JP6282371B1

JP6282371B1 - 液体運搬車

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Publication number: JP6282371B1
Application number: JP2017104957A
Authority: JP
Inventors: 嘉仁古家; 善亮山本; 重裕田中
Original assignee: JFE Advantech Co Ltd
Current assignee: JFE Advantech Co Ltd
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: JP2018199515A

Abstract

【課題】差圧センサの取付位置に基づいた補正を不要とし、タンク内の液体収容量を判断するためのプログラムを簡素化する。【解決手段】液体運搬車１は、液体を収容するタンク３と、タンク３内の下部の液圧Ｐ１とタンク３内の上部の気圧Ｐ２との差圧を検出する差圧センサ１２と、タンク３の傾斜角を検出する傾斜角センサ１５と、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出結果に基づいてタンク３内の液体の収容量を判断する処理部１９とを備える。差圧センサ１２は、タンク３が傾斜した状態での処理部１９の判断結果が定められた計量許容誤差ΔＶ以内となるように、タンク３の底面５近傍に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、液体運搬車に関する。

特許文献１には、路面の傾斜によって車体が傾いていても、タンク内の液体の収容量を高精度に計測できるようにした液体運搬車が開示されている。この液体運搬車は、差圧センサ、傾斜センサ、及び補正処理部を備える。補正処理部は、差圧センサによる検出結果に基づいてタンク内の液体の収容量を判断する。また、補正処理部は、傾斜センサによって検出したタンクの傾斜角と、差圧センサの取付位置に関する情報とに基づいて、液体収容量の判断の結果を補正する。

特許第５７４２８７５号公報

特許文献１の液体運搬車は、タンクの傾斜角と差圧センサの取付位置情報とを用いた複雑な補正プログラムが必要である。また、差圧センサの取付位置を測定し、その取付位置に基づいた補正値を設定する必要があるため、液体運搬車に搭載する際の作業が繁雑である。

本発明は、差圧センサの取付位置に基づいた補正を不要とし、タンク内の液体収容量を判断するためのプログラムを簡素化できる液体運搬車を提供することを課題とする。

タンク内の液体収容量は、タンクに設置された差圧センサにより計測された水頭圧から判断（計測）している。路面の傾斜によってタンクが傾斜すると、差圧センサが検出する水頭圧に変化が生じるため、液体収容量の判断に誤差が生じる。このため、傾斜による補正が必要となる。一方、傾斜によるタンク内の水頭圧変化に基づく補正値は、タンクの形状要素によって予め設定できる。よって、差圧センサと傾斜角センサの検出結果に基づく液体収容量の判断結果が、定められた計量許容誤差以内となるように差圧センサを取り付ければ、差圧センサの取付位置に基づいた補正は必要ない。本発明は、かかる新たな知見に基づいてなされたものである。

本発明の一態様は、液体を収容するタンクと、前記タンクの下部と上部に接続され、前記タンク内の下部の液圧と前記タンク内の上部の気圧との差圧を検出する差圧センサと、前記タンクの傾斜角を検出する傾斜角センサと、前記差圧センサと前記傾斜角センサの検出結果に基づいて、前記タンク内の液体の収容量を判断する処理部とを備え、前記差圧センサは、前記タンクが傾斜した状態での前記処理部の判断結果が定められた計量許容誤差以内となるように、前記タンクの長手方向の端部から前記タンクの長手方向の外方へ定められた間隔以内の、前記タンクの底面近傍に配置されており、前記間隔は以下を満たす、液体運搬車を提供する。

この態様によれば、タンクが傾斜していても、差圧センサと傾斜角センサの検出結果に基づいて処理部が判断した液体収容量は許容誤差内になるため、差圧センサの取付位置に基づいた補正は必要ない。よって、タンク内の液体収容量を判断するためのプログラムを簡素化できる。また、差圧センサ、傾斜角センサ、及び処理部を備える計量システムを液体運搬車に搭載する際には、初期設定を簡素化できるため、作業性を向上できる。

なお、前記タンク幅Ｗとは、液体運搬車のタンクが楕円筒状である場合、タンクの幅が最も大きい部分（最大幅）である。そして、この態様によれば、差圧センサを取り付ける間隔Ｘは、タンク幅Ｗを用いた厳しい条件で設定されるため、処理部による判断結果を確実に許容誤差内に収めることができる。

前記タンクの後壁には、前記タンク内の液体を排出するための排出管が接続され、前記排出管には、径方向外向きに突出するドレン管が分岐接続されており、前記差圧センサは、前記ドレン管に分岐接続された分岐管に配置されている。この態様によれば、タンク内から排出されるスラッジと空気が差圧センサに侵入することを抑制できる。

本発明の液体運搬車では、タンクが傾斜していても、差圧センサと傾斜角センサの検出結果に基づく処理部の判断結果は許容誤差内になるため、差圧センサの取付位置に基づいた補正は必要ない。よって、タンク内の液体収容量を判断するためのプログラムを簡素化できる。また、計量システムを液体運搬車に搭載する際には、初期設定を簡素化できるため、作業性を向上できる。

本発明の実施形態に係る液体運搬車を示す概念図。液体運搬車の計量システムを示すブロック図。タンクの背面図。タンクの差圧センサを配置した部分の側面図。タンクの差圧センサを配置した部分の背面図。タンクが傾いていない状態を示す概念図。タンクが傾いた状態を示す概念図。差圧センサを配置する間隔の算出原理を説明するための概念図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１から図８は、本発明の実施形態に係る液体運搬車１を示す。図１及び図２に示すように、液体運搬車１は、車体２の後側に配置されたタンク３と、タンク３内の液体の収容量を計測するための計量システム１０とを備えるバキュームカーである。計量システム１０は、差圧センサ１２、傾斜角センサ１５、表示装置１６、及び制御装置１８を備える。本実施形態では、制御装置１８によって、差圧センサ１２による検出結果と傾斜角センサ１５による検出結果とに基づいてタンク３内の液体の収容量を計測可能とし、差圧センサ１２の取付位置に基づいた補正を不要とする。

（計量システムの概要）
図１及び図３に示すように、差圧センサ１２は、制御装置１８によって駆動され、タンク３内の下部の液圧とタンク３内の上部の気圧との差圧によって、タンク３内の液体収容量を検出するものである。図５を併せて参照すると、図５中右側の第１入力部１３には、タンク３の下部に接続された排出管７が接続され、タンク３内の液体の液圧Ｐ１（底部の液圧）が入力される。図５中左側の第２入力部１４には、タンク３の上部に接続された接続管８が接続され、タンク３内の上部空間の気圧Ｐ２が入力される。差圧センサ１２は、液圧Ｐ１と気圧Ｐ２の圧力差によって得られた検出値（検出結果）を、制御装置１８に出力する。差圧センサ１２は、液圧Ｐ１と気圧Ｐ２が直接入力される方式に限られず、液圧Ｐ１と気圧Ｐ２を別のセンサで検出して電気的に差を得るダイアフラムシール式の他、種々の方式のものを用いることもできる。

傾斜角センサ１５は、タンク３内の下部に配置されており、制御装置１８によって駆動され、タンク３の傾斜角度を検出するものである。傾斜角センサ１５としては、振り子式やフロート式等、傾斜角度を検出可能な周知のセンサを用いることができる。

図１から図３に示すように、表示装置１６は、液晶表示パネルによって構成されており、タンク３の後壁４ｃに配置されている。表示装置１６は、制御装置１８によって駆動され、タンク３内の液体の総収容量と、今回行われた液体の吸引量とを表示する。総収容量と吸引量の表示は、切り替えにより交互に行ってもよいし、両方を同時に行ってもよい。

制御装置１８は、単一又は複数のマイクロコンピュータ、及びその他の電子デバイスにより構成されている。制御装置１８は、処理部１９、表示制御部２０、記憶部２１、及びＡ／Ｄ変換器２３を備える。制御装置１８は、差圧センサ１２、傾斜角センサ１５、及び表示装置１６に電気的に接続されている。

処理部１９には、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出値（アナログデータ）が、Ａ／Ｄ変換器２３によってデジタルデータに変換されて入力される。処理部１９は、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出値に基づいてタンク３内の液体収容量を判断する。詳しくは、処理部１９は、差圧センサ１２の検出結果に基づいてタンク３内の液面高さを算出し、算出した液面高さと傾斜センサ１５の検出結果から、タンク３内の液体収容量を算出する。

また、処理部１９は、記憶部２１に記憶された過去の判断結果に基づいて、今回行われた吸引量を算出する。さらに、処理部１９は、タンク３内の収容量と今回の吸引量とを、表示制御部２０を介して表示装置１６に表示させる。

記憶部２１には、差圧センサ１２、傾斜角センサ１５、及び表示装置１６を制御するためのプログラムと、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出値に基づいて液体収容量を判断するためのデータとが記憶されている。このデータには、差圧センサ１２の検出値に基づいてタンク３内の液面高さを判断するための判定値が含まれている。また、記憶部２１には、処理部１９が判断したタンク３内の収容量が記憶される。

（差圧センサの配置）
図１及び図３を参照すると、タンク３は、楕円筒状の外周壁４ａと、外周壁４ａの前端を塞ぐ前壁４ｂと、外周壁４ａの後端を塞ぐ後壁４ｃとを備える。図３から図５に示すように、差圧センサ１２は、タンク３の長手方向の端部である後壁４ｃに配置されている。差圧センサ１２を配置する鉛直方向の位置は、タンク３が傾斜していない状態で、タンク３の底面５の高さと概ね一致するように設定されている。

また、差圧センサ１２は、タンク３の後壁４ｃから、タンク３の長手方向の外方へ定められた間隔Ｘ以内に配置されている。間隔Ｘは、タンク３が定められた最大傾斜角θで傾斜した状態で、処理部１９による液体収容量の判断結果が、定められた計量許容誤差ΔＶ以内となる距離に設定されている。例えばタンク３の最大収容量が４ｔの場合、計量許容誤差ΔＶは１０リットルである。

詳しくは、図６及び図７に示すように、タンク３内の水頭圧、つまりタンク３内の最も低い部分から液面Ｓ１，Ｓ２までの高さは、路面の傾斜によって車体２が傾斜するとタンク３も傾斜するため、変化する。この水頭圧変化により、差圧センサ１２による検出値も変化する。また、差圧センサ１２による検出値は、水頭圧変化に加え、タンク３に対する差圧センサ１２の取付位置によっても変化する。これは、路面の傾斜によって車体２が傾斜すると、液面Ｓ１，Ｓ２（タンク３）に対する差圧センサ１２の位置（高さ）も変位するためである。

つまり、図７に示すタンク３の傾斜状態では、図６に示すタンク３の非傾斜状態と比べて、差圧センサ１２がタンク３の底面５よりも低くなる。この場合、差圧センサ１２からタンク３内の液面Ｓ１，Ｓ２までの高さ（距離）は、タンク３内の液体収容量が同じであっても、図６の非傾斜状態よりも図７の傾斜状態の方が高くなる。よって、図７に示す傾斜状態では、図６に示す非傾斜状態よりも差圧センサ１２に加わる液圧Ｐ１が高くなるため、差圧センサ１２の検出結果に基づく液体収容量の判断の結果は、傾斜状態では非傾斜状態よりも多い量の判断を下すことになる。一方、タンク３が図７とは逆向きに傾斜すると、差圧センサ１２がタンク３の底面５よりも高くなるため、差圧センサ１２の検出結果に基づく液体収容量の判断の結果は、非傾斜状態よりも少ない量の判断を下すことになる。これが誤判断（計量誤差）の原因である。

差圧センサ１２をタンク３内の後壁４ｃの下端に配置すれば、差圧センサ１２の取付位置による誤差の考慮は必要ない。しかし、差圧センサ１２は、配線と配管、並びにメンテナンスのことを考慮すると、タンク３内に配置することはできない。よって、判断部１９による液体収容量の判断には、差圧センサ１２の取付位置による誤差が生じるのである。

一方、差圧センサ１２の取付位置による誤差を除く、傾斜によるタンク３内の水頭圧変化に基づく補正値は、タンク３の形状要素によって予め設定できる。よって、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出結果に基づく処理部１９の容量判断結果が、定められた計量許容誤差ΔＶ以内となるように差圧センサ１２を取り付ければ、差圧センサ１２の取付位置に基づいた補正は必要ない。

次に、図６から図８を参照して、差圧センサ１２を取り付ける間隔Ｘの算出方法について説明する。

図７に示すように、タンク３が最大傾斜角θで傾斜している場合、差圧センサ１２からタンク３の底面５の下端までの高さ（非傾斜状態との高さの差）はΔＴである。この高さの差ΔＴは、タンク３の長手方向におけるタンク３と差圧センサ１２の間隔Ｘに関連しており、以下の式（２）で算出できる。

図８に示すように、液面Ｓ１，Ｓ２が変位することで計量誤差が最も大きくなるのは、タンク３の幅が最も大きい部分（最大幅Ｗ）である（図３参照）。傾斜状態でのタンク３の長さＬ１（タンク３の長手方向における液面の全長）は、非傾斜状態で定められたタンク３の全長Ｌ０と最大傾斜角θを以下の式（３）に代入することで算出できる。

また、高さの差ΔＴによって生じる最大の計量誤差の容量Ｖｍａｘは、以下の式（４）で算出できる。

式（４）の傾斜状態のタンク長Ｌ１と高さの差ΔＴに式（２），（３）を代入すると、以下の式（５）が得られる。

以下の式（６）のように、高さの差ΔＴによって生じる最大誤差容量Ｖｍａｘが計量許容誤差ΔＶ以内であれば、差圧センサ１２の検出結果、又は処理部１９の容量判断結果を、差圧センサ１２の取付位置によって補正する必要はない。つまり、最大誤差容量Ｖｍａｘが計量許容誤差ΔＶ以内となる位置に差圧センサ１２を配置すれば、差圧センサ１２の取付位置の情報による補正は必要ない。

式（６）の最大誤差容量Ｖｍａｘに式（５）を代入すると、タンク３と差圧センサ１２の間隔Ｘを求めるための以下の式（７）が得られる。

このように、式（７）を満たす間隔Ｘ以内に差圧センサ１２を配置すれば、タンク３が最大傾斜角θで傾斜していても、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出結果に基づいて判断した結果（液体収容量）の誤差は許容誤差ΔＶ以内になる。勿論、タンク３が最大傾斜角θ未満で傾斜している場合でも、差圧センサ１２と傾斜角センサ１５の検出結果に基づく判断の結果の誤差は許容誤差ΔＶ以内になる。

例えば、差圧センサ１２をタンク３の後壁４ｃから７ｍｍの位置に配置し、タンク３の長手方向の最大傾斜角θを１５°とすると、タンク３が最大傾斜角θで傾斜した時の液面Ｓ２の高さ差ΔＴは最大で１．８ｍｍ（＝７×sin１５°）である。汎用の４ｔタンク３の場合、タンク３の傾斜の有無によるタンク３の収容量の計量誤差は、最大で５リットルである。また、４ｔタンク３で計量許容誤差ΔＶが１０リットルの場合、最大２ｍｍまで液面高さ検出誤差が許容可能である。

以上のように、間隔Ｘ以内に差圧センサ１２を配置することで、許容誤差ΔＶ以下の判断結果が得られるため、差圧センサ１２の取付位置に基づいた補正は必要ない。つまり、処理部１９は、差圧センサ１２と傾斜センサ１５の検出結果に基づいてのみ、タンク３内の液体収容量を判断すればよい。よって、タンク３内の液体収容量を判断するためのプログラムを簡素化できる。また、計量システム１０を液体運搬車１に搭載する際には、初期設定を簡素化できるため、作業性を向上できる。しかも、差圧センサ１２を取り付ける間隔Ｘは、タンク３の最大幅Ｗを用いた厳しい条件で設定されるため、処理部１９による判断結果を確実に許容誤差ΔＶ内に収めることができる。

（差圧センサの取付構造）
図３から図５に示すように、タンク３に対して差圧センサ１２を間隔Ｘ以内に配置するために、タンク３の排出管７には、ドレン管２５と分岐管２８が分岐接続されており、分岐管２８の先端に差圧センサ１２の第１入力部１３が接続されている。

排出管７は、タンク３内の液体を外部に排出するものであり、タンク３の後壁４ｃからタンク３の長手方向に沿って外方へ突出している。

ドレン管２５は、排出管７の径方向の下向きに突出するように、排出管７に分岐接続されている。ドレン管２５は、スラッジの除去を容易にするために、設置可能な範囲で大きい直径のもので構成されている。ドレン管２５の出口（下端）には、レバー２７によって開閉可能な止水弁２６が配置されている。

分岐管２８は、タンク３の幅（水平）方向に沿って突出するように、ドレン管２５に分岐接続されている。図５に最も明瞭に示すように、分岐管２８は、第１管部２８ａ、第２管部２８ｂ、及び第３管部２８ｃを備え、この順で直径が小さくなっている。第１管部２８ａはドレン管２５に接続され、第２管部２８ｂは第１管部２８ａに接続され、第３管部２８ｃは第２管部２８ｂに接続されている。そして、第３管部２８ｃの第２管部２８ｂとは反対側の端が、差圧センサ１２の第１入力部１３に接続されている。このように、ドレン管２５から差圧センサ１２の第１入力部１３に向けて、分岐管２８の直径を段階的に小さくしているため、第１入力部１３に対して、タンク３内のスラッジの侵入を抑制できる同時に空気の侵入（エア噛み）、及びエア溜まりを防止できる。

前述のように、分岐管２８の先端には、差圧センサ１２の第１入力部１３が接続されている。第１入力部１３がタンク３の底面５と同じ高さに位置するように、排出管７、ドレン管２５、及び分岐管２８の位置が設定されている。また、差圧センサ１２がタンク３に対して間隔Ｘ以内に位置するように、排出管７に対するドレン管２５の分岐位置が設定されている。

差圧センサ１２の第２入力部１４には、接続管８の一端が接続されている。図１を参照すると、接続管８の他端は、タンク３内の液体のオーバーフローを防ぐためのタンク３の前側に設けられた安全装置３０に接続されている。つまり、接続管８は、タンク３の前側上部からタンク３の後側下部にかけて配管されている。安全装置３０は、タンク３内の収容量がタンク容量を超えると、タンク３内の液体によってフロートが浮き上がり、液体が漏れないようにするものである。

このように取り付けた差圧センサ１２には、第１入力部１３にタンク３内の液圧Ｐ１が確実に入力され、第２入力部１４にタンク３内の上部空間の気圧Ｐ２が確実に入力される。そのため、差圧センサ１２によってタンク３内の液面Ｓ１，Ｓ２までの高さ（液体の収容量）を確実に検出できる。

なお、本発明の液体運搬車１は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、差圧センサ１２を接続する分岐管２８は、ドレン管２５に分岐接続したが、排出管７に分岐接続してもよい。

液体運搬車１としてバキュームカーを例に挙げたが、これに限定されるものではない。

１…液体運搬車
２…車体
３…タンク
４ａ…外周壁
４ｂ…前壁
４ｃ…後壁
５…底面
７…排出管
８…接続管
１０…計量システム
１２…差圧センサ
１３…第１入力部
１４…第２入力部
１５…傾斜角センサ
１６…表示装置
１８…制御装置
１９…処理部
２０…表示制御部
２１…記憶部
２３…Ａ／Ｄ変換器
２５…ドレン管
２６…止水弁
２７…レバー
２８…分岐管
２８ａ…第１管部
２８ｂ…第２管部
２８ｃ…第３管部
３０…安全装置

Claims

液体を収容するタンクと、
前記タンクの下部と上部に接続され、前記タンク内の下部の液圧と前記タンク内の上部の気圧との差圧を検出する差圧センサと、
前記タンクの傾斜角を検出する傾斜角センサと、
前記差圧センサと前記傾斜角センサの検出結果に基づいて、前記タンク内の液体の収容量を判断する処理部と
を備え、
前記差圧センサは、前記タンクが傾斜した状態での前記処理部の判断結果が定められた計量許容誤差以内となるように、前記タンクの長手方向の端部から前記タンクの長手方向の外方へ定められた間隔以内の、前記タンクの底面近傍に配置されており、
前記間隔は以下を満たす、液体運搬車。
Ｘ≦ΔＶ／（Ｗ×Ｌ０×cosθ×sinθ）
Ｘ：間隔
ΔＶ：計量許容誤差
Ｗ：タンク幅
Ｌ０：タンク長
θ ：タンク最大傾斜角
前記タンクの後壁には、前記タンク内の液体を排出するための排出管が接続され、
前記排出管には、径方向外向きに突出するドレン管が分岐接続されており、
前記差圧センサは、前記ドレン管に分岐接続された分岐管に配置されている、請求項１に記載の液体運搬車。