JP2010122014A - 流体識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱式センサーを用いた流体識別の際に、外部振動等によって流体タンク内の被識別流体が揺れた場合であっても、誤差が生じず、精度良く流体識別することができる流体識別装置を提供する。
【解決手段】前記被識別流体と接触するセンシング部を有する流体識別センサーと、センシング部を囲繞するように包囲する内カバーと、内カバーを囲繞するように包囲する少なくとも１層の外カバーとを備え、内カバーには、内カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設けられているとともに、外カバーには、外カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油、重油などの炭化水素系液体、エタノール、メタノールなどのアルコール系液体、尿素水溶液などの液体、気体、粉粒体などの流体の識別、例えば、被識別流体の流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別などを行う流体識別装置に関する。

自動車の内燃エンジンは、使用する燃料を想定して、その燃料を使用した場合に最適に動作するように設計されている。例えば、ディーゼルエンジンであれば、軽油を燃料として最適動作するように設計されているが、軽油以外の燃料、例えば、灯油や重油などの様々な液体燃料を使用した場合であっても動作は可能である。

このため、建機や重機などのディーゼルエンジンを動作させる際に、特に、灯油や重油などの軽油に比べ比較的安価な液体燃料をそのまま使用したり、軽油に混ぜて使用することが行われることがある。

しかしながら、軽油に比べ潤滑性（粘性）の低い灯油を混ぜて使用した場合には、ディーゼルエンジンの一部を摩耗させてしまう原因となり、長期にわたって使用した場合にはエンジンの故障が発生してしまう。

このため、従来から燃料タンク内の燃料の種別を識別するための手段が用いられている。例えば、特許文献１（特開２００４−１０１３８５号公報）のように、燃料の動粘度の違いを、被識別燃料を加熱した際の自然対流の起こり方の違い、すなわち、伝熱の相違と対応させることによって液体の種別を判別する熱式のセンサーが用いられる。

図１１（Ａ）は、従来の熱式センサーの概略構成図である。
この熱式センサー１００では、センシング部１２２が被識別燃料に対して完全に露出した状態となっている。

しかしながら、図１１（Ａ）に示すような熱式のセンサー１００の場合、例えば、自動車の走行時の外部振動などによって、加熱により発生する自然対流に乱れが生じることで、図１１（Ｂ）に示すように、センサー出力が４５％程度低下し、識別精度が低下してしまうことになる。

なお、図１１（Ｂ）は、熱式センサー１００によってタンクに貯留した軽油を測定している状態の測定時間とセンサー出力との関係を示すグラフであって、３００秒〜６５０秒の３５０秒間にのみ、振幅５０ｍｍ、毎秒１回の割合で振動を与えている。

外部振動による影響を抑制し、識別精度を向上させるために、特許文献２（特開２００５−４３１２６号公報）や特許文献３（特開２００５−８４０２５号公報）、特許文献４（特開２００７−１０５８７号公報）では、センサーにカバーを施すことが開示されている。
特開２００４−１０１３８５号公報 特開２００５−４３１２６号公報 特開２００５−８４０２５号公報 特開２００７−１０５８７号公報

しかしながら、図１２，１３に示すように、センサー２００のセンシング部２２２を囲繞するようにカバー部材２１０を取り付けた場合、センサー３００に円筒形のカバー３３０を取り付けた場合のいずれであっても、カバーを取り付けない状態（図１１）と比べて、振動によるセンサー出力の低下は抑制されているものの、やはり、２０〜２５％程度低下し、識別精度の低下が生じてしまっている。

このため、軽油と灯油の閾値として１９００ｍＶとした場合には、振動期におけるセンサー出力がこの値を下回ってしまい、被識別流体を灯油と間違って識別してしまうことがあった。

本発明は、熱式センサーを用いた流体識別の際に、外部振動等によって流体タンク内の被識別流体が揺れた場合であっても、誤差が生じず、精度良く流体識別することができる流体識別装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するためになされた発明であって、本発明の流体識別装置は、被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
前記被識別流体と接触するセンシング部を有する流体識別センサーと、
前記センシング部を囲繞するように包囲する内カバーと、
前記内カバーを囲繞するように包囲する少なくとも１層の外カバーとを備え、
前記内カバーには、内カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設けられているとともに、
前記外カバーには、外カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設けられていることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記外カバーに、外カバー内部の空気を外カバーの流体流入出孔に誘導するための空気誘導部が備えられていることを特徴とする。
また、本発明の流体識別装置は、前記外カバーの流体流入出孔が、鉛直方向上部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記外カバーの流体流入出孔が、外カバーの上面中心部に設けられていることを特徴とする。
また、本発明の流体識別装置は、前記内カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線と、前記外カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線とが、平行となる位置関係に前記内カバー及び外カバーの流体流入出孔が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記内カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線と、前記外カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線とが、垂直となる位置関係に前記内カバー及び外カバーの流体流入出孔が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記外カバーの流体流入出孔の孔径が、１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明の流体識別装置は、前記流体識別センサーが、熱式センサーであることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記熱式センサーが、発熱素子と感温素子とが同一の素子によって構成される自己発熱型センサーであることを特徴とする。
また、本発明の流体識別装置は、前記熱式センサーが、発熱素子と感温素子とが別体の素子として構成される傍熱型センサーであることを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記流体識別センサーが、流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別のうち、少なくともいずれかの機能を有することを特徴とする。

また、本発明の流体識別装置は、前記被識別流体が、炭化水素系液体であることを特徴とする。
また、本発明の流体識別装置は、前記被識別流体が、軽油、灯油、重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とする。

本発明によれば、流体識別センサーのセンシング部を囲繞するように、内カバーと外カバーによって２重に包囲しているため、センシング部が接触する内カバー内部の被識別流体が、外部振動によっても揺れずに、正確な流体識別を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による流体識別装置の第１の実施例を示す分解図、図２は、図１の流体識別装置の縦断面図、図３は、図１の流体識別装置を流体タンクに取り付けた状態を示す概略構成図である。

図１に示すように、本発明の流体識別装置１０は、流体識別センサー２０と、内カバー３０と、外カバー４０とから構成されている。
流体識別センサー２０は、図２に示すように、熱式センサーである流体識別センサー本体２２と、流体識別のための演算を行うマイコンやセンサー出力の制御を行う回路等を備えた基板２４とがリード端子２３によって接続されている。流体識別センサー本体２２の少なくとも一部が被識別流体と接触するセンシング部２２ａ，２２ｂとなっている。また、センサー出力はコネクタ端子２７によって外部出力可能となっている。なお、符号２６は、外部ケーブル（図示せず）と接続するためのコネクタである。

なお、本明細書において熱式センサーとは、発熱素子と感温素子が同一素子（発熱感温素子）によって構成される自己発熱型のセンサーと、発熱素子と感温素子が別体素子として構成される傍熱型センサーの両方を含むものである。

自己発熱型センサーとは、発熱感温素子が発熱することによって被識別流体が加熱され、その加熱量を発熱感温素子によって感温することによって流体の識別を行うものである。

一方、傍熱型センサーとは、発熱素子と、該発熱素子の近傍に感温素子を設けた構成のセンサーであって、発熱素子が発熱することによって被識別流体が加熱され、その加熱量を感温素子によって感温することによって流体の識別を行うものであって、一般的には自己発熱型センサーと比べ誤差の少ないセンサーである。

このように構成される流体識別装置１０は、図３に示すように、流体タンク５０の底面に、流体識別センサー本体２２側がタンク内部に、コネクタ２６がタンク外部になるように取り付けられている。

流体識別装置１０を流体タンク５０の底面に取り付けることによって、流体タンク５０内の被識別流体が排出されることによって被識別流体の量が減少した場合であっても、流体識別をすることができる。

また、内カバー３０及び外カバー４０には、流体タンク５０内の被識別流体がカバーの内部と外部において交換可能となるように、流体流入出孔３２、３４及び４２、４４が設けられている。

なお、本実施例においては、流体流入出孔は内カバー３０及び外カバー４０にそれぞれ２箇所ずつ設けているが、それぞれ少なくとも２箇所以上の流体流入出孔を設けていればよく、３箇所以上流体流入出孔を設けても構わない。

また、流体流入出孔は、内カバー３０及び外カバー４０の内部と外部における被識別流体を交換する際の交換効率を考慮すると、内カバー３０及び外カバー４０の側面部に少なくとも１箇所以上の流体流入出孔を設けるとともに、上面部に少なくとも１箇所以上の流体流入出孔を設けることが好ましい。

このように、内カバー３０及び外カバー４０の側面部及び上面部に少なくとも１箇所以上の流体流入出孔を設けることによって、内カバー３０及び外カバー４０の内部と外部において被識別流体を効率よく交換することができる。

また、流体流入出孔の孔径は、内カバー３０及び外カバー４０の大きさによって適宜決定されるものであるが、概ね直径１０ｍｍ以下とすることが好ましい。流体流入出孔の孔径を１０ｍｍよりも大きくしてしまうと、外部振動を抑制する効果が小さくなってしまい、測定精度が低下することになってしまう。

また、内カバー３０の流体流入出孔３２，３４と、外カバー４０の流体流入出孔４２，４４の位置関係としては、特に限定されるものではないが、例えば、図４（Ａ）に示すように平面視において流体流入出孔３２，３４を結んだ仮想線と、流体流入出孔４２，４４を結んだ仮想線とが平行となるように形成しても良いし、図４（Ｂ）に示すように平面視において流体流入出孔３２，３４を結んだ仮想線と、流体流入出孔４２，４４を結んだ仮想線とが垂直となるように形成しても構わない。なお、ここで「平行」とは、仮想線同士が重なった状態をも含んでいる。

また、内カバー３０及び外カバー４０を構成する素材としては、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、鉄などの金属や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、フェノール樹脂などの合成樹脂などを用いることができる。

なお、被識別流体として例えば、ガソリンや灯油、軽油といった炭化水素系液体、硫酸や塩酸、硝酸といった強酸水溶液などの物質を化学的に変化させる特性を有する流体を識別する場合には、被識別流体の特性を考慮して内カバー３０及び外カバー４０の素材を選択することが好ましい。

また、本実施例において、内カバー３０及び外カバー４０は略円筒形状となっているが、これに限定されるものではなく、例えば、略多角柱形状や略多角錐形状であってもよいし、略カップ形状であっても構わない。

また、内カバー３０及び外カバー４０を流体識別センサー２０に取り付ける方法として
は、特に限定されるものではなく、例えば、内カバー３０及び外カバー４０の形状を流体識別センサー２０の形状に適合させて嵌合させてもよいし、接着剤などによって接着してもよい。

なお、内カバー３０及び外カバー４０が破損した場合などに交換を簡単にするように、部品の汎用性を高めるためには、図５に示すように螺子溝が切られた組立冶具４５を用いて螺子接合することできる。

このように組立冶具４５を用いることによって、流体識別センサー２０、内カバー３０、外カバー４０のいずれかを交換する必要が生じた場合であっても容易に、かつ、迅速に交換することができる。

また、本実施例においては、外カバー４０は１層のみとなっているが、外カバー４０の外側に更なる外カバーを備えて、複層の外カバーとすることもできる。
このように外カバーを複層とすることによって、外部振動を抑制する緩衝部が複数設けられることとなり、外部振動による影響を確実に抑制することができる。

なお、符号４８は、パッキンであり、流体識別センサー２０と組立冶具４５とを固定するとともに、流体識別センサー２０と組立冶具４５との隙間を埋めて防水の役割を担っている。

図６は、本発明による流体識別装置の第２の実施例を示す分解図、図７は、図６の流体識別装置の縦断面図である。
本実施例の流体識別装置は、基本的には上述する第１の実施例の流体識別装置と同様であり、同一の構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この実施例の流体識別装置１０では、図６及び図７に示すように、外カバー４０に外カバー４０内の空気を流体流入出孔４４に誘導するための空気誘導部４６が形成されている。

このように、外カバー４０内に入り込んでしまった空気を空気誘導部４６によって流体流入出孔４４に誘導することによって、外カバー４０内部から効果的に空気を排出することができるので、空気が被識別流体の流体識別に影響を与えることがなく、識別精度を向上させることができる。

このように空気誘導部４６を形成する場合、外カバー４０内部の空気を排出しやすいように、外カバー４０の鉛直方向上部に流体流入出孔４４を形成することが好ましい。さらに好ましくは、外カバー４０の上面中心部に流体流入出孔４４を形成することで、外カバー４０内部の空気をより排出しやすくなる。

なお、本実施例では空気誘導部４６は略円錐形状となっており円錐の頂点部に流体流入出孔４４を設ける構成となっているが、これに限定されるものではなく、流体流入出孔４４に効率よく空気を誘導することができる形状であればどのような形状をしていてもよい。

図８は、本発明による流体識別装置の第３の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の流体識別装置は、基本的には上述する第１の実施例の流体識別装置と同様であり、同一の構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この実施例の流体識別装置１０は、流体タンク５０の側面に、流体識別センサー本体２
２側がタンク内部に、コネクタ２６がタンク外部になるように取り付けられている。
このように流体識別装置１０を流体タンク５０の側面に取り付ける場合には、流体タンク５０内の被識別流体が排出されることによって被識別流体の量が減少した場合であっても流体識別を可能とするために、流体タンク５０の下方部に取り付けることが好ましい。

なお、本発明の流体識別装置１０の流体の有無識別機能を利用して、流体レベル計として用いる場合には、流体タンク５０の側面に、流体タンク５０の高さ方向に所定間隔離間して複数の流体識別装置１０を取り付けることができる。

図９は本発明の流体識別装置１０によって軽油を測定している状態で、所定時間だけ流体タンク５０に外部振動を与えた場合の測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。

なお、この実施例は、図１１〜図１３に示したグラフを測定した際と同じ条件により行っており、３００秒〜６５０秒の３５０秒間にのみ、振幅５０ｍｍ、毎秒１回の割合で流体タンク５０に振動を与えている。

図９に示すように、本発明の流体識別装置１０を用いた場合には、流体タンク５０に外部振動が加わった場合であっても、センサー出力は全く変化をしなかった。
本発明の流体識別装置１０の様に、内カバー３０及び外カバー４０の２重のカバーを設けることによって、流体タンク５０に外部振動が加わった場合であっても、流体識別センサー２０が流体識別を行う被識別流体、すなわち、内カバー３０内部の被識別流体は外部振動の影響を受けず、過熱により発生する自然対流のみが影響してセンサー出力が出力されることになる。

図１０Ａ〜図１０Ｄは本発明の流体識別装置１０の外カバー４０の流体流入出孔の孔径や、外カバー４０と内カバー３０の流体流入出孔の位置関係を変化させて、それぞれ軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。なお、それぞれの測定条件は表１に示すとおりである。

なお、図１０Ａ（Ａ）は、パターン１の測定結果、図１０Ａ（Ｂ）は、パターン２の測定結果、図１０Ｂ（Ｃ）は、パターン３の測定結果、図１０Ｂ（Ｄ）は、パターン４の測定結果、図１０Ｃ（Ｅ）は、パターン５の測定結果、図１０Ｃ（Ｆ）は、パターン６の測定結果、図１０Ｄ（Ｇ）は、パターン７の測定結果にそれぞれ該当する。

図１０Ａ〜図１０Ｄから分かるように、流体流入出孔の孔径を１０ｍｍとした場合には、ややセンサー出力に変化が見られる。さらに、流体流入出孔の孔径を大きくし、１５ｍｍ，２０ｍｍとした場合には、１５％〜２５％程度のセンサー出力の低下が見られ、正確な流体識別ができなくなる恐れがある。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、流体識別センサー本体２２として熱式センサーではなく、光学センサーを用いることができる。光学センサーを用いた場合であっても、本発明のようにセンシング部を内カバー３０及び外カバー４０によって２重に包囲することによって、外部振動による被識別流体の揺れを抑制することができるので、精度よく識別することが可能となる。

このように、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

図１は、本発明による流体識別装置の第１の実施例を示す分解図である。 図２は、図１の流体識別装置の縦断面図である。 図３は、図１の流体識別装置を流体タンクに取り付けた状態を示す概略構成図である。 図４は、内カバー及び外カバーに形成される流体流入出孔の位置関係を説明するための模式図である。 図５は、図１の流体識別装置において、流体識別センサーと外カバーとを組立冶具によって螺子接合する場合の分解図である。 図６は、本発明による流体識別装置の第２の実施例を示す分解図である。 図７は、図６の流体識別装置の縦断面図である。 図８は、本発明による流体識別装置の第３の実施例を示す概略構成図である。 図９は、本発明の流体識別装置１０によって軽油を測定している状態で、所定時間だけ流体タンク５０に外部振動を与えた場合の測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１０Ａ（Ａ）は、表１のパターン１の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフ、図１０Ａ（Ｂ）は表１のパターン２の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１０Ｂ（Ｃ）は、表１のパターン３の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフ、図１０Ｂ（Ｄ）は表１のパターン４の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１０Ｃ（Ｅ）は、表１のパターン５の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフ、図１０Ｃ（Ｆ）は表１のパターン６の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１０Ｄ（Ａ）は、表１のパターン７の条件で、軽油を測定した場合の、測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１１（Ａ）は、従来の流体識別装置の一例を示す概略構成図、図１１（Ｂ）は、流体識別装置によって軽油を測定している状態で、所定時間だけ燃料タンクに外部振動を与えた場合の測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１２（Ａ-１）は、従来の流体識別装置の一例を示す概略構成正面図、図１２（Ａ-２）は、図１２（Ａ-１）の流体識別装置の概略構成側面図、図１２（Ｂ）は、流体識別装置によって軽油を測定している状態で、所定時間だけ燃料タンクに外部振動を与えた場合の測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。 図１３（Ａ）は、従来の流体識別装置の一例を示す概略構成図、図１３（Ｂ）は、流体識別装置によって軽油を測定している状態で、所定時間だけ燃料タンクに外部振動を与えた場合の測定時間とセンサー出力の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 流体識別装置
２０ 流体識別センサー
２２ 流体識別センサー本体
２２ａ センシング部
２２ｂ センシング部
２３ リード端子
２４ 基板
２６ コネクタ
２７ コネクタ端子
３０ 内カバー
３２ 流体流入出孔
３４ 流体流入出孔
４０ 外カバー
４２ 流体流入出孔
４４ 流体流入出孔
４５ 組立冶具
４６ 空気誘導部
４８ パッキン
５０ 流体タンク
１００ 熱式センサー
１２２ センシング部
２００ センサー
２１０ カバー部材
２２２ センシング部
３００ センサー
３３０ カバー

Claims (13)

1. 被識別流体を識別するための流体識別装置であって、
   前記被識別流体と接触するセンシング部を有する流体識別センサーと、
   前記センシング部を囲繞するように包囲する内カバーと、
   前記内カバーを囲繞するように包囲する少なくとも１層の外カバーとを備え、
   前記内カバーには、内カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設けられているとともに、
   前記外カバーには、外カバーの内部と外部において被識別流体の交換が可能となる流体流入出孔が少なくとも２箇所以上設けられていることを特徴とする流体識別装置。
2. 前記外カバーに、外カバー内部の空気を外カバーの流体流入出孔に誘導するための空気誘導部が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の流体識別装置。
3. 前記外カバーの流体流入出孔が、鉛直方向上部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体識別装置。
4. 前記外カバーの流体流入出孔が、外カバーの上面中心部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の流体識別装置。
5. 前記内カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線と、前記外カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線とが、平行となる位置関係に前記内カバー及び外カバーの流体流入出孔が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流体識別装置。
6. 前記内カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線と、前記外カバーの流体流入出孔を平面視において結んだ仮想線とが、垂直となる位置関係に前記内カバー及び外カバーの流体流入出孔が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流体識別装置。
7. 前記外カバーの流体流入出孔の孔径が、１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体識別装置。
8. 前記流体識別センサーが、熱式センサーであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の流体識別装置。
9. 前記熱式センサーが、発熱素子と感温素子とが同一の素子によって構成される自己発熱型センサーであることを特徴とする請求項８に記載の流体識別装置。
10. 前記熱式センサーが、発熱素子と感温素子とが別体の素子として構成される傍熱型センサーであることを特徴とする請求項８に記載の流体識別装置。
11. 前記流体識別センサーが、流体種識別、濃度識別、流体の有無識別、流体の温度識別のうち、少なくともいずれかの機能を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の流体識別装置。
12. 前記被識別流体が、炭化水素系液体であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の流体識別装置。
13. 前記被識別流体が、軽油、灯油、重油のうち少なくとも１種以上であることを特徴とす
    る請求項１２に記載の流体識別装置。

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