JP2005134313A - タンク内液体の漏れ検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力低減の可能な漏れ検知装置を提供する。
【解決手段】 タンク内液体が下端から導入出される測定細管１３ｂと、その上端に接続され且つそれより断面積が大きな測定管１７と、測定細管に付設され温度センサ１３３，１３４及びヒータ１３５を含んでなるセンサ部と、それに接続された漏れ検知制御部１５ａとを備える。漏れ検知制御部１５ａは、ヒータ１３５に単一パルス電圧を印加するパルス電圧発生回路と、温度センサ１３３，１３４に接続され且つこれら温度センサにより感知される温度の差に対応する出力を生ぜしめる漏れ検知回路とを有しており、パルス電圧発生回路によるヒータ１３５への単一パルス電圧の印加に応じて漏れ検知回路の出力とその当初値との差を積分することで液体の流量に対応する流量対応値を算出し、これに基づきタンク内の液体の漏れを検知する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、タンク内液体の漏れ検知装置に関するものであり、特にタンクからの液体漏れをタンク内液体の液位変動に基づく流動に変換して検知する装置に関する。

燃料油や各種液体化学品などはタンク内に貯蔵されている。例えば、近年では、集合住宅における集中給油システムが提案されており、このシステムでは集中灯油タンクから配管を通じて各住戸に燃料用灯油が供給される。

タンクは経時劣化により亀裂を生ずることがあり、この場合にはタンク内液体がタンク外へと漏れ出す。このような事態をいち早く検知して適切に対処することは、引火爆発又は周囲環境汚染又は有毒ガス発生などを防止するために重要である。

タンク内液体の漏れをできるだけ早く検知する装置として、特開２００３−１８５５２２号公報（特許文献１）には、タンク内の液体が導入される測定管と該測定管の下方に位置する測定細管とを備え、該測定細管に付設したセンサ部を用いて測定細管内の液体の流量を測定することで、タンク内液体の微小な液面変動即ち液位変化を検知するようにしたものが開示されている。

この漏れ検知装置では、測定細管に付設されたセンサとして傍熱式流量計が使用されている。この流量計では、通電により発熱体を発熱させ、その発熱量のうちの一部を液体に吸収させ、この液体の吸熱量が液体の流量に応じて異なることを利用し、この吸熱の影響を感温体の温度変化による電気的特性値例えば抵抗値の変化により検知している。

ところで、上記の漏れ検知に際しては、発熱体への通電のための電源として外部商用電源を使用すると、外部から漏れ検知装置のセンサへと電源配線を敷設することが必要となる。このような電源配線は、長期使用のうちには、特に漏れ検知装置の構造部への取り入れ部分において漏電を生ずる可能性がある。液体が可燃性のものである場合又は電気伝導性を持つものである場合には、漏れ検知装置の構造部に付着した液体に対して漏電に基づく引火又はショートなどを引き起こすことがある。

このような観点からは、特に液体が可燃性又は電気伝導性のものである場合には、センサの発熱体の電源として漏れ検知装置の構造部内に内蔵された電池を利用するのが好ましい。その場合、できるだけ長い期間にわたって電池交換することなく漏れ検知を実施するためには、漏れ検知装置の消費電力の低減が望ましい。
特開２００３−１８５５２２号公報

そこで、本発明は、漏れ検知を継続して実施でき且つ消費電力低減の可能な漏れ検知装置を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
タンク内の液体の漏れを検知する装置であって、
前記タンク内の液体が下端から導入出される測定細管と、
該測定細管の上端に接続され且つ前記測定細管より断面積が大きな測定管と、
前記測定細管に付設され、前記測定細管に沿って順に配置された第１の温度センサ、ヒータ及び第２の温度センサを含んでなる、前記測定細管内の液体の流量を測定するためのセンサ部と、
該センサ部に接続された漏れ検知制御部とを備えており、
該漏れ検知制御部は、前記ヒータに単一パルス電圧を印加するパルス電圧発生回路と、前記第１の温度センサ及び第２の温度センサに接続され且つこれら温度センサにより感知される温度の差に対応する出力を生ぜしめる漏れ検知回路とを有しており、前記パルス電圧発生回路による前記ヒータへの単一パルス電圧の印加に応じて前記漏れ検知回路の出力と当該出力の当初値との差を積分することで前記液体の流量に対応する流量対応値を算出し、これに基づき前記タンク内の液体の漏れを検知することを特徴とする、タンク内液体の漏れ検知装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記単一パルス電圧はパルス幅が２〜１０秒であり、前記流量対応値は前記漏れ検知回路の出力を２０〜１５０秒にわたって積分したものである。本発明の一態様においては、前記パルス電圧発生回路は前記単一パルス電圧を４０秒〜５分但し前記漏れ検知回路の出力と当該出力の当初値との差の積分時間より長い時間の間隔をおいて前記ヒータに印加する。本発明の一態様においては、前記漏れ検知制御部は前記流量対応値が所定範囲内にある場合に漏れ検知信号を発する。

本発明の一態様においては、前記測定管の上部に回路収容部が取り付けられており、該回路収容部内に前記漏れ検知制御部が配置されている。本発明の一態様においては、前記第１の温度センサ及び第２の温度センサは何れも前記測定細管の外面と接触する熱伝達部材とこれに接合された感温体とを備えており、前記ヒータは前記測定細管の外面と接触する熱伝達部材とこれに接合された発熱体とを備えている。

本発明によれば、パルス電圧発生回路によるヒータへの単一パルス電圧の印加に応じて漏れ検知回路の出力と当該出力の当初値との差を積分することで測定細管内の液体の流量に対応する流量対応値を算出し、これに基づきタンク内の液体の漏れを検知するので、漏れ検知を長期にわたり継続して実施でき且つ消費電力低減が可能となる。従って、ヒータの電源として漏れ検知装置の構造部内に内蔵された電池を利用し、長期間にわたって電池交換することなく漏れ検知を実施することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明によるタンク内液体の漏れ検知装置の一実施形態を説明するための一部破断斜視図であり、図２は本実施形態の漏れ検知装置の一部省略断面図である。

タンク１は、計量口５及びタンク内へ液体を注入する際に使用される注液口６が形成された天板２と、タンク内からタンク外へと液体を供給する際に使用される給液口７が形成された側板３と、底板４とを有する。図１に示されている様に、タンク１内には、液体（例えばガソリン、軽油または灯油その他の可燃性液体）Ｌが収容されている。ＬＳはその液面を示す。

漏れ検知装置１１は、タンク１の天板２に形成された計量口５を通って、一部がタンク１内へと挿入されており、全体として鉛直方向に配置されている。漏れ検知装置１１は、液導入出部１２、流量測定部１３、液溜め部１４、キャップ１６及び回路収容部１５を備えている。液導入出部１２、流量測定部１３及び液溜め部１４はタンク１の内部に位置しており、液面ＬＳは液溜め部１４の高さ範囲内に位置する。流量測定部１３及び液溜め部１４は、これらにわたって鉛直方向に延びた鞘管１７を含んで構成されている。

流量測定部１３では、図２に示すように、鞘管１７内にセンサホルダ１３ａが配置されており、該センサホルダにより鉛直方向の測定細管１３ｂが固定保持されている。測定細管１３ｂには、第１の温度センサ１３３、ヒータ１３５及び第２の温度センサ１３４が上側からこの順に配置されて取り付けられている。ヒータ１３５は第１の温度センサ１３３及び第２の温度センサ１３４から等距離の位置に配置されている。センサホルダ１３ａは、外側が鞘管１７により覆われているので、第１の温度センサ１３３、ヒータ１３５及び第２の温度センサ１３４は、液体Ｌによる腐食から保護される。測定細管１３ｂは、液溜め部１４と液導入出部１２との間での液体の流通経路として機能する。また、第１の温度センサ１３３、ヒータ１３５及び第２の温度センサ１３４により測定細管１３ｂ内の液体の流量を測定するためのセンサ部が構成される。

液導入出部１２では、図２に示されるように、フィルタカバー１２ｂがフィルタ１２ａをセンサホルダ１３ａの下部に対して固定している。フィルタ１２ａは、タンク内の液体に浮遊または沈殿するスラッジなどの異物を除去して、液体のみを測定細管１３ｂを介して液溜め部１４へと導入する機能を有する。また、フィルタカバー１２ｂの側壁には開口部が設けられており、タンク１内の液体Ｌは液導入出部１２のフィルタ１２ａを介して測定細管１３ｂへと導入される。

液溜め部１４は、流量測定部１３の上方に位置しており、鞘管１７により囲まれた空間Ｇを有し、この空間Ｇ内に測定細管１３ｂから導入される液体を溜めるように構成されている。鞘管１７の上部にはキャップ１６が固定されており、該キャップには液溜め部１４内と検知装置外のタンク内空間とを連通させる通気路１６ａが形成されている。キャップ１６には回路収容部１５が取り付けられており、該回路収容部には漏れ検知制御部１５ａが収容されている。上記鞘管１７内にはセンサホルダ１３ａの上部とキャップ１６とを接続するように延びたガイド管Ｐｇが配置されており、流量測定部１３の第１の温度センサ１３３、ヒータ１３５及び第２の温度センサ１３４と漏れ検知制御部１５ａとを接続する配線１８がガイド管Ｐｇ内を通って延びている。

液溜め部１４における鞘管１７が本発明の測定管を構成する。測定細管１３ｂの断面積は、鞘管１７の断面積（但し、ガイド管Ｐｇの断面積を除く）に対して十分小さく（例えば１／５０以上、１／１００以下、更には１／３００倍以下）設定しておくことで、僅かな液体漏れの際の僅かな液位変化にも測定細管１３ｂ内に流量測定可能な液体流通を生ぜしめることができる。

鞘管１７、センサホルダ１３ａ、フィルタカバー１２ｂ、キャップ１６及びガイド管Ｐｇは、タンク１を構成する素材に近似した熱膨張係数を有する金属からなるのが好ましく、鋳鉄又はステンレス鋼などのタンク１の素材と同一の金属からなるのがより好ましい。

図３は、測定細管に対する第１の温度センサ１３３、ヒータ１３５及び第２の温度センサ１３４の取り付け部分の拡大斜視図であり、図４はその断面図である。ヒータ１３５は、測定細管１３ｂの外面に接触して配置された熱伝達部材１８１と、該熱伝達部材１８１に電気絶縁性薄膜を介して積層された薄膜発熱体１８２とを有する。薄膜発熱体１８２は、所要のパターンに形成されており、それへの通電のための電極には配線１８２’が接続されている。熱伝達部材１８１は、例えば厚さ０．２ｍｍ、幅２ｍｍ程度の金属又は合金からなる。配線１８２’はフレキシブル配線基板等の配線基板２４に形成された配線（図示せず）と接続されている。この配線が上記ガイド管Ｐｇ内の配線１８に接続されている。熱伝達部材１８１、薄膜発熱体１８２及び配線１８２’は、配線基板２４の一部及び測定細管１３ｂの一部とともに合成樹脂からなる封止部材２３により封止されている。尚、第１の温度センサ１３３及び第２の温度センサ１３４は、薄膜発熱体の代わりに薄膜感温体を使用することを除いて、ヒータ１３５と同様な構成を有する。

以上の様な漏れ検知装置１１をタンク１の計量口５に取り付けると、上記のようにタンク内液体Ｌの液面ＬＳは、液溜め部１４の高さ範囲内に位置する。従って、タンク内液体Ｌは、液導入出部１２のフィルタ１２ａにより濾過された上で流量測定部１３の測定細管１３ｂを通って上昇し、液溜め部１４の空間Ｇ内へと導入され、ついには液溜め部１４内の液体の液面が漏れ検知装置外のタンク内液体の液面ＬＳと同一の高さになる。そして、タンク内液体の液面ＬＳが変動すると、これに追従して液溜め部１４内の液体の液面も変動し、この液面変動即ち液位変化に伴い測定細管１３ｂ内で液体の流動が生ずる。

図５は上記センサ部及び漏れ検知制御部の回路構成を示す図である。これら回路の電源としては、回路収容部１５内に配置された不図示の電池を用いることができる。

ヒータ１３５の薄膜発熱体１８２はパルス電圧発生回路６７に接続されており、該パルス電圧発生回路から適時単一パルス電圧が薄膜発熱体１８２に印加される。第１及び第２の温度センサ１３３，１３４を構成する薄膜感温体６０，６１は、漏れ検知回路７１に接続されている。即ち、薄膜感温体６０，６１は、抵抗体６２，６３と共にブリッジ回路を構成する。該ブリッジ回路には電源電圧Ｖ１が供給され、そのａ，ｂ点の電位差に対応する電圧出力信号が差動増幅器６５により得られる。この漏れ検知回路７１の出力は、温度センサ１３３，１３４の薄膜感温体６０，６１により感知される温度の差に対応しており、Ａ／Ｄコンバータ６６を介してＣＰＵ６８に入力される。又、上記パルス電圧発生回路６７は、ＣＰＵ６８からの指令により動作制御される。ＣＰＵには、クロック６９及びメモリ７０が接続されている。

以下、本実施形態における漏れ検知動作即ちＣＰＵ６８の動作につき説明する。

図６は、パルス電圧発生回路６７から薄膜発熱体１８２に印加される電圧Ｑと漏れ検知回路７１の電圧出力Ｓとの関係を示すタイミング図である。ＣＰＵ６８からは、クロック６９に基づき、幅ｔ１の単一パルス状電圧が所定の時間間隔ｔ２で印加される。この単一パルス状電圧は、例えば、パルス幅ｔ１が２〜１０秒であり、パルス高Ｖｈが１．５〜４Ｖである。これにより薄膜発熱体１８２で生じた熱は、測定細管１３ｂ及びその内部の液体を加熱し、周囲に伝達される。この加熱の影響は薄膜感温体６０，６１に到達し、これら薄膜感温体の温度が変化する。ここで、測定細管１３ｂ内での液体の流量が零の場合には、対流による温度伝達の寄与を無視すれば、２つの感温体６０，６１での温度変化は同等である。しかし、タンク内液体がタンクから漏れた時のようにタンク内液体の液面が低下した場合には、液溜め部１４から測定細管１３ｂを通じて液体が検知装置外のタンク内へと液体導入出部１２から導出されるので、測定細管１３ｂ内の液体は上から下へと流動する。これにより、薄膜発熱体１８２からの熱は上側の温度センサ１３３の薄膜感温体６０よりも下側の温度センサ１３４の薄膜感温体６１の方へと多く伝達される。かくして、２つの薄膜感温体が検知する温度には差が生じて、これら薄膜感温体の抵抗値変化は互いに異なるものとなる。図６には、温度センサ１３３の薄膜感温体６０に印加される電圧ＶＴ１及び温度センサ１３４の薄膜感温体６１に印加される電圧ＶＴ２の変化が示されている。かくして、差動増幅器の出力即ち漏れ検知回路７１の電圧出力Ｓは、図６に示されるように、変化する。

図７に、パルス電圧発生回路６７から薄膜発熱体１８２に印加された電圧Ｑと漏れ検知回路７１の電圧出力Ｓとの関係の具体例を示す。この例では、単一パルス状電圧はパルス高Ｖｈが２Ｖでありパルス幅ｔ１が５秒であり、液位変化速度Ｆ［ｍｍ／ｈ］を変化させて電圧出力Ｓ［Ｆ］を得た。

ＣＰＵ６８では、パルス電圧発生回路６７によるヒータ１３５の薄膜発熱体１８２への単一パルス電圧の印加に応じて、単一パルス電圧印加の開始後の所定時間ｔ３において、漏れ検知回路の電圧出力Ｓとその当初値（即ち、単一パルス電圧印加開始時）Ｓ₀との差（Ｓ₀−Ｓ）を積分する。この積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔは、図６で斜線を付した領域に相当し、測定細管１３ｂ内の液体の流量に対応する流量対応値である。得られた流量対応値に基づき、この流量対応値が所定範囲内にある場合にタンク１内の液体の漏れがあると判定し漏れ検知信号を発する。所定時間ｔ３は、例えば２０〜１５０秒である。

図８に、測定細管１３ｂ内の液体の流量Ｆに対応する液位変化速度と上記積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔとの関係の具体例を示す。この例では、積分値を得るための所定時間ｔ３を３０秒とし、互いに異なる３つの温度での関係を得た。液位変化速度１．５ｍｍ／ｈ以下の領域において、液位変化速度と積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔとの間に温度によらず良好な直線的関係があることが分かる。尚、この例では液位変化速度１．５ｍｍ／ｈ以下の領域で良好な直線的関係が示されたが、測定管断面積に対する測定細管断面積の比や測定細管の長さなどを適宜設定することで、液位変化速度２０ｍｍ／ｈ以下の領域で良好な直線的関係が得られるようにすることが可能である。

このような積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔと液位変化速度との代表的な関係は、予めメモリ７０に記憶させておくことができる。従って、漏れ検知回路７１の出力を用いて算出される流量対応値である積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔに基づき、メモリ７０の記憶内容を参照して換算することにより、タンク内液体の漏れを液位変化速度として得ることができる。但し、或る値（例えば０．０１ｍｍ／ｈ）より小さな液位変化速度が得られた場合には、測定誤差範囲内であるとみなして、漏れなしと判定することができる。

以上のような漏れ検知は、適宜の時間ｔ２の間隔をおいて繰り返し実行される。時間ｔ２は、例えば４０秒〜５分（但し、上記積分時間ｔ３より長い時間）である。

ところで、タンク１内での液位変化は、注液口６からタンク内への液体の注入がなされる時あるいは給液口７から外部への液体供給がなされる時にも発生する。しかし、これらの場合のタンク１内の液位の上昇または下降の速度は、漏れの場合の液位変化速度よりかなり大きいのが一般的である。従って、これらの場合の積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔの大きさは漏れの場合より大きくなる。そこで、液体注入や液体供給の場合には得られず且つ漏れのみがある時に得られる積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔの範囲（例えば図８の場合では０〜１．０［液位変化速度０．２〜１．２ｍｍ／ｈに相当］）を予め設定し、これをメモリ７０に記憶しておき、上記積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔに基づく漏れの有無の判定の基準とすることができる。尚、この例では液位変化速度０．２〜１．２ｍｍ／ｈに相当する積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔの範囲を漏れの有無の判定基準としたが、測定管断面積に対する測定細管断面積の比や測定細管の長さなどを適宜設定することで、液位変化速度０．０１〜２０ｍｍ／ｈの範囲内の適宜の領域に相当する積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔの範囲を漏れの有無の判定基準とすることが可能である。

即ち、ＣＰＵ６８では流量対応値が所定範囲内の場合にのみ漏れありとの判定がなされ、その判定結果を示す漏れ検知信号がＣＰＵ６８から出力される。この漏れ検知信号は、有線または無線により外部に連絡される。また、漏れ判定の結果は、メモリ７０に記憶することができ、また回路収容部１５に設けられた不図示の表示手段により適宜表示することができる。

液位変化速度は漏れ量（単位時間あたりの漏れの量）と関係している。即ち、液位変化速度に当該液位でのタンク内部の水平断面積を乗じたものが液体の漏れ量に相当する。従って、予めタンクの形状（即ち高さ位置とタンク内部の水平断面積との関係）をメモリ７０に記憶しておき、このメモリの記憶内容を参照して、上記のようにして検知された液位及び漏れ（液位変化速度）に基づき、タンク内液体の漏れ量を算出することができる。

尚、タンクの形状が図１に示される縦型円筒形状などのようにタンク内部の水平断面積が高さによらず一定のものである場合には、液位変化速度と漏れ量とは単純な比例関係にあり、従って液位の値自体とは無関係に液位変化速度にタンク内部の水平断面積に応じた比例定数を乗ずることで容易に漏れ量を算出することができる。即ち、この場合には、上記の本発明装置により検知される漏れは漏れ量に基づくものと実質上同等である。

本発明によるタンク内液体の漏れ検知装置の一実施形態を説明するための一部破断斜視図である。 図１の実施形態の漏れ検知装置の一部省略断面図である。 測定細管に対する第１の温度センサ、ヒータ及び第２の温度センサの取り付け部分の拡大斜視図である。 図３の断面図である。 センサ部及び漏れ検知制御部の回路構成を示す図である。 薄膜発熱体に印加される電圧Ｑと漏れ検知回路の電圧出力Ｓとの関係を示すタイミング図である。 薄膜発熱体に印加された電圧Ｑと漏れ検知回路の電圧出力Ｓとの関係の具体例を示す図である。 液位変化速度と積分値∫（Ｓ₀−Ｓ）ｄｔとの関係の具体例を示す図である。

符号の説明

１ タンク
２ 天板
３ 側板
４ 底板
５ 計量口
６ 注液口
７ 給液口
Ｌ 液体
ＬＳ 液面
１１ 漏れ検知装置
１２ 液導入出部
１２ａ フィルタ
１２ｂ フィルタカバー
１３ 流量測定部
１３ａ センサホルダ
１３ｂ 測定細管
１３３ 第１の温度センサ
１３４ 第２の温度センサ
１３５ ヒータ
１４ 液溜め部
Ｇ 空間
１５ 回路収容部
１５ａ 漏れ検知制御部
１６ キャップ
１６ａ 通気路
１７ 鞘管
Ｐｇ ガイド管
１８ 配線
１８１ 熱伝達部材
１８２ 薄膜発熱体
１８２’ 配線
２３ 封止部材
２４ 配線基板
６０，６１ 薄膜感温体
６２，６３ 抵抗体
６５ 差動増幅器
６６ Ａ／Ｄコンバータ
６７ パルス電圧発生回路
６８ ＣＰＵ
６９ クロック
７０ メモリ
７１ 漏れ検知回路

Claims (6)

1. タンク内の液体の漏れを検知する装置であって、
   前記タンク内の液体が下端から導入出される測定細管と、
   該測定細管の上端に接続され且つ前記測定細管より断面積が大きな測定管と、
   前記測定細管に付設され、前記測定細管に沿って順に配置された第１の温度センサ、ヒータ及び第２の温度センサを含んでなる、前記測定細管内の液体の流量を測定するためのセンサ部と、
   該センサ部に接続された漏れ検知制御部とを備えており、
   該漏れ検知制御部は、前記ヒータに単一パルス電圧を印加するパルス電圧発生回路と、前記第１の温度センサ及び第２の温度センサに接続され且つこれら温度センサにより感知される温度の差に対応する出力を生ぜしめる漏れ検知回路とを有しており、前記パルス電圧発生回路による前記ヒータへの単一パルス電圧の印加に応じて前記漏れ検知回路の出力と当該出力の当初値との差を積分することで前記液体の流量に対応する流量対応値を算出し、これに基づき前記タンク内の液体の漏れを検知することを特徴とする、タンク内液体の漏れ検知装置。
2. 前記単一パルス電圧はパルス幅が２〜１０秒であり、前記流量対応値は前記漏れ検知回路の出力を２０〜１５０秒にわたって積分したものであることを特徴とする、請求項１に記載のタンク内液体の漏れ検知装置。
3. 前記パルス電圧発生回路は前記単一パルス電圧を４０秒〜５分但し前記漏れ検知回路の出力と当該出力の当初値との差の積分時間より長い時間の間隔をおいて前記ヒータに印加することを特徴とする、請求項２に記載のタンク内液体の漏れ検知装置。
4. 前記漏れ検知制御部は前記流量対応値が所定範囲内にある場合に漏れ検知信号を発することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のタンク内液体の漏れ検知装置。
5. 前記測定管の上部に回路収容部が取り付けられており、該回路収容部内に前記漏れ検知制御部が配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のタンク内液体の漏れ検知装置。
6. 前記第１の温度センサ及び第２の温度センサは何れも前記測定細管の外面と接触する熱伝達部材とこれに接合された感温体とを備えており、前記ヒータは前記測定細管の外面と接触する熱伝達部材とこれに接合された発熱体とを備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のタンク内液体の漏れ検知装置。
   

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