JP2019164054A - 水分検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲に金属部材が存在する場所や静電気が発生する可能性のある場所に設置することができる水分検知装置１を提供する。【解決手段】実施形態の水分検知装置１は、金属材料で形成された検知面が少なくとも一部に設けられているケース２と、ケース２に収容されて検知面に接触した状態で設けられている熱流センサ３と、ケース２に収容されて熱流センサ３を挟んで検知面と反対側に設けられている熱源４と、ケース２に収容されて熱流センサ３の検知結果に基づいて水分を検知したか否かを判定する判定部７と、を備えており、熱源４から検知面向かう熱流を検出する向きで熱流センサ３を配置し、検知面の外側に水分が付着してない状態における熱流センサ３の出力が熱飽和状態とすることが可能な熱量で熱源４を常時発熱させ、熱流センサ３の出力が予め定められている閾値を超えて変化した場合に水分を検知したと判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、水分を検知する水分検知装置に関する。

従来、配管等からの漏水を検知する水分検知装置が知られている。このような水分検知装置では、例えば特許文献１に記載されているような静電容量の変化に基づいて水分を検知する静電容量式のものや、電気抵抗の変化に基づいて水分を検知する抵抗式のものがある。

特開２００２−３５７５８２号公報

しかしながら、静電容量式の場合、検知部の周囲に金属部材が存在すると誤検知するおそれがあるため、設置場所や対象物が限定されるという問題がある。また、静電容量式の場合、静電気が発生する場所への設置には向かないという問題がある。また、抵抗式の場合、検知部を露出させる必要があるため、水分を接触すると腐食する可能性があることが問題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲に金属部材が存在する場所や静電気が発生する可能性のある場所に設置することができる水分検知装置を提供することにある。

請求項１記載の水分検知装置は、少なくとも一部が検知面になるケースと、ケースに収容されて検知面に接触した状態で設けられている熱流センサと、ケースに収容されて熱流センサを挟んで検知面と反対側に設けられている熱源と、ケースに収容されて熱流センサの検知結果に基づいて水分を検知したか否かを判定する判定部と、を備えている。

つまり、水分検知装置では、熱流センサを含めて水分の検知に必要となる部品を全てケース内に収容している。これにより、静電気の影響を受けることがなくなり、さらには、熱流センサが外部に露出していないことから腐食するおそれを無くすことができる。

そして、水分検知装置は、熱源から検知面向かう熱流を検出する向きで熱流センサを配置し、検知面の外側に水分が付着してない状態における熱流センサの出力が熱飽和状態とすることが可能な熱量で熱源を常時発熱させ、熱流センサの出力が予め定められている閾値を超えて変化した場合に水分を検知したと判定する。

これにより、熱流に基づいて水分を検知する構成となっていることから、周囲に金属製の構造物等が配置されていたとしても、それらの影響を受けることなく水分を検知することができる。したがって、周囲に金属部材が存在する場所や静電気が発生する可能性のある場所に設置することができる。

請求項２記載の水分検知装置は、検知面を金属材料で形成している。これにより、検知面での熱伝導率が高くなり、水分が付着した際に熱流センサの出力がより大きく変化するようになり、誤検知するおそれを低減することができる。

請求項３記載の水分検知装置は、ケースの外側に、検知面を設置面から離間した状態で支持するスペーサを備える。これにより、例えば金属製の配管の表面に設置したとしても、検知面が配管の表面から離間した状態になるため、熱源からの熱が配管によって奪われてしまうことを抑制できるとともに、熱源を過度に発熱させる必要もなくなる。

請求項４記載の水分検知装置は、ケースに収容され、判定部による判定結果を無線通信により外部の装置に出力する出力部を備える。これにより、水分検知装置を密閉した状態、且つ、外部配線が不要な状態とすることができ、様々な場所に設置することができる。

実施形態による水分検知装置の電気的構成を模式的に示す図 水分検知装置の配置態様を模式的に示す図 熱流センサの出力態様を模式的に示す図

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の水分検知装置１は、ケース２内に、熱流センサ３、熱源４、制御部５、通信部６等を収容している。本実施形態では、水分検知装置１を、内部を水等の液体が流れる金属製の配管の表面に設置することを想定している。

ケース２は、本実施形態では、直径が概ね数センチ程度の中空の円柱状に形成されている。このケース２は、耐腐食性を有する金属材料によって形成されており、空気に比べて大きな熱伝導性を有するものとなっている。ただし、ケース２は、壁面２ｃや上面２ｄは例えば樹脂材料で形成することもできる。つまり、ケース２は、水分を検知するための検知面が少なくとも一部に設けられていればよい。なお、このケース２の内部空間２ａは、必要に応じて例えば封止材等で充填する構成とすることもできる。

熱流センサ３は、熱の移動量および移動方向を検知するものであり、単位時間や単位面積当たりを通過するエネルギーを検知する。熱流センサ３は、フィルム状に形成されており、図２に示すようにケース２の内面、本実施形態では検知面である底面２ｂの全体に接触した状態で設けられている。なお、図２では、説明の簡略化のためにハッチングを省略している。

この熱流センサ３は、自身の厚み方向への熱流、つまりは、熱源４から本実施形態での検知面である底面２ｂに向かう熱流を検知する。なお、熱流センサ３そのものは、周知の構成のものを採用すればよい。

熱源４は、通電により発熱するものであり、熱流センサ３を挟んで検知面とは反対側に設けられている。この熱源４は、詳細は後述するが、検知面の外側に水分が付着してない状態における熱流センサ３を熱飽和状態とすることができる熱量で、常時発熱している。本実施形態では熱源４としてコンデンサを用いているが、例えば抵抗等の素子やいわゆるヒータ等を熱源４として用いることができる。

また、図１および図２では１つの熱源４を図示しているものの、熱流センサ３の全体が均等に熱飽和状態となるように複数の熱源４を配置することもできる。この熱源４は、制御部５および通信部６とともに基板に実装された状態でケース２内に設けられている。ただし、熱源４を基板に実装しない構成とすることも勿論可能である。

制御部５は、水分検知装置１を制御するマイクロコンピュータで構成されており、ケース２内に設けられている図示しないバッテリからの電力供給によって動作する。また、このバッテリは、熱流センサ３、熱源４および通信部６にも電力を供給する。この制御部５は、水分を検知したか否かを判定する判定部７を有している。

判定部７は、本実施形態ではマイクロコンピュータで実行されるプログラムによってソフトウェアで実現されている。この判定部７は、詳細は後述するが、熱流センサ３の出力が予め定められている閾値を超えて変化した場合に、水分を検知したと判定する。

通信部６は、判定部７による判定結果、つまりは、水分を検知したか否かを無線通信により、図示しない外部の装置に出力する。この通信部６は、制御部５とともに出力部を構成している。通信部６で採用する通信方式は、周知のものを採用することができるが、低消費電力であることが望ましい。

ケース２の底面２ｂには、ケース２の底面２ｂを設置面９から離間した状態で支持するスペーサ８が設けられている。本実施形態では、スペーサ８は、水や金属に比べて熱伝導率が相対的に低い樹脂材料により形成されており、ケース２の底面２ｂに互いに平行となるように２本配置されている。

なお、スペーサ８は、例えばケース２の底面２ｂにおいて周方向に均等な３あるいは４箇所に設けた凸部により形成することもできるし、ケース２の壁面２ｃの一部を底面２ｂから突出するようにして形成することもできる。

次に、上記した構成の作用について説明する。
前述のように、従来から用いられている静電容量式や抵抗式の場合、設置場所や対象物が限定されたり、静電気が発生する場所への設置には向かなかったり、センサ部分を露出させる必要があるため腐食する可能性があること等が問題となっている。

そこで、本実施形態では、水分を検知するセンサ部分を熱流センサ３で構成するとともに、その熱流センサ３をケース２内に収容している。これにより、金属材料の付近に設置することが可能になるとともに、静電気の影響を受けることがなく、また、熱流センサ３が露出していないため腐食するおそれもなくなる。

そして、熱流センサ３の上面２ｄに熱源４を設け、常には熱流センサ３が熱飽和状態となるようにしている。これは、熱流センサ３は熱流を検知するものであるが、熱流の大きさが小さいと誤検出するおそれがあるため、ケース２に水分が付着した際の熱流を意図的に大きくするためである。

具体的には、ケース２の底面２ｂに水分が付着していない場合、スペーサ８によってケース２が設置面９から浮いた状態になっているため、底面２ｂには外気つまりは空気が触れていることになる。この場合、空気によって底面２ｂが冷却されることで若干の熱流が発生することが想定される。

ただし、水の熱伝導率は周知のように比較的小さいため、水分が付着していない場合の熱流センサ３の出力は、図３に「水分なし」のグラフ（Ｇ１）に示すように概ね一定値、より厳密に言えば、所定の閾値（Ｔｈ）を十分に下回る範囲内で多少の振れ幅を有する程度になると考えられる。

これは、ケース２の外面では、いわゆる空冷式の冷却装置のようにファン等で強制的に空気が流さている訳ではなく、空気が自然対流しているだけであるためである。この場合、判定部７は、水分が付着していない、つまりは、水分が検出されていないと判定する。

これに対して、図３に「水分あり」のグラフ（Ｇ２）に示すように、今まで空気が存在していた外面に時刻（ｔ０）において水分が付着したとすると、水の熱伝導率は空気に比べて周知のように２０倍以上大きいため、熱飽和状態にある熱流センサ３は、付着した水分によって底面２ｂが急激に冷却されることから、底面２ｂ側に向かって自身を流れる大きな熱流を検知する。

その結果、熱流センサ３の出力は、閾値（Ｔｈ）を超えるような変化を示すことになる。この場合、判定部７は、熱流センサ３の出力が予め定められている閾値（Ｔｈ）を超えて変化したことから、ケース２に水分が付着した、つまりは、水分が検知されたと判定する。

このようにして水分検知装置１は、熱流センサ３を用いてケース２への水の付着つまりは水分の検出を行っている。なお、閾値（Ｔｈ）は、予め実験を行うことにより、水分が付着した状態と付着していない状態とを判定できる値が設定されている。

以上説明した水分検知装置１によれば、次のような効果を得ることができる。
水分検知装置１は、少なくとも一部に検知面が設けられているケース２と、ケース２に収容されて検知面に接触した状態で設けられている熱流センサ３と、ケース２に収容されて熱流センサ３を挟んで検知面と反対側に設けられている熱源４と、ケース２に収容されて熱流センサ３の検知結果に基づいて水分を検知したか否かを判定する判定部７と、を備えている。

つまり、水分検知装置１では、熱流センサ３を含めて水分の検知に必要となる部品を全てケース２内に収容している。これにより、静電気の影響を受けることがなくなり、さらには、熱流センサ３が外部に露出していないことから腐食するおそれを無くすことができる。

そして、水分検知装置１は、熱源４から検知面向かう熱流を検出する向きで熱流センサ３を配置し、検知面の外側に水分が付着してない状態における熱流センサ３の出力が熱飽和状態とすることが可能な熱量で熱源４を常時発熱させ、熱流センサ３の出力が予め定められている閾値を超えて変化した場合に水分を検知したと判定する。

これにより、熱流に基づいて水分を検知する構成となっていることから、周囲に金属製の構造物等が配置されていたとしても、それらの影響を受けることなく水分を検知することができる。したがって、周囲に金属部材が存在する場所や静電気が発生する可能性のある場所に設置することができる。

また、耐腐食性を有する金属材料でケース２を形成したことにより、水分検知装置１は、実施形態のように配管の表面に設置した場合には漏水検知センサとして機能することができ、例えば常には水分が流れている流路や配管の内部にせっちすれば断水検知センサとして機能することができ、タンク内に設置すれば水位センサとして機能することができる等、様々な用途に適用することができる。

また、水分検知装置１は、検知面である底面２ｂを金属材料で形成している。これにより、検知面での熱伝導率が高くなり、水分が付着した際に熱流センサの出力がより大きく変化するようになり、誤検知するおそれを低減することができる。

また、水分検知装置１は、ケース２の外側に、検知面を設置面９から離間した状態で支持するスペーサ８を備えている。これにより、例えば金属製の配管の表面に設置する際には検知面が配管の表面から離間した状態になるため、熱源４からの熱が配管に流れてしまうことを抑制でき、熱源４を過度に発熱させる必要がなくなる。そのため、実施形態のようにバッテリにより駆動する場合においてバッテリの消耗を抑制できる等、さらなる効果を得ることができる。

さらに、検知面が設置面９から浮いていることから、配管の表面が単に結露しただけであれば水分を検知することがないため、水分の検知をより正確に行うことができる。また、実施形態のように検知面を水分検知装置１の底面全体とし、また、熱流センサ３を熱飽和状態としていることにより、結露により数滴の水が流れただけ場合にはそれほど熱流が検知されず、検知面の全体に接触する量の水分が生じた場合に大きな熱流が検知されることから、例えば配管の漏水であるか否かを正確に判定できる等、実際に使用する際におけるさらなる効果を得ることができる。

また、水分検知装置１は、ケース２に収容されて判定部７による判定結果を無線通信により外部の装置に出力する出力部を備えている。これにより、水分検知装置１を密閉した状態、且つ、外部配線が不要な状態とすることができ、様々な場所に設置することができる。

また、水分検知装置１は、上記した実施例で示したものに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で適宜拡張や変形することができる。
例えば、実施形態では円柱状のケース２を例示したが、直径を変えたり直方体形状としたりする等、その外形を適宜設定することができる。

また、実施形態では底面２ｂを検知面としたが、壁面２ｃを検知面とすることができる。その場合、壁面２ｃに熱流センサ３を配置すればよい。なお、上面２ｄについては、水分検知装置１を上下に反転させることで対応できる場合にはそのようにすればよいし、熱流センサ３を上面２ｄに配置することもできる。

また、実施形態では底面２ｂ全体を検知面としたが、底面２ｂの一部を検知面とすることもでき、その場合、検知面となる底面２ｂの一部を金属材料で形成することもできる。これは、壁面２ｃや上面２ｄの場合も同様である。また、実施形態では検知面を金属材料で形成したが、検知面を樹脂材料等で形成することもできる。

図面中、１は水分検知装置、２はケース、２ｂは底面（検知面）、２ｃは壁面（検知面）、２ｄは上面（検知面）、３は熱流センサ、４は熱源、５は制御部（判定部、出力部）、７は判定部、６は通信部（出力部）、８はスペーサ８、９は設置面を示す。

Claims (4)

1. 検知面が少なくとも一部が検知面になるケースと、
   前記ケースに収容され、前記検知面に接触した状態で設けられている熱流センサと、
   前記ケースに収容され、前記熱流センサを挟んで前記検知面と反対側に設けられている熱源と、
   前記ケースに収容され、前記熱流センサの検知結果に基づいて水分を検知したか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記熱流センサは、前記熱源から前記検知面に向かう熱流を検出する向きで配置されており、
   前記熱源は、前記検知面の外側に水分が付着してない状態における前記熱流センサを熱飽和状態とすることが可能な熱量で常時発熱しており、
   前記判定は、前記熱流センサの出力が予め定められている閾値を超えて変化した場合に、水分を検知したと判定することを特徴とする水分検知装置。
2. 前記検知面は、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の水分検知装置。
3. 前記ケースの外側に、前記検知面を設置面から離間した状態で支持するスペーサを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の水分検知装置。
4. 前記ケースに収容され、前記判定部による判定結果を無線通信により外部の装置に出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の水分検知装置。

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