(57)【要約】【課題】寒冷地で発生する貯槽表面に付着した氷層が春季に融解し落下する事象に超音波センサも巻き込まれて一緒に落下することを防止することが可能で、且つ、貯槽サイズ、貯槽タイプ、貯槽メーカに関係なく取り付けられる汎用性をもった超音波式液面計を提供する。【解決手段】ＬＰガスバルク貯槽１用の超音波式液面計に、ＬＰガスバルク貯槽１の底部外壁面に取り付ける超音波センサ５と、超音波センサ５を底部外壁面にマグネット吸引力で保持する磁気式センサ保持具（マグネットホルダ７）と、マグネットホルダ７で保持した超音波センサ５をさらにＬＰガスバルク貯槽１の設置面１３から保持する機械的なセンサ保持具（センサホルダ８、アジャスタナット９、アジャスタボルト１０、皿バネ１１、スペーサ１２等）とを具備する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＰガスバルク貯槽用の超音波式液面計において、前記ＬＰガスバルク貯槽の底部外壁面に取り付ける超音波センサと、該超音波センサを前記底部外壁面にマグネット吸引力で保持する磁気式センサ保持具と、該磁気式センサ保持具で保持した超音波センサをさらに前記ＬＰガスバルク貯槽の設置面から保持する機械的なセンサ保持具とを具備することを特徴とする超音波式液面計。
【請求項２】
前記センサ保持具は、前記超音波センサと前記設置面との間隔を調整するアジャスタと、該アジャスタの先端に設けられた、前記ＬＰガスバルク貯槽の温度変化による寸法変化を吸収するためのスプリングとを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波式液面計。
【請求項３】
前記超音波式液面計は、前記超音波センサを制御するコントロールユニットと、該コントロールユニットと前記超音波センサとを結ぶセンサケーブルとを具備し、該センサケーブルは、前記設置面に這わせるための長さを確保してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式液面計。
【請求項４】
前記センサ保持具は、前記超音波センサ又は前記磁気式センサ保持具と接するセンサアダプタと、該センサアダプタを保持する保持具本体とを有し、前記センサアダプタには、前記保持具本体との位置決めを行う穴又は凹部が穿ってあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波式液面計。
【請求項５】
前記センサアダプタは、機械的強度と水抜け性を両立した水抜穴が一個以上穿ってあることを特徴とする請求項４に記載の超音波式液面計。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の超音波式液面計で用いる前記センサ保持具であって、前記センサアダプタは、前記センサケーブルとの干渉を避けるための切り欠きをもつことを特徴とするセンサ保持具。
【請求項７】
ＬＰガスバルク貯槽の底部外壁面に、超音波式液面計に具備された超音波センサを取り付けるセンサ取付方法において、前記超音波センサを前記底部外壁面にマグネット吸引力で保持する工程と、該保持した超音波センサに対し、さらに前記ＬＰガスバルク貯槽の設置面から機械的なセンサ保持具で保持する工程とを含むことを特徴とするセンサ取付方法。
【請求項８】
前記超音波センサは、該超音波センサを制御するコントロールユニットに、前記設置面に這わせるための長さを確保したセンサケーブルで接続されてなり、当該センサ取付方法は、前記センサケーブルを前記設置面に這わせるように施工する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のセンサ取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波式液面計、センサ保持具、及び超音波センサ取付方法に関し、より詳細には、ＬＰガスバルク貯槽の液残量を超音波センサで計測するための超音波式液面計、その超音波センサを保持するセンサ保持具、及びその超音波センサを取り付けるセンサ取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＰガスバルク貯槽の液残量を計測する超音波式液面計は、貯槽最下部に超音波センサを設置する必要がある。ＬＰガスバルク貯槽は、内部に可燃性高圧ガスが密封されている構造なので、保安面から貯槽に機械的２次加工が施せない。従って、超音波センサを取付ける方法として、マグネットの吸引力を用いる方法（例えば、特許文献１を参照）や、貯槽脚部に固定する冶具を設置する方法（例えば、特許文献２を参照）も開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の構造例では、マグネット吸引力を約２４５Ｎに設定している。これは、超音波センサが安定計測に必要なバネ押付力以上で、且つ作業者が安全に取扱える最大のマグネット吸引力である。
【０００４】
ところで、冬季の日本海側及び北海道で運用するＬＰガスバルク貯槽では、ＬＰガスの供給を気相で行うと、ＬＰガスバルク貯槽の表面温度が内部ＬＰガスの気化熱により周囲温度より約１０℃低下し空気中の水分が貯槽表面に霜として付着する。霜は日々の気象温度変化等により氷層として成長し、厳冬期には２〜３ｃｍの厚みに成長する。なお、特許文献１に記載の構造例では、超音波センサが氷層に埋没しても計測に障害を与えることはない。
【特許文献１】特開２００１−２１５１４３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＬＰガスバルク貯槽に形成された氷層は、氷層自身の自重で地面に落下することがある。例えば、ＬＰガスバルク貯槽の周囲温度が春季になると上昇し、これによって氷層が通常外側から融けていく。また、ＬＰガスバルク貯槽は、内部残量が少なくなるとバルクローリによりＬＰ液が充填、補充されることとなるが、バルクローリの液温は春季では１０℃程度になっており、温かいＬＰ液を前述の氷層が付着したＬＰガスバルク貯槽に充填すると、ＬＰガスバルク貯槽内部からの熱で氷層の界面が融解する。このようにＬＰガスバルク貯槽の内外の温度が上昇することによって、氷層は地面に落下してしまう。
【０００６】
このとき、氷層の自重が２４５Ｎ（２５ｋｇｆ）以内であれば超音波センサのマグネット吸引力が支えるかたちで落下を免れるが、容量９８０ｋｇの横型バルク貯槽の例では９８０Ｎ（１００ｋｇｆ）以上になり、超音波センサも氷層と一緒に落下してしまい計測不能となる問題点があった。
【０００７】
一方で、特許文献２に記載された機械的に超音波センサを保持する構造では、ＬＰガスバルク貯槽に付着した氷層の融解時の自重には耐え得る強度は確保できるが、ＬＰガスバルク貯槽の貯槽底面と基礎平面との間隔は貯槽タイプ、貯槽サイズ、貯槽メーカに依らず１００ｍｍが標準であるため、特許文献２に記載のような方法を実現するスペースの確保が困難である。さらに、竪型貯槽は脚数が３脚／１２０度分割が標準であり対向する脚がないので適応できない。
【０００８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、寒冷地で発生する貯槽表面に付着した氷層が春季に融解し落下する事象に超音波センサも巻き込まれて一緒に落下することを防止することが可能で、且つ、貯槽サイズ、貯槽タイプ、貯槽メーカに関係なく取り付けられる汎用性をもったＬＰガスバルク貯槽用の超音波式液面計、その超音波センサを保持するセンサ保持具、及びその超音波センサを取り付けるセンサ取付方法、を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、ＬＰガスバルク貯槽用の超音波式液面計において、前記ＬＰガスバルク貯槽の底部外壁面に取り付ける超音波センサと、該超音波センサを前記底部外壁面にマグネット吸引力で保持する磁気式センサ保持具と、該磁気式センサ保持具で保持した超音波センサをさらに前記ＬＰガスバルク貯槽の設置面から保持する機械的なセンサ保持具とを具備することを特徴としたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記センサ保持具は、前記超音波センサと前記設置面との間隔を調整するアジャスタと、該アジャスタの先端に設けられた、前記ＬＰガスバルク貯槽の温度変化による寸法変化を吸収するためのスプリングとを有することを特徴としたものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記超音波式液面計は、前記超音波センサを制御するコントロールユニットと、該コントロールユニットと前記超音波センサとを結ぶセンサケーブルとを具備し、該センサケーブルは、前記設置面に這わせるための長さを確保してなることを特徴としたものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記センサ保持具は、前記超音波センサ又は前記磁気式センサ保持具と接するセンサアダプタと、該センサアダプタを保持する保持具本体とを有し、前記センサアダプタには、前記保持具本体との位置決めを行う穴又は凹部が穿ってあることを特徴としたものである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記センサアダプタは、機械的強度と水抜け性を両立した水抜穴が一個以上穿ってあることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項４又は５の発明における超音波式液面計で用いる前記センサ保持具であって、前記センサアダプタは、前記センサケーブルとの干渉を避けるための切り欠きをもつことを特徴としたものである。
【００１５】
請求項７の発明は、ＬＰガスバルク貯槽の底部外壁面に、超音波式液面計に具備された超音波センサを取り付けるセンサ取付方法において、前記超音波センサを前記底部外壁面にマグネット吸引力で保持する工程と、該保持した超音波センサに対し、さらに前記ＬＰガスバルク貯槽の設置面から機械的なセンサ保持具で保持する工程とを含むことを特徴としたものである。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記超音波センサは、該超音波センサを制御するコントロールユニットに、前記設置面に這わせるための長さを確保したセンサケーブルで接続されてなり、当該センサ取付方法は、前記センサケーブルを前記設置面に這わせるように施工する工程をさらに含むことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＬＰガスバルク貯槽に取り付ける超音波式液面計に対し、寒冷地で発生する貯槽表面に付着した氷層が春季に融解し落下する事象に超音波センサも巻き込まれて一緒に落下することを防止することが可能で、且つ、貯槽サイズ、貯槽タイプ、貯槽メーカに関係なく対応できる汎用性をもたせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、横型ＬＰガスバルク貯槽に超音波センサをマグネット吸引力で設置した例を示す概略図で、図２は、竪型ＬＰガスバルク貯槽に超音波センサをマグネット吸引力で設置した例を示す概略図である。
【００１９】
図１で例示する横型ＬＰガスバルク貯槽１には、ＬＰガスバルク貯槽１の液残量を計測するために超音波式液面計が設置されている。この超音波式液面計は、貯槽底部外壁面（貯槽最下部）に超音波センサ５を設置する必要がある。本発明における超音波センサユニット３は、超音波センサ５が磁気式センサ保持具（マグネットホルダ７等）によるマグネット吸引力で保持されてなり、それを制御するコントロールユニット４にセンサケーブル６で接続されているものとする。なお、マグネットホルダ７は、超音波センサ５を磁気的に保持できればよく、その構成は問わない。コントロールユニット４は、ＬＰガスバルク貯槽１の上部又は中間部分に取り付けられる。これらの構成は、図２で例示した竪型ＬＰガスバルク貯槽２に対しても基本的に同様であり、以下、本発明に関し横型ＬＰガスバルク貯槽１に適用した例を中心に説明する。
【００２０】
本発明に係る超音波式液面計は、磁気式センサ保持具だけでなく、磁気式センサ保持具で保持した超音波センサ５をさらにＬＰガスバルク貯槽１の設置面から保持する機械的なセンサ保持具を具備する。そして、本発明に係る、超音波センサ５の取付方法としては、超音波センサ５を底部外壁面にマグネット吸引力で保持する工程と、保持した超音波センサ５に対し、さらにＬＰガスバルク貯槽１の設置面から機械的なセンサ保持具で保持する工程とを含む。
【００２１】
実際、超音波センサユニット３がマグネットホルダ７の吸引力のみで保持されている場合、寒冷地の冬季に形成された氷層が春季の気温上昇ならびに温かいＬＰ液充填によりＬＰガスバルク貯槽１から脱落する際に、超音波センサユニット３が氷層に埋没していることから一緒に脱落してしまう。しかし、本発明のように機械式センサ保持具を追加で設けることで、寒冷地におけるセンサ保持力を増倍させ耐環境性能を付加し、このような不具合を解消することができる。また、氷層を一点で保持する形になるので氷層は自重に耐えきれなくなり分割落下させることができる。さらに、このような超音波式液面計及びその超音波センサ５の取付方法は、貯槽サイズ、貯槽タイプ、貯槽メーカの区別無く対応できる汎用性をもつ。
【００２２】
次に、本発明に適用可能な機械式センサ保持具について例を挙げて説明する。図３は、本発明の超音波式液面計において使用される機械式センサ保持具の一例を磁気式センサ保持具の一例と共に示した一部断面図で、図１のＡ部に本発明を実施した様子を拡大して示した図である。また、図４は、図３の機械式センサ保持具に具備されるセンサアダプタの一例を示す図で、図４（Ａ）はその上面図、図４（Ｂ）はその側面図である。また、図５は、図３の機械式センサ保持具を取り付ける方法を説明するための図である。
【００２３】
図３で例示する保持具は、超音波センサ５を保持するマグネットホルダ７に加え、機械式センサ保持具でなる。機械式センサ保持具は、マグネットホルダ７と基礎コンクリート床１３との間に設けられ、ここでの例では、センサホルダ８、アジャスタナット９、設置台付きのアジャスタボルト１０、及びスペーサ１２でなる。機械式センサ保持具は金属製のセンサ保持金具であることがその強度から好ましい。なお、設置面は、基礎コンクリート床１３に限ったものではないが、堅固で機械式センサ保持具が埋もれない方がよい。機械式センサ保持具による保持力は、マグネットホルダ７の保持力と合わせて、例えば耐圧縮応力９８０Ｎの強度を確保するようにしておくとよい。
【００２４】
センサホルダ８は、超音波センサ５又はマグネットホルダ７と接することで超音波センサユニット３と接するセンサアダプタである。このように機械式センサ保持具は、センサアダプタとそれを保持するアジャスタナット９及びアジャスタボルト１０等でなる保持具本体とを有する。
【００２５】
アジャスタナット９と下方に拡がる設置台付きのアジャスタボルト１０は、超音波センサ５と基礎コンクリート床１３との間隔を調整して保持するための部品であり、スプリングをアジャスタの先端（例えばアジャスタナット９の上端）に設けることが好ましい。このスプリングとしては、例えば皿バネ（皿スプリング）１１を備えるとよい。このような構造を採用することで、ＬＰガスバルク貯槽の温度による寸法変化を皿バネ１１等のバネ機構で吸収することができ、冗長性が付与できるので長期間の安定性が確保できる。
【００２６】
スペーサ１２は、設置台付きのアジャスタボルト１０と基礎コンクリート床１３との間に適宜挟むものである。ＬＰガスバルク貯槽１と基礎コンクリート床１３との間隔は標準で１００ｍｍであるが、基礎コンクリート床１３の平面度は±１５ｍｍ程度のバラツキがあるので、例えば、アジャスタナット９及びアジャスタボルト１０で２０ｍｍ、スペーサ１２でプラス１０ｍｍの計３０ｍｍの調整範囲を、ネジの調整というシンプルな機構で実現するとよい。また、上述のごとく、ＬＰガスバルク貯槽１は周囲温度により僅かではあるが鋼板の線膨張で寸法変化するので、皿バネ１１を設け、それを吸収している。
【００２７】
また、竪型ＬＰガスバルク貯槽２と基礎コンクリート床１３との７００ｍｍ〜８００ｍｍ先の位置で目視確認ができない状況、且つ１００ｍｍの間隔しかないスペースで、確実に保持金具の取付作業ができる必要がある。そのため、マグネットホルダ７から超音波センサ５の突出している部分を位置合わせ用の基準になるようにセンサホルダ８の形状を設定しておくとよい。
【００２８】
また、センサホルダ８とアジャスタナット９の取付も目視確認ができない状況で行えるようにしておく必要がある。そのため、センサホルダ８には図４で例示したように中心穴１５を設け、アジャスタナット９にはこの穴に挿入する突起部を設けるとよい。このように、センサホルダ８には、保持具本体との位置決めを行う穴又は凹部が穿っておくことが好ましい。これにより、高さ調整の作業段階でアジャスタナット９を回転させても中心穴１５が回転中心となりスムースな取付作業が可能となる。さらに、機械的に穴と突起で嵌め合い状態になっているので、設置後、氷層落下・落雪等による横方向の応力を受けても抜けることが無く、安定性が確保できる。すなわち、センサホルダ８に設けられた穴又は凹部により、設置作業性の確保と応力印加時に保持具本体が抜けないようにすることが可能となる。設置作業性は、目視確認ができない作業条件でも特別な治工具を用いることなく相対的な位置関係を出せるので向上する。
【００２９】
さらに、センサホルダ８は、凹構造の物が上向きに設置されているので、機械的強度と水抜け性を両立した水抜穴１７を一個以上穿ってあることが好ましい。センサホルダ８に水抜穴１７が無い場合には、雨水又はＬＰガスバルク貯槽１に付着した結露が溜まり、外気温度が下がるとセンサホルダ８と超音波センサ５の間に氷層が形成され、超音波センサ５の動きを拘束し、超音波センサ５とＬＰガスバルク貯槽１との音響結合を悪化させて計測安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。水抜穴１７を設けることで、このような事態を排除することができる。なお、水抜穴１７は、小さ過ぎると水の表面張力で抜けず、大き過ぎると機械的強度が低下するので、実験的に求めたサイズ（例えばφ８ｍｍ）に決めるとよい。
【００３０】
また、既設の超音波センサユニット３にも対応できる機械式センサ保持具とするために、センサホルダ８に切り欠き部１６を設けることが好ましい。切り欠き部１６は、センサケーブル６（実際にはセンサケーブル６の超音波センサ５側端末部６ａ）との干渉を避けるための切り欠きである。切り欠き部１６を設けることで、既設の超音波センサ５に手を加えることなく取付方向性の決定と既設超音波センサとの機械的干渉を同時に防ぐことができ、機械式センサ保持具を既設の超音波式液面計にも簡便に追加設置することも可能となる。
【００３１】
このように、ＬＰガスバルク貯槽１にマグネット吸引力で保持されている超音波センサ５に本発明に係る機械式センサ保持具を追加設置することで、容量９８０ｋｇの横型の場合で耐圧縮応力を９８０Ｎ以上に向上させることができ、ＬＰガスバルク貯槽１に形成された氷層に巻き込まれて超音波センサが落下する事象が無くなる。このような追加設置は、環境条件厳しい場所のみに行えばよく、作業性、コストメリットも兼ね備える。
【００３２】
また、マグネットホルダ７は、磁気回路を形成するため、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ材）に防錆処理としてメッキ又は塗装を施しておくとよい。しかし、ＬＰガスバルク貯槽１は屋外に設置されているので、超音波センサ５、マグネットホルダ７、及びセンサホルダ８は、風雨にさらされ夫々の接触面に雨水が毛管現象で溜まり、構成材料の選択を誤ると電触が発生することがある。従って、例えば、超音波センサ５はＡＡＳ樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ａｃｒｙｌａｔｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）、マグネットホルダ７はＳＰＣＣ材を適用した上で、センサホルダ８には強度及び温度使用範囲を考慮してアセタール樹脂を選定するとよい。
【００３３】
ここで、図５を参照してセンサ取付手順について説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、超音波センサ５にセンサホルダ８を被せる。ここで、センサケーブル６の方向とセンサホルダ８の切欠き１６を合わせる。次に、図５（Ｂ）に示すように、アジャスタボルト１０をセンサホルダ８の下面中心の中心穴１５に挿入する。最後に、図５（Ｃ）で示すように、アジャスタナット９をガタがなくなるまでまわす。ここで、高さ不足の場合にはスペーサ１２を挿入するとよい。最後に、ダブルナットを締める。
【００３４】
ここで、センサケーブル６がＬＰガスバルク貯槽１の表面に沿って施工されていると、氷層落下時に巻き込まれて落下し超音波センサ５からセンサケーブル６が氷層に巻き込まれ引き抜かれる過大な応力が発生する場合がある。このような場合、センサケーブル６が断線したり、引抜応力による超音波センサ５とＬＰガスバルク貯槽１との音響結合が低下することにより、超音波式液面計としては機能障害となってしまう。これを防ぐために、センサケーブル６を基礎コンクリート床１３に沿わせる施工工程を含み、センサケーブル６の引き回しを制約することが好ましい。従って、センサケーブル６は、図３で図示したように、基礎コンクリート床１３に這わせるための長さを確保してなることが好ましい。このような制約は、特別な保護カバー等を設けることなく低コストで実現することができる。さらに、センサケーブル６の引き回しをさらに制約するためにケーブルバンド１４を設け、これによりセンサケーブル６をアジャスタボルト１０等に固定するとよい。
【００３５】
また、このようなセンサケーブル６の施工工程は、上述した磁気的及び機械的に保持する工程以外のセンサ保持工程を経た場合であっても有用である。すなわち、このセンサ取付方法は、超音波センサ５を底部外壁面に保持する工程と、センサケーブル６を基礎コンクリート床１３に這わせるように施工する工程とを含むこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】横型ＬＰガスバルク貯槽に超音波センサをマグネット吸引力で設置した例を示す概略図である。
【図２】竪型ＬＰガスバルク貯槽に超音波センサをマグネット吸引力で設置した例を示す概略図である。
【図３】本発明の超音波式液面計において使用される機械式センサ保持具の一例を磁気式センサ保持具の一例と共に示した一部断面図である。
【図４】図３の機械式センサ保持具に具備されるセンサアダプタの一例を示す図である。
【図５】図３の機械式センサ保持具を取り付ける方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…横型ＬＰガスバルク貯槽、２…竪型ＬＰガスバルク貯槽、３…超音波センサユニット、４…コントロールユニット、５…超音波センサ、６…センサケーブル、７…マグネットホルダ、８…センサホルダ、９…アジャスタナット、１０…アジャスタボルト、１１…皿バネ、１２…スペーサ、１３…基礎コンクリート床、１４…ケーブルバンド、１５…中心穴、１６…切り欠き部、１７…水抜穴。
【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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