(57)【要約】【課題】温度センサの応答性を更に向上でき、且つ温度センサの保護管からの脱着、交換も可能な温度測定装置を提供せんとする。【解決手段】温度センサ２の外面と保護管３の内面との間の隙間Ｓの少なくとも温度センサ２の測温部２０を囲む位置を含む領域ｓ１に耐熱性の粒状物４を充填した。また温度センサ２の外周面のうち前記の粒状物４が充填されている領域ｓ１に対面する外周面２１上には、螺旋状に延びる突条部２２を設けた。保護管３に粒状物を入れた状態で保護管３に温度センサ２を前記突条部２２によって粒状物の内部にねじ込むように回転させながら挿入し、互いに組み付ける。【選択図】図１
2015152336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサと該温度センサを内蔵する保護管とよりなる温度測定装置であって、
前記温度センサと保護管との間の隙間のうち、少なくとも前記温度センサの測温部を囲む位置を含む領域に、耐熱性の粒状物を充填してなり、
且つ、前記温度センサの外周面のうち、前記領域に対面する外周面上に、螺旋状に延びる突条部を設けてなることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記保護管に前記粒状物を入れた状態で、該保護管に前記温度センサを前記突条部によって粒状物の内部にねじ込むように回転させながら挿入し、互いに組み付けてなる請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記温度センサの外周面のうち、前記粒状物が充填される領域の基端位置に対応する外周面上の位置に、前記隙間を塞ぐ閉止片を突設してなる請求項１又は２記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサとこれを内蔵する保護管とよりなる温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の温度測定装置としては、例えば特許文献１、２に記載のものが提案されている。これらの文献で提案されている温度測定装置は、内部の温度センサを脱着、交換可能に構成したものであり、保護管を測定対象に固定したまま温度センサのみ交換することが可能な構造である。
【０００３】
しかしながら、これらの温度測定装置は構造上、先端を溶接で封止したパイプ状の保護管とシース型の温度センサとの間の隙間に空気層が存在し、この空気層が温度センサの応答性を阻害する。保護管をくり抜き型あるいは先端ピース付き（別パーツの封止片の組み付け）とし、温度センサー先端側の測温部に対応する先端部の隙間をできるだけ小さくしたものもあるが、熱膨張差を考慮するとその隙間もある程度の大きさの寸法が必要となり、その間の空気層の存在により応答特性はほとんど改善されない。
【０００４】
温度センサと保護管との間の隙間に粒状物（粉末充填材）を充填した温度測定装置も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、このように粒状物を充填したものは、粒状物が熱で固まり、温度センサが固着して脱離させることはほぼ不可能となる。したがって、このような粒状物を充填した温度測定装置は、温度センサと保護管一式で交換するものであった。
【０００５】
また、このように粒状物を隙間に充填する場合、粒状物を充填した後に温度センサを所定の位置に押し込んで位置決めすることは粒状物の流動が期待できず実際上困難であるため、あらかじめ所定の位置に温度センサをセットした状態で隙間に粒状物を充填することとなる。しかし、このようにセットした状態で隙間に粒状物を充填することは作業性が悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１６３０５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５２１１７号公報
【特許文献３】特開２０００−３５３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、温度センサの応答性を向上でき、且つ温度センサの保護管からの脱着、交換も可能な温度測定装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題解決のために、温度センサと該温度センサを内蔵する保護管とよりなる温度測定装置であって、前記温度センサと保護管との間の隙間のうち、少なくとも前記温度センサの測温部を囲む位置を含む領域に、耐熱性の粒状物を充填してなり、且つ、前記温度センサの外周面のうち、前記領域に対面する外周面上に、螺旋状に延びる突条部を設けてなることを特徴とする温度測定装置を構成した。
【０００９】
ここで、前記保護管に前記粒状物を入れた状態で、該保護管に前記温度センサを前記突条部によって粒状物の内部にねじ込むように回転させながら挿入し、互いに組み付けてなるものが好ましい。
【００１０】
また、前記温度センサの外周面のうち、前記粒状物が充填される領域の基端位置に対応する外周面上の位置に、前記隙間を塞ぐ閉止片を突設してなるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上にしてなる本願発明に係る温度測定装置は、温度センサの外周面のうち、粒状物が充填される保護管との隙間の領域に対面する外周面上に、螺旋状に延びる突条部を設けたので、粒状物を通じて保護管から温度センサへ熱が滞りなく伝わり、保護管の形状にかかわらず温度センサの応答性を高めることができると同時に、温度センサを交換する場合には、粒状物と温度センサが熱で固着していても、温度センサを相対回転させることで突条部も回転し、固着した粒状物および保護管から温度センサを脱離させ、交換することが可能となる。すなわち保護管を測温対象装置に固定したまま、温度センサのみ取り外して交換することができる。さらに、突条部により温度センサと粒状物との接触面積が増え、これにより熱伝導効率が向上し、温度センサの応答性も著しく向上する。
【００１２】
また、粒状物を入れた保護管に対して、温度センサを突条部により粒状物の内部にねじ込むように回転させながら挿入し、これにより保護管と温度センサを互いに組み付けて構成したので、保護管に予め粒状物を充填して、そこに温度センサーを所定の位置まで挿入して組み付けることが可能となり、作業性がよく組み付けが容易である。また、ねじ込みであるので温度センサの測温部を設計通りの深さにセットすることができる。
【００１３】
また、温度センサの外周面のうち、前記粒状物が充填される領域の基端位置に対応する外周面上の位置に、前記隙間を塞ぐ閉止片を突設してなるので、先端側を下に向けて使用する場合に限らず、横や上に向けて設置する場合でも粒状物の基端側への移動、崩れを防止し、これにより当該閉止片より先端側の領域にのみ粒状物を安定した状態に充填することができる。したがって、温度センサの測温部に近い領域のみに粒状物を配して応答性の向上に寄与させることができ、粒状物を必要最小限とし、コストアップや重量アップを防止できる。さらに、閉止片よりも基端側に粒状物が不要となるため、粒状物が存在することで基端側に熱が逃げてしまうことを回避することができ、センサ測温部に効率よく熱を伝え、応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の代表的実施形態に係る温度測定装置の縦断面図、（ｂ）は要部の縦断面図。
【図２】同じく温度測定装置の変形例を示す要部の縦断面図。
【図３】（ａ）は同じく温度測定装置の他の変形例を示す要部の縦断面図、（ｂ）は更に他の変形例を示す要部の縦断面図。
【図４】（ａ）は比較例１の温度測定装置の構造を示す説明図、（ｂ）は比較例２の温度測定装置の構造を示す説明図。
【図５】実施例１の各測定値、算出した温度差のグラフ。
【図６】比較例１の各測定値、算出した温度差のグラフ。
【図７】比較例２の各測定値、算出した温度差のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
本発明の温度測定装置１は、温度センサ２と該温度センサ２を内蔵する保護管３とより構成され、図示しない測温対象装置に保護管を固定し、内部の温度センサ２で測温するものである。たとえば、配管内の流体温度を測定する場合では、温度対象装置である配管に保護管を取り付けるための孔を設け、保護管３を差し込んだ状態で固定し、測温対象である内部流体の温度を保護管３で囲まれた状態で配管内に突出した温度センサ２で測温する。
【００１７】
特に、本発明では、温度センサ２の外面と保護管３の内面との間の隙間Ｓの少なくとも温度センサ２の測温部２０を囲む位置を含む領域ｓ１に耐熱性の粒状物４が充填される。また、温度センサ２の外周面のうち前記の粒状物４が充填されている領域ｓ１に対面する外周面２１上には、螺旋状に延びる突条部２２が設けられる。粒状物４は、保護管３が受けた熱を温度センサ２に滞りなく伝えるために設けたものであり、突条部２２は、粒状物４により固着した温度センサ２を保護管３から脱着させ、交換可能とするために設けられたもので、温度センサ２自体の表面積増大による伝熱効率の更なる向上効果も得られる。
【００１８】
温度センサ２は、従来から公知のものを広く採用でき、主にシース型のサーミスタ、熱電対、測温抵抗体などのシース型温度センサが好適である。この場合、外側の金属シースの外周面２１に突条部２２が設けられる。また、保護管３は温度センサ２を収容し、例えば測温対象である流体の腐食成分による温度センサ２の腐食を未然に防止したり、流体から力を受けて温度センサ２が破損することを防止するものである。保護管３は、従来から公知のもの、例えば耐蝕性を備えたステンレス鋼製パイプなどを広く採用でき、パイプ先端を溶接封止した丸封じ型や平封じ型の安価なものを用いることができる。
【００１９】
粒状物４は、使用温度などの使用目的に応じて、熱伝導性に優れるアルミナや窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ボロンナイトライド、銅、アルミニウムなどのセラミック又は金属の破砕粉又は成形粒子を用いることが好ましい。形状や大きさについても特に限定されない。温度センサ２の測温部２０は、たとえば熱電対では素線同士の接点であり、粒状物４は温度センサ２の測温部２０を囲む位置を含む領域ｓ１に充填されることで、保護管３からの測温対象の熱が粒状物４を通じて測温部２０に効率よく伝わるように構成されている。
【００２０】
突条部２２は、螺旋状に延びるスクリュー状の部材であり、温度センサ２を脱離させる際にねじ山として機能するものである。突条部２２は保護管３からの脱着機能を有しているだけでなく、温度センサ２にとって最小限の熱容量の増加で粉末からの受熱面積を極大化する効果も期待できる。したがって、断面形状は本例では矩形の板状とされているが、これに何ら限定されない。また突出高さも保護管内面の近傍まで延び、受熱面積増大とともに保護管から直接的に熱を受けとることも期待しているが、これについても限定されるものではない。
【００２１】
また、突条部２２は、温度センサ外周面のうち、粒状物４が充填された領域ｓ１に対面する範囲のうち軸方向の全範囲に設ける必要はなく、一部に設けて機能させることもできる。軸方向の複数の箇所に断続的に設けてもよいし、互いに平行な多重螺旋形態とすることもできる。ただし、温度センサ挿着の際、後述のようにあらかじめ保護管３に充填された粒状物４にねじ込んで挿着する場合には、先端部の近くまで突条部２２が設けられる。
【００２２】
組み付けは、まず保護管３の内部に粒状物４を適量、例えば温度センサ２の外径の概ね１５倍〜２０倍程度の深さまで入れた後、温度センサ２を突条部２２によって粒状物４にねじ込むように回転させながら所定の位置まで挿入することで組み付けられる。
【００２３】
そして、使用後に保護管３から取り外す際には、挿入時とは逆方向に温度センサ２を回転させながら容易に引き抜くことができる。このように本発明では温度センサに螺旋状の突条部２２を設けることで、温度センサ２をあたかもねじのように回転させながら粒状物４中を前進、後進させることができ、保護管からの交換抜き取り時、および新規センサーの組み込み時の脱着を容易に行うことができるのである。尚、粒状物４を保護管３内部に先に充填して温度センサ２をねじ込んで組み付けること以外に、保護管３内の所定位置に温度センサ２を先に配した状態で、基端側の隙間から粒状物４を充填することも勿論可能である。
【００２４】
本実施形態では、さらに温度センサ２外周面における領域ｓ１の基端の位置ｓ１０に対応する位置２４に、基端側から領域ｓ１の隙間を塞ぐ閉止片２３が突設されている。閉止片２３は保護管３内面の近傍まで延び、保護管３内に挿入可能で且つ粒状物４が基端側に漏れ出ない、或いは漏れ出にくい程度の寸法とされている。温度測定装置１の測温対象装置への取付方向は真下方向とは限らず、横方向や上方向など様々な方向に取り付けられ、振動も生じる場合が多い。このような状況で使用する場合、粒状物４が領域ｓ１から移動して粒状物４の充填密度が低下し、空隙が生じたりすると上述した伝熱効果が低下する。
【００２５】
これを防止するために粒状物４を温度センサ２と保護管３の隙間Ｓの全域に充填することもできるが、コストがかかるし保護管３からの熱の一部が当該粒状物４を通じて基端側に移動してしまう。そこで本実施形態のように閉止片２３を設け、必要な隙間領域ｓ１にのみ粒状物４を充填し且つ他へ移動して充填密度の低下するようなことを防止したものが好ましい。すなわち閉止片２３により粒状物４の使用を必要最小限としつつ十分な伝熱効果を維持し、温度センサ２の応答性向上に寄与させることが可能となる。閉止片２３の基端側の端子箱５との間の領域ｓ２に保温材を仕込むことで、熱の逃げを防止し、更なる応答性の向上も見込める。
【００２６】
本実施形態では基端側は端子箱５を設け、該端子箱５から延びる図示しない補償導線で測定器に接続されるものを例示しているが、端子箱を介することなく脱着コネクタを設けたものなど、従来から公知の種々の構造を採用できる。
【００２７】
また保護管３は、パイプ先端を溶接封止した丸封じ型や平封じ型の安価なもの以外に、例えば図２に示すように筒状本体３０の先端に別途形成した封止片３１を溶接した先端ピース付きの形態としたものでもよい。封止片３１は温度センサ２先端を受け入れる凹部３１ａが形成されており、温度センサ２と凹部３１ａとの間には熱膨張差を考慮しても密着しない程度の所定の小さい隙間ｓ１１が維持されている。この隙間ｓ１１は温度センサ２を脱離させることを可能とするものであるが、この隙間ｓ１１にも粒状物４を充填し、温度センサ２の応答特性の向上が図られる。
【００２８】
また、図３（ａ）に示すようにくりぬき保護管としてもよい。この場合も同様に温度センサ２の先端部に対応する位置の内径を比較的小さく設定し、温度センサ２の外周面との間に熱膨張差を考慮しても密着しない程度の所定の小さい隙間ｓ１２が維持され、同じく粒状物４が充填されている。
【００２９】
尚、図２、図３（ａ）のように隙間ｓ１１、ｓ１２を設けるものでは、当該箇所に挿入される温度センサ２先端部の外周面には突条部２２は無く、それよりも基端側の位置に設けている。このように先端部に突条部２２が無くても基端側の突条部２２の存在により温度センサ２を脱着する推進力が得られるためであるが、例えば図３（ｂ）に示すようにこの隙間ｓ１２にも比較的突出量の小さい突条部２２ａを設け、受熱面積の増大による熱伝導性の向上、応答性の向上を図ることも好ましい。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら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において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明の実施例と従来からの比較例の各装置について応答性の試験を行った結果について説明する。
【００３２】
本発明に係る実施例１は、図１の構造であり、保護管は外径２１．７ｍｍ、内径１６．１ｍｍ、厚み２．８ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製のパイプの先端を同厚みで溶接により丸封じしたもので、充填する粒状物はアルミナ粉末とし、保護管の先端位置から約２００ｍｍの位置まで充填した。また内装する温度センサは外径８ｍｍの従来からのシース熱電対（シース材質インコネル６００のＮタイプシース熱電対）の金属シース外面に図１に示す突条部を粒状物が存在する範囲に螺旋状に設けたものとし、その先端位置が保護管の先端位置より１０ｍｍの位置となるように粒状物中に回転させながら挿入してセットしたものである。
【００３３】
比較例は、図４（ａ），（ｂ）に示す２種類（比較例１、２）を用意した。比較例１は、実施例１と同じ材質、構造、寸法の保護管で、温度センサも突条部を設けないこと以外は実施例１と同じ材質、構造、寸法のシース熱電対を用い、保護管と温度センサとの間の粒状物は充填されていないものである。
【００３４】
比較例２は、図４（ｂ）に示すように実施例１と同じパイプの先端に温度センサ先端を受け入れる凹部を有する保護管と同材質の金属製封止片を溶接して封止したものである。温度センサは突条部を設けないこと以外は実施例１と同じ材質、構造、寸法のシース熱電対を用い、保護管と温度センサとの間の粒状物は充填されていないものである。
【００３５】
応答性の試験は、実施例１、比較例１、２の各温度測定装置を試験炉（縦型環状炉）内に取り付け、室温から約６００℃まで徐々に加熱していった際の上記保護管内のシース熱電対の測定値と、保護管の外周面上の先端から４０ｍｍの位置に別途取り付けた温度センサ（外径０．５ｍｍ、シース材質インコネル６００のＫタイプシース熱電対）の測定値をそれぞれ記録し、両者の測定値の温度差を算出して測定対象（炉内雰囲気）の温度変化に対する応答性を調べた。
【００３６】
図５〜７はそれぞれ実施例１、比較例１、２の測定値、温度差をグラフ化したものである。破線は測定対象（炉内雰囲気）の温度変化（保護管外面に取り付けた上記別途の温度センサ測定値）であり、一点鎖線はシース熱電対による測定値であり、実線は両者の温度差の変化である。
【００３７】
グラフからも分かるように、実施例１では初期、温度差が３７℃に至るがその後は速やかに温度差が減少し、９分で温度差１０℃以下となり１８分で温度差５℃程度に安定するのに対し、比較例１では初期の温度差が１００℃以上まで上昇し、温度差１０℃以下となるまで２０分以上かかり、３０分経過しても温度差５℃以下に安定しない。比較例２では初期の温度差が３９℃に至り、温度差１０℃以下となるまで２０分以上かかり、３０分経過しても温度差５℃以下に安定しない。以上のことから、本発明の温度測定装置は初期応答性が顕著に優れていることがわかる。
【００３８】
また、下記表１は、測定対象（炉内雰囲気）の温度（保護管外面に取り付けた上記別途の温度センサ測定値）が５７０℃、５９０℃、６００℃のときの温度差の数値である。これにより本発明の温度測定装置は温度差（測定誤差）が４度程度に抑えられており、且つ安定しており、測定誤差および応答性に顕著に優れていることがわかる。
【００３９】
【表１】
2015152336.tif 000003
【符号の説明】
【００４０】
１  温度測定装置
２  温度センサ
３  保護管
４  粒状物
５  端子箱
２０  測温部
２１  外周面
２２、２２ａ  突条部
２３  閉止片
２４  位置
３０  筒状本体
３１  封止片
３１ａ  凹部
Ｓ  隙間
ｓ１  領域
ｓ２  領域
ｓ１０  位置
ｓ１１  隙間
ｓ１２  隙間
【図１】
2015152336.tif 000004
【図２】
2015152336.tif 000005
【図３】
2015152336.tif 000006
【図４】
2015152336.tif 000007
【図５】
2015152336.tif 000008
【図６】
2015152336.tif 000009
【図７】
2015152336.tif 000010