JP2010533294A - 液位測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、鞍型タンク１２内の液体１４の液位の音響補償測定を行う装置１０に関する。鞍型タンクは、第１及び第２の領域１８、２０と、両領域間で液体を移動させる搬送管２６；３０を備えたエゼクタ・システムとを有する。この装置は、音響信号を送受信する変換器アセンブリ３４と、変換器アセンブリに接続されており、鞍型タンクの一方の領域内に延在するように構成された導波管４０と、作動中に液位よりも上方に位置する導波管の一部分に沿って、エゼクタ・システムの搬送管からの流体の流れを誘導する手段とを含む。また、本発明は、鞍型タンク内の液体の液位の音響補償測定を行う方法に関する。

Description

本発明は、液位測定装置に関するものである。とりわけ、本発明は、鞍型タンク内の液体の液位の音響補償測定を行う装置に関するものである。また、本発明は、鞍型タンク内の液体の液位の音響補償測定を行う方法に関するものである。

液位測定装置の例が、文献ＷＯ２００５０３８４１５に開示されている。その装置は、液体の外に配置され音響信号を送受信する変換器と、変換器に接続され液体中に延在する導波管とを含む。装置の基本動作において、音響信号が変換器から導波管内へ送信され、その信号は、導波管が延在する液体の表面によって反射される。信号の伝搬時間及び速度を知ることにより、液位を計算することが可能である。２つの領域を有する鞍型タンクにおいて、１つの導波管が鞍型タンクの各領域内へ延在している場合には、装置はさらに付加的な導波管を含んでもよい。

音速は、それが通過するガスの組成に依存するので、ＷＯ２００５０３８４１５の装置は、タンクからの流体の流れを液位よりも上方に位置する導波管の一部分内へ供給する手段をさらに含み、ガス組成を補償してもよい。具体的な例では、通常の燃料タンクにおいて、燃料ポンプからの燃料の還流により流れが供給される。しかし、測定装置が燃料ポンプに近接して配置されていない鞍型タンクの場合には、その解決法は不都合であり、導波管内に流体を供給する付加的な専用導管等が必要であるかもしれない。

国際公開第２００５／０３８４１５号

本発明の目的は、この問題を克服し、鞍型タンクのための改善された液位測定装置を提供することである。

この目的及び他の目的は、以下の記載から明らかになるが、添付の特許請求の範囲による、鞍型タンク内の液体の液位の補償測定を行う装置、及びそれに対応する方法によって達成される。

本発明の一つの観点によれば、鞍型タンク内の液体の液位の音響補償測定を行う装置であって、鞍型タンクは、第１の領域と、第２の領域と、両領域の間で液体を移動させる搬送管を備えたエゼクタ・システムとを有する、装置において、音響信号を送受信する変換器アセンブリと、変換器アセンブリに接続されており、鞍型タンクの一方の領域内に延在するように構成された導波管と、作動中に液位よりも上方に位置する導波管の一部分に沿って、エゼクタ・システムの搬送管からの流体の流れを誘導する手段とを含むことを特徴とする装置が提供される。

鞍型タンク内には、通常、鞍型タンクの両領域間で液体を移動させる搬送管を備えたエゼクタ・システムが設けられている。本発明は、この搬送管内の流体の流れを都合良く補償目的に利用することができるという理解に基づいている。導波管に沿った流体の流れが導波管の全体にわたり状態を均一化し、それにより、より正確な測定が可能になる。

変換器アセンブリに接続されており、鞍型タンクのもう一方の領域内に延在するように構成された第２の導波管を装置が含み、誘導する手段が、更に、作動中に液位よりも上方に位置する第２の導波管の一部分に沿って、エゼクタ・システムの搬送管からの流体の流れを誘導することが有利である。このことにより、鞍型タンクの両領域での補償測定が可能になり、それにより、より正確な全体の測定が可能である。２つの導波管を使用する場合、変換器アセンブリは、両導波管を扱う１つの変換器を含むか、又は１つの導波管をそれぞれ扱う２つの変換器を含んでもよい。更に、変換器は複合ユニットであってもよく、又は別個の送信機及び受信機等を含んでいてもよい。

一実施例では、誘導する手段が、流体の流れを導波管内へ誘導するように構成されている。本実施例により、ガスの組成及び温度に関する補償が可能になる。誘導する手段が、搬送管からの流体を導波管内へ移動させる、導管などの通路を含むことが好ましい。タンクの底部の凹み部により形成され、第１の領域と第２の領域との間にある狭窄通路に、通路（即ち、例えば導管）が配置されていることが好ましい。両領域間のちょうどこの位置で搬送管から導波管へ流体を移動させることは、構造の観点から非常に好都合である。本実施例による測定装置は、測定される液体が少なくとも部分的にガソリン又は石油を含む場合にとりわけ有用である。

別の実施例では、誘導する手段が、流体の流れを導波管の外側に沿って誘導するように構成されている。本実施例により、温度に関する補償が可能になる。誘導する手段が搬送管であることが有利である。また、温度を伝達するために、導波管と搬送管とは、互いに隣接して配置されるのがよい。例えば、導波管の一部分と搬送管とが、互いに並んで配置されていてもよい。別の例では、導波管の一部分が、ハウジングに収容されており、搬送管が、ハウジングに隣接しているか、又はハウジングの中を通っている。これは、同じく搬送管から導波管へ温度を伝達するためである。更に、導波管と搬送管とを、単一の構造に一体化することができ、それにより製造及び組立てが容易になり、コストが低減される。エゼクタ・システムの搬送管を誘導する手段として使用することの利点は、流体の流れを誘導する付加的な専用手段が不要であるということである。ディーゼル油に関して考慮すべき支配的な因子は温度であるので、本実施例による測定装置は、測定される液体がディーゼル油である場合にとりわけ有用である。

搬送管に隣接して導波管を配置すること、随意的には単一の一体構造とすることを、搬送管からの流体を導波管内へ移動させる導管と組み合わせて、上記実施例に適用することも可能である。それにより、温度補償がより拡張され、製造及び組立てが容易になる。

本発明の別の観点によれば、鞍型タンク内の液体の液位の音響補償測定を行う方法であって、鞍型タンクは、第１の領域と、第２の領域と、両領域の間で液体を移動させる搬送管を備えたエゼクタ・システムとを有する、方法において、鞍型タンクの一方の領域内に延在するように構成された導波管内へ、変換器アセンブリからの音響信号を送信するステップと、導波管から変換器アセンブリへの、反射された音響信号を受信するステップと、作動中に液位よりも上方に位置する導波管の一部分に沿って、エゼクタ・システムの搬送管からの流体の流れを誘導するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。この観点は、本発明の前述の観点と同様の利点を示す。

本発明の更に別の観点によれば、第１の領域と第２の領域と両領域の間で液体を移動させる搬送管を備えたエゼクタ・システムとを有する鞍型タンクと、上記の説明による装置とを含むタンク構造が提供される。この観点は、本発明の前述の観点と同様の利点を示す。

本発明のこれらの観点及び他の観点は、現時点で好ましい本発明の実施例を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。

本発明の実施例による測定装置を備えた鞍型タンクの概略側面図。 図１ａの測定装置の拡大概略部分透視図。 図１ａの鞍型タンク及び測定装置の変形例の概略側面図。 図１ｂの測定装置の変形例の拡大概略部分透視図。 本発明の別の実施例による測定装置を備えた鞍型タンクの概略透視図。 図２ａの鞍型タンク及び測定装置の概略側面図。 図２ａ及び図２ｂの測定装置の変形例を示す図。

図１ａは、本発明の実施例による測定装置１０を備えた鞍型タンク１２の概略側面図である。鞍型タンク１２は、乗用車又はトラックなどの車両用の燃料タンクであってもよい。測定装置１０は、タンク１２の燃料１４の液位を検出するように構成されている。

鞍型タンク１２は、その底部に凹み部１６を有し、第１の領域１８及び第２の領域２０を形成している。通常、凹み部１６は、車両のドライブ・シャフト（図示せず）を通すためにある。更に、燃料ポンプ２２が、供給管２４を経由して燃料をタンク１２から外へ汲み出すために、鞍型タンク１２の第２の領域２０に配置されている。第１の領域１８に残された燃料を燃料ポンプ２２へ移動させるために、エゼクタ・システムが設けられている。

図１ａのエゼクタ・システムの例では、第１の領域１８から第２の領域２０へ延在する第１の搬送管２６、及び第２の搬送管３０を含む。図１ａでは、第２の搬送管３０は、供給管２４から分岐し、第１の領域１８と第２の領域２０との間においてタンク１２内部を通り、ノズル２８で終端する。ノズル２８は、第１の領域１８内の第１の搬送管２６の入り口方向に向けられている。

エゼクタ・システムは、周知のサクション・ジェットの原理に基づいて作動する。エゼクタ・システムの作動時、燃料の流れの一部分が、供給管２４から第２の搬送管３０を経由してノズル２８へ供給される。ノズル２８において、周知の方法で吸込み圧力が発生し、第１の領域１８内の燃料が、第１の搬送管２６を経由して第２の領域２０へ送られる。そこで、燃料は、燃料ポンプ２２によりタンク１２から外へ汲み出される。

測定装置１０の構造及び動作を、図１ａ及び図１ｂを参照して記載する。測定装置１０は、第１及び第２の音響変換器３６、３８を備えた変換器アセンブリ３４と、第１及び第２の導波管４０、４２とを含む。第１の導波管４０は、第１の変換器３６に接続されており、鞍型タンク１２の第１の領域１８内へ延在している。一方、第２の導波管４２は、第２の変換器３８に接続されており、鞍型タンク１２の第２の領域２０内へ延在している。各導波管４０、４２の変換器アセンブリ３６に近接する部分は、図１ｂに示されている通り、平坦な螺旋形状を有することが好ましく、測定装置が小型サイズであることを維持しながら、基準測定を可能にしている。変換器アセンブリ３４及び導波管４０、４２の螺旋部分は、タンク１２内のハウジング３７に収容されている。ハウジング３７は、タンク１２の最上部に配置され、領域１８と領域２０との間にある凹み部１６の上方の狭窄通路３２に配置されている。変換器アセンブリ３４は、電子制御装置４４と接続して配置されている。図１ａでは、制御装置４４は、タンク１２の外に配置されている。制御装置４４の機能を、以下に記述する。

測定装置１０の基本動作時、電子制御装置４４は、変換器３６、３８に電圧を加え、音響パルスを生成させる。第１の変換器３６から送信されたパルスが、第１の導波管４０を通って、鞍型タンク１２の第１の領域１８内の燃料１４の表面へ誘導される。そのパルスは、導波管４０を通って移動し、次いでその表面で反射され、最終的に変換器３６に戻る。同様に、第２の変換器３８から送信されたパルスが、第２の導波管４２を通って、鞍型タンク１２の第２の領域２０内の燃料１４の表面のへ誘導される。そのパルスは、導波管４２を通って移動し、次いでその表面によって反射され、最終的に変換器３８に戻る。戻りパルスに応答して、変換器３６、３８は、制御装置４４へ対応する信号を生成する。パルスの伝搬時間及び速度を知ることにより、制御装置４４は、燃料液位又は鞍型タンク１２内の燃料容積を計算することができる。鞍型タンク１２内の燃料１４の液位の全体的な測定値が、２つの測定値の平均であることが有利である。測定の精度を高めるために、測定装置１０は、基準システム（図示せず）を更に含むことができる。例えば、導波管内に、好ましくは螺旋部分の直後かつ生じ得る最高の燃料液位よりも上方に、基準要素を設け、変換器と基準要素との間に導波管の基準部分を設けることができる。そのような基準要素の例及びその他のことが、前述の文献ＷＯ２００５０３８４１５に記載されており、その内容を本明細書により援用する。

同じく測定の精度を高めるために、本発明の本実施例によれば、第２の搬送管３０と導波管４０、４２それぞれとの間に通路が形成されている。即ち、第２の搬送管３０と変換器アセンブリ３４に近接する導波管４０、４２との間に通路が形成されるように、第２の搬送管３０に連通する導管４６が設けられる。第２の搬送管３０は、ハウジング３７の中を通ることが好ましい。導管４６は、第２の搬送管３０からの流れの一部分を供給するために第２の搬送管３０より細いことが好ましい。作動時、燃料の流れの一部分は、第２の搬送管３０から導波管４０、４２の「最上部」に送られ、その燃料は、次いで、導波管４０、４２を通ってタンク１２内に戻る。このように、燃料の流れは、燃料液位よりも上方に位置する導波管の部分に沿って、導波管の内部に供給される。燃料の流れは、導波管４０、４２の全体にわたり温度及びガス組成の状態を均一化する。それにより、音響パルスの速度（それは、温度及びガス組成に依存する）が、燃料の主な液位の上方にある導波管４０、４２の部分の全体にわたって基本的に同じとなるので、より正確な測定が可能になる。

別の変形例（図示せず）では、搬送管３０から導波管４０、４２へ、それらの間にある小開口部を介して、流体を直接移動させることができる。この場合には、導管を省くことができる。図１ｃ〜図１ｄに示す別の変形例では、第１の搬送管２６と導波管４０、４２との間に通路が形成されるように、エゼクタ・システムの第１の搬送管２６と導波管４０、４２との間に導管４６が設けられている。導管４６は、領域１８と領域２０との間にある、タンク１２の狭窄通路３２に配置されており、変換器アセンブリ３４に近接した導波管４０、４２に進入する。作動時、燃料の流れの一部分が、搬送管２６から導管４６を経由して導波管４０、４２の「最上部」へ送られる。その燃料は、次いで、導波管４０、４２を通ってタンク１２内に戻る。このように、燃料の流れは、燃料の液位よりも上方に位置する導波管の部分に沿って、導波管の内部に供給される。

本実施例の測定装置は、測定される燃料が少なくとも部分的にガソリン又は石油を含む場合にとりわけ有用である。それは、かなり容易に気化し且つ導波管を通ってタンク内に容易に還流する傾向がある。

また、２つの導波管を使用する本発明による測定装置は、鞍型タンクの開口部が１つだけでよいという点で有利である。図１ａ〜図１ｄの構成では、導波管４０のみが、狭窄通路３２を介して第１の領域１８内へ延在している。導波管４０が正常に機能しない可能性は非常に小さいが、万一そうなったとしても、タンク１２の燃料ポンプ側の開口部から狭窄通路３２を経由して第１の領域１８内へ新しい導波管を挿入することは、比較的簡単な作業である。これを、従来のフロート式測定装置が第１の領域１８内に配置されている場合と比較されたい。正常に機能しない場合にフロートを修理するためには、タンク内の第１の領域に開口部を追加し、該領域にアクセスしてフロートに達する必要がある。

また、製造においては、所謂「シップ・イン・ボトル」（ＳＩＢ：ｓｈｉｐ−ｉｎ−ａ−ｂｏｔｔｌｅ）技術を使用することが有利であり、その場合、タンクが測定装置（及び燃料ポンプ、エゼクタ・システムの部品等の他のタンク部品）を取り囲んで形成される。例えば、プラスチックの燃料タンクを、測定装置及び他のタンク部品を取り囲むようにブロー成形してもよい。

図２ａ〜図２ｃは、本発明の別の実施例による測定装置１０を備えた鞍型タンク１２を示す。図２ａ〜図２ｃの測定装置、鞍型タンク、及びエゼクタ・システムは、図１ａ〜図１ｄのものと同様であり、関連の相違のみを詳述する。

図２ａ〜図２ｃに示されている測定装置では、通路又は導管が省かれている。代わりに、導波管４０、４２は、エゼクタ・システムの搬送管に、好ましくは図２ａ〜図２ｃに示されている第１の搬送管２６に沿って、好ましくは接触して配置されている。導波管４０、４２と搬送管２６とは、単一の構造に一体化されていてもよい。また、導波管４０、４２と搬送管２６とは、共通の細長いハウジング（図示せず）により囲まれていてもよい。更に、図２ａ及び図２ｂに示されている通り、導波管の螺旋部分、又はその螺旋部分を収容するハウジング３７は、第１の搬送管２６に近接して、又は接触して配置されるべきである。或いは、図２ｃに示されている通り、搬送管２６は、ハウジング３７の中を通ることもできる（しかし、この場合、図１ａ及び図１ｂとは対照的に、搬送管と導波管との間に通路はない）。また、ハウジング３７は、導波管４０、４２及び搬送管２６と一体化されて、単一の構造体を形成していてもよい。作動時、それらは互いに隣接して配置されているので、搬送管２６内の燃料の流れは、導波管４０、４２の外側に沿って誘導される。これにより、搬送管２６内の燃料の「温度」が、燃料の液位よりも上方に位置する導波管４０、４２の部分に伝達されることが可能になる。それにより導波管４０、４２の全体にわたり温度の状態が均一化され、パルスの速度（それは、温度に依存する）が、燃料の主な液位よりも上方に位置する導波管４０、４２の全体にわたり本質的に同じになるので、より正確な測定が可能になる。従って、温度補償に関して、図１ａ〜図１ｄのように燃料を導波管内へ誘導する代わりに、本実施例では、燃料を導波管の外側に沿って誘導する。

ディーゼル油に関して考慮すべき支配的な因子は温度であるので、本実施例による測定装置は、測定される燃料がディーゼル油である場合にとりわけ有用である。ディーゼル油は、例えばガソリン又は石油ほど大量には気化しないので、ガス組成の補償はそれほど問題ではない。

当業者は、本発明が、決して上記の好適な実施例に限定されるものではないことを理解されよう。反対に、添付請求項の範囲内で多くの修正及び変形が可能である。例えば、図２ａ〜図２ｃに示されている通り、搬送管に隣接して導波管を配置することは、通路又は導管と組み合わせて図１ａ〜図１ｄの実施例にも適用可能であり、温度補償がより拡張され、製造及び組立てが容易になる。ここで、測定装置、及びエゼクタ・システムの１つ又は複数の搬送管を、全て単一の構造に一体化することができる。

また、上記エゼクタ・システムを、本発明の範囲内で、種々の方法で設計することができる。例えば、供給管から直接分岐する代わりに、第２の搬送管を燃料戻り管とすることができる。燃料戻り管は、タンクの外側に配置されている燃料戻りシステムからの過剰な燃料をタンク内に戻す（図２ａ参照）。また、第１の領域内に配置される代わりに、鞍型タンクの第２の領域内において第１の搬送管にノズルを配置することができる。本発明と共に用いることができる適切なエゼクタ・システムが、例えば、文献ＵＳ５９４１２７９、ＤＥ１９９５５１３３、ＤＥ４２０１０３７、及びＥＰ０８６４４５８に開示されている。

更に、記載された実施例では音響パルスが使用されていたが、本発明の測定装置においては、定在波測定などの他の測定方法が使用されてもよい。

Claims (13)

1. 鞍型タンク（１２）内の液体（１４）の液位の音響補償測定を行う装置（１０）であって、
   前記鞍型タンク（１２）は、
   第１の領域（１８）と、
   第２の領域（２０）と、
   前記第１の領域と前記第２の領域との間で液体を移動させる搬送管（２６、３０）を備えたエゼクタ・システムと
   を有する、装置（１０）において、
   音響信号を送受信する変換器アセンブリ（３４）と、
   前記変換器アセンブリに接続されており、前記鞍型タンクの一方の領域内に延在するように構成された導波管（４０）と、
   作動中に前記液位よりも上方に位置する前記導波管の一部分に沿って、前記エゼクタ・システムの前記搬送管からの流体の流れを誘導する手段（４６、２６、３０）とを含む、音響補償測定を行う装置。
2. 前記変換器アセンブリに接続されており、前記鞍型タンクのもう一方の領域内に延在するように構成された第２の導波管（４２）を更に含み、前記誘導する手段が、更に、作動中に前記液位よりも上方に位置する前記第２の導波管の一部分に沿って、前記エゼクタ・システムの前記搬送管からの流体の流れを誘導する、請求項１に記載された音響補償測定を行う装置。
3. 前記誘導する手段が、流体の流れを前記導波管内へ誘導するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
4. 前記誘導する手段が、前記搬送管からの流体を前記導波管内へ移動させる、導管（４６）などの通路を含む、請求項３に記載された音響補償測定を行う装置。
5. 前記鞍型タンクが、その底部に凹み部（１６）を有し、前記第１の領域及び前記第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間にある狭窄通路（３２）とを形成しており、前記通路が前記狭窄通路に配置されている、請求項４に記載された音響補償測定を行う装置。
6. 前記誘導する手段が、前記流体の流れを前記導波管の外側に沿って誘導するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
7. 前記誘導する手段が前記搬送管である、請求項６に記載された音響補償測定を行う装置。
8. 前記導波管と前記搬送管とが、互いに隣接して配置されている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
9. 前記導波管の少なくとも一部分と前記搬送管とが、互いに並んで配置されている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
10. 前記導波管の一部分が、ハウジング（３７）に収容されており、前記搬送管が、前記ハウジングに隣接しているか、又は前記ハウジングの中を通っている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
11. 前記導波管と前記搬送管とが、単一の構造に一体化されている、請求項１又は請求項２に記載された音響補償測定を行う装置。
12. 鞍型タンク（１２）内の液体（１４）の液位の音響補償測定を行う方法であって、
    前記鞍型タンク（１２）は、
    第１の領域（１８）と、
    第２の領域（２０）と、
    前記第１の領域と前記第２の領域との間で液体を移動させる搬送管（２６、３０）を備えたエゼクタ・システムと
    を有する、方法において、
    前記鞍型タンクの一方の領域内に延在するように構成された導波管（４０）内へ、変換器アセンブリ（３４）からの音響信号を送信するステップと、
    前記導波管から前記変換器アセンブリへの、反射された音響信号を受信するステップと、
    作動中に前記液位よりも上方に位置する前記導波管の一部分に沿って、前記エゼクタ・システムの前記搬送管からの流体の流れを誘導するステップとを含む、音響補償測定を行う方法。
13. 第１の領域（１８）と、
    第２の領域（２０）と、
    前記第１の領域と前記第２の領域との間で液体を移動させる搬送管（２６、３０）を備えたエゼクタ・システムと
    を有する鞍型タンク（１２）と、
    請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載された音響補償測定を行う装置とを含む、タンク構造。

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