JP6043024B2 - センサ装置 - Google Patents
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Description
本願は、高温流体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。
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、検出対象の流体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。
そこで、流体の通路(通気路)を螺旋状の通路に形成することが考えられる。螺旋状の通路は、例えば直線状の通路と比べて本体における流体の接触面積を増大させることができる。これにより、流体と本体との熱伝達を促進させることができ、流体の通路において流入口付近では高温の流体であっても圧力センサの連通箇所では流入口付近よりも低い温度の流体にすることができる。しかしながら、本体の内部に螺旋状の通路を形成するのは、例えば直線状の通路を形成する場合と比べて製作コストが懸かる。そのため、センサ装置のコストが高くなってしまう。
本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部に螺旋状の通路が形成される本体を安価に製作し得るセンサ装置を提供することにある。
本願に開示の技術は、検出対象の流体が流入する流体通路が内部に形成された本体と、上記流体通路に連通して上記本体に設けられ、上記流体通路内の流体圧力を検出する圧力センサとを備えたセンサ装置を前提としている。そして、上記本体は、円柱状の内周面を有する筒状部を有している。さらに、本願のセンサ装置は、外周面に螺旋状の溝が形成された棒状に形成され、上記本体の筒状部に挿入され該筒状部の内周面と上記螺旋状の溝とによって螺旋状の上記流体通路を形成する内挿体を備えている。
本願のセンサ装置によれば、外周面に螺旋状の溝(螺旋溝)が形成された棒状の内挿体を本体の筒状部に挿入して、筒状部の内周面と螺旋状の溝とで螺旋状の流体通路を形成するようにした。これにより、例えば本体の内部に螺旋状の通路をくりぬいて作製するよりも安価に螺旋状の通路を作製することができる。よって、内部に螺旋状の通路が形成される本体を安価に製作することができ、センサ装置のコストを抑えることが可能である。
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。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
(実施形態1)
本願の実施形態1について図1〜図3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流体が流れる配管に取り付けられて、流体の温度および圧力の2つを検出(測定)するものである。本実施形態において、検出対象(測定対象)である流体は蒸気として説明する。なお、配管内を流れる蒸気の温度は約500℃である。
本願の実施形態1について図1〜図3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流体が流れる配管に取り付けられて、流体の温度および圧力の2つを検出(測定)するものである。本実施形態において、検出対象(測定対象)である流体は蒸気として説明する。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。このガス通路13は、本願の請求項に係る流体通路を構成している。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において矢印で示す方向)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(下端側)が蒸気の流入端を構成し、他端(上端側)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(螺旋状の通路)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、一端である流入口14aが棒状部11の下端面11aに開口しており(図3参照)、他端が横通路16に連通している。つまり、螺旋通路14の流入口14aは、ガス通路13の流入口でもあり、棒状部11の軸方向端面に開口している。そして、棒状部11では螺旋通路14が軸方向(上下方向)に延びて形成されている。
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が内蔵されたシース管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が流入口14a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26,31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の下端側(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の下端側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。棒状部11の内周面11bは、円柱状に形成されている。棒状部11には、温度センサ20のシース管21が挿入されている。図3にも示すように、シース管21は、細長い棒状(具体的には、円柱状)に形成されており、その外周面22に螺旋溝23(螺旋状の溝)が形成されている。螺旋溝23は、シース管21の外周面22において軸方向(上下方向)に延びている。螺旋溝15は、シース管21において棒状部11の全長に相当する領域に形成されている。また、螺旋溝23は、横断面視が円弧状に形成されている。なお、横断面視とは、螺旋溝23をその軸方向(長さ方向)に対して垂直に切断した断面を意味する。
棒状部11に挿入されるシース管21の外径は、棒状部11の内径と略同じである。つまり、シース管21は、外周面22が棒状部11の内周面11bと接する状態で棒状部11に挿入されている。そして、棒状部11では、その内周面11bとシース管21の螺旋溝23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に挿入されて棒状部11の内周面11bとの間で螺旋通路14を形成する内挿体を構成している。
また、図3に示すように、棒状部11では、シース管21の下端面24が棒状部11の下端面11aよりも内方に位置している。つまり、棒状部11の下端には、シース管21の下端面24が内方に位置する分だけ空間11cが形成されており、その空間11cに螺旋通路14の流入口14aが連通している。こうした空間11cを設けることにより、配管内を流れる蒸気が棒状部11の螺旋通路14(ガス通路13)に流入しやすくなる。
以上のように、上記実施形態のセンサ装置1によれば、外周面22に螺旋溝23(螺旋状の溝)が形成された棒状の内挿体(シース管21)を本体10の棒状部11に挿入して、棒状部11の内周面11bと螺旋溝23とで螺旋通路14(螺旋状の通路)を形成するようにした。これにより、例えば本体の内部をくりぬいて作製するよりも安価且つ容易に螺旋通路14を作製することができる。よって、内部に螺旋通路14が形成される本体10を安価に製作することができ、センサ装置1のコストを抑えることが可能である。
また、ガス通路13において螺旋通路14が形成されることにより、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口14a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(流体)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、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(測定)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、内挿体を別途設ける必要がなくなり、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。
また、内挿体(シース管21)の外周面22に形成した螺旋溝23は横断面視が円弧状であるため、例えば横断面視が四角等の角形である場合に比べて、蒸気(流体)の流通抵抗を低減することができる。したがって、蒸気の圧力をより正確に検出することが可能である。
(実施形態2)
本願の実施形態2について図4および図5を参照しながら説明する。本実施形態は、上記実施形態1における螺旋通路14の構成(形状)を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態1と異なる点について言及する。
本願の実施形態2について図4および図5を参照しながら説明する。本実施形態は、上記実施形態1における螺旋通路14の構成(形状)を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態1と異なる点について言及する。
図4に示すように、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14cが形成されている。具体的に、シース管21の外周面22に形成された螺旋溝23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14b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14c(図3において破線で示す部分)とを交互に有している。この螺旋溝23の構成により、螺旋通路14では上下方向において上り部14bと下り部14cとが交互に形成される。
本実施形態のセンサ装置1では、図5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14cから上り部14b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、流入口14a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。その他の構成、作用および効果は上記実施形態1と同様である。
なお、本実施形態の螺旋通路14では、下り部14cを複数設けているが、本願に開示の技術はこれに限らず、下り部14cを1つだけ設けるようにしてもよい。
(実施形態3)
本願の実施形態3について図6および図7を参照しながら説明する。本実施形態のセンサ装置1は、上記実施形態1における螺旋通路の形成態様を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態1と異なる点について言及する。
本願の実施形態3について図6および図7を参照しながら説明する。本実施形態のセンサ装置1は、上記実施形態1における螺旋通路の形成態様を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態1と異なる点について言及する。
本実施形態のセンサ装置1は、図6に示すように、通信用のアンテナ3を有する無線式の通信機2が取り付けられている。センサ装置1は、本体50と、内挿体56と、温度センサ60(熱電対)と、圧力センサ70と、取付部材80とを備えている。
図7にも示すように、本体50の内部には、上記実施形態1と同様、検出対象の蒸気が流入するガス通路53が形成されている。具体的に、本体50は、棒状部51と頭部52を有する。棒状部51は、上下方向(図6において矢印で示す方向)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51は、一端(下端側)が蒸気の流入端を構成し、他端(上端側)に頭部52が嵌め込まれて接続されている。頭部52は、正面視で略L字状に形成されている。ガス通路53は、棒状部51の螺旋通路54(螺旋状の通路)と、頭部52の横通路55とを有する。螺旋通路54は、一端である流入口(図示省略)が棒状部51の下端面51aに開口し、他端が横通路55に連通している。つまり、螺旋通路54の流入口は、ガス通路53の流入口でもあり、棒状部51の軸方向端面に開口している。そして、棒状部51では螺旋通路54が軸方向(上下方向)に延びて形成されている。
棒状部51の内周面51bは円柱状に形成されており、その棒状部51に棒状(具体的には、円柱状)の内挿体56が挿入されている。内挿体56は、外周面57に螺旋溝58(螺旋状の溝)が形成されている。螺旋溝58は、内挿体56の外周面57において軸方向(上下方向)に延びており、棒状部51の全長に相当する領域に形成されている。なお、本実施形態の螺旋溝58は、横断面視が矩形状に形成されている。内挿体56の外径は、棒状部51の内径と略同じである。つまり、内挿体56は外周面57が棒状部51の内周面51bと接する状態で棒状部51に挿入されている。そして、棒状部51では、その内周面51bと内挿体56の螺旋溝58とによって上述した螺旋通路54が形成される。つまり、本実施形態のセンサ装置1では、内挿体56が本体50の棒状部51に挿入されて棒状部51の内周面51bとの間で螺旋通路54を形成する。
頭部52には、上記実施形態1と同様、温度センサ60および圧力センサ70が設けられている。温度センサ60のシース管61は、細長い円柱状に形成されており、内挿体56に形成された貫通孔56aに挿入されている。なお、シース管61は内挿体56の貫通孔56aにスキマバメにより嵌合している。また、シース管61は、先端61aが棒状部51の下端面51aから突出した状態で設けられている。圧力センサ70は、上記実施形態1と同様、横通路55に連通する状態で頭部52に設けられ、横通路55内の蒸気の圧力を検出する。本実施形態のセンサ装置1は、頭部52が通信機2の下側にボルト4によって締結固定されている。センサ装置1では、温度センサ60および圧力センサ70によって検出された温度および圧力に関する信号が電線(図示省略)を通じて通信機2へ送られる。通信機2では、温度センサ60等から送られた信号が処理され、アンテナ3を通じて外部機器へ送信される。なお、本体50の棒状部51には、上記実施形態1と同様に取付部材80が設けられている。
また、棒状部51では、内挿体56の下端面59が棒状部51の下端面51aよりも内方に位置している。つまり、棒状部51の下端には、内挿体56の下端面59が内方に位置する分だけ空間51cが形成されており、その空間51cに螺旋通路54の流入口(図示省略)が連通している。こうした空間51cを設けることにより、上記実施形態1と同様、配管内を流れる蒸気が棒状部51の螺旋通路54(ガス通路53)に流入しやすくなる。
以上のように、本実施形態のセンサ装置1においても、外周面57に螺旋溝58(螺旋状の溝)が形成された棒状の内挿体56を本体50の棒状部51に挿入し、棒状部51の内周面51bと螺旋溝58とで螺旋通路54(螺旋状の通路)を形成するようにしているので、上記実施形態1と同様の作用効果を奏する。その他の構成、作用および効果は上記実施形態1と同様である。
なお、本実施形態のセンサ装置1においても、螺旋通路54は、上記実施形態2と同様に途中に上り部および下り部が形成されるものであってもよい。
なお、本願に開示の技術は、上記の各実施形態において以下のような構成としてもよい。
例えば、上記実施形態1および2において内挿体に形成する螺旋溝23の横断面視形状は円弧状以外の例えば四角等の角形であってもよいし、上記実施形態3において内挿体56に形成する螺旋溝58の横断面視形状は円弧状であってもよい。
また、上記実施形態1および2において温度センサ20を省略するようにしてもよい。その場合、上記実施形態3で示したように、外周面に螺旋溝が形成された棒状の内挿体が棒状部11に挿入されることにより本体10の内部に螺旋通路が形成される。また、上記実施形態3においても温度センサ60を省略するようにしてもよい。
また、上記実施形態1および3のセンサ装置1では、検出対象が蒸気である場合について説明したが、本願に開示の技術に係る検出対象は蒸気以外のガスや液体であってもよい。また、上記実施形態2のセンサ装置1では、検出対象が蒸気以外のガスであってもよい。
本願に開示の技術は、流体の圧力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
10,50 本体
11,51 棒状部(筒状部)
11b,51b 内周面
13,53 ガス通路(流体通路)
14,54 螺旋通路(螺旋状の通路)
14c 下り部
20,60 温度センサ
21 シース管(内挿体)
22 外周面
23 螺旋溝(螺旋状の溝)
30,70 圧力センサ
56 内挿体
57 外周面
58 螺旋溝(螺旋状の溝)
10,50 本体
11,51 棒状部(筒状部)
11b,51b 内周面
13,53 ガス通路(流体通路)
14,54 螺旋通路(螺旋状の通路)
14c 下り部
20,60 温度センサ
21 シース管(内挿体)
22 外周面
23 螺旋溝(螺旋状の溝)
30,70 圧力センサ
56 内挿体
57 外周面
58 螺旋溝(螺旋状の溝)
Claims (3)
- 検出対象の流体が流入する流体通路が内部に形成された本体と、上記流体通路に連通して上記本体に設けられ、上記流体通路内の流体圧力を検出する圧力センサとを備えたセンサ装置であって、
上記本体は、円柱状の内周面を有する筒状部を有しており、
外周面に螺旋状の溝が形成された棒状に形成され、上記本体の筒状部に挿入され該筒状部の内周面と上記螺旋状の溝とによって螺旋状の上記流体通路を形成する内挿体と、
上記流体の温度を検出する測温抵抗体または熱電対が内蔵された円柱状に形成され、先端が上記内挿体から突出する状態で該内挿体に挿入されるシース管を有する温度センサとを備えている
ことを特徴とするセンサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置において、
上記内挿体の螺旋状の溝は、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。 - 請求項1または2に記載のセンサ装置において、
上記内挿体の螺旋状の溝は、横断面視が円弧状に形成されている
ことを特徴とするセンサ装置。
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