JP6110047B1 - センサ装置 - Google Patents

Abstract

センサ装置１は、下端面１１ａに開口する流入口１６を有し、流入口１６から検出対象の蒸気が流入するガス通路１３が内部に軸方向に延びて形成された棒状部１１と、ガス通路１３に連通し、ガス通路１３内の蒸気圧力を検出する圧力センサとを備えている。そして、センサ装置１は、流体通路における圧力センサ５０の連通箇所よりも上流側に設けられ、蒸気中の異物を除去する多孔質部材３０を備えている。

Description

本願は、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、上述したセンサ装置では、ガスの流通箇所（配管等）に存在するゴミや錆、スケール等の異物が通気路に流入してしまい、圧力センサによって圧力を正確に測定することができない虞があった。

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、ゴミやスケール等の異物によって測定機能が阻害されないセンサ装置を提供することにある。

本願に開示の技術は、軸方向端面に開口する流入口を有し、上記流入口から検出対象の流体が流入する流体通路が内部に軸方向に延びて形成された棒状部材と、上記流体通路に連通し、該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、本願のセンサ装置は、上記流体通路における上記圧力センサの連通箇所よりも上流側に設けられ、上記流体中の異物を除去する多孔質部材を備えている。

以上より、本願のセンサ装置によれば、流体中の異物を除去する多孔質部材を流体通路における圧力センサの連通箇所よりも上流側に設けるようにしたので、流体が圧力センサの連通箇所に流れるまでに、流体中の異物を除去することができる。したがって、本願のセンサ装置によれば、流体中の異物によって影響を受けることなく流体の圧力を正確に検出（測定）することができる。

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の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、実施形態の変形例に係るセンサ装置の要部を拡大して示す断面図である。

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。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。

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。

図１に示すように、本実施形態のセンサ装置１は、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１０と、温度センサ４０（熱電対）と、圧力センサ５０と、取付部材６０とを備えている。

図２にも示すように、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棒状部材を構成している。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が嵌め込まれて接続されている。頭部１２は、正面視で略Ｌ字状に形成されている。

ガス通路１３は、棒状部１１において形成される流入口１６および螺旋通路１４（螺旋状の通路）と、頭部１２において形成される横通路１５とを有する。流入口１６は、棒状部１１の下端面１１ａ（軸方向端面）に開口し、棒状部１１の内部において軸方向に延びる短めの直線状の通路である。つまり、棒状部１１は一端が流入口１６となる円筒状に形成されている。螺旋通路１４は、一端が流入口１６に連通し、他端が横通路１５に連通している。螺旋通路１４は、棒状部１１の内部において軸方向（上下方向）に延びて形成されている。

螺旋通路１４について詳しく説明する。棒状部１１の内周面１１ｂは円柱状に形成されており、その棒状部１１に棒状（具体的には、円柱状）の内挿体２０が挿入されている。内挿体２０は、長さが棒状部１１よりも短く形成されており、棒状部１１において流入口１６の上側（即ち、後述する多孔質部材３０の下流側）に位置している。内挿体２０は、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、内挿体２０の外周面２２において軸方向（上下方向）に延びており、内挿体２０の全長に亘って形成されている。なお、本実施形態の螺旋溝２３は、横断面視が矩形状に形成されている。ここに、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。内挿体２０の外径は、棒状部１１の内径と略同じである。つまり、内挿体２０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と内挿体２０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、本実施形態のセンサ装置１では、内挿体２０が本体１０の棒状部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。

また、本実施形態の螺旋通路１４は、図２に破線で示すように、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５０の連通箇所（即ち、横通路１５）へ向かうに従って上方へ傾斜する上り部１４ａと、圧力センサ５０の連通箇所へ向かうに従って下方へ傾斜する下り部１４ｂとを交互に有している。つまり、内挿体２０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２３が形成されている。

頭部１２には、温度センサ４０および圧力センサ５０が設けられている。温度センサ４０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４１を有している。シース管４１は、細長い円柱状に形成されており、棒状部１１に挿入されている。具体的に、シース管４１は、内挿体２０に形成された貫通孔２１に挿入されてスキマバメにより嵌合している。また、シース管４１は、先端４１ａが棒状部１１の下端面１１ａから突出した状態で設けられている。圧力センサ５０は、横通路１５に連通する状態で頭部１２に設けられ、横通路１５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１６から圧力センサ５０の連通箇所までにおいて形成されている。センサ装置１は、頭部１２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４０および圧力センサ５０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４０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。

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６０が設けられている。センサ装置１は、棒状部１１の下端側が配管内に挿入された状態で取付部材６０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６０は配管に対する棒状部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、配管内の蒸気が流入口１６から螺旋通路１４に流入して横通路１６まで流通する。

そして、本実施形態のセンサ装置１は、多数の微細孔が設けられた多孔質部材３０をさらに備えている。多孔質部材３０は、ガス通路１３における圧力センサ５０の連通箇所よりも上流側に設けられており、蒸気の流入時にその蒸気中の異物を除去するものである。つまり、多孔質部材３０は配管内の異物（例えば、ゴミ、錆、スケール等）がガス通路１３に蒸気と共に流入するのを防止するものである。

図２に示すように、多孔質部材３０は、円柱状に形成されており、棒状部１１の流入口１６に挿入されている。多孔質部材３０の外径は、棒状部１１の内径（即ち、流入口１６の開口径）と略同じである。多孔質部材３０は、外周面３４が棒状部１１の内周面１１ｂと接し、上端面３３が内挿体２０の下端面と接する状態で流入口１６に挿入されている。こうして多孔質部材３０が設けられた棒状部１１では、流入口１６に流入した蒸気は全て多孔質部材３０を通過して螺旋通路１４へ流れる。なお、シース管４１は多孔質部材３０に形成された貫通孔３１に挿入されている。

また、多孔質部材３０は、下端面３２が棒状部１１の下端面１１ａよりも内方に位置する状態で設けられている。つまり、棒状部１１の下端には、多孔質部材３０の下端面３２が内方に位置する分だけ空間１１ｄが形成されている。こうした空間１１ｄを設けることにより、配管内を流れる蒸気が棒状部１１の流入口１６（ガス通路１３）に流入しやすくなる。なお、棒状部１１では多孔質部材３０の下方に設けられた留め具１８によって多孔質部材３０の外方への抜け出しが防止されている。

さらに、本実施形態のセンサ装置１では、棒状部１１において多孔質部材３０が位置する側部に複数（本実施形態では、８つ）の連通孔１７が設けられている。連通孔１７は、棒状部１１において外周面１１ｃから内周面１１ｂに貫通し、多孔質部材３０の外周面３４と連通する孔である。連通孔１７は、棒状部１１において流入口１６とは別に設けられた蒸気の流入可能な孔である。つまり、棒状部１１では蒸気が連通孔１７からも流入して多孔質部材３０を通過し螺旋通路１４に流れる。本実施形態において、連通孔１７は、図示しないが、棒状部１１の周方向において４箇所設けられており、各箇所には上下に並んで２つずつ設けられている。なお、本実施形態において連通孔１７の数量は１つでも上述した数量以外の複数であってもよい。

以上のように、上記実施形態のセンサ装置１によれば、蒸気の流入時に蒸気中の異物を除去する多孔質部材３０を流入口１６に挿入するようにしたので、蒸気がガス通路１３に流入するのを許容しつつ、蒸気中の異物がガス通路１３に流入するのを防止することができる。そして、上記実施形態のセンサ装置１では、棒状部１１における多孔質部材３０が位置する側部に蒸気が流入可能な連通孔１７を設けるようにした。そのため、流入口１６に面する多孔質部材３０の下端面３２が異物によって目詰まりして蒸気が流通しにくくなった場合でも、蒸気を連通孔１７から流入させてガス通路１３に流すことができる。その際、連通孔１７から流入した蒸気は多孔質部材３０をその外周面３４から通過して螺旋通路１４に流れるので、蒸気中の異物を多孔質部材３０によって除去することができる。以上より、上記実施形態のセンサ装置１によれば、確実に蒸気をガス通路１３に流入させることができると共に、蒸気中の異物によって影響を受けることなく蒸気の圧力を正確に検出（測定）することができる。したがって、センサ装置１の信頼性を向上させることができる。

また、流入口１６に多孔質部材３０を挿入することにより、流入口１６における蒸気の流通抵抗が増大して蒸気がガス通路１３に流入し難くなり、その結果、蒸気の圧力を正確に検出（測定）できない虞がある。そのような場合でも、連通孔１７を設けることで蒸気のガス通路１３への流入面積が増大するため、蒸気を十分にガス通路１３へ流入させることができる。

また、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口１６付近では高温であっても圧力センサ５０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において蒸気は棒状部１１と熱交換して徐々に温度が低下するところ、蒸気と棒状部１１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５０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である。

また、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を形成した円柱状の内挿体２０を円筒状の棒状部１１に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、容易に棒状部１１の内部に螺旋通路１４を形成することが可能である。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。

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、螺旋通路１４内または横通路１５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との熱交換により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１６付近の高温がガス通路１３を通じて圧力センサ５０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５０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。

（実施形態の変形例）
本変形例は、上記実施形態において多孔質部材の構成を変更するようにしたものである。図３に示すように、本変形例の多孔質部材７０は、上記実施形態の多孔質部材３０よりも短く形成されている。多孔質部材７０は、比較的平たい円柱状に形成されており、棒状部１２のガス通路１３に設けられている。

具体的に、多孔質部材７０は、ガス通路１３において連通孔１７よりも下流側に設けられている。多孔質部材７０の外径は、棒状部１１の内径と略同じである。多孔質部材７０は、外周面７４が棒状部１１の内周面１１ｂと接し、上端面７３が内挿体２０の下端面と接し、下端面７２が上側の連通孔１７の上部と面一となる状態で設けられている。こうして多孔質部材７０が設けられた棒状部１１では、流入口１６から流入した蒸気および８つの連通孔１７から流入した蒸気は全て多孔質部材７０を通過して螺旋通路１４へ流れる。これにより、螺旋通路１４へは、上記実施形態と同様、多孔質部材７０によって異物が除去された蒸気が流れる。なお、シース管４１は多孔質部材７０に形成された貫通孔７１に挿入されている。

以上のように、本変形例によれば、多孔質部材７０の長さが短くなった分、蒸気が多孔質部材７０を通過することによる蒸気の圧力降下を抑制することができる。したがって、蒸気の圧力をより正確に検出（測定）することができる。

なお、本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、ガス通路１３の螺旋通路１４を例えば上下方向に延びる直線状の通路に変更するようにしてもよい。

また、上記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、本願に開示の技術はこれに限らず、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。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、検出対象が蒸気である場合について説明したが、検出対象は蒸気以外のガスや液体であってもよい。

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
１１ 棒状部（棒状部材）
１１ａ 下端面（軸方向端面）
１１ｂ 内周面
１３ ガス通路（流体通路）
１４ 螺旋通路（螺旋状の通路）
１４ｂ 下り部
１６ 流入口
１７ 連通孔
２０ 内挿体
２２ 外周面
２３ 螺旋溝（螺旋状の溝）
３０ 多孔質部材
３４ 外周面
５０ 圧力センサ

Claims (5)

1. 軸方向端面に開口する流入口を有し、上記流入口から検出対象の流体が流入する流体通路が内部に軸方向に延びて形成された棒状部材と、上記流体通路に連通し、該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、
   上記流体通路における上記圧力センサの連通箇所よりも上流側に設けられ、上記流体中の異物を除去する多孔質部材を備え、
   上記多孔質部材は、柱状に形成され、上記流入口に挿入されている一方、
   上記棒状部材において上記多孔質部材が位置する側部には、上記多孔質部材の外周面と連通し、上記流体が流入可能な連通孔が設けられている
   ことを特徴とするセンサ装置。
2. 軸方向端面に開口する流入口を有し、上記流入口から検出対象の流体が流入する流体通路が内部に軸方向に延びて形成された棒状部材と、上記流体通路に連通し、該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、
   上記流体通路における上記圧力センサの連通箇所よりも上流側に設けられ、上記流体中の異物を除去する多孔質部材と、
   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、上記多孔質部材を貫通するように上記棒状部材に挿入され、先端部が上記棒状部材における上記多孔質部材よりも上流側に露出した状態で設けられるシース管とを備え、
   上記棒状部材における上記多孔質部材よりも上流側の側部には、上記流体が上記流体通路に流入可能な連通孔が設けられている
   ことを特徴とするセンサ装置。
3. 請求項１または２に記載のセンサ装置において、
   上記流体通路は、上記多孔質部材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
   ことを特徴とするセンサ装置。
4. 請求項３に記載のセンサ装置において、
   上記流体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。
5. 請求項３または４に記載のセンサ装置において、
   上記棒状部材は、一端が上記流入口となる円筒状に形成され、
   上記多孔質部材は、外径が上記棒状部材の内径と略同径の円柱状に形成され、
   外周面に螺旋状の溝が形成された円柱状に形成され、上記棒状部材において上記多孔質部材の下流側に挿入され上記棒状部材の内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
   ことを特徴とするセンサ装置。

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