JP4377194B2 - 油漏れセンサー及び油分検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、表面を吸油フィルターで被ったセンサーを用いてセンサーの周囲媒質、特に油分の放熱抵抗（熱伝導率）の変化等から得る出力ｍＶを検知する油漏れセンサー及び油分検出方法であって、僅かな量の油であっても検知できる油漏れセンサー及び油分検出方法に関するものである。

このような油漏れセンサーとしては以下のものがある。例えば特許文献１の「油浸型電力ケーブル用終端接続部」がある。これはケーブルの終端接続部において、油密モールド部に隣接して導電性プラスチック層を設け、この油密モールド部に事故が発生して充填されていた絶縁油が油漏れした場合、絶縁油は直ちに隣接する導電性プラスチック層に吸収され、この導電性プラスチック層は膨潤乃至溶解し、層の導電率が低下し、電気抵抗が高くなる。従ってこの抵抗値を測定することによって、油密モールド部の油漏れを検知することができるものである。
また、特許文献２の「漏洩検査材および検査方法」がある。これは検査体からの水や油等の液体の漏れを検出するものであり、通気性フィルムと、当該通気性フィルム上に設けられた色調の濃い着色層と、当該色調の濃い着色層上に設けられた、濡れると透明になり、乾燥すると不透明になる白色層とからなる漏洩検査材を試験体表面に貼り、漏れてくる液体で白色層が透明になり、濃い着色層がみえて、色調の変化により液体の漏れを検出するものである。
また、特許文献３の「油漏れ検出器」がある。これは油を吸い取る油吸い取り部と、この油吸い取り部を挟んで対峙する電極とによって油漏れ検出器を構成し、油を吸い取ることによる二つの電極間の静電容量の変化によって、油漏れを検出するものである。
実開平６−９３３９号公報 特開平１０−１８５７４２号公報 特開２０００−１８０２８９号公報

しかしながらこれら従来の油漏れ検出器において、上記特許文献１のものは、漏れた油が導電性プラスチック層に吸収され、この導電性プラスチック層が膨潤乃至溶解し、層の導電率が低下し、この電気抵抗の変化により、油を検出するもので、油を吸収することによる導電性プラスチック層の膨潤乃至溶解が必要であり、これによって導電率が変化しなければならず、導電率の変化が必ず生じるかどうかが微妙であり、信頼性に欠ける。
また、上記特許文献２のものは、漏れてくる液体で白色層が透明になり、濃い着色層がみえて、色調の変化で油漏れを検出するもので、液体による白色層の透明化が一定かどうか分からず、専ら色調の変化をとらえるため、これを見落としてしまったり、見間違う恐れがある。
さらに、特許文献３のものは、油吸い取り部での油を吸い取ると、これを挟んで設けられた電極において静電容量が変化するが、この静電容量の変化による検出は、油が相当量しみ込まないと静電容量が変化せず、僅かな油漏れは検出しにくい。

この発明はこれらの点に鑑みて為されたもので、極めて簡単な構造で、精度の良い、感度の高い油漏れセンサーを提供し、上記課題を解決しようとするものである。

そこで、発明者らは既に開発した特許第３０７３９４４号「平型シート状界面センサー」に着目し、この熱電対の接点部材の外周に、水をはじき、油を吸着するフィルターを設け、この吸油フィルターに油が吸着したことによる放熱抵抗の変化から生じる出力ｍＶを検知するようにした。以下この発明の具体的な構成を示す。
請求項１の発明は、熱電対の金属片からなる二種の接点部材の第１の接点部と、熱電対感応部をなす第２の接点部を、相互に離して設け、上記第２の接点部を加熱する加温部を設け、上記第１の接点部は上記加温部の熱を受けない箇所に設置し、これらの部材の表面を撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルターで被い、水及び油の放熱抵抗の相違に基づいて、当該吸油フィルターに油が吸着したことによる放熱抵抗の変化から生じる出力を検知する油漏れセンサーを用いて、油分と水分とからなる混合液から、油分を検出する油分検出方法とした。

請求項２の発明は、熱電対の金属片からなる二種の接点部材の第１の接点部と、熱電対感応部をなす第２の接点部を、相互に離して設け、上記第２の接点部を加熱する加温部を設け、上記第１の接点部は上記加温部の熱を受けない箇所に設置し、これらの部材の表面を撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルターで被い、水及び油の放熱抵抗の相違に基づいて、当該吸油フィルターに油が吸着したことによる放熱抵抗の変化から生じる出力を検知する上記請求項１の発明で使用する油漏れセンサーとした。
また、請求項３の発明は、油漏れセンサーが、窓の付いた卵形状ないしカプセル形状の容器に収容されている上記請求項２に記載の油漏れセンサーとした。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の１個の油漏れセンサーは、常時、油の入った容器内に置いておき、他の油漏れセンサーを油分、ないし水分と油分との混合液が入るように構成させた容器内に置いておいて、両センサーの合成出力を、常時、監視メーターで監視し、後者のセンサーが油分を吸収したとき、直ちに、油漏れを検出する油分検出方法とした。

請求項１乃至３の発明によれば、吸収力の高い吸油フィルターで油を吸収し、熱電対を用いて、油と他の周囲媒質の放熱係数（主に熱伝導率、比熱、比重）による出力差により油を検出するため、僅かな油漏れでも感知し、検出することができ、従来のものより感度が良い。従って、微量のＰＣＢを含んだ油も検出できる。また、極めて簡単な構成のため、どのような狭い箇所にも取付けることができ、かつ検出表示も確実に行える。
また、請求項４の発明によれば、二つのセンサーの合成出力を常時監視し、常時油分に触れていないセンサーが油分を吸着した場合に監視メーターが動く構成をとっているため、油検知の感度が良く、油の検出表示が分かり易くできる利点を有する。

熱電対を用いて成るセンサーの検出部表面を、撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルターで被うという極めて簡単な構造により、僅かな油分でも吸油フィルターが吸着し、これをセンサーが検出する、精度の高い油分検出センサーが得られる。

以下この発明を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、この発明の油漏れセンサーのうち、放熱式油漏れセンサー１の概略構成を示すもので、熱電対の二種の金属片からなる二つの接点部材の第１の接点部５と、熱電対感応部をなす第２の接点部６を、相互に離して設けた熱電対部１３と、上記第２の接点部６を加熱する加温部７とを設け、上記熱電対部１３の第１の接点部５は上記加温部７の熱を受けない箇所に設置し、さらにこれらの部材を撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルター１２で被ったものである。なお上記熱電対部１３と加温部７とは、例えば、幅１５ｍｍ、長さ４５ｍｍ、厚み０．３ｍｍの絶縁基板２上に配置したものである。

次に、図２に上記センサー１に用いる熱電対の原理構成を示す。絶縁基板２上に、熱電対の二種の薄い金属片から成る接点部材３、４を設け、これらの接点部材３、４の各一端を接続し、この接点を第１の接点部５とし、接点部材４の他端で次の接点部材３と接続し、この接点を第２の接点部６とする。上記第１の接点部５と第２の接点部６は互いに離れた位置に形成するとともに、第２の接点部６を加熱するヒーターから成る加温部７を絶縁基板２の裏面に薄膜状に形成している。そして上記二つの接点部材３，３の他端からリード線８，９を導出している。また、上記加温部７のヒーターはリード線１０，１１を導出している。リード線８、９によって一組の示差熱電対回路を形成するが、この回路には出力計を設ける。
また、これを構成単位として、上記接点部材３、４を交互に接続してそれらの接点部５、６を介して多段に直列接続する熱電対を形成することも出来る。この多段に接点部材３、４を直列接続した熱電対は出力感度が高くなる。

上記図２において、上記第１の接点部５は上記加温部７の熱の影響を受けないように、加温部７から離れたところに配置してあるので、第２の接点部６と示差回路を構成し、放熱係数出力の温度補償接点として作用し、かつ被検知物の温度の熱電対温度計のセンサーとして使用することもできる。第２の接点部６は、加温部７に一定電流を通電して加熱することにより、第１の接点部５に対する高温側接点をなす。従って両端のりード８、９から第１の接点部５と第２の接点部６の温度差に応じた熱電対の出力を得ることができるので、センサー１がフィルター１２で油を吸収すると、油の放熱係数に応じてその温度差が変化し、示差回路の差分の直列出力の変化として検知することができる。

この油漏れセンサー１の上記加温部７のヒーターとして、例えば定格３．７Ｖ、０．０６Ａ、約０．２２Ｗのものを使用し、この定格電流を上記ヒーターに流した場合、常温空気中での出力は１４〜１６ｍＶであった。この空気中から水の中に当該センサーを移動すると水への熱の伝導（奪われ）があり、出力が若干下がるが、上記吸油フィルター１２は、撥水性のため、水が直接熱電対部１３に触れないので安定する。水中での出力は、上記加温部７への上記と同じ入力で、１０〜１４ｍＶであった。
このような状態において、図３に示すように、この水中で油分が発生した場合、このセンサー１のフィルター１２が油分を吸い込み、センサー１の周囲の熱抵抗を変化させ、そこで熱電対部１３の第２の接点部６は、この出力（ｍＶ）の変化を検知した。油分の場合の出力は、上記加温部７への上記と同じ入力で、５〜８ｍＶであった。

また、上記吸油フィルター１２は、上述の様に、撥水性でかつ親油性の繊維から成るものであるが、これを模擬的に示すと、水中に入れた場合、図４に示すように、繊維１４と繊維１４との間に水１５が物理的に混入する。しかし油分１６を吸収していくにしたがい置換効果により水は排除されていく。そして約１０倍の油分を吸収できるものである。この吸油フィルター１２は、市販品を使用することができ、例えば、三井化学株式会社からタフネルオイルブロッター（登録商標）なる名称で販売されているものが使用できる。マット状、ロール状、チューブ状等のものがあるので、用途に応じて適宜選択すれば良い。

図５はこの油漏れセンサー１を水中に設置し、油分の検出を行った際の出力の経時変化をしめすグラフであり、センサー１に上記定格電流を流して加温部７を作動させると、約５分間で立ち上がり、水面放熱をしてその後、安定状態にはいり（水中での出力１０〜１４ｍＶ）、監視していることを示している。そして油分を吸収すると、出力値は油分の出力５〜８ｍＶの範囲内に入り、そこで一定時間後に、油分の検出を断定し、これを表示ランプやブザー等で警報する。これとともに、自動的に加温部７をオフにする。なお、図５では、表示ランプは、白黒のみの表示であるが、色分けして表示することができる。たとえば、立ち上がり状態ではオレンジ、安定状態では緑、油分断定状態では赤等とすることである。

次にこの発明の実施の状況を示す。図６は、水面に浮遊する油を検知する場合の一例を示したものである。卵形状ないしカプセル形状の容器１７内にこの油漏れセンサー１を設けたもので、容器１７の窓１８から水や油が内部に入り、センサー１の吸油フィルター１２に接触するようになっており、当該容器１７はその下部に設けた重り１９により常に水面２０に漂い、水面の油を検知しやすいように調整してある。
これは図７に示すように、ＯＦケーブル２１等が収納された洞道２２の内部に設けた排水桝２３に容器１７を浮かせておいて、排水桝２３に油が混じった際、当該油を検出するものである。この排水桝２３は、洞道２２の長手方向に一定間隔毎に設けられ、その区間内の壁からの漏水や雨水などがこの桝に集められ外部に自動排水されるもである。仮にこの区間に漏油があれば、この排水桝２３に油が流れ込むので、上述のように容器１７を浮かべておけば、この水面薄膜状の油を検知する。

上記図７に示すように洞道２２内の排水桝２３に、容器１７を浮かべ、この排水桝２３に流れ込んだ水面薄膜状の油を検出する場合、雨水と一緒に界面活性剤混じりの水（主に洗剤）が流れ込む恐れがある。この発明の吸油フィルター１２は界面活性剤に対する撥水性はなく、洗剤混じりの水を吸収し、これにセンサーは反応する。しかし、その結果出力は１ｍＶ近くになるが、この状態で放置しても吸油フィルター１２は元来、親油性であるから、油がくれば、水と油を置換し、センサーの出力は約６ｍＶになる。
このように、水と油とは出力値が明らかに異なるので、このセンサーで洗剤混じりの水や普通の水と、油の識別が出来ることが分かる。それ故、上記排水桝２３に洗剤が混じった水が入ってきても誤報を出すことはない。

図１のセンサーにより、次の条件で試験すると、以下のデータが得られた。
（条件）
ヒーター抵抗 １３０Ω
ヒーター電流 ２８ｍＡ
加熱容量 １０２ｍＷ
（データ）
空気中出力 約１２ｍＶ
油中出力 約６ｍＶ
水中出力 約１ｍＶ
吸油フィルター１２は、疎水性であるから通常の水では吸着せず、吸着材内部は空気であるのでデータの空気中出力約１２ｍＶ位を示す。吸油フィルター１２に、油が吸着されてセンサーに触れると出力は約６ｍＶになる。

この発明による油、水の検知の理由は、次のように考えられる。
油の放熱抵抗値は水の放熱抵抗値より高い。
熱容量＝比熱×比重×温度差である。
今、熱容量を一定として温度差を求めると（このセンサーの場合、熱容量とは投入熱量）、温度差＝投入熱量／比熱×比重となる。
ここで、油と水の比熱比は２倍油の方が大きい。
また、油と水の比重比は、０．８倍油の方が小さい。
従って、センサーを油中に入れたときの方が、水中に入れたときより０．６倍小さくなるはずである。
しかし、センサーから熱（投入熱量）が水中、及び油中に放熱するとき、水や油の対流項を無視すれば、両媒質の熱伝導率に放熱熱量は依存する。
水の熱伝導率＝０．５６１
油の熱伝導率＝０．１３６
油の方が２．６倍熱伝導率が悪い。従って、油の中では温度が低いが放熱しないので、だんだん自分自身の温度を上げてしまう。また、対流項を無視したが、油の粘性を考慮すると、より水との放熱量に差異が生じるので、より見分けができる。

また、図８はこの油漏れセンサー１を上記洞道２２内のＯＦケーブル２１の接続部外周に直に巻き付けて装着した状態を示すもので、ＯＦケーブル２１から僅かでも油漏れがあれば、油分を吸油フィルター１２（図示省略）が吸収し、熱電対部１３が反応して油を検出するようになっている。さらにこれに代えて、図示は省略したが、上記ＯＦケーブル２１の各接続部の下に当該油漏れセンサー１を敷き詰めた受け皿を置いて、ケーブルからの油漏れを検知することもできる。

さらに、図９に示すように、上記油漏れセンサー１を二つ設け、Ａセンサーを常時油の中に入れておき、他方のＢセンサーを上記排水桝２３の水の中に入れておき、ＡセンサーとＢセンサーの合成出力（アンバランス差分）を常時監視メーター２４で監視し、Ｂセンサーが油分を吸着した場合、監視メーター２４が０ｍＶを表示する構成とすることも出来る。この場合は、油検知の感度が良く、油の検出表示が分かり易い利点を有する。

この発明の実施の形態例の油漏れセンサーの概略構成図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーの原理構成図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーを水中に設け、油分を検出する状態を示す、概略断面図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーの吸油フィルターの繊維の構成を模擬的に示す説明図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーの油検出出力の経時変化を示すグラフ図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーをカプセルに入れた断面側面図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーを使用する場所を示す断面側面図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーをＯＦケーブルの接続部外周に巻きつけた状態を示す側面図である。 この発明の実施の形態例の油漏れセンサーの使用の応用例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 放熱式油漏れセンサー
２ 絶縁基板
３ 接点部材
４ 接点部材
５ 第１の接点部
６ 第２の接点部
７ 加温部
８ リード線
９ リード線
１０ リード線
１１ リード線
１２ 吸油フィルター
１３ 熱電対部
１４ 繊維
１５ 水
１６ 油分
１７ 容器
１８ 窓
１９ 重り
２０ 水面
２１ ＯＦケーブル
２２ 洞道
２３ 排水桝
２４ 監視メーター

Claims (4)

1. 熱電対の金属片からなる二種の接点部材の第１の接点部と、熱電対感応部をなす第２の接点部を、相互に離して設け、上記第２の接点部を加熱する加温部を設け、上記第１の接点部は上記加温部の熱を受けない箇所に設置し、これらの部材の表面を撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルターで被い、水及び油の放熱抵抗の相違に基づいて、当該吸油フィルターに油が吸着したことによる放熱抵抗の変化から生じる出力を検知する油漏れセンサーを用いて、油分と水分とからなる混合液から、油分を検出することを特徴とする、油分検出方法。
2. 熱電対の金属片からなる二種の接点部材の第１の接点部と、熱電対感応部をなす第２の接点部を、相互に離して設け、上記第２の接点部を加熱する加温部を設け、上記第１の接点部は上記加温部の熱を受けない箇所に設置し、これらの部材の表面を撥水性でかつ親油性の繊維から成る吸油フィルターで被い、水及び油の放熱抵抗の相違に基づいて、当該吸油フィルターに油が吸着したことによる放熱抵抗の変化から生じる出力を検知することを特徴とする、上記請求項１で使用する油漏れセンサー。
3. 油漏れセンサーが、窓の付いた卵形状ないしカプセル形状の容器に収容されていることを特徴とする、上記請求項２に記載の油漏れセンサー。
4. 上記請求項２又は３に記載の１個の油漏れセンサーは、常時、油の入った容器内に置いておき、他の油漏れセンサーを油分、ないし水分と油分との混合液が入るように構成させた容器内に置いておいて、両センサーの合成出力を、常時、監視メーターで監視し、後者のセンサーが油分を吸収したとき、直ちに、油漏れを検出することを特徴とする、油分検出方法。

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