JP2007333507A - 距離センサを設けた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】距離検出センサでドレン水の満水を検知する場合に、測定精度を向上でき、一方で、ショーケースの工場で機器の組立て時など、受水状態がわかっていて作業を短時間で終了させたい場合、水位センサの取付け位置の合否さえ判定できればよい場合など、短時間で容易に取付け位置の点検が行える距離検出するセンサを設けた機器を得る。
【解決手段】音響信号の送受信号波で距離検出するセンサを設けた機器において送受信号と所定時間放射することで受信するまでの時間から前記センサ取り付け位置を確認することを特徴とする距離検出センサを設けた。
【選択図】 図１ａ

Description

本発明は、距離センサを設けた機器の検知方法に関するものである。

距離センサを設けた機器の一例であるオープンタイプの縦型冷凍冷蔵ショーケースは、図１２に示すようにショーケース本体の下部に形成される機械室３内に凝縮器２や圧縮機（図示せず）などにより構成される冷凍装置を配設し、ショーケース本体の背面側に設置した冷却器で冷却した冷気で商品収納庫１内に収納した商品を冷却するもので、冷気は循環される。

冷気は前記のように庫内の空気が循環されるものであるが、商品収納庫１の前面が商品の出入口として開放されているため、ここから暖かい外気が流入し、これに含まれる湿気が冷却器で結露し霜となる。

そして、この着霜により冷却器の能力が低下することを防ぐため、適宜除霜するが、除霜された水分がドレン水として発生する。

このドレン水は、通常は排水用のパイプが接続されてこのパイプで店舗外の排水溝に導かれるが、パイプが固定されるとこの配管によってショーケースの設置位置が固定される。そこで、移動が容易なように圧縮機が組み込まれているショーケースでは、移動性が損なわれないようドレン水もショーケース内に設置したドレンタンクやドレンパンなどのドレン水受け４に貯留している。

このようにドレン水受け４にドレン水を溜める場合、定期的に排水する必要が生じるが、ドレン水の発生量は天候や、ショーケースのサイズや温度帯、庫内に収納している商品の量などによって左右される。

このため、ドレン水の貯留量を把握して溢水する前に排水する必要があり、従来は、フロート２１を水位センサ２０として設けて貯留量を検出していた。このフロート５方式の水位センサ２０は、図１３に示すようにドレン水受け４に浮かべたフロート２１が水位の上昇によりフロートガイドにそって所定の高さまで移動すると、この高さ位置にセットしてある満水警報ランプ点灯スイッチの接点２２を押す。

その結果、機械室３に設置してあるショーケースコントローラ７に設けたドレン水満水警報ランプ８が点灯し、ドレン水受け４にドレン水が満水になったことを報知する。

ところで、ドレン水受け４が配設される機械室３は、ショーケース全体の構造上、商品収納庫１の下方に形成されるという制約から、高さに制限があり、ドレン水受け４の高さを２０ｍｍ〜４０ｍｍという低い値におさえる必要がある。

このため、フロート２１の移動量も少なくなって、検知の精度が出にくく、満水貯留量の半分以下の水位で満水警報が発せられることもある。これに対処すべく、検知精度が上がるようにフロート２１の設置を調整しても、ドレン水受け４にフロート２１を浮かべるという機械的な構造であるため、ドレン水受け４からドレン水を排水する毎にフロート２１をドレン水受け４から一度外し、再度、設置をやり直すことになり、このときに設置位置がずれてしまうこともあって、検知精度を確保するのが困難である。

さらに、フロート２１は使用している間にコケやゴミが付着して浮力が変化したり、可動部の動きがスムーズでなくなったりして故障しやすい。

なお、ドレン水受け４に貯留したドレン水を蒸発装置で蒸発させて空気中に放出する方法もあるが、この蒸発装置も１、２年の短期間でゴミの付着などによって性能が劣化したり、夏場のドレン水の量が多い時期には蒸発装置だけでは処理しきれず排水作業の併用が別途必要となるので、蒸発装置を使用する場合でもやはりドレン水の満水を放置する必要がある。

そこで、機械的ではない非接触方式でドレン水の満水を検知する方法として、図１４にも示すように超音波センサ９を水位センサとして使用する方法があり、ドレン水受け４の上方に超音波センサ９を設置し、ここから水面に向けて発信した超音波が水面に反射して戻り受信されるまでの時間を計測して超音波センサ９と水面との距離、すなわち水位を計測するものである（例えば特許文献１参照）。
特開平３−１９５８８０号公報

超音波センサ９を使用する方法は、超音波センサ９のパルス発振部である送信回路部から発信されたパルス信号が水面で反射されて受信回路部に戻るまでの時間を計測し、この時間をもとに演算処理回路部で超音波センサ９と水面との距離、すなわち水位を算出するものである。

ところが、ドレン水受け４が配設される機械室３内には、凝縮器２や圧縮機が設置され、凝縮器２の冷却用のファン５から発生する空冷用の風や、圧縮機の振動により、図１４に示すようにドレン水受け４内のドレン水の水面には波が常時発生している。このため、波の角度によっては超音波の反射方向が変換され超音波センサの受信回路部に信号が戻らない場合があり、距離測定が不能な状態が発生する。

ちなみに、超音波センサ９と水面との距離を１５０ｍｍに設定し、サンプリング間隔を２０ｍｓｅｃに設定した場合で、超音波センサ９の距離測定結果は、振動のない場合は、図６に示すように平均１５０ｍｍの測定結果が得られるが、圧縮機の振動のある場合は図７に示すように波高が実際には±１ｍｍであるにもかかわらず測定結果は平均約１５３ｍｍとなる。また、ファン５が作動しているときは、図８に示すように波高が実際には±３ｍｍであるにもかかわらず測定結果は平均約１７０ｍｍとなり、実際の距離よりも大きくなる。

この点について、前記従来例は超音波センサからの超音波をフロートで反射させているから、波による影響はフロートを大きくして重量を増やすことで排除することは可能だが、フロートを使用する点で前記した機械的構造を採用する場合の不都合は解消できない。

また、超音波センサはその特質上、液面との距離が遠すぎると超音波が減衰し、前記図６〜図８に示した場合の超音波センサの測定限界は２５５ｍｍで、この測定限界を超えた結果は全て２５５ｍｍと判断している。

これとは反対に近すぎると発信信号に受信信号が重なり、いずれの場合も正確な距離が測定できなくなり、正確に距離測定ができる範囲が限定される。図９は超音波センサと水面との距離が測定可能範囲（５０〜２００ｍｍ）よりも近い（４０ｍｍ）場合で、測定結果に大きなバラツキがあり、距離が１０ｍｍ以下と判断される場合も多い。

このように従来のフロート式の水位センサの不都合を補うものとして使用される非接触式なものである超音波水位センサにおいても、水面の波の影響を大きく受けて測定精度が得られないという問題がある。

かる事情を考慮して超音波水位センサを採用する場合、測定を複数回繰り返して測定値を得たり、この複数回の測定値の平均値を求めて測定精度を上げるようにすることも考えられるが、この場合、測定回数が増えるために距離を判定するまでに時間を要するという不都合が生じる。

特に、工場での製作段階でショーケースを組み立てる場合や、店舗にショーケースを設置する場合など、ドレン水受けの受水状態が判明しているにもかかわらず、測定結果を得るまでに長時間を要するということは、短時間で終了させることが要求されている組立てや設置作業の作業性を損なうものである。また、ショーケースの組立てや設置時には、正確な水位よりも、水位センサの取付け位置の合否のみが判定されればよいこともあり、かかる場合に長時間を要して水位を算出することは無駄でもある。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、超音波センサの利点を活かしこれを水位センサとして使用してドレン水受けに貯留したドレン水の満水を検知する場合に、通常のショーケース運転時には正確に距離測定できる範囲のデータ（反射して戻るまでの反射時間）のみをもとにして距離測定することで測定精度を向上できることはもちろんのこと、ショーケースの工場での組立て時や店舗への設置時など、受水状態がわかっていて作業を短時間で終了させたい場合、水位センサの取付け位置の合否さえ判定できればよい場合など、短時間で容易に取付け位置の点検が行える冷凍冷蔵ショーケースを提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、音響信号の送受信号波で距離検出するセンサを設けた機器において送受信号と所定時間放射することで受信するまでの時間から前記センサ取り付け位置を確認することを特徴とする距離検出センサを設けた機器である。

以上述べたように本発明の距離検出センサを設けた機器は、音響信号の送受信号波で距離検出するセンサを設け、送受信号と所定時間放射することで受信するまでの時間から前記センサ取り付け位置を確認することができるので、例えば、ドレン水受けを備える冷凍冷蔵ショーケースのドレン水の量を検知するため、距離検出センサと液面までの距離を正確に測定する場合、測定精度をアップできるものである。

このような高い測定精度を確保しつつ同時に、本機器の組立て時や設置時など、短時間で判定結果を得たい場合は、これを考慮して反射時間の検出回数を少なくしても、ドレン水の受水状態は判明しているから、測定精度に影響はなく、また、設置時や組立て時に必要とされる取付け位置の合否のみの判定も可能となり作業性を向上できるものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の距離検出センサを設けた機器として、冷凍冷蔵ショーケースのドレン水検知方法の距離測定の動作を示すフローチャート、図５は距離検出センサを設けた機器として、同上ドレン水検知装置が設置されたショーケースの斜視図で、ショーケースの全体構成は図１２について説明した従来例と同様であるから同一の参照符号を付してここでの詳細な説明は省略する。

本発明におけるドレン水検知装置も水位センサとして超音波センサ９を用いるものであるが、図１０の実際の距離とその測定結果からの出力データ換算グラフに示すように超音波センサ９で距離に対応した出力を出せる領域は５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲である。

よって、この領域よりも近い距離の０ｍｍ〜５０ｍｍと、遠い距離の２００ｍｍ〜２５５ｍｍは、測定精度のない領域であるので、仮に５０ｍｍ以下と判定すれば５０ｍｍ、２００ｍｍ以上と判定すると２００ｍｍにし、距離が超音波センサ９に近いと判断した時に出力する距離データとして１０ｍｍを設定し、波が大きいと判断した時に出力する距離データとして３０ｍｍを設定しておく。また、音波の応答（受信）がなく、距離が測定外の遠方の場合は距離データとして２５５ｍｍを設定しておく。

図１１はセンサ判定距離と出力パルス数の関係を示すグラフで、距離１ｍｍを１パルスに置き換えたものである。

ここで、機械室３に配設されるドレン水受け４と超音波センサ９との位置関係を説明する。機械室３の高さは一例として３００ｍｍであり、超音波センサ９で正常に距離測定できる範囲を確保できる。機械室３のこの限定された高さの範囲内に超音波センサ９とドレン水受け４を配置することになるが、ドレン水受け４は、超音波センサ９との距離を確保するために高さの低いもの（深さの浅いもの）として例えば４０ｍｍ程度のものとする。

そして、ドレン水受け４の口縁をドレン水が溢れ出る限界レベルとしてこの限界レベルと超音波センサ９の超音波発信素子兼受信素子との距離を、超音波センサ９で正常に測定できる範囲（５０〜２００ｍｍ）内の７０ｍｍに設定し、この限界レベルよりもさらに１０ｍｍ下方（距離８０ｍｍ）に満水レベルを設定する。

次に図１５のフローチャートについてショーケースの通常運転時のドレン水検知の基本動作を説明する。この場合の距離検知は例えば約１０秒毎に更新された距離データを出力するように、また、サンプリング間隔を２０ｍｓｅｃに設定してある。

ここでの１０秒の設定理由は、超音波センサ９がデータ更新するに当たり、あまり長すぎると、ドレン水の水面変化に対する、応答性が長くなり、使用勝手を悪くする。また、早くしようとすると、後述するところの距離の検知精度が悪くなる。よってそのバランス点として、本実施例では１０秒間隔での更新とした。
またサンプリング間隔の２０ｍｓｅｃは、超音波が水面まで往復する時間と、その後の超音波センサ９での処理時間の最長となる組み合わせを調べたところ７ｍｓｅｃ程度となったため、本実施例は余裕分を倍にして２０ｍｓｅｃとし、この程度の間隔であれば、１００回の測定でも２秒なので前記１０秒内に十分収まるため２０ｍｓｅｃとした。

ドレン水検知開始後、８秒経過後（ステップ１）に前回の距離測定から２０ｍｓｅｃ経過していれば（ステップ２）、超音波センサ９でドレン水の液面までの距離を測定する（ステップ３）。測定の結果、音波が正常に戻って受信され測定精度内（５０〜２００ｍｍ）で測定されれば（ステップ４）、次に前回測定した場合の距離との差が２０ｍｍ以上であるかを判定する。

ここで、２０ｍｍという数値は、波高値に換算すると６ｍｍに相当する。
この設定理由は、一般に普及しているドレンを溜めるショーケースにおいて、ファン５をドレン水受け４近傍に設置し、ファン５を回しても、ドレン水に発生する波の波高値は３ｍｍ程度である。
但し、波の面は曲面でその凸凹が超音波反射波を強めたり弱めたりするので、その影響で超音波センサ９では約１０ｍｍ程度（約３倍の影響）の変化として現れる。

よって、ドレンの最大の波高値３ｍｍで、超音波センサ９での検出は１０ｍｍとなるが、何らかの要因で、超音波センサ９での検出値がもっと大きく触れる場合も当然ありえる。

そのため、この想定を越えているかの判断として、例えば通常発生する波高値の倍である６ｍｍの波高値以上（超音波センサ９では２０ｍｍ以上）を設定する。
以上より超音波センサ９で２０ｍｍ以上を検出した場合は、想定外の要因影響であるから、このデータは反射時間検出のためのデータとして採用しない。

一方、２０ｍｍ以内という測定結果が、４回連続したのであれば（ステップ５）、（ステップ６）、安定状態にあると判断して、前回までの水位データを加算した値に今回の水位データを加算する（ステップ７）。
ここでドレン水表面に波があっても、４回連続を取得できるのは、ステップ４で、測定外データを除外して安定したデータを餞別しているためで、このステップを入れないと、４回の連続一致が困難になり、結果安定状態の判定が出来ないため、信頼性のある距離測定が出来なくなる。

そして、加算回数が１２８回（約２．５秒）に達していれば（ステップ８）、水面までの距離測定が正常に終了できたものと判断して、１２８回分の加算値の平均を確定距離として対応する出力データを作成する（ステップ９）。この場合、センサ測定範囲は５０〜２００ｍｍであるので、確定値がこの範囲外の場合は、５０または２００にする。

最後に距離データを出力する（ステップ１０）。

ところで前記（ステップ４）の段階で、距離測定が測定精度内で測定されなかった場合、距離測定できなかった回数が１２８回（約２．５秒）に達しているが（ステップ１１）、前記（ステップ７）での前回までのデータ加算回数が３２回以上で（ステップ１２）、これまでは正常な測定可能範囲でのデータがとれているので、今回測定できなかったのは波が想定よりも多いか高いことにより測定不能となったものと判断して、このような場合にそなえて予め設定してある３０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１３）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

また、前記（ステップ１２）の段階で前回までのデータ加算回数が３２回に達していない場合は、距離測定外の判定が安定して継続していることから、ドレン水が無いなど、超音波センサ９から水面までの距離が本当に遠い、すなわち、水面までの距離は測定外にあると判断して、このような場合にそなえて予め設定してある２５５ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１４）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

一方、前記（ステップ１）の段階で８秒が経過しても（ステップ７）での前回までのデータ加算回数が３２回まで達していない場合は（ステップ１５）、水面と超音波センサ９との間に障害物が存在するなどしてデータにバラツキがあり、距離が近すぎて測定不能と判断し、このような場合にそなえて予め設定してある１０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１６）、このデータを出力する（ステップ１０）。

前記（ステップ１５）の段階で前回までのデータ加算回数が３２回以上あれば、それまでは正常な測定可能範囲でのデータがとれているので、今回測定できなかったのは波が想定よりも多いか高いことにより測定不能となったものと判断して、このような場合にそなえて予め設定してある３０ｍｍ相当の出力データを作成し（ステップ１３）、この距離データを出力する（ステップ１０）。

このように複数連続して検出した距離測定データのうち、正常な測定可能範囲でのデータをもとに距離測定するから、精度のよい結果が得られ、また、正常な測定可能範囲外のデータについては、音波が戻ってこない回数や、実際に測定できた値、回数をもとにして、その原因が遠距離であるのか、近距離であるのか、想定外の波が発生したのかを判定できる。

ところで、通常の運転時はドレン水がどのような受水状態にあるのかが不明であるから、前記したように連続して１２８回もの多数回、水位データを加算してこの平均値を確定距離として算出するが、ショーケースの工場での組立て時や店舗での設置時などの電源投入時は、作業者はドレン水の受水状態を把握しており、前記のように通常の時間をかけて精度よく水位を検出する必要はない。

本発明はかかる事情を考慮するもので、電源投入時のドレン水検知の方法の第１実施形態を図１のフローチャートについて説明する。図１において、ドレン水検知の基本動作は図１５に示したフローチャートによる動作と同様であり、同一のステップ番号を付してある。

本発明方法でも複数回の水位データを加算するが（ステップ７）、通常の運転中など、電源立ち上がり後、１分を経過した状態であれば（ステップ１７）、１２８回まで水位データを加算して（ステップ８）、その平均値を求めて確定距離を算出する（ステップ９）。

これに対して、工場でのショーケース組立て時や店舗へのショーケース設置時は、精度よく距離検知する必要がないから、電源立ち上がり後１分以内は（ステップ１７）工場でのショーケース組立て時や店舗へのショーケース設置時と判断して、かかる場合は、水位データの加算回数を少なくし、例えば８回として（ステップ１８）、この少ない回数をもって水面までの距離測定が正常に終了したものと判断する。

そして、この８回分の加算値の平均値を確定距離とし対応する出力データを作成する（ステップ１９）。これにより、工場でのショーケース組立て時や店舗へのショーケース設置時における水位検知の短時間化を図ることができる。

図２は第２実施形態を示し、基本動作は図１５に示したフローチャートによる動作と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。この第２実施形態でも複数回の水位データを加算するが（ステップ７）、電源立ち上がり後１分以内の場合は（ステップ２０）、取得した水位データに基づいて算定された距離が予め設定したある距離、例えば１００ｍｍよりも遠いか、近いかのみを判定し（ステップ２１）、遠ければＬＥＤランプなどを点灯してこれを報知し（ステップ２２）、反対に近ければＬＥＤランプを消灯してこれを報知する（ステップ２３）。

ここで算定された距離が予め設定したある距離、例えば１００ｍｍよりも遠いか、近いかのみを判定する理由は、ショーケースの組立て時や設置時などにおいては、設置作業者はドレン水の状態については把握しており、水位センサとドレン水受けとが正しい位置関係に配置されたかが問題となる。そこで、水位センサとドレン水受けとが近すぎていないか、離れすぎていないかのみを判定するものとした。

図３は第３実施形態を示し、基本動作は図１５に示したフローチャートによる動作と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。この第２実施形態でも複数回の水位データを加算するが（ステップ７）、水位データの加算回数が１２８回に達していなくても（ステップ８）、電源立ち上がり後１分以内の場合は（ステップ２４）、それまでに複数回検出した反射時間に基づいて算出される最短距離と最長距離との差が、水面が安定していると判断できる所定の値、例えば３ｍｍの範囲にあるかを判定する（ステップ２５）。

判定の結果、３ｍｍ以上の場合、すなわち所定範囲外の場合は異常と判断し、かかる場合を想定して予め設定しておいた５ｍｍ相当の出力データを作成する（ステップ２６）。

ここで１２８回の加算回数を待たずに受水状態を判定することとしたのは、電源立ち上がり後１分以内は、通常は風のない静水状態と同じ状態で安定しているはずであるとの想定のもとで、このような状態にあるはずのときに、水面の高さの差が３ｍｍ以上あるということは、異常状態と判断しても間違いではないとの判断によるものである。

図４は第４実施形態を示し、ショーケースの設置時などにショーケースに電源を投入するが（ステップ２７）、この状態の時ショーケースに備わっている送風ファン、凝縮器、冷却器、圧縮機などの全ての電気機器は停止しておく。このような電気機器の駆動による影響を受けない状態で超音波センサ９でドレン水受け４内のドレン水の水面との距離を測定する（ステップ２８）。

距離測定後、送風ファンの駆動を開始し（ステップ２９）、ここでドレン水の水面との距離を再度測定する（ステップ３０）。ドレン水受けが正しい位置に設置されていれば、送風ファンの影響を大きく受けることはないとの前提にたち、測定の結果、送風ファンの駆動の前後で測定された距離の差が３ｍｍ以内であれば（ステップ３１）、送風ファンによるドレン水への影響は許容範囲であると判断し、冷却器の運転を開始して（ステップ３２）、通常冷却運転を実施する（ステップ３３）。

これに対して前記（ステップ３１）の段階で、距離の差が３ｍｍ以上であれば、送風ファンによる風の影響が大きく想定外と判断し、異常と判定する。そして、この異常に対応する報知を実施する（ステップ３４）。

なお、前記実施形態での回数や時間は、ここに示した値に限定されるものではない。また、ショーケースは冷熱機器の１つの形態であって、実施例ではショーケースをあげているが、当然本発明はショーケースに限定していないことは、言うまでもなく、例えば除湿機の貯水量検知等にも利用できる。

本発明の距離検出センサを設けた機器の第１実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第１実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第２実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第２実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第３実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第３実施形態を示すドレン水検知動作の一部のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の第４実施形態を示すドレン水検知動作のフローチャートである。 本発明の距離検出センサを設けた機器の一例である、ドレン水検知装置を備えた冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。 振動の無い場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 圧縮機の振動のある場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 送風ファンが作動している場合に超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 超音波センサと水面との距離が測定可能範囲よりも近い場合の超音波センサで検出される受信信号に基づく距離を示すグラフである。 実際の距離とその測定結果からのセンサ出力データ換算グラフである。 センサ判定距離と出力パルス数との関係を示すグラフである。 従来の距離検出センサを設けた機器の一例である、ドレン水検知装置を備えた冷凍冷蔵ショーケースの斜視図である。 従来のドレン水検知装置の正面図である。 水面に波が発生した場合のドレン水検知装置の正面図である。 ドレン水検知方法の一般例を示す検知動作の一部のフローチャートである。 ドレン水検知方法の一般例を示す検知動作の一部のフローチャートである。

符号の説明

１ 商品収納庫、 ２ 凝縮器、 ３ 機械室、 ４ ドレン水受け、 ５ ファン、 ６ 蒸発板、 ７ ショーケースコントローラ、 ８ 満水警報ランプ、 ９ 超音波センサ、 ２０ 水位センサ、 ２１ フロート、 ２２ 満水警報ランプ点灯スイッチの接点。

Claims (4)

1. 音響信号の送受信号波で距離検出するセンサを設けた機器において、送受信号を所定時間放射することで受信するまでの時間から前記センサ取り付け位置を確認することを特徴とする距離検出センサを設けた機器。
2. 前記所定時間で受信した時間から推定された距離と任意に定めた距離とを比較判定し、その判定結果を報知させることを特徴とする請求項１記載の距離検出センサを設けた機器。
3. 前記判定は、電源投入後でドレン水が発生する前に行なうことを特徴とする請求項２記載の距離検出センサを設けた機器。
4. 前記判定は、電源投入直後に行うことを特徴とする請求項２または３いずれか記載の距離検出センサを設けた機器。

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