JP2007518943A - 燃料タンクレベルモニタリングシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

既知の容量を有するタンクの液体燃料のレベルをモニタリングするための方法およびシステムが開示される。タンクは燃料供給ラインに流体的に連通し、燃料は気体状態で送出される。方法は、供給ラインを通って流れる気体状燃料の流量を測定し、測定された流量に基づいて消費された燃料容積を計算し、消費された燃料容積およびタンク容量に基づいてタンクに残っている液体燃料レベルを決定する。液体燃料をタンクへ配達することは、残っている液体燃料レベルに対応して実施される。

Description

本開示は、主に、燃料送出システムに関し、より詳細には、燃料供給タンクに残っている燃料レベルをモニタリングするためのシステムに関する。

プロパンガスシステム等の一定の燃料送出システムにおいて、消費者には、液化プロパンのタンクからプロパンガスが供給される。タンクは一般的にいずれの燃料パイプラインからも分離しており、したがって、定期的に補充されなければならない。プロパンタンクにはフロートレベルセンサが使用され、液化プロパンレベルをモニタする。そのようなシステムにおいて、ユーザは、定期的にタンクレベルセンサを見て、必要に応じて交換プロパンガスの配達を要請する。タンクに装着されるそのような燃料レベルセンサは、タンクに残っている液化プロパンレベルを確実に表示することができる一方、タンク自体内に設けられているため、管理することが困難であり必要なときに修理するのに時間がかかる。

したがって、タンクの液化プロパンレベルを検知し表示することができるだけではなく、ガス使用量を追跡し、且つ必要に応じて交換燃料を配達する予定を立てるために、情報を使用する中心場所へ信号を提供することができるプロパンタンクレベルモニタリングシステムを提供することが望ましい。特に、ガス流量を検知することによりタンクに残っているプロパンのレベルを導き出すことができる、インラインガス流量センサを提供することも望ましい。

新規であると思われる本発明の特徴は、特に添付の特許請求の範囲に述べられている。本発明は、添付の図面に関連して採用された下記の説明を参照することによって最良に理解されてもよく、類似の参照符号は、数枚の図面にわたって類似要素を識別する。

図１は、プロパンガスの供給を含むタンク１２を有するプロパンガス供給システム１０を例示する。圧力調整器１４は、インライン流量センサ１８に連結される供給管１６内のガス圧力を調整する。流量センサ１８のガスフロー出力は、出力管２０でプロパンガスのユーザ２１に連結される。ガス流量センサ１８は、通信リンクを含み、出力ライン２２に、ガス流量を表す信号を提供し、前記信号は、リポートステーション２４へ連結される。リポートステーション２４は、ガス流量情報を使用して、プロパンタンク１２内に残っているプロパンのレベルを決定し、次いで、必要に応じて交換ガスをタンク１２へ配達するスケジュールを決めることができる。

図２は、本発明のインラインガス流量センサ１８を概略的に例示し、センサ１８は、フローチューブ２６と、フローチューブ２６に装着された補助ハウジング２８とを含む。可動磁石３０がフローチューブ２６内に装着され、供給管１６からのガスフローによって作用して、変化するガス流量に反応して変化する磁束密度を提供する。ホール効果センサ等の磁気センサ３２が、補助ハウジング２８に装着され、変化するガス流量に対応する変化する磁束密度を検出するように、磁石３０に接近して隣接する。圧力センサ３４は、フローチューブに装着され、供給管１６から供給ガスの圧力を検出する。温度センサ３６は、補助ハウジング２８に装着され、ガス温度を検出する。磁気センサ３２、圧力センサ３４および温度センサ３６のそれぞれの出力は、出力ライン２２に関する対応情報をリポートステーション２４へ供給するために、通信リンク３７に連結される。この情報で、ガス流量は、たとえば、ユニバーサルガスサイジングイクエーション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｇａｓ Ｓｉｚｉｎｇ Ｅｑｕａｔｉｏｎ）等の公知のアルゴリズムを使用して得ることができ、タンク１２に残っているガスのレベルもまた、容易に得ることができる。

流量センサ１８の図２の概略図の詳細は、図３の断面図に示される。図３の断面図に示されるように、フローチューブ２６は、オリフィスガイド４２によって一緒にねじ込み可能に結合されている入口チューブ３８および出口チューブ４０を含む。入口チューブ３８、出口チューブ４０およびオリフィスガイド４２は、すべて、真鍮またはアルミニウム等の非磁性金属から形成される。フロープレート４４は、プラスチック材料から形成され、一連のフロー穴４６を含み、供給管１６からの供給ガスフローを均一に分布する。テーパ状のプラグ４８が、ねじ山を切ったねじ４９によってフロープレート４４に装着される。

可動オリフィス部材５０は、テーパ状のプラグ４８を囲繞する中心開口５１を含み、上流開口５１ａは下流開口５１ｂよりも小さく、そのため、中心開口５１は外向きに広がっている。図３に示されるように、流れ方向下流にテーパ状のプラグ４８と中心開口５１との間に増大する空間がある。

可撓性のある隔壁５４の内側周辺が磁石部材５２とオリフィス部材５０間に挿入されることにより磁石部材５２がオリフィス部材５０に装着され、隔壁の外側周辺は、出口チューブ４０とオリフィスガイド４２との間に装着される。磁石部材５２は、出口チューブ４０に設けられたキャビティ５６内に摺動可能に装着され、そのため、変動するガス流量で、オリフィス部材５０および接着された磁石部材５２は、キャビティ５６内を摺動可能に動く。ばね５８は、出口チューブ４０とオリフィス部材５０との間に捉えられ、図３に示されるように、ガスフローがないときにはオリフィス部材５０の上流開口５１ａを、プラグ４８の一方の端に動かすのに十分な弾性を有する。ガス流量が増加するにつれて、オリフィス部材５０および磁石部材５２は、閉鎖位置から離れて、最終的に、最大ガス流量位置である、プラグ４８に対して所定の位置へ動く。

テーパ状のプラグ４８および外向きに広がる中心開口部は、フローオリフィス（すなわち、テーパ状のプラグ４８と中心開口５１との間の空間）の変化と流量変化との間に直線関係を有するように、形状づけられる。言い換えると、図３に示されるように閉鎖されたフローオリフィスから最大ガス流量位置を表す完全に開口したフローオリフィス位置への移動によって、プラグ４８の形状および中心開口５１の形状は、磁石５２の動作によって形成される磁束密度と磁気センサ３２からの出力との間に直線関係を提供する。したがって、プラグ４８および中心開口５１は、「イコールパーセントプラグ」と称されてもよく、これは、イコールパーセントフローオリフィスを提供し、すなわち、オリフィス部材５０の各均一な拡大で、フローオリフィスを通る一定割合のフロー変化が提供される。したがって、フローオリフィスを通る流量変化に対応する、磁束密度と磁気センサ３２からの出力との間に直線関係があらわれる。

本発明のプロトタイプの実施の形態において、中心開口部は、約１０度の角度で外向きに広がって形成され、テーパ状のプラグは、約６度の角度で内向きに狭まって形成された。

入口チューブ３８の装着ポート６０は、圧力センサ３４の装着を可能にする。磁気センサ３２の出力、および、圧力センサ３４および温度センサ３６からの情報を使用することによって、業界でよく知られているアルゴリズムを使用してガス流量を決定することができる。ひとたびガス流量が決定されると、プロパンタンク１２内に残っているガスの量を容易に決定することができ、必要に応じて交換燃料を配達するスケジュールを決めることができる。

図４を参照すると、液化プロパン等の燃料を保持するタンク１０２を有する別の燃料供給システム１００が示される。タンク１０２は、離れた場所に配置され、または、燃料パイプラインへのアクセスから孤立している。したがって、タンク１０２は、配送センターから燃料を定期的に補充されなければならない。タンク１０２は、ガス燃料を１以上のユーザ１０８へ送出するための供給ライン１０６に接続された出力１０４を含み、圧力調整器１１０は、供給ライン１０６のガス圧力を調整する。

ガス燃料フローを検知して燃料フロー情報を提供する出力を生成するための流量センサ、たとえばフロー測定モジュール１１２が設けられる。例示された実施の形態において、本出願人の米国特許第６，１７８，９９７号および米国特許第６，５３９，３１５号に開示されたように、調整器１１０およびフロー測定モジュール１１２は、インテリジェント圧力調整器を提供するために一体化される。なお、前記の各米国特許の開示は、参照してここに組み込まれる。代替例において、調整器１１０および流量センサは、別個の構成要素として設けられてもよい。フロー測定モジュール１１２は、プロセッサ１１３と、メモリ１１５と、出力ライン１１６に信号を提供するための通信リンク１１４と、を含む。

リポートステーション１１８は、フロー測定モジュール１１２から離れて燃料配送センター等に設けられてもよく、出力ライン１１６を経由して通信リンク１１４に通信可能に連結される。リポートステーション１１８は、メモリ１２２を有するコントローラ１２０を含んでもよい。リポートステーション１１８は、燃料フロー情報を受け取り、必要に応じて、タンク１０２へ交換燃料を配達するスケジュールを決める。

運用では、プロパンは液体としてタンク１０２に保管される。タンクは、プロパンを液体状態に維持するために加圧を必要することがある。調整器１１０が開くときには、プロパンは、気体形態でタンクを出て、供給ライン１０６を通って流出する。プロパンガスが供給ライン１０６を通って進むときに、フローセンサは、ガス流量を計算するために使用されてもよいプロセス変数を測定する。調整器１１０およびフローセンサの下流で、ガス燃料は供給ライン１０６を通ってエンドユーザ１０８へ流れる。

図５は、タンクの燃料レベルをモニタリングしタンクへ追加燃料を配達するスケジュールを決めるための方法のフローチャートであり、前記方法は燃料分配システム１００によって実行される。ブロック１５０で、タンク容量がメモリに保存される。フロー測定モジュール１１２のように、流量センサがプロセッサおよびメモリを含む場合には、タンク容量は、フロー測定モジュールメモリ１１５かまたはリポートステーションコントローラメモリ１２２のいずれか、または、両方に保存されてもよい。

ブロック１５２で、供給ライン１０６を通るガス燃料フローの割合が測定される。先に述べたように、流量は、いずれの公知の方法または装置を使用して得られてもよい。フロー測定モジュール１１２が使用される場合には、流量は、標準フロー方程式、および、測定されたプロセスパラメータ、たとえば上流および下流の流体圧力および絞り部材位置を使用して推定される。あるいは、リポートステーションコントローラ１２０は、フロー方程式でプログラムされてもよく、フロー測定モジュール１１２は、単に測定されたパラメータをコントローラ１２０へ送ってもよい。ブロック１５４で、測定された流量に基づいて、消費された燃料容積が計算される。なお、消費された容積は、フロー測定モジュール１１２またはリポートステーションコントローラ１２０によって、計算されてもよい。

ブロック１５６で、タンクに残っている燃料レベルが決定される。残っている燃料レベルは、保存されたタンク容量から消費された燃料容積を引くことによって計算されてもよい。残っている燃料レベルを計算するために、消費された燃料容積を最初に気体容積から液体容積へ転換し、タンク１０２に残っているプロパンの液体容積を決定してもよい。あるいは、液体容積容量を気体容積容量へ転換してもよく、消費された燃料容積をタンク１０２の気体容積容量から引いてもよい。

残っている燃料レベルに基づいて、ブロック１５８で低燃料アラームが生成されてもよい。残っている燃料レベルが、ユーザが入力した低レベル限界に相当するときに、低燃料アラームが生成されてもよい。なお、ブロック１５６および１５８に記載されたステップは、リポートステーション１１8、またはフローセンサによって実行されてもよい。最後に、ブロック１６０で、リポートステーション１１８は、タンクへ追加燃料を配達するスケジュールを決めてもよい。新規の配達は、低燃料アラームに対応してスケジュールが決められてもよく、一般的にはリポートステーションコントローラ１２０によって決められる。

様々な装置が流量センサとして使用されてもよく、その各々が、異なる燃料フロー情報を生成してもよい。流量センサは、単に、上流流体圧力、下流流体圧力および調整器絞り部材位置を検出してもよい。次いで、これらの測定された変数は、リポートステーション１１８へ送られてもよく、リポートステーション１１８は変数に基づいて流量を計算するようにプログラムされてもよい。あるいは、フローセンサは、プロセス変数を検知し燃料流量を計算してもよく、燃料流量は次いで、リポートステーション１１８へ送られる。これによってリポートステーション１１８は、消費された総気体燃料およびタンクに残っている燃料レベルを計算してもよい。さらに、流量センサが、フロー測定モジュール１１２のように、マイクロプロセッサを含む場合には、上記の計算の各々を実行し、低燃料レベルアラームのみをリポートステーション１１８へ送ってもよい。あるいは、流量センサは、流量および消費された燃料容積を計算して、消費された燃料容積をリポートステーション１１８へ送ってもよい。リポートステーションは、タンク容積容量および低燃料レベルを保持するメモリを含んでもよく、したがって、残っているタンク容積を計算し、必要に応じて低燃料アラームを生成してもよい。

タンクに残っている燃料レベルを決定するために流量情報を生成するのに加えて、フローセンサは、他の判定目的のために追加情報をリポートステーション１１８へ送ってもよい。たとえば、フローセンサは、高圧力限界および低圧力限界、ロジックに基づいたアラーム状態、または、参照してここに組み込まれる本出願人の米国特許第６，４４１，７４４号に開示されたような、誤ったシステム設備または異常操作状態を示す他のプロセス制御パラメータを保存するためのメモリを含んでもよい。フロー測定モジュール１１２は、これらのパラメータに基づいてアラームを生成して、アラームをリポートステーション１１８へ送り、リポートステーション１１８はこれに対して気体燃料システム用のメンテナンスビジットのスケジュールを決めてもよい。

前述の詳細な説明は、理解を明瞭にするために与えられるだけであり、説明から不必要な限定が理解されるべきではなく、様々な修正は当業者には明らかである。

本発明の、インライン流量センサを組み込むプロパンガスタンク分配システムの概略図である。 本発明の、インラインフローチューブを含むインライン流量センサを示す概略図である。 本発明の、ガス流量センサを示す断面図である。 本発明の、別のガス燃料分配システムの概略図である。 ガス燃料流量を測定し、タンクへ追加ガス燃料を配達するスケジュールを決めるためのステップを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料供給システム
１２ プロパンタンク
１４ 調整器
１６ 供給管
１８ ＦＲセンサ
２０ 出力管
２１ プロパンユーザ
２４ リポートステーション
３０ 可動磁石
３２ 磁気センサ
３７ 通信リンク
１００ 燃料供給システム
１０２ プロパンタンク
１０６ 供給ライン
１０８ ユーザ
１１０ 調整器
１１２ フロー測定モジュール
１１３ プロセッサ
１１４ 通信リンク
１１５ フロー測定モジュールメモリ
１１６ 出力ライン
１１８ リポートステーション
１２０ リポートステーションコントローラ
１２２ メモリ

Claims (21)

1. 既知の容量を有するタンク内の液体燃料のレベルをモニタリングする方法であって、前記タンクは燃料供給ラインに流体連通し、前記燃料供給ラインを通って燃料は気体状態で送出される方法において、
   前記供給ラインを通って流れる気体状燃料の流量を測定し、
   前記測定された流量に基づいて、消費された燃料容積を計算し、
   前記消費された燃料容積およびタンク容量に基づいて、前記タンクに残っている液体燃料レベルを決定し、
   前記残っている液体燃料レベルに対応して、液体燃料を前記タンクへ配達するのを決定する、
   方法。
2. 調整器が前記供給ラインに配置される、請求項１記載の方法。
3. 前記供給ラインを通って流れる燃料の前記流量を測定するために、プロセッサおよびメモリを有するフロー測定モジュールが設けられる、請求項２記載の方法。
4. 前記フロー測定モジュールは、前記調整器と一体的に設けられる、請求項３記載の方法。
5. 前記フロー測定モジュールは、前記気体状燃料の流量に基づいて、前記消費された燃料容積を計算する、請求項３記載の方法。
6. 前記フロー測定モジュールは、前記消費された燃料容積および前記タンク容量に基づいて、前記タンクに残っている液体燃料レベルを決定する、請求項５記載の方法。
7. 前記フロー測定モジュールは通信リンクを含み、前記通信リンクにおいて、リポートステーションコントローラが、前記通信リンクによって前記フロー測定モジュールに通信可能に連結される、請求項６記載の方法。
8. 前記フロー測定モジュールは、前記タンクに残っている液体燃料レベルを前記リポートステーションコントローラへ通信する、請求項７記載の方法。
9. 前記タンクに残っている液体燃料レベルが低燃料レベルに対応するときに、更に低燃料アラームを生成し、前記低燃料アラームに対応して前記タンクへ液体燃料を配達することが決定される、請求項１記載の方法。
10. 前記リポートステーションコントローラは、前記タンクに残っている液体燃料レベルが前記低レベル限界に相当するときに前記低燃料アラームを生成する、請求項９記載の方法。
11. 前記タンク容量は液体タンク容量を含み、前記消費された燃料容積は、消費された気体燃料容積として計算され、前記方法は更に、前記タンクに残っている液体燃料レベルを決定する前に、前記消費された気体燃料容積を、消費された液体燃料容積に転換する、請求項６記載の方法。
12. 液体状態の燃料を保存し気体状態の燃料を配達するための燃料タンクシステムであって、
    既知の液体容量を有するタンクと、
    前記タンクに流体連通する供給ラインと、
    前記供給ラインに配置された調整器と、
    燃料フロー情報を生成するために前記供給ラインに連結されたフローセンサであって、前記燃料フロー情報を通信するための通信リンクを含むフローセンサと、
    前記燃料フロー情報を受け取るために前記通信リンクによって前記フローセンサに通信可能に連結されたリポートステーションであって、前記燃料フロー情報に対応して燃料を配達するスケジュールを決定するようにプログラムされたメモリを有するコントローラを含む、リポートステーションと、
    を備える、燃料タンクシステム。
13. 前記フローセンサは、前記調整器と一体的に設けられたフロー測定モジュールを具備し、前記フロー測定モジュールは、プロセッサおよびメモリを含む、請求項１２記載の燃料タンクシステム。
14. 前記フロー測定モジュールのプロセッサは、燃料流量に基づいて、消費された燃料容積を計算するようにプログラムされる、請求項１３記載の燃料タンクシステム。
15. 前記タンク容量は、前記フロー測定モジュールメモリに保存され、前記フロー測定モジュールプロセッサは、前記消費された燃料容積およびタンク容量に基づいて、前記タンクに残っている燃料レベルを計算するようにプログラムされる請求項１４記載の燃料タンクシステム。
16. 前記タンクに残っている燃料レベルは前記リポートステーションに通信され、前記リポートステーションメモリは低燃料限界を含み、前記リポートステーションコントローラは、前記タンクに残っている燃料レベルが前記低燃料限界に相当するときに低燃料アラームを生成するようにプログラムされる、請求項１５記載の燃料タンクシステム。
17. 前記リポートステーションコントローラは、前記低燃料アラームに対応して燃料を前記タンクへ配達するスケジュールを決めるようにプログラムされる、請求項１６記載の燃料タンクシステム。
18. 前記タンク容量は前記リポートステーションメモリに保存され、前記消費された燃料容積は前記リポートステーションに通信され、前記リポートステーションコントローラは、前記消費された燃料容積およびタンク容量に基づいて、前記タンクに残っている燃料レベルを計算するようにプログラムされる、請求項１４記載の燃料タンクシステム。
19. 前記リポートステーションメモリは低燃料限界を含み、前記リポートステーションコントローラは、前記タンクに残っている燃料レベルが前記低燃料限界に相当するときに低燃料アラームを生成するようにプログラムされる、請求項１８記載の燃料タンクシステム。
20. 前記リポートステーションコントローラは、前記低燃料アラームに対応して燃料を前記タンクへ配達するスケジュールを決めるようにプログラムされる、請求項１９記載の燃料タンクシステム。
21. 前記タンク容量は液体容積として保存され、前記リポートステーションコントローラは、前記消費された燃料容積を気体燃料容積として受け取り、前記リポートステーションコントローラは、前記タンクに残っている燃料レベルを計算する前に、前記気体燃料容積を液体燃料容積に転換するようにプログラムされる、請求項２０記載の燃料タンクシステム。

Images