JP5310300B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機等に配置される温度センサに関するものである。

一般に圧縮機は、図６に示す如く、空気等の流体により駆動するインペラ１と、圧縮した流体を冷却するインタクーラ２と、インペラ１とインタクーラ２を接続する配管３とを備えており、配管３には、インペラ１の出入口近傍等に位置するように温度センサ４が備えられている。

温度センサ４は、図７、図８に示す如く、流体５が流れる配管３に固定される保護管６と、保護管６内に配置されるエレメント管７と、エレメント管７内に配置されて流体５の温度を計測する測温抵抗体素子８と、配管３の外部に位置するようにエレメント管７の端部に配置されるターミナルヘッド９とを備えている。

保護管６は、配管３の内方から外方へ延在して構成され、外方端寄りの外周面にねじ込み構造やフランジ構造の外側固定部１０を備えて配管３に取り付けられている。又、保護管６の外方端の内周面には凹部やネジ溝等の内側固定部１１を構成している。更に保護管６には、配管３内の流体５の流れに伴うカルマン渦によって数百Ｈｚの低周波振動を生じることから、低周波振動に耐える高い剛性が備えられている。

エレメント管７は、保護管６と同軸状に保護管６の内側端から外方へ延在し、中途位置に補強パイプ１２を備えて後端のターミナルヘッド９に接続されている。又、エレメント管７は、先端で保護管６の内方端に接触すると共に、中途位置の外周面にフィンやネジ溝等の締結部１３を備えて保護管６の内側固定部１１に固定されている。更に保護管６とエレメント管７には、互いに接触しないように所定幅の隙間１４が備えられている。

測温抵抗体素子８はエレメント管７の先端近傍に位置しており、測温抵抗体素子８には、エレメント管７内に沿ってターミナルヘッド９まで延在する導線１５が接続されている。又、測温抵抗体素子８とエレメント管７との間には、ＭｇＯ等の充填材を配して測温抵抗体素子８が固定されている。

ターミナルヘッド９は、内部に端子（図示せず）を備えており、端子には測温抵抗体素子８の導線１５が接続されている。

流体５の温度を測定する際には、測温抵抗体素子８を介して温度を測定している。又、測温抵抗体素子８やエレメント管７の補修や交換等を行う際には、エレメント管７を保護管６から引き抜き、補修や交換等を行って保護管６に戻すようにしている。

ここで温度センサ４の他の例では、保護管６とエレメント管７の間に流体や粉体を充填するものや、保護管６とエレメント管７の間に金属筒を配置するものがあり、更に保護管６の内方端側とエレメント管７の先端側との間に、熱導電率の良い金属ウール等の熱伝導部材を配置するものがある。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１、２等が既に存在している。

実公平１−８９８３号公報 特開２００６−２５８７２４号公報

しかしながら、温度センサ４を配置する圧縮機が多段（図６では４段）で数千ｋＷの出力の遠心圧縮機である場合には、出力のロス分に相当するエネルギが数ｋＨｚの高周波振動となって温度センサ４の保護管６及びエレメント管７に作用するため、保護管６及びエレメント管７が柔構造になると共に保護管６とエレメント管７との剛性の違いによって図９に示す如く保護管６及びエレメント管７に異なる定在波を生じ、保護管６とエレメント管７の接触に伴う衝撃加速度によって保護管６やエレメント管７に破損を生じる可能性があった。ここで図９の破線の箇所は保護管６とエレメント管７の接触位置を示している。又、保護管６は配管３内に設置されるため、保護管６に破損を生じた場合には、配管３の流体５が保護管６内に流れ込むおそれがあった。更にエレメント管７に破損を生じた場合には、測温抵抗体素子８の導線１５に断線を生じるおそれがあった。

又、保護管６とエレメント管７の間に流体や粉体を充填した場合には、保護管６とエレメント管７の締結位置から流体や粉体が漏れないように保護管６の先端を下方に向けて配置する必要があるため、取付位置が制限されると共に、流体や粉体によってエレメント管７の抜き差しが困難になるという問題があった。更に又、保護管６とエレメント管７の間に金属筒を配置した場合であっても、数ｋＨｚの高周波振動に対応することができず、保護管６やエレメント管７に破損を生じる可能性があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、保護管及びエレメント管が接触して破損することを防止すると共にエレメント管の抜き差しを容易にする温度センサを提供しようとするものである。

本発明の温度センサは、流体が流れる流路に配置される保護管と、該保護管内に配置されるエレメント管と、該エレメント管内に配置されて流体の温度を計測する計測手段と、前記保護管と前記エレメント管との間に配置される樹脂の保護部材と、前記保護管の内側端と前記エレメント管の先端との間に第二保護部材と、を備え、
前記保護部材は、前記保護管との間又は前記エレメント管との間に、前記保護管から前記エレメント管を抜き差し可能にする隙間を備えると共に、振動による前記保護管と前記エレメント管の接触を防止するように構成されたものである。

又、本発明の温度センサにおいて、振動は、流体のカルマン渦に伴う振動よりも高い高周波振動である。

更に又、本発明の温度センサにおいて、保護部材は、エレメント管の外周面にシート状の樹脂又は帯状の樹脂を巻き付けて構成されることが好ましい。

本発明の温度センサによれば、高周波振動が作用して保護管とエレメント管に異なる定在波を生じる場合であっても、樹脂の保護部材が、振動による保護管とエレメント管の接触を防止して保護管及びエレメント管への衝撃加速度を除去するので、保護管やエレメント管の破損を抑制し、よって配管の流体が保護管内に流れ込むおそれや、高周波振動によって計測手段の導線に断線を生じるおそれを無くすことができる。又、樹脂の保護部材は、保護管からエレメント管を抜き差し可能にする構成を備えるので、保護管とエレメント管の間に流体や粉体を充填した場合と異なり、取付位置の制限を緩和すると共に、エレメント管の抜き差しを容易にすることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の温度センサを示す全体概要図である。 本発明の温度センサの構成を示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 温度センサの構成の他の例を示す概念図である。 温度センサの構成の別の例を示す概念図である。 圧縮機に温度センサを配置した箇所を示す概念図である。 従来の温度センサを示す全体概要図である。 従来の温度センサの構成を示す断面図である。 高周波振動により保護管及びエレメント管が定在波を生じる状態を示す概念図である。

以下、本発明を実施する形態例を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の実施の形態例であり、実施の形態例である温度センサ２１は、空気等の流体５が流れる配管（流路）３に配置される保護管２２と、保護管２２内に配置されるエレメント管２３と、エレメント管２３内に配置されて流体５の温度を計測し得るように測温抵抗体素子８や熱電対（図示せず）等から選択される計測手段Ｍと、保護管２２の内周面とエレメント管２３の外周面との間に配置される樹脂の保護部材２４と、保護管２２の内方端側とエレメント管２３の先端側との間に配置される第二保護部材２５と、配管３の外部に位置するようにエレメント管２３の端部に配置されるターミナルヘッド９あるいは補強パイプ２３ａに延在するリード線（図示せず）を備えている。

保護管２２は、配管３の内方から配管３の内面近傍まで延在する保護管本体２２ａと、保護管本体２２ａの配管寄り端側に位置し且つ配管３に固定し得るようにねじ込み構造等で構成される固定手段２２ｂと、配管３の外周面に位置するように固定手段２２ｂの外方端に形成される保護管台座部２２ｃとを備えている。又、保護管２２とターミナルヘッド９の間には、コンプレッションフィッティングの固定手段２６が配置されても良い。

又、保護管２２には、配管３内の流体５の流れに伴うカルマン渦によって数百Ｈｚの低周波振動を生じることから、低周波振動に耐える高い剛性が備えられている。ここで保護管２２の固有振動数は２００〜４００ｋＨｚになっている。

エレメント管２３は、保護管２２と同軸状に保護管２２の内側端から外方へ延在し、中途位置に補強パイプ２３ａやフレキシブル管２３ｂを備えて後端のターミナルヘッド９に接続されている。ここで補強パイプ２３ａは、保護管２２の固定手段２２ｂ近傍位置から
配管３の外方中途位置（図１では固定手段２６の外方位置まで）まで延在し、エレメント管２３の折れを抑制するようにしている。又、補強パイプ２３ａはフレキシブル管２３ｂに接続しても良いし、ターミナルヘッド９に直接接続しても良い。

又、エレメント管２３は、図２のように先端を保護管２２の内方端部に接触させている。他の実施例として、図１にように保護管２２の内方端部をテーパ状にし、エレメント管２３の先端を保護管２２のテーパ状の内方端部に接触させると同時に安定的に保持するようにしても良い。更に図４、図５に示すように保護管２２とエレメント管２３の間に、樹脂の保護部材２４と第二保護部材２５とを配置し得る所定幅の隙間２７を備え、エレメント管２３の先端を第二保護部材２５ａによって保護管２２の内側端部に接触させないようにしても良い。

樹脂の保護部材２４は、エレメント管２３の外周に０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚さの樹脂層を形成するように、エレメント管２３の外周面にシート状の樹脂又は帯状の樹脂を隙間無く巻き付けて構成されている。又、保護部材２４は、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーンゴム、天然ゴム等の弾性素材で構成されている。ここで樹脂の保護部材２４は、樹脂の筒体を差し込んだものでも良いし、流動性の樹脂を充填して固化したものでも良いし、他の手段で構成したものでも良い。

又、樹脂の保護部材２４は、保護管２２との間又は／及びエレメント管２３との間に、保護管２２からエレメント管２３を抜き差し可能にする所定幅の隙間２８を備えている（図２では隙間２８を保護部材２４と保護管２２との間に備えている）。ここで保護管２２からエレメント管２３を抜き差し可能にする構成は、樹脂の保護部材２４が保護管２２又はエレメント管２３に摺動してエレメント管２３を抜き差し可能にするものでも良い。

更に、第二保護部材２５は、カッパウール等の金属ウール、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーンゴム、天然ゴム等の樹脂から選択される弾性素材であり、エレメント管２３の先端寄り外周面に衝撃の緩衝帯を形成するように、エレメント管２３の先端寄り外周面に配置されている。

ここで保護管２２の内側端とエレメント管２３の先端との間に第二保護部材２５ａを配置する場合には、第二保護部材２５ａをカッパウール等の金属ウールや樹脂等にし、間接的に熱伝達する構成が好ましい。

一方、実施の形態例である温度センサ２１は、多段で数千ｋＷの出力の遠心圧縮機に備えられるものであり、温度センサ２１の保護管２２及びエレメント管２３に作用する振動は、流体５のカルマン渦に伴う数百Ｈｚの低周波振動に加え、それよりも高い数ｋＨｚの高周波振動（１ｋＨｚ以上６ｋＨｚ以下）となっている。ここで温度センサ２１に作用する振動が高周波振動であるならば、温度センサ２１を配置する機器は、遠心圧縮機に限定されるものではなく、他の動力手段や装置でも良い。

以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。

流体５の温度を測定する際には、測温抵抗体素子８等の計測手段Ｍを介して温度を測定する。又、計測手段Ｍのエレメント管２３の補修や交換等を行う際には、エレメント管２３を保護管２２から引き抜き、補修や交換等を行って保護管２２に戻す。

遠心圧縮機により数ｋＨｚの高周波振動が保護管２２及びエレメント管２３に作用する場合には、保護管２２とエレメント管２３に異なる定在波が生じる一方で、樹脂の保護部材２４が振動を吸収して保護管２２とエレメント管２３の接触を防止する。

而して、実施の形態例によれば、高周波振動が作用して保護管２２とエレメント管２３に異なる定在波を生じる場合であっても、樹脂の保護部材２４が、振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を防止して保護管２２及びエレメント管２３への衝撃加速度を除去するので、保護管２２やエレメント管２３の破損を抑制し、よって配管３の流体５が保護管２２内に流れ込むおそれや、高周波振動によって計測手段Ｍの導線１５に断線を生じるおそれを無くすことができる。又、保護管２２とエレメント管２３との間に配置される樹脂の保護部材２４により全体の耐久性を向上させるので、安価で高性能の測温抵抗体素子８を用いることが可能となり、結果的に製造コストを低減すると共に計測精度を高めることができる。更に樹脂の保護部材２４の厚さを０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下にすると、振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を適切に防止して保護管２２及びエレメント管２３への衝撃加速度を除去するので、保護管２２やエレメント管２３の破損を好適に抑制することができる。ここで樹脂の保護部材２４の厚さを０．２ｍｍ未満にすると振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を適切に防止することができないという問題がある。又、樹脂の保護部材２４の厚さを５．０ｍｍより大きくしても、高周波振動に対する耐久性改善効果は、厚さが増すに従い穏やかになるので、経済的な合理性が得られなくなる。

又、樹脂の保護部材２４は、保護管２２からエレメント管２３を抜き差し可能にする構成を備えるので、保護管２２とエレメント管２３の間に流体や粉体を充填した場合と異なり、取付位置や取付方向の制限を緩和すると共に、エレメント管２３の抜き差しを容易にすることができる。

実施の形態例において、振動が、流体５のカルマン渦に伴う振動よりも高い数ｋＨｚの高周波振動である場合であっても、樹脂の保護部材２４が、振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を適切に防止して保護管２２及びエレメント管２３への衝撃加速度を除去するので、保護管２２やエレメント管２３の破損を好適に抑制することができる。又樹脂の保護部材２４は、振動が１ｋＨｚ以上６ｋＨｚ以下の高周波振動である場合に極めて好適に対応することができる。

実施の形態例において、保護部材２４は、保護管２２との間又は／及びエレメント管２３との間に、保護管２２からエレメント管２３を抜き差し可能にする隙間２８を備えると、エレメント管２３の抜き差しを一層容易にすることができる。

実施の形態例において、保護部材２４は、エレメント管２３の外周面にシート状の樹脂又は帯状の樹脂を巻き付けて構成されると、振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を防止して保護管２２及びエレメント管２３への衝撃加速度を除去すると共に、樹脂の保護部材２４を容易に形成して製造コストを低減することができる。

実施の形態例において、保護管２４の内側端とエレメント管２３の先端との間に第二保護部材２５ａを備えると、エレメント管２３の外周面のみならず先端に衝撃の緩衝帯を形成するので、先端側で振動による保護管２２とエレメント管２３の接触を防止し、保護管２２やエレメント管２３の破損を極めて好適に抑制することができる。

尚、本発明の温度センサは、上述の図示例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

３ 配管（流路）
５ 流体
２１ 温度センサ
２２ 保護管
２３ エレメント管
２４ 保護部材
２５ 第二保護部材
２５ａ 第二保護部材
２８ 隙間
Ｍ 計測手段

Claims (3)

1. 流体が流れる流路に配置される保護管と、該保護管内に配置されるエレメント管と、該エレメント管内に配置されて流体の温度を計測する計測手段と、前記保護管と前記エレメント管との間に配置される樹脂の保護部材と、前記保護管の内側端と前記エレメント管の先端との間に第二保護部材と、を備え、
   前記保護部材は、前記保護管との間又は前記エレメント管との間に、前記保護管から前記エレメント管を抜き差し可能にする隙間を備えると共に、振動による前記保護管と前記エレメント管の接触を防止するように構成されたことを特徴とする温度センサ。
2. 振動は、流体のカルマン渦に伴う振動よりも高い高周波振動であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 保護部材は、エレメント管の外周面にシート状の樹脂又は帯状の樹脂を巻き付けて構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ。

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