JP6403321B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

本発明は、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が流体通路（通気路）に流入するのを防止することが可能なセンサ装置を提供することにある。

本発明は、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、上記本体には、上記流体通路の流入口を覆い、流体中の異物が上記流体通路に流入するのを防止するメッシュ部材が設けられている。

本発明によれば、本体に流体通路の流入口を覆うメッシュ部材を設けるようにしたため、流体が流体通路に流入するのを許容しつつ、流体中の異物が流体通路に流入するのを防止することができる。したがって、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）することが可能である。

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、本発明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、本発明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の一端はガス通路１３の流入口１３ａであり、その流入口１３ａは棒状部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が流入口１３ａ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。

ガス通路１３の螺旋通路１４について詳しく説明する。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。

また、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２３が形成されている。

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。

そして、本実施形態のセンサ装置１は、メッシュ部材５０をさらに備えている。メッシュ部材５０は、メッシュ状に形成されたシート部材である。このメッシュ部材５０は、ガス通路１３の流入口１３ａを覆い、配管内の異物（流体中の異物）がガス通路１３に流入するのを防止するものである。上記異物は、例えば、ゴミ、錆、スケール等である。

図３にも示すように、メッシュ部材５０は、棒状部１１の下端部に設けられている。具体的に、メッシュ部材５０は、棒状部１１の下端面１１ａ（軸方向端面）およびその下端面１１ａに連続する側面１１ｂ（外周面）を覆うように、棒状部１１の下端部に設けられている。

また、棒状部１１の側部には、複数の連通路１７が形成されている。この連通路１７は、棒状部１１の軸方向と直交する方向に延びる直線状の通路である。連通路１７は、一端（流出口）が棒状部１１の螺旋通路１４に開口し、他端（流入口）が棒状部１１の側面１１ｂに開口している。つまり、連通路１７は棒状部１１の側部において外部と螺旋通路１４とを連通させるものである。連通路１７の他端は、棒状部１１におけるメッシュ部材５０で覆われた領域の側面１１ｂに開口している。このように、棒状部１１では、下端面１１ａに開口するガス通路１３の流入口１３ａと、側面１１ｂに開口する連通路１７の流入口とが、メッシュ部材５０によって覆われている。

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の流入口１３ａを覆い、配管内の異物（流体中の異物）がガス通路１３に流入するのを防止するためのメッシュ部材５０を棒状部１１に設けるようにした。これにより、検出対象である蒸気がガス通路１３に流入するのを許容しつつ、蒸気以外の異物がガス通路１３に流入するのを防止することができる。したがって、配管内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。よって、センサ装置１の信頼性を向上させることができる。

さらに、上記実施形態のセンサ装置１によれば、棒状部１１の下端部において外部と螺旋通路１４（ガス通路１３）とを連通させる連通路１７を形成するようにしたので、ガス通路１３の流入口１３ａからだけでなく連通路１７からも蒸気をガス通路１３に流入させることができる。つまり、蒸気のガス通路１３への流入面積を増大させることができる。そして、連通路１７の流入口１３ａもメッシュ部材５０で覆うようにしているため、異物が連通路１７を通じてガス通路１３に流入するのを防止することができる。

ガス通路１３の流入口１３ａをメッシュ部材５０で覆うことにより、流入口１３ａ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、上述したように連通路１７によって蒸気のガス通路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、上記実施形態によれば、連通路１７を棒状部１１の側部に形成するようにした。つまり、上記実施形態では、棒状部１１の下端部において、一端が螺旋通路１４に開口すると共に他端が側面１１ｂに開口する連通路１７を形成するようにした。したがって、必要な開口面積を有する連通路１７を容易に形成することが可能である。即ち、棒状部１１の下端面１１ａは流入口１３ａが開口していることもあって狭いために連通路の開口面積を確保し難いが、上記実施形態のように棒状部１１の側面１１ｂに連通路１７を開口させることで十分な開口面積を確保し易くなる。

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１３ａ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である。

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。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、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（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、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１３ａ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。

また、螺旋通路１４では、ドレン水が溜まるとその部分では蒸気の流通面積が減少して蒸気が流れ難くなる虞があるため、ドレン水が必要量（即ち、流入口１３ａの高温が圧力センサ３０に伝達されるのを抑制し得るドレン水の量）以上に溜まるのを回避するのが好ましい。この点、上記実施形態において連通路１７が形成されている領域の螺旋通路１４では、図４に示すように、ドレン水は連通路１７の位置まで溜まると連通路１７から流出するため、ドレン水の水面（貯留面）は連通路１７よりも高くならない。したがって、上記実施形態の螺旋通路１４では、連通路１７との連通位置を所定の位置にすることにより、ドレン水の水面位置を所定の位置に制限することができる。つまり、ドレン水の貯留量を制限することができる。これにより、螺旋通路１４において蒸気の必要流通面積を確保しやすくなる。このように、上記実施形態の連通路１７は、螺旋通路１４において溜まったドレン水を流出させることによってドレン水が必要量以上に溜まるのを回避する機能をも有している。

なお、本発明は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態の連通路１７は、棒状部１１の軸方向と直交する直線状の通路としたが、本発明はこれに限らず、曲線状の通路であってもよいし、螺旋通路１４側から外部へ向かうに従って狭くまたは広くなるテーパ状の通路であってもよい。また、上記実施形態の連通路１７は、棒状部１１の軸方向と直交する通路ではなく、例えば螺旋通路１４側から外部へ向かうに従って下方または上方へ傾斜する直線状の通路であってもよい。特に、連通路１７は少なくとも下側の通路壁が外部へ向かうに従って下方へ傾斜する通路とすることにより、螺旋通路１４に溜まったドレン水を連通路１７から容易に流出させることができる。よって、螺旋通路１４においてドレン水が必要量以上に溜まるのを確実に回避することができる。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、連通路１７を省略するようにしてもよいし、ガス通路１３の螺旋通路１４を例えば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、本発明はこれに限らず、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、本発明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。

本発明は、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 本体
１１ 棒状部
１１ａ 下端面（軸方向端面）
１１ｂ 側面
１３ ガス通路（流体通路）
１３ａ 流入口
１４ 螺旋通路（螺旋状の通路）
１４ｂ 下り部
１５ 螺旋溝（螺旋状の溝）
１７ 連通路
２０ 温度センサ
２１ シース管（内挿体）
２１ａ 外周面
３０ 圧力センサ
５０ メッシュ部材

Claims (5)

1. 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、
   上記本体には、上記流体通路の流入口を覆い、流体中の異物が上記流体通路に流入するのを防止するメッシュ部材が設けられ、
   上記本体は、上記流体通路が軸方向に延びて形成されると共に上記流入口が軸方向端面に開口する棒状部を有し、
   上記メッシュ部材は、上記棒状部の上記軸方向端面およびその端面に連続する側面を覆うように設けられ、
   上記棒状部には、一端が上記棒状部の流体通路に開口し、他端が上記メッシュ部材で覆われる上記側面に開口する連通路が形成されている
   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、
   上記流体通路は、上記流入口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。
3. 請求項２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。
4. 請求項２または３に記載のセンサ装置において、
   上記本体は、内周面に螺旋状の溝が形成された筒状の棒状部を有しており、
   円柱状に形成され、上記本体の棒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
   ことを特徴とするセンサ装置。
5. 請求項４に記載のセンサ装置において、
   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。

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