JP3706856B2 - 液面センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばボイラや吸収冷凍機において、その液面の制御等を行う場合などに用いられる液面センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばボイラ内に収容された液体（水）の高さ（液面レベル）を検出するために、いわゆる液面センサが使用されている（特許文献１参照）。
この種の液面センサには、図５に示す様に、その軸中心に、液面に接すると電流が流れる棒状の中心電極１０１が配置されている。また、中心電極１０１は、その先端側（図の下方）に、中心電極１０１を絶縁するための筒状のセラミック部材１０３が外嵌され、その基端側（図の上方）に、筒状の金属製の（ナット１０５等が取り付けられる）ネジ部材１０７が外嵌されている。
【０００３】
そして、中心電極１０１の基端側の端面とネジ部材１０７の基端側の端面とは、中心電極１０１とネジ部材１０７との導通を得るために、即ち、中心電極１０１と図示しないリード線や検出回路との導通を得るために、通常は、半田（又はろう材）１０９により接合されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４８０９７号公報 （第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の液面センサにおいては、図５に示す様に、中心電極１０１の基端側の端面が、ネジ部材１０７の基端側の端面より引き下がっているので、半田１０９にて接合する際に、半田１０９が中央のくぼみ（中心電極１０１の引き下がりによる凹部）１１１に十分に流れ込まないことがある。
【０００６】
そのため、中央のくぼみ１１１にて、半田１０９と中心電極１０１の基端側の端面との間に隙間１１３ができてしまい、中心電極１０１とねじ部材１０７との間に導通不良が生じることがある。その結果、液面センサとしての機能を発揮できないことがあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、確実な導通を実現して、常に液面センサの機能を発揮できる液面センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、筒状の電極用セラミック部材と該電極用セラミック部材に嵌挿される中心電極（例えば液面レベルの軸方向に伸びる電極棒）とを用いて、液面レベルを検出する液面センサにおいて、前記中心電極の基端側（即ち先端側と反対側）にて、該中心電極に外嵌する筒状の金属製の外嵌部材（例えばネジ部材）を備えるとともに、前記中心電極の基端側の端部（例えば端面）の高さが前記外嵌部材の基端側の端部（例えば端面）の高さと一致するか、又は、前記中心電極の基端側の端部が前記外嵌部材の基端側の端部よりも突出しており、更に、前記中心電極の基端側の端部と前記外嵌部材の基端側の端部とが、導電性を有する接合材によって接合していることを特徴とする液面センサを要旨とする。
【０００９】
本発明では、中心電極の基端側の端部の高さは、外嵌部材の基端側の端部と同じか（例えば図３参照）、それよりも突出して高くなっており（例えば図４参照）、しかも、両端部は、導電性を有する接合材により接合されている。
つまり、本発明では、中心電極が外嵌部材に対して従来より露出しており、中心電極の基端側にくぼみが無いので、接合材による接合の際に、接合材と中心電極との間に空洞が発生しない。そのため、接合材による確実な接合ができるので、中心電極と外嵌部材との間における確実な導通が実現できる。よって、常に、液面センサの機能を発揮することができる。
【００１０】
また、例えば半田やろう材等の金属材料の接合材を加熱により溶融させる場合には、中心電極の基端側の端部が十分に露出しているので、半田ごて等を中心電極に接触させる予備加熱を適正に行うことができる。よって、接合材の濡れ性が向上し、その点からも、接合した際に空洞が発生しにくくなり、容易に導通を確保することができる。
【００１１】
（２）請求項２の発明は、前記接合材は、半田又はろう材であることを特徴とする前記請求項１に記載の液面センサを要旨とする。
本発明は、接合材を例示したものであり、この様な接合材を用いることにより、加熱及び冷却により、容易に中心電極と外嵌部材とを接合するとともに、導通を確保することができる。
【００１２】
（３）請求項３の発明は、前記接合材により、前記中心電極と前記外嵌部材との間を気密して接合したことを特徴とする前記請求項１又は２に記載の液面センサを要旨とする。
本発明では、前記接合材により、中心電極と外嵌部材との隙間を密閉して気密するので、例えばボイラ内の蒸気等が、液面センサの先端側から基端側に漏出することを防止できる。
【００１３】
（４）請求項４の発明は、前記外嵌部材は、その外周にネジが形成されたネジ部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の液面センサを要旨とする。
本発明は、外嵌部材を例示したものであり、外嵌部材が、その外周にネジが形成されたネジ部材である場合には、ネジにナット等を取り付けることにより、例えばリード線等の接続を容易に行うことができる。
【００１４】
（５）請求項５の発明は、前記電極用セラミック部材と前記外嵌部材とを、無機質又は有機質の接着剤により接合したことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の液面センサを要旨とする。
本発明では、電極用セラミック部材と外嵌部材とが接着剤により接合されているので、液面センサの組付けを簡易化できるとともに、例えばボイラ内の蒸気等が、電極用セラミック部材と外嵌部材との隙間より外部に漏れることを防止できる。
【００１５】
（６）請求項６の発明は、前記電極用セラミック部材の基端側の端面と前記外嵌部材の外周から突出する鍔部の前記電極用セラミック部材側の端面とが、前記接着剤によって接合していることを特徴とする前記請求項５に記載の液面センサを要旨とする。
【００１６】
本発明は、電極用セラミック部材と外嵌部材とを接合する構成を例示したものである。これにより、電極用セラミック部材と外嵌部材との接合位置を固定できるとともに、接合距離を長くとることができるため、蒸気等の漏れを一層防止することができる。
【００１７】
（７）請求項７の発明は、前記液面センサは、ボイラ又は吸収冷凍機における液面レベルの検出用であることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の液面センサを要旨とする。
本発明は、液面センサが用いられる対象（用途）を例示したものである。
【００１８】
つまり、上述した液面センサを用いることにより、ボイラ内や（アンモニア吸収式又は臭化リチウム吸収式等の）吸収冷凍機内の様な過酷な環境下であっても、長期間にわたり液面レベルを正確に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の液面センサの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
本実施例の液面センサは、ボイラにおける液面レベル（水位）を検出するために用いられるものである。
【００２０】
ａ）まず、本実施例の液面センサについて説明する。
図１に示す様に、本実施例の液面センサ１は、金属（例えばステンレス）製のボイラ（例えば高圧ボイラ）３を貫く様に配置されており、ボイラ３内には、高温高圧の状態にて水５が収容されている。
【００２１】
前記液面センサ１は、電極用セラミック部材７と中心電極９と外嵌部材としてのネジ部材１０とを備えている。このうち、中心電極９は、その先端側（同図下方）には、絶縁のために電極用セラミック部材７が外嵌され、その基端側（同図上方）には、導通を得るために金属製のネジ部材１０が外嵌されている。そして、中心電極９の先端は、所望の報知すべき液面（水面）の位置となるように設定されている。
【００２２】
また、液面センサ１の中心電極９の基端側（詳しくはネジ部材１０）とボイラ３の外壁１１とは、電気回路１３により電気的に接続されており、その電気回路１３には、電気回路１３に流れる電流を測定する測定器（例えば電流計）１５と電源１７とが配置されている。
【００２３】
ｂ）次に、前記液面センサ１の構造を更に詳しく説明する。
図２に一部破断して示す様に、液面センサ１は、長尺の棒状の部材であり、主として、長尺の円筒形の電極用セラミック部材７と、電極用セラミック部材７の（軸中心を貫く）貫通孔２１に嵌挿された棒状の中心電極９と、中心電極９に外嵌された長尺の円筒形のネジ部材１０と、電極用セラミック部材７に外周に固定された筒状の主体金具２３とからなる。
【００２４】
前記電極用セラミック部材７は、アルミナ純度９２．０重量％以上のセラミック材料からなり、その外周の一部に環状の凸部２５を備えている。
前記中心電極９は、導電性材（例えば軟鋼及びＳＵＳ３０４）からなり、その両端が電極用セラミック部材７の貫通孔２１から突出している。
【００２５】
前記ネジ部材１０は、黄銅からなり、中心電極９の基端側の細径部２２に外嵌するとともに、その先端側は、電極用セラミック部材７の貫通孔２１に内嵌している。
また、ネジ部材１０の外周には、円盤状の鍔部２７が形成されており、鍔部２７より更に基端側には、ネジ部２９が設けられ、ネジ部２９には、一対の座金３１、３３を挟んで一対の六角ナット３５、３７が螺合している。尚、このネジ部２９から電気回路１３に接続される構成となっている。
【００２６】
更に、電極用セラミック部材７の基端側の端面と、その端面と対向する鍔部２７の端面とは、例えばセメント等の無機接着剤や、樹脂等の有機接着剤により接合されている。
特に本実施例では、図３に示す様に、中心電極９の基端側の端面４０と、その外周を覆うネジ部材１０の端面４１とは、その高さが一致するように設定されており、しかも、両端面４０、４１は、接合材としての半田４５により覆われて一体に接合されている。
【００２７】
つまり、半田４５により、両端面４０、４１の表面だけでなく、中心電極９とネジ部材１０の隙間が覆われるようにして、中心電極９とネジ部材１０とが接合されており、これにより、中心電極９とネジ部材１０との導通が確保されるとともに、中心電極９とネジ部材１０の隙間が気密されている。
【００２８】
ここで、中心電極９とネジ部材１０とが金属製の部材であり、しかも、互いに嵌合するように配置されるにもかかわらず、半田４５により接合するのは、中心電極９とネジ部材１０と間の導通を一層確実なものとするためである。
尚、中心電極９の基端側の端部の外周は、テーパ状に形成されており、これにより、中心電極９とネジ部材１０の隙間に、半田４５が充填され易くなっている。
【００２９】
図２に戻り、中心電極９の先端側にも、ネジ部３９が設けられ、そのネジ部３９には、長尺の接続ナット（六角ナット）４３が螺合している。
この接続ナット４３には、中心電極９の軸方向に沿って並列に第１、第２ネジ５１、５３が取り付けられている。
【００３０】
前記主体金具２３は、金属製（例えばＳＵＳ３０４）の円筒状の部材であり、主体金具２３と電極用セラミック部材７との間には、板パッキン５５、線パッキン５７、５９、充填用粉末６１が配置され、主体金具２３の端部６３を加締めることにより、電極用セラミック部材７に固定される。
【００３１】
尚、主体金具２３の外周には、六角形に形成された六角部６５と、六角部６５より先端側にネジ山が形成されたネジ部６７とが設けられており、このネジ部６７をボイラ３の壁部１１のネジ孔（図示せず）にネジ込み、六角部６５をスパナ等で回すことにより、液面センサ１をボイラ３に固定することができる。
【００３２】
ｃ）次に、液面センサ１の動作について説明する。
本実施例の液面センサ１では、中心電極９の先端側が水面に接するまでは、電流が流れる回路が形成されないので、電気回路１３（従って電流計１５）に電流は流れない。
【００３３】
一方、水面が上昇して、中心電極９の先端が水５と接する状態となると、「ネジ部材１０−半田４５−中心電極９−水５−ボイラ３−電気回路１３」という閉回路が形成されるので、電気回路１３に電流が流れる。
よって、この電流（水位検知電流）を電流計１５で検出した場合には、水面が中心電極９に到達していると判断でき、一方、電流計１５で検出しない場合には、水面が中心電極９に到達していないと判断できる。
【００３４】
そして、液面センサ１を１個又は複数個（この場合は、検出したい液面の高さに対応して中心電極９の高低が異なるように設置したもの）用い、この液面センサ１により検知した水面の高さのデータに基づいて、水面の高さの制御を行うことができる。また、中心電極９の先端部に長尺の接続ナット４３を介して、長さの違う導電棒（例えばＳＵＳからなる棒材）を接続することにより、所望の水面の高さを検出して、同様に水面の高さの制御を行うことができる。
【００３５】
ｄ）次に、液面センサ１の製造方法について説明する。
・例えば、アルミナ材料（平均粒径０．１〜５μｍ）を所定量秤量し、有機溶剤を使用し、アトライターで、湿式強混合粉砕を２４時間行った。
・その後、乾燥を行い、パラフィンを添加し、５０ＭＰａ以上の圧力で、ラバープレスにより加圧成形を行った。
【００３６】
・次に、この加圧成型品を、筒状の電極用セラミック部材７の形状に削り加工した。
・脱脂処理後、大気雰囲気下にて、各焼成条件、例えば１５００〜１８００℃の温度で、４時間焼成を行った。
【００３７】
・次に、電極用セラミック部材７の貫通孔２１に中心電極９を嵌挿し、更に、基端側から、ネジ部材１０を中心電極９に外嵌するとともに、電極用セラミック部材７の貫通孔２１に嵌入した。
・次に、接着剤（セメント）を用いて、電極用セラミック部材７の基端側の端面に、ネジ部材１０の鍔部２７を接着した。
【００３８】
・次に、半田ごてによって中心電極９の基端側の端面４０を予備加熱した後に、中心電極９基端側の端面４０とネジ部材１０の基端側の端面４１を覆うように、Ｓｎ系の半田４５により接合した。
・次に、電極用セラミック部材７の外周に、パッキン５５〜５９等とともに主体金具２３を嵌め、主体金具２３の端部６３を加締めて電極用セラミック部材７に固定した。
【００３９】
・その後、中心電極９の両端に、六角ナット３５、３７等の付属金具を組み付けて、液面センサ１を完成した。
ｅ）次に、上述した構成を有する液面センサ１の効果について説明する。
本実施例の液面センサ１では、中心電極９の基端側の端面４０の高さは、ネジ部材１０の基端側の端面４１と同じ高さに設定され、その両端面４０、４１は、半田４５により接合されている。
【００４０】
つまり、本実施例では、中心電極９がネジ部材１０に対して従来より露出し、中心電極９の基端側にくぼみが無いので、半田４５と中心電極９の端面４０との間に空洞が発生せず、よって、半田４５による確実な接合及びそれによる導通の確保を実現することができる。
【００４１】
また、半田ごてを中心電極９に接触させる予備加熱を適正に行うことができるので、半田４５の濡れ性が向上し、その点からも、接合した際に空洞が発生しにくくなり、容易に導通を確保することができる。
更に、本実施例では、半田４５により、中心電極９とネジ部材１０との隙間が密閉されて気密されているので、ボイラ３内の蒸気等が、液面センサ１の先端側から基端側に漏出することを防止できる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４２】
図４に示す様に、本実施例の液面センサ７１は、中心電極７３の基端側（図の上方）の端面７５は、中心電極７３に外嵌するネジ部材７７の基端側の端面７９よりも高く（突出するように）設定されている。
そして、この両端面７５、７９を覆うように、半田８１が接合されており、これにより、中心電極７３とネジ部材７７とが接合するとともに、中心電極７３とネジ部材７７との隙間が気密されている。
【００４３】
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、中心電極７３の基端側の端面７５がネジ部材７７の基端側の端面７９よりも突出しているので、予備加熱が一層容易であり、作業性に優れているという利点がある。
（実験例）
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。
【００４４】
中心電極の基端側の端面とネジ部材の基端側の端面との高さが一致している液面センサ（下記表１の試料Ｎo.３）と、中心電極の基端側の端面がネジ部材の基端側の端面より高い液面センサ（表１の試料Ｎo.４、５）と、従来の中心電極の基端側の端面がネジ部材の基端側の端面より低い（引き下がっている）液面センサ（表１の試料Ｎo.１、２）とを、それぞれ１０個づつ製造した。
【００４５】
そして、中心電極の先端側とネジ部材との間の導通を、テスタを用いて調べた。具体的には、中心電極の先端側を強制的に左右に動かし、その場合におけるテスタの針の振れの状態を調べた。その結果を、下記表１に記す。尚、針が振れた場合には、導通が不良となったことを示している。
【００４６】
【表１】

【００４７】
この表１から明らかな様に、本発明の範囲内の実施例の試料Ｎo.３〜５は、確実な導通が得られるので、好適である（評価：○）。
それに対して、本発明の範囲外の比較例の試料Ｎo.１、２は、導通が不良となることがあるので、好ましくない（評価：×）。
【００４８】
尚、本発明は前記実施例になん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の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば半田に代えて、周知のろう材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の液面センサをボイラに取り付けた状態を示す説明図である。
【図２】 実施例１の液面センサを一部破断して示す正面図である。
【図３】 実施例１の液面センサの基端側を拡大して破断して示す説明図である。
【図４】 実施例２の液面センサの基端側を拡大して破断して示す説明図である。
【図５】 従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１、７１…液面センサ
３…ボイラ
５…水
７…電極用セラミック部材
９、７３…中心電極
１３…電気回路
１０、７７…外嵌部材（ネジ部材）
４５、８１…接合材（半田）
４０、４１、７５、７９…端面

Claims (7)

1. 筒状の電極用セラミック部材と該電極用セラミック部材に嵌挿される中心電極とを用いて、液面レベルを検出する液面センサにおいて、
   前記中心電極の基端側にて、該中心電極に外嵌する筒状の金属製の外嵌部材を備えるとともに、
   前記中心電極の基端側の端部の高さが前記外嵌部材の基端側の端部の高さと一致するか、又は、前記中心電極の基端側の端部が前記外嵌部材の基端側の端部よりも突出しており、更に、前記中心電極の基端側の端部と前記外嵌部材の基端側の端部が、導電性を有する接合材によって接合していることを特徴とする液面センサ。
2. 前記接合材は、半田又はろう材であることを特徴とする前記請求項１に記載の液面センサ。
3. 前記接合材により、前記中心電極と前記外嵌部材との間を気密して接合したことを特徴とする前記請求項１又は２に記載の液面センサ。
4. 前記外嵌部材は、その外周にネジが形成されたネジ部材であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の液面センサ。
5. 前記電極用セラミック部材と前記外嵌部材とを、無機質又は有機質の接着剤により接合したことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の液面センサ。
6. 前記電極用セラミック部材の基端側の端面と前記外嵌部材の外周から突出する鍔部の前記電極用セラミック部材側の端面とが、前記接着剤によって接合していることを特徴とする前記請求項５に記載の液面センサ。
7. 前記液面センサは、ボイラ又は吸収冷凍機における液面レベルの検出用であることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の液面センサ。

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