JPH0718995Y2 - 炭化水素検知センサー - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は液相の化学汚染物質を
検知するセンサーに関する。より詳細には、導電性の重
合体テープから成るセンサーであって、テープの長さ方
向のいずこかに存在する液相の炭化水素だけを選択的に
検知するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大量の石油燃料が貯蔵タンクに貯
蔵されているが、こうしたタンクの大多数は地下に埋め
られている。こうした地下設備は、地上設備に比し火災
や爆発の危険を減少させるもので、著しい経済的効果を
もたらしている。しかし通常、地下の貯蔵タンクの大多
数は鋼でできており、腐食に対しては最低限の予防策し
か施されていない。そして、こうした貯蔵タンクは貯蔵
燃料の漏出検知手段を備えることは希である。残念なが
らこうした事情は近隣の土壌や帯水層を知らぬ間に汚染
する原因となっている。

【０００３】地下の貯蔵タンクから漏出する液相炭化水
素燃料を検知するセンサーの開発については産業界で広
く関心が持たれており、これまで、種々の漏出検知器が
提案されてきた。こうした検知器としては、例えば機械
的な浮き装置であったり、熱伝導度の検知器であった
り、金属酸化物半導体であったり、あるいは導電性のゴ
ム材であったりした。導電性ゴムセンサーは概して耐性
があり、比較的安価であって、炭化水素燃料のような無
極性有機材の存在に有意に反応するという点で可能性と
して最も有望である。

【０００４】導電性ゴムセンサーは、導電性製品を製造
するのに十分なカーボンブラックとか金属微粒片のよう
な導電性充填剤を、絶縁性プラスチック材やゴム材に結
合して取り付けている。炭化水素の液および／または蒸
気と接触すると、そうした合成物の電気抵抗は急激に増
加する。このような検知器の初期の実例については1954
年10月5日発行の米国特許第2691134号や、 1986年12月30
日発行の米国特許第46３１９５２号に記載されている。
これらの装置は、ゴムまたはシリコンゴム基質に均等に
分散した球面微粒片のカーボンを有するもので、液相お
よび蒸気相の炭化水素を検知することができるセンサー
を含んでいるのが一般である。

【０００５】

【考案が解決しょうとする課題】かかるセンサーは従来
技術のプラスチックやゴムを混合する装置を使ってゴム
またはシリコン重合体中に導電性充填剤を分散させるこ
とで容易に製造することができる。しかしながらこうし
た従来装置はまだ完全に満足できるものではなかった。
と言うのは、センサーが炭化水素の蒸気に敏感過ぎて、
炭化水素燃料が漏出した形跡すらないのにむやみに警報
を出し続けるようなことがあるからである。タンク設備
によっては、燃料蒸気濃度がタンク近辺で高くなること
があり、このような場合には、液漏れがないのに警報を
発することもあり得た。またこれら従来技術によれば、
大量のカーボンブラックが必要とされるのでテープの機
械的強度を著しく弱め、その結果センサーの使用に限界
を設けるものとなっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本考案の炭化水素検知センサーは、シリコン重合体中に
分散させた導電性カーボンブラックから成る柔軟テープ
の導電率の変化を測定する手段を設けたものであって、
上記テープが、カーボンブラック１００g当たりフタル
酸ジブチル約１５０ml以上の吸油量値を有し約２％以下
の揮発分の粒形サブミクロン単位の微粒子の高構造カー
ボンブラックを１０〜３０重量％だけ有し、これによっ
て液相の炭化水素だけを検知することを手段として採用
したことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、本考案の１実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【０００８】図１は本考案に係るセンサーの斜視図であ
る。図２は、従来技術の低構造カーボンブラックと、本
考案の高構造カーボンブラックと、を各々持つ導電性セ
ンサー装置の液相炭化水素に対する反応比較を示すもの
で、抵抗率(オーム−cm)に対するカーボンブラック濃度
(重量％)のグラフである。図３は室温におけるガソリン
蒸気に対して図２の高構造カーボンブラックセンサーと
低構造カーボンブラックセンサー各々が如何に反応した
かの比較を示す時間(日)と抵抗率(オーム−cm)のグラフ
である。

【０００９】図１に示すように、本考案の代表的なセン
サーはエラストマ基質のテープ１６に導電性の高構造カ
ーボンブラック充填剤を１０〜３０重量％分散させたも
のである。ねじ１８のような電気接触がテープ１６の所
望長さに亙って取り付けられており、導線１９が通常の
抵抗測定器（図示せず）にその電気接触を接続するよう
にされている。

【００１０】本考案に使用されるエラストマは、市販の
シリコン重合体かゴム、あるいは液相炭化水素の存在下
に膨張するものであればその他のエラストマであっても
よい。液相の炭化水素が接触したとき本考案の合成重合
体基質は膨張し、導電性充填剤の継続性が中断されるた
め合成テープの導電率を変化させる。センサーが反応す
る液相炭化水素は、ガソリン、灯油、ジーゼル燃料、ジ
ェット燃料等Ｃ6〜Ｃ16の市販燃料の原油分別品であ
る。

【００１１】本考案に使用される充填剤は、平均粒径１
０〜５０ミクロンの導電性の高構造カーボンブラックで
ある。カーボンブラックの「高構造(high structure)」
は、基本となるブラック集合体の「鎖状連結」量の度合
であって、通常、吸油量を測定することによって決定さ
れる。例えば１００gのブラックに対するフタル酸ジブ
チルのml値である。本考案の実施にあっては、高構造の
ブラックは１５０以上の吸油量測定値を持っていなけれ
ばならない。さらに高構造のブラックは、表面の酸素と
して測定して２％以下の揮発分でなければならない。

【００１２】本考案の燃料センサーは、２部のシリコン
エラストマに特定の高構造カーボンブラックを混合し硬
化させたテープ中にその生成物を型入れ・押出しするこ
とで調製される。典型的工程では、この加工は１５０℃
で約１５分間行われる。センサーテープの取扱性を向上
させるために透明な非導電性シリコン重合体の追加層１
７を本体テープ形成中、またはそれとは別個の後続工程
において導電構造中に追加してもよい。本考案の好まし
い実施例を調製するため、市販されている高構造のカー
ボンブラックの４重量部をジメチルシリコンの約１１重
量部と混合した。この混合物の約２７重量％のカーボン
ブラックを押出しし１５０℃で１５分間硬化させた。こ
うして調製した０８×１３mmのテープは約４オーム-cm
の抵抗率を示した。

【００１３】本考案は、カーボンブラック充填剤の高構
造形態が選択的に燃料を感知するにつき決定的要素とな
ることを発見した点において画期的である。つまり蒸気
相の炭化水素から液相のものを識別することができるか
らである。このことは、低構造のブラックが球面の僅か
に集塊した微粒片として重合体の媒体中に分散する傾向
にあるのに対し、高構造のブラックは著しく集塊した鎖
として分散し、所定のカーボンブラック濃度においてよ
り高い導電性を示す、という事実に起因する。ほぼ同一
の粒形でも、高構造ブラックで調製された燃料センサー
は低構造ブラックで調製されたものとは全然別のものと
なるのである。低構造のブラック品よりも相選択的とな
ることに加えて、高構造のブラック品は、同一の導電性
を達成するのに約半分量のカーボン充填剤しか必要とし
ないという利点もある。

【００１４】本考案によって得られる効果をデモンスト
レートするため、米国特許第4631952号に従い調製した
低構造ブラックセンサーを、本考案の高構造ブラックセ
ンサーと比較してみた。従来技術のセンサーも本考案の
センサーも各々ジメチルシリコンゴムに分散したカーボ
ンブラック微粒片で構成した。図２は高低構造のカーボ
ンブラック充填剤の濃度変化と抵抗率との関係を比較し
たものである。低構造材が高構造材と同一の導電性を達
成するには２倍以上のブラックを必要とすることがグラ
フから明らかである。また低構造ブラック品は、約３０
重量％以下のカーボンブラック濃度だと導電性を喪失
し、燃料センサーとして作動することができなくなるこ
とが分かる。一方、本考案のセンサーはテープの物理的
力が例外的適用に耐えることができる限り１０重量％の
カーボンブラックにまで作動継続する。

【００１５】本考案センサーと従来技術の低構造カーボ
ンセンサーの液相・蒸気相選択性に関する明確なる相違
は、図３に示される。５０％の低構造カーボンの好まし
い従来品と本考案の２７％高構造カーボン品とでそれぞ
れのセンサーテープを調製した。両センサーテープは液
相ガソリン上に一定間隔をおいてシールされ、各テープ
の抵抗率が時間の関数としてモニターされた。低構造カ
ーボンの従来品は炭化水素の蒸気に過大な反応を示した
が、本考案の高構造カーボン品は、僅かな極めて制限的
な反応を示し、蒸気に対するかなりな無反応性を効果的
に示した。その結果、本考案のテープは液相・蒸気相間
の炭化水素の環境差を識別するセンサー関連産業に貢献
することができるのである。

【００１６】

【考案の効果】本考案によれば上記のような従来装置の
問題点は、液相炭化水素には極めて敏感だが、蒸気相の
炭化水素は僅かにしか検知しない新規な電気センサーを
採用することによって解消される。このセンサーは、シ
リコン基質に均等に分散した微粒の高構造カーボンブラ
ックを１０〜３０重量％含有する。このセンサーは従来
の導電性ゴムセンサーのように、普通に導電性であっ
て、ただ、液相炭化水素と接触したとき、それによって
膨張させられ抵抗の大きい状態に変化するものである。
しかし高構造のカーボンブラックは低濃度なので、背後
にある炭化水素蒸気に反応することがなく、誤警報を発
するようなことはない。

【００１７】またこのセンサーは比較的に多量のゴム重
合体でできているので、数百メートルの長さにまでして
も強くて柔軟な導電性テープとして製造することができ
る。このようなセンサーは、その長さ全体に亙るどの地
点でも液相の炭化水素燃料を検知することができ、短
く、しかも一定形状にしか製造することができない従来
品に比し優れている。また本考案のテープはオープンウ
エル中に垂直に吊すこともできるし、タンクに連結させ
たパイプからパイプへと水平に張り渡すこともできる。

【００１８】本考案のセンサーは動作が完全にリバーシ
ブルで、液相炭化水素に接触した後でも交換の必要がな
い。漏出を修理した後は、揮発性燃料はゴムセンサー合
成体から蒸発してしまうので、テープの電気抵抗は元の
乾燥値に戻る。

【００１９】研究調査によれば、本考案のセンサーはガ
ソリン、灯油、第１、第２燃料油、ジェット燃料、ジー
ゼル燃料等ほとんど全ての通常の液体炭化水素を、燃料
の粘性とテープ厚との関係で１分間以下ないし１時間前
後の幅の回答時間で検知することができることが分かっ
ている。活性化は大体、１０オーダー以上の大きさまで
電気抵抗を増加させることになる。本センサーの選択性
に関する証明として、このセンサーは水に無反応であ
り、アルコールには僅かに反応するが、クロロホルム、
アセトン、洗浄液等、相対的に大きな極性の物質にはよ
り多く反応することが認められた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案のセンサーの斜視図

【図２】 従来技術の低構造カーボンブラックと、本考
案の高構造カーボンブラックと、を各々持つ導電性セン
サー装置の液相炭化水素に対する反応比較を示すグラ
フ。抵抗率(オーム−cm)に対するカーボンブラック濃度
(重量％)で表してある。

【図３】 室温におけるガソリン蒸気に対して図２の高
構造カーボンブラックセンサーと低構造カーボンブラッ
クセンサー各々が如何に反応したかの比較を示すグラ
フ。時間(日)と抵抗率(オーム−cm)で表してある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ポール クリフォード ワレン アメリカ合衆国、07931 ニュージャージ ー 州、ファー ヒルズ、ピーオーボック ス 212

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン重合体中に分散させた導電性カ
   ーボンブラックから成る柔軟テープの導電率の変化を測
   定する手段を設けたものであって、上記テープが、カー
   ボンブラック１００g当たりフタル酸ジブチル約１５０m
   l以上の吸油量値を有し、約２％以下の揮発分である粒
   形サブミクロン単位の微粒子の高構造カーボンブラック
   を１０〜３０重量％だけ有し、これによって液相の炭化
   水素だけを検知する炭化水素検知センサー。