(57)【要約】【課題】高温下における熱から計測器を保護すること。【解決手段】計測器を収容する空間が形成された中空円筒状の内管２２と、内周面５４と前記内管２２の外周面との間にリング状の空間５７を形成するとともに、前記内管２２を収容する空間が形成された中空円筒状の外管２１と、前記リング状の空間５７内に挿入されて、前記リング状の空間５７内に冷却媒体を供給する少なくとも１本の供給管２４と、前記リング状の空間５７内に挿入されて、前記冷却媒体を回収する少なくとも１本の回収管２５と、前記内管２２に形成された空間と連通する貫通穴２９を中央部に有し、前記リング状の空間５７の先端を閉塞する先端金具２６とを備えている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測器を収容する空間が形成された中空円筒状の内管と、
内周面と前記内管の外周面との間にリング状の空間を形成するとともに、前記内管を収容する空間が形成された中空円筒状の外管と、
前記リング状の空間内に挿入されて、前記リング状の空間内に冷却媒体を供給する少なくとも１本の供給管と、
前記リング状の空間内に挿入されて、前記冷却媒体を回収する少なくとも１本の回収管と、
前記内管に形成された空間と連通する貫通穴を中央部に有し、前記リング状の空間の先端を閉塞する先端金具とを備えていることを特徴とする計測器用保護管。
【請求項２】
前記内管に形成された空間と連通する貫通穴を中央部に有し、前記先端金具の先端に取り付けられるシール金具と、
前記シール金具の周溝と前記計測器の外周面と前記先端金具の内側面とが形成する環状の空洞内に収容されたシール手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の計測器用保護管。
【請求項３】
前記供給管は、その先端が、前記リング状の空間の先端近傍に位置するように配置され、前記回収管は、その先端が、前記リング状の空間の基端近傍に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の計測器用保護管。
【請求項４】
前記内管に、その外周面が前記外管の内周面と接する大径部が設けられており、この大径部に、前記供給管を収容して保持する少なくとも１本の溝、および前記回収管の先端部を収容して保持する少なくとも１本の流路が軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項３に記載の計測器用保護管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温・高圧（例えば、４５０℃、２ＭＰａ）下で使用される計測器、例えば、ガスタービン運転中の燃焼器入口の気流乱れを計測する計測装置を構成する熱線流速計プローブ（以下、「熱線プローブ」という。）およびプローブサポートを収容して保護する計測器用保護管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高度化する低ＮＯｘ燃焼装置を開発したり、このような燃焼装置を適切に運転するためには、燃焼状態を高精度に評価する燃焼診断技術が必要となる。
燃焼診断技術の一つとして、燃焼ガス中の化学種濃度を計測するものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、低ＮＯｘ化を達成させるには、燃焼装置（例えば、ガスタービンの燃焼器）の入口における気流乱れの低減が不可欠であり、燃焼装置の入口における気流の乱れを計測して、燃焼診断技術の一つとして利用すればよい。
しかしながら、気流の乱れを計測する市販の熱線プローブは、安価なものは３００℃までしか耐熱性を有しておらず、このままでは４５０℃という高温環境下では使用できないという問題点があった。また、高価なものでは４５０℃までの耐熱性を有するものもあるが、熱線プローブ自身の長さ（約５０ｍｍ）が短く単独では燃焼器ケーシングの外部から内部の燃焼器入口における気流の乱れを計測する領域にまで届かない。よって、熱線プローブの基端側に市販のプローブサポート（約１ｍ）を接続する必要があるが、市販のプローブサポートは１５０℃までしか耐熱性を有していないため、高温用の高価な熱線プローブを用いたとしても、このままでは高温環境下での計測ができないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高温下における熱から計測器を保護することができる計測器用保護管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る計測器用保護管は、計測器を収容する空間が形成された中空円筒状の内管と、内周面と前記内管の外周面との間にリング状の空間を形成するとともに、前記内管を収容する空間が形成された中空円筒状の外管と、前記リング状の空間内に挿入されて、前記リング状の空間内に冷却媒体を供給する少なくとも１本の供給管と、前記リング状の空間内に挿入されて、前記冷却媒体を回収する少なくとも１本の回収管と、前記内管に形成された空間と連通する貫通穴を中央部に有し、前記リング状の空間の先端を閉塞する先端金具とを備えている。
【０００７】
本発明に係る計測器用保護管によれば、内管およびこの内管に収容された計測器が、外管の内周面と内管の外周面との間に形成されたリング状の空間を流通する冷却水等の冷却媒体によって冷却されることになる。
これにより、内管に収容された計測器を高温（例えば、４５０℃）下における熱から保護することができる。
また、計測器として安価なものを使用することができるので、製造コストを抑制することができる。
【０００８】
上記計測器用保護管において、前記内管に形成された空間と連通する貫通穴を中央部に有し、前記先端金具の先端に取り付けられるシール金具と、前記シール金具の周溝と前記計測器の外周面と前記先端金具の内側面とが形成する環状の空洞内に収容されたシール手段とを備えているとさらに好適である。
【０００９】
このような計測器用保護管によれば、貫通穴と計測器との間の隙間をＯリング等のシール手段によってシールすることができるので、燃焼器入口を流れる高温・高圧の流体が内管の内部に形成された空間内に侵入して計測器を損傷することを防ぐことができる。
【００１０】
上記計測器用保護管において、前記供給管は、その先端が、前記リング状の空間の先端近傍に位置するように配置され、前記回収管は、その先端が、前記リング状の空間の基端近傍に位置するように配置されているとさらに好適である。
【００１１】
このような計測器用保護管によれば、供給管の先端開口から先端金具に向かって冷却水が至近距離（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍしか離れていないところ）から噴射されることになる。
これにより、熱負荷の高い先端金具およびその周辺に配置されている熱線プローブ等を効率よく冷却することができる。
また、貫通穴と計測器との間をシールするＯリングが設けられている場合には、このＯリングも先端金具とともに効率よく冷却されることになるので、高価な高温用のＯリングを用いる必要がなく安価なＯリングを使用することができる。
【００１２】
上記計測器用保護管において、前記内管に、その外周面が前記外管の内周面と接する大径部が設けられており、この大径部に、前記供給管を収容して保持する少なくとも１本の溝、および前記回収管の先端部を収容して保持する少なくとも１本の流路が軸方向に沿って形成されているとさらに好適である。
【００１３】
このような計測器用保護管によれば、大径部を介して内管が外管に保持され、内管が外管に対して振動しなくなる。
これにより、内管に収容された計測器の振動を低減させることができ、計測器および計測器に接続された配線の断線または損傷を防止することができて、計測器および計測器による計測の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る計測器用保護管によれば、高温下における熱から計測器を保護することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る計測器用保護管を具備した計測装置の系統図である。
【図２】図１の要部を拡大して示した一部断面図である。
【図３】図２中において二点鎖線で囲んだ部分を拡大して示した拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る計測器用保護管を背面側から見た背面図である。
【図５】（ａ）は内管の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】外管、内管、供給管、回収管、および先端金具を組み合わせた状態を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）は図６のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図６のＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る計測器用保護管の一実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る計測器用保護管を具備した計測装置の系統図、図２は図１の要部を拡大して示した一部断面図、図３は図２中において二点鎖線で囲んだ部分を拡大して示した拡大図、図４は本実施形態に係る計測器用保護管を背面側（図２において右側）から見た背面図、図５（ａ）は内管の縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ断面図、図６は、外管、内管、供給管、回収管、および先端金具を組み合わせた状態を示す縦断面図、図７（ａ）は図６のＡ−Ａ断面図、図７（ｂ）は図６のＢ−Ｂ断面図、図７（ｃ）は図６のＣ−Ｃ断面図である。
【００１７】
本実施形態に係る計測器用保護管１は、例えば、図１に示すような、ガスタービン運転中の、高温・高圧下における燃焼器２入口の気流乱れを計測する計測装置３を構成する熱線プローブ４（図２参照）およびプローブサポート５（図２参照）を収容して保護するものであり、燃焼器ケーシング６を肉厚方向に貫通するようにして所定の位置に取り付けられる。
計測装置３は、熱線流速計アンプ７と、ターミナル８と、データロガー９と、ＣＰＵ１０とを備えてなり、熱線プローブ４から出力されたデータは、プローブサポート５、熱線流速計アンプ７、ターミナル８、データロガー９を介してＣＰＵ１０に送られ、ＣＰＵ１０のディスプレイ１０ａに表示される。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態に係る計測器用保護管１は、外管（外筒）２１と、内管（内筒）２２と、シール金具２３と、供給管２４と、回収管２５と、先端金具２６と、Ｏリング３９とを備えている。
外筒２１は、熱線プローブ（計測器）４と、プローブサポート（計測器）５と、内管２２と、少なくとも１本（本実施形態では２本）の供給管（給水管）２４と、少なくとも１本（本実施形態では２本）の回収管（排水管）２５とをその内部に収容する中空円筒状の部材である。外筒２１の先端（図２において左側の端）には、先端金具２６が取り付けられており、この先端金具２６の先端には、シール金具２３が取り付けられている。
【００１９】
図３に示すように、先端金具２６は、平面視円形状の底部２７と、平面視環形状の周壁部２８とを備えた断面視コ字形状を呈する部材である。底部２７の中央部には、軸方向（板厚方向）に貫通する貫通穴２９が設けられている。この貫通穴２９の内径は、熱線プローブ４の外径と同じか、あるいは熱線プローブ４の外径よりも若干大きい。底部２７の外側面（図３において右側の端面）３０には、外管２１の先端と内管２２の先端との間に嵌り込む、平面視環形状を呈するとともに、断面視矩形状を呈する突出部３１が設けられている。突出部３１の半径方向外側に位置する外側面３０は、外管２１の先端面３２と当接し、突出部３１の半径方向内側に位置する外側面３０は、内管２２の先端面３３と当接している。周壁部２８の内周面には、雌ねじ部３４が設けられており、周壁部２８の外周面には、スパナ等の工具を掛けるための二面幅（図示せず）が設けられている。
【００２０】
シール金具２３は、平面視円形状の軸部３５と、軸部３５の一端面から軸部３５の軸方向に沿って延びる先端部３６とを備えている。軸部３５の外周面には、先端金具２６の雌ねじ部３４と螺合する雄ねじ部３７が設けられており、軸部３５の他端面３８の内径側には円錐面状の周溝４０が設けられている。この周溝４０の円錐面６５と熱線プローブ４の外周面６６と先端金具２６の底部２７の内側面６７とで囲まれた環状の空洞６８には、熱線プローブ４の外周面に密着するようにして取り付けられたＯリング（例えば、バイトン（登録商標）からなるＯリング）３９が収容されている。なお、周溝４０は円錐面形状に限られるものではなく環状の矩形断面等でも構わない。
先端部３６は、断面視等脚台形状を呈する部材であり、その外周面には、スパナ等の工具を掛けるための二面幅（図示せず）が設けられている。
軸部３５および先端部３６の中央部には、軸方向に貫通する貫通穴４１が設けられている。この貫通穴４１の内径は、熱線プローブ４の外径と同じか、あるいは熱線プローブ４の外径よりも若干大きい。また、貫通穴４１の開口端からは、熱線プローブ４のセンサ部（先端部）４ａのみが突出させられている。
【００２１】
図４に示すように、給水管２４および排水管２５はそれぞれ、互いに対向する位置に、すなわち、給水管２４と排水管２５とが周方向に所定の間隔（本実施形態では９０度間隔）をあけて、交互に配置されている。
また、図１に示すように、給水管２４の基端は、冷却水ポンプ４２に接続されており、給水管２４には、冷却水ポンプ４２で加圧された冷却水（例えば、０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａの冷却水）が供給される。
【００２２】
図５および図６に示すように、内管２２は、一端側（図５および図６において右側）に大径部５１を有し、他端側（図５および図６において左側）に小径部５２を有するとともに、その内部に軸方向に沿って熱線プローブ４（図２参照）およびプローブサポート５（図２参照）で構成された計測器を収容する空間が形成された中空円筒状の部材である。
大径部５１の外周面５３は、内管２２の大径部５１を外管２１の中に軸方向に沿って挿入したときに、外管２１の内周面５４（図６参照）と接するように（合致するように）形成されている。
大径部５１の外周面５３には、軸方向に沿って少なくとも１本（本実施形態では２本）の溝５５、および少なくとも１本（本実施形態では２本）の流路５６が形成されている。図５（ｂ）に示すように、溝５５および流路５６はそれぞれ、断面視Ｕ字形状を呈する筋状の凹所であり、互いに対向する位置に、すなわち、溝５５と流路５６とが周方向に所定の間隔（本実施形態では９０度間隔）をあけて、交互に配置されている。図６、図７（ａ）、および図７（ｂ）に示すように、溝５５には給水管２４の一部が収容され、図６および図７（ａ）に示すように、流路５６には排水管２５の先端部（一端部）６９が収容される。図３および図７（ｃ）に示すように、外管２１の内周面５４と内管２２の小径部５２の外周面７０との間に形成されたリング状の空間５７には、給水管２４が収容されている。また、給水管２４の先端５８と、突出部３１の頂面５９との間には、所定の隙間（５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の隙間）が設けられている。
【００２３】
なお、図２および図６中の符号６０は、計測器用保護管１を燃焼器ケーシング６に取り付ける際に、軸方向の位置決めを容易に行うための位置決め板であり、外管２１の外周面から半径方向外側に向かって鍔状（フランジ状）に形成されている。この位置決め板６０は、燃焼器ケーシング６に設けられた取付用穴６１（図１および図２参照）の入口側の端部に形成された雌ねじ部６２（図２参照）と螺合する雄ねじ部６３（図２参照）を外周面に有する押さえ金具６４（図２参照）によって押さえ込まれ、計測器用保護管１全体が燃焼器ケーシング６に固定されるようになっている。
【００２４】
また、外管２１および内管２２の基端側（図２において右側）に位置する各々の開口端と、給水管２４および排水管２５とは、ロウ付けによって接合されており、外管２１および内管２２の基端側に位置する開口と、給水管２４および排水管２５との隙間は、リング状の空間５７に供給された冷却水が外部に漏出することはないようにロウによってシール（閉塞）されている。
さらに、図２、図３、および図６では、給水管２４と排水管２５とを互いに対向する位置（１８０度反対側の位置）に示しているが、これは給水管２４、排水管２５および空間５７を一の図面中に示すために便宜上行ったものであり、本来の給水管２４および排水管２５の位置関係はこれに限定されるものではなく、図４および図７（ａ）に示すように、給水管２４と排水管２５とが周方向に所定の間隔をあけて交互に配置されることが好ましい。こうすることにより、冷却水による冷却効果の周方向分布を極力均一化させて内管２２や熱線プローブ４およびプローブサポート５等が部分的に過熱されることを防ぐことができる。
【００２５】
つぎに、図６を用いて冷却水の流れを説明する。
図６に示すように、冷却水は、その先端５８がリング状の空間５７の先端近傍に位置するように配置された給水管２４を介して、外管２１の先端側に向かって突出部３１の頂面５９近傍まで導かれ、突出部３１の頂面５９に向かって噴射される。これによって、計測領域の高温流体に加熱されるために熱負荷が高い先端金具２６をインピンジメント冷却するとともに、その周辺に配置されている熱線プローブ４、シール金具２３、Ｏリング３９等も冷却する。その後、冷却水は流れの向きを変え給水管２４の存しない空間５７（図７（ｃ）参照）を通って、内管２２やそれを介して熱線プローブ４やプローブサポート５も効率よく冷却しながら外管２１の基端側に向かって導かれ、大径部５１に形成された流路５６（図７（ｂ）参照）内に流入した後、流路５６に接続され、その先端６９がリング状の空間の基端近傍に位置するように配置された排水管２５（図７（ａ）参照）を介して外部に排出される。
【００２６】
本実施形態に係る計測器用保護管１によれば、内管２２およびこの内管２２に収容された熱線プローブ４およびプローブサポート５が、外管２１の内周面５４と内管２２の外周面５３との間に形成されたリング状の空間５７を流通する冷却水によって冷却されることになる。
これにより、内管２２に収容された熱線プローブ４およびプローブサポート５を高温（例えば、４５０℃）下における熱から保護することができる。
また、熱線プローブ４およびプローブサポート５として市販されている安価なものを使用することができるので、製造コストを抑制することができる。
また、計測器用保護管１を構成する外管２１、内管２２、先端金具２６等も冷却されるので、安価な材料で製造することができる。
【００２７】
本実施形態に係る計測器用保護管１によれば、シール金具２３と熱線プローブ４と先端金具とに囲まれて形成された環状の空洞内に収容されたＯリング３９等のシール手段が、熱線プローブ４の外周面６６および先端金具２６の内側面６７とシール係合するために、熱線プローブ４と貫通穴２９との間の隙間をシールすることになる。
これにより、燃焼器２入口を流れる高温・高圧の流体がその隙間を通って内管２２内に侵入することを防ぐことができる。
また、熱線プローブ４およびプローブサポート５をその熱から保護することができる。
【００２８】
本実施形態に係る計測器用保護管１によれば、給水管２４は、その先端が、リング状の空間５７の先端近傍に位置するように配置され、排水管２５は、その先端が、リング状の空間５７の基端近傍に位置するように配置されており、給水管２４の先端開口から先端金具２６に向かって冷却水が至近距離（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍしか離れていないところ）から噴射されることになる。
これにより、先端金具２６やその周辺に配置された熱線プローブ４等を効率よく冷却することができる。
また、貫通穴２９と熱線プローブ４との間をシールするＯリング３９も先端金具２６とともに効率よく冷却されることになるので、Ｏリング３９として高価な高温用Ｏリングを用いる必要がなく、例えば、バイトン（登録商標）からなる安価なものを使用することができる。
【００２９】
本実施形態に係る計測器用保護管１によれば、内管２２に、その外周面５３が外管２１の内周面５４と接する大径部５１が設けられており、この大径部５１に、給水管２４の一部を収容して保持する溝５５、および排水管２５の先端部を収容して保持する流路５６が軸方向に沿って形成されており、大径部５１を介して内管２２が外管２１に保持され、内管２２が外管２１に対して振動しなくなる。
これにより、内管２２に収容された熱線プローブ４およびプローブサポート５の振動を低減させることができ、熱線プローブ４、プローブサポート５およびそれらに接続された配線（図示せず）の断線または損傷を防止することができて、熱線プローブ４、プローブサポート５およびそれによる計測の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  計測器用保護管
４  熱線プローブ（計測器）
５  プローブサポート（計測器）
２１  外管
２２  内管
２３  シール金具
２４  供給管（給水管）
２５  回収管（排水管）
２６  先端金具
２９  貫通穴
３９  シール手段（Ｏリング）
５１  大径部
５３  外周面
５４  内周面
５５  溝
５６  流路
５７  リング状の空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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