(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
燃料油を貯留する地下タンク(1)から給油機構(2)における給油ホース接続部までの配管(4、5)途中に給油用ユニット(3)を設け、前記配管(4、5)又は給油用ユニット(3)の何れかに燃料油中に異物が混入したことを検知するための静電容量式の水検知センサ(10A)を設けた給油装置の異物混入検知装置において、前記静電容量式の水検知センサ(10A)はリング状部材(11A)の一方の端部に半径方向外方に設けた第1の円筒状の網状電極(121A)及び前記第1の円筒状の網状電極(121A)の半径方向内方に設けた第2の円筒状の網状電極(122A)が同心状に間隔を空けて固設されており、該第1および第2の網状電極(121A、122A)は給油装置のポンプ(3P)のストレーナ(31)の外側に被せるように取付けられており、前記リング状部材(11A)側はストレーナ(31)の開口部側となって開口されていると共に、該リング状部材(11A)の反対側は閉塞部材(32)によって閉塞され、ストレーナ(31)の開口部から入った燃料油(F)は半径方向外方に流れて第2の網状電極(122A)と第1の網状電極(121A)とを経由してストレーナ(31)の半径方向外方に流出することを特徴とする異物混入検知装置。
【背景技術】
【0002】
給油所では、給油装置により、給油所の地下タンクに貯留されているガソリン等の燃料油を、車両等に供給している。
地下タンク等の破損による外的要因と、誤操作等の人的要因と、事故や自然災害等による要因によって、燃料油に水が浸入することが考えられる。この様な各種要因により燃料油に水が混入してしまうと、水を含んだガソリンを車両に供給してしまうことになり、エンジンの始動不能を招き、燃焼不良によるノッキングの発生を惹起し、最悪の場合にはノッキング多発によるエンジンの破損という事態に至るという問題がある。
【0003】
そのような問題に対処するため、液体の種類毎に静電容量が異なる性質を利用して、液体の性状を検出することが考えられる。
ここで、静電容量Cは C=(ε0・εs・S)/d (ただし、Sは電極の面積、ε0は真空の誘電率、εsは誘電体の誘電率、dは電極間の距離) なる式により求めることが出来る。
静電容量Cが大きいほど外乱の影響を小さくすることが出来るので、液体の性状を検出するのに有効である。
【0004】
静電容量を計測して燃料油に水等の異物が混入したか否かを検出するには、燃料油の供給系統中に一対の板状の電極を燃料油の流れに対して、平行に配置して、当該一対の板状電極間に燃料油を流過させる必要がある。上述した様に、一対の板状電極の静電容量が大きいほど、好適である。
しかし、板状電極の面積を大きくすると、給油装置における燃料油の供給系統(配管やポンプユニット等の供給用機器)の内部に設置することは困難である。
また、板状電極の間隔を小さくすると、一対の板状電極間の領域の流体抵抗が大きくなり、また、ゴミその他の異物が滞留し易くなってしまうので、不都合である。
【0005】
その他の従来技術として、アルコール混合ガソリンの比誘電率に対応した電圧を検出して、ガソリン性状の変化を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、係る従来技術では、金属製の箱型ケーシングが必要であり、当該ケーシングを設置するだけのスペースを確保しなければならず、給油装置における燃料油の供給系統内部に設置することが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、燃料油の供給系統内部に設置して、燃料油中に例えば水の様な異物が混入することを検知することが出来る給油装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば、燃料油を貯留する地下タンク(1)から給油機構(2)における給油ホース接続部までの配管(4、5)途中に給油用ユニット(3)を設け、前記配管(4、5)又は給油用ユニット(3)の何れかに燃料油中に異物が混入したことを検知するための静電容量式の水検知センサ(10A)を設けた給油装置の異物混入検知装置において、
前記静電容量式の水検知センサ(10A)はリング状部材(11A)の一方の端部に半径方向外方に設けた第1の円筒状の網状電極(121A)及び前記第1の円筒状の網状電極(121A)の半径方向内方に設けた第2の円筒状の網状電極(122A)が同心状に間隔を空けて固設されており、該第1および第2の網状電極(121A、122A)は給油装置のポンプ(3P)のストレーナ(31)の外側に被せるように取付けられており、前記リング状部材(11A)側はストレーナ(31)の開口部側となって開口されていると共に、該リング状部材(11A)の反対側は閉塞部材(32)によって閉塞され、ストレーナ(31)の開口部から入った燃料油(F)は半径方向外方に流れて第2の網状電極(122A)と第1の網状電極(121A)とを経由してストレーナ(31)の半径方向外方に流出するようになっている。
ここで水検知センサ(10A)は、水のみではなく、その他の異物の混入も検出可能であることが好ましい。
【0009】
本発明において、網電極(121A、122A)は、いわゆる「網の目」を構成している場合のみならず、多数の貫通孔を有する形状も包含するのが好ましい。
【0010】
また本発明において、網電極(の一方或いは双方)が絶縁されているのが好ましい。
絶縁については、例えば、絶縁材を網電極(121A、122A)にコーティングすることが好ましい。
【0011】
さらに本発明において、前記センサ(10A)は、絶縁されていない網電極と、絶縁された網電極を有しているのが好ましい。
この場合、絶縁されていない網電極と、絶縁された網電極との間に、絶縁されていない電極を配置するのが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
上述する構成を具備する本発明によれば、前記配管(
4、5)又は給油用ユニット(
3)のいずれかに静電容量式の水検知センサ(10A)を設けているので、燃料油中に水(或いは、その他の異物)が混入した場合に、静電容量或いは誘電率の変化により、直ちに検出することが出来る。
そのため、水を含んだガソリンを車両に供給してしまうことを防止して、エンジンの始動不能、燃焼不良によるノッキングの発生、エンジンの破損という事態に至ることを未然に防止することが出来る。
【0013】
ここで、前記センサ(10A)を網電極(121A、122A)で構成しているので、網電極(121A、122A)を流路(或いは、燃料油の流線F)に対して直交する方向に配置しても、燃料油は網状の電極(121A、122A)を抵抗なく通過することが出来る。
そして、網電極(121A、122A)間の間隔を狭くしても、抵抗が大きくなることはなく、静電容量を大きくして、ノイズの影響を小さくすることが出来る。
【0014】
これに加えて、本発明は、網電極(121A、122A)はストレーナ(31)の外側に取付け可能に構成しているので、センサ(10A)の取付け位置のスペースを節約することが出来る。
そして、網電極(121A、122A)を、一方が開口した中空円筒状に構成しているので、板状の網電極(12)に比較して、電極の面積を広くして、静電容量を大きくすることが出来る。
【0015】
さらに、網電極(の一方或いは双方)が絶縁されていれば(異なる特性を有する2つの網電極を用いれば)、電極間を流れる燃料油を介して短絡電流(漏れ電流)が流れることが防止され、漏れ電流をカットすることにより、静電容量の変化のみを確実に高精度で検出することが出来る。
そして、漏れ電流によりセンサ(10A)の感度が上昇し過ぎてしまうことも防止される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1〜
図8は本発明の参考例を示している。
先ず
図1を参照して、本発明の参考例が適用される給油装置の概要を示す。
図1において、全体を符号100で示す給油装置は、給油所(ガソリンスタンド等)の地下に埋設した地下タンク1と、給油機構2と、給油ポンプと流量計から成るユニット3(給油用ユニット3)と、地下埋設配管4と、給油機構内配管5と、給油ホース6と、給油ノズル7を備えている。
【0018】
給油用ユニット3及び給油機構内配管5は、給油機構2内に設けられており、地下埋設配管4は、地下タンク1と給油用ユニット3を接続している。
給油機構内配管5は、給油用ユニット3と給油ホース6を接続している。そして給油ホース6の先端には、給油ノズル7が設けられている。
明確には図示されていないが、給油ノズル7は、給油機構2の外周パネルに設けたノズル掛け(図示せず)に係止されている。
本発明の参考例の異物混入検知装置(以下、「センサ」と言う)10は、
図2において概要が示されている。そして
図1において、センサ10(
図2参照)は、地下埋設配管4、給油用ユニット3、給油機構内配管5の何れかに介装されている。
そしてセンサ10は、静電容量の変化により、水が混入することを検知することが出来る。燃料油と水は誘電率が大きく相違するので、燃料油に少量の水が混入しても、静電容量は大きく変化するためである。
【0019】
ここで、異物が混入した燃料油の誘電率は、燃料油の誘電率と異物の誘電率の和となるので、燃料油と異物が均一に混合されていなくても、正確に異物の有無を検出することが出来る。
そのため、燃料油が給油用ユニット3のポンプにおける回転体(図示せず)よりも地下タンク1側の領域、換言すれば当該回転体により均一に混合される位置よりも地下タンク1側の領域であっても、燃料油に異物(図示の実施形態では水)が混入した場合には、その旨及び混入率を正確に判断することが出来る。
【0020】
本発明の参考例に係るセンサ10を、
図2〜
図4を参照して説明する。
図2〜
図4において、センサ10は、円環状の枠体11と、一対の網状電極12と、静電容量演算装置13と、一対のケーブル14で構成されている。網状電極12は、その周縁部が、間隔を一定にするための枠体11により支持されている。図示されていないが、間隔を一定にするためのスペーサを、網状電極12、12間に配置しても良い。
図4で示す様に、円環状の枠体11の断面形状は凸状であり、その凸状の突出部11tは(円環の)半径方向内方を向いている。
一対の網状電極12は、枠体11における凸状突出部11tの両側部11s及び段部11aに当接して配置されている。
ここで、「網状」なる文言は、いわゆる「網の目」を有する形状のみならず、多数の貫通孔を有する形状をも包含する趣旨で用いられている。
【0021】
網状電極12の面積をS、真空の誘電率をε0、誘電体(網状電極12)の誘電率をεs、電極間の距離をdとすれば、
静電容量Cは C=(ε0・εs・S)/d なる式により求められる。
ここで、静電容量Cが大きいほど外乱の影響を小さくすることが出来るので、液体の性状を検出するのに有効である。
センサ10における枠体11の直径Dは、その設置場所が、例えば、地下埋設配管4(
図1参照)内であれば、地下埋設配管4の内径によって上限値が決まる。従って、一対の網状電極12において大きな静電容量Cを得るためには、一対の網状電極12間の距離dを小さく設定すればよい。
図2〜
図4の本発明の参考例における一対の網状電極12であれば、網状電極12間の距離dを小さく設定しても、電極が網状であるため燃料油は容易に網状電極11の網の目を通過することが出来る。そのため、
図2〜
図4の網状電極12であれば、検知対象物である燃料油が当該電極12を通過する際の通過抵抗が大きくなってしまうことはない。
【0022】
図5は、
図2〜
図4の網状電極12を使用せずに、平板形状の電極(板状電極)12Pにより構成された一般的な構成のコンデンサ10Jが示されている。
図5における一般的なコンデンサ10Jでは、電極12P間に電化が溜まり、電場が形成される。
ここで、
図5で示す様な一般的な板状電極12Pを用いたコンデンサ10Jを燃料油の供給配管内に配置する場合には、
図6で示す様に、板状電極12Pは、燃料油の供給配管における流線Fに対して並行に配置せざるを得ない。燃料油供給配管の流線Fに対して直交する方向に板状電極12Pを配置すると、板状電極12Pが燃料油の流れをせき止めてしまうからである。
【0023】
上述した様に、コンデンサ10Jでは、その静電容量が大きいほど外乱の影響を小さくすることが出来るので、静電容量から液体の性状を検出するには有効である。
しかし、コンデンサ10Jの板状電極12Pの面積を大きくすると、給油装置における燃料油の供給系統(配管やポンプユニット等の供給用機器)の内部にコンデンサJを設置することが困難となる。
一方、板状電極12Pの間隔dを小さくすると、一対の板状電極12P間の領域における流体抵抗が大きくなり、且つ、ゴミその他の異物が滞留し易くなってしまうので、不都合である。
【0024】
ここで、電極12間の静電容量Cは電場の雰囲気で決定されるため、
図7で示す様に、電極12を網で構成しても、板状の電極と同程度の電荷が貯留される。すなわち、
図2〜
図4で示す本発明の参考例のセンサ10であれば、従来の板状電極12Pを用いたコンデンサ10Jと同様な静電容量が得られる。
また、
図2〜
図4で示す本発明の参考例のセンサ10であれば、
図8で示す様に、供給配管の燃料油の流線Fに直交する方向に網状電極12を配置しても、燃料油は網状電極12の「網の目」(或いは、多数の貫通口)を容易に通過することが出来るので、供給配管内において、
図2〜
図4のセンサ10を燃料油の流線Fに直交する方向に配置しても、燃料油の流れを妨げてしまうことはない。
さらに、燃料油は網状電極12の「網の目」(或いは、多数の貫通口)を抵抗なく通過することが出来るので、一対の網状電極12間の間隔dを狭くしても、燃料油の流れの抵抗は増加しない。換言すれば、
図2〜
図4で示す本発明の参考例のセンサ10であれば、燃料油の流れの抵抗を大きくすること無く、一対の網状電極間の間隔を狭くして電極間の静電容量を大きくすることが出来る。
これにより、
図2〜
図4で示す本発明の参考例に係るセンサ10であれば、静電容量を大きくして外乱の影響を小さくすると共に、燃料油の流れを妨げてしまうこと無く、その誘電率を正確且つ有効に検出することが出来る。
【0025】
次に、
図9〜
図14を参照して、本発明の実施形態に係るセンサ10Aについて説明する。
図9、
図10で示すセンサ10Aは、
図14で示すポンプ3Pのストレーナ31(ストレーナ31単体としては
図11参照)に被せて使用する様に構成されている。ここでポンプ3Pは、
図1で示す給油用ユニット3に包含される。
図9において、センサ10Aは、リング状部材11Aにおける一方の端部(
図9では
右端部)に、
図10で示す様に、網状電極121A(半径方向外方の電極)、122A(半径方向内方の電極)が同心状に所定の間隔を空けて固設されている。このセンサ10Aを、
図11に示すストレーナ31に被せて使用する。
図11における矢印Fは、ストレーナ31に流入し、流出する燃料油の流れを示している。
【0026】
センサ10Aでは、
図9、
図11における右端側が、
図14で示す様に、閉塞部材32によって閉塞されている。
図12に示す様にストレーナ31の開口部(
図12の左端部)から入った燃料油Fは、
図13で示す様にストレーナ31の半径方向外方に流れ、センサ10Aの内側電極122A及び外側電極121Aを経由して、ストレーナ31の半径方向外方に流出する。
【0027】
図2〜
図8を参照して本発明の参考例で説明したのと同様に、
図9〜
図14を参照して説明したセンサ10Aによれば、燃料油に含まれる異物が均一に混合される位置よりも上流側(
図1の地下タンク1側)の領域、すなわちポンプの回転体よりも上流側(
図1の地下タンク1側)の領域であっても、例えば水が混入しているか否かを正確に判断することが出来る。
そのため、ポンプの回転体の上流側に位置する部材であるストレーナ31(
図14)に、図示の実施形態に係るセンサ10Aを配置することが出来る。
【0028】
図13から明らかな様に、ストレーナ31を構成する金属製の網状部材は、本発明の実施形態で用いられるセンサ10Aにおける網状電極を構成しない。
ストレーナ31は異物を捕獲して燃料油をろ過出来る様に、網の目が小さく構成されている。そのため、燃料油の流れに対する抵抗が大きく、燃料油の流れの流線方向に移動してしまう恐れがある。本発明の実施形態で用いられるセンサ10Aにおける一方の網状部材をストレーナ31の網状部材により構成した場合には、ストレーナ31が燃料油の流線方向に移動すると網状部材間の間隔、すなわち電極の間隔が変動し、静電容量が変化してしまう。そのため、ストレーナ31を流れる液体の誘電率の演算結果が変動するので、水の混入の有無及びその混入率が正確に判定できなくなってしまう。
そのため、ストレーナ31を構成する金属製の網状部材は、センサ10Aにおける網状電極を構成しないのである。
【0029】
図9、
図10で示すセンサ10Aは、
図2〜
図4で示すセンサ10に比較して、電極の面積を大きくして、静電容量を大きくすることが出来る。
また、
図9、
図10で示すセンサ10Aを
図11で示すポンプストレーナ31に被せることにより、センサ10Aの設置スペースを確保し、その分、給油機構2におけるレイアウト上の制約を小さくすることが出来る。
この様なセンサ10Aは、本質的に安全な防爆構造(本安構造)を提供出来る。
【0030】
図9〜
図14を参照して説明した本発明の実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、
図1〜
図8の本発明の参考例と同様である。
【0031】
図15は、エタノールへの加水率と静電容量の関係性を示す特性図である。
図15で示す様に、エタノール等のアルコール製品についても、図示の実施形態(
図1〜
図8の本発明の参考例、
図9〜
図14の実施形態)で水が混入していることを有効に検知することが出来る。
ガソリン(誘電率2程度)と水(誘電率80)の場合と同様に、エタノール(誘電率20前後)と水(誘電率80)の誘電率も大きく異なっており、エタノール中に水が混入すると静電容量も大きく変化するからである。
【0032】
エタノールへの加水率と静電容量の関係を示す
図15において、エタノールへの加水率が0.5以上になって初めて静電容量の増加が顕著に示されている。
しかし、水の添加量(加水率)が0.5mol以下であっても、センサの感度(静電容量の違いを検出する感度)を高くすれば、エタノール中に水が混入したことと、その混入率(加水率)を検知することが可能である。
【0033】
図示は省略するが、
図9〜
図13で示す本発明の実施形態に係るセンサ10Aについて、網状部材で構成された中空円筒形状の電極121A、122Aを、絶縁体で被覆して、燃料油の導電性による漏れ電流を遮断して、漏れ電流によるセンサ感度の上昇による誤検出を防止することが可能である。
その場合、網状電極121A、122Aの双方について絶縁材で被覆することも出来るし、何れか一方のみを絶縁材で被覆しても良い。
一対の網状電極の双方を絶縁材で被覆しても、何れか一方の網状電極のみを絶縁材で被覆しても、網状電極間に漏れ電流が流れないからである。
【0034】
センサ10Aにおいて、網状電極121A、122Aが絶縁材で被覆されている理由について、
図16、
図17を参照して説明する。
水は不純物が混入した場合、導電体となる性質を有している。静電容量の計測は一般的には、不純物が混入した水に電流を流し、端子間電圧が上昇(或は、下降)する時間を計測して行う。この(不純物混入により水が導電体となった)場合、電極間に短絡電流が流れ、電化が蓄積されるまでの時間が長くなり、あたかも静電容量が増加した様に見える。
図16(A)は、電極12間に導電体が存在せず、短絡電流が流れない状態を模式的に示している。静電容量の測定は、
図16(A)の状態で電極12間に電流を流し、端子間電圧が上昇(降下)する時間を計測することにより行われる。
【0035】
ここで、燃料油(水が混入した燃料油を含む)は導電体である。
一対の電極12間に導電性を有する液体が存在すると、燃料油、すなわち導電性液体により、電極12間が短絡されて、
図16(B)で示す様に短絡電流(漏れ電流)が流れる。
短絡電流が流れると、見かけの静電容量が増加する(静電容量が増加した様に見えてしまう)。換言すると、短絡電流が流れると、電極間の静電容量の変化量に比較して、見かけの静電容量の変化量が大きくなる。
そして、見かけの静電容量の変化量が大きくなるため、燃料油に水が混入した場合の静電容量の変化も大きくなり、センサとしての感度が上昇する。
【0036】
しかし、センサの感度が上昇することにより、誤検出が生じる可能性が存在する。例えば、センサの感度が上昇して静電容量の変化を検出したとしても、当該静電容量の変化が、「水の混入による静電容量の変化か?」、「温度変化による静電容量の変化か?」、或いは「その他の要因による静電容量の変化か?」を区別することができない。その結果、「温度変化による静電容量の変化」であるにも拘らず、「水の混入による静電容量の変化」と誤判定してしまう事態が生じ得る。
これに対して、網状電極121A、122Aを絶縁体で被覆して、燃料油の導電性による漏れ電流を遮断して、
図17で示す状態とすれば、網状電極121A、122A間に漏れ電流が流れないので、見かけの静電容量の変化量が大きくなり過ぎることがない。そのため、センサの感度が良くなり過ぎることがなくなり、上述した誤検出が防止される。
【0037】
次に
図18を参照して、一対の電極間における充電と放電の周期について、説明する。
図示の実施形態(
図1〜
図8の本発明の参考例、
図9〜
図14の実施形態)において、センサにおける水や異物の混入検知回路の計測周波数を早くする(一対の電極間における充電と放電の周期を短くする)ことにより、漏れ電流を小さくして、漏れ電流の影響を小さくすることが出来る。
【0038】
電流は電圧に比例し、充電と放電の周期が変動しても、一対の電極間の蓄積電流と漏れ電流の比に差は出ない。
ところが、
図18に示す様に、検出回路の計測周波数を早くすれば、漏れ電流が流れる時間が短くなるために漏れ電流の総量が小さくなり(
図18(B))、逆に検出回路の計測周波数を遅くすれば、漏れ電流が流れる時間が長くなるために漏れ電流の総量が大きくなる(
図18(A))。
検出対象(燃料油の種類と異物の種類)、検出の目的に対応して、適正な放電と充電の周期(混入検知回路の計測周波数)が存在するので、当該適正な周期(周波数)をケース・バイ・ケースで決定することにより、より精度が高く、目的に合致した検出を行うことが出来る。
図18(A)、(B)において、「漏れ」は漏れ電流、「充電」は電極間への充電電流、「放電」は電極間からの放電電流を意味している。
【0039】
図19は、アルコール燃料におけるガソリンとアルコールの割合(エタノール比率)と静電容量の関係を示している。
混合燃料であるアルコール混合ガソリンについては公知である。当該アルコール混合ガソリンとして、例えば、E3(エタノール3%含有)、E5(エタノール5%含有)、E10(エタノール10%含有)等が用いられている。また、海外ではE23(エタノール23%含有)、E85(エタノール85%含有)等も利用されている。
ガソリンとエタノールでは誘電率が一桁異なるので、図示の実施形態を適用することにより、エタノール比率を演算することが出来る。これにより、異なる種類の燃料を誤って混合してしまう事態(いわゆる「コンタミ」)を防止することが出来る。
【0040】
レギュラーガソリンに含まれるエタノール比率の違いによる静電容量は、
図19で示す様に比例関係となる。したがって、静電容量を計測することによって、レギュラーガソリンに含まれるエタノール比率(%)を知ることができる。
しかし、静電容量は温度依存があるため、絶対的な数値(エタノール比率)を知るには、温度センサと合わせて補正する必要がある。
図25において、実線は、センサにおける一対の網状電極の配置を燃料の流れの方向に対して並列に配置した静電容量であり、破線は、一対の網状電極の配置を燃料の流れの方向に対して直列に配置した静電容量である。
【0041】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。