JP5859899B2

JP5859899B2 - 水位検出方法

Info

Publication number: JP5859899B2
Application number: JP2012085253A
Authority: JP
Inventors: 藤田　雅司; 雅司藤田
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP2013213788A

Description

本発明は、水位検出方法に関する。

従来から、水を貯留する貯水容器の水位を検出するために、機械式やフロート式、電極式など、様々なタイプの水位センサが用いられている。なかでも、貯水容器の排水流路にエアトラップとエアチューブとを介して接続されたダイアフラム式圧力センサを用いた水位検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような水位検出方法では、貯水容器内の水位変動に応じて、エアトラップおよびエアチューブ内の圧力が変化し、それがダイアフラムの変位により検出されることで、貯水容器内の水位が検出されている。この方法によれば、安価で入手可能なダイアフラム式圧力センサを用いることで、それほどのコストをかけずに比較的精度の高い水位検出を行うことが可能となる。

特開平１−１１９２９４号公報

上述の水位検出方法では、貯水容器内の水位は、ダイアフラム式圧力センサの出力値（周波数）から、予め設定された所定の換算式を用いて算出されている。しかしながら、このような換算式による水位の算出では、以下のような要因により、算出される水位に誤差が生じる場合がある。

まず、ダイアフラム式圧力センサには製品ごとに個体差（ばらつき）があるため、たとえ同じ水位であっても、使用する製品によって水位の算出値にもばらつきが生じてしまう。この問題は、特に低水位で顕著になるため、洗濯機や食洗機、また清浄水を用いた空気浄化装置など、比較的低水位での正確な水量制御が必要な装置では、好ましくない。本来であれば、製品ごとに換算式を微調整することが必要となるが、それには多大な時間と労力がかかってしまい、現実的ではない。

また、ダイアフラム式圧力センサは、上述のように、エアチューブ内の空気が誘導体となって貯水容器内の水位変動を検知している。そのため、周囲温度などの使用環境によってエアチューブ内の空気の体積が変化すると、圧力センサの出力値自体の再現性に問題が生じる。また、圧力センサを構成するダイアフラム自体も温度の影響を受けることになる。

さらに、ダイアフラム式圧力センサを用いた水位検出方法では、ゼロ点補正のために、エアトラップやエアチューブにおいて、水抜きや水切れなどのリセット作業が必要となる。このため、水位検出を長期間行う場合、エアトラップ内面やエアチューブ内面に、水の行き来に同伴するごみが付着したり、スケールが沈着したりすることにより、このリセット時の空気量が減少する。その結果、水位変動に応じたダイアフラムの変動も減少し、水位検出の誤差が拡大する虞がある。

一方で、このようなダイアフラム式圧力センサにおける検出精度の問題に対して、高精度の水位検出という観点では、例えば機械式やフロート式の水位センサを用いることもできる。しかしながら、そのためには、検出点数すなわち水位センサの数を増やす必要があり、結果的にコストの上昇を招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、長期間に渡る高精度の水位検出を大きなコストをかけることなく実現可能な水位検出方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の水位検出方法は、貯水容器の排水流路にエアトラップとエアチューブとを介して接続されたダイアフラム式の圧力センサを用いて、貯水容器内の水位を検出する水位検出方法であって、排水流路を通じて、貯水容器内の水を排水するステップと、排水が完了したときに、圧力センサの出力値を第１の基準値として取得するステップと、少なくとも貯水容器内の水がオーバーフローするまで、貯水容器内に水を供給するステップと、貯水容器への水の供給を停止して、オーバーフローが停止したときに、圧力センサの出力値を第２の基準値として取得するステップと、第１の基準値と第２の基準値とに基づいて、圧力センサの出力値から貯水容器の水位を算出するステップと、を含んでいる。

このような水位検出方法では、ダイアフラム式圧力センサの出力値から水位を算出する前に、２つの異なる条件下での水位センサの出力値に相当する２つの基準値が予め取得され、それらの基準値に基づいて水位が算出される。したがって、ダイアフラム式圧力センサに製品個体差があったとしても、製品ごとに基準値を取得することになるため、製品個体差による誤差を最小限に抑えることができる。また、必要に応じて、２つの基準値の更新を行うことで、水位検出を長期間行う場合に、圧力センサのリセット時の空気量の減少に起因する誤差の増加も抑制することができる。さらに、使用環境に応じた基準値をその都度取得することで、使用環境の変化にも対応することができる。

以上、本発明によれば、長期間に渡る高精度の水位検出を大きなコストをかけることなく実現可能な水位検出方法を提供することができる。

本発明の水位検出方法が適用される空気浄化装置の構成例を示す概略図である。本発明の水位検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本明細書では、本発明の水位検出方法について、洗浄水と空気とを接触させることで空気を浄化する空気洗浄手段を備えた空気浄化装置において、洗浄水を貯留する貯水容器に対して適用する場合を例に挙げて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の水位検出方法が適用される空気浄化装置を説明する。図１は、空気浄化装置の構成例を示す概略図である。

空気浄化装置１は、吸気口２ａおよび排気口２ｂを有する筐体２の内部に設けられた気液接触室３と、気液接触室３に洗浄水を散水する散水ノズル４と、洗浄水を貯留する貯水容器である循環タンク５と、を備えている。散水ノズル４と循環タンク５とは、配管６，７と循環ポンプ８とによって接続され、循環経路を形成している。循環タンク５内の洗浄水が循環ポンプ８により散水ノズル４に供給されることで、洗浄水を循環経路に沿って循環させることができる。

排気口２ｂの手前に設けられた送風機９によって、吸気口２ａから筐体２内部に導入された空気は、散水ノズル４から散水された洗浄水と気液接触室３内で接触し、空気中の有害物質が洗浄水中に移動することで、浄化される。浄化された空気は、エリミネータ（防滴板）１０によってミスト（霧状の洗浄水）が除去された後、送風機９によって排気口２ｂから排出される。一方、循環タンク５内に設けられた電気分解手段１１により洗浄水が電気分解され、塩素（次亜塩素酸）が生成される。これにより、洗浄水中において雑菌類の繁殖を抑制することが可能となる。

散水ノズル４の上方には、配管１２を介して外部水源１３に接続された給水ノズル１４が設けられている。配管１２に設けられた給水弁１５の制御により、外部水源１３から循環タンク５への洗浄水の補充および交換が可能となる。また、循環タンク５の底面には、排水流路１６が接続され、排水流路１６に設けられた排水弁１７の制御により、循環タンク５からの洗浄水の排水が可能となる。

さらに、排水弁１７の上流側の排水流路１６には、配管１８を介して、エアトラップ１９とエアチューブ２０とが接続され、エアチューブ２０の先端には、ダイアフラム式圧力センサ２１が接続されている。すなわち、循環タンク５に洗浄水が貯留されると、洗浄水はエアトラップ１９にも流入し、その水位が循環タンク５の水位と連動するようになっている。したがって、エアトラップ１９内の水位変動に応じて、エアチューブ２０内の空気の圧力が変化し、それにより、ダイアフラム式圧力センサ２１のダイアフラムが変形することで、循環タンク５内の水位が周波数として検出されることになる。以下、ダイアフラム式圧力センサ２１を、「水位センサ」ともいう。なお、本発明の水位検出方法で用いるダイアフラム式圧力センサは、上述のように、圧力測定部としてダイアフラムを用いた流体用の圧力センサであればよく、その構成は特に限定されない。

また、循環タンク５の上部側面には、循環タンク５内で一定水位以上になった洗浄水を排水させるためのオーバーフロー排水口２２が設けられている。オーバーフロー排水口２２は、オーバーフロー流路２３を介して、排水弁１７の下流側の排水流路１６に接続されている。これにより、循環タンク５からオーバーフローした洗浄水は、排水流路２３を通じて排水される。なお、オーバーフロー流路２３は、必ずしも排水流路１６に接続されている必要はなく、オーバーフローした洗浄水が、排水流路１６とは別の経路を通じて排水されるようになっていてもよい。

このような空気浄化装置１では、定常運転中に循環タンク５内の洗浄水が減少するため、電気分解手段１１が空気に露出することや循環ポンプ８がエア噛みすることを防止する必要がある。そのためには、循環タンク５の厳密な水位制御が必要となる。したがって、空気浄化装置１は、水位センサ２１の出力値から循環タンク５内の水位を算出し、算出した水位に応じて、排水弁１７および給水弁１５の開閉を制御する制御部２４を有している。これにより、循環タンク５の厳密な水位制御が可能となる。

次に、図１および図２を参照して、本発明の水位検出方法について説明する。図２は、本発明の水位検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。

本実施形態の水位検出方法は、２つの基準値を用いて、水位センサの出力値から循環タンクの水位を算出する方法である。２つの基準値は、まず初期運転時に測定されて制御部に記憶され、その後、必要に応じて更新される。

そこで、まず、この２つの基準値が制御部２４に記憶されているか否かが判断される（ステップＳ１）。

初期運転時など、２つの基準値が制御部２４に記憶されていないと判断された場合（以下、「初期時」という）には、まず、第１の基準値を取得するために、排水弁１７を開放して、排水流路１６から循環タンク５の水抜きを行う（ステップＳ２）。また、２つの基準値が制御部２４に記憶されていると判断された場合であっても、２つの基準値の更新が必要か否かが判断され（ステップＳ３）、保守点検により装置の運転を停止した後や、ユーザにより更新指示がなされた場合など、２つの基準値の更新が必要と判断された場合（以下、「更新時」という）にも、同様に循環タンク５の水抜きを行う（ステップＳ２）。

このとき、水位センサ２１のモニタリングも開始され、制御部２４により出力値（周波数）Ｆが連続的にモニターされる（ステップＳ４）。そして、出力値Ｆが初期基準値Ｆ₀と比較され（ステップＳ５）、それらがほぼ等しくなったとき、具体的には、出力値Ｆと初期基準値Ｆ₀との差が、一定時間の間、所定の範囲内に収まっているときに、循環タンク５の水抜きが完了したと判断される。初期時には、この最低水位Ｌ₁のときの圧力センサ２１の出力値Ｆ₁が、第１の基準値として制御部２４に記憶され、更新時には、制御部２４に記憶されている第１の基準値が、上記出力値Ｆ₁に更新される（ステップＳ６）。なお、初期基準値Ｆ₀としては、初期時には、水位センサ２１が大気開放になっているときの出力値が用いられ、更新時には、制御部２４に記憶されている以前の第１の基準値が用いられる。

一方で、一定時間経過後でも、出力値Ｆが初期基準値Ｆ₀を大幅に上回るなど、上述の差が所定の範囲内に収まっていないときには、排水不良として、水位センサ２１のモニタリングは停止される（ステップＳ７）。

ステップＳ６において第１の基準値Ｆ₁を記憶または更新した後、次に、第２の基準値を取得するために、排水弁１７を閉鎖するとともに給水弁１５を開放して、外部水源１３から循環タンク５に水張りを行う（ステップＳ８〜Ｓ９）。このときは、水位センサ２１の出力値Ｆから単位時間当たりの出力値の変化量ΔＦが算出される。そして、この変化量ΔＦが、予め設定された第１のしきい値ΔＦ_Aと比較される（ステップＳ１０）。オーバーフロー排水口２２から水が排水され始めると、水位の上昇速度に対応する変化量ΔＦは減少することになる。したがって、変化量ΔＦが第１のしきい値ΔＦ_Aを下回ったときに、オーバーフローが発生したと判断され、給水弁１５を閉鎖して水張りを終了する（ステップＳ１１）。

給水が停止した後も、水位センサ２１の出力値Ｆのモニタリングは継続して行われる。同様に、単位時間当たりの出力値の変化量ΔＦも算出され、この変化量ΔＦが、予め設定された第２のしきい値ΔＦ_Bと比較される（ステップＳ１２）。オーバーフローが停止すると、循環タンク５内の水位変動も停止するため、変化量ΔＦはほぼゼロとなる。したがって、変化量ΔＦの絶対値が、ほぼゼロに設定された第２のしきい値ΔＦ_Bを下回ったときに、オーバーフローが停止したと判断される。そして、初期時には、このオーバーフロー水位Ｌ₁のときの圧力センサ２１の出力値Ｆ₂が、第２の基準値として制御部２４に記憶され、更新時には、制御部２４に記憶されている第２の基準値が、上記出力値Ｆ₂に更新される（ステップＳ１３）。

なお、初期時の循環タンク５への水張りは、確実にオーバーフローを発生させ、正確にオーバーフロー水位を検出するために、オーバーフロー水位Ｌ２を超える水位Ｌ３まで行うことが好ましい。そのために、水位センサ２１の出力値Ｆの変化量ΔＦが第１のしきい値ΔＦ_Aを下回った後、循環タンク５内が水位Ｌ３に達するまで、給水弁１５は開放したままになっていてもよい。

以上のように、ステップＳ１において２つの基準値が制御部２４に記憶されていないと判断された場合には、新たに２つの基準値が取得されて制御部２４に記憶され、ステップＳ３において２つの基準値の更新が必要と判断された場合には、制御部２４に記憶されている２つの基準値が更新される。このようにして新たに記憶または更新された第１の基準値Ｆ₁および第２の基準値Ｆ₂に基づいて、水位センサ２１の出力値Ｆから、最低水位Ｌ１とオーバーフローＬ２との間の任意の水位が算出される（ステップＳ１４）。具体的には、第１の基準値Ｆ₁と第２の基準値Ｆ₂とを用いた線形補間処理などの補間処理により、最低水位Ｌ１とオーバーフローＬ２との間の任意の水位が算出される。一方で、ステップＳ３において２つの基準値の更新が必要でないと判断された場合、水位の算出には、制御部２４に記憶されている２つの基準値Ｆ₁，Ｆ₂がそのまま用いられる。

このように、本実施形態の水位検出方法では、水位センサの出力値から水位を算出する前に、２つの異なる条件下での水位センサの出力値に相当する２つの基準値が予め取得され、それらの基準値に基づいて水位が算出される。したがって、ダイアフラム式圧力センサに製品個体差があったとしても、製品ごとに基準値を取得することになるため、製品個体差による誤差を最小限に抑えることができる。また、必要に応じて、２つの基準値の更新を行うことで、水位検出を長期間行う場合に、圧力センサのリセット時の空気量の減少に起因する誤差の増加も抑制することができる。さらに、使用環境に応じた基準値をその都度取得することで、使用環境の変化にも対応することができる。

また、このような水位検出方法によれば、従来の換算式を用いた水位検出では誤差が大きくなる小型の貯水容器の場合でも、適切な水位制御を行うことができる。例えば、図１に示す空気浄化装置１では、循環タンク５内の水位Ｌを正確に監視することで、循環タンク５内の水位Ｌが運転保証最低水位Ｌ４に達した場合には、循環タンク５への給水を迅速に行うことができる。これにより、空気浄化装置１の定常運転中に、電気分解手段１１が露出したり、循環ポンプ８がエア噛みしたりすることを防止することができる。また、上述のような給水時にも、循環タンク５内の水位Ｌがオーバーフロー水位Ｌ２に達した時点で給水を迅速に停止することができ、その結果、空気浄化装置の迅速で安定した定常運転を実現することができる。

本発明の水位検出方法について、上述した実施形態では、空気浄化装置の循環タンクに適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。本発明の水位検出方法は、水を貯留する貯水容器であって、その貯水容器の排水流路にエアトラップとエアチューブとを介してダイアフラム式の圧力センサが接続され、オーバーフロー可能な貯水容器に対して適用可能である。

なお、エアトラップは、上述した実施形態では、配管を介して排水流路に接続されていたが、排水流路に直接設けられていてもよく、タンク底部、タンク側面最下部に直接設けられていてもよい。
また、排水流路は、排水口が必ずしも底面に設けられている必要はなく、底面に設置できない場合には、下部側面に設けられていてもよい。特に、実際の空気浄化装置では、粉塵除去などにより容器底面にはゴミがたまりやすいため、排水口を容器底面に形成できない場合が多い。そのような場合には、排水口を下部側面に設け、最低水位を任意の水位に設定することが好ましい。さらに、循環タンクの断面は、上述した実施形態では、鉛直方向でほぼ一定であったが、オーバーフロー水位以上で不連続に大きくなっていてもよい。これにより、給水時に循環タンク内の水位がオーバーフロー水位に達したときに、水位の上昇速度がより遅くなることで、オーバーフロー水位の検出が容易になる。

１空気浄化装置
２ａ吸気口
２ｂ排気口
３気液接触室
４散水ノズル
５循環タンク
６，７，１２，１８配管
８循環ポンプ
９送風機
１０エリミネータ
１１電気分解手段
１３外部水源
１４給水ノズル
１５給水弁
１６排水流路
１７排水弁
１９エアトラップ
２０エアチューブ
２１ダイアフラム式圧力センサ
２２オーバーフロー排水口
２３オーバーフロー流路
２４制御部

Claims

貯水容器の排水流路にエアトラップとエアチューブとを介して接続されたダイアフラム式の圧力センサを用いて、前記貯水容器内の水位を検出する水位検出方法であって、
前記排水流路を通じて、前記貯水容器内の水を排水するステップと、
前記排水が完了したときに、前記圧力センサの出力値を第１の基準値として取得するステップと、
少なくとも前記貯水容器内の水がオーバーフローするまで、前記貯水容器内に水を供給するステップと、
前記貯水容器への水の供給を停止して、前記オーバーフローが停止したときに、前記圧力センサの出力値を第２の基準値として取得するステップと、
前記第１の基準値と前記第２の基準値とに基づいて、前記圧力センサの出力値から前記貯水容器の水位を算出するステップと、
を含む、水位検出方法。
前記貯水容器の水位を算出するステップが、前記第１の基準値と前記第２の基準値とを用いた補間処理により、前記排水が完了したときの水位と前記オーバーフローが停止したときの水位との間の水位を算出することを含む、請求項１に記載の水位検出方法。
前記補間処理は、線形補間処理である、請求項２に記載の水位検出方法。
前記圧力センサの出力値を連続的に取得し、該取得した出力値と予め設定された所定値との差が、一定時間の間、所定の範囲内に収まっているときに、前記排水が完了したと判断するステップをさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の水位検出方法。
前記圧力センサの出力値を連続的に取得し、該取得した出力値の変動の絶対値が予め設定された所定値を下回ったときに、前記オーバーフローが停止したと判断するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の水位検出方法。
前記貯水容器内に水を供給するステップが、前記貯水容器内の水がオーバーフローする水位よりも高水位まで、前記貯水容器内に水を供給することを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の水位検出方法。