JP6976737B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本願は、流体の温度または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設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詰まる虞があった。通気路に異物が詰まると、通気路において流体は圧力センサまで到達し難くなり、そのため、流体の圧力を正確に検出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、流体通路に流入した異物によって検出機能が低下することを抑制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、本体と、センサと、連通孔と、開閉部とを備えている。前記本体は、外部に開口する流入口を有し、該流入口から対象流体が流入する流体通路が内部に形成されている。前記センサは、前記流体通路に連通し、該流体通路内の前記対象流体の圧力または温度を検出するものである。前記連通孔は、前記本体に前記流入口とは別に設けられ、前記流体通路と外部とを連通させるものである。前記開閉部は、前記連通孔を開閉するものである。

本願のセンサ装置によれば、流体通路に流入した異物によって検出機能が低下することを抑制し得るセンサ装置を提供することができる。

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、実施形態に係る本体の棒状部の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、実施形態に係る本体の頭部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。本実施形態では、対象流体（検出対象の流体）として蒸気を例示して説明する。

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、対象流体の蒸気が流入する流体通路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、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。

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蒸気の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。

流体通路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）および直線通路１５と、頭部１２において形成される横通路１６とを有する。流体通路１３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（上下方向）に延びる通路である。螺旋通路１４は、棒状部１１の略上半部に形成され、一端が横通路１６に連通し、他端が直線通路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に延びて形成されている。直線通路１５は、棒状部１１の下端寄りに形成されており、螺旋通路１４の上流側に連続して形成されている。つまり、直線通路１５は螺旋通路１４に連通し、他端が下端面１１ａの開口に連通している。

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、円筒状）の内挿体２５が挿入されている。内挿体２５は、長さが棒状部１１よりも短く形成されており、棒状部１１における略上半部に位置している。内挿体２５は、外周面２７に螺旋溝２８（螺旋状の溝）が形成されている。螺旋溝２８は、内挿体２５の外周面２７において軸方向（上下方向）に延びており、内挿体２５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２８は、縦断面視が矩形状に形成されている。ここに、縦断面視とは、螺旋溝２８をその軸方向（長手方向）に対して平行に切断した断面を意味する。

内挿体２５の外径は、棒状部１１の内径と略同じである。つまり、内挿体２５は外周面２７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２５の螺旋溝２８とによって上述した螺旋通路１４が形成されている。つまり、本実施形態のセンサ装置１では、内挿体２５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、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、後述する圧力センサ５０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２５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２８が形成されている。なお、螺旋溝２８の構造はこれに限定されない。螺旋溝２８は、例えば、下り部を有さず上り部のみからなる構造であってもよい。

図３にも示すように、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、直線通路１５内（即ち、流体通路１３内）の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（棒状）に形成されており、棒状部１１の流体通路１３に挿入されている。具体的に、シース管４１は、基端側が内挿体２５の貫通孔２６に挿入されてスキマバメにより嵌合している。こうして、シース管４１の基端側は内挿体２５によって固定されている。なお、螺旋通路１４の上方に位置する開口部分はボルト４２によって閉塞されている。

また、シース管４１は、先端４１ａが直線通路１５（流体通路１３）内に位置する状態で流体通路１３に挿入されている。シース管４１は、直線通路１５（流体通路１３）よりも細く形成されており、直線通路１５は、棒状部１１にシース管４１が挿入されることにより環状の通路となっている。流体通路１３は、蒸気がシース管４１の先端側から基端側へ流れるように構成されている。

また、センサ装置１は、棒状部１１に設けられ、シース管４１（温度センサ４０）の先端側を保持する保持部材を備えている。本実施形態では、保持部材として、下流側保持部材３１と上流側保持部材３５の２つが設けられている。下流側保持部材３１および上流側保持部材３５は、何れも、金属製であり、棒状部１１の直線通路１５に設けられている。

上流側保持部材３５は、円筒状に形成されており、下端面１１ａの開口に挿入されている。上流側保持部材３５は、外径が棒状部１１の内径と略同じであり、外周面が棒状部１１における直線通路１５に対応する内周面１１ｂと接する状態で下端面１１ａの開口に挿入されている。そして、上流側保持部材３５は、貫通孔３６にシース管４１の先端４１ａが挿入され嵌合している。こうして上流側保持部材３５は、シース管４１の先端４１ａを保持すると共に、下端面１１ａの開口を閉塞している。

上流側保持部材３５は、棒状部１１の内周面１１ｂに形成された段差部１１ｅに当接するまで棒状部１１に挿入されている。上流側保持部材３５は、下端面が棒状部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、上流側保持部材３５の下端面が内方に位置する分だけ空間１１ｆが形成されている。また、シース管４１の先端４１ａは上流側保持部材３５の貫通孔３６の途中まで挿入されている。したがって、上流側保持部材３５の貫通孔３６には外部と連通する空間１１ｇが形成されている。こうした空間１１ｆ，１１ｇを設けることにより、配管内を流れる蒸気がシース管４１の先端４１ａまで流入しやすくなる。なお、棒状部１１では上流側保持部材３５の下方に設けられた留め具２１によって上流側保持部材３５の外方への抜け出しが防止されている。

下流側保持部材３１は、円筒状に形成されており、棒状部１１に挿入されている。下流側保持部材３１は、棒状部１１において上流側保持部材３５よりも下流側の位置であって直線通路１５の途中に設けられている。下流側保持部材３１は、外径が棒状部１１の内径と略同じであり、外周面が棒状部１１における直線通路１５に対応する内周面１１ｂと接する状態で棒状部１１に挿入されている。下流側保持部材３１は、上流側保持部材３５よりも軸方向長さが短い。

そして、下流側保持部材３１は、シース管４１の先端４１ａよりも基端寄りの部分が貫通孔３２に挿入され嵌合している。こうして下流側保持部材３１は、シース管４１の先端４１ａよりも基端寄りの部分（先端側）を保持すると共に、直線通路１５を遮断している。つまり、直線通路１５は、下流側保持部材３１によって下流側通路１５ａと上流側通路１５ｂとに区画され、下流側通路１５ａと上流側通路１５ｂとは互いに連通しない。下流側保持部材３１は、棒状部１１の内周面１１ｂに形成された段差部１１ｄに当接するまで棒状部１１に挿入されている。なお、下流側通路１５ａは上流側通路１５ｂよりも短い。

棒状部１１において、下流側通路１５ａに対応する側部、即ち下流側保持部材３１よりも下流側の直線通路１５に対応する側部には、外部に開口し蒸気が流入可能な流入口１８が設けられている。流入口１８は、棒状部１１において外周面１１ｃから内周面１１ｂに貫通しており、下流側通路１５ａと外部とを連通させている。流入口１８は、棒状部１１の周方向において複数設けられている。また、棒状部１１において、上流側通路１５ｂに対応する側部、即ち下流側保持部材３１と上流側保持部材３５との間の直線通路１５に対応する側部には、外部に開口し蒸気が流入可能な流入口１９が設けられている。流入口１９は、棒状部１１において外周面１１ｃから内周面１１ｂに貫通しており、下流側通路１５ａと外部とを連通させている。流入口１８は、棒状部１１の周方向において複数設けられている。

圧力センサ５０は、頭部１２に設けられ、横通路１６内の蒸気の圧力を検出するものである。横通路１６は、頭部１２において水平方向に延び螺旋通路１４に連通している。本実施形態の流体通路１３では、流入口１８から流入した蒸気が、下流側通路１５ａおよび螺旋通路１４を介して横通路１６に流れる。つまり、流体通路１３では、下流側通路１５ａ、螺旋通路１４および横通路１６が順に繋がる１つの独立した通路を構成している。

圧力センサ５０は、横通路１６に連通する状態で設けられている。圧力センサ５０は、固定部材５１によって頭部１２に取り付けられている。具体的に、頭部１２には、上下方向に延びて横通路１６に連通するねじ孔１７が設けられている。ねじ孔１７には、固定部材５１が取り付けられている。固定部材５１は、頭部５２と、該頭部５２よりも小径の軸部５３とを有している。固定部材５１は、軸部５３がねじ孔１７に螺合されることで取り付けられる。頭部５２には、圧力センサ５０が嵌め込まれる取付穴５２ａが形成されている。軸部５３には、その軸方向に延びる連通路５３ａが形成されている。連通路５３ａは、横通路１６と取付穴５２ａとを連通させるものである。圧力センサ５０は、固定部材５１の連通路５３ａを介して横通路１６に連通している。このように、流体通路１３では、螺旋通路１４が流入口１８と圧力センサ５０の連通箇所との間に形成されている。なお、固定部材５１の頭部５２には、頭部５２と本体１０との間をシールするためのシール部材５４が設けられている。これにより、横通路１６の流体が固定部材５１と本体１０との間から流出することを阻止することができる。

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、即ち棒状部１１において直線通路１５が設けられている部分が配管内の対象流体である蒸気に曝された状態となる。

センサ装置１では、配管内の蒸気が空間１１ｆ，１１ｇに流入し、シース管４１の先端４１ａによって蒸気の温度が検出される。また、配管内の蒸気は、流入口１９から上流側通路１５ｂに流入し滞留する。これによっても、シース管４１により蒸気の温度が検出される。また、配管内の蒸気は、流入口１８から下流側通路１５ａに流入し、螺旋通路１４を通過した後、横通路１６に流れる。そして、横通路１６に流れた蒸気の圧力が圧力センサ５０によって検出される。

また、本体１０の頭部１２には、連通孔５５が設けられている。連通孔５５は、流体通路１３の横通路１６と外部とを連通させるものである。連通孔５５は、横通路１６における圧力センサ５０の連通箇所よりも下流側の端部と外部とを連通させている。つまり、連通孔５５は、流体通路１３の蒸気の流れ方向において圧力センサ５０の連通箇所よりも下流側の部分に連通している。連通孔５５は、内周面に雌ねじが形成されたねじ孔である。

そして、本体１０は、連通孔５５を開閉するための開閉部５６を有している。開閉部５６は、頭部５７と軸部５８とを有するボルトである。開閉部５６は、軸部５８が連通孔５５に螺合されることによって連通孔５５を閉塞する。つまり、連通孔５５は、開閉部５６を着脱することにより開閉される。頭部５７には、頭部５７と本体１０との間をシールするためのシール部材５９が設けられている。これによって、連通孔５５を確実に閉塞することができる。

連通孔５５は、連通孔５５から排出用流体を注入（高圧で注入）することによって流体通路１３内の異物を流入口１８から排出させる、または、流入口１８から排出用流体を注入することによって流体通路１３内の異物を連通孔５５から排出させるものである。センサ装置１が配管に取り付けられて配管内の蒸気の圧力および温度を検出するときは、連通孔５５は開閉部５６によって閉塞される。流体通路１３（下流側通路１５ａ、螺旋通路１４および横通路１６）内にゴミや錆、スケール等の異物が溜まったり詰まったりしたときは、開閉部５６を外し、例えば連通孔５５から排出用流体を高圧で注入する。これにより、流体通路１３内の異物が排出用流体によって流入口１８から排出される。なお、開閉部５６を外した状態で、連通孔５５ではなく流入口１８から排出用流体を高圧で注入し、連通孔５５から異物を排出するようにしてもよい。排出用流体の一例としては空気が挙げられる。

また、連通孔５５は、流入口１８から排出用液体を注入することによって流体通路１３内の空気を連通孔５５から排出させるものでもある。流体通路１３内に空気が存在した状態では、圧力センサ５０によって蒸気の圧力を正確に検出することが困難となる。そこで、流体通路１３（下流側通路１５ａ、螺旋通路１４および横通路１６）内に空気が存在しているときは、開閉部５６を外した状態で、流入口１８から排出用液体を高圧で注入する。そうすると、流体通路１３内の空気は排出用液体によって押されて連通孔５５から排出される。そして、連通孔５５から排出用液体が流出すると、流体通路１３内の空気は全て外部に排出されたとして、連通孔５５を開閉部５６で閉塞する。排出用液体の一例としては水が挙げられる。

以上のように、上記実施形態のセンサ装置１は、流入口１８とは別に、流体通路１３と外部とを連通させる連通孔５５と、連通孔５５を開閉する開閉部５６とを備えている。そのため、流体通路１３に流れた蒸気の圧力を検出する際は、連通孔５５を開閉部５６で閉塞した状態にすることにより、流体通路１３から外部に蒸気が流出することを阻止することができる。また、流体通路１３内に異物が溜まったり詰まったりしたときは、開閉部５６を外し、例えば連通孔５５から排出用流体を注入することにより、流体通路１３内の異物を流入口１８から排出させることができる。これにより、流体通路１３に流入した異物によって圧力センサ５０の検出機能が低下することを抑制することができる。

特に、上記実施形態のセンサ装置１において、連通孔５５は、流体通路１３の蒸気の流れ方向において圧力センサ５０の連通箇所よりも下流側の部分に連通している。そのため、流体通路１３において流入口１８から圧力センサ５０の連通箇所までの如何なる部分に存在する異物も外部に排出させることができる。そのため、流体通路１３に流入した異物によって圧力センサ５０の検出機能が低下することを確実に抑制することができる。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、流体通路１３内に空気が存在しているときは、開閉部５６を外した状態で流入口１８から排出用液体を注入することにより、流体通路１３内の空気を外部に排出させることができる。そのため、流体通路１３内に空気が存在することによって圧力センサ５０の検出機能が低下することを抑制することができる。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、流体通路１３は流入口１８と圧力センサ５０の連通箇との間に形成された螺旋通路１４を有している。そのため、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、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、配管内の蒸気が高温であっても螺旋通路１４を通過した後の圧力センサ５０付近では蒸気の温度を低下させることができる。つまり、流体通路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できる。

螺旋通路１４は、例えば直線状の通路に比べて、異物が溜まり易くなる。また、横通路１６は、水平方向に延びているため、例えば上下方向に延びる通路に比べて、異物が溜まり易くなる。しかしながら、上記実施形態のセンサ装置１では、上述したように螺旋通路１４や横通路１６に溜まった異物を外部に排出させることができる。

なお、上記実施形態のセンサ装置１では、開閉部５６はボルトとしたが、本願に開示の技術は、連通孔５５を開閉することができるものであれば開閉部５６の形態は如何なるものであってもよい。

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。

また、上記実施形態のセンサ装置１において、圧力センサ５０を温度センサに代えたものであってもよい。その場合、シース管４１を含む温度センサ４０は省略される。

本願に開示の技術は、流体の圧力または温度を検出するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１０ 本体
１３ 流体通路
１４ 螺旋通路（螺旋状の通路）
１８ 流入口
５０ 圧力センサ
５５ 連通孔
５６ 開閉部

Claims (2)

1. 外部に開口する流入口を有し、該流入口から対象流体が流入する流体通路が内部に形成された本体と、
   前記流体通路に連通し、該流体通路内の前記対象流体の圧力または温度を検出するセンサと、
   前記本体に前記流入口とは別に設けられ、前記流体通路と外部とを連通させる連通孔と、
   前記連通孔を開閉する開閉部とを備え、
   前記連通孔は、前記流体通路の前記対象流体の流れ方向において前記センサの連通箇所よりも下流側の部分に連通しており、
   前記センサは、前記対象流体の圧力を検出する圧力センサであり、
   前記流体通路は、前記流入口と前記センサの連通箇所との間に形成された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。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記連通孔は、該連通孔から排出用流体を注入することによって前記流体通路内の異物を前記流入口から排出させる、または、前記流入口から前記排出用流体を注入することによって前記流体通路内の異物を前記連通孔から排出させるものである
   ことを特徴とするセンサ装置。

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