存在しない。すなわち、一方において、当該スリーブ内には当該穴が既に存在しており、それゆえ、該穴はもはや、汚れを発生する加工方法を用いて製造されるには及ばない。他方において、当該分割箇所で当該導管部に生じ得る汚損は、連続した一つの導管に穿孔する際に発生する切屑等に比較して、はるかに容易に除去することが可能である。

以下の文言中では、もはや、センサ受けとセンサハウジング受けとは区別されない。したがって、別段の記載がない限り、当該記述は常に双方の仕様（ハウジング付き又はハウジングなしのセンサ受け）に関係することとする。

本発明において、導管は、当該導管の軸方向延伸（長手方向延伸）が二つの導管部に分割され、当該導管部が本発明によるスリーブを通して連結され、その際、当該導管部は当該スリーブ内で互いに間隔ａを保って配置されていること、を特徴とする。

当該導管内を誘導される流体の特性を当該センサによって測定するために、センサを導管に取り付けるための本発明による方法は、ａ）当該導管が二つの導管部に分割されるか又は当該導管が分割された二つの導管部から形成され、ｂ）当該導管部が本発明によるスリーブ内に差し込まれて、当該導管部の間に間隔ａが保持され、ｃ）センサが当該スリーブのセンサ受け又はセンサハウジング受け内に挿入されることを特徴とする。

本発明によるスリーブの第一の発展態様において、当該スリーブ穴は、従来のように当該スリーブを貫いてセンサを流体流れのうちにもたらすために、当該スリーブの軸方向延伸線又は長手方向延伸に対して垂直をなして延びるように形成されていてよい。

本発明によるスリーブの上記発展態様において、当該センサハウジング受けと当該スリーブ穴とが当該スリーブの軸方向延伸線に対して垂直にかつ同軸をなして延びていれば、穿孔による特に容易な製作が可能である。

上記発展態様による本発明によるスリーブが、当該スリーブの当該内部における当該スリーブ穴の当該開口の両端にそれぞれ、一方の導管部用の一つの当該導管断面狭縮ストッパを有していれば、当該導管部をそれぞれの当該ストッパに達するまで当該スリーブ内に挿入又は差し込むことにより、当該センサ用の当該開口を塞ぐことなく、当該導管部を容易に組付けることが可能である。

本発明によるスリーブが、別途発展態様において、当該スリーブ穴の領域において、挿入される導管部の当該内径に等しい内径を有していれば、当該導管部の端縁部において乱流が生ずることはなく、これによって、圧力損失が制限されると共に、当該センサの測定結果の偽化の回避が強化される。

例えば、水素又はその他の攻撃性媒体が当該スリーブ及び当該導管内を流されることとなる場合には、当該スリーブ及び／又は当該導管ないし導管部の製造に、とりわけ、好ましくは当該材質番号１．４４３５のニッケル安定化特殊鋼が適している。こうして、特別に、水素脆化に対する耐性を達成することが可能である。当該材質１．４４３５の他に、当該材質１．４４０４も好適に使用することが可能である。

センサが導管内に差し込まれる必要がある場合には、当該導管の軸方向延伸が二つの導管部に分割され、双方の導管部が当該スリーブを通して連結されることによって、当該スリーブを当該導管に組み込むことができる。当該双方の導管部は当該スリーブに差し込まれたそれらの端縁部の間に一定の間隔ａが保持されるようにして配置され、こうして、それらの端縁部の間に一つの（環状）隙間が形成される。当該スリーブ穴の当該開口はこの隙間内に位置させられる必要があろう。好ましくは、当該二つの導管部の間の当該間隔は少なくとも当該スリーブ穴の当該直径と同じ大きさであり、かつ、当該双方の導管部は、好ましくは、それらがそれぞれ一つの（特に同じ）断面狭縮ストッパに当接することにより、当該スリーブ内で当該スリーブ穴の両端で終止する。

当該センサハウジング受けは、封止のために、センサ又はブラインドプラグと結合することができる。好ましくは、当該センサハウジング受けは、当該センサ（当該センサハウジング）が螺挿される又は螺挿可能な雌ねじを有する。

当該導管部と当該スリーブとを確実に連結するために、さらに、当該導管部が、材料一体接合により、最も好ましくは溶接材料１．４４３０によるＷＩＧ溶接によってつくり出された、好ましくはそれぞれ溶接継ぎ目によって、当該スリーブと接合されているようにすることができる。

当該製造に際し、スリーブ内に、当該センサハウジング受け用の一つの穴と、当該センサハウジング受けを当該スリーブの当該内部と連結する一つのスリーブ穴とが設けられる。先ず当該スリーブ穴が穿孔され、続いて、当該センサハウジング受けが形成されれば、容易に同軸的製造が保証されることとなる。当該スリーブを３Ｄプリント法によって製造することも考慮に値する。

続いて、当該図面を参照して、本発明を例示的に説明する。各図は以下を示す。

従来の技術による導管に付されたセンサコネクタを示す図である。 二分割式の導管に接続された本発明によるスリーブの断面を示す図である。 図２に示した本発明によるスリーブを備えた完全な導管を示す図である。 図３に示した導管の別途の図である。

図１は、載設された独立したセンサアダプタ２を有する従来の技術による管又は導管１を示しており、当該センサアダプタは、導管１に相補係合して付設され、（材料一体接合によって）導管１に接合可能に、構成されている。センサアダプタ２内には、雌ねじ４を具備した止まり穴として形成されたセンサハウジング受け３が位置している。穴５は、センサハウジング受け３と同軸をなし、センサアダプタ２を貫通している。センサアダプタ２が導管１と接合されていれば、穴５は、センサアダプタ２と相反する側で、導管１内に開口する。ここで、従来の技術によれば、この種の接合に際し、導管１に、好ましくはセンサアダプタ２内に設けられた穴５を介して導管穴６が穿孔され、こうして、その後に取り付けられたセンサは導管１内の流体と接触することができる。ただし、この場合、切屑及びその他の不純物が導管１内に達し得る。

図２は、二分割式の導管１と接合された本発明によるスリーブ７の断面を示す図である。導管１は二つの導管部１．１、１．２から構成されている。双方の導管部１．１、１．２はスリーブ７によって接合されており、その際、スリーブ７内に差し込まれる双方の導管部１．１、１．２のそれぞれの端部は相互の間隔ａを保って配置されている。スリーブ７内には、導管部１．１、１．２の差し込み方向に対して垂直をなして、センサハウジング受け３が位置している。該センサハウジング受けは、止まり穴と、図中不図示のセンサ又はセンサハウジングを螺挿するための雌ねじ４とからなっている。センサハウジング受け３と同軸をなして一つのスリーブ穴５が延びており、該スリーブ穴は、導管部１．１、１．２が差し込まれたスリーブ７の当該内部を当該センサ受け又はセンサハウジング受け３と連結する。双方の導管部１．１、１．２の間の間隔ａは、センサヘッドが導管１内の流体と接触し得るように、好ましくは、スリーブ穴５の当該直径と少なくとも同じ大きさである。そのため、双方の導管部１．１、１．２はスリーブ７内で、図示したように、スリーブ穴５の両端で終止していることも不可欠である。

そのため、オプショナルに、ただし不図示であるが、スリーブ７内において、スリーブ穴５の当該開口の両端に、当該導管断面を狭めるストッパが設けられていてよい。当該ストッパ（単数／複数）は、当該スリーブの当該内部が外側領域でのみ、導管部１．１、１．２の受容を可能とする直径を有する一方で、スリーブ穴５の領域の直径がそれより小さいことによって生じ得る。スリーブ穴５の領域の当該直径が導管部１．１、１．２の当該内径と大略同じであれば、端縁部の拡張及び縮小による不整がある場合に生ずる流体の乱れは生じない。スリーブ７は、差し込みスリーブ、接着スリーブ、プレススリーブ又はねじスリーブであってよい。

図３及び４は、特に、燃料電池用の水素導管のタイプの湾曲導管１における本発明によるスリーブ７を示している。同図は、従来の技術によれば生ずると考えられる難点を明確にしている。もしも導管１が当該センサ受容箇所で穿孔されるとすれば、導管１から当該切屑及び潤滑剤を再び取り除くには相当なコストをかけなければならないことになろう。本発明によるスリーブ７は当該取付け前に十分に浄化することが可能であるため、導管１内に汚れが侵入する危険は存在しない。同じことは、当該導管端縁部が、本発明の範囲において好適な方途によって可能なように、もともと連通している一本の導管の分割によって生ずる限りで、導管部１．１、１．２の当該端縁部にも当てはまる。

例えば、燃料電池システム用の水素導管への使用と関連したスリーブ７の当該製造には、特に、材質番号１．４４３５又は１．４４０４のニッケル安定化特殊鋼が適している。

製造のために、好ましくは、鋳造及び／又は旋盤加工されたスリーブ７に、外側から、導管部１．１、１．２の差し込み方向に対して垂直に、止まり穴が穿孔される。当該止まり穴を介して、中心部に、小さな直径のスリーブ穴５がスリーブ７を貫いて穿孔される。当該穿孔は逆の順序で行われてもよい。当該止まり穴に雌ねじ４が切り込まれる。続いて、スリーブ７から切屑及び潤滑剤が取り除かれて浄化される。

双方の導管部１．１、１．２が、スリーブ穴５が塞がれないようにして、両端からスリーブ７内に差し込まれる。続いて、好ましくは、双方の導管部１．１、１．２がスリーブ７と、スリーブ７の軸方向外側の隅部ではんだ接合又は溶接接合される。図２に示した溶接継ぎ目８参照。この場合、溶接材料としての当該材料１．４４３０を使用したＷＩＧ溶接法を適用することが可能である。次いで、雄ねじを具備したセンサ（ハウジング）を雌ねじ４に螺挿することができる。当該温度センサの場合には、スリーブ穴５を通して、当該センサヘッドをスリーブ７の当該内部にまで押し込むことができる。圧力センサの場合には、スリーブ穴５を通して、当該スリーブ内部とセンサハウジング受け３との連通が行われれば十分である。

オプショナルに、センサハウジング受け３とスリーブ穴５とは、同軸をなして延びていなくとも及び／又は平行をなして延びていなくともよい。とりわけ、３Ｄプリントによって多様なジオメトリの製造が可能である。当該３Ｄプリントのさらなる利点は、切屑が生ずることがなく、穿孔手段も必要とされないために、当該浄化ステップを不要とすることができる点である。

１ 導管
１．１ 導管部
１．２ 導管部
２ センサアダプタ
３ センサハウジング受け
４ 雌ねじ
５ スリーブ穴
６ 導管穴
７ スリーブ
８ 溶接継ぎ目
ａ 間隔

Claims (14)

1. 当該スリーブ（７）内に、センサ受け又はセンサハウジング受け（３）と、前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）を前記スリーブ（７）の当該内部と連結するスリーブ穴（５）とが組み込まれていることを特徴とするスリーブ（７）。
2. 前記スリーブ穴（５）は、前記スリーブ（５）の軸方向延伸線に対して垂直に延びていることを特徴とする、請求項１に記載のスリーブ（７）。
3. 前記スリーブ穴（５）と前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）とは互いに平行をなして、好ましくは互いに同軸をなして、延びていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスリーブ（７）。
4. 前記スリーブ（７）は、前記スリーブ（７）の当該内部において、前記スリーブ穴（５）の開口の両端にそれぞれ一つの導管部（１．１、１．２）用の当該導管断面を狭めるストッパを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のスリーブ（７）。
5. 前記スリーブ（７）は、ニッケル安定化特殊鋼、好ましくは、材質番号１．４４３５又は１．４４０４、から成っていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のスリーブ（７）。
6. 当該導管（１）はその軸方向延伸が二つの導管部（１．１、１．２）に分割されて、双方の導管部（１．１、１．２）が当該スリーブ（７）によって連結され、その際、双方の導管部（１．１、１．２）は互いに間隔ａを保って配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
7. 前記双方の導管部（１．１、１．２）間の前記間隔ａは、少なくとも、前記スリーブ穴（５）の直径と同じ大きさであり、前記双方の導管部（１．１、１．２）は、当該スリーブ（７）内において、前記スリーブ穴（５）の両端で終止していることを特徴とする、請求項６に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
8. 前記スリーブ（７）は、前記スリーブ穴（５）の領域において、縮小した内径を有し、該内径は、基本的に、前記導管部（１．１、１．２）の内径に等しいことを特徴とする、請求項６又は７に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
9. 前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）にセンサが結合されており、その際、好ましくは、前記センサハウジング受け（３）は、前記センサが螺挿された又は螺挿可能な雌ねじ（４）を有することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
10. 前記導管（１）は、好ましくは燃料電池用の、水素導管であることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
11. 前記導管部（１．１、１．２）は、好ましくは、それぞれ周回溶接継ぎ目（８）によって、最も好ましくは溶接材料１．４４３０によるＷＩＧ溶接によって、前記スリーブ（７）と材料一体接合されていることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載のスリーブ（７）を備えた導管（１）。
12. 前記スリーブ（７）内に、前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）用の穴と、前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）を前記スリーブ（７）の当該内部と連結するスリーブ穴（５）とが穿孔されるか、又は、
    前記スリーブが３Ｄプリントによって製造されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のスリーブ（７）によるセンサコネクタ製造方法。
13. 前記導管（１）内を誘導される流体の特性をセンサによって測定すべく、導管（１）にセンサを取り付けるための方法であって、
    ａ）前記導管（１）が二つの導管部（１．１、１．２）に分割されるか又は前記導管が分割された二つの導管部（１．１、１．２）から形成され、
    ｂ）前記導管部（１．１、１．２）が、請求項１から５のいずれか一項に記載のスリーブ（７）内に、前記導管部（１．１、１．２）の間に間隔（ａ）が残されるようにして差し込まれ、
    ｃ）前記スリーブ（７）の前記センサ受け又はセンサハウジング受け（３）内にセンサが挿入される
    ことを特徴とする方法。
14. 前記導管部（１．１、１．２）と前記スリーブ（７）とが、好ましくはそれぞれ周回溶接継ぎ目（８）によって、互いに材料一体接合されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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