(57)【要約】【課題】安価な回路構成でありながら、検出感度が充分な漏水検知装置を提供する。【解決手段】漏水検知装置１００は、漏水を検知する漏水センサ２０と、直流源からの直流電圧で駆動するとともに、漏水センサ２０に漏水を検出するための交流電圧を供給し、漏水センサ２０の検知信号に基づいて前記漏水の発生有無を判定する漏水検知回路部１０とを備えている。この漏水検知回路部１０は、漏水センサ２０が二次側に接続される絶縁トランスＴ１と、絶縁トランスＴ１の一次側に接続される漏水検知判定部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏水を検知する漏水検知部と、
直流源からの直流電圧で駆動するとともに、前記漏水検知部に漏水を検出するための交流電圧を印加し、前記漏水検知部の検知信号に基づいて漏水の発生有無を判定する漏水検知回路部と、を備え、
前記漏水検知回路部は、
前記漏水検知部が二次側に接続される絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの一次側に接続される漏水検知判定部と、
を備えることを特徴とする漏水検知装置。
【請求項２】
前記漏水検知判定部は、
前記絶縁トランスを介して前記漏水検知部に交流電圧を印加するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に駆動信号を出力する駆動回路部と、
前記漏水検知部の前記検知信号に基づいて変化する直流電圧を検出する電流検出部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の漏水検知装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路は、
直列に接続された二つのスイッチング素子からなるハーフブリッジ回路を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の漏水検知装置。
【請求項４】
前記絶縁トランスは、
磁気コアと、
前記磁気コアに巻かれている一次巻線と、
前記磁気コアに前記一次巻線に対して分離された位置に巻かれている二次巻線と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の漏水検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏水検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、設備または機器において、配管または水回りで生じる漏水を検知するための漏水検知装置や、漏水検出回路が知られている。
【０００３】
特許文献１の要約には、「漏水検知回路Ａは、ドライブ信号を出力する信号発生回路２４と、複数のトランジスタから構成され直流電源２１から電力が供給されると共に前記信号発生回路２４からのドライブ信号を受けるブリッジ回路２２と、前記漏水がない場合には前記信号発生回路２４からのドライブ信号に基づく前記ブリッジ回路２２の出力によりプラスとマイナスに跨る常に一定の波高値の電圧となると共に前記ブリッジ回路２２に一定の電流を出力する検出導体を備えた漏水センサー部２６と、この漏水センサー部２６に液体がかかった際の漏水センサー部２６からの出力電流の変化による前記ブリッジ回路２２の出力電圧の変化に基づいて漏水を判定する電圧レベル判定回路３３とを備える。」と記載されている。更に、特許文献１の発明の効果には、「漏水検知回路をデジタル回路にて構成しているので、従来のアナログ回路の漏水検知回路のようなトランスが不要になり、漏水検知回路の簡略化及び軽量化を図ることができる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１７４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明は、デジタル回路で構成され、かつ、スイッチング回路がフルブリッジ構成のため、回路が高価である。特許文献１では、漏水センサと、そのセンサ信号を検知する漏水検知回路とが直流的に絶縁されておらず、漏水時の安全性の観点からは好ましくない。
更に、特許文献１に記載の発明は、直流によって漏水を検出している。しかし、漏水を直流検知する方式では、センサ部分が腐食する虞がある。漏水を交流検知する方式では、センサ部の腐食の虞はないが、前記した直流検知方式と比べて、著しく検出感度が低下し、よって誤検出する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、安価な回路構成でありながら、安全性を有する漏水検知装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、本発明の漏水検知装置は、漏水を検知する漏水検知部と、直流源からの直流電圧で駆動するとともに、前記漏水検知部に前記漏水を検出するための交流電圧を印加し、前記漏水検知部の検知信号に基づいて漏水の発生有無を判定する漏水検知回路部とを備える。更に、前記漏水検知回路部は、前記漏水検知部が二次側に接続される絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側に接続される漏水検知判定部とを備える。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安価な回路構成でありながら、安全性を有する漏水検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態における漏水検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】絶縁トランスに発生する寄生容量による誤検知の説明図である。
【図３】各種トランスの概略を示す構成図である。
【図４】セクション巻きトランスの正面図と側面図である。
【図５】各種トランスと検出電位の変化率との関係を実験により検証したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態の構成）
図１は、本実施形態における漏水検知装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、漏水検知装置１００は、漏水センサ２０（漏水検知部の一例）と、漏水検知回路部１０とを含んで構成される。
【００１１】
漏水センサ２０は、漏水を検知するためのセンサであり、互いに離間した二つの導体を含んで構成されている。漏水センサ２０には、漏水検知回路部１０が接続され、この漏水検知回路部１０により、交流電圧が印加される。これら二つの導体は、漏水によって交流が流れるように構成されている。漏水センサ２０が漏水していない場合、これら二つの導体は、誘電率の低い空気を挟んで離間する。このとき、漏水センサ２０のインビ−ダンスは高く、漏水センサ２０に流れる交流電流は少ない。漏水センサ２０が漏水した場合、これら二つの導体は、水を挟んで離間する。水の誘電率は、空気の誘電率よりも高い。このとき、漏水センサ２０のインピーダンスは低くなり、漏水センサ２０に流れる交流電流が増大する。漏水センサ２０に流れる交流電流は、後記する絶縁トランスＴ１の二次側における検知信号である。
【００１２】
漏水検知回路部１０は、絶縁トランスＴ１と、漏水検知判定部５とを含んで構成される。漏水検知回路部１０は、漏水センサ２０によって漏水を検知して、外部に漏水信号Ｖｓを出力する。この漏水信号Ｖｓは、例えば、電流検出用抵抗素子Ｒｄ（電流検出部の一例）の図の右側の端子とグランドとの間の電圧である。ここでグランドとは、例えばスイッチング素子Ｑ２のソースが接続されるノードである。
絶縁トランスＴ１は、高周波トランスであり、例えば数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波で駆動する。絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｓには、漏水センサ２０が接続される。絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐには、漏水検知判定部５が接続される。
【００１３】
漏水検知判定部５は、交流電圧を生成するスイッチング回路１と、スイッチング回路１に駆動信号を出力する駆動回路部２と、電流検出部３とを含んで構成される。
スイッチング回路１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路からなるハーフブリッジ回路である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。スイッチング回路１は、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐに交流電圧を印加し、その二次巻線Ｓに交流電圧を発生させて、漏水センサ２０に交流電圧を印加する。スイッチング素子Ｑ１のドレインは、電流検出用抵抗素子Ｒｄを介して電源Ｖｄｃの正極側に接続される。スイッチング素子Ｑ１のソースは、スイッチング素子Ｑ２のドレインと絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐの一端とに接続される。スイッチング素子Ｑ２のソースと、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐの一端とは、グランドに接続される。
【００１４】
駆動回路部２は、スイッチング回路１に駆動信号を出力するものであり、スイッチング素子Ｑ３と、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、ツェナーダイオードＺＤ１とを備えている。
抵抗素子Ｒ３の一端には、不図示の外部回路が接続されて、第１パルス信号が入力される。抵抗素子Ｒ３の他端は、スイッチング素子Ｑ３のゲートに接続され、このスイッチング素子Ｑ３を第１パルス信号で駆動する。スイッチング素子Ｑ３のドレインは、抵抗素子Ｒ４を介して電源Ｖｃｃにプルアップされ、更にツェナーダイオードＺＤ１が接続される。これにより、スイッチング素子Ｑ３のドレインには、第１パルス信号が反転した信号が生成される。更に、スイッチング素子Ｑ３のドレインは、抵抗素子Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されるので、スイッチング素子Ｑ１を第１パルス信号が反転した信号で駆動することができる。なお、スイッチング素子Ｑ１のゲートに加えられる信号の変動が問題にならない場合、このツェナーダイオードＺＤ１は、抵抗素子に置き換えることができる。
【００１５】
抵抗素子Ｒ２の一端には、不図示の外部回路が接続されて、第２パルス信号が入力される。抵抗素子Ｒ２の他端は、スイッチング素子Ｑ２のゲートに接続されるので、このスイッチング素子Ｑ２を第２パルス信号で駆動することができる。この第１パルス信号は、例えばデューティ５５％の方形波である。第２パルス信号は、第１パルス信号と同一周波数であり、例えば、デューティ４５％の方形波である。第２パルス信号のＨレベル区間は、第１パルス信号のＨレベル区間に含まれる。これにより、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とが同時にオンする短絡を防ぐことができる。
【００１６】
電流検出部３は、電流検出用抵抗素子Ｒｄを含んで構成される。電流検出部３は、漏水センサ２０に流れる交流電流（検知信号の一例）に基づいて変化する直流電圧を検出するものである。スイッチング回路１が、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐに交流電流を流すと、この交流電流に応じた直流電流が電流検出用抵抗素子Ｒｄに流れる。絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐに流れる交流電流は、二次巻線Ｓに流れる交流電流に比例し、漏水センサ２０による漏水の検知の有無によって変化する。漏水センサ２０で漏水が検知された場合、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｓに流れる交流電流（検知信号の一例）が増加し、一次巻線Ｐに流れる交流電流も増加する。これにより、電流検出用抵抗素子Ｒｄに流れる電流も増加し、漏水信号Ｖｓによる検出電位が低下する。これにより、漏水検知装置１００は、漏水したことを検出することができる。
【００１７】
漏水検知装置１００は、交流検知方式なので、漏水センサ２０には直流電流が流れず、よって漏水センサ２０の腐食を防ぎ、操作者の安全性を担保することができる。
漏水検知装置１００は、直流検知方式のものと比較して検知感度が低い。漏水検知装置１００は、例えば、絶縁トランスＴ１の二次側がアースに接地しているときに、漏水センサ２０が漏水していると誤検知する虞がある。この問題に対する対策を、後記する図２から図５で説明する。
【００１８】
図２は、絶縁トランスＴ１に発生する寄生容量による誤検知の説明図である。寄生容量とは、設計者が意図しない、電子部品や電子回路で発生する容量成分のことである。
漏水センサ２０の二つの導体は、それぞれ漏水検知装置１００の筐体（不図示）であるシャーシのアースとの間に寄生容量Ｃ２０が発生する。更に絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐの一端と二次巻線Ｓの一端との間には、寄生容量Ｃｔ１が発生する。この絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｐの他端と二次巻線Ｓの他端との間には、寄生容量Ｃｔ２が発生する。これにより、シャーシのアースと寄生容量Ｃ２０とを介して、リーク電流が流れる。
寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２の値が大きいほど、リーク電流は大きくなり、よって漏水していない場合であっても、リーク電流により漏水であると誤検出する可能性が大きくなる。この寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２は、トランスの構造に応じて変化する。本実施形態では、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が小さいものを絶縁トランスＴ１として選択することにより、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２による誤検知を回避している。
【００１９】
（トランスの構成と誤検知との関係）
図３（ａ）〜（ｃ）は、各種トランスの概略の構成を説明する図である。
図３（ａ）は、整列巻きトランスＴ１ａの断面図である。
整列巻きトランスＴ１ａは、三本の脚を有するコア３１ｂと、これら三本の脚に接するコア３１ａとを含んで構成されている。コア３１ｂの中脚の外周には、一次巻線Ｎｐが径方向に巻かれ、その一次巻線Ｎｐの外側に整列して二次巻線Ｎｓが径方向に巻かれている。一次巻線Ｎｐと二次巻線Ｎｓとが近接して巻かれており、これらの間の磁気的結合力が比較的高い。よって、整列巻きトランスＴ１ａは、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が大きい。
【００２０】
図３（ｂ）は、サンドイッチ巻きトランスＴ１ｂの断面図である。
サンドイッチ巻きトランスＴ１ｂは、三本の脚を有するコア３２ｂと、これら三本の脚に接するコア３２ａとを含んで構成されている。コア３２ｂの中脚の外周には、一次巻線Ｎｐ１、二次巻線Ｎｓ１、一次巻線Ｎｐ２、および、二次巻線Ｎｓ２が径方向に整列して巻かれ、サンドイッチ構造をしている。
一次巻線Ｎｐ１，Ｎｐ２と二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２とが近接して巻かれており、これらの間の磁気結合力が整列巻きトランスＴ１ａよりもさらに高い。よって、サンドイッチ巻きトランスＴ１ｂは、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が大きい。
【００２１】
図３（ｃ）は、トロイダル型トランスＴ１ｃの構成を示す平面図である。
トロイダル型トランスＴ１ｃは、トーラス形状のコア３３と、このコア３３を載置するボビン４１と、このボビン４１の両端に設けられた４本のリードピン５１とを含んで構成されている。トーラス形状のコア３３には、一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓ１とが離間して巻かれている。一次巻線Ｐ１の両端には、それぞれリードピン５１が電気的に接続される。二次巻線Ｓ１の両端には、それぞれリードピン５１が電気的に接続される。
【００２２】
図４（ａ），（ｂ）は、セクション巻きトランスＴ１ｄの正面図と側面図である。
図４（ａ）は、セクション巻きトランスＴ１ｄの正面図である。
セクション巻きトランスＴ１ｄは、ボビン４２の上にコア３３を載置し、コア３３の上側には鍔部４２ａが張り出している。ボビン４２の下には、４本のリードピン５２が設けられている。
【００２３】
図４（ｂ）は、セクション巻きトランスＴ１ｄの側面図である。
セクション巻きトランスＴ１ｄのコア３３の上側には、図の左側から順に、ボビン４２の鍔部４２ａ、鍔部４２ｂ、鍔部４２ｃが張り出している。鍔部４２ａ，４２ｂの間（セクション）には、一次巻線Ｐ２が巻かれている。鍔部４２ｂ，４２ｃの間（セクション）には、二次巻線Ｓ２が巻かれている。
これら一次巻線Ｐ２と二次巻線Ｓ２との内側には、コア３４の中脚が存在している。このコア３４の中脚には、一次巻線Ｐ２と二次巻線Ｓ２とが離間して巻かれている。
【００２４】
図５は、図３、図４に示した各種トランスと検出電位の変化率との関係を実験により検証したグラフである。図５では、ＦＧ（Frame Ground）短絡時と、漏水時のそれぞれの検出電位の変化率を示している。なお、０％が基準電位からの変化が無い場合を示している。また、ＦＧ短絡時とは、漏水センサ２０の二つの導体のうちいずれかを、漏水検知装置１００のフレームグランド（ＦＧ）に短絡した場合である。
棒グラフＡ，Ａ２は、整列巻きトランスＴ１ａに係る検出電位の変化率を示している。
棒グラフＢ，Ｂ２は、サンドイッチ巻きトランスＴ１ｂに係る検出電位の変化率を示している。棒グラフＣ，Ｃ２は、トロイダル型トランスＴ１ｃに係る検出電位の変化率を示している。棒グラフＤ，Ｄ２は、セクション巻きトランスＴ１ｄに係る検出電位の変化率を示している。棒グラフＡ〜Ｄは、ＦＧ短絡時の検出電位の変化率を示している。棒グラフＡ２〜Ｄ２は、漏水時の検出電位の変化率を示している。
【００２５】
ＦＧ短絡時において、整列巻きトランスＴ１ａとサンドイッチ巻きトランスＴ１ｂとは寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が大きい。そのため、棒グラフＡ，Ｂで示すように検出電位の変化率が大きい。これにより、漏水検知装置１００の絶縁トランスＴ１に用いた場合、漏水の誤検知につながる虞がある。これに対して、トロイダル型トランスＴ１ｃとセクション巻きトランスＴ１ｄとは、一次巻線Ｐ１，Ｐ２と二次巻線Ｓ１，Ｓ２との磁気的結合力が低く、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が小さい。そのため、棒グラフＣ，Ｄで示すように、検出電位の変化率が小さい。
漏水時において、棒グラフＡ２〜Ｄ２で示すように、構造が異なる各トランスによる検出電位の変化率には大きな差はない。よって、漏水検知装置１００の絶縁トランスＴ１に、トロイダル型トランスＴ１ｃまたはセクション巻きトランスＴ１ｄを採用することで、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２を小さくして、ＦＧ短絡時の誤検出を抑止することができる。
【００２６】
（効果）
本発明の漏水検知装置１００は、以下の効果を奏する。
【００２７】
（Ａ）  漏水検知装置１００は、漏水センサ２０と漏水を判定する漏水検知判定部５の回路素子群とが絶縁トランスＴ１を挟んで離間され、直流が流れないように絶縁されている。漏水センサ２０の漏水時に、漏水検知判定部５の回路素子群が水で濡れることはないので、故障や漏電などは発生しない。更に、漏水検知判定部５から漏水センサ２０に直流電流が流れることはないので、安全に漏水を検知できる。
【００２８】
（Ｂ）  漏水検知装置１００は、この絶縁トランスＴ１を高周波で駆動するため、絶縁トランスＴ１として小型のものを採用することができる。ただし、駆動する周波数を高くするほど絶縁トランスＴ１の寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が増加し、リーク電流が増えて検出精度が落ちることに留意すべきである。そのため、設計者は、絶縁トランスＴ１の大きさとリーク電流との間のバランスを考慮し、漏水時と非漏水時の電位差が最も大きくなり、かつ、検知帯の地絡状態における電圧効果の割合が小さくなるように、駆動周波数を最適に設計することが必要である。
【００２９】
（Ｃ）  漏水検知装置１００は、数Ｖ程度の低い直流電圧で駆動できるため、安全性が高い。また、漏水検知装置１００は、漏水センサ２０と漏水検知判定部５とが絶縁トランスＴ１で絶縁されているため、高い直流電圧で駆動しても、安全性が高い。すなわち、漏水検知装置１００は、駆動電圧の範囲を広く設定することができる。
【００３０】
（Ｄ）  駆動回路部２は、高価な集積回路などを用いず、ディスクリート部品で構成される安価なアナログ回路である。スイッチング回路１は、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるハーフブリッジ回路であるため、４個のスイッチング素子によるフルブリッジ回路と比べて安価である。これにより、漏水検知装置１００は、安価に構成できる。
【００３１】
（Ｆ）  絶縁トランスＴ１は、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとが磁気コアに対してお互いに分離された位置に巻かれている。絶縁トランスＴ１は、寄生容量Ｃｔ１，Ｃｔ２が少なく、これに起因するコモンモード電流の影響を受けにくい。よって、漏水検知装置１００は、漏水センサ２０の二つの導体のうちいずれかがアースに接地されたときの誤検知を回避することができる。
【００３２】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のようなものがある。
【００３３】
（ａ）  スイッチング回路１の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＦＥＴに限定されない。
【００３４】
（ｂ）  駆動回路部２の回路構成は、本実施形態に限定されない。例えば、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１は、ブートストラップの回路による駆動や、パルストランスを用いた回路による駆動としてもよい。
【００３５】
（ｃ）  上記実施形態の絶縁トランスＴ１は、トロイダル型トランスＴ１ｃまたはセクション巻きトランスＴ１ｄである。しかし、これに限られず、絶縁トランスＴ１は、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとが磁気コアに対してお互いに分離された位置に巻かれているものであればよく、その構造は、例示したものに限定されない。
【００３６】
（ｄ）  上記実施形態の電流検出部３は、電流検出用抵抗素子Ｒｄを含んで構成されている。しかし、これに限られず、カレントトランスなどの任意の電流検出素子を用いてもよく、限定されない。
【符号の説明】
【００３７】
１  スイッチング回路
２  駆動回路部
３  電流検出部
５  漏水検知判定部
１０  漏水検知回路部
２０  漏水センサ  （漏水検知部の一例）
３１ａ，３１ｂ，３２ａ、３２ｂ，３３，３４  コア
４１，４２  ボビン
５１，５２  リードピン
１００  漏水検知装置
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｎｐ１，Ｎｐ２  一次巻線
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗素子
Ｒｄ  電流検出用抵抗素子  （電流検出部の一例）
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２，Ｎｓ１，Ｎｓ２  二次巻線
Ｔ１  絶縁トランス
Ｔ１ａ  整列巻きトランス
Ｔ１ｂ  サンドイッチ巻きトランス
Ｔ１ｃ  トロイダル型トランス
Ｔ１ｄ  セクション巻きトランス
ＺＤ１  ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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