JP5467857B2 - 粒子の濃度検出方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、液中に含まれる粒子の濃度検出方法およびその装置に関するものである。

一般に、舶用ディーゼルエンジンの主な燃料であるＣ重油等の液中には、石油精製時の流動接触分解（ＦＣＣ）の残渣分としてアルミナ、シリカ、カーボン等の硬質の粒子が混入している。

これらの粒子がエンジンのピストンリング・シリンダライナ等の駆動機関に過剰に流入した場合には、摺動状況の悪化、焼き付き、機械的摩耗等の悪影響を生じる可能性があるため、船舶管理会社では、補油毎に燃料をサンプリングして化学分析し、燃料中の粒子を定量的に把握し、規定値以上の粒子を含む燃料が船舶に補油された場合には、船舶に対して粒子が規定値以上である旨を連絡し、注意を促していた。

また従来、粒子を検出する際には、液中からサンプリングした燃料をフィルタ等で濾過し、残渣の顕微鏡による観察や定量分析等により粒子を検出している。

尚、粒子の濃度検出方法およびその装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開平１１−１５３５４１号公報

しかしながら、従来の粒子の濃度検出方法およびその装置では、その結果を船舶に報告するまでにある程度の日数を要するため、分析結果が明らかになる前に燃料を使用する必要がある場合には、駆動機関への悪影響を未然に防止することができないという問題があった。また粒子を含む夾雑物が貯留中に沈殿して粒子の濃度が上昇する場合や、燃料タンクから機関入口までの燃料の処理系統で遠心分離清浄機やフィルタ等の不具合が発生した場合には、多量の粒子が駆動機関に突発的に供給される可能性があり、燃料中の粒子を定量的に且つ連続的に把握することが求められていた。

更にアルミナ、シリカ等の粒子は導電性や磁性に顕著な特徴を持たないため、電気的、磁気的に検知することが困難であると共に、粒子は化学的に安定な物質であるため、化学反応を利用して検出することが困難であるという問題があった。更にＣ重油等の液は、高粘度、不透明でアルミナ・シリカ粒子以外にも種々のスラッジ等の粒子を含むため、特許文献１の如く光学的検知でも十分に対応できないという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、液中の粒子を定量的に且つ連続的に把握する粒子の濃度検出方法およびその装置を提供しようとするものである。

本発明の粒子の濃度検出方法は、粒子を含み得る液の流路に位置して磁性部材と対応部材とを配置する磁性粒子発生手段と、該磁性粒子発生手段と同じ流路に位置して液中の磁性粒子の濃度を計測する磁性粒子計測手段とを備える粒子の濃度検出装置を用いた粒子の濃度検出方法であって、
粒子の濃度を計測する際には、液中で磁性部材と対応部材との少なくとも一方を他方に押圧して動かし、磁性部材を摩耗して磁性粒子を発生させ、次に液中に発生した磁性粒子の濃度を磁性粒子計測手段で計測し、予め測定した磁性粒子の濃度と液中の粒子の濃度との相関関係を示す検量線から磁性粒子の濃度を液中の粒子の濃度に換算し、液中に含まれる粒子の濃度を検出するものである。

また本発明の粒子の濃度検出方法においては、磁性粒子発生手段で磁性粒子を発生させる前に、液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を測定し、磁性粒子発生手段で液中に発生した磁性粒子の濃度から、液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を減算し、粒子の濃度に換算することが好ましい。

本発明の粒子の濃度検出装置は、粒子を含み得る液の流路に磁性部材と対応部材とを配置し、液中で磁性部材と対応部材との少なくとも一方を他方に押圧して動かし、磁性部材を摩耗して磁性粒子を発生させる磁性粒子発生手段と、
該磁性粒子発生手段と同じ流路に位置して液中の磁性粒子の濃度を計測する磁性粒子計測手段と、
予め測定した磁性粒子の濃度と液中の粒子の濃度との相関関係を示す検量線から、磁性粒子計測手段による磁性粒子の濃度を液中の粒子の濃度に換算し、液中に含まれる粒子の濃度を検出する制御部とを備えるものである。

また本発明の粒子の濃度検出装置においては、磁性粒子発生手段の上流側に位置し且つ液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を測定する前段の磁性粒子計測手段を備えることが好ましい。

また本発明の粒子の濃度検出装置において、磁性粒子計測手段は、液の流路に接続される検出部本体と、流路の液を前記検出部本体に導入し得るように流路と検出部本体内とを接続する可動仕切手段と、前記検出部本体の外部に位置する励磁用コイルと、前記検出部本体の外部に位置して励磁用コイルの交流電流により励磁電圧を発生する出力用コイルと、前記励磁用コイルと前記出力用コイルの位相差の変化を計測する信号処理部とを備えることが好ましい。

また本発明の粒子の濃度検出装置において、磁性粒子計測手段の検出部本体は、磁性粒子発生手段へ向かう流入側の流路と、磁性粒子発生手段から排出される排出側の流路とに対して連通可能に配置され、
磁性粒子計測手段の可動仕切手段は、流入側の流路に対して配置される流入側ピストン体と、流出側の流路に対して配置される流出側ピストン体と、前記流入側ピストン体と流出側ピストン体との間に配置される中間ピストン体と、流入側ピストン体および流出側ピストン体並びに中間ピストン体を配して往復動するピストンロッドとを備え、
前記ピストンロッドが一方向に移動した際には、流入側ピストン体および中間ピストン体により流入側の流路と検出部本体内とを接続する状態に切り替え、流入側の流路を流れる液を検出部本体へ導入すると共に、前記ピストンロッドが他方向に移動した際には、流出側ピストン体および中間ピストン体により流出側の流路と検出部本体内とを接続する状態に更に切り替え、流出側の流路を流れる液を検出部本体へ導入するように構成することが好ましい。

また本発明の粒子の濃度検出装置においては、流入側の流路に、流入側の温度を調整する温度調整手段と、液を一定の流量で送る流量調整手段とを備えることが好ましい。

本発明の粒子の濃度検出方法およびその装置によれば、磁性部材を摩耗して磁性粒子を発生させ、液中に発生した磁性粒子の濃度を計測し、検量線から磁性粒子の濃度を液中の粒子の濃度に換算し、液中に含まれる粒子の濃度を検出するので、液中の粒子を定量的に把握することができる。また同時に磁性粒子発生手段と磁性粒子計測手段とを同じ流路に備えるので、液中の粒子の濃度を連続的に把握することができる。更に液が油の場合には、未検査の燃料を使用する状況や、多量の粒子が駆動機関に突発的に供給される状況を防止し、駆動機関への悪影響を抑制することができる。更にまた磁性部材の摩耗により生じた磁性粒子を用いて間接的に粒子の濃度を検出するので、液自体を物理的、化学的に処理して粒子を直接検出する操作や処理を不要にし、好適に液中の粒子を定量的に且つ連続的に把握することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の粒子の濃度検出装置の位置を示す概念図である。 本発明の粒子の濃度検出装置の構成であってピストンを下方に移動した状態を示す全体概念図である。 本発明の粒子の濃度検出装置の構成であってピストンを上方に移動した状態を示す全体概念図である。 磁性粒子発生手段の他の複数の例を示す概念図である。 磁性粒子計測手段における信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の粒子の濃度検出装置の構成の他例を示す全体概念図である。 本発明の粒子の濃度検出方法であって流体の流れを示すフローである。 磁性粒子計測手段の可動仕切手段を駆動した際における、時間と、磁性粒子の濃度に対する信号との関係を示すグラフである。 磁性粒子発生手段の駆動時間（研磨時間）と磁性粒子（磁性粉体Ｆｅ）の濃度との関係を示すグラフである。 粒子（硬質粒子）の濃度と磁性粒子（磁性粉体）の濃度との関係を示す検量線である。 励磁用コイルおよび出力用コイルの出力信号から比較用の出力値までの処理を示す概念図である。 励磁用コイルおよび出力用コイルの出力信号から磁性粒子の濃度用の出力値までの処理を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態例を図１〜図１２を参照して説明する。図１〜図１２は粒子の濃度検出方法およびその装置を実施する形態例である。また実施の形態例は、流路を流れる液が燃料の油である場合を説明する。

実施の形態例の粒子の濃度検出装置１は、図１に示す如く、燃料サービスタンクＡからバッファーコラムＢを介して原動機Ｃへ燃料の油が流入する流路Ｌ１に対し、影響を与えることなく粒子（硬質粒子）の濃度を計測し得るように、原動機Ｃの手前で分岐する流路Ｌ２に配置されている。また流路Ｌ２は、粒子の濃度検出装置１で測定した燃料を最終的にスラッジタンク（図示せず）へ排出するようになっている。ここで図１の構成では、燃料サービスタンクＡからバッファーコラムＢまでの流路Ｌ１に、燃料供給ポンプＤ、バイパスフィルタＥ、ファインフィルタＦ等を配置しており、バッファーコラムＢから原動機Ｃまでの流路Ｌ１には、循環ポンプＧ、ヒータＨ、フィルタＩ、粘度調整器Ｊを配置している。またバッファーコラムＢから燃料サービスタンクＡには、燃料サービスタンクＡへの戻し流路Ｌ３を備えると共に、原動機ＣからバッファーコラムＢには、バッファーコラムＢへの戻し流路Ｌ４を備えている。

また粒子の濃度検出装置１は、図２、図３に示す如く、流路Ｌ２を折り返した箇所に位置して油Ｓ中に磁性粒子を発生させる磁性粒子発生手段２と、磁性粒子発生手段２と同じ流路Ｌ２に位置して油Ｓ中の磁性粒子の濃度を計測する磁性粒子計測手段３と、磁性粒子計測手段３からの情報を処理する制御部４と、流入側の流路Ｌ２ａに位置して流入側の温度を調整する温度調整手段５と、流入側の流路Ｌ２ａに位置して油Ｓを一定の流量で送るギアポンプ５１の流量調整手段６とを備えている。

磁性粒子発生手段２は、図２〜図４（ａ）に示す如く、流路Ｌ２の油Ｓが流出入するケース部７と、ケース部７の上方に位置するモータ等の駆動部８と、駆動部８の回転軸８ａに接続された接続軸９を介してケース部７内の上部に位置する円盤状の回転座１０と、ケース部７の底面からスプリング等の弾性手段１１を介して上方に付勢され且つケース部７内の下部に位置する台座１２と、回転座１０の下面に固定ピン等の固定手段１３を介して配置される板状の磁性部材１４と、台座１２の上面に固定ピン等の固定手段１５を介して配置され且つ磁性部材１４の下面に面接触する板状の対応部材１６とを備えている。またケース部７と接続軸９の間、ケース部７と台座１２の間にはシールリング１７を配置して油Ｓが外部へ漏れないようにしている。ここで磁性部材１４は、磁性を有する鉄系材料等の素材で構成され、対応部材１６は、磁性部材１４よりも硬く摩耗しづらい炭素鋼等の素材で構成されている。また磁性部材１４の素材は、摩耗により所定粒径の磁性粒子を構成するならば鉄に限定されるものでなく、他の素材でも良い。更に対応部材１６の素材は、磁性部材１４から磁性粒子を発生させるならば他の素材でも良いし、磁性部材１４と同じ素材にしても良い。更にまた磁性部材１４と対応部材１６は、配置を逆にしても良い。

また磁性粒子発生手段２は図４（ｂ）に示す如く他の例があり、他の例は、流路Ｌ２の油Ｓが流出入するケース部１８と、ケース部１８の上方に位置するモータ等の駆動部１９と、駆動部１９の軸１９ａに接続されてケース部１８内で回転するロッド状の磁性部材１４ａと、ケース部１８の側面からスプリング等の弾性手段２０を介して一方に付勢され且つロッド状の磁性部材１４ａを外嵌する対応部材１６ａとを備えている。またケース部１８とロッド状の磁性部材１４ａの間にはシールリング２１を配置して油Ｓが外部へ漏れないようにしている。ここで磁性部材１４ａは、磁性を有する鉄系材料等の素材で構成され、対応部材１６ａは、磁性部材１４ａよりも硬く摩耗しづらい炭素鋼等の素材で構成されている。また磁性部材１４ａの素材は、摩耗により所定粒径の磁性粒子を構成するならば鉄に限定されるものでなく、他の素材でも良い。更に対応部材１６ａの素材は、磁性部材１４ａから磁性粒子を発生させるならば他の素材でも良いし、磁性部材１４ａと同じ素材にしても良い。更に磁性部材１４ａと対応部材１６ａは、配置を逆にしても良い。

更に磁性粒子発生手段２は図４（ｃ）に示す如く別の例があり、別の例は、流路Ｌ２の油Ｓが流出入するケース部２２と、ケース部２２の上方に位置するモータ等の駆動部２３と、駆動部２３の軸２３ａの回転を偏心ピン等により往復動に変換する変換部２４と、変換部２４に接続されてケース部２２内で上下動にするロッド状の磁性部材１４ｂと、ケース部２２の側面からスプリング等の弾性手段２５を介して一方に付勢され且つロッド状の磁性部材１４ｂを外嵌する対応部材１６ｂとを備えている。またケース部２２とロッド状の磁性部材１４ｂの間にはシールリング２６を配置して油Ｓが外部へ漏れないようにしている。ここで磁性部材１４ｂは、磁性を有する鉄系材料等の素材で構成され、対応部材１６ｂは、磁性部材１４ｂよりも硬く摩耗しづらい炭素鋼等の素材で構成されている。また磁性部材１４ｂの素材は、摩耗により所定粒径の磁性粒子を構成するならば鉄に限定されるものでなく、他の素材でも良い。更に対応部材１６ｂの素材は、磁性部材１４ｂから磁性粒子を発生させるならば他の素材でも良いし、磁性部材１４ｂと同じ素材にしても良い。更に磁性部材１４ｂと対応部材１６ｂは、配置を逆にしても良い。

一方、磁性粒子計測手段３は、図２、図３、図５に示す如く、油Ｓの流路Ｌ２に接続される検出部本体２７と、流路Ｌ２の油Ｓを検出部本体２７に導入し得るように流路Ｌ２と検出部本体２７内とを接続する可動仕切手段２８と、検出部本体２７の外部に位置する二個の励磁用コイル２９と、検出部本体２７の外部に位置して励磁用コイル２９に隣接する出力用コイル３０と、励磁用コイル２９および出力用コイル３０に接続される信号処理部３１ａと、信号処理部の信号を変換する濃度計測部３１ｂを備えている。

検出部本体２７は、磁性粒子発生手段２へ向かう流入側の流路Ｌ２ａと、磁性粒子発生手段２から排出される流出側の流路Ｌ２ｂとに対して両者を接続するように連通可能に配置されており、検出部本体２７の一端は、流入側の流路Ｌ２ａより外方へ延在し、検出部本体２７の他端は、流出側の流路Ｌ２ｂより外方へ延在している。

可動仕切手段２８は、流入側の流路Ｌ２ａに対して流路外方壁面の一部となって移動し得る流入側ピストン体３２と、流出側の流路Ｌ２ｂに対して流路外方壁面の一部となって移動し得る流出側ピストン体３３と、流入側ピストン体３２と流出側ピストン体３３との間に位置する中間ピストン体３４と、流入側ピストン体３２および流出側ピストン体３３並びに中間ピストン体３４を配置するピストンロッド３５と、ピストンロッド３５を往復動させるように回転体やクランク等からなる駆動部３６とを備えている。ここで図２に示すようにピストンロッド３５を一方向（下方向）に移動した際には、流入側ピストン体３２および中間ピストン体３４により流入側の流路Ｌ２ａと検出部本体２７内とを接続する状態に切り替え、流入側の流路Ｌ２ａを流れる油Ｓを検出部本体２７内へ導入すると共に、図３に示すようにピストンロッド３５を他方向（上方向）に移動した際には、流出側ピストン体３３および中間ピストン体３４により流出側の流路Ｌ２ｂと検出部本体２７内とを接続する状態に切り替え、流出側の流路Ｌ２ｂを流れる油Ｓを検出部本体２７内へ導入するようになっている。更に流入側の流路Ｌ２ａから検出部本体２７内へ導入された油Ｓは、ピストンロッド３５を他方向（上方向）に移動した際に、流入側ピストン体３２および中間ピストン体３４により検出部本体２７内から流入側の流路Ｌ２ａおよび一方の外部側へ押し出され、流入側の流路Ｌ２ａへ新たに流れてくる油Ｓによって下流側へ導出されるようになっており、流出側の流路Ｌ２ｂから検出部本体２７内へ導入された油Ｓは、ピストンロッド３５を一方向（下方向）に移動した際に、流出側ピストン体３３および中間ピストン体３４により検出部本体２７内から流出側の流路Ｌ２ｂおよび他方の外部へ押し出され、流出側の流路Ｌ２ｂへ新たに流れてくる油Ｓによって下流側へ導出されるようになっている。更にまたピストンロッド３５を往復動させる際には、油Ｓが二個の励磁用コイル２９と出力用コイル３０との間を通るように、中間ピストン体３４が、流入側の流路Ｌ２ａの流路内方壁面から流出側の流路Ｌ２ｂの流路内方壁面まで移動し、または流出側の流路Ｌ２ｂの流路内方壁面から流入側の流路Ｌ２ａの流路内方壁面まで移動している。

励磁用コイル２９は、互いに逆方向に巻かれて直列に接続される二個のコイルであって所定の間隔を介して配置されていると共に、出力用コイル３０は、二個の励磁用コイル２９の間に近接配置されている。励磁用コイル２９に交流電圧を印加した際には、出力用コイル３０に交流電圧（励磁電圧）の出力信号を生じさせるようになっている。また二個の励磁用コイル２９と、出力用コイル３０は、相互インダクタンスが略均等になるようにコイルの巻き数、コイル間の距離を調整して、相互インダクタンスが略同じとなるように調整している。更に励磁用コイル２９と出力用コイル３０の個数は特に限定されるものではなく、一個の励磁用コイル２９と、一個の出力用コイル３０とにしても良い。

信号処理部３１ａは、図５に示す如く出力用コイル３０の出力信号から磁性粒子の検出信号または補正用検出信号を取得するよう、出力用コイル３０に接続されて微弱な波形信号を増幅する増幅回路３７と、増幅回路３７に接続されて波形信号のノイズを所定範囲で削除するバンドパスフィルタ３８と、励磁用コイル２９に接続されて励磁用の正弦波を得る正弦波発振回路３９と、正弦波発振回路３９に接続されて正弦波の位相をずらす位相回路４０と、位相回路４０に接続されて正弦波を矩形波にするエッジトリガー回路４１とを備えている。

ここで位相回路４０は、設定の際や調整の際に、磁性粒子非検出時の状態で位相を１０°〜１７０°、好ましくは４５°〜１３５°、更に好ましくは９０°前後ずらすことが好ましい。また位相回路４０は、バンドパスフィルタ３８と信号処理装置４２との間に位置し、リファレンス信号の代わりに、磁性粒子の検出信号および補正用検出信号をずらすようにしても良い。

また信号処理部３１ａは、バンドパスフィルタ３８とエッジトリガー回路４１とに夫々接続される信号処理装置４２と、信号処理装置４２に接続されて出力信号を直流電圧信号に変換するローパスフィルタ４３と、ローパスフィルタ４３に接続されて直流電圧信号を増幅する増幅器４４と、増幅器４４に接続され且つ油Ｓの導出入による直流電圧信号の変動量のみを透過させる交流信号透過回路４５と、交流信号透過回路４５に接続される増幅器４６とを備えている。ここで信号処理装置４２は、ロックインアンプが好ましいが、位相差の変化を計測できる構成ならばどのようなものでも良い。

更に濃度計測部３１ｂは、信号処理部３１ａの増幅器４６に接続されており、計測値に基づいて磁性粒子の濃度（濃度信号）に変換するようになっている。

ここで磁性粒子計測手段３は、図６に示す如く、流出側の流路Ｌ２ｂに後段の磁性粒子計測手段３ｂとして配置されると共に、流入側の流路Ｌ２ａに前段の磁性粒子計測手段３ａとして配置されても良い。この場合、後段の磁性粒子計測手段３ｂは、流入側の流路Ｌ２のみに接続される検出部本体２７ｂと、検出部本体２７ｂへ流路Ｌ２から油Ｓを導出入するピストン２８ｂとを備えると共に、他の構成を図２に示す構成と同じにしている。更に前段の磁性粒子計測手段３ａは、流入側の流路Ｌ２のみに接続される検出部本体２７ａと、検出部本体２７へ流路Ｌ２から油Ｓを導出入するピストン２８ａとを備えると共に、励磁用コイル２９および出力用コイル３０からの信号を後段の磁性粒子計測手段３ｂの信号処理部へ送るようになっている。なお図６中、上方の記号αは下方の記号αへつながっていることを示す。

一方、図２、図３に示す制御部４は、磁性粒子計測手段３の濃度計測部３１ｂに接続されており、磁性粒子計測手段３で計測された磁性粒子の濃度（濃度信号）を、磁性粒子の濃度と油Ｓ中の粒子の濃度との相関関係を示す検量線（図１０参照）に対比して油Ｓ中の粒子の濃度に換算するように構成されている。また制御部４には、粒子の濃度を表示する表示手段４７が備えられていると共に、警告音や警告表示等を出す警告手段４８が備えられている。

ここで磁性粒子発生手段２の駆動時間（研磨時間）と磁性粒子（磁性粉体Ｆｅ）の濃度との関係を試験すると、図９に示す如く研磨時間の経過に伴って直線的に油Ｓ中の磁性粒子の濃度が増加することが明らかとなっており、また油Ｓ中に予め含まれる粒子の濃度を図９に示す如くαｐｐｍ、約α／２ｐｐｍ、粒子含有せず（０ｐｐｍ）と変えて試験すると、粒子の濃度と磁性粒子の発生濃度とが同様に比例関係にあることが明らかとなっている。このため制御部４の検量線は、磁性粒子発生手段２の駆動時間（研磨時間）を一定にする条件下で、粒子（硬質粒子）の濃度と磁性粒子（磁性粉体）の濃度とを対比して作成されている。

また、温度調整手段５は、流入側の流路Ｌ２ａの上流に位置する温度計４９と、流入側の流路Ｌ２ａを冷却するように温度計４９と磁性粒子計測手段３の間に位置する冷却ファン５０ａおよび空冷フィン５０ｂとを備えている。更に流量調整手段６は、温度調整手段５と磁性粒子計測手段３との間に位置するギアポンプ５１で構成されている。更にまた、流入側の流路Ｌ２ａで磁性粒子計測手段３と磁性粒子発生手段２との間には、温度計５２および圧力計５３を配置している。

以下本発明の実施の形態例の作用を説明する。

粒子を含み得る燃料等の油（検体）Ｓを検査する際には、原動機Ｃの手前で分岐した流路Ｌ２から油Ｓを粒子の濃度検出装置１へ流入させる（図７のステップＳ１１）。ここで検体となる燃料等の油Ｓは、Ｃ重油等の重油に限定されるものではなく、粒子を含み得るものならばガソリン、灯油、軽油等の他の油でも良い。また油Ｓの用途は、船舶等の原動機Ｃへの供給に限定されるものではなく、タービンプラント等の種々の駆動機関や機器へ供給するものでも良い。また油Ｓの代わりに水や水溶液を用いても良く、粒子を含み得るものならば特に制限されるものではない。更に水や水溶液を検査する場合には、水循環式コンプレッサ等の循環水中に混入した粒子状不純物の検出に用いても良いし、水圧機器の作動水の水質検査に用いても良いし、水処理設備における処理水の水質管理に用いても良い。更に粒子は、油Ｓや水等の液中に含まれる非導電性および非磁性の硬質粒子であって磁性部材１４を摩耗し得るものであり、アルミナ、シリカ、カーボン等に限定されるものではない。

粒子の濃度検出装置１では、最初に、温度調整手段５の温度計４９で油（検体）Ｓの温度を計測し、油Ｓの温度に基づき、必要に応じて冷却ファン５０ａ等により流入側の温度を冷却し、油Ｓの温度調整をする（ステップＳ１２）。ここでバッファーコラムＢから原動機Ｃに流れる燃料の油Ｓの場合には、油Ｓの温度が百数十度になっているため、磁性粒子計測手段３の計測や、磁性粒子計測手段３および磁性粒子発生手段２の耐久性に影響を与えないように、４０度〜６０度に冷却することが好ましい。

次に、ギアポンプ５１の流量調整手段６で、油（検体）Ｓを一定の流量で流すように制御すると共に減圧を行い（ステップＳ１３）、磁性粒子計測手段３の計測、および磁性粒子発生手段２の処理を安定的に行うようにする。

続いて油（検体）Ｓが流入側（上流側）の流路Ｌ２で磁性粒子計測手段３を通過する際に（ステップＳ１４）、ピストンロッド３５を一方向（図２の下方向）に移動して流入側ピストン体３２および中間ピストン体３４により流入側の流路Ｌ２ａと検出部本体２７内とを接続する状態に切り替え、流入側の流路Ｌ２ａを流れる油Ｓを検出部本体２７内へ導入し、油Ｓ中に予め含まれる磁性粒子の濃度信号を計測する。

次に油（検体）Ｓが磁性粒子発生手段２を通過する際に（ステップＳ１５）、駆動部８を駆動し、接続軸９および回転座１０等を介して磁性部材１４を対応部材１６に押圧しつつ回転させ、磁性部材１４と対応部材１６の間に入り込んだ粒子により磁性部材１４をアブレシブ摩耗して油Ｓ中に磁性粒子を発生させる。また図４に示す磁性粒子発生手段２の他の構成の場合や、図４に示す磁性粒子発生手段２の別の構成の場合にも、同様に磁性部材１４ａ，１４ｂをアブレシブ摩耗して油Ｓ中に磁性粒子を発生させる。ここで油Ｓの粘度は一定に保たれているため、磁性部材１４と対応部材１６の押し付け面圧を適切に保てば、ある一定の大きさ以上の粒子（硬質粒子）のみによって磁性粒子（鉄粉）を発生させ、それ未満の径の粒子では磁性部材１４と対応部材１６の間隙を通過するのみで磁性粒子を発生させない。また磁性部材１４ａ，１４ｂと対応部材１６ａ，１６ｂの場合も同様にある一定の大きさ以上の粒子のみによって磁性粒子（鉄粉）を発生させ、それ未満の径の粒子では磁性粒子を発生させない。

続いて油（検体）Ｓが流出側（下流側）の流路Ｌ２で磁性粒子計測手段３を通過する際に（ステップＳ１６）、ピストンロッド３５を他方向（図３の上方向）に移動して流出側ピストン体３３および中間ピストン体３４により流出側の流路Ｌ２ｂと検出部本体２７内とを接続する状態に切り替え、流出側の流路Ｌ２ｂを流れる油Ｓを検出部本体２７内へ導入し、流出側の磁性粒子の濃度信号を計測する。そして流出側の流路Ｌ２ｂの磁性粒子の濃度を検出した後には、磁性粒子計測手段３の可動仕切手段２８の移動等を介して油Ｓを流出側の流路Ｌ２ｂへ戻し、流出側の流路Ｌ２ｂからオリフィス（図示せず）等を介してスラッジタンク（図１参照）へ排出する（ステップＳ１７）。

そして磁性粒子の濃度の計測は、可動仕切手段２８のピストンロッド３５を連続的に往復動することにより、検出部本体２７内に流入側の流路Ｌ２ａの油Ｓを導入した状態での計測と、検出部本体２７に流出側の流路Ｌ２ｂの油Ｓを導入した状態での計測とを交互に測定し、図８に示す如く流出側の磁性粒子の濃度（濃度信号）Ｐ２から、油Ｓ中に予め含まれる磁性粒子の濃度（濃度信号）Ｐ１を減算し、磁性粒子発生手段２で発生した磁性粒子の濃度（濃度信号）ΔＳを算出する。なお図８中、Ｐ１の位置は、磁性粒子計測手段３の可動仕切手段２８が流入側の流路Ｌ２ａから油Ｓを導入した位置であり、Ｐ２の位置は、磁性粒子計測手段３の可動仕切手段２８が流出側の流路Ｌ２ｂから油Ｓを導入した位置である。

ここで、信号処理部３１ａと濃度計測部３１ｂにより磁性粒子の濃度を計測する処理を具体的に説明すると、信号処理部３１ａでは、油Ｓを流入側の流路Ｌ２ａから検出部本体２７内に導入した際に、検出部本体２７から出力用コイル３０、増幅回路３７およびバンドパスフィルタ３８を介して補正用検出信号を取得する（図１１では（Ａ））と共に、励磁用コイル２９、正弦波発振回路３９、位相回路４０およびエッジトリガー回路４１により所定の角度で位相をずらして励磁電圧と同一周波数で一定の位相差を生じる矩形波のリファレンス信号を準備する（図１１では（Ｂ）、位相は９０°前後ずらす）。そして信号処理装置４２によりリファレンス信号をあわせてノイズ除去を行うと共に、補正用検出信号とリファレンス信号との位相差を検出し、ローパスフィルタ４３により比較用の出力値（流路Ｌ２に予め含まれる磁性粒子の濃度）として平滑な直流電圧信号に変換し（図１１では（Ｄ））、増幅器４４を介して交流信号透過回路４５に入力する。一方、油Ｓを流出側の流路Ｌ２ｂから検出部本体２７内へ導入した際には、油Ｓから、出力用コイル３０、増幅回路３７およびバンドパスフィルタ３８を介して磁性粒子の検出信号を取得する（図１２では（Ａ'））と共に、励磁用コイル２９、正弦波発振回路３９、位相回路４０およびエッジトリガー回路４１により、所定の角度で位相をずらして励磁電圧と同一周波数で一定の位相差を生じる矩形波のリファレンス信号を準備する（図１２では（Ｂ'）、位相は９０°前後ずらす）。そして信号処理装置４２によりリファレンス信号をあわせてノイズ除去を行うと共に、磁性粒子の検出信号とリファレンス信号との位相差を検出し、ローパスフィルタ４３により、磁性粒子の濃度用の出力値として平滑な直流電圧信号に変換し（図１２では（Ｄ'））、増幅器４４を介して交流信号透過回路４５に入力する。そして交流信号透過回路４５により、流路Ｌ２に予め含まれる磁性粒子の濃度を減算するよう、図１２に示す如く磁性粒子の濃度用の出力値と、比較用の出力値とから差分ΔＶを求め、増幅器４６を介して計測値を濃度計測部３１ｂに送る。次いで濃度計測部３１ｂでは、予め求めた濃度との相関性（関数処理）によって差分の計測値を磁性粒子の濃度（濃度信号）ΔＳに変換している。なお、図１１中（Ｃ）はリファレンス信号により、磁性粒子の検出信号を反転させた状態を示し、この面積を積分処理すると図１１の（Ｄ）となることを概念的に示しており、また図１２中（Ｃ'）はリファレンス信号により、磁性粒子の検出信号を反転させた状態を示し、この面積を積分処理すると図１２の（Ｄ'）となることを概念的に示している。

磁性粒子の濃度ΔＳを算出した後には、制御部４によって検量線から磁性粒子の濃度を油Ｓ中の粒子の濃度に換算し、粒子の濃度を表示手段４７に表示する。また粒子の濃度が、所定の閾値を超えた場合には警告手段４８によって警告音や警告表示等を出力する。ここで粒子の濃度は、濃度計測部３１ｂの処理を介することなく、交流信号透過回路４５の差分ΔＶの段階から直接、粒子の濃度に変換しても良いし、他の手順で処理しても良い。また所定の閾値は、原動機Ｃへの粒子の流入可能な許容量等によって適宜設定することができる。

これにより船舶等の所定の原動機Ｃに燃料等の油Ｓを供給する場合には、アルミナ・シリカ等の粒子の濃度を現場で監視し、粒子に起因する駆動機関への悪影響を未然に回避する。

ここで図６に示す如く粒子の濃度検出装置１の他例の場合には、流入側の流路Ｌ２ａに位置する前段の磁性粒子計測手段３ａと、流出側の流路Ｌ２ｂに位置する後段の磁性粒子計測手段３ｂとで別々に磁性粒子の濃度（濃度信号）を計測し、流出側の磁性粒子の濃度（濃度信号）から、油Ｓ中に予め含まれる磁性粒子の濃度（濃度信号）を減算し、磁性粒子発生手段２で発生した磁性粒子の濃度（濃度信号）を算出し、その後、制御部４によって検量線から磁性粒子の濃度を油Ｓ中の粒子の濃度に換算している。

また、図６に示す磁性粒子計測手段３ｂで磁性粒子の濃度を計測する処理を説明すると、信号処理部３１ａで、油Ｓを検出部本体２７内から排出した場合と、油Ｓを検出部本体２７内に導入した場合とを比較して交流信号透過回路４５の差分ΔＶを求め、次に濃度計測部３１ｂで差分ΔＶから磁性粒子の濃度を求めている。また磁性粒子計測手段３ａの場合も磁性粒子計測手段３ｂと同様に磁性粒子の濃度を求めている。

而して、このように実施の形態例によれば、油Ｓ中の粒子の存在により磁性部材１４を摩耗して磁性粒子を発生させ、油Ｓ中に発生した磁性粒子の濃度を計測し、検量線から磁性粒子の濃度を油Ｓ中の粒子の濃度に換算し、油Ｓ中に含まれる粒子の濃度を検出するので、従来の測定手段の如く粒子の濃度の検出までに日数を要することがなく、油Ｓ中の粒子を定量的に把握することができる。また同時に磁性粒子発生手段２と磁性粒子計測手段３とを同じ流路Ｌ２に備えるので、液中の粒子の濃度を連続的に把握することができる。

また油Ｓ中の粒子を定量的に且つ連続的に把握することにより、未検査の燃料を使用する状況や、多量の粒子が駆動機関に突発的に供給される状況を防止し、駆動機関への悪影響を抑制することができる。更に磁性部材１４の摩耗により生じた鉄粉等の磁性粒子を用いて間接的に粒子の濃度を検出するので、油Ｓ自体を物理的、化学的に処理して粒子を直接検出するような操作や処理を不要にし、好適に油Ｓ中の粒子を定量的に且つ連続的に把握することができる。

実施の形態例において、磁性粒子発生手段２で磁性粒子を発生させる前に、油Ｓ中に予め含まれる磁性粒子の濃度を測定し、磁性粒子発生手段２で液中に発生した磁性粒子の濃度から、油Ｓ中に予め含まれる磁性粒子の濃度を減算し、粒子の濃度に換算すると、磁性粒子発生手段２で油Ｓ中に発生した磁性粒子のみの濃度を計測するので、油Ｓ中の粒子を好適に把握することができる。

磁性粒子計測手段３の検出部本体２７は、磁性粒子発生手段２へ向かう流入側の流路Ｌ２ａと、磁性粒子発生手段２から排出される流出側の流路Ｌ２ｂと対して連通可能に配置され、磁性粒子計測手段３の可動仕切手段２８は、流入側の流路Ｌ２ａに対して配置される流入側ピストン体３２と、流出側の流路Ｌ２ｂに対して配置される流出側ピストン体３３と、流入側ピストン体３２と流出側ピストン体３３との間に配置される中間ピストン体３４と、流入側ピストン体３２および流出側ピストン体３３並びに中間ピストン体３４を配して往復動するピストンロッド３５とを備え、ピストンロッド３５が一方向に移動した際には、流入側ピストン体３２および中間ピストン体３４により流入側の流路Ｌ２ａと検出部本体２７内とを接続する状態に切り替え、流入側の流路Ｌ２ａを流れる油Ｓを検出部本体２７へ導入すると共に、ピストンロッド３５が他方向に移動した際には、流出側ピストン体３３および中間ピストン体３４により流出側の流路Ｌ２ｂと検出部本体２７内とを接続する状態に更に切り替え、流出側の流路Ｌ２ｂを流れる油Ｓを流出側の流路Ｌ２ｂから検出部本体２７へ導入するように構成されるので、一つの磁性粒子計測手段３で、液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を容易に計測し、磁性粒子発生手段２による磁性粒子の濃度を適切に計測して油Ｓ中の粒子を好適に把握することができる。

尚、本発明の粒子の濃度検出方法およびその装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 濃度検出装置
２ 磁性粒子発生手段
３ 磁性粒子計測手段
３ａ 磁性粒子計測手段
３ｂ 磁性粒子計測手段
４ 制御部
５ 温度調整手段
６ 流量調整手段
１４ 磁性部材
１４ａ 磁性部材
１４ｂ 磁性部材
１６ 対応部材
１６ａ 対応部材
１６ｂ 対応部材
２７ 検出部本体
２７ａ 検出部本体
２７ｂ 検出部本体
２８ 可動仕切手段
２８ａ 可動仕切手段
２８ｂ 可動仕切手段
２９ 励磁用コイル
３０ 出力用コイル
３１ａ 信号処理部
３２ 流入側ピストン体
３３ 流出側ピストン体
３４ 中間ピストン体
３５ ピストンロッド
Ｓ 油（液）

Claims (7)

1. 粒子を含み得る液の流路に位置して磁性部材と対応部材とを配置する磁性粒子発生手段と、該磁性粒子発生手段と同じ流路に位置して液中の磁性粒子の濃度を計測する磁性粒子計測手段とを備える粒子の濃度検出装置を用いた粒子の濃度検出方法であって、
   粒子の濃度を計測する際には、液中で磁性部材と対応部材との少なくとも一方を他方に押圧して動かし、磁性部材を摩耗して磁性粒子を発生させ、次に液中に発生した磁性粒子の濃度を磁性粒子計測手段で計測し、予め測定した磁性粒子の濃度と液中の粒子の濃度との相関関係を示す検量線から磁性粒子の濃度を液中の粒子の濃度に換算し、液中に含まれる粒子の濃度を検出することを特徴とする粒子の濃度検出方法。
2. 磁性粒子発生手段で磁性粒子を発生させる前に、液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を測定し、磁性粒子発生手段で液中に発生した磁性粒子の濃度から、液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を減算し、粒子の濃度に換算することを特徴とする請求項１に記載の粒子の濃度検出方法。
3. 粒子を含み得る液の流路に磁性部材と対応部材とを配置し、液中で磁性部材と対応部材との少なくとも一方を他方に押圧して動かし、磁性部材を摩耗して磁性粒子を発生させる磁性粒子発生手段と、
   該磁性粒子発生手段と同じ流路に位置して液中の磁性粒子の濃度を計測する磁性粒子計測手段と、
   予め測定した磁性粒子の濃度と液中の粒子の濃度との相関関係を示す検量線から、磁性粒子計測手段による磁性粒子の濃度を液中の粒子の濃度に換算し、液中に含まれる粒子の濃度を検出する制御部とを備えたことを特徴とする粒子の濃度検出装置。
4. 磁性粒子発生手段の上流側に位置し且つ液中に予め含まれる磁性粒子の濃度を測定する前段の磁性粒子計測手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の粒子の濃度検出装置。
5. 磁性粒子計測手段は、液の流路に接続される検出部本体と、流路の液を前記検出部本体に導入し得るように流路と検出部本体内とを接続する可動仕切手段と、前記検出部本体の外部に位置する励磁用コイルと、前記検出部本体の外部に位置して励磁用コイルの交流電流により励磁電圧を発生する出力用コイルと、前記励磁用コイルと前記出力用コイルの位相差の変化を計測する信号処理部とを備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の粒子の濃度検出装置。
6. 磁性粒子計測手段の検出部本体は、磁性粒子発生手段へ向かう流入側の流路と、磁性粒子発生手段から排出される排出側の流路とに対して連通可能に配置され、
   磁性粒子計測手段の可動仕切手段は、流入側の流路に対して配置される流入側ピストン体と、流出側の流路に対して配置される流出側ピストン体と、前記流入側ピストン体と流出側ピストン体との間に配置される中間ピストン体と、流入側ピストン体および流出側ピストン体並びに中間ピストン体を配して往復動するピストンロッドとを備え、
   前記ピストンロッドが一方向に移動した際には、流入側ピストン体および中間ピストン体により流入側の流路と検出部本体内とを接続する状態に切り替え、流入側の流路を流れる液を検出部本体へ導入すると共に、前記ピストンロッドが他方向に移動した際には、流出側ピストン体および中間ピストン体により流出側の流路と検出部本体内とを接続する状態に更に切り替え、流出側の流路を流れる液を検出部本体へ導入するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の粒子の濃度検出装置。
7. 流入側の流路に、流入側の温度を調整する温度調整手段と、液を一定の流量で送る流量調整手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の粒子の濃度検出装置。

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