JP5727117B1 - センサ装置 - Google Patents

Abstract

検出対象が高温ガスであっても、コストを抑えたセンサ装置を提供すること。センサ装置１は、検出対象の蒸気が流入するガス通路１３が内部に形成された本体１０と、ガス通路１３に連通して本体１０に設けられ、ガス通路１３内の蒸気圧を検出する圧力センサ３０とを備える。ガス通路１３は、蒸気の流入端から圧力センサ３０の連通箇所までにおいて螺旋通路１４を有している。

Description

本願は、高温ガスの圧力を検出するセンサ装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、各種プラントや製造装置等で扱われる流体（ガス）の圧力を検出するセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、検出対象のガスが流入する通気路が形成された計測ロッドと、該計測ロッドに取り付けられ、通気路に流入したガスの圧力を検出する圧力センサとを有している。このセンサ装置では、計測ロッドの端部がガスの流通箇所に配置されることにより、ガスが通気路に流入してそのガス圧が圧力センサによって検出される。

特開２０１２−１２１０７０号公報

ところで、一般に圧力センサには使用温度が設定されており、検出対象のガスが高温のものになると、使用温度の高い圧力センサを用いなければならない。そのため、センサ装置のコストが高くなるという問題があった。

本願に開示の技術は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、検出対象が高温のガスであっても、できるだけコストを抑えたセンサ装置を提供することにある。

本願のセンサ装置は、検出対象のガスが流入するガス通路が内部に形成された本体と、上記ガス通路に連通して上記本体に設けられ、上記ガス通路内のガス圧を検出する圧力センサとを備えているものを前提としている。そして、上記ガス通路は、上記ガスの流入端から上記圧力センサの連通箇所までにおいて螺旋状の通路を有している。また、上記本体は、内周面に螺旋状の溝が形成された筒状部を有している。また、本願のセンサ装置は、円柱状に形成され、上記本体の筒状部に挿入され上記円柱状の外周面と上記螺旋状の溝とによって上記螺旋状の通路を形成する内挿体を備えている。また、本願のセンサ装置は、上記ガスの温度を検出する測温抵抗体または熱電対を内蔵したシース管を有する温度センサを備えている。そして、上記シース管は、上記内挿体を構成している。

本願のセンサ装置によれば、ガス通路において螺旋状の通路が形成されているため、例えば直線状の通路と比べて本体におけるガスの接触面積を増大させることができる。そのため、ガスと本体との熱伝達を促進させることができる。したがって、ガス通路において流入端付近では高温のガスであっても圧力センサの連通箇所では流入端付近よりも低い温度のガスにすることができる。そうすると、検出対象が高温のガスであっても、その温度よりも低く設定された使用温度の圧力センサを用いることができるので、センサ装置のコストを抑えることが可能になる。

図１は、実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、実施形態に係るセンサ装置を上側から視て示す平面図である。 図３は、実施形態に係るセンサ装置の要部を示す断面図である。 図４は、実施形態に係るセンサ装置の要部を示す断面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態のセンサ装置１は、プラント等において高温のガス（以下、蒸気として説明する。）が流れる配管に取り付けられて、ガスの温度および圧力の２つを検出するものである。なお、配管内を流れる蒸気の温度は約５００℃である。

図１および図２に示すように、センサ装置１は、本体１０と、温度センサ２０（熱電対）と、圧力センサ３０と、取付部材４０とを備えている。

本体１０の内部には、検出対象の蒸気が流入するガス通路１３が形成されている。具体的に、本体１０は、棒状部１１と頭部１２を有する。棒状部１１は、上下方向（図１において矢印に示す方向）に延びる円筒状に形成されており、本願の請求項に係る筒状部を構成している。棒状部１１は、一端が蒸気の流入端１１ａを構成し、他端に頭部１２が一体形成されている。頭部１２は、平面視六角形に形成されている。ガス通路１３は、棒状部１１において形成される螺旋通路１４と、頭部１２において形成される横通路１６とを有する。螺旋通路１４は、一端が棒状部１１の流入端１１ａに開口しており、他端が横通路１６に連通している。

頭部１２には、温度センサ２０および圧力センサ３０が設けられている。温度センサ２０は、蒸気の温度を検出する測温抵抗体または熱電対を内蔵したシース管２１を有している。シース管２１は、本体１０の棒状部１１に挿入されている。圧力センサ３０は、ガス通路１３の横通路１６に連通する状態で頭部１２に設けられ、横通路１６内（即ち、ガス通路１３内）の蒸気の圧力を検出するものである。つまり、ガス通路１３では螺旋通路１４が流入端から圧力センサ３０の連通箇所までにおいて形成されている。温度センサ２０および圧力センサ３０では、それぞれ検出された温度および圧力に関する信号が電線２２，３１を通じて外部機器へ送られる。

本体１０の棒状部１１には、センサ装置１を配管に取り付けるための取付部材４０が設けられている。センサ装置１は、棒状部１１の流入端１１ａ側（図１に示す測定対象側）が配管内に挿入された状態で取付部材４０によって配管に固定される。その際、センサ装置１は棒状部１１が上下方向に延びる状態で固定される。なお、取付部材４０は棒状部１１の挿入長さを調節可能に構成されている。こうして固定されたセンサ装置１では、棒状部１１の流入端１１ａが配管内の蒸気に曝された状態となり、配管内の蒸気が螺旋通路１４に流入して横通路１６まで流通する。

次に、ガス通路１３の螺旋通路１４についてさらに詳しく説明する。図３にも示すように、棒状部１１の内周面には上下方向（棒状部１１の軸方向）に延びる螺旋溝１５（螺旋状の溝）が形成されている。螺旋溝１５は、棒状部１１の全長に亘って形成されている。つまり、棒状部１１の内周面では上下方向（棒状部１１の軸方向）に谷部１５ａと山部１５ｂとが交互に形成されている。

そして、棒状部１１では、温度センサ２０のシース管２１が螺旋溝１５の形成範囲に亘って挿入されている（図１参照）。シース管２１は、細長い円柱状に形成されており、その外周面２１ａが棒状部１１に形成された山部１５ｂに接している。こうしてシース管２１が棒状部１１に挿入されることにより、シース管２１の外周面２１ａの一部と棒状部１１の螺旋溝１５とによって上述した螺旋通路１４が形成される。つまり、温度センサ２０のシース管２１は、棒状部１１に挿入されて螺旋溝１５との間で螺旋通路１４を形成する内挿体を構成している。

さらに、本実施形態の螺旋通路１４は、途中に下方へ傾斜する下り部１４ｂを有している。具体的に、螺旋通路１４は、圧力センサ３０の連通箇所（即ち、横通路１６）へ向かうに従って上方へ傾斜する上り部１４ａ（図３において破線で示す通路）と、圧力センサ３０の連通箇所へ向かうに従って下方へ傾斜する下り部１４ｂ（図３において二点鎖線で示す通路）とを交互に有している。つまり、棒状部１１では上述した上り部１４ａと下り部１４ｂとが交互に形成されるように螺旋溝１５が形成されている。

以上のように、上記実施形態のセンサ装置１によれば、ガス通路１３において螺旋通路１４を形成しているので、例えば直線状の通路と比べて棒状部１１における蒸気の接触面積を増大させることができる。そのため、蒸気と棒状部１１（本体１０）との熱伝達を促進させることができる。したがって、ガス通路１３において蒸気が流入端１１ａ付近では高温であっても圧力センサ３０の付近では低い温度にすることができる。つまり、ガス通路１３において蒸気は本体１０と熱交換して徐々に温度が低下するところ、蒸気と本体１０との接触面積を増大させたことによって蒸気の温度低下量を増大させることができる。そうすると、検出対象が高温の蒸気であっても、その温度よりも低く設定された使用温度の圧力センサ３０を用いることができるため、高温対応の圧力センサを用いる必要がなくなり、センサ装置１のコストを抑えることが可能になる。

また、上記実施形態のセンサ装置１によれば、内周面に螺旋溝１５を形成した円筒状の棒状部１１に円柱状の内挿体（シース管２１）を挿入することによって螺旋通路１４を形成するようにしたため、容易に本体１０の内部に螺旋通路１４を形成することが可能になる。したがって、センサ装置１のコストを一層抑えることができる。なお、上記実施形態では、棒状部１１に挿入する内挿体としてシース管２１を用いているが、本願に開示の技術の参考形態として、温度センサを用いない場合の内挿体は円柱状であれば足りる。

また、上記実施形態のセンサ装置１によれば、圧力センサ３０だけでなく温度センサ２０も備えるようにしたため、１台のセンサ装置１で蒸気の圧力および温度の２つを検出することができる。しかも、棒状部１１に挿入する内挿体として温度センサ２０のシース管２１を用いるようにしたため、部品点数の削減および装置のコンパクト化を図ることができる。

さらに、上記実施形態のセンサ装置１によれば、螺旋通路１４の途中に下り部１４ｂを形成しているため、図４に示すように、螺旋通路１４内または横通路１６内における蒸気凝縮により発生したドレン水を下り部１４ｂから上り部１４ａへと連続する部分に溜めることができる。螺旋通路１４において蒸気は本体１０との熱交換によって凝縮してドレン水になる場合があるが、そのドレン水を螺旋通路１４の途中に貯留させることができる。こうして螺旋通路１４の途中に液体であるドレン水を介在させることにより、流入端１１ａ付近の高温がガス通路１３を通じて圧力センサ３０に伝達されるのを抑制することができる。つまり、一般に液体（ドレン水）は気体（蒸気）よりも熱伝達率が低いところ、ガス通路１３の一部に液体を介在させることによってガス通路１３における熱伝達を阻害することが可能になる。これによっても、使用温度が低い圧力センサ３０を用いることができ、このため、センサ装置１のコストをより一層抑えることができる。

なお、上記の実施形態の螺旋通路１４では、下り部１４ｂを複数設けているが、本願はこれに限らず、下り部１４ｂを１つだけ設けるようにしてもよいし、下り部１４ｂを設けなくてもよい。

本願に開示の技術は、高温のガス圧を検出する圧力センサを備えたセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１０ 本体
１３ ガス通路
１４ 螺旋通路（螺旋状の通路）
３０ 圧力センサ

Claims (2)

1. 検出対象のガスが流入するガス通路が内部に形成された本体と、上記ガス通路に連通して上記本体に設けられ、上記ガス通路内のガス圧を検出する圧力センサとを備えたセンサ装置であって、
   上記ガス通路は、上記ガスの流入端から上記圧力センサの連通箇所までにおいて螺旋状の通路を有しており、
   上記本体は、内周面に螺旋状の溝が形成された筒状部を有しており、
   円柱状に形成され、上記本体の筒状部に挿入され上記円柱状の外周面と上記螺旋状の溝とによって上記螺旋状の通路を形成する内挿体を備えており、
   上記ガスの温度を検出する測温抵抗体または熱電対を内蔵したシース管を有する温度センサを備えており、
   上記シース管は、上記内挿体を構成していることを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記ガス通路の螺旋状の通路は、上下方向に延びており、上記圧力センサの連通箇所へ向かうに従って下方へ傾斜する下り部を有していることを特徴とするセンサ装置。

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