(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波送信器より送信された超音波が貯槽内の被測定物の表面で反射され、超音波受信器で受信されるまでにかかった時間より被測定物の残量を検出する残量検出装置において、
前記貯槽の開口部を閉塞するフランジを備え、
そのフランジに支持部を残して環状の空洞を形成することにより、前記支持部で連結して前記フランジと一体に、前記空洞で囲まれた有底ケースをつくり、
その有底ケースの内部に前記超音波送信器と前記超音波受信器が設けられていることを特徴とする、貯槽の残量検出装置。
【請求項２】
前記超音波送信器と前記超音波受信器が一体化してフランジの内部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の貯槽の残量検出装置。
【請求項３】
前記環状の空洞の内周面が前記フランジの面に向かってテーパ状に形成されて音響ホーンとして機能することを特徴とする、請求項１または２に記載の貯槽の残量検出装置。
【請求項４】
前記貯槽内の温度変化による被測定物の液面情報の誤差を補正するための温度センサが備えられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の貯槽の残量検出装置。
【請求項５】
検出した被測定物の残量情報やセキュリティ情報などを遠隔送信するための通信手段が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の貯槽の残量検出装置。
【請求項６】
検出した残量が設定値以下になったり、セキュリティに異常が発生したりした場合などの警告を行うための警告手段が備えられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の貯槽の残量検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の残量検出装置を貯槽に取り付ける取付方法であって、前記フランジを前記貯槽の開口部に設けられているフランジ取付部に取り付けることを特徴とする、残量検出装置の取付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石油液化ガスなどの高圧ガスを貯蔵している貯槽内の残量を検出する残量検出装置、およびこれを貯槽に取り付ける取付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波を利用して、被測定物を貯蔵している貯槽内の残量を検出する残量検出手段としては、大別して次の二つの方式が多く提供されている。
【０００３】
１つめの方式は、例えば特開平９−１６６４７８号公報に開示されているように、被測定物を貯蔵している貯槽の内部上面に残量検出装置を取り付け、残量検出装置より送信された超音波が、貯槽内部の気層中を通り、被測定物の液面で反射され再び残量検出装置で受信されるまでにかかった時間より、被測定物の残量を検出する方式である。
【０００４】
もう一つの方式は、例えば特開平８−２１９８５４号公報に開示されているように、被測定物を貯蔵している貯槽の外側底面に残量検出装置を取り付け、残量検出装置より送信された超音波が、貯槽の外側底面より、貯槽内部に貯蔵されている被測定物の液層中を通り、被測定物の液面で反射され再び残量検出装置で受信されるまでにかかった時間より被測定物の残量を検出する方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、貯槽の内部上面に残量検出装置を取り付けて被測定物の残量を検出する方式は、残量検出装置を貯槽の内部に取り付けるので、貯槽に残量検出装置を取り付けるための改造、または残量検出装置を取り付けるための治具などが必要になり、既存の貯槽をそのままの状態では使用することができない。
【０００６】
また、貯槽内の被測定物が液化石油ガスなどの高圧ガスの場合は、超音波を送受信するトランスデューサを剥き出しのままで貯槽内部に取り付けを行うと、トランスデューサが高圧に耐えられずに破壊する、トランスデューサが腐食する、トランスデューサにかかる電圧による火災の危険性がある、等の理由でトランスデューサを高圧に耐えることができる筐体で密閉する必要がある。
【０００７】
超音波を送受信するトランスデューサは、貯槽の外部にある電源供給部、演算制御回路、残量表示メータ等と電気線で接続されているので、トランスデューサは貯槽の外部に出す方が望ましい。しかし、残量検出装置を貯槽の外側上面に取り付ける方式にすると、トランスデューサより送信された超音波は、貯槽の外側上面より、貯槽内部の気層中に入る過程で、急激な音響インピーダンスの違いにより超音波は急激に減衰してしまう。
【０００８】
また、この方式では、貯槽の材質、形状、板厚の違いによる影響を受けるため、残量検出装置を取り付ける貯槽の種類毎に残量検出装置の調整または仕様を変更することが必要になる。さらに、この方式では、超音波は被測定物の気層中を通るので、超音波が液層中を通る方式と比較して超音波が通る過程での温度変化が大きくなるため、貯槽内の被測定物の残量の温度誤差も大きくなる。
【０００９】
一方、貯槽の外部底面に残量検出装置を取り付けて被測定物の残量を検出する方式は、残量検出装置を貯槽の外部底面に残量検出装置が備えているマグネットなどで取り付けるので、貯槽に残量検出装置を取り付けるための改造、または残量検出装置を取り付けるための治具などが不要になり、既存の貯槽をそのままの状態で使用することができる。また、この方式では、貯槽の外部に残量検出装置を取り付けるので、貯槽内の高圧の影響がなくなり、また残量検出装置の信号線なども貯槽の外部にあるので、火災、爆発の危険性も少なくなるという利点がある。
【００１０】
しかし、超音波を貯槽の外部から内部にある被測定物の液層中に送信する方式のため、貯槽の材質、形状、板厚の違いによる影響を受けるので、残量検出装置を取り付ける貯槽の種類毎に残量検出装置の調整または仕様を変更することが必要になる。また、この方式では、超音波が被測定物の液層中を通るので、貯槽内部に貯蔵されている被測定物の種類による音速の影響を受ける。よって、この方式では、貯槽内部に貯蔵されている被測定物での音速を考慮して残量検出装置の調整または仕様を変更することが必要になる。
【００１１】
そこで、この発明の第１の目的は、このような従来の問題点に鑑み、既存の貯槽を改造することなくそのままの状態で使用することができ、しかも小型、簡単な構造で、貯槽の種類、貯槽内部に貯蔵されている被測定物の種類の違いによる影響を受けることなく広い分野で使用可能な貯槽の残量検出装置を安価に提供できるようにすることにある。
【００１２】
また、第２の目的は、残量検出装置を貯槽に取り付けるにあたり、貯槽に改造や、取り付け治具など要することなく、既存の貯槽をそのままの状態で使用することができる、残量検出装置の取付方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、超音波送信器より送信された超音波が貯槽内の被測定物の表面で反射され、超音波受信器で受信されるまでにかかった時間より被測定物の残量を検出する残量検出装置において、
前記貯槽の開口部を閉塞するフランジを備え、
そのフランジに支持部を残して環状の空洞を形成することにより、前記支持部で連結して前記フランジと一体に、前記空洞で囲まれた有底ケースをつくり、
その有底ケースの内部に前記超音波送信器と前記超音波受信器が設けられている、
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る貯槽の残量検出装置は、超音波送信器と超音波受信器が一体化してフランジの内部に設けられ、部品点数の削減による一層の小型化およびコスト削減が図れるようにしたものである。
【００１６】
請求項３に係る貯槽の残量検出装置は、超音波送信器および超音波受信器の周りの環状の空洞の内周面がフランジの面に向かってテーパ状に形成されて音響ホーンとして機能し、超音波の送信および受信の効率を向上させ、または指向性を制御して一層正確な残量検出を行えるようにしたものである。
【００１７】
請求項４に係る貯槽の残量検出装置は、貯槽内の温度変化による被測定物の液面情報の誤差を補正するための温度センサを備え、貯槽内の温度変化により超音波の音速が変化しても、精度の高い残量検出を行えるようにしたものである。
【００１８】
請求項５に係る貯槽の残量検出装置は、検出した被測定物の残量情報やセキュリティ情報などを遠隔送信するための通信手段を備え、遠隔地からでも貯槽内の被測定物の、残量情報やセキュリティ情報などを監視できるようにしたものである。
【００１９】
請求項６に係る貯槽の残量検出装置は、検出した残量が設定値以下になったり、セキュリティに異常が発生したりした場合などの警告を行うための警告手段を備え、貯槽内の被測定物の残量切れの防止や、セキュリティに異常が発生した場合にも、早急に対応ができるようにしたものである。
【００２０】
上記第２の目的を達成するため、請求項７に係る残量検出装置の取付方法は、残量検出装置のフランジを貯槽の開口部に設けられているフランジ取付部に取り付けることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施例の残量検出装置の断面図を示す。
【００２２】
この残量検出装置１００は、貯槽の開口部を後述のように閉塞する例えば円盤状のフランジ１を本体とした単品構造になっており、超音波送信器２と超音波受信器３を、フランジ１の内部に所要の間隔をもって並設している。
【００２３】
超音波送信器２は、フランジ１の上下面に支持部４を挟んで環状の空洞５・６を例えば切削加工などにより形成することにより、フランジ１と一体の有底ケース（本体ケース部）７をつくり、その内部に設けるようにしたものである。有底ケース７の下面は、フランジ１の下面と面一となって露呈している。
【００２４】
また、超音波受信器３も、フランジ１の上下面に支持部８を挟んで環状の空洞９・１０を、例えば切削加工などにより形成することにより、フランジ１と一体の有底ケース（本体ケース部）１１をつくり、その内部に設けるようにしたものである。有底ケース１１の下面も、フランジ１の下面と面一となって露呈している。
【００２５】
フランジ１は、貯槽内部の被測定物の雰囲気中で腐食しない材質にするか、または表面処理をする。さらに、有底ケース７・１１の肉厚は、被測定物を貯蔵している貯槽内の圧力を考慮した厚さに設定する。
【００２６】
支持部４・８の寸法や設定位置などは、振動シミュレーションなどを用いて超音波送信器２と超音波受信器３より超音波を送受信する時、超音波送信器２と超音波受信器３の振動変位が極小になるように設定する。
【００２７】
超音波送信器２の有底ケース７内には、その底面部７ａに超音波送信用超音波変換素子１２が装着され、また超音波受信器３の有底ケース１１内には、その底面部１１ａに超音波受信用超音波変換素子１３が装着されている。これら超音波変換素子１２・１３は共通部品を使用してもよい。
【００２８】
超音波送信用超音波変換素子１２および超音波受信用超音波変換素子１３は、フランジ１上に搭載された演算・制御・電源部１５に、それぞれリード線１４を介して接続され、電気信号などのやり取りを行なう。超音波送信用超音波変換素子１２のリード線１４は、有底ケース７の開口部７ｂに嵌め込まれた緩衝部材１６を貫通し、超音波受信用超音波変換素子１３のリード線１４は、有底ケース１１の開口部１１ｂに嵌め込まれた緩衝部材１６を貫通している。
【００２９】
緩衝部材１６として、例えば樹脂、ゴムなどの緩衝材を使用している。それぞれの緩衝部材１６は、超音波送信器２および超音波受信器３にて送受信された超音波が、有底ケース７の開口部７ｂおよび有底ケース１１の開口部１１ｂ方向に放射されたり、フランジ１全体や貯槽に回り込むのを防ぎ、超音波を減衰させる役割をする。このような役割を果たせるのであれば、緩衝材の代りに液体ゴムなどを、有底ケース７の開口部７ｂおよび有底ケース１１の開口部１１ｂ内に流し込んだりしても良い。
【００３０】
本例では、演算・制御・電源部１５をフランジ１の上面に取り付けているが、信号線などを経由して遠隔場所に設置しても良い。
【００３１】
フランジ１の外周部には、フランジ１を後述するように貯槽上に固定するための複数の固定孔１７が設けられている。
【００３２】
図２は、この発明の第２実施例の残量検出装置の断面図を示す。この第２実施例の残量検出装置２００では、図１における超音波送信器２と超音波受信器３とを一体化して超音波送受信器２０とし、これ一つで超音波の送受信を行うようにしたもので、それ以外の構成は図１と同じである。
【００３３】
２１は支持部、２２・２３は環状の空洞、２４は有底ケース（本体ケース部）、２４ａは底面部、２４ｂは開口部、２５は超音波送受信用超音波変換素子である。その他、図１に示す残量検出装置の各部に対応する部分には、図１に用いたと同一の符号を付し、重複説明を省略する。このようにすると、図１の残量検出装置１００と比較して部品点数を削減でき、一層のコスト削減が行える。
【００３４】
図３は、この発明の第３実施例の残量検出装置の断面図を示す。この第３実施例の残量検出装置３００では、超音波送受信器２０の周りの空洞１８を、フランジ１の下面に向かって末広がりとなるテーパ状としたものである。空洞１８をこのようにすると、超音波送受信器２０より超音波を送受信する時、音響ホーンの役割をするもので、その形状、大きさなどは振動シミュレーションなどを行い、最も効率よく超音波を送受信できるように設定する。
【００３５】
図４は、この発明の第４実施例の残量検出装置の断面図を示す。この第４実施例の残量検出装置４００では、温度センサ１９を超音波送受信器２０の内部に取り付けている。超音波を送受信する時の音速は、温度変化による影響を受けるため、温度センサ１９で検知した温度情報を信号線などを介して演算・制御・電源部１５に送り、演算・制御・電源部１５で温度補正を行ない、正確な貯槽内の残量を算出する。
【００３６】
温度センサ１９の取り付ける位置は、貯槽内の温度を正確に測定できる位置に取り付ける。温度を正確に測定できれば、温度センサ１９の取付位置は、超音波送受信器２０の内部でなくても良く、また超音波送信器２もしくは超音波受信器３の内部でなくても良い。なお、図３および図４では、図２の残量検出装置の各部と対応する部分に用いた符号をそのまま使用し、重複説明を省略する。
【００３７】
次に、図５に図１の残量検出装置１００を例にとって、被測定物を貯蔵している貯槽に取り付けた場合の使用例を説明する。被測定物を貯蔵している貯槽７０の天井部には、開口部７０ａが形成され、この開口部７０ａの周囲にリング状のフランジ取付部７１が設けられている。残量検出装置１００は、そのフランジ１をＯリングなどのパッキン類７２を介してボルト７３でフランジ取付部７１上に固定し、フランジ１にて貯槽７０の開口部７０ａを閉塞する。図５中符号８１は、貯槽７０内に貯蔵されている被測定物の液層、符号８２は被測定物の気層、符号８３は被測定物の液面を示す。
【００３８】
次に、図５を参照して具体的な動作を説明する。演算・制御・電源部１５より送られた送信信号により、超音波送信器２の有底ケース７の底面部７ａ（超音波送信用超音波変換素子１２）より超音波８５が送信される。その超音波８５は、被測定物の気層８２中を通り被測定物の液面８３で反射され、再び被測定物の気層８２中を通り超音波受信器３の有底ケース１１の底面部１１ａ（超音波受信用超音波変換素子１３）にて受信され、受信信号が演算・制御・電源部１５に入力される。
【００３９】
演算・制御・電源部１５は、超音波の送信から受信までにかかった時間より液面レベルを算出する。演算・制御・電源部１５は、算出した液面レベルに、温度センサ１９などで測定した温度情報により温度補正など行い、補正後の被測定物の残量情報を表示部９１に表示させる。同時に、残量情報は、残量検出装置が備えている通信手段、例えば無線通信装置９２または有線通信装置９３などを経由して遠隔地にある集中監視センタ９４などに送られ、遠隔地からも貯槽内の被測定物の残量情報を得ることができる。
【００４０】
また、貯槽内の被測定物の残量が残量検出装置に設定してある設定値以下になったりすると、表示部９１および遠隔地にある集中監視センタ９４などに、警告音や警告ランプ等で警告を送ることができる。残量情報と同様に、貯槽及び残量検出装置のセキュリティに異常が発生した場合などには、表示部９１および遠隔地にある集中監視センタ９４などに、警告音や警告ランプなどで警告を送ることができる。
【００４１】
図６に、貯槽７０に残量検出装置を取り付ける取付方法の実施例を説明する。一般的に貯槽７０の開口部７０ａには、例えばフロート式の残量計用の取付部など、いくつかの取付部が予め備えてある。そのような取付部の中で、例えばフロート式の残量計用の取付部など、使用していない空いているリング状の取付部７１をフランジ取付部として利用して、残量検出装置１００のフランジ１を、指定のパッキン７２を介して、取り付け部７１指定のボルト７３で固定する。
【００４２】
これにより、超音波送信器２および超音波受信器３の下面は貯槽７０内に臨む。なお、取り付けの際、残量検出装置１００のフランジ１の寸法などは、取付部７１の寸法に合わせておく必要があるが、この取付方法だと、貯槽に残量検出装置取り付け用の改造や、取り付け治具などは全く不要になる。上述した場合と同様に、図６中符号１５は演算・制御・電源部、１７は固定孔である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の残量検出装置によれば、超音波送信器と超音波受信器を、貯槽の開口部を閉塞するフランジに一体に設けたので、残量検出装置を簡単な構造で、小型化できる。また、残量検出装置を貯槽に取り付けるにあたり、貯槽に改造や、取り付け治具など要することなく、既存の貯槽をそのままの状態で使用することができる。さらに、貯槽内の上部から超音波を被測定物の気層中に送信し、被測定物の表面で反射された超音波を超音波受信器で受信し、超音波の送信から受信までにかかった時間より被測定物の残量を検出する方式のため、被測定物の種類による影響を受けにくく広い分野で使用することができる。
【００４４】
請求項２の残量検出装置によれば、超音波送信器と超音波受信器が一体化してフランジに設けたので、請求項１による効果に加えて、さらに残量検出装置を簡単な構造で、小型化できる。また、部品点数の削減により、コストを削減することができる。
【００４５】
請求項１の残量検出装置によれば、超音波送信器および超音波受信器の本体ケース部の周りに空洞を形成したので、ノイズの原因となる、超音波送受信時の残響やフランジや貯槽を伝播する超音波を減衰させることができるため、ノイズを低減させることができ、正確な残量検出を行うことができる。
【００４６】
請求項３の残量検出装置によれば、本体ケース部の周りに空洞が音響ホーンとして機能するので、超音波の送信および受信の効率を向上させ、または指向性を制御して一層正確な残量検出を行える。
【００４７】
請求項４の残量検出装置によれば、貯槽内の温度測定用の温度センサを備えているので、貯槽内の温度変化により超音波の音速が変化しても、温度センサで測定した温度情報を演算・制御・電源部に送り、その演算・制御・電源部で被測定物の残量の温度変化による誤差を補正するので、精度の高い残量検出を行うができる。
【００４８】
請求項５の残量検出装置によれば、通信手段を備えているので、遠隔地からでも貯槽内の被測定物の、残量情報やセキュリティ情報などを監視することができる。
【００４９】
請求項６の残量検出装置によれば、貯槽内の被測定物の残量が残量検出装置に設定してある設定値以下になったり、貯槽および残量検出装置のセキュリティに異常が発生したりした場合に、警告音、警告ランプ等で表示部に表示し、遠隔地にある集中監視センタなどに警告を送ることができるので、貯槽内の被測定物の残量切れの防止や、セキュリティに異常が発生した場合にも、早急に対応ができる。
【００５０】
また、請求項７の取付方法によれば、被測定物を貯蔵している貯槽が予め備えているフランジ取付部に対して残量検出装置のフランジを固定するため、貯槽に残量検出装置取り付け用の改造や、取り付け治具など不要になり、既存の貯槽をそのままの状態で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の残量検出装置の断面図である。
【図２】超音波送信器と超音波受信器を一体化したこの発明の第２実施例の残量検出装置の断面図である。
【図３】超音波送受信器の周りの空洞を音響ホーンとしたこの発明の第３実施例の残量検出装置の断面図である。
【図４】温度センサを備えたこの発明の第４実施例の残量検出装置の断面図である。
【図５】図１に示す残量検出装置の使用例を示す断面図である。
【図６】貯槽に残量検出装置を取り付ける取付方法の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１００・２００・３００・４００  残量検出装置
１    フランジ
２    超音波送信器
３    超音波受信器
４    支持部
５    空洞
６    空洞
７    有底ケース（本体ケース部）
７ａ  底面部
７ｂ  開口部
８    支持部
９    空洞
１０    空洞
１１    有底ケース（本体ケース部）
１１ａ  底面部
１１ｂ  開口部
１２    超音波送信用超音波変換素子
１３    超音波受信用超音波変換素子
１４    リード線
１５    演算・制御・電源部
１６    緩衝部材
１８    空洞
１９    温度センサ
２０    超音波送受信器
２１    支持部
２２    空洞
２３    空洞
２４    有底ケース（本体ケース部）
２５    超音波送受信用超音波変換素子
７０    貯槽
７０ａ  開口部
７１    フランジ取付部
７２    パッキン類
８１    液層
８２    気層
８３    液面
８５    超音波
９１    表示部
９２    無線通信装置
９３    有線通信装置
９４    集中監視センタ
【図１】
0003841671.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003841671.tif 000004
【図４】
0003841671.tif 000005
【図５】
0003841671.tif 000006
【図６】
0003841671.tif 000007