WO2018198263A1 - センサ装置 - Google Patents

Abstract

センサ装置１は、軸方向に延びるガス通路１３が内部に形成され、ガス通路１３に流体が流入する棒状部１１と、ガス通路１３よりも細く形成されると共に、先端側がガス通路１３内に位置する状態でガス通路１３に挿入され、流体の温度を検出する棒状のシース管４１と、シース管４１の基端側を固定する内挿体２５と、棒状部１１に設けられ、シース管４１の先端側を保持する保持部材３１，３５とを備えている。

Description

センサ装置

　本願は、流体の温度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、流体が流れる配管に取り付けられて流体の温度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、内周面に螺旋溝が形成された筒状部材に温度センサ（シース管）が挿入され、螺旋溝と温度センサとによって流体の螺旋通路が形成されている。このセンサ装置では、流体が螺旋通路を上向きに流れ上部に設けられた圧力センサによって流体圧力が検出されると共に、温度センサによって流体温度が検出される。流体は螺旋通路を流れる際に外部と熱交換し温度が低下する。そのため、圧力センサには温度の低い流体が流れるので、圧力センサを高温対応のものにしなくてもすむ。よって、圧力センサのコストを削減することができる。

ＷＯ２０１５／１０５１０２Ａ１

　ところで、上述したセンサ装置が取り付けられる配管の径が大きい場合、筒状部材を配管内に挿入する長さを確保するために筒状部材を長くする必要がある。一方、螺旋通路の長さは流体の温度を所定温度まで低下させ得る長さであれば足りるため、螺旋溝の加工費が高いことを考えると、螺旋通路は必要最小限の長さに抑えられる。そうすると、筒状部材においてシース管の先端側は自由端となり、シース管が流体圧力による影響を受けやすかった。

　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、コストを抑えつつ、温度センサの流体圧力による影響を抑制することにある。

　本願に開示の技術は、棒状部材と、温度センサと、固定部材と、保持部材とを備えたセンサ装置である。前記棒状部材は、軸方向に延びる流体通路が内部に形成され、該流体通路に流体が流入するものである。前記温度センサは、前記流体通路よりも細く形成されると共に、先端側が前記流体通路内に位置する状態で該流体通路に挿入され、前記流体の温度を検出する棒状のものである。前記固定部材は、前記温度センサの基端側を固定するものである。前記保持部材は、前記棒状部材に設けられ、前記温度センサの先端側を保持するものである。

　本願のセンサ装置によれば、温度センサの流体圧力による影響を抑制することができる。

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。

　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に相当する。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。

　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）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。ガス通路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（上下方向）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、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、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。

　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、ガス通路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のガス通路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によって固定される（保持される）。つまり、内挿体２５はシース管４１の基端側を固定する固定部材を構成している。

　また、シース管４１は、先端４１ａが直線通路１５（ガス通路１３）内に位置する状態でガス通路１３に挿入されている。圧力センサ５０は、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が圧力センサ５０の連通箇所よりも上流側に形成されている。シース管４１は、直線通路１５（ガス通路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。ガス通路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。

　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、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蒸気に曝された状態となる。

　さらに、本実施形態のセンサ装置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の開口を閉鎖している。

　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。つまり、段差部１１ｅによって上流側保持部材３５の挿入位置が規制される。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。つまり、段差部１１ｄによって下流側保持部材３１の挿入位置が規制される。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、蒸気が流入可能な連通孔１８が設けられている。連通孔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。連通孔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、蒸気が流入可能な連通孔１９が設けられている。連通孔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。連通孔１８は、棒状部１１の周方向において複数設けられている。

　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、連通孔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、連通孔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。横通路１６に流れた蒸気は圧力センサ５０によって蒸気の圧力が検出される。

　以上のように、上記実施形態のセンサ装置１は、シース管４１の基端側を固定する内挿体２５（固定部材）と、棒状部１１に設けられ、シース管４１の先端側を保持する保持部材（下流側保持部材３１、上流側保持部材３５）とを備えている。そのため、シース管４１の蒸気圧力（流体圧力）による影響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は、ガス通路１３において圧力センサ５０の連通箇よりも上流側に螺旋通路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、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。

　このように、蒸気の温度だけでなく圧力も検出するセンサ装置１では、螺旋通路１４を形成するために棒状部１１の長さが長くなり、それに伴ってシース管４１の長さも長くなる。そうすると、シース管４１の先端側が振動しやすくなるが、上記実施形態では保持部材（下流側保持部材３１、上流側保持部材３５）によってその振動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は、外周面に螺旋溝２８が形成された円筒状に形成され、棒状部１１に挿入され棒状部１１の内周面１１ｂと螺旋溝２８とによって螺旋通路１４を形成する内挿体２５を備えている。したがって、容易に棒状部１１の内部に螺旋通路１４を形成することができる。そして、内挿体２５はシース管４１の基端側が挿入されて該基端側を固定する固定部材としても機能しているため、固定部材を別途設ける必要がない。

　また、上記実施形態のセンサ装置１では、下流側保持部材３１が、螺旋通路１４の上流側に連続して形成された直線通路１５を遮断している。そのため、螺旋通路１４において蒸気の凝縮によって発生したドレンが、直線通路１５において上流側へと流下することを下流側保持部材３１によって阻止することができる。したがって、シース管４１の検出部である先端側に低温のドレンが接することを防止することができる。これにより、シース管４１によって蒸気の温度を精度良く検出することができる。

　さらに、棒状部１１において下流側保持部材３１よりも下流側の下流側通路１５ａに対応する側部には、蒸気が流入可能な連通孔１８が設けられている。この構成によれば、直線通路１５を下流側保持部材３１によって遮断しつつも、外部から蒸気を螺旋通路１４に流入させることができ、蒸気の圧力を検出することができる。また、螺旋通路１４から流下して下流側通路１５ａに溜まったドレンを連通孔１８から外部に流出させることができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１では、保持部材として、シース管４１の先端４１ａを保持する上流側保持部材３５と、シース管４１の先端４１ａよりも基端寄りの部分を保持する下流側保持部材３１とが設けられている。したがって、シース管４１の蒸気による振動を一層抑制することができる。

　また、上流側保持部材３５は、棒状部１１の下端面１１ａの開口に挿入され且つ内側にシース管４１の先端４１ａが挿入される円筒状に形成されている。この構成によれば、シース管４１の先端４１ａを保持しつつ、蒸気をシース管４１の先端４１ａに接触させることができる。

　また、棒状部１１において下流側保持部材３１と上流側保持部材３５との間の上流側通路１５ｂに対応する側部には、蒸気が流入可能な連通孔１９が設けられている。この構成によれば、外部から蒸気を上流側通路１５ｂに流入させることができる。そのため、シース管４１の検出部である先端側に蒸気を接触させることができ、蒸気の温度を一層精度良く検出することができる。

　さらに、上記実施形態のセンサ装置１は、螺旋通路１４の途中に下り部１４ｂが形成されている。この構成によれば、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において蒸気の凝縮によって発生した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、外部の高温がガス通路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。

　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。

　例えば、上記実施形態のセンサ装置１では、下流側保持部材３１および上流側保持部材３５の一方のみを設けるようにしてもよい。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、下流側保持部材３１は直線通路１５を遮断するものとしたが、これに代えて、下流側通路１５ａと上流側通路１５ｂとが連通可能に下流側保持部材３１を構成するようにしてもよい。例えば、下流側保持部材３１の外周面において下流側保持部材３１と上流側保持部材３５とを連通させるスリットを設けることが考えられる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、上流側保持部材３５は棒状部１１の下端面１１ａの開口を閉鎖するものとしたが、これに代えて、上流側通路１５ｂと外部とが連通可能に上流側保持部材３５を構成するようにしてもよい。例えば、上流側保持部材３５において上流側通路１５ｂと外部とを連通させる連通孔を設けることが考えられる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１では、内挿体２５を固定部材としたが、内挿体２５を省略して別の部材でシース管４１の基端側を固定するようにしてもよい。

　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、流体の温度を検出する温度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）
１１ｂ　　内周面
１３　　　ガス通路（流体通路）
１４　　　螺旋通路（螺旋状の通路）
１５　　　直線通路
１５ａ　　下流側通路
１５ｂ　　上流側通路
１８　　　連通孔
１９　　　連通孔
２５　　　内挿体（固定部材）
２７　　　外周面
２８　　　螺旋溝（螺旋状の溝）
３１　　　下流側保持部材（保持部材）
３５　　　上流側保持部材（保持部材）
４１　　　シース管（温度センサ）
５０　　　圧力センサ

Claims (7)

1. 　軸方向に延びる流体通路が内部に形成され、該流体通路に流体が流入する棒状部材と、
   　前記流体通路よりも細く形成されると共に、先端側が前記流体通路内に位置する状態で該流体通路に挿入され、前記流体の温度を検出する棒状の温度センサと、
   　前記温度センサの基端側を固定する固定部材と、
   　前記棒状部材に設けられ、前記温度センサの先端側を保持する保持部材とを備えている
   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、
   　前記流体通路に連通し、前記流体の圧力を検出する圧力センサを備え、
   　前記流体通路は、前記流体が前記温度センサの先端側から基端側へ流れるように構成され、前記圧力センサの連通箇所よりも上流側に形成された螺旋状の通路と、該螺旋状の通路の上流側に連続して形成された直線通路とを有し、
   　前記保持部材は、前記直線通路に設けられている
   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、
   　前記棒状部材は、内側が前記流体通路となる円筒状に形成され、
   　外周面に螺旋状の溝が形成された円筒状に形成され、前記棒状部材に挿入され該棒状部材の内周面と前記螺旋状の溝とによって前記螺旋状の通路を形成する内挿体を備え、
   　前記内挿体は、前記温度センサの基端側が挿入され、前記固定部材を構成している
   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、
   　前記保持部材は、前記直線通路を遮断するように設けられており、
   　前記棒状部材において前記保持部材よりも下流側の前記直線通路に対応する側部には、前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。
5. 　請求項４に記載のセンサ装置において、
   　前記保持部材は、前記温度センサの先端を保持する上流側保持部材と、前記温度センサの先端よりも基端寄りの部分を保持し且つ前記直線通路を遮断する下流側保持部材とを有している
   ことを特徴とするセンサ装置。
6. 　請求項５に記載のセンサ装置において、
   　前記上流側保持部材は、前記棒状部材の軸方向端の開口に挿入され且つ内側に前記温度センサの先端が挿入される円筒状に形成され、前記開口を閉鎖している
   ことを特徴とするセンサ装置。
7. 　請求項６に記載のセンサ装置において、
   　前記棒状部材において前記上流側保持部材と前記下流側保持部材との間の前記直接通路に対応する側部には、前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。

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