特開 2024-73719 計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024073719

(43)【公開日】2024-05-30

(54)【発明の名称】計測装置

(51)【国際特許分類】

   F16T 1/48 20060101AFI20240523BHJP

   G08C 19/00 20060101ALI20240523BHJP

   G01R 31/56 20200101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

F16T1/48

G08C19/00 G

G01R31/56

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184575

(22)【出願日】2022-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】000137889

【氏名又は名称】株式会社ミヤワキ

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100136353

【弁理士】

【氏名又は名称】高尾 建吾

(72)【発明者】

【氏名】吉川 成雄

【テーマコード（参考）】

2F073

2G014

【Ｆターム（参考）】

2F073AA01

2F073AA02

2F073AA12

2F073AB03

2F073AB14

2F073BB01

2F073BC02

2F073CC03

2F073CC07

2F073CD11

2F073DD07

2F073EE01

2F073EE11

2F073FF01

2F073FG01

2F073FG02

2F073FG04

2F073GG01

2F073GG02

2G014AA03

2G014AA16

2G014AB25

2G014AB29

2G014AB49

2G014AB61

2G014AC18

(57)【要約】

【課題】電気回路のパーシャルショートが発生した場合であっても、電気回路からの発煙を抑制又は回避することが可能な計測装置を得る。
【解決手段】電源回路は、電池と、前記電池に接続された電源ＩＣと、前記電源ＩＣと電気回路との間に接続されたＬＣフィルタ回路と、前記ＬＣフィルタ回路は、前記電源ＩＣに接続された一端及び前記電気回路に接続された他端を有するコイルを含み、前記コイルの前記一端及び前記他端間の電圧を検出する検出回路と、前記検出回路が検出した前記電圧が所定の基準値以上となった場合に前記電源ＩＣの動作を停止させる制御回路と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スチームトラップの物理量を計測する計測装置であって、
前記スチームトラップに当接されるプローブと、
前記プローブから伝達される前記スチームトラップの前記物理量に対して、電気信号への変換を含む電気的な処理を施すことにより、前記スチームトラップの計測データを出力する電気回路と、
前記電気回路に駆動用電力を供給する電源回路と、
を備え、
前記電源回路は、
電池と、
前記電池に接続された電源ＩＣと、
前記電源ＩＣと前記電気回路との間に接続されたＬＣフィルタ回路と、
前記ＬＣフィルタ回路は、前記電源ＩＣに接続された一端及び前記電気回路に接続された他端を有するコイルを含み、
前記電源ＩＣの出力電流値を、前記コイルの前記一端及び前記他端間の電圧値として検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した前記電圧値が所定の基準値以上となった場合に前記電源ＩＣの動作を停止させる制御回路と、
を有する、計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置に関し、特に、スチームトラップの温度及び振動を計測する計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気配管系を備えたプラント等においては、熱交換又は放熱等によって配管系内に復水（ドレン）が生じることがある。この復水を配管系内に滞留させると運転効率が低下する原因となるため、一般には、配管系の適所にスチームトラップを設置し、このスチームトラップによって復水を配管系の外部に排出するようにしている。

【0003】

経年劣化又は作動不良等によってスチームトラップのシール性能が損なわれると、蒸気配管系内の蒸気がスチームトラップを介して外部に漏出し、無駄な蒸気損失を招くこととなる。そのため、１年に１回等の定期的に、スチームトラップの状態を点検する作業が行われる。

【0004】

下記特許文献１には、スチームトラップの状態を診断するための計測装置及び診断装置が開示されている。計測装置は可搬型の計測装置であり、診断装置はタブレット端末又はノートパソコン等であり、計測装置と診断装置とは相互に無線通信が可能である。計測装置は、各スチームトラップの表面温度を計測する温度センサと、各スチームトラップの振動強度を計測する振動センサと、温度センサ及び振動センサから出力された計測データを記憶する記憶部と、当該計測データを診断装置に送信する通信部と、表示部とを備えている。診断装置は、計測装置から受信した計測データに基づいて各スチームトラップの状態（正常又は異常）を診断し、その診断の結果を示す診断データを計測装置に送信する。計測装置は、診断装置から受信した診断データに基づいて、各スチームトラップに関する診断の結果を表示部に表示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－８４４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

計測装置は、電気回路が形成された回路基板を内蔵しており、当該電気回路には、電源回路から駆動用電力が供給される。

【0007】

図４は、計測装置が備える電源回路１００の構成を示す図である。電源回路１００は、電池１６１、ヒューズ素子１６２、及び、電源ＩＣ１６４を備えている。電源回路１００は、電池１６１から電気回路１０３に駆動用電力を供給する。

【0008】

電源ＩＣ１６４は、保護回路１７１を有している。保護回路１７１は、通常動作時の電流値より大きい第１電流値以上の電流が電気回路１０３に流れた場合に、電源ＩＣ１６４の動作を停止させる。これによって、第１電流値以上の過電流から電気回路１０３を保護する。

【0009】

ヒューズ素子１６２は、上記第１電流値より大きい第２電流値（例えば数アンペア）以上の電流が流れた場合に、電池１６１と電源ＩＣ１６４との接続を遮断する。これよって、第２電流値以上の過電流から電源ＩＣ１６４及び電気回路１０３を保護する。

【0010】

ところで、計測装置においては、気温又は湿度等の環境の変化に起因して電池１６１から電解液が漏出した場合に、その電解液が回路基板上に流れ込み、電気回路１０３の部分的なショート（パーシャルショート）が発生することがある。パーシャルショートは、電池からの電解液の漏出のみならず、結露等によっても発生する場合がある。

【0011】

パーシャルショートは０オームショートではなく数オームショートであるため、パーシャルショートが発生した場合、電気回路１０３には、通常動作時の電流値よりは大きいが、上記第１電流値よりは小さい電流が流れる。従って、パーシャルショートに起因して電気回路１０３に電流が流れても、保護回路１７１及びヒューズ素子１６２は保護動作を行わない。その結果、通常動作時の電流値より大きい電流が電気回路１０３に流れ続けることによって熱暴走を誘発し、電気回路１０３を構成する半導体素子等が発煙する可能性がある。

【0012】

スチームトラップが設置されているプラントには、石油コンビナート等の防爆規格が厳しい施設も存在する。発煙の可能性のある電気回路１０３を備える計測装置は、そのような施設内に持ち込むことができないため、パーシャルショート発生時の発煙対策は計測装置にとって重要な課題である。

【0013】

本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、電気回路のパーシャルショートが発生した場合であっても、電気回路からの発煙を抑制又は回避することが可能な計測装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様に係る計測装置は、スチームトラップの物理量を計測する計測装置であって、前記スチームトラップに当接されるプローブと、前記プローブから伝達される前記スチームトラップの前記物理量に対して、電気信号への変換を含む電気的な処理を施すことにより、前記スチームトラップの計測データを出力する電気回路と、前記電気回路に駆動用電力を供給する電源回路と、を備え、前記電源回路は、電池と、前記電池に接続された電源ＩＣと、前記電源ＩＣと前記電気回路との間に接続されたＬＣフィルタ回路と、前記ＬＣフィルタ回路は、前記電源ＩＣに接続された一端及び前記電気回路に接続された他端を有するコイルを含み、前記電源ＩＣの出力電流値を、前記コイルの前記一端及び前記他端間の電圧値として検出する検出回路と、前記検出回路が検出した前記電圧値が所定の基準値以上となった場合に前記電源ＩＣの動作を停止させる制御回路と、を有する。

【0015】

この態様によれば、検出回路は、電源ＩＣの出力電流値を、コイルの一端及び他端間の電圧値として検出し、制御回路は、検出回路が検出した電圧値が所定の基準値以上となった場合に電源ＩＣの動作を停止させる。その結果、パーシャルショート発生時に電気回路に流れた電流に起因してコイルの両端電圧が基準値以上に上昇した場合には、制御回路が電源ＩＣの動作を停止させることにより、電気回路からの発煙を抑制又は回避することが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、電気回路のパーシャルショートが発生した場合であっても、電気回路からの発煙を抑制又は回避することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係る可搬型の計測装置の構成を簡略化して示す図である。

【図2】本発明の前提技術に係る電源回路の構成を簡略化して示す図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る電源回路の構成を簡略化して示す図である。

【図4】背景技術に係る計測装置が備える電源回路の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

【0019】

図１は、本発明の実施の形態に係る可搬型の計測装置１の構成を簡略化して示す図である。計測装置１は、スチームトラップの物理量（温度及び振動）を計測する機能と、その計測結果に基づいてスチームトラップの状態を診断する機能とを備えている。但し、診断機能は、計測装置１の外部装置（診断装置又はサーバ装置等）が備えても良い。また、可搬型に限らず設置型の計測装置であっても良い。

【0020】

蒸気配管系を備えたプラント等においては、配管系内に生じた復水（ドレン）を配管系の外部に排出するために、配管系の適所に複数のスチームトラップが設置されている。スチームトラップは、１年に１回等の定期点検によって、その状態が点検される。定期点検の作業者は、可搬型の計測装置１を携帯してプラント内を移動することにより、計測装置１によって各スチームトラップを順に点検する。なお、スチームトラップの点検は、定期点検に限らず、不定期な点検であっても良い。

【0021】

計測装置１は、プローブ（温度プローブＰ１及び振動プローブＰ２）と、電源回路２と、電気回路３とを備えている。電気回路３は、計測装置１が内蔵する回路基板上に形成されており、温度センサ１１、増幅回路１２、ＡＤ変換回路１３、振動センサ２１、フィルタ回路２２、増幅回路２３、ＡＤ変換回路２４、制御部３１、操作部４１、表示部４２、記憶部４３、及び通信部４４を有している。

【0022】

温度プローブＰ１及び振動プローブＰ２は、例えばステンレス製の円筒状パイプの外観形状を有している。温度プローブＰ１は、振動プローブＰ２の内側の空間において、振動プローブＰ２の内周面に対して非接触に、同心の位置関係で配置されている。温度プローブＰ１及び振動プローブＰ２は、計測対象であるスチームトラップに当接されることによって、当該スチームトラップの温度及び振動を温度センサ１１及び振動センサ２１に伝達する。

【0023】

温度センサ１１は、例えば一対の熱電対素線と温度計測回路とを備えて構成されており、温度プローブＰ１から伝達された温度を電気信号に変換して出力する。温度センサ１１から出力された電気信号は、増幅回路１２に入力される。増幅回路１２は、入力された電気信号を増幅して出力する。増幅回路１２から出力された電気信号は、ＡＤ変換回路１３に入力される。ＡＤ変換回路１３は、入力されたアナログの電気信号をディジタルデータに変換して出力する。ＡＤ変換回路１３から出力された、温度計測値を示すディジタルデータ（温度データ）は、制御部３１に入力される。

【0024】

振動センサ２１は、例えば圧電型加速度センサを備えて構成されており、振動プローブＰ２から伝達された振動を電気信号に変換して出力する。振動センサ２１から出力された電気信号は、フィルタ回路２２に入力される。フィルタ回路２２は、入力された電気信号のうち所定の周波数帯域の電気信号を通過して出力する。フィルタ回路２２から出力された電気信号は、増幅回路２３に入力される。増幅回路２３は、入力された電気信号を増幅して出力する。増幅回路２３から出力された電気信号は、ＡＤ変換回路２４に入力される。ＡＤ変換回路２４は、入力されたアナログの電気信号をディジタルデータに変換して出力する。ＡＤ変換回路２４から出力された、振動計測値を示すディジタルデータ（振動データ）は、制御部３１に入力される。

【0025】

操作部４１は、作業者が各種の情報を入力するための操作スイッチ等によって構成されている。表示部４２は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等を用いて構成されている。但し、タッチパネル式ディスプレイを使用することにより、操作部４１と表示部４２とが一体として構成されても良い。記憶部４３は、フラッシュメモリ等の書き換え可能な半導体メモリ等を用いて構成されている。通信部４４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の任意の通信方式に対応した通信モジュールを備えて構成されている。

【0026】

制御部３１は、ＣＰＵ等を備えて構成されている。制御部３１は、当該ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される機能として、診断部５１を有している。診断部５１は、ＡＤ変換回路１３，２４から入力された計測データ（温度データ及び振動データ）に基づいてスチームトラップの状態を診断し、その診断の結果を示す診断データを出力する。例えば、診断部５１は、入力された温度データと予め設定された所定の温度しきい値とを比較し、また、入力された振動データと予め設定された所定の振動しきい値とを比較する。診断部５１は、これら二つの比較結果の組合せに応じて、スチームトラップが正常であるか異常（蒸気漏出、ドレン排出不良、又は閉塞）であるかを診断する。制御部３１は、スチームトラップの診断データを含めて診断結果情報（点検日及び診断結果等）を作成し、当該診断結果情報を記憶部４３に記憶する。また、制御部３１は、診断データを表示部４２に入力する。これにより、スチームトラップの診断結果が表示部４２に表示される。さらに、制御部３１は、スチームトラップの診断結果情報を通信部４４に入力する。通信部４４は、入力された診断結果情報を、計測装置１の外部のデータ処理装置に送信する。

【0027】

電源回路２は、電気回路３が備える複数の要素（素子、回路、及び装置等）の各々を駆動するための電力を、電気回路３に供給する。

【0028】

図２は、本発明の前提技術に係る電源回路２の構成を簡略化して示す図である。電源回路２は、電池６１、ヒューズ素子６２、抵抗素子６３、及び、電源ＩＣ６４を備えている。電池６１の後段にヒューズ素子６２が接続されており、ヒューズ素子６２の後段に抵抗素子６３が接続されており、抵抗素子６３の後段に電源ＩＣ６４が接続されており、電源ＩＣ６４の後段に、負荷回路である電気回路３が接続されている。電池６１は、例えばアルカリ乾電池である。電源ＩＣ６４は、例えばスイッチングレギュレータを備えて構成されている。電源回路２は、電池６１から電気回路３に駆動用電力を供給する。

【0029】

電源ＩＣ６４は、保護回路７１を有している。保護回路７１は、通常動作時の電流値より大きい第１電流値Ｉ１以上の電流が電気回路３に流れた場合に、電源ＩＣ６４の動作を停止させる。これによって、第１電流値Ｉ１以上の過電流から電気回路３を保護する。

【0030】

計測装置１においては、気温又は湿度等の環境の変化に起因して電池６１から電解液が漏出した場合に、その電解液が回路基板上に流れ込み、電気回路３の部分的なショート（パーシャルショート）が発生することがある。パーシャルショートは、電池６１からの電解液の漏出のみならず、結露等によっても発生する場合がある。

【0031】

パーシャルショートは０オームショートではなく数オームショートであるため、パーシャルショートが発生した場合、電気回路３には、通常動作時の電流値Ｉ０よりは大きいが、上記第１電流値Ｉ１よりは小さい電流が流れる。従って、パーシャルショートに起因して電気回路３に電流が流れても、保護回路７１は保護動作を行わない。

【0032】

抵抗素子６３は、パーシャルショート発生時に電気回路３に流れる電流の電流値を、第１電流値Ｉ１より小さい第２電流値Ｉ２未満に制限可能な抵抗値を有する。第２電流値Ｉ２は、熱暴走等に起因して電気回路３が発煙を開始する電流値であり、電流値Ｉ０より大きく、第１電流値Ｉ１より小さい。電池６１の出力電圧値、ヒューズ素子６２での降下電圧値、電源ＩＣ６４での降下電圧値、電気回路３での降下電圧値、及び第２電流値Ｉ２は、いずれも既知である。そのため、抵抗素子６３の抵抗値を、パーシャルショート発生時に電気回路３に流れる電流の電流値が第２電流値Ｉ２未満となるように、適切な値に設定することが可能である。

【0033】

ヒューズ素子６２は、第１電流値Ｉ１より大きい第３電流値Ｉ３（例えば数アンペア）以上の電流が流れた場合に、電池６１と抵抗素子６３との接続を遮断する。これよって、第３電流値Ｉ３以上の過電流から電源ＩＣ６４及び電気回路３を保護する。

【0034】

ところで、図２に示した前提技術に係る電源回路２では、大きな抵抗値（例えば数オーム以上）を有する抵抗素子６３の追加に伴って、電源回路２の内部インピーダンスが大きくなるため、電源回路２の負荷特性が不安定になる場合がある。これを改善すべく、以下に述べる本発明の実施の形態に係る電源回路２の構成を提案する。

【0035】

図３は、本発明の実施の形態に係る電源回路２の構成を簡略化して示す図である。電源回路２は、電池６１、ヒューズ素子６２、電源ＩＣ６４、電源ライン８７、コイル８８、コンデンサ８９、検出回路、及び制御回路を備えている。電源ライン８７は、電源ＩＣ６４と電気回路３とを接続する。コイル８８は、電源ライン８７上に配置されており、電源ＩＣ６４に接続された一端と、電気回路３に接続された他端とを有する。コイル８８及びコンデンサ８９は、電源ＩＣ６４から電気回路３に入力される電圧を平滑化するためのＬＣフィルタ回路を構成する。

【0036】

検出回路は、電源ＩＣ６４の出力電流値を、コイル８８の一端及び他端間の電圧値として検出する。制御回路は、検出回路が検出した電圧値が所定の基準値以上となった場合に、電源ＩＣ６４の動作を停止させる。

【0037】

検出回路は、オペアンプ８１を有して構成されている。制御回路は、時定数回路、コンパレータ８２（比較回路）、及び基準電圧設定回路を有して構成されている。時定数回路は、抵抗素子９１及びコンデンサ８３を含んで構成されている。基準電圧設定回路は、抵抗素子９２～９６及びトランジスタ８４を含んで構成されている。抵抗素子９２，９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２の比は、抵抗素子９５，９６の抵抗値Ｒ４，Ｒ５の比に等しい。

【0038】

オペアンプ８１には、電源ＩＣ６４からコイル８８及び電源ライン８７を介して電気回路３に流れる電流の電流値が、コイル８８の両端電圧値として入力される。オペアンプ８１は、入力された両端電圧値に応じた電圧値Ｖ１を出力する。オペアンプ８１から出力された電圧値Ｖ１は、抵抗素子９１及びコンデンサ８３から成る時定数回路を介して、コンパレータ８２の第１入力端子８２１に入力される。当該時定数回路の時定数は、瞬間的なノイズに起因する誤動作を防止するために、数秒程度に設定されている。

【0039】

コンパレータ８２の第２入力端子８２２には、基準電圧値Ｖ２又は基準電圧値Ｖ３が入力される。基準電圧値Ｖ２は、トランジスタ８４がオフの場合における、抵抗素子９２の抵抗値Ｒ１と抵抗素子９３の抵抗値Ｒ２との比に応じた電圧値である。基準電圧値Ｖ３は、トランジスタ８４がオンの場合における、抵抗素子９２の抵抗値Ｒ１と、抵抗素子９３，９４の抵抗値Ｒ２，Ｒ３の合成抵抗値との比に応じた電圧値である。抵抗素子９３，９４は並列接続されており、抵抗素子９３，９４の合成抵抗値は抵抗素子９３単体の抵抗値Ｒ２より小さいため、基準電圧値Ｖ３は基準電圧値Ｖ２より小さい。

【0040】

パーシャルショート発生時にコイル８８を流れる電流の電流値が第２電流値Ｉ２未満である場合には、電圧値Ｖ１はしきい値より小さいためトランジスタ８４はオフであり、コンパレータ８２の第２入力端子８２２には基準電圧値Ｖ２が入力される。一方、パーシャルショート発生時にコイル８８を流れる電流の電流値が第２電流値Ｉ２以上である場合には、たとえ時定数の期間内であったとしても、電圧値Ｖ１はしきい値以上となるためトランジスタ８４はオンとなり、コンパレータ８２の第２入力端子８２２には基準電圧値Ｖ３が入力される。

【0041】

コンパレータ８２は、第１入力端子８２１の電圧値（時定数が付与された電圧値Ｖ１）が第２入力端子８２２の電圧値（基準電圧値Ｖ２又は基準電圧値Ｖ３）未満である場合（正常時）には、信号Ｓ１としてハイレベル信号を出力し、一方、第１入力端子８２１の電圧値が第２入力端子８２２の電圧値以上である場合（パーシャルショート発生時）には、信号Ｓ１としてローレベル信号を出力する。電源ＩＣ６４は、イネーブル端子６５にハイレベル信号が入力されていることにより動作を実行し、イネーブル端子６５にローレベル信号が入力されていることにより動作を停止する。これにより、電源ＩＣ６４は、パーシャルショートが発生していない正常時には通常に動作し、パーシャルショート発生時には動作を停止する。電源ＩＣ６４が動作を停止した場合には、電気回路３への駆動電力の供給が停止されるため、計測装置１は動作を停止する。

【0042】

本実施の形態に係る計測装置１によれば、検出回路は、電源ＩＣ６４の出力電流値を、コイル８８の一端及び他端間の電圧値として検出し、制御回路は、検出回路が検出した電圧値が所定の基準値以上となった場合に電源ＩＣ６４の動作を停止させる。その結果、パーシャルショート発生時に電気回路３に流れた電流に起因してコイル８８の両端電圧が基準値以上に上昇した場合には、制御回路が電源ＩＣ６４の動作を停止させることにより、電気回路３からの発煙を抑制又は回避することが可能となる。しかも、電源ライン８７に電流検出用の抵抗素子を追加することなく、検出回路は既存のコイル８８の内部抵抗値を用いて電源ＩＣ６４の出力電流値を検出する。従って、抵抗素子の追加に伴う電源回路２の内部インピーダンスの上昇を防止でき、その結果、電源回路２のレギュレーション性能が低下することを回避できる。

【0043】

また、オペアンプ８１から出力された電圧値Ｖ１は時定数回路を介してコンパレータ８２に入力されるため、突発的なノイズに起因する誤動作を防止することが可能となる。

【0044】

さらに、基準電圧設定回路は、コイル８８を流れる電流の電流値が第２電流値Ｉ２未満である場合には、基準電圧値Ｖ２（第１基準電圧値）を第２入力端子８２２に入力し、コイル８８を流れる電流の電流値が第２電流値Ｉ２以上である場合には、基準電圧値Ｖ２より小さい基準電圧値Ｖ３（第２基準電圧値）を第２入力端子８２２に入力する。従って、パーシャルショート発生時に流れる電流が、時定数回路による時定数の期間内でかつ第２電流値Ｉ２の近傍で増減を繰り返すという平衡状態が継続した場合であっても、基準電圧設定回路が基準電圧値Ｖ２から基準電圧値Ｖ３へ基準電圧値を低下させることによって、電源ＩＣ６４の動作を確実に停止させることが可能となる。

【符号の説明】

【0045】

１ 計測装置
２ 電源回路
３ 電気回路
６１ 電池
６４ 電源ＩＣ
８１ オペアンプ
８２ コンパレータ
８７ 電源ライン
８８ コイル
Ｐ１ 温度プローブ
Ｐ２ 振動プローブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】