JPH10185655A - 液位センサ並びにその液位センサを利用した液体供給装置および液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石油ファンヒータにおいて、液位センサの発
光素子の発光量が不足した場合の空運転による異常燃焼
を回避する。 【解決手段】 発光素子１３と受光素子１４とが対向
し、かつ、これら発光素子１３と受光素子１４とを結ぶ
光軸が液面と平行になるように両素子１３、１４を透光
体１２内に埋設する。この光軸上に燃料検出空間１９が
形成されるように透光体１２を燃料タンクの燃料貯留空
間８内に配置する。燃料検出空間８に液体燃料がないと
きに発光素子１３から受光素子１４へ向かう光が燃料検
出空間１９との境界面で全反射されて受光素子１４へ向
かわなくするように透光体１２にプリズム部１２ｃを設
ける。受光素子１４が受光しないときに燃料タンク内の
液体燃料が所定レベル未満に減少したことを検出する。
これにより、燃料タンク内に液体燃料が所定レベルにな
いにも拘らず所定レベルにあると誤認されることが防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油ファンヒータ
等の液体燃料燃焼装置の燃料タンクに代表される液体タ
ンク内の液体を検出する液位センサ並びにその液位セン
サを利用した液体供給装置および液体燃料燃焼装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の液位センサの作動機構を示
す原理図であり、（ａ）は液体燃料が所定レベルにある
場合の正面図、（ｂ）は液体燃料が所定レベルにない場
合の正面図である。

【０００３】従来この種の液位センサとしては、例えば
特開平３−１５２３０８号公報に開示されているよう
に、灯油などの液体燃料と空気との屈折率の差に着目
し、スネルの法則を利用したものが知られていた。

【０００４】すなわち、このような液位センサでは、図
６に示すように、発光ダイオード等の発光素子１３とフ
ォトトランジスタ等の受光素子１４が透明な合成樹脂製
の透光体１２に埋設されており、この透光体１２の屈折
率は空気の屈折率よりも大きく、かつ液体燃料１５の屈
折率よりも小さい。

【０００５】そして、燃料タンク内に液体燃料１５が所
定レベル以上ある場合には、図６（ａ）に示すように、
透光体１２が液体燃料１５中に浸漬された状態となって
いるため、発光素子１３から放射された光は透光体１２
と液体燃料１５との境界面から屈折率の大きい側に透過
して液体燃料１５中を直進してしまい、受光素子１４に
は入射しない。その結果、受光素子１４に接続されたス
イッチング回路がＯＦＦとなって電磁ポンプが駆動さ
れ、燃料タンク内の液体燃料１５がバーナへ供給されて
燃焼するように制御される。

【０００６】また、燃料タンク内の液体燃料１５が所定
レベル未満になると、図６（ｂ）に示すように、透光体
１２が液体燃料１５から上方に露出し、透光体１２の周
囲には空気が存在する状態となるため、発光素子１３か
ら放射された光は透光体１２と液体燃料１５との境界面
で全反射して受光素子１４に入射する。その結果、受光
素子１４に接続されたスイッチング回路がＯＮとなって
電磁ポンプの駆動が停止し、液体燃料１５のバーナへの
供給が停止するように制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発光素子１３
の発光量はその通電時間が増大するに伴って低減するの
が通常であり、その発光量が一定値以下となった場合に
は、燃料タンク内の液体燃料１５が所定レベル未満に低
下したにも拘らず液体燃料１５が所定レベルにあると誤
認され、液体燃料１５が所定レベルに達していない状態
で電磁ポンプが駆動されて空運転が行われ、異常燃焼が
発生してしまう危険性があった。

【０００８】また、液体燃料１５が所定レベル未満に減
少した場合でも、透光体１２の表面に付着した液体燃料
１５がその表面張力によって残った状態となりやすく、
この残った液体燃料１５によって光が透過して燃料あり
と誤判断してしまう不具合があった。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、発光素子の発
光量が不足しても液体の有無を正確に判別することがで
きる点で安全性の高い液位センサ、液体供給装置および
液体燃料燃焼装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のうち
液位センサの発明は、発光素子と受光素子とが対向し、
かつ、これら発光素子と受光素子とを結ぶ光軸が液面と
平行になるように両素子を透光体内に埋設するととも
に、この光軸上に液体検出空間が形成されるように透光
体を液体タンクの液体貯留空間内に配置し、前記液体検
出空間に液体がないときに前記発光素子から前記受光素
子へ向かう光が当該液体検出空間との境界面で全反射さ
れて前記受光素子へ向かわなくするように前記透光体に
プリズム部を設け、前記受光素子が受光しないときに前
記液体タンク内の液体が所定レベル未満に減少したこと
を検出するようにして構成される。

【００１１】また、上記発光素子から放射される光を上
記受光素子側に案内するように前記発光素子の周囲に発
光暗箱を設けて構成される。

【００１２】また、上記発光素子から放射される光を上
記受光素子側に限定する発光スリットを前記発光暗箱に
形成して構成される。

【００１３】また、上記液体検出空間を通過して上記透
光体内に入射する光を上記受光素子側に案内するように
前記受光素子の周囲に受光暗箱を設けて構成される。

【００１４】また、上記透光体内に入射する光を光軸方
向に限定する受光スリットを上記受光暗箱に形成して構
成される。

【００１５】また、本発明のうち液体供給装置の発明
は、液体タンク内に貯留される液体を吸い上げて所望位
置に供給する液体ポンプの基台に、上述した液位センサ
をその発光素子と受光素子とが当該液体ポンプの吸込筒
部から同じ距離だけ離れて位置するように取り付けて構
成される。

【００１６】また、液体タンク内に貯留される液体を吸
い上げて所望位置に供給する液体ポンプの基台に、上述
した液位センサをその発光素子よりも受光素子が当該液
体ポンプの吸込筒部から遠くなるように取り付けて構成
される。

【００１７】さらに、本発明のうち液体燃料燃焼装置の
発明は、燃料タンク内の液体燃料を検出し、液体燃料が
所定レベル以上あることが検出されたときに液体燃料を
バーナに供給する燃料供給装置として、上述した液体供
給装置を採用して構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１９】図１は液体タンクとして燃料タンクを有す
る液体燃料燃焼装置の代表機種である石油ファンヒータ
の一例を示す斜視図、図２は図１に示す石油ファンヒー
タの燃料タンク付近の拡大図、図３は本発明による液位
センサの一実施形態を示す図であり、（ａ）はその正面
図、（ｂ）はその底面図、図４は図３に示す液位センサ
の拡大図であり、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ矢視図、図５は図３に示す液位センサの作動
機構を示す原理図であり、（ａ）は液体燃料が所定レベ
ルにある場合の底面図、（ｂ）は液体燃料が所定レベル
にない場合の底面図である。

【００２０】液体燃料燃焼装置である石油ファンヒータ
１は、図１に示すように、ケーシング２を有しており、
ケーシング２の前面には温風吹出口３が形成されてい
る。また、ケーシング２の上面には蓋５が開閉自在に取
り付けられており、蓋５の下方のケーシング２内には燃
料タンク６が設置されている。燃料タンク６内の燃料貯
留空間８には、図２に示すように、灯油などの液体燃料
１５が貯留されており、燃料タンク６の上側にはカート
リッジタンク７が着脱自在に載置されている。また、燃
料タンク６の上面には電磁ポンプ９が装着されており、
電磁ポンプ９の基台９ｂには、その吸込筒部９ａと平行
になる形で液位センサ１０が下向きに取り付けられてい
る。そして、これら電磁ポンプ９、液位センサ１０およ
び液体供給管（図示せず）で液体供給装置を構成してい
る。

【００２１】この液位センサ１０は、図３に示すよう
に、本体１１を有しており、本体１１の下側にはΠ字形
の透明な合成樹脂からなる透光体１２が付設されてい
る。透光体１２の発光脚部１２ａには、図４に示すよう
に、透光させにくい色、例えば黒色の合成樹脂からなる
発光暗箱１６が埋設されており、発光暗箱１６には縦長
の発光スリット１６ａが形成されている。さらに、発光
暗箱１６内には発光ダイオード等の発光素子１３が収容
されている。一方、透光体１２の受光脚部１２ｂには黒
色の合成樹脂からなる受光暗箱１７が埋設されており、
受光暗箱１７には縦長の受光スリット１７ａが前記発光
暗箱１６の発光スリット１６ａに対向する形で形成され
ている。さらに、受光暗箱１７内にはフォトトランジス
タ等の受光素子１４が収容されている。

【００２２】ここで、透光体１２の発光脚部１２ａに
は、図３に示すように、プリズム部１２ｃが発光素子１
３と受光素子１４とを結ぶ光軸上に形成されており、こ
の光軸上には液体検出空間としての燃料検出空間１９が
燃料タンク６内の燃料貯留空間８と連通するように形成
されている。

【００２３】石油ファンヒータ１は以上のような構成を
有するので、燃料タンク６内に所定レベルの液体燃料１
５がある場合に限ってその燃焼が行われ、それ以外の場
合（燃料タンク６内の液体燃料１５が所定レベル未満と
なった場合や、発光素子１３が暗くなった場合など）に
は液体燃料１５の燃焼が行われないこととなり、燃料タ
ンク６内の液体燃料１５が電磁ポンプ９の吸込筒部９ａ
に達していない状態での空運転を未然に防止して異常燃
焼の発生などを防ぎ、石油ファンヒータ１の安全性を高
めることができる。

【００２４】すなわち、燃料タンク６内に所定レベルの
液体燃料１５がある場合には、図５（ａ）に示すよう
に、液位センサ１０の透光体１２が液体燃料１５中に浸
漬された状態となっているため、発光素子１３から放射
された光は透光体１２のプリズム部１２ｃと液体燃料１
５との境界面を所定の屈折角で屈折しつつ透過した後、
液体燃料１５中を直進し、液体燃料１５と透光体１２の
受光脚部１２ｂとの境界面を所定の屈折角で屈折しつつ
透過して受光素子１４に入射する。そのため、受光素子
１４に接続されたスイッチング回路がＯＮとなって電磁
ポンプ９が駆動され、燃料タンク６内の液体燃料１５が
バーナ（図示せず）へ供給されて燃焼するように制御さ
れる。

【００２５】なお、液位センサ１０の発光素子１３と受
光素子１４とは、図２に示すように、電磁ポンプ９の吸
込筒部９ａから同じ距離だけ離れて位置しているので、
発光素子１３から放射される光が吸込筒部９ａで反射し
て誤動作の原因となることはない。

【００２６】しかも、発光素子１３から放射される光は
発光暗箱１６そのもので受光素子１４側へ案内されるだ
けでなく、発光暗箱１６の発光スリット１６ａで発光方
向が受光素子１４側にさらに限定されるので、この光が
受光素子１４以外の部位に放射されることがなく、受光
素子１４への光の指向性を高めることができる。また、
透光体１２に入射する光は受光暗箱１７そのもので受光
素子１４側へ案内されるだけでなく、受光暗箱１７の受
光スリット１７ａで受光方向が受光素子１４側にさらに
限定されるので、発光素子１３以外の光源からの光や他
部位で反射した光が受光素子１４に入射して誤動作を招
く事態を回避することが可能となる。

【００２７】また、燃料タンク６内の液体燃料１５が消
費されて所定レベルよりも低くなると、図５（ｂ）に示
すように、液位センサ１０の透光体１２が液体燃料１５
から上方に露出し、透光体１２の周囲には空気が存在す
る状態となるため、発光素子１３から放射された光の大
部分は透光体１２のプリズム部１２ｃと液体燃料１５と
の境界面から屈折率の小さい空気層側へは透過せず、こ
の境界面で全反射してしまい、受光素子１４側に入射す
る光は少ない。その結果、受光素子１４に接続されたス
イッチング回路がＯＦＦとなって電磁ポンプ９の駆動が
停止し、液体燃料１５のバーナへの供給が停止するよう
に制御される。

【００２８】ところで、発光素子１３の発光量が何らか
の原因（発光素子１３の寿命など）で低減して暗くなっ
た場合、燃料タンク６内の液体燃料１５が所定レベルよ
りも大幅に低下したときには、発光素子１３の発光量が
十分ある場合と同様、発光素子１３から放射された光が
受光素子１４側に入射することはないので、燃料タンク
６内の液体燃料１５が所定レベルよりも大幅に低下して
いるにも拘らず液体燃料１５が所定レベルにあると誤認
されることはない。従って、たとえ発光素子１３の発光
量が不足しても空運転による異常燃焼を回避することが
可能となり、安全性に優れる。他方、燃料タンク６内の
液体燃料１５が所定レベルにあるときには、発光素子１
３の発光量が十分ある場合と同様、発光素子１３から放
射された光は受光素子１４に入射するものの、発光素子
１３の発光量不足のため受光素子１４の受光量も低減す
るので、燃料タンク６内の液体燃料１５が所定レベルに
あるにも拘らず液体燃料１５が所定レベルよりも大幅に
低下したと誤認される恐れはあるが、これは危険性を伴
わない誤認であり、特に問題は生じない。

【００２９】また、光軸上に形成された燃料検出空間１
９を設けたことにより、この燃料検出空間１９との境界
面となる透光体１２の表面に沿って液体燃料１５が下に
垂れるように液体燃料１５を自重案内することができる
ようになり、この光軸上への液体残り（溜まり）を抑制
防止でき、液体燃料１５が所定レベル未満に低下したに
も拘らず燃料ありと判断する誤判断を抑制できる。

【００３０】さらに、発光素子１３と受光素子１４とが
対向し、かつ両素子１３、１４を結ぶ光軸が液面と平行
になるように両素子１３、１４を透光体１２内に埋設し
たので、この両素子１３、１４間に形成される燃料検出
空間１９に位置する液体燃料１５の状態、例えば良灯
油、不良灯油、悪質灯油、変質灯油といった灯油を構成
する分子の構造や沸点や酸化反応による変色などで区別
できる灯油の状態を判断することが可能である。すなわ
ち、灯油が酸化して変色すると透明度が低下するので、
光の透過率が低下し、受光素子１４側に到達する光量も
減少する。そのため、この光量のレベル変化にて灯油の
状態を判別することができる。特に、不良灯油や悪質灯
油は時間変化による変質（変色）が良灯油に比べて早い
ことから、時間経過をも加味すれば、良灯油と不良灯油
もしくは悪質灯油の判別も可能となる。

【００３１】なお、上述の実施形態においては、発光素
子１３から放射される光が吸込筒部９ａで反射して誤動
作の原因となることを回避するため、液位センサ１０の
発光素子１３と受光素子１４とを電磁ポンプ９の吸込筒
部９ａから同じ距離だけ離して配置した場合について説
明したが、発光素子１３よりも受光素子１４を電磁ポン
プ９の吸込筒部９ａから遠ざけることによって同じ目的
を達成することも可能である。

【００３２】また、上述の実施形態においては石油ファ
ンヒータ１の液位センサ１０について説明したが、石油
ファンヒータ１以外の液体燃料燃焼装置に本発明を適用
することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち液位
センサの発明によれば、発光素子と受光素子とが対向
し、かつ、これら発光素子と受光素子とを結ぶ光軸が液
面と平行になるように両素子を透光体内に埋設するとと
もに、この光軸上に燃料検出空間などの液体検出空間が
形成されるように透光体を燃料タンク等の液体タンクの
燃料貯留空間などの液体貯留空間内に配置し、前記液体
検出空間に液体燃料などの液体がないときに前記発光素
子から前記受光素子へ向かう光が当該液体検出空間との
境界面で全反射されて前記受光素子へ向かわなくするよ
うに前記透光体にプリズム部を設け、前記受光素子が受
光しないときに前記液体タンク内の液体が所定レベル未
満に減少したことを検出するようにして構成したので、
液体タンク内の液体が所定レベルよりも低下した場合に
は、発光素子の発光量が十分あるか否かを問わず、発光
素子から放射された光が受光素子に入射することはない
ことから、液体タンク内の液体が所定レベルにないにも
拘らず液体が所定レベルにあると誤認されることはな
く、たとえ発光素子の発光量が不足しても空運転による
異常燃焼を回避することが可能となる。

【００３４】また、上記発光素子から放射される光を上
記受光素子側に案内するように前記発光素子の周囲に発
光暗箱を設けて構成したので、上述の効果に加えて、発
光暗箱による案内によって受光素子への光の指向性が高
まる。

【００３５】また、上記発光素子から放射される光を上
記受光素子側に限定する発光スリットを前記発光暗箱に
形成して構成したので、上述の効果に加えて、発光スリ
ットによる限定によって受光素子への光の指向性が高ま
る。

【００３６】また、上記液体検出空間を通過して上記透
光体内に入射する光を上記受光素子側に案内するように
前記受光素子の周囲に受光暗箱を設けて構成したので、
上述の効果に加えて、受光暗箱による案内によって、発
光素子以外の光源からの光などが受光素子に入射して誤
動作を招くことがなくなり、液位センサの信頼性が向上
する。

【００３７】また、上記透光体内に入射する光を光軸方
向に限定する受光スリットを上記受光暗箱に形成して構
成したので、上述の効果に加えて、受光スリットによる
限定によって、発光素子以外の光源からの光などが受光
素子に入射して誤動作を招くことがなくなり、液位セン
サの信頼性が向上する。

【００３８】また、本発明のうち液体供給装置の発明に
よれば、燃料タンク等の液体タンク内に貯留される液体
燃料などの液体を吸い上げて所望位置に供給する電磁ポ
ンプ等の液体ポンプの基台に、上述した液位センサをそ
の発光素子と受光素子とが当該液体ポンプの吸込筒部か
ら同じ距離だけ離れて位置するように取り付けて構成し
たので、発光素子から放射される光が液体ポンプの吸込
筒部で反射して誤動作の原因となる事態の発生を防止す
ることが可能となる。

【００３９】また、燃料タンク等の液体タンク内に貯留
される液体燃料などの液体を吸い上げて所望位置に供給
する電磁ポンプ等の液体ポンプの基台に、上述した液位
センサをその発光素子よりも受光素子が当該液体ポンプ
の吸込筒部から遠くなるように取り付けて構成したの
で、発光素子から放射される光が液体ポンプの吸込筒部
で反射して誤動作の原因となる事態の発生を防止するこ
とが可能となる。

【００４０】さらに、本発明のうち液体燃料燃焼装置の
発明によれば、燃料タンク内の液体燃料を検出し、液体
燃料が所定レベル以上あることが検出されたときに液体
燃料をバーナに供給する燃料供給装置として、上述した
液体供給装置を採用して構成したので、燃料タンク内の
液体燃料が所定レベルにないにも拘らず液体燃料が所定
レベルにあると誤認されることはなく、たとえ発光素子
の発光量が不足しても空運転による異常燃焼を回避する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液体タンクとして燃料タンクを有する液体燃料
燃焼装置の代表機種である石油ファンヒータの一例を示
す斜視図である。

【図２】図１に示す石油ファンヒータの燃料タンク付近
の拡大図である。

【図３】本発明による液位センサの一実施形態を示す図
であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその底面図であ
る。

【図４】図３に示す液位センサの拡大図であり、（ａ）
はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。

【図５】図３に示す液位センサの作動機構を示す原理図
であり、（ａ）は液体燃料が所定レベルにある場合の底
面図、（ｂ）は液体燃料が所定レベルにない場合の底面
図である。

【図６】従来の液位センサの作動機構を示す原理図であ
り、（ａ）は液体燃料が所定レベルにある場合の正面
図、（ｂ）は液体燃料が所定レベルにない場合の正面図
である。

【符号の説明】

１……液体燃料燃焼装置（石油ファンヒータ） ６……液体タンク（燃料タンク） ８……液体貯留空間（燃料貯留空間） ９……液体ポンプ（電磁ポンプ） ９ａ……吸込筒部 ９ｂ……基台 １０……液位センサ １２……透光体 １２ｃ……プリズム部 １３……発光素子 １４……受光素子 １５……液体（液体燃料） １６……発光暗箱 １６ａ……発光スリット １７……受光暗箱 １７ａ……受光スリット １９……液体検出空間（燃料検出空間）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 泰常 東京都大田区池上５丁目23番13号 太産工 業株式会社内 (72)発明者 木村 正剛 東京都大田区池上５丁目23番13号 太産工 業株式会社内 (72)発明者 森戸 克美 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 大澤 岳史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 氏家 俊彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と受光素子とが対向し、かつ、
   これら発光素子と受光素子とを結ぶ光軸が液面と平行に
   なるように両素子を透光体内に埋設するとともに、この
   光軸上に液体検出空間が形成されるように透光体を液体
   タンクの液体貯留空間内に配置し、前記液体検出空間に
   液体がないときに前記発光素子から前記受光素子へ向か
   う光が当該液体検出空間との境界面で全反射されて前記
   受光素子へ向かわなくするように前記透光体にプリズム
   部を設け、前記受光素子が受光しないときに前記液体タ
   ンク内の液体が所定レベル未満に減少したことを検出す
   ることを特徴とする液位センサ。
2. 【請求項２】 発光素子から放射される光を受光素子側
   に案内するように発光素子の周囲に発光暗箱を設けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の液位センサ。
3. 【請求項３】 発光素子から放射される光を受光素子側
   に限定する発光スリットを発光暗箱に形成したことを特
   徴とする請求項２に記載の液位センサ。
4. 【請求項４】 液体検出空間を通過して透光体内に入射
   する光を受光素子側に案内するように受光素子の周囲に
   受光暗箱を設けたことを特徴とする請求項１から請求項
   ３までのいずれかに記載の液位センサ。
5. 【請求項５】 透光体内に入射する光を光軸方向に限定
   する受光スリットを受光暗箱に形成したことを特徴とす
   る請求項４に記載の液位センサ。
6. 【請求項６】 液体タンク内に貯留される液体を吸い上
   げて所望位置に供給する液体ポンプの基台に、請求項１
   から請求項５までのいずれかに記載の液位センサをその
   発光素子と受光素子とが当該液体ポンプの吸込筒部から
   同じ距離だけ離れて位置するように取り付けたことを特
   徴とする液体供給装置。
7. 【請求項７】 液体タンク内に貯留される液体を吸い上
   げて所望位置に供給する液体ポンプの基台に、請求項１
   から請求項５までのいずれかに記載の液位センサをその
   発光素子よりも受光素子が当該液体ポンプの吸込筒部か
   ら遠くなるように取り付けたことを特徴とする液体供給
   装置。
8. 【請求項８】 燃料タンク内の液体燃料を検出し、液体
   燃料が所定レベル以上あることが検出されたときに液体
   燃料をバーナに供給する燃料供給装置として、請求項６
   または請求項７に記載の液体供給装置を採用したことを
   特徴とする液体燃料燃焼装置。