JP7033335B2 - 圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気圧回路における圧縮空気の温度及び湿度を測定するために配管路に接続されるセンサ管の構造に関するものである。

空気圧縮機により生成された圧縮空気は、食品加工やレンズなど精密機器の仕上げ加工、清掃等の末端、その他各種用途に使用されている。かかる圧縮空気の用途によっては、空気圧縮機から圧縮空気が吐出されるまでの空気圧回路の中間に、各種機器が配設されている。例えば、水分の持ち出しが厳禁である用途に使用される場合には、空気圧回路の中間においてエアドライヤを介する構成が採られており、さらにエアドライヤの後段において除去しきれなかった水分や油分、スラッジや微生物を除去すべく、樹脂製若しくは紙製で網状乃至中空糸膜状のエアフィルタ、若しくは、活性炭を包んだエアフィルタを配設する態様が採られている。

ところで、上記のような圧縮空気圧回路の構成では、空気圧縮機が吐出する熱を帯びた圧縮空気が配管路で冷却されるなどして、加圧下飽和水蒸気量が下がることで、ドレンが発生し得る。かかる飽和水蒸気量は、温度に比例して上下すると共に、圧力に比例して上下するもので、かかる飽和水蒸気量は、図３のＪＩＳ規格による表に示すように、公知の事実である。そして、飽和水蒸気量が限界となって結露する境界温度のことを、一般に露点温度という。そこで、温度と湿度が判れば、当該温度における飽和水蒸気量と湿度との比較から、結露（ドレン）が発生し得る状態にあるか否かについて判別することが可能となる。

飽和水蒸気量は、既述のように、圧力によっても上下する。すなわち、圧力が上がれば、その分だけ飽和水蒸気量も上昇する。図３に示す飽和水蒸気量は、大気圧下での数値を示すもので、本発明のように圧縮空気圧回路における圧縮された空気中では、大気圧下よりも同温度下における飽和水蒸気量が上昇することとなる。図４に示す表は、大気圧下と加圧下における露点温度の比較・換算表である。これを用いることで、圧縮空気の温度から、大気圧の場合の露点温度に変換し、図３に示す表を用いて飽和水蒸気量を割り出すことが可能である。

従来の圧縮空気圧回路の構成として、特開２０１０－８４７３６号公報（特許文献１）にかかる「空気圧縮機のドレン排出方法及びドレン排出機構」の技術提案が公知となっている。具体的には、空気圧縮機の運転環境の変化に伴うドレン発生量の変化に対応して、ドレンの効率的な排出を行うことを目的とするもので、圧縮空気圧回路に吸入される吸入空気の温度や湿度を実測することで、単位時間あたりのドレン発生量を算出し、ドレン発生量とドレン排出量とを一致させる態様を採用するものである。

しかしながら、圧縮空気は、各種機器や配管路を経ることで常時温度変化を伴うものであり、また、各種機器や配管路におけるドレンの発生及び排出がなされることで、測定する場所によって湿度も変化するものである。上記特許文献１にかかる技術提案は、圧縮空気自体の温度や湿度を測定するものではなく、圧縮空気圧回路に吸入される外気の温度や湿度のみを測定するものであるため、各種機器を介して圧縮空気圧回路を流れる圧縮空気の測定箇所によって変化する温度や湿度に対応し得るものではなく、その結果、正確な露点を計測することは困難であって、あくまでドレン発生量を仮定的に推測し得るにとどまるもので、推測したドレン量と実際の発生量とが必ずしも一致し得るとはいえないものであった。

上記問題点に鑑み、本出願人は、図１に示す様な配管路の所定中間箇所にセンサ管を配設して該センサ管内の温度及び湿度をセンサにより測定する構造を発明し、該発明について「圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造」として既に出願を行ったところである（特願２０１９－１９３１７６号）。当該出願にかかる発明によれば、圧縮空気の流れにストレスを与えずに圧縮空気中の温度及び湿度を正確に測定することが可能であり、その測定結果により圧縮空気についてドレンが発生し得る状態にあるか否かを容易且つ即時に判別することが可能である。
しかしながら、センサ管の構造上、温度及び湿度を測定するために備えられるセンサの配設態様によっては、部分的に圧縮空気の漏出が生じることがあり、結果として、漏れ出た圧縮空気中に含まれる水蒸気の量によってドレン発生状態の有無判別に齟齬が生じてしまうことが想定される。

そこで、本出願人は、センサ管における圧縮空気の漏出による正確なドレン発生状態の有無判別ができないという問題点に着目し、センサ管に構造的改良を加えることよって圧縮空気の漏出を防止し、それにより正確なドレンの発生状態を判別することができないものかとの着想の下、圧縮空気の漏れを確実に防止し得るセンサ管構造を開発し、本発明における「圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造」の提案に至るものである。

特開２０１０－８４７３６号公報

本発明は上記問題点に鑑み、圧縮空気圧回路における圧縮空気中の温度及び湿度を測定するためのセンサ管について、温湿センサや閉塞キャップの装着箇所からの圧縮空気の漏出を防止し得るセンサ管構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮空気圧回路における圧縮空気中の温度及び湿度を測定するために配管路の所定中間箇所に配設されるセンサ管の構造であって、該センサ管は、内部に圧縮空気の流路が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の本管と、該本管の所定中間箇所から分岐して内部にセンサ室が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の枝管と、で構成されることで全体が略Ｔ字状に形成され、本管の両端部には配管路と接続可能な継手構造を備えると共に、枝管の端部には閉塞キャップが螺合により着脱自在に装着され、閉塞キャップには貫通したセンサ取付孔が形成されると共に、該センサ取付孔には温湿センサが螺合により着脱自在に挿嵌されて成り、温湿センサの外周面所定箇所には挿嵌長さの位置を決定し得るフランジ部が備えられて成る手段を採る。

また、本発明は、前記枝管と閉塞キャップとの螺着箇所にシール剤が塗布されて成る手段を採用する。

さらに、本発明は、前記センサ取付孔と温湿センサとの螺着箇所にシール剤が塗布されて成る手段を採用する。

本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造によれば、圧縮空気圧回路における圧縮空気の温度及び湿度を測定するために配管路に接続されるセンサ管の構造として、枝管と閉塞キャップとが螺合により装着されると共に、センサ取付孔と温湿センサとが螺合により挿嵌される構造を採用することで、温湿センサや閉塞キャップの装着箇所からの圧縮空気の漏れを防止することが可能となり、それにより正確な圧縮空気の温度と湿度が測定可能であって、ドレンが発生し得る状態にあるか否かを正確に判別することができる、といった優れた効果を奏する。

本発明が採用される圧縮空気圧回路の全体構成を示す概略説明図である。 本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造の実施形態を示す説明図である。 大気圧下における飽和水蒸気量を示す表である。 大気圧下と加圧下における露点温度の比較・換算表である。

本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造は、圧縮空気圧回路における圧縮空気の温度及び湿度を測定するために配管路２に接続されるセンサ管２０の構造として、枝管２４と閉塞キャップ２６とが螺合により装着されると共に、センサ取付孔２７と温湿センサ２８とが螺合により挿嵌される構造を採用したことを最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造の実施形態を、図面に基づいて説明する。

なお、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造は、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる形状や寸法、材質等の範囲内で適宜変更することができる。

図１及び図２は、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造の実施形態を示す説明図であり、図１は本発明が採用される圧縮空気圧回路の全体構成を示す概略説明図、図２は本発明にかかるセンサ管構造の説明図である。
本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造は、圧縮空気が空気圧縮機１により生成されてから配管路２並びに各種機器を介して最終的に吐出口３から吐出されるまでの圧縮空気圧回路において、圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定するための温湿センサ２８を備えるセンサ管２０の構造である。

はじめに、本発明にかかるセンサ管２０が配設される圧縮空気圧回路について説明する。
圧縮空気圧回路は、主に空気圧縮機１と配管路２で構成されている。配管路２の末端には、最終的に圧縮空気を吐出するための吐出口３が備えられる。配管路２における空気圧縮機１から吐出口３までの所定中間箇所には、必要に応じて一乃至複数の各種機器が配設されている。

空気圧縮機１は、空気を圧縮して所定気圧以上の圧縮空気を生成する機械であって、該圧縮空気を生成するための構造によって、往復式や回転式、遠心式など種々の方式が存在する。本発明で使用される空気圧縮機１の方式については、特に限定はなく、いずれの方式・構造のものでも使用することが可能である。該空気圧縮機１には、生成された圧縮空気を送気するための配管路２が接続される。

配管路２は、圧縮空気を送気するための中空管から成り、空気圧縮機１から吐出口３まで圧縮空気を送気すべく配設される。尚、配管路２の所定中間箇所には一乃至複数の各種機器が配設されることから、具体的には、空気圧縮機１から各種機器へ圧縮空気を送気すべく配設されると共に、各種機器からその先へ圧縮空気を送気すべく配設される。該配管路２には、必要に応じて圧力計３０が備えられており、配管路２内を流れる圧縮空気の空気圧を監視し得る。

配管路２に配設される各種機器は、圧縮空気の用途によって種々決定されるもので、特に限定されるものではないが、常法的に配設される機器として、例えば圧縮空気を冷却するアフタークーラー４や、圧縮空気を貯留するためのエアタンク５、圧縮空気を乾燥させるためのエアドライヤ６、圧縮空気中の異物（油分やスラッジなど）を取り除くためのエアフィルタ７などが存し、さらに必要に応じて圧縮空気中のドレンを取り除くための遠心分離機なども配設される。尚、説明の関係上、各種機器には吐出口３が含められる場合がある。

アフタークーラー４は、空気圧縮機１で生成された高温の圧縮空気を冷却するための熱交換用の機器であって、冷却方式により、空冷式や水冷式などが存在する。本発明で使用するアフタークーラー４は、空冷式や水冷式のいずれかを問うものではなく、特に限定されるものではない。

エアタンク５は、圧縮空気を一時的に貯留するための貯蔵庫であって、圧縮空気の脈動の平準化や、一時的に多量の圧縮空気が消費された場合の急激な圧力降下を抑制するために備えられるものである。

エアドライヤ６は、圧縮空気を乾燥させ水分を取り除くための機器であって、水分の除去方式により、冷凍式や中空糸膜式、吸着式などが存在する。本発明で使用するエアドライヤ６は、冷凍式や中空糸膜式、吸着式のいずれかを問うものではなく、特に限定されるものではないが、一般に繁用されているのは、冷凍式のエアドライヤ６である。冷凍式のエアドライヤ６は、冷媒の蒸発潜熱を利用して、圧縮空気を冷却し、含有水分を凝縮して除去するための装置であって、比較的安価に導入することができる。

エアフィルタ７は、圧縮空気中の水分や油分、スラッジや微生物を除去するためのフィルタであって、樹脂製若しくは紙製で網状乃至中空糸膜状のエアフィルタ、若しくは、活性炭を包んだエアフィルタが用いられる。該エアフィルタ７は、エアドライヤ６の後段に配設されるのが一般的である。

遠心分離機は、圧縮空気中の水分・油分を除去するための分離装置であって、ハウジング内に入った圧縮空気は、デフレクタを通ることによって発生した遠心力によって空気中の油水分や固形物をハウジング内壁に叩き付けて落下させ、エアのみ中央部に備えられるカートリッジを介して取り出される構造を有している。該遠心分離器は、空気圧縮機１とエアドライヤ６とを繋ぐ配管路２の所定中間箇所に配設されたり、あるいは、エアドライヤ６とエアフィルタ７とを繋ぐ配管路２の所定中間箇所に配設される。

空気圧縮機１や各種機器には、必要に応じて発生したドレンを排出するためのドレントラップ１０が接続されている。ドレントラップ１０は、その排出方法により電磁式やフロート式などが存在する。本発明で使用するドレントラップ１０は、電磁式とフロート式とを問うものではなく、特に限定されるものでないが、スプリングスナップアクション方式、若しくは、マグネットスナップアクション方式のフロート式ドレントラップを採用することにより、所定量のドレンが貯留された段階で、該ドレンを機械的に自動で外部へ排出することが可能となり、ドレン排出の確実性が担保されることとなる。

各種機器間に配設された配管路２には、その所定中間箇所にセンサ管２０が配設されている。該センサ管２０は、内部に圧縮空気を送気可能な流路２２が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の本管２１と、該本管２１の所定中間箇所から分岐して内部にセンサ室２５が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の枝管２４とで構成され、かかる構成を有することで、全体形状が図示の様に略Ｔ字状に形成される。該センサ管２０の材質については、接続される配管路２と同材質であることが好ましいが、特に限定するものではない。

センサ管２０は、本管２１と枝管２４によりその全体形状が略Ｔ字状に形成されることで、本管２１に対し枝管２４が外側方へ膨出した形態となって、その膨出箇所にセンサ室２５が形成されることとなる。すなわち、枝管２４は、温湿センサ２８を配備するための空間（センサ室２５）として機能する。かかる態様を採用することで、圧縮空気の流れにストレスを与えることなく、スムーズな流れに寄与することが可能となる。すなわち、センサ管２０に備えられた温湿センサ２８が抵抗となって、流路２２を通過する圧縮空気に少なからずストレスを与えてしまうことが想定し得るが、枝管２４による空間（センサ室２５）が形成され、該空間（センサ室２５）に温湿センサ２８が配備されることで、圧縮空気の流れが阻害されることなく、且つ、圧力下での正確な温度及び湿度の測定が可能となる。

センサ管２０における本管２１の両端部には、配管路２と接続可能な継手構造２３が備えられている。該継手構造２３の具体的態様については、配管路２と接続可能であれば特に限定するものではないが、例えば図示の様に、螺合による継手構造２３が考え得る。すなわち、配管路２と本管２１のいずれか一方に雄ネジを形成し、他方に雌ネジを形成することで、両者を螺合させて接続する態様である。かかる螺合による継手構造２３を採用することで、配管路２とセンサ管２０との接続箇所から圧縮空気が漏出するのを防止することができる。尚、圧縮空気の漏出を確実に防止すべく、かかる継手構造２３の部分に、シール剤を塗布する態様が好適である。

センサ管２０における枝管２４の端部には、閉塞キャップ２６が螺合により着脱自在に装着されている。該閉塞キャップ２６を枝管２４へ装着するための構造については、螺合による装着構造を採用する。すなわち、枝管２４の端部に雌ネジが形成されると共に、閉塞キャップ２６に雄ネジが形成され、枝管２４の雌ネジへ閉塞キャップ２６の雄ネジを螺合させることで、枝管２４に閉塞キャップ２６を装着する態様である。かかる螺合による装着構造を採用することで、枝管２４と閉塞キャップ２６との螺着箇所から圧縮空気が漏出するのを防止することができる。尚、圧縮空気の漏出を確実に防止すべく、かかる枝管２４と閉塞キャップ２６との螺着箇所に、シール剤を塗布する態様が好適である。

閉塞キャップ２６には、貫通したセンサ取付孔２７が形成されており、該センサ取付孔２７には、温湿センサ２８が挿嵌されて螺合により着脱自在に装着される。温湿センサ２８をセンサ取付孔２７へ挿嵌し装着するための構造については、螺合による装着構造を採用する。すなわち、センサ取付孔２７に雌ネジが形成されると共に、温湿センサ２８の外周面所定箇所に雄ネジが形成され、温湿センサ２８をセンサ取付孔２７へ挿嵌しつつ該センサ取付孔２７の雌ネジと温湿センサ２８の雄ネジとを螺合させることで、両者を固着する態様である。かかる螺合による装着構造を採用することで、センサ取付孔２７と温湿センサ２８との螺着箇所から圧縮空気が漏出するのを防止することができる。尚、温湿センサ２８の外周面所定箇所には、雄ネジの形成と併せて、挿嵌長さの位置を決定し得るフランジ部２８ｃを備える態様となっている。また、圧縮空気の漏出を確実に防止すべく、かかるセンサ取付孔２７と温湿センサ２８との螺着箇所や、フランジ部２８ｃにおける閉塞キャップ２６との接面に、シール剤を塗布する態様が好適である。

温湿センサ２８は、配管路２からセンサ管２０内へ流入した圧縮空気の温度及び湿度を測定するためのものであって、先端には温度及び湿度を測定するセンサ部２８ａを備えており、閉塞キャップ２６のセンサ取付孔２７に温湿センサ２８が挿嵌されることで、該センサ部２８ａは枝管２４に形成されたセンサ室２５に存することとなる。また、温湿センサ２８の基端には、センサコード２９が接続されたセンサコード接続部２８ｂが備えられており、閉塞キャップ２６におけるセンサ取付孔２７から外方へ突出して存することとなる。かかるセンサコード接続部２８ｂにおいて、圧縮空気の漏出が生じる場合には、該センサコード接続部２８ｂに接着剤を塗布するなどして、密封して圧縮空気の漏出を防止する。尚、温湿センサ２８の外周面に雄ネジやフランジ部２８ｃが形成されることは、既述のとおりである。

温湿センサ２８のセンサコード接続部２８ｂに接続されるセンサコード２９は、センサ部２８ａにおいて測定された温度及び湿度の測定値を表示部４０へ送信するものである。すなわち、センサ部２８ａで測定された温度及び湿度の測定値は、センサコード２９を介して外部に存する表示部４０へ送られ、該表示部４０にてデジタル表示される。該表示部４０は、温度及び湿度の測定値をデジタル表示する機能だけでなく、日付及び時刻を表示する機能を備えていることが望ましい。かかる日付及び時刻を温度及び湿度の測定値と共に表示することで、測定日時と測定値を同時に目視確認可能であって、測定結果の記録及び管理が容易となる。
また、表示部４０は、測定値を目視し易い様に、所要高さの脚部４２を有する机上に載置するなどして、目視し易い高さ位置まで嵩上げして使用される。

尚、一の圧縮空気圧回路には、一乃至複数のセンサ管２０を配設し得るものである。図１では、一の圧縮空気圧回路に四基のセンサ管２０を配設した場合について示している。すなわち、圧縮空気圧回路に装備される各種機器の数によって、該機器間に存する配管路２の数も決定され、何れの機器間においてもセンサ管２０を配設することが可能であると共に、圧縮空気の流れにストレスを与えることなく配設し得ることから、複数のセンサ管２０を配設しても、圧縮空気圧回路全体に及ぼす影響はほとんどない。

圧縮空気圧回路における圧縮空気の基本的な流れは、以下のとおりとなる。すなわち、空気圧縮機１により生成された圧縮空気は、まず配管路２を通ってアフタークーラー４やエアタンク５、エアドライヤ６、エアフィルタ７、遠心分離機等の各種機器に送気される。その後、圧縮空気は、各種機器から配管路２を介して最終的に吐出口３へ送気され、各種用途に用いられる。

上記圧縮空気の流れの途中で、該圧縮空気の圧力下における温度及び湿度が測定される。すなわち、配管路２を通過する圧縮空気は、該配管路２に配設されたセンサ管２０へ流入する。そして、センサ管２０内を通過する際に温湿センサ２８により温度及び湿度の測定が行われ、その後配管路２へ流出する。

以上のように、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造によれば、圧縮空気圧回路における圧縮空気の温度及び湿度を測定するために配管路２に接続されるセンサ管２０の構造として、枝管２４と閉塞キャップ２６とが螺合により装着されると共に、センサ取付孔２７と温湿センサ２８とが螺合により挿嵌される構造を採用することで、温湿センサ２８や閉塞キャップ２６の装着箇所からの圧縮空気の漏れを防止することが可能となり、それにより正確な圧縮空気の温度と湿度が測定可能であって、ドレンが発生し得る状態にあるか否かを正確に判別することができる、といった優れた作用効果を発揮するものである。

本発明は、食品加工やレンズなど精密機器の仕上げ加工、清掃等の末端のほか、圧縮空気を使用するあらゆる分野において使用される圧縮空気圧回路に採用することが可能である。したがって、本発明にかかる「圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造」の産業上の利用可能性は大であると思料する。

１ 空気圧縮機
２ 配管路
３ 吐出口
４ アフタークーラー
５ エアタンク
６ エアドライヤ
７ エアフィルタ
１０ ドレントラップ
２０ センサ管
２１ 本管
２２ 流路
２３ 継手構造
２４ 枝管
２５ センサ室
２６ 閉塞キャップ
２７ センサ取付孔
２８ 温湿センサ
２８ａ センサ部
２８ｂ センサコード接続部
２９ センサコード
３０ 圧力計
４０ 表示部
４２ 脚部

Claims (3)

1. 圧縮空気圧回路における圧縮空気中の温度及び湿度を測定するために配管路の所定中間箇所に配設されるセンサ管の構造であって、
   該センサ管は、内部に圧縮空気の流路が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の本管と、該本管の所定中間箇所から分岐して内部にセンサ室が形成された所要長さ・径幅を有する中空筒状の枝管と、で構成されることで全体が略Ｔ字状に形成され、
   本管の両端部には配管路と接続可能な継手構造を備えると共に、枝管の端部には閉塞キャップが螺合により着脱自在に装着され、
   閉塞キャップには貫通したセンサ取付孔が形成されると共に、該センサ取付孔には温湿センサが螺合により着脱自在に挿嵌されて成り、
   温湿センサの外周面所定箇所には挿嵌長さの位置を決定し得るフランジ部が備えられて成ることを特徴とする圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造。
   
2. 前記枝管と閉塞キャップとの螺着箇所にシール剤が塗布されて成ることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造。
3. 前記センサ取付孔と温湿センサとの螺着箇所にシール剤が塗布されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定用センサ管構造。

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