(57)【要約】【課題】過渡時においても、誤差を小さくして、壁温を計測することができる壁温計測構造及びその作製方法を提供する。【解決手段】壁面２１の温度を計測する壁温計測構造であって、壁面２１に底面が平行な平行溝２４と、平行溝２４と連通すると共に、底面が平行溝２４の底面から壁面２１に向かって傾斜する傾斜溝２５と、傾斜溝２５に配置された感温部１１を有し、傾斜溝２５及び平行溝２４に沿って配置された熱電対１０と、傾斜溝２５及び平行溝２４に流し込まれた接着剤により、傾斜溝２５及び平行溝２４に熱電対１０を埋め込んで固定する埋込固定部３１とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面の温度を計測する壁温計測構造であって、
前記壁面に底面が平行な平行溝と、
前記平行溝と連通すると共に、底面が前記壁面に向かって傾斜する傾斜溝と、
前記傾斜溝に配置された感温部を有し、前記傾斜溝及び前記平行溝に沿って配置されて、固定された熱電対とを有する
ことを特徴とする壁温計測構造。
【請求項２】
請求項１に記載の壁温計測構造において、
前記傾斜溝の底面の前記壁面に対する傾斜角が、１０°以上、１５°以下である
ことを特徴とする壁温計測構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の壁温計測構造において、
前記感温部の壁面側が前記壁面と面一である
ことを特徴とする壁温計測構造。
【請求項４】
請求項３に記載の壁温計測構造において、
前記感温部は、前記壁面より突き出た部分が研磨された平面を有し、当該平面が前記壁面と面一である
ことを特徴とする壁温計測構造。
【請求項５】
壁面の温度を計測する壁温計測構造の作製方法において、
前記壁面に底面が平行な平行溝を形成し、
前記平行溝と連通すると共に、底面が前記壁面に向かって傾斜する傾斜溝を形成し、
熱電対の感温部を前記傾斜溝に配置し、前記熱電対を前記傾斜溝及び前記平行溝に沿って配置して、固定する
ことを特徴とする壁温計測構造の作製方法。
【請求項６】
請求項５に記載の壁温計測構造の作製方法において、
前記感温部を前記傾斜溝に配置する際、前記感温部の一部を前記壁面から突き出して配置し、
前記壁面より突き出た前記感温部の一部を研磨して平面を形成し、当該平面を前記壁面と面一として、固定する
ことを特徴とする壁温計測構造の作製方法。
【請求項７】
請求項５に記載の壁温計測構造の作製方法において、
前記感温部を前記傾斜溝に配置する際、前記感温部の一部を前記壁面から突き出して配置し、
前記感温部が隠れるように前記傾斜溝及び前記平行溝に接着剤を流し込んで埋込固定部を形成して、前記熱電対を固定し、
前記壁面より突き出た前記埋込固定部及び前記感温部の一部を研磨して平面を形成し、当該平面を前記壁面と面一とする
ことを特徴とする壁温計測構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁面の温度を計測する壁温計測構造及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体表面の熱伝達率は、機械の設計上重要となる。計測から熱伝達率を評価する場合、定常法では、壁温、熱流束及び流体温度（例えば、空気温度）を必ず計測する必要がある。一方、近年では、壁温の非定常変化から熱流束を換算する非定常法も開発されている。非定常法では、壁温と流体温度の計測から熱伝達率を評価することが可能となっており、また、場合によっては、壁温から流体温度も評価できる場合もあり、精度のよい壁温の計測は非常に重要である。
【０００３】
壁温、特に過渡時の壁温を計測する場合は、赤外線を検出して物体の表面温度を計測するＩＲ（Infrared Ray）カメラが従来から使用されているが、カメラでは覗き込むことができない回転体のような場所の温度は計測できないため、熱電対を施工して計測しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２２４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱電対で計測する場合、多くの場合、熱電対自身の熱物性が母材の熱物性と異なり、計測温度の応答に遅れが発生するため、過渡時の温度は正しく計測できない。例えば、熱物性の異なる母材の壁温を計測する手法として、図４及び図５に示す２つの方法を一般的に採用しているが、どちらの方法にも以下に示す欠点がある。
【０００６】
（従来技術１）
従来の壁温計測構造では、図４に示すように、母材４０の壁面４１に垂直な垂直穴４３を、壁面４１と裏面４２との間を貫通して設けている。そして、熱電対１０の感温部１１が壁面４１の位置となるように、垂直穴４３に熱電対１０を配置し、垂直穴４３に接着剤５１を流し込んで、垂直穴４３に熱電対１０を固定している。なお、符号１２は、熱電対１０の非被覆部であり、素線が見える部分であり、また、符号１３は、素線の被覆部である。
【０００７】
図４に示した構造の利点として、壁面４１に感温部１１を設置して、流体流れＦに感温部１１が晒されるので、流体流れＦから感温部１１へ直接熱流束が伝わることになる。
【０００８】
一方、図４に示した構造の欠点として、流体流れＦによって母材４０が加熱される場合、流体流れＦに接している壁面４１から徐々に温度が上昇していくため、母材４０には板厚方向に温度分布が発生する。熱電対１０の素線は熱伝導率の高い金属でできているため、母材４０の温度分布の影響を受けてしまい、母材４０と同じ温度分布が発生する。そのため、感温部１１への入熱が感温部１１を加熱するためだけには使われず、素線を伝って熱が逃げてしまう。このようにして、熱電対１０の素線に熱が逃げてしまうために発生する誤差、つまり、熱伝導誤差が生じてしまう。その結果、壁面４１に感温部１１が設置されているものの、母材４０の温度が変化する過渡時は母材４０と異なる温度応答（温度の時間変化）となってしまう。また、熱伝達率を計測するような試験を行う場合、母材４０を低熱伝導率材で製作する場合もあり、その場合も、母材４０の温度応答よりも遅れた温度を計測してしまう。
【０００９】
（従来技術２）
また、従来の壁温計測構造では、図５に示すように、母材４０の壁面４１に垂直な垂直穴４３を、壁面４１と裏面４２との間を貫通して設け、更に、垂直穴４３と連通すると共に、底面が壁面４１に平行な平行溝４４を設けている。そして、平行溝４４に熱電対１０の先端側（感温部１１側）を配置し、垂直穴４３に熱電対１０の残りの部分を配置し、垂直穴４３及び平行溝４４に接着剤５１を流し込んで、垂直穴４３及び平行溝４４に熱電対１０を固定している。
【００１０】
上述したように、流体流れＦによって母材４０が加熱される場合、流体流れＦに接している壁面４１から徐々に温度が上昇していくため、壁面４１付近の温度は高く、母材４０の板厚方向に温度分布が発生する。図５に示した構造の利点として、この構造では、壁面４１近傍に水平に熱電対１０を配置しているので、温度の上昇している母材４０と熱電対１０が同じ温度となるため、感温部１１から素線に向けて熱が逃げる影響がきわめて小さくなり、計測される温度応答は母材４０の壁温に近くなる。
【００１１】
一方、図５に示した構造の欠点として、感温部１１を壁面４１の位置とすることができず、感温部１１の設置位置は平行溝４１の底部となってしまう。そのため、流体流れＦが感温部１１を直接加熱するのではなく、母材４０及び平行溝４４内の接着剤５１を加熱し、温度の上がった母材４０からの熱伝導により感温部１１が加熱されるため、計測される温度の絶対値は、特に過渡時には、母材４０の壁温に比べ低くなってしまう。つまり、この場合、壁温を計測しているのではなく、実際は、母材４０や接着剤５１の内部の温度を計測している。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、過渡時においても、誤差を小さくして、壁温を計測することができる壁温計測構造及びその作製方法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】
【００１３】
上記課題を解決する第１の発明に係る壁温計測構造は、
壁面の温度を計測する壁温計測構造であって、
前記壁面に底面が平行な平行溝と、
前記平行溝と連通すると共に、底面が前記壁面に向かって傾斜する傾斜溝と、
前記傾斜溝に配置された感温部を有し、前記傾斜溝及び前記平行溝に沿って配置されて、固定された熱電対とを有する
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第２の発明に係る壁温計測構造は、
上記第１の発明に記載の壁温計測構造において、
前記傾斜溝の底面の前記壁面に対する傾斜角が、１０°以上、１５°以下である
ことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第３の発明に係る壁温計測構造は、
上記第１又は第２の発明に記載の壁温計測構造において、
前記感温部の壁面側が前記壁面と面一である
ことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第４の発明に係る壁温計測構造は、
上記第３の発明に記載の壁温計測構造において、
前記感温部は、前記壁面より突き出た部分が研磨された平面を有し、当該平面が前記壁面と面一である
ことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第５の発明に係る壁温計測構造の作製方法は、
壁面の温度を計測する壁温計測構造の作製方法において、
前記壁面に底面が平行な平行溝を形成し、
前記平行溝と連通すると共に、底面が前記壁面に向かって傾斜する傾斜溝を形成し、
熱電対の感温部を前記傾斜溝に配置し、前記熱電対を前記傾斜溝及び前記平行溝に沿って配置して、固定する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第６の発明に係る壁温計測構造の作製方法は、
上記第５の発明に記載の壁温計測構造の作製方法において、
前記感温部を前記傾斜溝に配置する際、前記感温部の一部を前記壁面から突き出して配置し、
前記壁面より突き出た前記感温部の一部を研磨して平面を形成し、当該平面を前記壁面と面一として、固定する
ことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第７の発明に係る壁温計測構造の作製方法は、
上記第５の発明に記載の壁温計測構造の作製方法において、
前記感温部を前記傾斜溝に配置する際、前記感温部の一部を前記壁面から突き出して配置し、
前記感温部が隠れるように前記傾斜溝及び前記平行溝に接着剤を流し込んで埋込固定部を形成して、前記熱電対を固定し、
前記壁面より突き出た前記埋込固定部及び前記感温部の一部を研磨して平面を形成し、当該平面を前記壁面と面一とする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、過渡時の壁温であっても、誤差を小さくして、母材の壁温に極めて近い温度を計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る壁温計測構造の実施形態の一例を示す図であり、（ａ）は配置図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図２】図１に示した壁温計測構造における感温部の配置の他の一例を示す図であり、（ａ）は配置図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図説明図である。
【図３】図２に示した壁温計測構造の作製方法であって、熱電対の施工方法を説明する図であり、（ａ）は感温部の配置を説明する図、（ｂ）は接着剤の流し込みを説明する図、（ｃ）は感温部の研磨を説明する図である。
【図４】従来の壁温計測構造の一例（従来技術１）を示す配置図である。
【図５】従来の壁温計測構造の他の一例（従来技術２）を示す配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る壁温計測構造及びその作製方法について、図１〜図３を参照して説明を行う。
【００２３】
［実施例１］
熱電対を用いて精度良く壁温計測を行うためには、上述した熱伝導誤差を最小とし、かつ、感温部を流体流れに晒すことにより、感温部を流体流れにより直接加熱させる点が重要となる。
【００２４】
図５に示した平行溝４４では、熱伝導誤差を低減できるというメリットがある一方で、感温部１１を流体流れＦに晒すことができないというデメリットがあった。そこで、本実施例の壁温計測構造では、図１に示す構造としている。
【００２５】
具体的には、図１（ａ）に示すように、母材２０の壁面２１に垂直な垂直穴２３を設け、垂直穴２３と連通すると共に、底面が壁面２１に平行な平行溝２４を設けているが、それらに加えて、平行溝２４に連通すると共に、底面が平行溝２４の底面から壁面２１に向けて傾斜する傾斜溝２５を更に設けている。
【００２６】
ここで、図１（ａ）に示した構造においては、平行溝２４の底面に対する傾斜溝２５の底面の傾斜角θ（壁面２１に対する傾斜溝２５の底面の傾斜角θ）は、使用する熱電対の種類によっても変わるが、１０°以上、１５°以下としている。
【００２７】
例えば、使用する熱電対として、素線を絹被覆で絶縁するタイプのものが、計測精度も高く安価であるため、このような熱電対を想定する。その場合、傾斜角θを１０°より小さくすると、熱電対１０の非被覆部１２の長さＬが長くなり、この非被覆部１２から母材２０及び傾斜溝２５内の接着剤（後述の埋込固定部３１）へ逃げる熱量が増加する。非被覆部１２の長さＬの指標として、熱電対１０の素線の直径ｄに対して、Ｌ／ｄ＜１０とすべきであるため、この点を考慮すると、傾斜角θは１０°が最小角となる。一方、傾斜角θを１５°より大きくすると、図４で説明した熱伝導誤差が大きくなる。以上のことから、傾斜角θは、１０°以上、１５°以下としている。
【００２８】
また、垂直穴２３は、壁面２１と裏面２２との間を貫通しており、また、裏面２２側の開口径を大きくしている。また、平行溝２４は、傾斜溝２５の傾斜角θ及び長さを考慮した上で、可能な限り壁面２１に近い深さに配置されており、また、板厚方向の温度分布の影響を受ける垂直穴２３を考慮して、垂直穴２３と傾斜溝２５との距離ができるだけ長くなる長さになっている。また、平行溝２４及び傾斜溝２５の底面は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、半円断面としている。
【００２９】
そして、熱電対１０は、傾斜溝２５、平行溝２４及び垂直穴２３に沿って配置されている。具体的には、熱電対１０の感温部１１が壁面２１の位置となるように、傾斜溝２５に熱電対１０の先端側（感温部１１側）を配置し、平行溝２４及び垂直穴２３に熱電対１０の残りの部分を配置している。
【００３０】
そして、垂直穴２３、平行溝２４及び傾斜溝２５に接着剤を流し込んで、熱電対１０を埋め込んで固定する埋込固定部３１を形成して、垂直穴２３、平行溝２４及び傾斜溝２５に熱電対１０を固定している。ここでは、熱電対１０の感温部１１を壁面２１の位置とするため、図１に示すように、感温部１１の壁面２１側が壁面２１の延長線と面一になる（接する）ように、感温部１１を配置している。
【００３１】
以上説明したように、本実施例では、平行溝２４と傾斜溝２５とを組み合わせた溝に熱電対１０を設置しているので、熱電対１０の熱伝導誤差は図５に示した平行溝４４と同等のレベルまで低減できており、加えて、傾斜溝２５の傾斜を利用して、感温部１１を壁面２１の位置に設置して、感温部１１を流体流れＦに晒すことができるため、流体流れＦから感温部１１を直接加熱させることができ、母材２０の壁温に極めて近い温度を計測することが可能となり、過渡時の壁温であっても、誤差を小さくして、母材２０の壁温に極めて近い温度を計測することが可能となる。
【００３２】
ここで、図１に示した構造の作製方法を説明する。まず、壁面２１に底面が平行な平行溝２４を形成し、平行溝２４と連通すると共に、底面が平行溝２４の底面から壁面２１に向かって傾斜する傾斜溝２５を形成している。この際、本実施例では、母材２０の壁面２１と裏面２２との間を貫通する垂直穴２３を壁面２１に垂直に形成している。
【００３３】
次に、熱電対１０を垂直穴２３、平行溝２４及び傾斜溝２５に沿って配置するが、この際、熱電対１０の感温部１１の壁面２１側が壁面２１の延長線と面一になる（接する）ように傾斜溝２５に配置している。その後、垂直穴２３、平行溝２４及び傾斜溝２５に接着剤を流し込んで埋込固定部３１を形成し、この埋込固定部３１により、垂直穴２３、平行溝２４及び傾斜溝２５に熱電対１０を埋め込んで固定している。
【００３４】
なお、図１では、熱電対１０の感温部１１の壁面２１側を壁面２１の延長線と面一になる（接する）ように配置しているが、これに代えて、図２（ａ）に示すように、壁面２１から突き出た感温部１１の一部を研磨して平面１１ａを形成し、この平面１１ａが壁面２１と面一となるようにしても良い。この場合、感温部１１の直径をＤとすると、０〜１／４Ｄの範囲で研磨しても、断線の心配は少なく、感温部１１の平面１１ａを壁面２１と同一の平面上に設置できるメリットがある。
【００３５】
ここで、図２（ａ）に示した熱電対１０の施工方法を、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、壁面２１の延長線（点線部分）より上に感温部１１の一部が突き出るように、熱電対１０を傾斜溝２５に配置する。前述したように、感温部１１の直径をＤとすると、０〜１／４Ｄの範囲で感温部１１の一部を壁面２１の延長線から突き出す。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、感温部１１が全て隠れるように接着剤を傾斜溝２５に流し込んで、埋込固定部３１を形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、硬化後の埋込固定部３１及び感温部１１の一部を、例えば、きめの細かい紙やすりＳを用いて、壁面２１の延長線から突き出た部分を研磨して、壁面２１と面一となる平面を形成する。このように施工することにより、感温部１１の平面１１ａと壁面２１を確実に面一にすることができる。
【００３７】
なお、ここでは、壁面２１の反対側の裏面２２側から熱電対１０を取り出しているので、垂直穴２３を設けているが、壁面２１に沿う方向、例えば、図１中の左側端部又は右側端部から熱電対１０を取り出すことができれば、平行溝２４及び傾斜溝２５のみの構成でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、過渡時の壁温の計測技術として好適なものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  熱電対
１１  感温部
１１ａ  平面
１２  非被覆部
１３  被覆部
２０  母材
２１  壁面
２２  裏面
２３  垂直穴
２４  平行溝
２５  傾斜溝
３１  埋込固定部
【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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