(57)【要約】【課題】単一の保護管であっても液面の検出が可能で容器に取付ける部位の減少を図り高圧下でも高い耐圧性能及び簡便な取り付け構造の液面検出装置を提供する。【解決手段】液面検出装置１は、液体２を収容する高圧容器３の側部に設ける挿入部４に取付けられ、１本の共通保護管６と外部の判別手段７を備え、共通保護管６は液面Ｌと平行に突設する棒体部８と基部９を備える。棒体部８は先端部を閉塞し基部９には高圧流体用の管雄型継手１０を形成し挿入部４には管雌型継手１１を形成する。棒体部８の管内中心軸上の先端部側には極力小さくした電流を流入する周囲温度測定用抵抗体１７を配置し容器側部側には加熱電流によって周囲温度より高温に保持する自己加熱用抵抗体１８を配置する。【選択図】図１
2014211345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する容器の内方に閉塞先端部を突設する保護管と、この保護管の内部に封入する周囲温度測定用抵抗体と、前記保護管の内部に封入し外部回路より流入する加熱電流によって周囲温度より高温に保持される自己加熱用抵抗体と、前記周囲温度測定用抵抗体及び自己加熱用抵抗体が出力する電気信号を入力して両者の温度差を検知し前記保護管が液面の上方に位置するか下方に位置するかを判別する判別手段を備える液面検出装置において、前記保護管は、前記容器の側部に設ける挿入部より液面と平行に突設する１本の共通保護管であり、この共通保護管内中心軸上の前記先端部側には前記自己加熱用抵抗体又は周囲温度測定用抵抗体のいずれか一方を配置し、同中心軸上の容器側部側にはいずれか他方を配置することを特徴とする液面検出装置。
【請求項２】
前記共通保護管は、前記両抵抗体を配置する棒体部と、前記挿入部に対し水密に接続する基部を備えることを特徴とする請求項１記載の液面検出装置。
【請求項３】
前記棒体部は高圧に耐え得る厚肉ステンレス外殻部材からなり、前記基部には高圧流体用の管雄型継手を形成し、前記挿入部には同雌型継手を形成することを特徴とする請求項２記載の液面検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容器内に収容する液体の液位を検知するための液面検出装置に関し、詳しくは液相と気相とにおいて自己発熱させた抵抗体の熱放散定数が異なることを利用する液面検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１５年に想定されている水素エネルギ普及のための水素供給インフラ立ち上げに向け、水素製造・輸送・貯蔵・充填機器及びシステムに関する研究・開発が急がれている。３５ＭＰa級及び７０ＭＰa級水素ガス充填に関わる蓄ガス器が既に開発されており、蓄ガス器及びシステム内部には、水素ガスだけでなく、水等の液体が混在する場合があり、超高圧環境下での液体の有無及び量を検知可能な液面検出装置が必要とされている。
【０００３】
例えば、常圧〜３ＭＰa程度の容器内であれば、液面検出装置としてはフロート式レベルスイッチ、超音波式、電気伝導式等が一般的であるが、１０ＭＰa以上の圧力条件ではフロートの圧壊、超音波発信子の破壊、電極絶縁部からの漏れ等により、使用困難となる。また、４０ＭＰaを超える超高圧環境下では、厚肉ステンレス鋼板や厚肉管の使用など相応する耐圧構造が要求される。
【０００４】
このような超高圧環境下でも使用可能な液面検出装置としては、温度測定可能な抵抗体を用い、かつ液相と気相とでは熱放散定数が異なることを利用して液面を検出する方式の液面レベルセンサが考えられる。
【０００５】
従来の熱感応式の液面レベルセンサとしては、例えば特許文献１に記載されるような液位検出装置があった。
【特許文献１】特開２００２−９０２０６号公報
【０００６】
この液位検出装置は、図４に示すように、液体１０２が貯留された容器１０３内に略筒状の保護管１０４，１０５を垂下するもので、各保護管１０４，１０５には夫々感熱抵抗体１０６又は感熱抵抗体１０７が収容されており、これらの保護管１０４，１０５及び抵抗体１０６，１０７で構成する二つの検知部１０８，１０９の内、一方の検知部１０８の保護管１０４には熱源としてのヒータ１１０が接続されており、保護管１０４及び抵抗体１０６が加熱されている構成であった。
【０００７】
更に、抵抗体１０６，１０７は計測演算部１１１に接続されており、抵抗体１０６，１０７からの周囲の温度に応じて出力されたそれぞれの電気信号を入力していた。液面レベルセンサ１０１は、液体１０２に浸漬された状態（図４においては一点鎖線で示す液位）で抵抗体１０６，１０７から出力される電気信号強度の差異と、液体１０２の液面Ｌの上方に露呈した状態（同実線で示す液位）で抵抗体１０６，１０７から出力される電気信号強度の差異との差分に基づいて、液面Ｌに対して保護管１０４，１０５が上方に位置するか下方に位置するかを計測演算部１１１において判別していた。
【０００８】
このような従来の液面レベルセンサの構成を超高圧環境下の容器内での液面検出装置に適用すると、図５に示すように保護管１１４，１１５を２本製作して感温部位が同じ検知位置になるように正確に設置し、極力通電電流を抑えた温度補償用の抵抗体と自己加熱させた抵抗体を夫々の保護管１１４，１１５に封入し、これらの温度差を測定比較する構造が考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、この液面検出装置では、高圧容器１１３に必ず保護管１１４，１１５を２本装着する必要があり、取り付け部位の増加に伴って耐圧容器の寸法も増加させ、更に周辺構造物の肥大化を招いてしまうという問題点があり、又製造コストも高価となり実用に適さない。
【００１０】
又、７０ＭＰaを超える高圧ガス用途が未だ限られた分野であるので、容器に関わる周辺部品の種類は潤沢に用意されているわけではないので、保護管寸法が大きくなると、専用の取り付け金具を用意するか、一回り大きいサイズの取り付け金具を選択するしかない。液面検出装置の寸法は、蓄ガス器や配管のサイズに大きく影響し、再設計を必要とさせる場合があるので、液面検出装置の小型化は、周辺システムの開発・実験をスムーズに進めるためにも極めて重要である。
【００１１】
この発明は、従来の液面検出装置が有する上記の問題点を解消すべくなされたものであり、単一の保護管であっても液面の検出が可能で、容器に取付ける部位の減少を図り、高圧下でも高い耐圧性能及び簡便な取り付け構造を実現する液面検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の液面検出装置は、液体を収容する容器の内方に閉塞先端部を突設する保護管と、この保護管の内部に封入する周囲温度測定用抵抗体と、前記保護管の内部に封入し外部回路より流入する加熱電流によって周囲温度より高温に保持される自己加熱用抵抗体と、前記周囲温度測定用抵抗体及び自己加熱用抵抗体が出力する電気信号を入力して両者の温度差を検知し前記保護管が液面の上方に位置するか下方に位置するかを判別する判別手段を備える液面検出装置において、前記保護管は、前記容器の側部に設ける挿入部より液面と平行に突設する１本の共通保護管であり、この共通保護管内中心軸上の前記先端部側には前記自己加熱用抵抗体又は周囲温度測定用抵抗体のいずれか一方を配置し、同中心軸上の容器側部側にはいずれか他方を配置することを特徴とするものである。
【００１３】
周囲温度測定用抵抗体は、周囲温度を計測する目的として、極力通電電流を小さくする。一方、自己加熱用抵抗体は通電電流を増やし自己加熱させ周囲の温度よりも高温にして放熱と自己加熱が平衡した状態とする。この平衡した状態での温度は、液中に比べて熱放散定数が小さい空気中では温度が高くなる。いわゆる空焚き状態である。
【００１４】
同じ雰囲気中に極力通電電流を抑えた温度補償用の抵抗体を設置し、自己加熱させた抵抗体との温度差を測定し、判別手段により比較すれば液面が測温抵抗体の上方にあるか、下方にあるかを判別することができる。
【００１５】
共通保護管内部には、自己加熱が異なる周囲温度測定用抵抗体及び自己加熱用抵抗体が保護管の軸上に縦に並んでいる。閉塞先端部に近い容器内方側には自己加熱用抵抗体を配置し、容器側部側には周囲温度測定用抵抗体を配置することが望ましいが、容器内の雰囲気中に設置する状態であれば夫々の抵抗体位置を入れ替えてもよい。
【００１６】
請求項２記載の液面検出装置の共通保護管は、前記両抵抗体を配置する棒体部と、前記挿入部に対し水密に接続する基部を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
基部にはテーパ角度を持つ雄側の嵌め合い部位を、挿入部には同一のテーパ角度を持つ雌側の嵌め合い部位を夫々形成すると共に、これらの間にはシール部材を介在させて水密な構造とする。
【００１８】
請求項３記載の液面検出装置の棒体部は高圧に耐え得る厚肉ステンレス外殻部材からなり、前記基部には高圧流体用の管雄型継手を形成し、前記挿入部には同雌型継手を形成することを特徴とするものである。容器内部が高圧状態であっても内容物が外部に洩れることの無いよう両継手を接続する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の液面検出装置は、単一の共通保護管内に自己加熱が異なる周囲温度測定用抵抗体及び自己加熱用抵抗体を封入し、これら両抵抗体は、保護管軸上に縦に並んでいるので使用する共通保護管の内径を小さく抑えることができる。
【００２０】
又１本の共通保護管取り付けで液面検知可能とするので、容器の取付部位の減少が図れ、簡便な取り付け構造を実現することができ、容器及び配管部位の負担を軽減し、システム全体を軽量化でき、コストを削減できる。
【００２１】
請求項２記載の液面検出装置の共通保護管は、容器挿入部に対し水密に接続する基部を備え、取り付けシール部分と一体化しているので、小型、低コストの液面検出装置を実現できる。
【００２２】
請求項３記載の液面検出装置は高圧に耐え得る構成とするので、燃料電池用水素タンクなどの液面検知用として、圧力３５ＭＰaを超える高圧条件下でも液面を正しく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】液面検出装置を取り付ける容器の断面図である。
【図２】液面検出装置の容器取付部を拡大した断面図である。
【図３】共通保護管の一部を省略した拡大断面図である。
【図４】従来の液面検出装置を取り付ける容器の概略構成図である。
【図５】従来の液面検出装置を取り付ける超高圧環境下の容器の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次にこの発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は超高圧環境下の容器に液面検出装置を取り付ける断面図である。液面検出装置１は、液体２を収容する高圧容器３の側部に設ける挿入部４に取付けられる。挿入部４は液面Ｌを検出するのに適切な位置で複数箇所設置してもよい。液体２の上部には気体５が例えば水素ガス等が４０ＭＰaを超える超高圧環境下で存在している。
【００２５】
高圧容器３は、挿入部４を含め、例えば厚肉ステンレス鋼板を用いる耐圧構造である。
【００２６】
液面検出装置１は、高圧容器３の内方に閉塞先端部を突設する１本の共通保護管６と、これに接続する外部の判別手段７を備え、共通保護管６は、棒体部８と、挿入部４に対して水密に接続する基部９を備え、棒体部８は液面Ｌと平行に突設する。
【００２７】
共通保護管６の詳細を図２及び図３に基づき説明する。図２は共通保護管の容器取付部を拡大した断面図、図３は共通保護管の一部を省略した拡大断面図である。共通保護管６の棒体部８は先端部を閉塞し、基部９には高圧流体用の管雄型継手１０を形成する。一方高圧容器３の挿入部４には高圧流体用の管雌型継手１１を形成する。
【００２８】
管雄型継手１０は、例えば冷間加工されたステンレス鋼管を使用し、円錐形にテーパ角度を持つ嵌合部１２と押さえネジ１３を形成する。押さえネジ１３にグランドナット１４及びカラー１５を装着し、グランドナット１４を容器挿入部４の管雌型継手１１に螺着する。
【００２９】
管雌型継手１１の奥側（容器内方側）には管雄型継手１０の嵌合部１２と同一のテーパ角度を持つ嵌め合い部位（雌側）を形成し、嵌合部１２との間にはメタルタッチシール１６を介在させる。このような構成により、共通保護管６を挿入部４に挿入して、押さえネジ１３を締め付けていけば、７０ＭＰaの高圧でも内容物が外部に漏れることなくシール可能となる。
【００３０】
共通保護管６の棒体部８は、例えば長さ５０ｍｍ、外径φ４ｍｍ、肉厚１ｍｍの厚肉ステンレス製であり、その先端部は封止されている。図３に示すように棒体部８の管内中心軸上の先端部側には自己加熱用抵抗体１７を配置し、同中心軸上の容器側部側には周囲温度測定用抵抗体１８を配置する。
【００３１】
周囲温度測定用抵抗体１８は、周囲温度を計測するため図示しない外部回路に接続する第１抵抗体導線１９から極力小さくした電流を流入する一方、自己加熱用抵抗体１７は第２抵抗体導線２０より流入する加熱電流によって周囲温度より高温に保持する。
【００３２】
棒体部８の内部には低熱伝導性固着材２１を充填して自己加熱用抵抗体１７と周囲温度測定用抵抗体１８を固定する。
【実施例】
【００３３】
本発明の液面検出装置と従来の液面検出装置とを比較する試験を行った。従来型の液面検出装置としては、図５に示す容器に対して、２本の保護管を挿入する装置としたところ、
水中・・・・自己加熱側抵抗体温度＝３４℃    周囲測定用抵抗体温度＝２３℃
空気中・・・自己加熱側抵抗体温度＝５６℃    周囲測定用抵抗体温度＝２３℃
となり、水中での両抵抗体の温度差が１１℃であるのに対して、空気中での温度差は３３℃となっていた。即ち水中から空気中に雰囲気が変化するとその温度差の変化は２２℃であった。
【００３４】
一方本発明の液面検出装置としては、図１乃至図３に示す構成で、共通保護管６の棒体部８の長さ４０ｍｍ、外径φ３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの厚肉ステンレス製(SUS316L)とし、先端部より５ｍｍの位置に自己加熱用抵抗体１７を配置し、これより２０ｍｍ後方に周囲温度測定用抵抗体１８を配置し、それらの周囲を低熱伝導性固着材２１で充填したところ、
水中・・・・自己加熱側抵抗体温度＝３４℃    周囲測定用抵抗体温度＝２４℃
空気中・・・自己加熱側抵抗体温度＝５６℃    周囲測定用抵抗体温度＝２４℃
となり、水中での両抵抗体の温度差が１０℃であるのに対して、空気中での温度差は３２℃となっていた。従って本発明の液面検出装置においても、水中から空気中に雰囲気が変化する場合、その温度差の変化は２２℃であった。
【００３５】
以上のように、本発明の液面検出装置の液面検出能力は従来の液面検出装置と同等であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明の液面検出装置は、高圧容器のみならず常圧の容器内であっても適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  液面検出装置
２  液体
３  高圧容器
４  挿入部
５  気体
６  共通保護管
７  判別手段
８  棒体部
９  基部
【図１】
2014211345.tif 000003
【図２】
2014211345.tif 000004
【図３】
2014211345.tif 000005
【図４】
2014211345.tif 000006
【図５】
2014211345.tif 000007