JPH0716983Y2 - ガス温度測定用プローブ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はガスタービンやジェットエンジン等の燃焼機関
内部のガス温度を測定するプローブに関し、更に詳しく
は周囲からの輻射熱の影響を回避することが可能で高精
度な測温ができる構造を有するガス温度測定用プローブ
に関する。

〔従来の技術〕

従来、ガス送給管内温度を測温する為のガス温度測定用
プローブとしては第（８）図に示すごとく、両端開口a,
aした円筒状の遮蔽筒ｂの内側中心部に、該遮蔽筒ｂの
壁を貫通して測温素子ｃの感温部ｄを位置づけ、該遮蔽
筒ｂをその開口a,aをガスの流れ方向に向けた状態で支
持筒ｅを介してガス送給管ｆの内壁ｇから懸垂したもの
が知られている。

〔考案が解決しようとする課題〕

測温素子ｃを遮蔽筒ｂで外装したのは、測温素子ｃに対
する周囲からの輻射熱の影響を防止する為であるが、本
構成では測温素子ｃの感温部ｄと遮蔽筒ｂの開口縁ｈと
を結んだ直線の範囲外、即ち図中α及びβとして示した
角度の範囲外からの輻射熱は防止できるものの、前記範
囲内からの輻射熱は防止することができず、例えばガス
送給管内壁等からの輻射熱に起因する測温誤差を完全に
排除することはできなかった。この問題を解決するに
は、遮蔽筒ｂを長くすることが考慮されるが、ガス送給
管ｆへの取付上の制約やガス流による風圧の影響を無視
できない為、長さには限界がある。又、他の方法として
遮蔽筒ｂの内径を小さくすることも考慮されるが、この
場合には遮蔽筒ｂ内に突出形成する感温部ｄの長さが不
充分となり、その結果、ガスとの接触面積が不充分とな
って真のガス温度よりも低い値を示す問題があった。

本考案はかかる現況に鑑みてなされたものであり周囲か
らの輻射熱の影響を受けることなく、ガス温度の高精度
な測温が可能であり、しかも装置構成がコンパクトで設
置も容易であるとともに風圧にも耐える構造を有した耐
久性に優れたガス温度測定用プローブを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成した本考案は次の２つの代表的形態とし
て表現される。第１の形態は、一対の断面円弧状の樋状
外壁板を測温素子をはさんで対向配置してガス流の上流
側に入口を、下流側に出口をそれぞれ形成し、一方の外
壁板の上流側先端には下流へ向かって傾斜する遮蔽板を
その遊端が対向する他の外壁板との間に間隙を設けた状
態で延設し、他方の外壁板にはその下流後端から上流へ
向かって傾斜した遮蔽板を、測温素子をはさんで前記遮
蔽板と並設状態で延設した構成となし、測温素子を周囲
から目視不能にするとともに、外壁板で囲繞された空間
内に入口から出口に連続するガス流路を形成したことを
特徴としている。

遮蔽板によって形成されるガス流路の入口断面積は測温
素子の感温部の位置する部分の断面積よりも大きく、且
つ、出口断面積よりも小さいか若しくは等しく設定する
ことが好ましい。

又、測温素子の感温部にはフィンを取付けてガスとの接
触面積を増やすことも適宜採用される。

第２の形態は、次の構成を有する。即ち、一対の断面円
弧状の樋状外壁板を互いに径方向にずらした状態で対向
配置して、ガス流の上流側に入口を、下流側に出口を有
する略Ｓ字状のガス流路を外壁材間に形成し、当該ガス
流路の略中間位置である一方の外壁材の端縁部内面と他
方の外壁材の端縁部内面とに挟まれ位置に測温素子を位
置づけて測温素子を周囲から目視不能となし、且つガス
流路の入口断面積よりも測温素子の感温部を位置づけた
部分のガス流路の断面積を小さく設定してなることを特
徴としている。

〔作用〕

本考案のガス温度測定用プローブはガス流の流れ方向上
流に入口を向け、下流に出口を向けた状態でガス流の中
に位置づける。入口から流入したガスは、遮蔽材に案内
されて測温素子に導かれ、測温素子の感温部に接触した
後、出口から流出する。測温素子は遮蔽材によって装置
外部から全包囲にわたって目視不能としている為、輻射
熱は完全に遮断されガス温度の高精度な測温が可能とな
る。

また第１形態の本プローブはガス流上流から下流へ向か
う傾斜面を有しているので、傾斜面によってガス流が円
滑に案内される。

又、ガス流路における感温部を設定した部分の断面積を
入口断面積よりも小さく設定したときには感温部周辺の
流速が高まり、感温部のガス温度に対する応答性は一層
高まる。更に感温部にフィンを取付けた場合はガスとの
接触面積が増大して感温部の応答性は向上するととも
に、感温部の機械的強度も同時に高まる。

また第２形態の本プローブは、そのガス流路が略Ｓ字状
であることから、ガス流の案内はより円滑に行われ、流
れに乱れが生ずることもない。しかも第２形態のプロー
ブはガス流路の入口断面積よりも測温素子の感温部を位
置づけた部分のガス流路の断面積を小さく設定している
ことから感温部周辺の流速は速く応答性に優れている。

〔実施例〕

次に本考案の詳細を図示した実施例に基づき説明する。

第１図は本考案にかかるガス温度測定用プローブの全体
構成を示す断面説明図である。本プローブＡは炭化硅素
（sic）製の円筒状サポート部材１の内部に熱電対等の
測温素子２を挿通し、その先端約20mmをサポート部材先
端から突出させるとともに突出した測温素子２の周囲を
特定構造を有した外装体３で覆った構成とするものであ
る。この外装体３周辺の詳細な構造は第２図及び第３図
（イ）（ロ）（ハ）で示される。

第２図は外装体３の組立前の状態を示し、第３図（イ）
（ハ）は組立てた状態の縦断面図、第３図（ロ）は横断
面図である。図例の如く本プローブの先端構造は、断面
円弧状の樋状外壁板4a,4bを測温素子２を間にはさんで
対向配置してガス流の流れ方向上流側に入口５を、下流
側に出口６を形成し、外壁板4aのガスの流れ方向上流先
端には該上流先端から下流へ向かって傾斜した遮蔽板7a
をその遊端が対向する外壁板4bとの間に間隙を設けた状
態で延設し、他方測温素子２をはさんで反対側に位置す
る外壁板4bの下流後端には、下流から上流へ向かって傾
斜した遮蔽板7bを前記遮蔽板7aと並行な状態で配置する
ことで測温素子周辺を経由して入口から出口へ向かう連
続したガス流路を形成している。

外壁板4a,4bと遮蔽板7a,7bのそれぞれの寸法関係は、測
温素子２が外部から直接見えないことと、ガスの流通が
円滑であることの二点を基準として設定される。入口５
及び出口６の開口巾は上記条件を満たす限り適宜設定で
きるが、開口巾を大きくした場合には測温素子２を目視
不能とする為には遮蔽板7a,7bは長くする必要がある。
しかしながら遮蔽板7a,7bが長くなると対向する外壁板
との間隙が狭くなってガスの流通が阻害されるおそれが
ある。本実施例ではこれらの事情を考慮したうえ、測温
素子と入口の開口縁とで形成される角度を約60°に設定
している。又、入口５と出口６及び測温素子２が位置す
る部分の流路の大きさの大小関係は、入口５の断面積を
S1、出口６の断面積をS3、測温素子２の位置する部分の
断面積をS2とした場合に、S3≧S1＞S2の関係を満たすよ
う設定することが好ましく、このようにすれば測温素子
２周辺を通過するガス流の流速が速くなって測温素子２
の応答性は向上する。

遮蔽板7a,7bで囲繞された空間には、測温素子２を挿通
状態で支持する正面視略字形の支持板８を配置してい
る。該支持板８は、ガス流にさらされる測温素子２を補
強して折損を防止することを目的とするものである。
又、支持板８は遮蔽板7a,7b及び外壁板4a,4bと非接触と
なすとともに測温素子２の支持位置も感温部９から一定
距離離間した位置となして、サポート部材１や遮蔽板7
a,7bと感温部９との熱伝導を断つようにしている。支持
板８は測温素子２の強度が充分な場合は除くこともでき
る。外壁板4a,4b下端面には底板10が取付けられ、外壁
板4a,4b下面を閉鎖している。ところで外壁板4a,4b,遮
蔽板7a,7b及び底板10は高耐熱性を有すると同時に熱伝
導に優れ、且つ輻射率の低い素材から形成されている必
要がある。これら外壁板や底板の熱伝導が低いと感温部
９と外壁板及び底板間に温度差が生じて輻射熱に起因す
る誤差が発生するおそれがある。本実施例では、白金製
の薄板を用いることで高耐熱性と応答性、更には低輻射
率を実現しているが、測温値の許容誤差に応じて他の素
材を選択することもできる。

又、感温部９への熱影響としてはサポート部材１への熱
伝導による損失も無視できない。該損失を軽減する為に
は測温素子２の機械的強度が許す限り、サポート部材１
からの突出長さを長く設定することが好ましい。本実施
例ではφ1.6mmの測温素子を16mm〜18mm突出させてい
る。

第４図は感温部９の応答性を高める為に、感温部９にフ
ィン11を取付けてガスとの接触面積を増やした場合であ
る。該フィン11には感温部９の機械的強度を補強する効
果もある。

以上、本考案の代表的な実施例を示したが、本考案にお
ける外装体３は、測温素子２を全包囲から見えないよう
にして輻射シールドするとともに、ガス流を測温素子２
に円滑に案内し得る流通路を有するものであれば他の形
状であってもよく、例えば第５図に示す如く断面円弧状
の樋状外壁板14a,14bを互いに中心をずらして対向配置
して、両樋状外壁板14a,14b間に略Ｓ字状のガス流路を
形成するとともに、このガス流路の略中間位置であって
周囲から目視不能な位置に測温素子２を配置し、且つガ
ス流路の入口断面積よりも測温素子の感温部を位置づけ
た部分のガス流路の断面積を小さく設定したものも採用
できる。この形態のプローブはガス流路が略Ｓ字状であ
って角部等は存在しないため、ガスの流れは極めて円滑
である。しかも感温部を通過するガスの流速は高められ
ているから応答性にも優れている。

このような構成、特に第１図〜第３図で示したガス温度
測定用プローブは、例えば第７図に示すように、燃焼器
15と減温器16間に設けられた耐火材製の連結部17内部の
測温をすべく、該連結部17を貫通して、その先端をガス
流路18の略中央に位置づけて取付けられる。ガス流の流
れ方向上流側に位置づけられた入口５から流入したガス
流は外壁板4a,4b及び遮蔽板7a,7bに案内されて測温素子
周辺を通過した後、出口６から放出される。この詳細は
第（６）図で示される。即ち、入口５から流入したガス
は遮蔽板7aと反対側の外壁板4bに案内されて、遮蔽板7
a,7b間が形成する空間に回り込み、感温部９に接触して
ガス温度を伝えた後、反対側の遮蔽板7bと外壁板4aに案
内されて出口６へ導かれる。このとき遮蔽板7a,7bはガ
ス流に対して傾斜している為、ガス流の通過は阻害され
ることなく円滑に行なわれる。そして、測温素子２は外
壁板4a,4bと遮蔽板7a,7bとによって、全方位にわたって
完全に輻射シールドされているので、減温器16内壁や燃
焼器15内壁からの輻射熱の影響を受けることなく、ガス
温度の高精度な測温が可能となる。

又、図例の実施例は、感温部９の位置する部分の断面積
は、入口５の断面積よりも小さく設定している為、感温
部周辺ではガス流の通過速度は速く、感温部９のガス温
度に対する応答性は極めて高い。

〈表〉は前記連結部17の温度を第１図で示した本考案に
かかるプローブと第（８）図で示した従来のプローブと
を用いて測定した結果である。尚、測温対象のガスの流
速は62m/S、ガス圧は約１気圧、ガス流断面積における
平均温度の理論値は1270℃であり、測定環境としてのガ
ス流路各部の内壁温度は、燃焼器15が600℃、減温器16
が20℃〜50℃、耐火材17が約1000℃であった。又、測定
は、ガス流路の同一断面における複数の測定点について
行ない、これらの測温結果に基づいてガス流断面積の平
均温度を算出した。

表からわかるように、従来品による測温値は970℃であ
って、理論値（1270℃）と約300℃の差があった。これ
は燃焼器内面温度や減温器内壁温度がガス温度よりも低
かった為に、感温部とこれら内壁との間の輻射熱の授受
において、感温部から内壁へ向かう輻射熱の方が多くな
り、この結果、感温部の温度が降下したものと推測され
る。これに対して本考案品による測温値は1200℃であっ
て理論値（1270℃）と極めて近似した測温値が得られて
おり、本発明にかかるプローブが周囲からの輻射熱をほ
ぼ完全に排除し得ていることがわかる。

〔考案の効果〕

以上のように本考案にかかるガス温度測定用プローブ
は、一対の断面円弧状の樋状外壁板を測温素子をはさん
で対向配置してガス流の上流側に入口を、下流側に出口
をそれぞれ形成し、測温素子をガス流路の途中に周囲か
ら完全に目視不能な状態で配置した構成とした。したが
って、ガスはガス流路に自由に流入してガス温度が測温
素子の感温部に伝達されるが、輻射熱に対して測温素子
は完全にシールドされている為、測温素子に輻射熱が作
用することはなく、応答性に優れ、且つ高精度なガス温
度の測定が可能となる。

特に請求項１記載のプローブは、一方の外壁板の上流側
先端に下流へ向かって傾斜する遮蔽板をその遊端が対向
する他の外壁板との間に間隙を設けた状態で延設し、他
方の外壁板にはその下流後端から上流へ向かって傾斜し
た遮蔽板を設けてガス流に対して空気抵抗が小さくなる
ようにしている為、風圧に耐えることができる上に測温
素子周辺のガスの流れも円滑にできる。

更に、測温素子の感温部にフィンを取付けたときには、
感温部の応答性の向上と感温部の機械的強度の向上が同
時に達成される。

又、請求項４記載のように、一対の断面円弧状の樋状外
壁板を互いに径方向にずらした状態で対向配置して、滑
らかな略Ｓ字状のガス流路を外壁材間に形成し、且つガ
ス流路の入口断面積よりも測温素子の感温部を位置づけ
た部分のガス流路の断面積を小さく設定した場合、ガス
流に対する空気抵抗はより小さくなるとともに測温素子
周辺で流れに乱れが生ずることを完全に防止できガスの
流れをより一層円滑にできる。又、測温素子周辺でのガ
ス流速が高まることから、感温部の応答性も高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかるガス温度測定用プローブの一実
施例の全体構成を示す断面説明図、第２図は同実施例の
要部の分解説明図、第３図（イ）は同実施例の要部の縦
断面図、第３図（ロ）は第３図（イ）中A-A断面図、第
３図（ハ）は第３図（ロ）中B-B断面図、第４図は同実
施例において測温素子にフィンを取り付けた変形例を示
す断面説明図、第５図は他の実施例、第６図は外装体内
のガスの流れを示す説明図、第７図は本プローブの使用
例を示す説明図、第８図は従来例である。 A:プローブ、1:サポート部材、2:測温素子、3:外装体、
4a,4b:外壁板、5:入口、6:出口、7a,7b:遮蔽板、8:支持
板、9:感温部、10:底板、11:フィン、14a,14b:樋状外壁
板、15:燃焼器、16:減温器、17:連結部、18:ガス流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−846（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の断面円弧状の樋状外壁板を測温素子
   をはさんで対向配置してガス流の上流側に入口を、下流
   側に出口をそれぞれ形成し、一方の外壁板の上流側先端
   には下流へ向かって傾斜する遮蔽板をその遊端が対向す
   る他の外壁板との間に間隙を設けた状態で延設し、他方
   の外壁板にはその下流後端から上流へ向かって傾斜した
   遮蔽板を、測温素子をはさんで前記遮蔽板と並設状態で
   延設した構成となし、測温素子を周囲から目視不能にす
   るとともに、外壁板で囲繞された空間内に入口から出口
   に連続するガス流路を形成してなるガス温度測定用プロ
   ーブ。
2. 【請求項２】遮蔽板によって形成されるガス流路の入口
   断面積を測温素子の感温部の位置する部分の断面積より
   も大きく、且つ、出口断面積よりも小さいか若しくは等
   しく設定してなる前記実用新案登録請求の範囲第１項記
   載のガス温度測定用プローブ。
3. 【請求項３】測温素子の感温部近傍にフィンを取付けて
   なる前記実用新案登録請求の範囲第１項又は第２項記載
   のガス温度測定用プローブ。
4. 【請求項４】一対の断面円弧状の樋状外壁板を互いに径
   方向にずらした状態で対向配置して、ガス流の上流側に
   入口を、下流側に出口を有する略Ｓ字状のガス流路を外
   壁材間に形成し、当該ガス流路の略中間位置である一方
   の外壁材の端縁部内面と他方の外壁材の端縁部内面とに
   挟まれた位置に測温素子を位置づけて測温素子を周囲か
   ら目視不能となし、且つガス流路の入口断面積よりも測
   温素子の感温部を位置づけた部分のガス流路の断面積を
   小さく設定してなるガス温度測定用プローブ。