(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機関内部の温度計測を行うための温度センサと圧力計測を行うための圧力センサとを備えた計測器であって、前記温度センサは、その一端が熱機関外部に備えられた温度計測装置（２１）と接続し、他端が熱機関内部において熱電対（２２）を露出する露出部（２３）を有するシース管（２４）からなり、前記圧力センサは、その一端が熱機関外部に備えられた圧力計測装置（２５）と連通し、他端が熱機関内部において開口する開口部（２６）を有する中空の圧力管（２７）からなり、前記圧力管（２７）は、シース管を同軸状に取り囲み、かつ、シース管との間に間隙（３０）を形成し、
前記圧力管（２７）には熱機関の外部に位置する経路にチェンバー部（３１）が設けられ、該チェンバー部には前記シース管（２４）を圧力管の気密性を保持しながら外部に取り出す分離手段（３２）が備えられていることを特徴とする温度・圧力コンビネーション計測器。
【請求項２】
前記開口部（２６）は、前記露出部（２３）を同軸状に取り囲んだ状態で前記露出部よりガス流の上流方向に伸長していることを特徴とする請求項１に記載の温度・圧力コンビネーション計測器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンやガスタービン等の熱機関の性能試験および運転制御のため必要とされる熱機関内部を流れるガスの温度及び圧力を計測するために使用される温度・圧力コンビネーション計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンやガスタービン等の熱機関の開発において、開発した熱機関を製造ラインにのせる前には試作を行い、その性能試験を行うことが必要とされる。熱機関の性能を判断する上で、熱機関内部の温度および圧力は、最も重要なファクターであり欠かすことができない。また、実用機においても、温度計測および圧力計測は機関の運転状況を把握する上で重要である。
【０００３】
例えば、図３のターボジェットエンジンにおいて、エンジン内部のコンプレッサー、燃焼室、タービンの前後等など点Ａ〜Ｆに示す様々な位置で温度及び圧力の計測を行い、各計測位置における温度及び圧力のデータを抽出し、そのデータ解析を行うことによってエンジンの性能試験が行われる。また、完成したエンジンを使用して航空機等を操縦する際にも、パイロット等は航行の安全等のために運転中のエンジンの内部の温度および圧力の状態を適切に把握しておくことが必要とされる。
【０００４】
以下、図４を用いて従来の計測器の説明をする。ここで、図４（ａ）は熱機関内部への計測器の取り付け状態を示す概念図であり、（ｂ）（ｃ）は異なるタイプの計測器のＺ−Ｚ断面図を表している。図４（ａ）（ｂ）に示すように従来から熱機関内部の温度計測は、熱機関内部に突出させた支柱１中を通してシース管２により保護された熱電対３を外部からエンジン内部に導き入れ、これを矢印で示すガス流に対向する方向に屈曲させ、支柱１に設けたプローブ４ａから支柱外部にシース管２を導き出し、熱電対３にガス流を直接接触させることによって計測を行っていた。また、エンジン内部の圧力計測は、エンジン外部の一端に圧力変換素子等を設けた中空管である圧力管５を上記支柱１を通しエンジン内部に導き入れ、シース管２と同様にこれをガス流に対向するように屈曲させ支柱１に設けたプローブ４ｂにより支柱１の外部に導き出し、圧力管５の他端をガス流中に開口させ、圧力管中にガス溜まりを作りこの圧力を計測することによって行っていた。
【０００５】
これら２種類の計測を熱機関内の特定の場所で行い、温度および圧力の同時計測が可能な計測器を、温度・圧力コンビネーション計測器という。
【０００６】
この温度・圧力コンビネーション計測器には、図４（ｂ）に模式的に示すように温度センサ（熱電対）と圧力センサ（圧力管）を温度プローブ４ａと圧力プローブ４ｂに分け、これをエンジン内部のガス流に接触するように支柱１中から導き出したタイプのほかに、図４（ｃ）に模式的に示すように温度センサと圧力センサを同一のプローブ４ｃ中に配し、これをエンジン内部のガス流に接触するように支柱１中から導き出したタイプなどがある。
【０００７】
ここで、熱機関の性能や状態を正確に計測するためには温度と圧力はできるだけ同じ場所で計測する必要がある。したがって、いずれのタイプの計測器においても、温度センサおよび圧力センサは、並列的に近接した状態で設けられている。
【０００８】
また、熱機関の性能や状態を知る上では、多くのセンサを熱機関内部に設け、熱機関内部のより多くの場所における温度情報および圧力情報を収集することが望まれる。一般的な支柱１は、その内部にシース管２と圧力管５を並列的に通す必要があり、また、ガス流に対する抵抗を減少させるため、図４（ｂ）（ｃ）に示すような略楕円型または翼形の横断面をしている。大型の熱機関の場合はガス流路断面積も大きいためガス流路中の支柱が流路全体に占める割合も少ない。したがって、熱機関内部に配置した計測器がガス流に及ぼす抵抗も相対的に小さく、熱機関の性能に影響を与えることもない。しかし、小型のエンジンやタービンの場合はガス流路断面積も小さく、計測器がガス流に及ぼす抵抗を無視できない。特に、多くの計測器を熱機関内部に配置する必要がある性能試験では、計測器が試験結果に及ぼす影響が顕著となる。
【０００９】
したがって、熱機関の性能に影響を与えず多くの計測器を熱機関内部に設けるためには、支柱の小断面積化、換言すれば、計測器の小型化が必須条件となる。
しかしながら、従来の温度・圧力コンビネーション計測器ではシース管と圧力管を並行した状態で支柱内を通し熱機関内部に導くため、その小型化には一定の限界があった。
【００１０】
また、温度センサと圧力センサは並列的に近接した状態で、プローブ内を支柱からガス流の上流方向に伸張しているため、厳密には熱機関内の同一点における温度および圧力の計測を行うことはできなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、エンジン等に与える影響を最小限に抑え、かつ、熱機関内の特定の位置の温度および圧力の同時計測を正確に行うためには、できるだけ温度センサおよび圧力センサを含む支柱を小型化しガス流に対する抵抗を少なくするとともに、温度センサと圧力センサを可能な限り近接させて配置する必要がある。
【００１２】
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、ジェットエンジンやガスタービン等の熱機関内部の温度および圧力の計測を行う計測器の小型化を図ると共に、熱機関内の特定の一点における温度および圧力を同時計測することができる温度・圧力コンビネーション計測器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
これらの問題を解決するため本発明は、熱機関内部の温度計測を行うための温度センサと圧力計測を行うための圧力センサとを備えた計測器であって、前記温度センサは、その一端が熱機関外部に備えられた温度計測装置（２１）と接続し、他端が熱機関内部において熱電対（２２）を露出する露出部（２３）を有するシース管（２４）からなり、前記圧力センサは、その一端が熱機関外部に備えられた圧力計測装置（２５）と連通し、他端が熱機関内部において開口する開口部（２６）を有する中空の圧力管（２７）からなり、前記圧力管（２７）は、シース管を同軸状に取り囲み、かつ、シース管との間に間隙（３０）を形成し、
前記圧力管（２７）には熱機関の外部に位置する経路にチェンバー部（３１）が設けられ、該チェンバー部には前記シース管（２４）を圧力管の気密性を保持しながら外部に取り出す分離手段（３２）が備えられていることを特徴とする温度・圧力コンビネーション計測器（１０）を提供する。
【００１４】
上記本発明の温度・圧力コンビネーション計測器によれば、シース管と圧力管が同軸状に形成されているため、これらを並列的に並べた従来の温度・圧力コンビネーション計測器と比して計測器の小型化、すなわち、各センサを熱機関内部に導き入れるための支柱の横断面積を小さくすることができる。支柱の小断面積化によって、小型のエンジンやガスタービンに多くの計測器を取り付け性能試験等を行う場合であっても、計測器がガス流に及ぼす抵抗を最小限に抑えることができ、熱機関の性能に影響を与えることがほとんどなくなる。なお、圧力管はシース管のプローブとしても機能することとなる。
【００１５】
また、圧力管がシース管を同軸状に取り囲み、かつ、シース管との間にはガスを導入するための間隙が形成されていることで、熱機関内の同一点における温度および圧力の同時計測を行うことが可能となる。すなわち、温度はシース管から露出した熱電対により計測し、圧力はシース管先端の熱電対を中心とした間隙からガスを取り込み、このガスの圧力を圧力変換素子等により計測することで、実質的に熱機関内部の特定の一点における温度および圧力の同時計測を行うことができる。
また、本発明の温度・圧力コンビネーション計測器は、熱機関内部では圧力管がシース管を同軸状に取り囲んだ同軸型をなし、計測装置の小型化を図ることによってガス流に対する抵抗を減らすことを目的としている。しかしながら、熱機関の外部においては圧力管中のシース管を取り出し、圧力管とシース管を分離する方がそれぞれを温度計測装置および圧力計測装置と連通する上で都合がよい。そこで、熱機関の外部において圧力管の経路の任意の位置にチェンバーを設けてやり、シーリングした上で圧力管中からシース管を取り出すことで圧力管およびシース管をそれぞれ独立させることができる。
【００１６】
ここで、前記圧力管（２７）の前記開口部（２６）は、前記露出部（２３）を同軸状に取り囲んだ状態で前記露出部よりガス流の上流方向に伸長していることが好ましい。
【００１７】
熱機関は内部を流れる高温のガス流の影響により加熱されるため、一般にその冷却が必要となる。熱機関の冷却は、その外套部に例えば冷却空気等を循環させること等により行われる。冷却が行われ外套の温度が下がると、熱機関内部を流れる高温のガスとの間に温度差が生じる。ここで、高温のガスによって加熱された熱電対露出部と外套との間に何らのシールドもないと、この温度差が原因となって熱電対に輻射による熱損失が生じる。したがって、このままでは熱機関内部を流れるガスの温度を高精度で計測することができない。特に極高温のガスが熱機関内部を流れるときには、ガスと外套との温度差も大きくなるため、輻射による温度計測値への影響は大きくなる。そこで、シース管を同軸状に取り囲んだ圧力管の開口部を、シース管先端部に熱電対の露出部よりもガス流の上流に向けて伸長させることで露出した熱電対をシールドし、熱電対の輻射による計測温度低下を防止することができる。このシールド手段により、外套の冷却に拘わらず高精度な温度計測が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
本発明の温度・圧力コンビネーション計測器１０は、従来の計測器と同様に熱機関内部のコンプレッサー、燃焼室、タービンの前後等など様々な位置に取り付けられ使用される。図１は、本発明の温度・圧力コンビネーション計測器１０の熱機関への取り付け状態を表す概念図である。この図において、１１は熱機関の外套、１２はガス流路、１３は支柱、矢印はガス流路方向を表している。また、外套１１には、冷却空気が循環することにより外套１１の冷却を行う冷却手段１７が備えられている。支柱１３を熱機関内部に安定した状態で突出させるため、支柱１３にはフランジ部１４が形成されており、フランジ部１４と外套１１とがシール材１５を挟み込んだ上でネジ等の固着手段（図示せず）を用いて固定されている。
【００２２】
支柱１３には計測器（同軸化したシース管と圧力管を意味する。以下同様。）を通すため、破線で表す縦方向に伸びる通路１６ａと横方向に伸びる通路１６ｂが設けられている。計測器は、通路１６ａ中を縦方向に通り、通路１６ａと通路１６ｂが交わる位置において屈曲し、通路１６ｂのほぼ中心軸上をガス流の上流方向に向かい伸長している。
【００２３】
ここで、通路１６ａは計測器をほとんど隙間なく通す径を有し、通路１６ｂは計測器との間に一定の空間を形成するだけの径を有する。また、通路１６ｂはガス流の流路方向に沿って支柱１３を貫通している。
【００２４】
なお、支柱に横方向の通路を多数設け、複数の計測器を使用することで、熱機関の外套から様々な距離にある位置の温度および圧力を計測することもできる。
【００２５】
図２は、図１に示す支柱の先端付近における温度・圧力コンビネーション計測器を拡大した簡略図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＸ方向矢視図、（ｃ）はＹ方向矢視図を表している。
【００２６】
本発明にかかる温度・圧力コンビネーション計測器１０は、熱機関内部の温度計測を行うための温度センサと圧力計測を行うための圧力センサとを備えた計測器であって、温度センサは、その一端が熱機関外部に備えられた温度計測装置２１と接続し、他端が熱機関内部において熱電対２２を露出する露出部２３を有するシース管２４からなり、圧力センサは、その一端が熱機関外部に備えられた圧力計測装置２５と連通し、他端が熱機関内部において開口する開口部２６を有する中空の圧力管２７からなり、圧力管２７は、シース管２４を同軸状に取り囲み、かつ、シース管２４との間に間隙３０を形成している。
【００２７】
Ｘ方向から通路１６ｂに進入した高温のガスは、その多くがそのまま通路１６ｂを通り抜ける。その際、ガスと圧力管とが接触することで、一定時間経過後には圧力管はガスと同じ温度にまで加熱される。一方、通路１６ｂに進入したガスの一部は開口部２６から圧力管２７内に取り込まれ、シース管２４の一端で露出した熱電対２２を加熱する。露出部２３から下流方向に位置する圧力管には小孔２８が設けられており、熱電対２２を加熱したガスはここから外側に抜ける。そため露出部２３の付近ではガス溜まりはできず、熱電対２２は常に熱機関内を流れるガスと同じ温度にまで加熱される。熱電対２２により温度情報を電気信号に変換し、この信号を熱機関外部に備えられた温度計測装置２１に送り、温度計測装置２１でこの信号の検出、増幅、演算等の処理を行うことで熱機関内の温度計測が行われる。
【００２８】
シース管２４は圧力管内を支架２９によって三方から支持されることによって、シース管２４と圧力管２７との間には間隙３０が形成されている。小孔２８より奥の圧力管２７は閉じた状態にあるので、開口部２６から取り込まれたガスは、小孔２８より奥の間隙３０内にガス溜まりを作る。このガス溜まりの圧力を、熱機関外部に備えられた圧力計測装置２５まで導き、圧力計測装置２５に備えられた圧力変換素子等によって電気信号に変換し、この信号を検出、増幅、演算等の処理を行うことによって熱機関内の圧力計測を行う。
【００２９】
ここで、熱電対２２を加熱するガスと、空隙３０にガス溜まりを作るガスはいずれも開口２６から圧力管２７内に取り込まれたものであり、したがって計測される温度および圧力も熱機関内部の同一点のものとなる。
【００３０】
圧力管２７の開口部２６は、露出部２３を同軸状に取り囲んだ状態で露出部２３よりガス流の上流方向に伸長している。
【００３１】
圧力管２７は前述のようにその周囲を流れるガスによって加熱され、一定時間経過後にはガス流と同じ温度となる。一方、熱機関の外套１１は図１に示すように冷却装置１７によって冷却が行われているため、熱機関内部を流れる高温のガスと外套との間には温度差が生じている。そこで、熱電対２２と外套１１との間に熱電対２２を取り囲むようにして圧力管２７を伸長することにより圧力管２７を輻射シールドとして使用することで、熱電対２２の輻射による熱損失を防ぎ、外套１１の冷却に拘わらず熱機関内部を流れるガスの温度を高精度に計測することができる。
【００３２】
また、圧力管２７には熱機関の外部に位置する経路にチェンバー部３１が設けられ、チェンバー部にはシース管２４を圧力管の気密性を保持しながら外部に取り出す分離手段３２が備えられている。
【００３３】
温度および圧力の計測を行うためには、熱電対および圧力管内にガス溜まりを作ったガスを熱機関外部に取り出し、それぞれを温度計測装置、圧力計測装置に接続し処理を行う必要がある。そのため、まず、内部にシース管を通す圧力管を、シーリングした上で熱機関外部に導き出す。次に、圧力管の一部にチェンバー部を設けてやることによって圧力管の内部に広い空間を作り、この空間にシース管を取り出す分離手段を備えてやる。分離手段はチェンバーの壁面の一部に孔を開け、ここからシース管をチェンバー内部から外部に導き出し、シース管と孔との間にできる隙間にシール加工を施すものなどがあるが、これに限られるものではない。シーリングした上で圧力管中からシース管を取り出すことで圧力管中の気密を保ちながら、圧力管およびシース管をそれぞれ独立させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の温度・圧力コンビネーション計測器によれば、温度センサおよび圧力センサを同軸とすることにより計測器の小型化が図られ、多数の計測器を熱機関内部に設けた場合であってもその性能に影響及ぼすことがほとんどなくなる。また、同軸化により、熱機関内の特定の一点における温度および圧力を同時計測することが可能となる。
【００３５】
また、好ましくは圧力管が露出した熱電対の輻射シールドとして機能させることにより、熱機関内部の温度計測を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の計測器の取り付け状態を表す概念図である。
【図２】  本発明の実施形態を示す概略図である。
【図３】  計測器の使用状態を示す概念図である。
【図４】  従来の計測装置の概念図であり、（ｂ）（ｃ）は異なるタイプの計測装置のＺ−Ｚ断面図である。
【符号の説明】
１  支柱
２  シース管
３  熱電対
４ａ，４ｂ，４ｃ
５  圧力管
１０  温度・圧力コンビネーション計測器
１１  外套
１２  ガス流路
１３  支柱
１４  フランジ部
１５  シール材
１６ａ，１６ｂ  通路
１７  冷却手段
２１  温度計測装置
２２  熱電対
２３  露出部
２４  シース管
２５  圧力計測装置
２６  開口部
２７  圧力管
２８  小孔
２９  支架
３０  空隙
３１  チェンバー部
３２  分離手段
【図１】
0004623251.tif 000002
【図２】
0004623251.tif 000003
【図３】
0004623251.tif 000004
【図４】
0004623251.tif 000005