(57)【要約】【課題】正確な液体の残量を確認することの可能な残量計測装置を提供する。【解決手段】ほぼ鉛直方向に延在する導電性の振動棒３１の上端が容器の上部と絶縁性の部材（図示せず）を介して固定されている。振動棒３１の上端またはその近傍には、一対の圧電素子３２が振動棒３１を両側から挟み込むように配置されている。振動棒３１および一対の圧電素子３２には、各圧電素子３２ほぼ同位相に変位させる電圧を各圧電素子３２に印加すると共に所定の周波数帯を掃引する交流信号源３３がワイヤ３７を介して接続されている。計測部３４が交流信号源３３と並列に接続されており、入力アドミタンスを計測すると共に、計測した入力アドミタンスに基づいて共振周波数を検出し、検出した共振周波数に基づいて容器内の液体ガスＬの残量を導出し、残量についての信号を表示部３５および報知部３６に出力する。【選択図】図１
0003172645.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一の方向に延在すると共に一部が容器内の液体に浸される振動棒と、
前記振動棒の一部に連結された振動発生素子と、
前記振動発生素子に対して所定の周波数帯の電圧を印加する交流信号源と、
前記振動棒の放射インピーダンスを計測すると共に計測した放射インピーダンスに基づいて共振周波数を検出し、かつ検出した共振周波数に基づいて液体の残量を導出し、出力する計測部と
を備えたことを特徴とする残量計測装置。
【請求項２】
前記液体として医療用液化ガスの残量を計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項３】
前記液体として液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied petroleum gas）の残量を計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項４】
車載用または住宅設置用である
ことを特徴とする請求項３に記載の残量計測装置。
【請求項５】
前記振動発生素子は、前記振動棒の一端またはその近傍に連結されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の残量計測装置。
【請求項６】
前記振動発生素子は、前記振動棒の延在方向に沿って複数、間隔をおいて設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の残量計測装置。
【請求項７】
前記振動発生素子は、圧電素子または磁歪素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項８】
前記振動発生素子は、前記振動棒の一端またはその近傍を挟み込むように配置されている
ことを特徴とする請求項７に記載の残量計測装置。
【請求項９】
前記振動棒は、前記振動棒の互いに隣り合う共振周波数同士の間隔が、前記液体の残量がゼロから満タンになるまでの間の共振周波数の変位幅よりも大きくなるような厚さおよび延在方向の長さを有している
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項１０】
前記交流信号源は、前記振動棒の互いに隣り合う共振周波数同士の間隔よりも狭く、かつ前記液体の残量が空から満タンになるまでの間の共振周波数の変位幅よりも広い帯域の周波数帯を掃引する
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項１１】
前記計測部は、ブリッジ回路を用いて放射インピーダンスを計測する
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項１２】
前記制御部は、放射インピーダンスの最大ピークの位置から共振周波数を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【請求項１３】
前記振動棒は、前記容器内においてほぼ鉛直方向と平行または傾いて配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の残量計測装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、容器内に残留する液体の液量を計測する残量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化酸素、液化窒素、液化アルゴンなどの液化ガスを収容するものとして、超低温液化ガス容器というものが一般に利用されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７４２００号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
この超低温液化ガス容器は、医療現場などに欠かすことのできないものである。そのため、医療現場などでは、多くの超低温液化ガス容器が在庫として保管されている。しかし、使用中の超低温液化ガス容器内の液体の残量の確認は容器に取り付けられているフロート式の液面計の表示目盛りを読むことにより行われているのが一般的であり、大雑把な残量確認しか行われていなかった。そのため、従来は、表示目盛りが、容器が空になりそうになっていることを示した場合には、実際には容器内に液体が十分に残留しているときであっても、その容器を直ちに別の新しい容器に交換せざるを得なかった。その結果、交換された容器内には多くの液体が残ってしまい、容器内の液体の利用効率が悪かった。
【０００５】
また、このような問題は、超低温液化ガス容器に限らず、外部から容器内を視認することの困難な容器においても同様に生じるものである。
【０００６】
本考案はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、正確な液体の残量を確認することの可能な残量計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本考案の残量計測装置は、以下の（Ａ１）〜（Ａ４）の各構成要素を備えたものである。
（Ａ１）一の方向に延在すると共に一部が容器内の液体に浸される振動棒
（Ａ２）振動棒の一部に連結された振動発生素子
（Ａ３）振動発生素子に対して所定の周波数帯の電圧を印加する交流信号源
（Ａ４）振動棒の放射インピーダンスを計測すると共に計測した放射インピーダンスに基づいて共振周波数を検出し、かつ検出した共振周波数に基づいて液体の残量を導出し、出力する計測部
【０００８】
本考案の残量計測装置では、一の方向に延在する振動棒の一部に振動発生素子が連結されているので、この振動発生素子に対して所定の周波数帯の電圧が交流信号源から印加されると、振動発生素子の変位（振動）に応じて振動棒が振動する。このとき、ある周波数において振動棒が共振し、それに応じて振動棒の放射インピーダンスが変化する。その放射インピーダンスは計測部によって計測されるので、計測部で計測された放射インピーダンスの変化に基づいて共振周波数が検出される。ここで、振動棒の共振周波数は、容器内の液体の液面が振動棒に接する位置に応じて変化するので、検出された共振周波数に基づいて液体の残量が導出され、出力される。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の残量計測装置によれば、容器内の液体の液面が振動棒に接する位置に応じて変化する共振周波数を放射インピーダンスの変化に基づいて検出し、検出した共振周波数に基づいて液体の残量を導出し、出力するようにしたので、正確な液体の残量を確認することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の一実施の形態に係る超低温液化ガス容器の概略構成図である。
【図２】図１の残量計測部の概略構成図である。
【図３】図１の残量計測部の計測方法について説明するための特性図である。
【図４】一実施例における液面位置と共振周波数との関係を表した特性図である。
【図５】他の実施例における液面位置と共振周波数との関係を表した特性図である。
【図６】変形例に係る超低温液化ガス容器の概略構成図である。
【図７】変形例に係る超低温液化ガス容器の概略構成図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本考案の一実施の形態に係る残量計測部３０を備えた超低温液化ガス容器１の概略構成を表すものである。この超低温液化ガス容器１は、容器本体部１０と、容器本体部１０の上部に取り付けられた充填取出部２０および残量計測部３０とを備えたものである。
【００１３】
容器本体部１０は、液化酸素、液化窒素、液化アルゴンなどの液化ガスＬを収容するたて型の容器であり、内槽１１および外槽１２からなる二重殻構造となっている。内槽１１は、例えば超低温においても脆性を起こさない十分な強度および靭性を有するオーステナイト系ステンレス鋼板からなり、外槽１２は、例えば一般的な圧延鋼板からなる。内槽１１と外槽１２との間の空隙１３には、外槽１２を支持する支持部材１４が設けられている。この支持部材１４は、例えば熱伝導度の小さい断熱材からなり、内槽１１への熱の侵入を最小限に抑えるようになっている。また、空隙１３は、真空となっており、支持部材１４と同様、内槽１１への熱の侵入を最小限に抑えるようになっている。但し、この空隙１３は、真空でなくともよい。
【００１４】
内槽１１内には、液化ガスＬが加圧状態下で貯留されている。なお、以下において、単に「容器」と称した場合には、その容器は内槽１１を指しているものとする。
【００１５】
充填取出部２０は、液化ガスＬを内槽１１内に流し込んだり、内槽１１内から取り出したりするための機構である。この充填取出部２０は、例えば、充填取出用配管３１と、充填取出用配管３１の中途に挿入接続された充填取出弁３２とを有している。
【００１６】
ここで、充填取出用配管３１は、一端が外部に配置されると共に他端が内槽１１内の底部に配置されたものであり、液化ガスＬを容器内に流し込んだり、容器内から取り出すことが可能である。また、充填取出弁３２は、超低温液化ガス容器１を使用する際に開閉する弁である。
【００１７】
残量計測部３０は、液化ガスＬの液面Ｓの位置（液化ガスＬの残量）を計測するためのものである。この残量計測部３０は、例えば、振動棒３１、一対の圧電素子３２、交流信号源３３、計測部３４、表示部３５および報知部３６を有している。
【００１８】
振動棒３１は、一の方向（図１ではほぼ鉛直方向）に延在する固体材料により構成されている。ここで、固体材料としては、耐腐食性を有する材料、例えば、金属、樹脂、ガラス材などがある。この振動棒３１の断面積は、圧電素子３２からの応力に応じて変位することの可能な範囲内の大きさとなっている。なお、この振動棒３１の断面形状は、特に限定されるものではないが、方形状、楕円形状、円形状など種々の形状とすることが可能である。
【００１９】
また、この振動棒３１の一端（図１では上端）は、容器の上部と絶縁性の部材（図示せず）を介して固定されており、振動棒３１が駆動されている最中や輸送中などにぐらついたり、容器の内壁と接触することのないようになっている。また、この振動棒３１の他端（図１では下端）は、自由端となっており、駆動されている最中に振動する（揺動する）ことが可能となっている。なお、この振動棒３１の下端は、容器内の液体ガスＬが空駆動されている最中に容器の底面に接触しない程度に近づけて配置されていることが好ましい。
【００２０】
一対の圧電素子３２は、振動棒３１の一端（図１では上端）またはその近傍に連結されており、振動棒３１を両側から挟み込むように配置されている。各圧電素子３２は、振動棒３１の延在方向に延在する圧電体３２Ａと、圧電体３２Ａを挟み込む一対の電極３２Ｂ，３２Ｃとを有しており、電極３２Ｃが振動棒３１と接すると共に電気的に接続されている。つまり、各圧電素子３２の双方の電極３２Ｃが振動棒３１を介してほぼ共通電位となっている。
【００２１】
ここで、各圧電体３２Ａは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などからなる。各圧電体３２Ａは、電極３２Ｂ側の電圧を基準として双方の圧電素子３２の電極３２Ｂ，３２Ｃ間に同一の電圧を印加したときにほぼ同位相で変位するように配置されている。また、各圧電体３２Ａの厚さＤおよび延在方向の長さＬは、後述するように所定の大きさに設定されている。
【００２２】
また、電極３２Ｂ，３２Ｃは、例えば、金属、樹脂、ガラス材、木材などからなる。
【００２３】
交流信号源３３は、ワイヤ３７を介して、各圧電素子３２をほぼ同位相に変位させる電圧を各圧電素子３２に印加すると共に、後述するように所定の周波数帯を掃引するようになっている。なお、ワイヤ３７は、図２に示したように、例えば２本のワイヤ３７Ａ，３７Ｂからなり、ワイヤ３７Ａが各圧電素子の電極３２Ｂに接続されており、ワイヤ３７Ｂが振動棒３１の一端（図２では上端）に接続されている。
【００２４】
計測部３４は、例えばブリッジ回路などを用いて、振動棒３１の放射インピーダンス（入力インピーダンス）を計測するものである。計測部３４は、例えばブリッジ回路を振動棒３１および圧電素子３２に接続するポートを２つ有しており、一方のポートがワイヤ３７Ａを介して各圧電素子の電極３２Ｂに接続されており、他方のポートがワイヤ３７Ｂを介して振動棒３１に接続されている。
【００２５】
また、計測部３４は、計測した放射インピーダンスの最大ピークの位置に基づいて共振周波数を検出し、検出した共振周波数と、内蔵された記憶部３４Ａに記憶しておいた情報（具体的には、後述するように図３に示したような共振周波数と液面Ｓの位置との対応関係）とに基づいて容器内の液体ガスＬの残量を導出し、残量を表示する信号を表示部３５に出力すると共に、残量に対応した信号（例えば残量の変化から推定される容器の交換時期を示す信号）を報知部３６に出力するようになっている。
【００２６】
なお、計測部３４から表示部３５や報知部３６への信号の伝送は、有線や無線で行うことが可能である。従って、計測部３４から表示部３５や報知部３６への信号の伝送を無線で行う場合には、表示部３５や報知部３６を超低温液化ガス容器１とは別個の場所に容易に配置することが可能である。
【００２７】
表示部３５は、計測部３４からの信号に応じた出力を行うようになっている。例えば、計測部３４で得られた残量についての情報を表示する信号を受信すると、残量を表示し、必要に応じて交換時期を表示するようになっている。
【００２８】
報知部３６は、計測部３４からの信号に応じた出力を行うようになっている。例えば、残量についての情報を表示する信号を受信すると、例えば、残量に応じたランプを点滅させたり、警報音を鳴らすようになっている。また、例えば、交換時期が近づいたことを意味する信号を受信すると、例えば、交換時期を知らせるランプを点滅させたり、警報音を鳴らすようになっている。
【００２９】
次に、図３を参照して、本実施の形態の残量計測部３０における残量計測について詳細に説明する。なお、図３は、容器内に残留している液体ガスＬの残量を満タン（Ｆ）から空（０）まで変化させた場合に、交流信号源３３から各圧電素子３２をほぼ同位相に変位させる電圧を各圧電素子３２に印加すると共に幅広い周波数帯（ｆ0〜ｆ4）を掃引したときに計測部３４で計測された放射インピーダンスの最大ピークの位置から得られる複数の共振周波数をプロットしたものである。
【００３０】
本実施の形態の残量計測部３０では、各圧電素子３２をほぼ同位相に変位させる電圧が交流信号源３３から各圧電素子３２に印加される。すると、各圧電素子３２の変位（振動）に応じて振動棒３１が振動する。このとき、交流信号源３３からは所定の周波数帯を掃引する信号が一対の圧電素子３２に印加されるので、掃引周波数帯における１または複数の周波数において、振動棒３１および一対の圧電素子３２が共振し、それに応じて振動棒３１の放射インピーダンスが変化する。
【００３１】
ここで、交流信号源３３から出力される交流信号の掃引周波数帯は、振動棒３１の互いに隣り合う共振周波数同士の間隔Δｆ1（＝ｆ3−ｆ1）よりも狭くなっており、かつ液体ガスＬの残量が空から満タンになるまでの間の共振周波数の変位幅Δｆ2（＝ｆ3−ｆ2）よりも広くなっていることが好ましい。そのようにした場合には、掃引周波数帯において共振する周波数を１つとすることができる。
【００３２】
もっとも、掃引周波数帯において共振周波数が１つだけ検出されるようにするためには、振動棒３１および圧電素子３２の互いに隣り合う共振周波数同士の間隔が、容器内の液化ガスＬの残量がゼロから満タンになるまでの間の共振周波数の変位幅よりも大きくなるように、各圧電体３２Ａの厚さＤおよび延在方向の長さＬをあらかじめ設定しておくことが必要である。
【００３３】
次に、計測部３４のブリッジ回路において、振動棒３１の放射インピーダンスが計測され、計測された放射インピーダンスの最大ピークの位置から共振周波数が検出される。ここで、振動棒３１の共振周波数は、図３に示したように、容器内の液体ガスＬの液面Ｓが振動棒３１に接する位置に応じて変化するので、検出した共振周波数と、記憶部３４Ａに記憶されている共振周波数と液面Ｓの位置との対応関係とに基づいて、液体ガスＬの残量が導出される。
【００３４】
次に、計測部３４において、導出した残量についての情報を表示する信号および必要に
応じて交換時期を表示する信号が表示部３５に出力されると共に、残量がわずかである場
合には、残量がわずかであることを示す信号が報知部３６に出力される。これにより、表
示部３５において、計測部３４からの信号に応じて、残量や交換時期が表示され、報知部
３６において、例えば、残量や交換時期に応じたランプが点滅したり、警報音が鳴る。ま
た、例えば、交換時期が近づいたことを意味する信号を受信した場合には、例えば、交換
時期を知らせるランプが点滅したり、警報音が鳴る。
【００３５】
このように、本実施の形態の残量計測部３０およびそれを備えた残量計測装置１では、
容器内の液体ガスＬの液面Ｓが振動棒３１に接する位置に応じて変化する共振周波数を放
射インピーダンスの変化に基づいて検出し、検出した共振周波数に基づいて液体ガスＬの
残量を導出し、出力するようにしたので、容器の形状や、容器内に存在する構造物（例え
ば充填取出用配管１１など）の影響を受けることなく、正確な液体の残量を確認すること
が可能である。
【００３６】
図４は、振動棒３１の材料をＳＵＳ、振動棒３１の断面形状を正方形状、振動棒３１の
断面の一辺の長さを６ｍｍ、振動棒３１の長さを５００ｍｍとしたときに検出された共振
周波数特性を表したものである。また、図５は、振動棒３１の材料をＳＵＳ、振動棒３１
の断面形状を円形状、振動棒３１の直径を６ｍｍ、振動棒３１の長さを１０００ｍｍとし
たときに検出された共振周波数特性を表したものである。
【００３７】
図４、図５から、振動棒３１の断面積を小さくしたり、振動棒３１の表面を滑らかな形
状とした方が、計測可能な液面位置を大きくすることができ、深い容器に好適に用いるこ
とができると言える。
【００３８】
以上、上記実施の形態を挙げて本考案を説明したが、本考案は、これに限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本考案の液体として、液体酸素等の液化ガスを例示したが、計測対象はこれに限定されず、液化石油ガス（ＬＰＧ、いわゆるプロパンガス）であってもよい。ＬＰＧの残量計測が可能となることにより、このＬＰＧを車載用（移動用）として使用可能となり、例えばＬＰＧを燃料としてエンジンに充填した自動車を実現できる。天然ガス由来のＬＰＧを使用することで、ガソリンを使用した場合のような排ガス（ＣＯ2等）が生じないことから環境に優しく、また電気自動車と比べて低コストである。あるいは、ＬＰＧの残量計測が可能になれば、住宅（特に集合住宅）でのガスの使用量を容易に計測でき、また残量に応じたスムーズなガス補給が可能となる。尚、本考案は、この他にも、タンクローリー等の液体運搬用の自動車におけるタンク内の液面測定にも適用可能である。
【００３９】
また、上記実施の形態では、圧電素子（振動発生素子）の連結箇所を振動棒の一端としたが、振動発生素子の連結箇所はこれに限定されず、例えば図６に示したように、複数の圧電素子３２が、振動棒３１の延在方向に沿って、所定の間隔をおいて設けられていてもよい。このように、振動棒３１の複数個所に圧電素子３２を設けることにより、複数の圧電素子３２のそれぞれの連結位置を基準にした共振周波数を得ることができるため、複数の共振周波数の組み合わせを用いることができ、より正確な残量計測が可能となる。
【００４０】
更に、上記実施の形態では、振動棒を、容器内においてほぼ鉛直方向と平行に設置する場合を例示したが、振動棒の設置方向は鉛直方向に限定されず、鉛直方向から傾いて設置されていてもよい。例えば、図７（Ａ）に示したように、横長の容器本体部１０に対して、鉛直方向から傾いた方向（斜め方向）に振動棒３１を設置してもよい。あるいは、図７（Ｂ）に示したように、容器本体部１０自体を傾けて使用するようにしてもよい。このように振動棒３１が鉛直方向から傾いて設置（または傾いた状態で使用）されることにより、即ち振動棒３１が液面Ｓに対して鉛直方向から傾いて設けられる（図７（Ａ）中の実線矢印）ことにより、鉛直方向に沿って設けられる場合（図７（Ａ）中の破線矢印）に比べ、液面Ｓの振動を感知し易くなる。
【００４１】
加えて、上記実施の形態では、振動棒３１を振動させる素子として圧電素子を用いたが、その他の振動発生素子、例えば磁歪素子なども用いることが可能である。
【００４２】
また、上記実施の形態では、本考案を超低温液化ガス容器１に適用した場合について説明したが、上記したように、本考案の計測方法は容器の形状や、容器内に存在する構造物（例えば充填取出用配管１１など）の影響を受けることがないことから、本考案をどのようなタイプの容器に対しても適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…超低温液化ガス容器、１０…容器本体部、１１…内槽、１２…外槽、１３…空隙、１４…支持部材、２０…充填取出部、２１…充填取出用配管、２２…充填取出弁、３０…残量計測部、３１…振動棒、３２…圧電素子、３３…交流信号源、３４…計測部、３５…表示部、３６…報知部、３７，３７Ａ，３７Ｂ…ワイヤ。
【図１】
0003172645.tif 000003
【図２】
0003172645.tif 000004
【図３】
0003172645.tif 000005
【図４】
0003172645.tif 000006
【図５】
0003172645.tif 000007
【図６】
0003172645.tif 000008
【図７】
0003172645.tif 000009