JP2007178175A - 結露検出装置及び結露検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力、かつ、対象物における結露の発生を厳密に検知することが可能な結露検出装置及び結露検出方法を提供する。
【解決手段】２つの端子１３１，１３２を有し、結露の状態に応じて端子１３１，１３２間の抵抗値が変化する結露センサ１０の端子１３１，１３２にパルス発生回路２４からパルス電圧を入力し、パルス電圧によって生じる端子間１３１，１３２の電圧があらかじめ設定された閾値Ｖｔｈ以下となっているか否かを判定回路２１によって判定し、判定の結果を示す信号を、フォトカプラ２６を介して出力するようにする。また、端子間１３１，１３２の電圧が閾値Ｖｔｈ以下となった時刻をタイマ２３から取得し、取得した時刻をメモリ２２に記憶するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低消費電力、かつ、対象物における結露の発生を厳密に検知することが可能な結露検出装置及び結露検出方法に関する。

発変電所に設置されるスイッチギヤ等の制御機器は、例えば、筐体内外の結露によって絶縁性が損なわれると絶縁破壊等を生じて運用に支障を来すこととなる。このため、このような制御機器は、例えば、結露センサの出力値に応じてヒータや除湿器を作動させることにより結露の発生を防ぐようにしている。
特開平４−１８４２４７号公報

ところで、結露の検出に用いられる結露センサは、結露の発生を迅速かつ確実に検知する必要があり、結露センサの出力を常時監視している必要がある。このため、結露センサやその制御回路には低消費電力であることが求められる。また、発変電所等においては、配線の削減や絶縁性を確保するため、結露センサによる検出結果を無線で伝送することが好ましいが、この場合は結露センサやその制御回路を電池駆動とする必要があり、とくに省電力化が重要となる。

ここで特許文献１には、結露状態を確実に検知するとともにコンパクト化を可能とすることを目的とし、基板上に薄膜状の一対の電極を微小間隔で配置した電極間隙型結露センサと、結露センサから電極間抵抗値を表す電圧信号を受けてそれを増幅する増幅回路と、この増幅回路の出力を受けて基準電圧と比較することにより結露状態になっているか否かを判定する判定回路とを備え、増幅回路を基板上に設けた結露検出装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の結露検出装置では、各回路に常時電力が供給されており、省電力化についてはとくに工夫されていない。

他方、測定対象となる機器における結露の発生を厳密に検知すべく、結露センサの温度は測定対象となる機器の温度（例えば、機器が収容される筐体表面の温度）にできるだけ一致させておくことが好ましい。
しかしながら、特許文献１に記載の結露検出装置では、結露センサの温度と絶縁物の温度とを可能な限り一致させることについてはとくに言及されていない。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、低消費電力、かつ、対象物における結露の発生を厳密に検知することが可能な結露検出装置及び結露検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、結露検出装置であって、２つの端子を有し、結露の状態に応じて前記端子間の抵抗値が変化する結露センサと、前記結露センサに随時パルス電圧を入力するパルス発生回路と、前記パルス電圧によって生じる前記端子間の電圧があらかじめ設定された閾値以下となっているか否かを判定し、前記判定の結果を示す信号を出力する判定回路とを有することとする。
本発明の結露検出装置によれば、判定回路が測定を行うタイミングにおいてのみ結露センサに電圧が入力される。このため、低消費電力で結露の発生を検知することが可能となり、電池駆動の場合にはとくに効果的である。

また、本発明のうちの他の一つは、請求項１に記載の結露検出装置であって、前記結露センサは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に所定間隔で配列して形成された矩形薄膜状の複数の電極と、を含み、隣り合う前記電極の間隔は、１．２５〜１．２７ｍｍであることとする。
結露センサを構成する電極の間隔をこのような値とすることで、測定対象物に結露が発生したことを確実に検知することができる。

また、本発明のうちの他の一つは、請求項１に記載の結露検出装置であって、メモリ、及びタイマを有し、前記判定回路は、前記端子間の電圧が前記閾値以下となった時刻を前記タイマから取得して、取得した前記時刻を前記メモリに記憶することとする。
このように、端子間の電圧が閾値以下となった時刻をメモリに記憶しておくようにすることで、湿度変化を分析する分析装置やこの時刻を利用して除湿を行う装置等に対し、結露が発生した時刻を提供することができる。

また、本発明のうちの他の一つは、請求項１に記載の結露検出装置であって、前記判定回路から出力される前記判定の結果を示す信号が入力され、前記信号に対応する信号を出力するフォトカプラを有することとする。
このように、判定の結果を示す信号をフォトカプラを介して出力するようにすることで、判定の結果を利用する装置を結露検出装置から確実に絶縁することができる。

本発明によれば、低消費電力、かつ、対象物における結露の発生を厳密に検知することが可能である。

以下、本発明の一実施形態につき詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態として説明する結露検出装置１の構成を示している。結露検出装置１は、結露センサ１０と、結露センサ１０を駆動させるとともに結露センサ１０の出力に基づいて結露の発生有無を判定する本体回路２０とを含んで構成されている。

図２に結露センサ１０の上部平面図を示している。結露センサ１０は、ガラスエポキシ等の絶縁体からなる樹脂を素材とする矩形状の基板１１と、基板１１上に銅などの導電体をエッチング等により薄膜状に形成することにより設けられた複数の電極１２（１）〜（８）とを含んで構成されている。

この結露センサ１０は、結露により基板１１表面に生じる水分によって変化する電極１２間の抵抗値に基づいて結露の発生を検知する仕組みである。各電極１２（１）〜（８）は、長辺を平行にして横一列に短冊状に並べて設けられている。隣接する電極１２の間隔（ピッチ）は、１．２５ｍｍ〜１．２７ｍｍに設定されている。なお、隣接する電極１２の間隔をこのような値に設定することで、制御装置等の測定対象物における結露の発生を厳密に検知することが可能となり、極めて微小な結露も確実に検出することができる。

各電極１２（１）〜（８）の端部には、配線引き出し用のリード線１３（１）〜（８）が接続している。このうち奇数番目に位置する電極１２（１），（３），（５），（７）に接続するリード線１３（１），（３），（５），（７）同士は、同じ一つのリード線１３１に接続している。また、偶数番目に位置する電極１２（２），（４），（６），（８）に接続するリード線（２），（４），（６），（８）同士は、同じ一つのリード線１３２に接続している。つまり、隣接する電極１２（１）〜（８）は、それぞれ異なるリード線１３１，１３２に接続し、これらのリード線１３１，１３２は、結露センサ１０の端子となる。このような接続形態とすることで、結露による複数の電極１２間の抵抗値の変化が拡大されて結露センサ１０に必要とされる感度を確保することができる。

なお、本実施形態の結露センサ１０は８つの電極１２を有しているが、電極１２の数はこれに限られない。また、電極１２の数を増減させることで、リード線１３１，１３２間の抵抗値や結露センサ１０の感度を変化させ、要求される感度や本体回路２０の構成に合った結露センサ１０を容易に構成することができる。また、本実施形態の結露センサ１０は、このように樹脂等からなる絶縁性の基板１１上に導電体薄膜を形成したシンプルな構成であるため、高分子膜等を利用した結露センサ１０に比べて容易かつ低コストで製造することができる。

本体回路２０は、ＣＰＵ２１（判定回路）、メモリ２２、タイマ２３、パルス発生回路２４、Ａ／Ｄコンバータ２５、フォトカプラ２６、及び電源回路２７を含んで構成されている。ＣＰＵ２１は、メモリ２２に格納されているプログラムを読み出して実行し、パルス発生回路２４の制御やＡ／Ｄコンバータ２５から入力される信号の処理等を行う。メモリ２２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ、及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。このうちＲＯＭにはＣＰＵ２１によって実行されるプログラムが格納されている。タイマ２３は、日時情報を生成し、生成した日時情報をＣＰＵ２１に提供する。

パルス発生回路２４は、方形波からなる所定周期のパルス信号を生成する。なお、パルス発生回路２４によって生成される方形波は、結露センサ１０の２つのリード線１３１，１３２に入力される。Ａ／Ｄコンバータ２５には、結露センサ１０の２つのリード線間の電圧が入力される。Ａ／Ｄコンバータ２５の出力は、ＣＰＵ２１に入力される。

フォトカプラ２５は、ＣＰＵ２１と出力端子２８の間に介在し、ＣＰＵ２１から出力されるデジタル信号を出力端子２８に伝える。これにより出力端子２８は、本体回路２０の他の回路から確実に絶縁される。電源回路２７は、内蔵電池２７１の電圧を、本体回路２０を構成している各回路に必要とされる大きさの電圧に変換し、変換後の電圧を本体回路２０を構成している各回路に供給する。

次に、結露検出装置１の具体的な動作について説明する。電源回路２７に設けられている図示しない電源スイッチがオンされるか、もしくは、図示しないリセットスイッチが押されると、ＣＰＵ２１からパルス発生回路２４にリセット信号が出力される。リセット信号が入力されると、パルス発生回路２４は方形波からなる所定周期（例えば、数秒間隔）のパルス信号のリード線１３１，１３２への出力を開始する。Ａ／Ｄコンバータ２５にはリード線１３１，１３２間の電圧が入力される。Ａ／Ｄコンバータ２５は、入力された電圧に対応するデジタル値を出力する。

ここで空気中の水分が結露することにより隣接する電極１２間に水滴が生じると、電極間１２が通電されて電極１２間の抵抗値が減少する。このため、リード線１３１，１３２間の抵抗値が減少し、Ａ／Ｄコンバータ２５の入力電圧が低下する。ＣＰＵ２１は、Ａ／Ｄコンバータ２５から入力されるデジタル値に基づいて、結露の発生有無を判定する。

図３にＡ／Ｄコンバータ２５から出力されるデジタル値の一例を示している。同図に示すように、この場合は結露の発生によってリード線１３１，１３２間の抵抗値が減少しており、Ａ／Ｄコンバータ２５から出力されるデジタル値の大きさも時間の経過とともに次第に小さくなっている。

ＣＰＵ２１は、Ａ／Ｄコンバータ２５から出力されるデジタル値をあらかじめ設定された閾値Ｖｔｈと比較することにより、結露発生の有無を判定する。例えば、図３に示す例では、ｔ５においてＡ／Ｄコンバータ２５から出力されるデジタル値が閾値Ｖｔｈ以下となっているので、ＣＰＵ２１はｔ５のタイミングで結露が発生したと判定する。この場合、図３Ｂ（ｂ）に示すデジタル信号が、フォトカプラ２６を介して出力端子２８から出力される。また、この時、ＣＰＵ２１は、タイマ２３から現在日時を取得して、取得した現在日時をメモリ２２（ＲＡＭ又は不揮発性メモリ）に記憶する。

なお、メモリ２２に記憶した現在日時は、例えば、これを利用して湿度変化等を分析する分析装置や、この現在日時を利用して除湿制御を行う装置等の他の装置に例えば出力端子２８を通じて提供される。

以上に説明した結露センサ１０及び本体回路２０は、測定対象物の所定位置に設けられて用いられる。図４は、結露センサ１０及び本体回路２０を、発変電所等に設置されるスイッチギヤ等の制御機器４０の筐体側面に設置した様子を示している。本体回路２０は、制御機器４０から絶縁されたケース３０に収容されている。また、結露センサ１０と制御機器４０との間の温度を一致させるため、結露センサ１０と制御機器４０との間には熱伝導シート１８を介在させている。

図５に結露センサ１０、熱伝導シート１８、及び制御機器４０の配置を示している。熱伝導シート１８を介在させることで、制御機器４０と結露センサ１０との間で熱が効率よく伝達され、結露センサ１０と制御装置４０との間の時間的な温度差が無くなり、従って制御機器４０における結露の発生を厳密かつ迅速に検知することが可能となる。

図６は、結露センサ１０と本体回路２０とを含む結露検出装置１を応用した結露防止システム６の一例である。同図に示す結露防止システム６は、ヒータ装置６１と電子除湿器６２とを備えている。この結露防止システム６において、本体回路２０の出力端子２８から出力されるデジタル信号は、無線又は有線通信によってヒータ装置６１及び電子除湿器６２のそれぞれが有する図示しない制御回路に入力される。

ヒータ装置６１の制御回路は、本体回路２０から入力されたデジタル信号がオンの時はヒータ機能を動作させ、本体回路２０から出力されたデジタル信号がオフの時はヒータ機能を導通させないようにヒータ装置６１を制御する。また、電子除湿器６２の制御回路は、本体回路２０から入力されたデジタル信号がオンの時は除湿機能を動作させ、本体回路２０から入力されたデジタル信号がオフの時は除湿器を停止させるように電子除湿器６２を制御する。このように、ヒータ装置６１や電子除湿器６２によって制御装置４０の筐体周辺の温度が一定に保たれ、制御装置４０における結露の発生を確実に防ぐことができる。

ところで、以上の実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、本体回路２０に無線通信回路を設け、ＣＰＵ２１から出力されるデジタル信号を上記無線通信回路によりヒータ装置６１や電子除湿器６２に送信するようにしてもよい。このようにすることで、結露検出装置１をヒータ装置６１や電子除湿器６２から確実に絶縁することが可能となる。

本発明の一実施形態として説明する結露検出装置１の構成を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する結露センサ１０の上部平面図である。 （ａ）はＡ／Ｄコンバータ２５から出力されるデジタル値の一例であり、（ｂ）はフォトカプラ２６から出力されるデジタル信号の一例である。 本発明の一実施形態として説明する結露センサ１０及び本体回路２０を、発変電所等に設置されるスイッチギヤ等の制御機器４０の筐体側面に設置した様子を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する結露センサ１０、熱伝導シート１８、及び制御機器４０の配置を示す図である。 本発明の一実施形態として説明する結露センサ１０と本体回路２０とを含む結露検出装置１を応用した結露防止システム６の一例である。

符号の説明

１ 結露検出装置、 ６ 結露防止システム、 １０ 結露センサ、
１１ 基板、 １２ 電極、 １３ リード線、 ２０ 本体回路、
２１ ＣＰＵ、 ２２ メモリ、 ２３ タイマ、 ２４ パルス発生回路、
２５ Ａ／Ｄコンバータ、 ２６ フォトカプラ、 ２７ 電源回路、
２７１ 内蔵電池、 ２８ 出力端子

Claims (5)

1. ２つの端子を有し、結露の状態に応じて前記端子間の抵抗値が変化する結露センサと、
   前記結露センサに随時パルス電圧を入力するパルス発生回路と、
   前記パルス電圧によって生じる前記端子間の電圧があらかじめ設定された閾値以下となっているか否かを判定し、前記判定の結果を示す信号を出力する判定回路と
   を有すること
   を特徴とする結露検出装置。
2. 請求項１に記載の結露検出装置であって、
   前記結露センサは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に所定間隔で配列して形成された矩形薄膜状の複数の電極と、を含み、
   隣り合う前記電極の間隔は、１．２５〜１．２７ｍｍであること
   を特徴とする結露検出装置。
3. 請求項１に記載の結露検出装置であって、
   メモリ、及びタイマを有し、
   前記判定回路は、前記端子間の電圧が前記閾値以下となった時刻を前記タイマから取得して、取得した前記時刻を前記メモリに記憶すること
   を特徴とする結露検出装置。
4. 請求項１に記載の結露検出装置であって、
   前記判定回路から出力される前記判定の結果を示す信号が入力され、前記信号に対応する信号を出力するフォトカプラを有すること
   を特徴とする結露検出装置。
5. ２つの端子を有し、結露の状態に応じて前記端子間の抵抗値が変化する結露センサ、パルス発生回路、及び判定回路を用いて行われる結露検出方法であって、
   前記パルス発生回路が、前記結露センサに随時パルス電圧を入力するステップと、
   前記判定回路が、前記パルス電圧によって生じる前記端子間の電圧があらかじめ設定された閾値以下となっているか否かを判定し、前記判定の結果を示す信号を出力するステップと
   を含むこと
   を特徴とする結露検出方法。
   
   

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