JP2016118561A - 漏出検出センサデバイス、ホース区間部及び漏出検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】漏出をいち早く検出し、漏出の位置や種類を検出するセンサデバイス及び、検出システムを提供する。【解決手段】ホース区間部用のための漏出検出センサデバイス120は、センサ145a、145bを有する。このセンサ145a、145bは、流体の存在に反応するように配列された光ファイバを有する。センサ145a、145bは、ホース区間部105の伸縮に伴って伸縮するように配設された保護スリーブの内部に収容されている。張力付与手段は、センサ145a、145bの第一の端部を保護スリーブに接続し、保護スリーブ内にあるセンサ145a、145bに張力を付与するように構成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、漏出検出器に関する。特に、ホース内の流体の漏出検出に関する。
従来、オイルホースのように水中で使用するホースは、摩耗や裂け、経年変化といった様々な形態の損傷を受ける。その結果、ホースが破裂し、ホースの内容物の漏出や、ホース外部からの水の侵入といった問題が生じていた。一般に、水中ホースは内部カーカスと外部カーカスとを備え、いずれのカーカスも任意の地点で破裂が起こり得る。外部カーカスの破損は水の侵入を生じさせ、内部カーカスの破損はホースによって運搬される流体の漏出を生じさせる。従来、検出器はホースの区間の両端部に設置され、流体若しくは水がホースの区間の一端に達したときに初めて漏出を検出する。
従来の検出器には、ホース内の漏出を検出するために光ファイバを使用し、ホースの長手方向全長にわたって光ファイバを取り付けているものがある。検出器の中には、流体との接触によって膨潤する流体感度が高い材料で光ファイバを被覆し、光ファイバの変形を生じさせ、分光特性に影響を及ぼすようにしたものがある。
漏出をいち早く検出し、漏出の位置や種類を検出することが有益であるのは明白である。
本発明のホース区間部用の漏出検出センサデバイスは、光ファイバを有し、流体の存在に反応するように配列されたセンサと、該センサを収容し、該ホース区間部の伸縮に伴って伸縮するように配設された保護スリーブと、該センサの第一の端部を該保護スリーブに接続し、該保護スリーブ内にある該センサに張力を付与するように構成された張力付与手段と、を有することを特徴とする。
該保護スリーブはコイル状に形成された長尺部材を有し、該張力付与手段は付勢手段を有し、該付勢手段は該保護スリーブの第一の端部において該コイル状長尺部材に接続されると共に該センサの第一の端部に接続するようにしてもよい。
該付勢手段は、該保護スリーブ内で、該保護スリーブの第一の端部と該センサの第一の端部の間に配設されており、それぞれの第一の端部を互いに付勢しあうように配設してもよい。
該張力付与手段は、該センサの第一の端部を該付勢手段に接続する糸状体と、該糸状体を該センサの第一の端部に固定するように配列されたカラーとを有するようにしてもよい。
該カラーは熱を照射することで収縮し、該カラーの熱収縮により該糸状体を該センサの第一の端部に固定するものであってもよい。
該光ファイバは、その第一の端部が鏡面であって、該鏡面で該光ファイバに入射した光を反射させ、反射光を該光ファイバに沿って伝搬させるものであってもよい。
漏出検出センサデバイスは、該光ファイバに光を入射し、該光ファイバから光を検出するように配設された光学手段と、該光学手段と動作可能に接続され、該検出光に関するデータを処理するように構成された処理手段と、を更に有することを特徴としている。
漏出検出センサデバイスは、該処理手段と動作可能に接続されており、該処理データを担持した信号を送信する送信機を更に有するように構成してもよい。
漏出検出センサデバイスは、第2センサを更に有し、第1センサは第1流体の存在に反応するように構成されており、該第2センサは第1流体とは異なる第2流体の存在に反応するように構成してもよい。
本発明によるホース区間部は、内部カーカスと外部カーカスとを有するホース区間部であって、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の漏出検出センサデバイスを有し、該漏出検出センサデバイスは、該ホース区間部の第一の端部に対して固定され、該センサまたは該各センサは、該ホース区間部の該内部カーカスと該外部カーカスの間に配列されていることを特徴としている。
ホース区間部は、該ホース区間部の第二の端部に対して固定された第2センサデバイスを更に有し、該第2センサデバイスの該センサまたは該各センサは、該内部カーカスと該外部カーカスの間に配置するようにしてもよい。
本発明による漏出検出システムは、上述の漏出検出センサデバイスと、送信機から信号を受信するように配置された検出器と、受信信号を処理する手段とを有する監視手段と、を有することを特徴とする。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を単なる一例として説明する。
図1において、水中ホース100は接続された複数のホース区間部105から形成されており、使用時は水中に沈められた状態で使用される。漏出検出システム110は、モニタリングステーション115と、複数のセンサデバイス120と、から成り、2つのセンサデバイスをホース100の内部に設けられた各ホース区画105に固着させている。各センサデバイス120は単独で、送信されたソナー信号125を用いて、モニタリングステーション115と通信する。他の実施の形態では、ホース100は水中に沈めない状態(例えば、水面に浮動する)であってもよく、送信された信号125は電磁信号であってもよい。
複数のホース区間部105はそれぞれの両端部が互いに接続し合い、ホース100を形成している。各ホース区間部105の各端部はホース結合部材130よって隣接するホース区間部を互いに接続している。各ホース結合部材130は、管状部130aと、管状部130aより大きな径を有し管状部130aと接続するフランジ130bと、から成る。複数の孔がフランジ130bを貫通するように形成されており、各ホース結合部材130は孔を貫通してボルトで固定され、隣接したホース区間部105を耐水接続している。各ホース区間部105では、内部カーカス135aと外部カーカス135bが、2つの結合部材130の間に延出している。各結合部材130では、内部カーカス135aと外部カーカス135bの両方が管状部130aの外周面で封止されている。外部カーカス135bは、内部カーカス135aよりも径が大きく、内部カーカス135aと外部カーカス135bの間には空間140が形成されている。
センサデバイス120は、各ホース区間部105の各結合部材130に取り付けられている。各センサデバイス120は、問い合わせユニット140と、問い合わせユニット140から延びる一対のセンサ145aと145bと、を有する。センサ145aと145bは、それぞれの固定端から延出して並置されており、終端結合部130で問い合わせユニット140と接続し、ホース区間部105の長さ方向に沿ってほぼ中間に位置する各自由端と接続する。センサ145aと145bは、内部カーカス135aと外部カーカス135bの間の空間140において、内部カーカス135aの外周に巻回されている。このように、一つのホース区間部105に取り付けられた各センサデバイス120は、ホース区間部105の半分の長さに沿って延びている。
図2と図3に示すように、センサ145aと145bは、同様の構造を有する。一対のセンサ145aと145bのいずれか一方はオイル等の炭化水素生成物を検出し、他方は水を検出するために使用される。各センサ145aと145bは、流体との接触によって膨張する膨潤材料205で被覆されたセンサコア200を備える。光ファイバ210は、被覆されたセンサコア200に対して相対的非伸縮性結合剤215(本実施の形態では、ケブラー糸のような糸状体)で結合されている。光ファイバ210の自由端は鏡面化されており、本実施形態ではミラー終端ブロック300に接続されている(図4参照)。もし内部ホースカーカスまたは外部ホースカーカスのいずれかから漏出がある場合、これら2つのカーカスの間の空間140(つまり、センサ145aと145bが位置する空間)に、オイルまたは水が流入する。オイル若しくは水がセンサ145aと145bに接触すると、センサ145aと145bの一方が炭素水素生成物センサとしてまたは他方が水センサとしていずれかの膨潤材料205が膨張する。膨潤材料205は膨張するため、光ファイバ210は結合糸215に対し、センサ145aと145b沿線上の漏出位置に対応する位置で局所的な極小湾曲部を発生させる。漏出の存在を検知するために極小湾曲部を利用することは、当技術分野では公知である。本発明は他にも、同様の反応を示すセンサデバイスを採用してもよい。
図2と図4に示すように、損傷から保護するために、センサ145aと145bを保護スリーブ220内にそれぞれ収容する一方で、水またはオイルのような炭化水素生成物の漏出がセンサ145aと145bに到達できるようになっている。保護スリーブ220とセンサ145aと145bは、各固定端から延びており、終端結合部130および各自由端に対してそれぞれ固定されている。
自由端は、センサ145aと145bが取り付けられているホース区間部105の長さのほぼ中間に位置する。保護スリーブ220は、本実施の形態では、コイル状に形成された長尺部材であるが、螺旋状に巻かれた平らなストリップあるいはワイヤとして形成され、金属や十分に硬いプラスチックあるいは他の適当な材料で構成してもよい。使用時に、各ホース区間部105は、伸張、拡張および収縮する。弛緩状態では、ホース100が収縮するにつれて保護スリーブ220の収縮を許容するように、螺旋状の保護スリーブ220の各コイル間に間隔がある。同様に、保護スリーブ220の螺旋状の構造は、保護スリーブ220の伸張によりコイル間の間隔が広がる。それゆえ、ホース区間部105が拡張あるいは収縮すると、保護スリーブ220の拡張、収縮を許容するように構成されており、保護スリーブ220に損傷を与えることはなく、保護スリーブ220も拡張あるいは収縮する。
センサ145aと145bは、保護スリーブ220の内部に収容され、非伸縮性を有する。つまり、保護スリーブ220の構造のようにセンサ自体が膨張や収縮が可能な構造にはなっていない。それゆえ、各センサ145aと145bは、保護スリーブ220と相対的に動くように保護スリーブ220の内部に収容されている。すなわち、保護スリーブが伸縮または膨張するのに伴い、保護スリーブ220およびセンサ145aと145bとの間で軸方向の相対的なスライド運動が生ずる。
図4に示すように、各センサ145aと145bはアンチバンチング機構の形状を成しており、張力付与手段305は各センサ145aと145bの自由端を、センサコア200の自由端を超えて拡張する保護スリーブ220の自由端に接続する。アンチバンチング機構305は、保護スリーブ220の内部にある自身の自由端とセンサコア200の自由端との間の空間に収容されている。アンチバンチング機構305は、保護スリーブ220の内部で保護スリーブ220とほぼ同軸方向に拡張するスチール製エクステンションスプリング310と、ケブラー糸315(もしくは同様の材料)と、熱収縮カラー320と、から成る。
スチール製エクステンションスプリング310は、一端が保護スリーブの端部に、他端が保護スリーブ220の自由端に接続されており、保護スリーブ220に対して固定されている。保護スリーブ220の自由端では、螺旋状の最終段コイルが形成されており、最終段コイルは半径方向内側(図示せず)に向かい、保護スリーブ220の縦軸で約二分する位置にある。
ループ(図示せず)は、エクステンションスプリング310の保護スリーブの端部に形成されており、内側に向かった最終段コイルを囲み、保護スリーブ220の縦軸で約二分する位置で支持されている。ケブラー糸315は、エクステンションスプリング310の他端に形成されたフック(図示せず)の周囲に巻回されており、センサの端部を結び、エクステンションスプリング310をセンサ145aと145bの自由端に接続している。
熱収縮カラー320は、ケブラー糸315をセンサ145aと145bに固定し、センサコア200の終端とミラー終端ブロック300との間の位置で、ケブラー糸315をセンサコア200の表面に結合する。熱収縮カラー320は、ケブラー糸315上で少なくとも37ニュートンの張力となるように十分な長さに亘ってケブラー糸315をセンサコア200に固定する。
使用時に保護スリーブ220が伸張すると、収容するセンサ145aと145bに対して保護スリーブ220が軸方向に移動するため、各センサ145aと145bの自由端と保護スリーブ220の間の距離は長くなる。この場合、エクステンションスプリングス310が拡張し、センサ145aと145bあるいは結果として光ファイバ210が伸張せずに保護スリーブ220が伸長することになる。同様に、センサ145aと145b(は、それ自体を縮ませることはできないが軸方向に接触)、保護スリーブ220が収縮したときに保護スリーブ220に対して軸方向に動くため、各センサ145aと145bの自由端と保護スリーブ220の間の距離は短くなる。結果的には、エクステンションスプリング310は収縮し、センサの自由端を保護スリーブ220の自由端に向かって付勢する。各センサ145aと145bおよび保護スリーブ220のそれぞれの端部を付勢することで、アンチバンチング機構305はセンサの張力を維持し、保護スリーブ220の内部でセンサ145aと145bが塊状になったり、縒れたり、屈曲することを防止する。従って、アンチバンチング機構305は、光ファイバ210の縒れや屈曲によって発生し得る反射光の光度の変化を制限するとともに、光ファイバ210に対する損傷を防止あるいは少なくとも損傷を低減する。
図5に示すように、問い合わせユニット140は、発光体・光検出器400と、ソナー送信器405と、メモリ410と、これら3つを動作可能に接続するマイクロプロセッサ415と、から成る。本発明の実施の形態では、発光体・検出器400は一体化されているが、発光体と検出器を個別の装置としてもよい。
使用時では、発光体・検出器400は連続的あるいは周期的に照光し、各センサ145aと145bの光ファイバ210は発光体・検出器400に接続されている。各センサ145aと145bにおいて、光ファイバ210の全長に沿ってミラー終端ブロック300に向けて光が伝搬する。ミラー終端ブロック300は、このように伝搬した光を反射させ、反射光は光ファイバ210の全長に沿って光体・検出器400に向けて逆方向に伝搬する。マイクロプロセッサ415は、発光体・検出器400に接続されており、検出された光に対応するデータを収集、処理し、メモリ410に保存する。マイクロプロセッサ415は、ソナー送信器405を介してデータをモニタリングステーション115に送信する。いくつかの実施の形態では、反射光は信号中継器と信号変換器の少なくとも一方を介してモニタリングステーション115に送信される。ここで、信号変換器は送信されたソナー信号125を電磁波信号に変換するものである。
本発明の実施の形態では、処理されたデータは、検出された光に対応するデータおよび当業者が理解できるようなデータ送信に関連付けられている冗長データ(例えば、誤り訂正や誤り検出目的のためのデータ)を含む。発光体・検出器からデータを送信、保存、処理する代替方法は、当業者には明らかである。
前述のように、ホース区間部105での漏出は、光ファイバ210沿いの複数の局所的な位置でセンサ145aと145bのいずれか一方に極小湾曲部を発生させる。これらの位置で、光は光ファイバ210のコアから外部被覆に漏れる。この光は減衰を通して失われるため、発光器・検出器400によって検出される光の量が減少する。つまり、オイルや水が侵入し膨潤材料205と接触することで、発光器・検出器400によって検出される光の強度が減少する。光ファイバ沿いの任意の地点で、オイルや水の検出が起こり得ることは明らかである。
マイクロプロセッサ415は、発光器・検出器400によって放出された光パルスの強度、開始時刻、終了時刻、間隔、継続時間に対応する値にアクセスし、これらの値をメモリ410に保存する。発光器・検出器400によって検出された光は監視される。マイクロプロセッサ415は、監視期間に検出された光に関するデータを処理し、処理されたデータをメモリ410に保存する。監視期間に検出された光の強度の変化(量)は、センサと接触した流体の検出に対応する。検出された光を処理する一環として、マイクロプロセッサ415は、監視期間に検出された光の強度値と、同期間にメモリ410に保存された期待強度値とを比較する。比較した結果、検出された強度値が相当する期待値と比べ大幅に減少している場合、漏出が発生していることを示唆する。マイクロプロセッサ415は、検出値と期待値の間での差異の程度や、検出値が期待値を超えるかあるいは満たないかをメモリ410に保存する。これらの値は、モニタリングステーション115に送信されるデータの一部である。つまり、検出された光に対応するデータである。
多くの異なる方法によって、漏出の存在をオペレータに警告するものであってもよい。例えば、モニタリングステーション115で警告音が鳴る、あるいは、リモートデバイスに信号が送信されてもよい。モニタリングステーション115は、受信したデータが一定の条件を満たしたことに反応して警告音を鳴らすようにしてもよい。例えば、受信したデータは光の強度の検出値と期待値の間の差異の程度を有し、モニタリングステーション115は差異の程度が既定値に達したときを特定し警告音を鳴らす、あるいは、応答する信号を送信する。
上述の実施の形態では、炭化水素生成物センサ145aと145bは、熱硬化シリコン重合体のようにガソリンのような一般的な炭化水素に接触すると膨張する膨潤材料205で被覆されたガラス強化プラスチック(GRP)センサコア200を有する。膨潤材料205は押し出され、あるいは、センサコア200の上を浸漬被覆し、およそ50ミクロンから100ミクロンの間で薄膜コーティングする。同様に、水センサ145aと145bは、水と接触すると膨張するヒドロゲル膨潤材料205で被覆されたセンサコア200を有する。ヒドロゲルは、ポリーコポリ(PEO/PPO)ブロック共重合体ポリウレタン(PUU)である。PEOとPPOの割合は、膨張と膨潤材料205の物理的特性を変化させる。構成要素の割合は、水との接触で最大限に膨張する一方、最適な物理的強度を維持するように決定されている。これらの材料は再び同じ流体を検出するために、いったん完全に乾燥させ再利用される。
上述した実施の形態は改良や変形が可能であり、マイクロベンディングの性質を利用する他のセンサの設計を採用することができ、炭化水素または水の検出のために同様の物理的特性を有する他の適当な物質を利用することができる。2以上の異なる流体の検出を容易にするため、検出器120に追加のセンサを複数含めてもよい。重油燃料の検出にブチルゴムやEPDMといったゴム化合物をシリコンの代わりに利用してもよい。ガスといった他の流体の存在は、センサコア200の上に被覆されて特定の流体との接触で予測可能な体積変化を生じさせるのに適当な材料によって検出されてもよい。
上述の例示的な実施の形態の説明では、内部カーカス135aの周囲に巻き付く2つのセンサ145aと145bが各センサデバイス120に含まれている。上述の実施の形態の改良もしくは変形例において、ホース区間部の両端に渡ってセンサ145aと145bが同軸方向に1回または複数回折り重なるように延びることで、複数のセンサの異なる部分が隣接し、平行になるようにしてもよい。他の実施の形態では、各センサデバイスは1のセンサのみから成り、カーカス間にある空間の一端から他端に延びてもよい。このような配置で、ホース区間部の両端にある各センサデバイスはそれぞれ異なる流体を検出するようにしてもよく、カーカス間にある空間の全長に沿ってセンサ同士が巻き合うようにしてもよい。
上述の変形例において、ミラー終端ブロック300の代わりに、光ファイバ210をミラーリングによって終端してもよい。
上述の変形例において、スチール製テンションスプリングス310の代わりに、伸縮部材または当業者が容易に理解できるような他の適当な手段であってもよい。
上述の変形例において、ケブラー糸315の代わりに、スチールやプラスチックといった適当な材料でできたワイヤまたは撚糸であってもよい。あるいは、ケブラー糸315を完全に除き、スプリング310または他の適当な付勢手段がセンサコア200に直接接続されてもよい。
上述の変形例において、熱収縮カラー320の代わりに、糸状体315あるいはその代替手段を固定するために適した手段、または、センサコアに対する伸縮あるいは付勢手段であってもよい。適した手段とは、ジュビリークリップのような開閉可能な金属カラー、または、センサコア200に打ち込まれる螺子、鋲等が含まれる。当業者にとって他の適した手段は自明である。
上述の実施の形態もしくはそれらの変形例では、マイクロプロセッサ415の代わりに、ARM7TDMI等のように好ましくは省電力であって適当なプロセッサであってもよい。メモリ410は、適当な配置でオンチップもしくはオフチップメモリに接続されていてもよい。上述のとおり、単にデータの保存や取得に適していることが必要である。
上述の実施の形態において、マイクロプロセッサ415で実行されるいくつかまたは全ての処理は、モニタリングステーション115で実行されていてもよい。例えば、マイクロプロセッサ415は、発光器・検出器400から単にデータを取得するように動作可能とし、送信器405を介し当該データを分析する(例えば、期待強度値との比較)監視コンソール115にデータを送信してもよい。
105・・ホース区間部 115・・モニタリングステーション 120・・センサデバイス 135a・・内部カーカス 135b・・外部カーカス 145a、b・・一対のセンサ 210・・光ファイバ 220・・保護スリーブ 300・・ミラー終端ブロック 305・・アンチバンチング機構 310・・エクステンションスプリングス 315・・ケブラー糸 320・・熱収縮カラー 400・・発光器/光検出器 405・・送信器 415・・マイクロプロセッサ
Claims (10)
- 光ファイバを有し、流体の存在に反応するように配列されたセンサと、
該センサを収容し、ホース区間部の伸縮に伴って伸縮するように配設された保護スリーブと、
該センサの第一端部を該保護スリーブに接続し、該保護スリーブ内にある該センサに張力を付与するように構成された張力付与手段と、を有し、
該保護スリーブは、コイル状に形成された長尺部材を有し、
該張力付与手段は、付勢手段を有し、該付勢手段は該保護スリーブの第一端部において該コイル状長尺部材に接続されると共に該センサの第一端部に接続され、
該張力付与手段は、該センサの第一端部を該付勢手段に接続する糸状体と、該糸状体を該センサの第一端部に固定するように配列されたカラーとを有することを特徴とする漏出検出センサデバイス。 - 該付勢手段は、該保護スリーブ内で、該保護スリーブの第一端部と該センサの第一端部の間に配設されており、それぞれの第一の端部を互いに付勢しあうように配設されていることを特徴とする請求項1に記載の漏出検出センサデバイス。
- 該カラーは熱を照射することで収縮し、該カラーの熱収縮により該糸状体を該センサの該第一端部に固定することを特徴とする請求項1又は2に記載の漏出検出センサデバイス。
- 該光ファイバは、第一端部が鏡面であって、該鏡面で該光ファイバに入射した光を反射させ、反射光を該光ファイバに沿って伝搬させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の漏出検出センサデバイス。
- 該光ファイバに光を入射し、該光ファイバから光を検出するように配設された光学手段と、
該光学手段と動作可能に接続され、該検出光に関するデータを処理するように構成された処理手段と、を更に有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の漏出検出センサデバイス。 - 該処理手段と動作可能に接続されており、該処理データを担持した信号を送信する送信機を更に有することを特徴とする請求項5に記載の漏出検出センサデバイス。
- 第2センサを更に有し、
第1センサは第1流体の存在に反応するように構成されており、該第2センサは第1流体とは異なる第2流体の存在に反応するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の漏出検出センサデバイス。 - 内部カーカスと外部カーカスとを有するホース区間部であって、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の漏出検出センサデバイスを有し、該漏出検出センサデバイスは、該ホース区間部の第一の端部に対して固定され、該センサまたは該各センサは、該ホース区間部の該内部カーカスと該外部カーカスの間に配列されていることを特徴とするホース区間部。
- 該ホース区間部の第二の端部に対して固定された第2センサデバイスを更に有し、
該第2センサデバイスの該センサまたは該各センサは、該内部カーカスと該外部カーカスの間に配置されていること特徴とする請求項8に記載のホース区間部。 - 請求項5または請求項5に従属する請求項6および請求項7のいずれかに記載の漏出検出センサデバイスと、
送信機から信号を受信するように配置された検出器と、受信信号を処理する手段とを有する監視手段と、を有することを特徴とする漏出検出システム。
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