説明

耐疲労性サーモウェル及び方法

高動圧環境で使用することができる方法及びサーモウェルシステム。熱電対システムは、媒体が流れる構造体に入るように構成されるサーモウェルと、サーモウェル内に部分的に提供され、温度を測定するように構成される細長いプローブと、細長いプローブの第1の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成される、少なくとも1つのOリングと、細長いプローブ部分の第2の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成されるエラストマとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示する対象の実施形態は、概略的には、熱電対及びサーモウェルに関し、より具体的には、耐疲労性のある熱電対サーモウェル結合体に関する。
【背景技術】
【0002】
熱電対は、電気測定に基づいて温度を測定するために使用される装置である。熱電対は、今日、様々な産業及び環境で広く使用される。熱電対が使用される様々な産業及び環境により、様々な形態の熱電対を見出すことができる。ここで、一般的な熱電対を図1について説明する。
【0003】
図1は、電気接続部102及び104、ハウジング106、並びにプローブ(探針としても知られる)108を含む熱電対100を示す。プローブ108の先端部110は、通常、温度値を測定すべき点の近くに配置される。測定装置(図示せず)は、通常、電圧を読むために、電気接続部102及び104に接続される。この電圧測定から、プローブ108の先端部110における温度値を確認する。熱電対100の使用環境により、温度を測定すべき環境から熱電対100を保護することが望ましい場合がある。使用する保護部材をサーモウェルとすることができる。
【0004】
ここで、一般的なサーモウェル200を図2について説明する。サーモウェル200は、熱電対100を保護するために、装置のハウジング208に取り付け、又はその中に挿入することができるが、それでも、正確な温度測定値を取得するために、熱電対100が所望の位置にアクセスすることを可能とする。サーモウェル200は、ハウジング208と結合し、(必要に応じて)それを密封するキャップ部材202を含むことができる。サーモウェル200は、本体204、及び熱電対100のプローブ部分108を挿入することができるキャビティ206も含む。
【0005】
通常、熱電対100及びサーモウェル200は、しばしば互いに使用する、既製の部品であり、様々な温度取得用途で使用される。しかし、場合によっては、これら既製の部品は、温度取得が望まれる環境条件に耐えることができない。例えば、プローブ108は、ハウジング208の振動などにより生じる十分な揺れを受けるとき、その基底部で機械的損傷を受ける可能性がある。言い換えれば、熱電対100とサーモウェル200との間の機械的接続により、熱電対100の一部分は、ハウジング208と同じ振動数で振動するが、自由に動く、熱電対100の別の部分、例えば110などは、固定部分に連続的な応力を及ぼし、従って、熱電対100の破損をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第7004626号明細書
【発明の概要】
【0007】
従って、様々な動作条件の下でサーモウェルと共に熱電対を使用するためのシステム及び方法が望まれる。
【0008】
例示的な実施形態によれば、媒体が流れる構造体に入るように構成されるサーモウェルと、サーモウェル内に部分的に提供され、温度を測定するように構成される細長いプローブと、細長いプローブの第1の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成される、少なくとも1つのOリングと、細長いプローブ部分の第2の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成されるエラストマとを含む、熱電対システムが存在する。
【0009】
別の例示的な実施形態によれば、媒体が流れる圧縮機の壁に入るように構成されるサーモウェルと、温度を測定するように提供及び構成される細長いプローブと、細長いプローブの第1の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成される、少なくとも1つのOリングと、細長いプローブ部分の第2の端部の周りに配置され、サーモウェルと接触することにより細長いプローブの振動を緩衝するように構成されるエラストマと、媒体を受け取るように構成される吸入部と、回転し、吸入部から受け取る媒体の圧縮を開始するように構成されるシャフト及びロータ組立体と、媒体を放出するように構成される出口部分とを含む、圧縮機が存在する。
【0010】
さらに別の例示的な実施形態によれば、熱電対システムの振動を緩衝するための方法が存在する。本方法は、ハウジング部材内にエラストマを提供することであって、エラストマが熱電対システムの細長いプローブ部分の第1の端部を取り囲み、細長いプローブ部分が温度を測定するように構成されることと、熱電対システムの細長いプローブ部分の第2の端部の周りに少なくとも1つのOリングを配置することと、細長いプローブ部分が提供されるサーモウェルのハウジング内に緩衝用流体を容れることと、熱電対の細長いプローブ部分をサーモウェルに挿入することとを含む。エラストマ、少なくとも1つのOリング、及び緩衝用流体が、熱電対の振動を低減する。
【0011】
添付の図面は、例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】従来の熱電対を示す図である。
【図2】従来のサーモウェルを示す図である。
【図3】例示的な実施形態によるオイルフリースクリュー圧縮機を示す図である。
【図4】例示的な実施形態による熱電対システムを示す図である。
【図5】例示的な実施形態による別の熱電対システムを示す図である。
【図6】例示的な実施形態によるサーモウェルを示す図である。
【図7】例示的な実施形態によるサーモウェルを示す図である。
【図8】例示的な実施形態によるサーモウェルを示す図である。
【図9】例示的な実施形態による、振動を緩衝するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面の同じ参照番号は、同じ又は同様の要素を特定する。それに加えて、図面は、必ずしも正しいスケールで描いていない。さらに、以下の詳細な説明は、本発明を限定しない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により規定される。
【0014】
本明細書を通して、「一実施形態」又は「実施形態」といえば、開示する対象の少なくとも1つの実施形態に含まれる実施形態に関連して説明する、特定の特徴、構造、又は特性を意味する。従って、本明細書を通して様々な場所において語句「一実施形態では」又は「実施形態では」が現れるとき、必ずしも同じ実施形態を指さない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、1つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【0015】
背景技術セクションで説明したように、熱電対は、それが単独で使用されない様々な環境で温度測定値を取得するために、サーモウェルと共に使用することができる。しかし、いくつかの実施形態では、これら既製の部品は、破損し、例えば、熱電対プローブの機械的破損を受ける。従って、例示的な実施形態によれば、困難な環境で、熱電対システム、すなわちサーモウェルと共に使用される熱電対の破損を防ぐためのシステム及び方法が、望まれ、次に説明するように実現可能である。熱電対サーモウェル結合体が破損することが知られている困難な環境の一例は、例えば300+/−50psi(20.68+/−3.45bar)の高動圧を有する環境である。あるいは、例えば+/−500psi(+/−34.5bar)の他の高動圧範囲を使用する可能性がある。圧力範囲は、動作条件に依存する可能性がある。この高動圧は、振動を発生させ、熱電対システムに新たな振動を発生させる振動数となる可能性がある構造的共振をもたらす場合があり、ひいては熱電対の機械的破損をもたらす。
【0016】
例示的な実施形態によれば、図3に示すオイルフリースクリュー圧縮機300は、高動圧を示す可能性がある。オイルフリースクリュー圧縮機300は、圧縮室304に空気(又は他の媒体)を導くための空気ガス吸入部302、及びシャフト308に結合するモータドライバ306を含む。圧縮室304は、スクリュー314も含み、スクリューの一方は、圧縮を開始するためにシャフト308に結合する。それに加えて、圧縮空気ガス排出部310は、圧縮室からの圧縮空気ガスの排出、及び熱電対システム312での温度測定を可能とする。矢印316は、空気ガス進行方向を示す。参照符号「X」318は、サーモウェル内の従来の熱電対が高動圧を伴うこのタイプのシステム内で使用されるとき、機械的破損が生じる点、すなわち、(従来の熱電対100及び従来のサーモウェル200を使用して)圧縮ガス排出部310内へのサーモウェル200の貫通穴にほぼ対応するプローブ部分108とキャップ部材202との接続部で熱電対100が機械的に破損する傾向がある点を示す。それに加えて、熱電対100及びサーモウェル200は、任意の接続点及び熱電対プローブ部分108で破損する可能性がある。
【0017】
例示的な実施形態によれば、高動圧環境に耐える熱電対システム312を、図4及び5について以下に説明する。また、図3にオイルフリースクリュー圧縮機300を示したが、例えば、容積式圧縮機及び往復圧縮機などの、高動圧を有する他の圧縮機(及び他の装置)をこれらの例示的な実施形態で使用することができる。それに加えて、オイルフリースクリュー圧縮機300に他の部品を含むことができるが、簡略化するため、図には示していない。
【0018】
例示的な実施形態によれば、図4に示す熱電対システム312は、高動圧環境で使用することができる。熱電対システム312は、熱電対402及びサーモウェル404を含む。熱電対402は、細長いプローブ部分406、並びに電気接続部408及び410を含む。サーモウェル404は、圧縮空気排出部310に取り付けられ、内壁414、キャビティ416、キャップ部分426、及びステム部分428を有する堅牢シェル(又はハウジング)412を含む。Oリング418は、それが内壁414と接触するように細長いプローブ部分406上に配置することができるが、流体がキャビティ416内に存在するとき、流体が通過できるように接触部は十分緩く、すなわち、Oリング418は、細長いプローブ部分406と内壁414との間を流体密封しない。Oリング418は、細長いプローブ406の先端部420のほぼ近くに配置されるが、別の例示的な実施形態では、他の場所に配置することができる。エラストマ422は、細長いプローブ部分406の周りに配置することができ、キャップ部分426と接触する。それに加えて、緩衝用流体424をキャビティ416内に容れることができる。ステム部分428は、10.16cmから53.35cmの間の長さ及び0.635cmから1.27cmの間の内径を有することができるが、熱電対402及び要望の環境に応じて、他のサイズを使用することができる。
【0019】
上述のように、圧縮機300の動作は、振動を発生させる可能性がある。この振動は、プローブ部分又はサーモウェルの切断などの機械的破損につながる可能性がある、熱電対/サーモウェルの揺れを発生させる。この振動は、システム内の高動圧/音響的共振により、又は、熱電対システム312の振動数範囲内であるとき、熱電対402もしくはサーモウェル組立体404の振動を増大させる構造的共振により発生する可能性がある。図4に示す例示的な熱電対システム312は、圧縮機300の高動圧環境で破損する可能性が低い。この例示的な熱電対システム312は、細長いプローブ部分406及び他の構造的要素と接触することにより振動を低減する、Oリング418及びエラストマ422の使用を含む。エラストマ422は、振動を緩衝するために細長いプローブ部分の周りに十分強固に配置されるが、圧縮機300の構造的共振を細長いプローブ部分406に直接伝達するほど強固ではない。言い換えれば、エラストマ422は、圧縮機から熱電対402に伝達される振動数を変化させ、又はその振動数を緩衝することができる。
【0020】
それに加えて、Oリング418及びエラストマ422のプローブ部分406への追加は、熱電対402の振動数が、新たな振動を誘発する、圧縮機300により生成される振動数の範囲外となるように、熱電対402の振動数を変化させる。Oリング418及びエラストマ422の追加は、プローブ部分406が依然として共振振動数であるとき、振動数の加振を低減するように緩衝することもできる。それに加えて、振動をさらに低減するために、緩衝用流体424を加えることができる。例えば、緩衝用流体424は、サーモウェル404のステム部分428のキャビティの体積の1/2を満たすことができる。この緩衝用流体424は、高熱伝導率、及び予想動作温度よりも高い引火点、例えば176.7℃よりも高い引火点を有するオイルとすることができる。しかし、他の量及びタイプの緩衝用流体424を使用することができる。
【0021】
別の例示的な実施形態による、別の熱電対システム500は、図5に示され、高動圧環境に使用することができる。熱電対システム500は、熱電対502及びサーモウェル504を含む。細長いプローブ部分506、電気接続部508及び510、キャップ部分512、並びに緩衝部分514を含む。キャップ部分512は、例えばねじ部を介して、熱電対502をサーモウェル504に取り付けるために使用される。例示的な実施形態では、キャップ部分512が熱電対502をサーモウェル504に取り付けるが、プローブ部分506は、サーモウェル504に直接接触しない。緩衝部分514は、細長いプローブ部分506の周りに配置され、細長いプローブ部分506及び緩衝部分514のどちらにも接触するエラストマ524を含む。サーモウェル504は、圧縮機300の圧縮気排出部310などの、媒体の温度を測定すべき構造体に取り付けられ、内壁518、キャビティ520、キャップ部分426、及び取付部分522を有する堅牢シェル(又はハウジング)516を含む。Oリング526、528、530、及び532は、細長いプローブ部分506がわずかに揺れるとき特に、Oリング526、528、530、及び532が内壁518と接触することができるように細長いプローブ部分506上に配置される。しかし、接触部が存在すれば、接触部は、流体がキャビティ520内に存在するとき、流体が通過できるように接触部は十分緩く、すなわち、Oリング526、528、530、及び532は、細長いプローブ部分506と内壁518との間を流体密封しない。Oリング526、528、530、及び532は、細長いプローブ部分に沿って離間し、細長いプローブ部分506の機械的破損をもたらす、細長いプローブ部分506の余分な揺れを防止する。図5には4つのOリング526、528、530、及び532を示すが、より多い又はより少ないOリングを使用することができる。この例示的な熱電対システム500は、図4に示す熱電対システム312に関して上述したものと同様な方法で、振動を低減し、熱電対502の振動数を変化させる。
【0022】
例示的な実施形態によれば、図6〜8に示すように、様々なタイプのサーモウェルを上述の例示的な熱電対システムに使用することができる。例示的な一実施形態によれば、図6に示すように、フランジ付サーモウェル602を使用することができる。フランジ付サーモウェル602は、ハウジング部分606が貫通する圧縮空気排出部310などにつながる表面と結合し、それを密封するためのフランジ部分604を含む。別の例示的な実施形態によれば、ねじ付サーモウェル702は、ハウジング部分606が貫通する圧縮空気排出部310などにつながる表面と結合し、それを密封するための、キャップ部分708及びねじ付部分704を含む。さらに別の例示的な実施形態によれば、挿入溶接用サーモウェル802は、キャップ部分804及びハウジング806を含む。挿入溶接用サーモウェル802は、温度を測定すべき場所に溶接され、貫通穴表面も密封する溶接を介して取り付けられる。
【0023】
例示的な実施形態による上述の例示的なシステムを利用して、振動を緩衝するための方法を図9のフローチャートに示す。熱電対システム内の振動を緩衝するための方法は、ステップ902でハウジング部材内にエラストマを提供し、エラストマが熱電対システムの細長いプローブ部分の第1の端部を取り囲み、細長いプローブ部分が温度を測定するように構成されることと、ステップ904で熱電対システムの細長いプローブ部分の第2の端部の周りに少なくとも1つのOリングを配置することと、ステップ906でプローブが提供されるサーモウェルのハウジング内に緩衝用流体を容れることと、ステップ908で熱電対の細長いプローブ部分をサーモウェルに挿入し、エラストマ、少なくとも1つのOリング、及び緩衝用流体が熱電対の振動を低減することとを含む。
【0024】
上述の例示的な実施形態は、あらゆる点で、本発明を限定するのではなく、例示するものとする。従って、本発明は、当業者が本明細書に含まれる説明から導き出すことができる、詳細な実施形態の多くの変形形態が実現可能である。そうしたすべての変形形態及び変更形態は、以下の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲及び技術的思想内であるとみなされる。本発明の用途の説明に使用される要素、動作、又は命令は、別途明白に述べない限り、本発明にとって重要又は不可欠なものとみなすべきでない。さらに、本明細書に使用する冠詞「1つの(a)」は、1つ又は複数の物品を含むものとする。
【0025】
この記載した説明は、任意の装置又はシステムを作成し、それらを使用し、組み込んだ任意の方法を実施することを含めて、当業者が同じものを実施することができるように開示する対象の例を使用する。対象の特許範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想起する他の例を含むことができる。そうした他の例は、特許請求の範囲の範囲内であるものとする。
【符号の説明】
【0026】
100 熱電対
102 電気接続部
104 電気接続部
106 ハウジング
108 プローブ
110 プローブの先端部
200 サーモウェル
202 キャップ部材
204 サーモウェル本体
206 キャビティ
208 ハウジング
300 オイルフリースクリュー圧縮機
302 空気ガス吸入部
304 圧縮室
306 モータドライバ
308 シャフト
310 圧縮空気ガス排出部
312 熱電対システム
314 スクリュー
316 空気ガス進行方向
318 機械的破損が発生しやすい点
402 熱電対
404 サーモウェル
406 細長いプローブ部分
408 電気接続部
410 電気接続部
412 堅牢シェル(ハウジング)
414 内壁
416 キャビティ
418 Oリング
420 細長いプローブ部分の先端部
422 エラストマ
424 緩衝用流体
426 キャップ部分
428 ステム部分
500 熱電対システム
502 熱電対
504 サーモウェル
506 細長いプローブ部分
508 電気接続部
510 電気接続部
512 キャップ部分
514 緩衝部分
516 堅牢シェル(ハウジング)
518 内壁
520 キャビティ
522 取付部分
524 エラストマ
526 Oリング
528 Oリング
530 Oリング
532 Oリング
602 フランジ付サーモウェル
604 フランジ部分
606 ハウジング部分
702 ねじ付サーモウェル
704 ねじ付部分
706 ハウジング部分
708 キャップ部分
802 挿入溶接用サーモウェル
804 キャップ部分
806 ハウジング

【特許請求の範囲】
【請求項1】
媒体が流れる構造体に入るように構成されるサーモウェルと、
前記サーモウェル内に部分的に提供され、温度を測定するように構成される細長いプローブと、
前記細長いプローブの第1の端部の周りに配置され、前記サーモウェルと接触することにより前記細長いプローブの振動を緩衝するように構成される、少なくとも1つのOリングと、
前記細長いプローブ部分の第2の端部の周りに配置され、前記サーモウェルと接触することにより前記細長いプローブの振動を緩衝するように構成されるエラストマとを含む、熱電対システム。
【請求項2】
前記サーモウェルは、フランジ付サーモウェル、挿入溶接用サーモウェル、及びねじ付サーモウェルを含む群から選択される、請求項1記載の熱電対システム。
【請求項3】
前記第1の端部から離間させて提供される第2のOリングをさらに含む、請求項1記載の熱電対システム。
【請求項4】
前記サーモウェル内に容れられ、前記少なくとも1つのOリングを通過するように構成される緩衝用流体をさらに含む、請求項1記載の熱電対システム。
【請求項5】
前記サーモウェルは、前記媒体と接触するステム部分を含むハウジングにおいて、前記ステム部分が、10.16〜53.35cmの範囲の長さ及び0.635〜1.27cmの範囲の内径を有する、ハウジングをさらに含む、請求項1記載の熱電対システム。
【請求項6】
前記ステム部分内に容れられる緩衝用流体の量が、前記プローブが前記ハウジングに挿入された後の前記ステム部分内の体積の約1/2を満たす、請求項5記載の熱電対システム。
【請求項7】
前記緩衝用流体は、176.7℃を超える引火点を有する熱伝導性オイルである、請求項6記載の熱電対システム。
【請求項8】
前記エラストマを介して、前記細長いプローブを前記サーモウェルに接続するように構成され、その結果、前記熱電対の振動数が前記構造体の共振振動数と異なる、キャップ部分をさらに含む、請求項1記載の熱電対システム。
【請求項9】
媒体が流れる圧縮機の壁に入るように構成されるサーモウェルと、
温度を測定するように提供及び構成される細長いプローブと、
前記細長いプローブの第1の端部の周りに配置され、前記サーモウェルと接触することにより前記細長いプローブの振動を緩衝するように構成される、少なくとも1つのOリングと、
前記細長いプローブ部分の第2の端部の周りに配置され、前記サーモウェルと接触することにより前記細長いプローブの振動を緩衝するように構成されるエラストマと、
前記媒体を受け取るように構成される吸入部と、
回転し、前記吸入部から受け取る前記媒体の圧縮を開始するように構成されるシャフト及びロータ組立体と、
前記圧縮媒体を放出するように構成される出口部分とを含む、圧縮機。
【請求項10】
前記サーモウェルは、フランジ付サーモウェル、挿入溶接用サーモウェル、及びねじ付サーモウェルを含む群から選択される、請求項9記載の圧縮機。
【請求項11】
前記第1の端部から離間させて提供される第2のOリングをさらに含む、請求項9記載の圧縮機。
【請求項12】
前記サーモウェルは、前記媒体と接触するステム部分を含むハウジングにおいて、前記ステム部分が、10.16〜53.34cmの範囲の長さ及び0.635〜1.27cmの範囲の内径を有する、ハウジングをさらに含む、請求項9記載の圧縮機。
【請求項13】
前記ステム部分内に容れられる緩衝用流体の量が、前記プローブが前記ハウジングに挿入された後の前記ステム部分内の体積の約1/2を満たし、前記緩衝用流体は、前記少なくとも1つのOリングを通過するように構成される、請求項12記載の圧縮機。
【請求項14】
前記緩衝用流体は、350°F(176.7℃)を超える引火点を有する熱伝導性オイルである、請求項13記載の圧縮機。
【請求項15】
前記エラストマを介して、前記細長いプローブを前記サーモウェルに接続するように構成され、その結果、前記熱電対の振動数が前記構造体の共振振動数と異なる、キャップ部分をさらに含む、請求項9記載の圧縮機。
【請求項16】
熱電対システムの振動を緩衝するための方法であって、
ハウジング部材内にエラストマを提供することであって、前記エラストマが前記熱電対システムの細長いプローブ部分の第1の端部を取り囲み、前記細長いプローブ部分が、前記熱電対システムと接触する媒体の温度を測定するように構成されることと、
前記熱電対システムの前記細長いプローブ部分の第2の端部の周りに少なくとも1つのOリングを配置することと、
前記細長いプローブ部分が提供されるサーモウェルのハウジング内に緩衝用流体を容れることと、
前記熱電対の前記細長いプローブ部分を前記サーモウェルに挿入し、前記エラストマ、前記少なくとも1つのOリング、及び前記緩衝用流体が、前記熱電対の振動を低減することとを含む、方法。
【請求項17】
フランジ付サーモウェル、挿入溶接用サーモウェル、及びねじ付サーモウェルを含む群から前記サーモウェルを選択することをさらに含む、請求項16記載の方法。
【請求項18】
前記第1のOリングから離間させて前記細長いプローブ部分上に第2のOリングを提供することをさらに含む、請求項16記載の方法。
【請求項19】
前記ハウジング部分は、前記媒体と接触するステム部分を含み、前記ステム部分は、10.16〜53.34cmの範囲の長さ及び0.635〜1.27cmの範囲の内径を有する、請求項16記載の方法。
【請求項20】
前記熱電対の振動数が、前記サーモウェルを取り付ける構造体の共振振動数と異なるように、前記熱電対システムの振動数を変化させることをさらに含む、請求項16記載の方法。

【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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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2013−515262(P2013−515262A)
【公表日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−545945(P2012−545945)
【出願日】平成22年11月1日(2010.11.1)
【国際出願番号】PCT/US2010/055060
【国際公開番号】WO2011/078914
【国際公開日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【出願人】(505347503)ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ (112)
【Fターム(参考)】