JP2015004682A - 異物混入検知装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料油の配管に絶縁材を被覆しない導通型の網状電極(12)と、絶縁材を被覆した絶縁型の網状電極(12B)と設け、導通型の網状電極(12)間の静電容量および導通型の網状電極(12)と絶縁型の網状電極(12B)との間の静電容量或いは絶縁型の網状電極(12B)間の静電容量の変化により燃料油中の異物を検知する。
【選択図】図14
Description
地下タンク等の破損による外的要因と、誤操作等の人的要因と、事故や自然災害等による要因によって、燃料油に水が浸入することが考えられる。この様な各種要因により燃料油に水が混入してしまうと、水を含んだガソリンを車両に供給してしまうことになり、エンジンの始動不能を招き、燃焼不良によるノッキングの発生を惹起し、最悪の場合にはノッキング多発によるエンジンの破損という事態に至るという問題がある。
ここで、静電容量Cは C=(ε0・εs・S)/d (ただし、Sは電極の面積、ε0は真空の誘電率、εsは誘電体の誘電率、dは電極間の距離) なる式により求めることが出来る。
静電容量Cが大きいほど外乱の影響を小さくすることが出来るので、液体の性状を検出するのに有効である。
しかし、板状電極の面積を大きくすると、給油装置における燃料油の供給系統(配管やポンプユニット等の供給用機器)の内部に設置することは困難である。
また、板状電極の間隔を小さくすると、一対の板状電極間の領域の流体抵抗が大きくなり、また、ゴミその他の異物が滞留し易くなってしまうので、不都合である。
しかし、係る従来技術では、金属製の箱型ケーシングが必要であり、当該ケーシングを設置するだけのスペースを確保しなければならず、給油装置における燃料油の供給系統内部に設置することが困難である。
ここで水検知センサ(10C)は、水のみではなく、その他の異物の混入も検出可能であることが好ましい。
そのため、水を含んだガソリンを車両に供給してしまうことを防止して、エンジンの始動不能、燃焼不良によるノッキングの発生、エンジンの破損という事態に至ることを未然に防止することが出来る。
これに伴い、網状電極(12)であれば燃料供給系統中に容易に配置することが出来る。
そして、漏れ電流によりセンサ(10C)の感度が上昇し過ぎてしまうことも防止される。
まず本発明をよく理解するために図2〜図8の第1参考例を説明する。
図1は、第1参考例が適用される給油装置の概要を示す。
図1において、全体を符号100で示す給油装置は、給油所(ガソリンスタンド等)の地下に埋設した地下タンク1と、給油機構2と、給油ポンプと流量計から成るユニット3(給油用ユニット3)と、地下埋設配管4と、給油機構内配管5と、給油ホース6と、給油ノズル7を備えている。
給油機構内配管5は、給油用ユニット3と給油ホース6を接続している。そして給油ホース6の先端には、給油ノズル7が設けられている。
明確には図示されていないが、給油ノズル7は、給油機構2の外周パネルに設けたノズル掛け(図示せず)に係止されている。
第1参考例の異物混入検知装置(以下、「センサ」と言う)10は、図2において概要が示されている。そして図1において、センサ10(図2参照)は、地下埋設配管4、給油用ユニット3、給油機構内配管5の何れかに介装されている。
そしてセンサ10は、静電容量の変化により、水が混入することを検知することが出来る。燃料油と水は誘電率が大きく相違するので、燃料油に少量の水が混入しても、静電容量は大きく変化するためである。
そのため、燃料油が給油用ユニット3のポンプにおける回転体(図示せず)よりも地下タンク1側の領域、換言すれば当該回転体により均一に混合される位置よりも地下タンク1側の領域であっても、燃料油に異物(図示の参考例では水)が混入した場合には、その旨及び混入率を正確に判断することが出来る。
図2〜図4において、センサ10は、円環状の枠体11と、一対の網状電極12と、静電容量演算装置13と、一対のケーブル14で構成されている。網状電極12は、その周縁部が、間隔を一定にするための枠体11により支持されている。図示されていないが、間隔を一定にするためのスペーサを、網状電極12、12間に配置しても良い。
図4で示す様に、円環状の枠体11の断面形状は凸状であり、その凸状の突出部11tは(円環の)半径方向内方を向いている。
一対の網状電極12は、枠体11における凸状突出部11tの両側部11s及び段部11aに当接して配置されている。
ここで、「網状」なる文言は、いわゆる「網の目」を有する形状のみならず、多数の貫通孔を有する形状をも包含する趣旨で用いられている。
静電容量Cは C=(ε0・εs・S)/d なる式により求められる。
ここで、静電容量Cが大きいほど外乱の影響を小さくすることが出来るので、液体の性状を検出するのに有効である。
センサ10における枠体11の直径Dは、その設置場所が、例えば、地下埋設配管4(図1参照)内であれば、地下埋設配管4の内径によって上限値が決まる。従って、一対の網状電極12において大きな静電容量Cを得るためには、一対の網状電極12間の距離dを小さく設定すればよい。
図2〜図4の第1参考例における一対の網状電極12であれば、網状電極12間の距離dを小さく設定しても、電極が網状であるため燃料油は容易に網状電極11の網の目を通過することが出来る。そのため、図2〜図4の網状電極12であれば、検知対象物である燃料油が当該電極12を通過する際の通過抵抗が大きくなってしまうことはない。
ここで、図5で示す様な一般的な板状電極12Pを用いたコンデンサ10Jを燃料油の供給配管内に配置する場合には、図6で示す様に、板状電極12Pは、燃料油の供給配管における流線Fに対して並行に配置せざるを得ない。燃料油供給配管の流線Fに対して直交する方向に板状電極12Pを配置すると、板状電極12Pが燃料油の流れをせき止めてしまうからである。
しかし、コンデンサ10Jの板状電極12Pの面積を大きくすると、給油装置における燃料油の供給系統(配管やポンプユニット等の供給用機器)の内部にコンデンサJを設置することが困難となる。
一方、板状電極12Pの間隔dを小さくすると、一対の板状電極12P間の領域における流体抵抗が大きくなり、且つ、ゴミその他の異物が滞留し易くなってしまうので、不都合である。
また、図2〜図4で示す第1参考例のセンサ10であれば、図8で示す様に、供給配管の燃料油の流線Fに直交する方向に網状電極12を配置しても、燃料油は網状電極12の「網の目」(或いは、多数の貫通口)を容易に通過することが出来るので、供給配管内において、図2〜図4のセンサ10を燃料油の流線Fに直交する方向に配置しても、燃料油の流れを妨げてしまうことはない。
さらに、燃料油は網状電極12の「網の目」(或いは、多数の貫通口)を抵抗なく通過することが出来るので、一対の網状電極12間の間隔dを狭くしても、燃料油の流れの抵抗は増加しない。換言すれば、図2〜図4で示す第1参考例のセンサ10であれば、燃料油の流れの抵抗を大きくすること無く、一対の網状電極間の間隔を狭くして電極間の静電容量を大きくすることが出来る。
これにより、図2〜図4で示す第1参考例に係るセンサ10であれば、静電容量を大きくして外乱の影響を小さくすると共に、燃料油の流れを妨げてしまうこと無く、その誘電率を正確且つ有効に検出することが出来る。
図9で示す様に、エタノール等のアルコール製品についても、第1参考例で水が混入していることを有効に検知することが出来る。
ガソリン(誘電率2程度)と水(誘電率80)の場合と同様に、エタノール(誘電率20前後)と水(誘電率80)の誘電率も大きく異なっており、エタノール中に水が混入すると静電容量も大きく変化するからである。
しかし、水の添加量(加水率)が0.5mol以下であっても、センサの感度(静電容量の違いを検出する感度)を高くすれば、エタノール中に水が混入したことと、その混入率(加水率)を検知することが可能である。
図10は、第2参考例で用いられるセンサ10Bを示している。
図2〜図4に示す第1参考例のセンサ10では、網状電極12は金属製の網状部材で構成されている。それに対して、第2参考例で用いられるセンサ10Bでは、図10では明確には図示されていないが、網状電極12Bを構成する金属製の網状部材が絶縁材で被覆されている。
水は不純物が混入した場合、導電体となる性質を有している。静電容量の計測は一般的には、不純物が混入した水に電流を流し、端子間電圧が上昇(或は、下降)する時間を計測して行う。この(不純物混入により水が導電体となった)場合、電極間に短絡電流が流れ、電化が蓄積されるまでの時間が長くなり、あたかも静電容量が増加した様に見える。
図11(A)は、電極12間に導電体が存在せず、短絡電流が流れない状態を模式的に示している。静電容量の測定は、図11(A)の状態で電極12間に電流を流し、端子間電圧が上昇(降下)する時間を計測することにより行われる。
一対の電極12間に導電性を有する液体が存在すると、燃料油、すなわち導電性液体により、電極12間が短絡されて、図11(B)で示す様に短絡電流(漏れ電流)が流れる。
短絡電流が流れると、見かけの静電容量が増加する(静電容量が増加した様に見えてしまう)。換言すると、短絡電流が流れると、電極間の静電容量の変化量に比較して、見かけの静電容量の変化量が大きくなる。
そして、見かけの静電容量の変化量が大きくなるため、燃料油に水が混入した場合の静電容量の変化も大きくなり、センサとしての感度が上昇する。
これに対して、網状電極12Bを絶縁体で被覆して、燃料油の導電性による漏れ電流を遮断して、図12で示す状態とすれば、網状電極12B間に漏れ電流が流れないので、見かけの静電容量の変化量が大きくなり過ぎることがない。そのため、センサの感度が良くなり過ぎることがなくなり、上述した誤検出が防止される。
係る理由により、図10のセンサ10Bでは、網状電極12Bを絶縁体で被覆している。
一対の網状電極12Bの双方を絶縁材で被覆しても、何れか一方の網状電極12Bのみを絶縁材で被覆しても、網状電極12B間に漏れ電流が流れないからである。
図示の実施形態(図10〜図12の参考例、図14以降で後述する実施形態)において、センサにおける水や異物の混入検知回路の計測周波数を早くする(一対の電極間における充電と放電の周期を短くする)ことにより、漏れ電流を小さくして、漏れ電流の影響を小さくすることが出来る。
ところが、図13に示す様に、検出回路の計測周波数を早くすれば、漏れ電流が流れる時間が短くなるために漏れ電流の総量が小さくなり(図13(B))、逆に検出回路の計測周波数を遅くすれば、漏れ電流が流れる時間が長くなるために漏れ電流の総量が大きくなる(図13(A))。
検出対象(燃料油の種類と異物の種類)、検出の目的に対応して、適正な放電と充電の周期(混入検知回路の計測周波数)が存在するので、当該適正な周期(周波数)をケース・バイ・ケースで決定することにより、より精度が高く、目的に合致した検出を行うことが出来る。
図13(A)、(B)において、「漏れ」は漏れ電流、「充電」は電極間への充電電流、「放電」は電極間からの放電電流を意味している。
図14において全体を符号10Cで示す第1実施形態に係るセンサは、図2〜図4で示した第1参考例のセンサ10(絶縁材を被覆せず:「導通型」)と、図10で示した第2参考例のセンサ10B(絶縁材を被覆:「絶縁型」)を組み合わせた構造となっている。
図14において、センサ10Cは、円環状の枠体11Cと、絶縁材を被覆しない一対の網状電極(導通型の網状電極)12と、絶縁材を被覆した一対の網状電極(絶縁型の網状電極)12Bを備えている。なお、導通型の網状電極12と絶縁型の網状電極12Bと図示を省略した静電容量演算装置は、それぞれ一対のケーブル(図示せず)で接続されている。
絶縁材を被覆しない導通型の一対の網状電極12は、一方の凸状突起11x(図14では左側の凸状突起)の側面を挟持する様に取り付けられている。一方、絶縁材を被覆した絶縁型の一対の網状電極12Bは、他方の凸状突起11y(図14では右側の凸状突起)の側面を挟持する様に取り付けられている。
二つの凸状突起11x、11yで挟まれた位置の網状電極12と網状電極12Bとは、所定の間隔の隙間δを保持して配置されている。なお、隙間δは、網状電極12、12Bの電場の影響を受けない距離とする。
第1実施形態のセンサ10Cでは、導通型網状電極と絶縁型網状電極を組み合わせて、両者を並行使用することにより、水検知を定量的に行うことが出来る様に構成されている。
図15において、実線は絶縁材を被覆しない導通型の一対の網状電極12間の静電容量を示し、点線は絶縁材を被覆した絶縁型の一対の網状電極12B間の静電容量を示している。そして図15における実線及び点線は、静電容量の変動の一例を仮想的に表現したものである。
ここで、燃料油の静電容量や誘電率は、ガソリンメーカーの相違や、計測時の温度により変動する。そして、絶縁材を被覆しない導通型の一対の網状電極12間の静電容量と、絶縁材を被覆した絶縁型の一対の網状電極12B間の静電容量は、ガソリンメーカー毎に、計測時の温度毎に、同様な挙動を示す。図15における「温度変動」なる表示の範囲は、導通型の一対の網状電極12間の静電容量と絶縁型の一対の網状電極12B間の静電容量(図15における実線及び点線)は、ガソリンメーカー、計測温度が異なっても同様な挙動を示すことを表示している。
同様に、荷卸等により油種が変動した場合等についても、絶縁材を被覆しない導通型の一対の網状電極12間の静電容量と、絶縁材を被覆した絶縁型の一対の網状電極12B間の静電容量は、同様な挙動を示す。
図15における「水検出」なる文言の部分よりも右側の領域は、水が混入した場合の静電容量の変化を示している。
水が混入した場合の静電容量については、導通型の一対の網状電極12間の静電容量が、絶縁材を被覆した絶縁型の一対の網状電極12B間の静電容量に比較して、顕著に変化する傾向がある。そのため、導通型と絶縁型を組み合わせて並行使用し、静電容量の特性が両者で異なった場合を検出すれば、燃料油に水が混入したことを確実に高精度で検出することが出来る。
なお、アルコール燃料に水が混入した場合を検出するに際しては、アルコールは親水性である上、アルコール自体の誘電率が大きいため、水による変動の影響は小さくなる。そのため、敏感に反応する(静電容量の変化が大きな)導通型の網状電極12間の静電容量を検出するセンサが適している。
図16のステップS1では、センサ10Cの導通型の網状電極12で静電容量を計測する。次のステップS2では、センサ10Cの絶縁型の網状電極12Bで静電容量を計測する。ここで、ステップS1とステップS2の順番を入れ替えることも出来るし、ステップS1とステップS2を同時に行なうことも可能である。
ステップS3に進み、静電容量演算装置13(図2参照)は、導通型の網状電極12で計測した静電容量と、絶縁型の網状電極で計測した静電容量が、同様な特性(挙動)であるか否かを判断する。
導通型の網状電極12で計測した静電容量と、絶縁型の網状電極で計測した静電容量が同様な特性であれば(ステップS3がYES)、ステップS4で「水の混入はない」と判断する。一方、導通型の網状電極12で計測した静電容量と、絶縁型の網状電極で計測した静電容量が同様な特性でなければ(ステップS3がNO)、ステップS4で「水が混入している」と判断する。
図17において、全体を符号10Dで示すセンサは、円環状の枠体11Dと、絶縁材を被覆しない導通型の1個の網状電極12と、絶縁材を被覆した絶縁型の1個の網状電極12Bと、導通型の1個の網状電極12Cが設けられている。網状電極12Cは、導通型の網状電極12と絶縁型の網状電極12Bの間に配置されている。
網状電極12、12C、12Bは、図示を省略した静電容量演算装置と、ケーブルL1、L2、L2を介して、それぞれ、接続されている。
図17において、ケーブルL1、L2間の符号αは、導通型の網状電極12、12C間の静電容量を計測することを意味している。一方、ケーブルL2、L3間の符号βは、導通型の網状電極12Cと絶縁型の網状電極12B間の静電容量を計測することを意味している。
二つの凸状突起11u、11vに挟まれた溝部11gには、導通型の網状電極12C(共有電極)が配置されている。
二つの凸状突起11u、11vにおける互いに離隔する側部には、導通型の網状電極12(図17の左方の電極)と、絶縁型の網状電極12B(図17の右方の電極)が配置されている。
ここで、中央の共有電極12Bに絶縁材をコーティングしない理由は、共有電極12Bに絶縁材をコーティングすると、導通型の電極間における静電容量が計測できなくなるからである。これは、図16のセンサ10Bに関連して上述した様に、絶縁型の電極間の静電容量は、一対の電極の内、何れか一方が絶縁されていても良いことによる。
混合燃料であるアルコール混合ガソリンについては公知である。当該アルコール混合ガソリンとして、例えば、E3(エタノール3%含有)、E5(エタノール5%含有)、E10(エタノール10%含有)等が用いられている。また、海外ではE23(エタノール23%含有)、E85(エタノール85%含有)等も利用されている。
ガソリンとエタノールでは誘電率が一桁異なるので、図示の実施形態を適用することにより、エタノール比率を演算することが出来る。これにより、異なる種類の燃料を誤って混合してしまう事態(いわゆる「コンタミ」)を防止することが出来る。
しかし、静電容量は温度依存があるため、絶対的な数値(エタノール比率)を知るには、温度センサと合わせて補正する必要がある。
図18において、実線は、センサにおける一対の網状電極の配置を燃料の流れの方向に対して並列に配置した静電容量であり、破線は、一対の網状電極の配置を燃料の流れの方向に対して直列に配置した静電容量である。
図19において、燃料油運搬手段であるタンクローリーの燃料油排出ホース(ローリホース)RHが二点鎖線で示されている。
ここで、ローリホースRHにおける地下タンク1側の端部RHeが、タンクローリー(図示を省略)のタンク側端部(図示を省略)よりも低い位置となるために、給油が終わり、タンクローリーのタンクの排出口のバルブ(図示を省略)を閉じると、ローリホースRH内の燃料油は、自重によって、地下タンク1側に排出される。
燃料油が排出されたローリホースRH及び後述するローリホース接続部9と地下タンク1を接続する配管8内は空気で満たされる。
ローリホースRHと地下タンク側のローリホース接続部9、或いは、ローリホース接続部9と地下タンク1を接続する配管8に、図示の実施形態に係るセンサを介装されているので、ローリホースRHから配管8中の領域に燃料油が滞留していれば、図示の実施形態に係るセンサで検出される静電容量が、空気中の静電容量とは異なる数値となる。
一方、ローリホースRHから配管8該配管中に燃料油が残存していない場合には、配管は空気で満たされていることになり、図示の実施形態に係るセンサで検出される静電容量が、空気中の静電容量と同等の値となる。
図示の実施形態に係るセンサで検出される静電容量が、空気中の静電容量とは異なる数値であれば、ローリホースRHから配管8に至る領域に燃料油が滞留しており、荷卸しが終了していないことが判明する。
一方、図示の実施形態に係るセンサで検出される静電容量が、空気中の静電容量と同等の数値であれば、ローリホースRHから配管8に至る領域には燃料油が残存しておらず、荷卸しが終了したことが判明する。
2・・・給油機構
3・・・給油用ユニット
4・・・地下埋設配管
5・・・給油機構内配管
6・・・給油ホース
7・・・給油ノズル
10、10B、10C、10D・・・水検知センサ
11、11C、11D・・・枠体
12、12B、12C・・・網状電極
13・・・静電容量演算装置
Claims (3)
- 配管に静電容量式の水検知センサ(10C)を設けた給油装置の異物混入検知装置において、円環状の枠体(11C)と、絶縁材を被覆しない一対の導通型の網状電極(12)と、絶縁材を被覆した一対の絶縁型の網状電極(12B)とを備え、前記円環状の枠体(11C)はその断面において円環の内向きに二つの凸状突起(11x、11y)を有し、前記導通型の網状電極(12)は一方の凸状突起(11x)の側面を挟持するように取付けられ、前記絶縁型の網状電極(12B)は他方の凸状突起(11y)の側面を挟持するように取付けられ、これらの二つの凸状突起(11x、11y)で挟まれた位置の導通型の網状電極(12)と絶縁型の網状電極(12B)との隙間(δ)は導通型の網状電極(12)と絶縁型の網状電極(12B)との電場の影響を受けない距離であることを特徴とする給油装置の異物混入検知装置。
- 前記導通型の網状電極(12)と絶縁型の網状電極(12B)とは静電容量演算装置(13)に接続されており、当該静電容量演算装置(13)は、導通型の網状電極(12)で静電容量が計測され(S1)、絶縁型の網状電極(12B)で静電容量が計測され(S2)、計測した両静電容量が同様な特性か否かを判断し(S3)、同様な特性であれば水の混入はないと判断し(S4)、同様な特性でなければ水か混入していると判断する(S5)機能を有する請求項1記載の給油装置の異物混入検知装置。
- 配管に静電容量式の水検知センサ(10D)を設けた給油装置の異物混入検知装置において、円環状の枠体(11D)と、絶縁材を被覆しない第1の導通型の網状電極(12)と、絶縁材を被覆した絶縁型の網状電極(12B)と、第2の導通型の網状電極(12C)とが設けられ、前記第2の導通型の網状電極(12C)は第1の導通型の網状電極(12)と絶縁型の網状電極(12B)との間に設けられ、前記円環状の枠体(11D)はその断面において円環の内向きに第1の凸状突起(11u)と第2の凸状突起(11v)とが設けられ、それらの二つの凸状突起(11u、11v)に挟まれた溝部(11g)には第2の導通型の網状電極(12C)が配置され、第1の凸状突起(11u)の溝(11g)の反対側には第1の導通型の網状電極(12)が配置され、第2の凸状突起(11v)の溝(11g)の反対側には絶縁型の網状電極(12B)が配置されていることを特徴とする給油装置の異物混入検知装置。
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