CN114910128A - 流量计 - Google Patents

Abstract

本发明的流量计不使用压力传感器来测量流体的流量。作为流量计的涡轮流量控制器(10)具备控制器(40)，特别是具备流量控制部(43)。流量控制部(43)(差压导出部)基于涡轮(35A)的角速度ω以及转矩T和闸阀(32)的闸阀开度D2，导出旁通流路(31A)的涡轮(35A)的上游侧的流体压力与涡轮(35A)的下游侧的流体压力的实际差压ΔP。此外，流量控制部(43)(流量导出部)基于实际差压ΔP和主流路(21A)的阀芯(22)的阀芯开度D1，导出在主流路(21A)中流动的冷热水的实际流量Q1。由此，测量主流路(21A)的流量。因此，根据该实施方式，不使用压力传感器就能够测量主流路(21A)的冷热水的流量。

Description

流量计

技术领域

本发明涉及一种测量在流路中流动的流体的流量的流量计。

背景技术

作为现有的流量计，已知有专利文献1所公开的那样的流量控制阀。该流量控制阀基于流体所流动的流路中的阀芯的上游侧与下游侧的差压和阀芯的开度，测量在该流路中流动的流体的流量，将所测量出的流量作为反馈值来调整阀芯的开度，由此控制流体的流量。在该流量控制阀中，通过设置在流路的内壁上的阀芯的上游侧以及下游侧的各位置上的两个压力传感器来测量差压。另外，差压有时也由作为压力传感器的一种的差压传感器来测量。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2019-39534号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

在现有的流量控制阀中，压力传感器搭载在构成流路的阀体上，因此压力传感器的设置环境可能比较苛刻。另外，考虑到压力传感器发生故障时等，有时也希望确保不使用压力传感器就能够测量流体的流量的手段。

本发明的课题在于，不使用压力传感器就能够测量流体的流量。

[用于解决课题的手段]

为了解决上述课题，本发明的流量计具备：旁通管，其具备与形成主流路的主管的第1部位连接的上游端和与所述主管的所述第1部位的下游的第2部位连接的下游端，且形成绕过所述主流路的旁通流路；旋转体，其配置在所述旁通流路上，且通过在所述旁通流路中流动的流体而旋转；差压导出部，其被构成为基于所述旋转体的角速度以及转矩，导出所述旁通流路的所述旋转体的上游侧的流体压力与所述旋转体的下游侧的流体压力的差压；以及流量导出部，其被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和主侧阀芯的开度，导出在所述主流路中流动的流体的流量，所述主侧阀芯配置在所述主管的所述第1部位与所述第2部位之间，并控制所述主流路的开口面积。

所述流量计还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，所述差压导出部也可以被构成为基于所述角速度、所述转矩和所述旁通侧阀芯的开度来导出所述差压。

所述流量导出部也可以被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个，导出在所述旁通流路中流动的流体的流量，将所导出的所述主流路的所述流量和所述旁通流路的所述流量相加，导出在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

所述流量计还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，所述流量导出部也可以被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个和所述旁通侧阀芯的开度，导出在所述旁通流路中流动的所述流体的流量。

所述流量计也可以具备发电机，该发电机具备涡轮来作为所述旋转体，并通过将所述涡轮的旋转能量转换为电能来进行发电。

所述流量导出部也可以被构成为驱动所述发电机来控制所述涡轮的转矩，由此来控制在所述旁通流路中流动的流体的流量。

所述流量计还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，所述流量导出部也可以被构成为驱动所述发电机来控制所述涡轮的转矩和所述旁通侧阀芯的开度，由此来控制在所述旁通流路中流动的流体的流量。

所述流量导出部也可以被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个，导出在所述旁通流路中流动的流体的流量，将所述主流路的所述流量和所述旁通流路的所述流量相加，导出在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量，将所述总流量作为反馈值，至少控制所述涡轮的所述转矩和所述主侧阀芯的开度，由此控制在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

所述流量计还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，所述流量导出部也可以被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个和所述旁通侧阀芯的开度，导出在所述旁通流路中流动的所述流体的流量，将所述总流量作为反馈值，控制所述涡轮的所述转矩、所述主侧阀芯的开度和所述旁通阀芯的开度，由此控制在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

所述流量计还可以具备所述主管。

所述旁通管也可以与所述主管分体设置，且被构成为能够与所述主管连接的形状。

[发明的效果]

根据本发明，不使用压力传感器就能够测量流体的流量。

附图说明

图1是使用了涡轮式流量控制装置的空调控制系统的构成图，该涡轮式流量控制装置应用了本发明的第1实施方式的流量计。

图2是示意性地表示应用了本发明的第1实施方式的流量计的涡轮式流量控制装置的构成图。

图3是表示将图2的涡轮式流量控制装置中的发电机的主要部分拔出的立体图。

图4是图2的涡轮式流量控制装置的主要部分的框图。

图5是第1实施方式的变形例的涡轮式流量控制装置的主要部分的框图。

图6是示意性地表示本发明的第2实施方式的涡轮式流量控制装置的构成图。

图7是图6的涡轮式流量控制装置的主要部分的框图。

图8是第2实施方式的变形例的涡轮式流量控制装置的主要部分的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对将本发明的流量计应用于涡轮式流量控制装置的实施方式以及其变形进行说明。在下述的实施方式以及其变形例中，对于相同、类似或对应的部件或要素赋予相同的符号，并省略重复说明。

[第1实施方式]

如图1所示，应用了本发明的第1实施方式的流量计的涡轮式流量控制装置10应用于控制房间R(控制对象空间)的空调的空调控制系统1。以下，说明空调控制系统1之后，说明涡轮式流量控制装置10。

空调控制系统1除了具备涡轮式流量控制装置10之外，还具备FCU(Fan Coil Unit(风机盘管))2、配管3、温度传感器4以及空调控制器5。

FCU2被构成向房间R提供被调节后的空气，具备风扇2A和热交换器(冷热水盘管)2B。风扇2A将房间R的空气取入FCU2内，然后排出到房间R中。另一方面，在热交换器2B上连接有使冷热水循环的配管3。热交换器2B通过从配管3流入的冷热水和由风扇2A取入的空气进行热交换。制冷时的冷热水是由未图示的室外机等冷却的冷水，制热时的冷热水是由未图示的室外机等加热的热水。在制冷时，通过冷水和空气的热交换从FCU2排出冷的空气。在制热时，通过热水和空气的热交换从FCU2排出温暖的空气。

涡轮式流量控制装置10配置在配管3的中途，通过涡轮35A(图2)控制在配管3内流动的冷热水的流量(详细情况后述)。

温度传感器4设置在房间R内，测量房间R内的温度。所测量出的温度被发送到空调控制器5。

空调控制器5由PLC(Programmable Logic Controller(可编程逻辑控制器))等计算机构成。作为使由温度传感器4测量出的温度与房间R的室温的设定值的偏差为零的控制输出，空调控制器5运算流向FCU2的热交换器2B的冷热水的流量设定值Qsp，将该运算出的流量设定值Qsp发送到涡轮式流量控制装置10。涡轮式流量控制装置10基于来自空调控制器5的流量设定值Qsp来控制在配管3中流动的冷热水的流量。当来自空调控制器5的冷热水的流量设定值Qsp变化时，即，当由于冷热水的供给目的地的负载变动而导致冷热水的流量设定值Qsp变化时，涡轮式流量控制装置10追随该变化，使在配管3中流动的冷热水的流量变化。

接着，参照图2以及图3说明涡轮式流量控制装置10。另外，在以下的说明中，也将涡轮式流量控制装置简称为流量控制装置10。

如图2所示，流量控制装置10具备主管部20、旁通管部30、控制器40和蓄电池50。

主管部20具备主管21、阀芯(主侧阀芯)22、阀轴23、马达24以及阀芯开度传感器25。

主管21通过其两端与配管3连接而配置在配管3的中途。主管21与配管3的流路3A一起形成构成冷热水的循环路径的主流路21A。主流路21A是主管21的中空部，具有与配管3的流路3A大致相同的截面(在与流路的中心轴正交的方向上切开的截面。以下，关于截面都相同。)。

阀芯22配置在主流路21A上。阀芯22通过旋转而使流路21A的开口面积变化，由此，调整在主流路21A中流动的冷热水的流量。在阀芯22上连接有通过马达24而旋转的阀轴23，阀芯22通过马达24而旋转。阀芯开度传感器25通过检测阀轴23的旋转位置，检测规定主流路21A的开口面积的阀芯22的开度、即阀芯开度D1。

旁通管部30具备旁通管31、闸阀(旁通侧阀芯)32、线性马达33、闸阀开度传感器34、发电机35以及位置传感器36。

旁通管31与主管21连接，且形成绕过主管21的主流路21A的旁通流路31A。旁通管31和主管21通过焊接等接合而成为一体。旁通管31的上游端31M与主管21的阀芯22的上游侧的第1部位21M连接。旁通管31的下游端31N与主管21的阀芯22的下游侧的第2部位21N连接。阀芯22配置在主管21的后述的第1部位21M和第2部位21N之间。通过以上那样的构成，从配管3的流路3A流过主流路21A的冷热水的一部分在阀芯22的上游的位置流入旁通流路31A，在阀芯22的下游的位置再次流入主流路21A。旁通流路31A的截面比主流路21A的截面小。换言之，旁通流路31A比主流路21A细。

闸阀32配置在旁通流路31A上。闸阀32通过线性马达33而进行直线移动，从而使旁通流路31A的开口面积变化。闸阀开度传感器34通过检测线性马达33的动子的位置，来检测规定旁通流路31A的开口面积的闸阀32的开度、即闸阀开度D2。另外，使闸阀32直线移动的机构不限于线性马达33。该机构例如可以包含马达和使马达的旋转转换为直线移动的转换机构(例如，小齿轮以及齿条传动装置)而构成。在这种情况下，闸阀开度传感器34例如检测通过马达而旋转的轴的旋转位置，由此来检测闸阀开度D2。

发电机35配置在旁通管31的中途的、闸阀32的上游侧的位置。发电机35通过在旁通流路31A中流动的冷热水进行发电。发电机35具备通过在旁通流路31A中流动的冷热水而旋转的转子、即涡轮35A；以及包围涡轮35A的外周，通过将涡轮35A的旋转能量转换为电能而进行发电的定子35B。

如图3所示，涡轮35A由环35AA和在环35AA的内侧位置与环35AA一体地设置的叶轮35AB构成。在环35AA中组入有永磁铁。叶轮35AB接受在旁通流路31A中流动的冷热水，与环35AA一起旋转。

定子35B具备圆筒状的铁芯和作为定子绕组卷绕在铁芯上的多个线圈(省略图示)，将接受冷热水而旋转的涡轮35A的旋转能量转换为电能。由此，进行基于涡轮35A的旋转的发电。

如后所述，有时从外部对发电机35供给电力E。在这种情况下，在定子35B的定子绕组中流过电流，发电机35作为控制涡轮35A的转矩的马达发挥作用。如此，发电机35也能够将来自外部的电能转换为涡轮35A的旋转能量。通过涡轮35A的转矩控制，控制在旁通流路31A中流动的冷热水的流量。另外，在该实施方式中，冷热水的流量的控制通过涡轮35A的转矩控制和闸阀32的开度控制来进行。

在定子35B上安装有位置传感器36。位置传感器36检测涡轮35A的旋转位置Rt。作为位置传感器36，例如采用增量式编码器，但也可以采用任意的传感器。位置传感器36也可以是通过检测组装到涡轮35A的环35AA中的永磁铁的磁极来检测旋转位置Rt的传感器。

返回到图2，控制器40通过控制主管部20的马达24、旁通管部30的线性马达33以及发电机35，来控制主流路21A以及旁通流路31A的冷热水的总流量。由此，控制在配管3的流路3A中流动的冷热水的流量。控制器40在控制在旁通流路31A中流动的冷热水的流量时，控制闸阀32的闸阀开度，并且控制发电机35的涡轮35A的转矩，由此来控制在旁通流路31A中流动的冷热水的流量。控制器40进行动力运行控制和再生控制，该动力运行是在控制涡轮35A的转矩时控制向发电机35提供电能(电力E)而驱动发电机35，并向涡轮35A提供转矩，该再生控制不向发电机35提供电能而由发电机35进行发电，并回收电能。控制器40在使旁通流路31A的流量增加时，例如进行使闸阀开度增加的控制以及使涡轮35A的角速度增加的控制中的至少一个。在使旁通流路31A的流量减少时，控制器40例如进行使闸阀开度减少的控制以及使涡轮35A的角速度减少的控制中的至少一个。控制器40还进行通过所回收的电能对蓄电池50进行充电的控制。

如图4所示，控制器40具备数据通信部41、系统控制部42、流量控制部43、发电机控制部44、逆变器45和电源电路48。系统控制部42、流量控制部43和发电机控制部44例如由包含存储器和执行记录在该存储器中的程序的一个或多个处理器的各种计算机构成。系统控制部42、流量控制部43和发电机控制部44也可以由计算机以外的各种电路构成。

数据通信部41由各种通信模块构成，且具有与空调控制器5进行有线通信的通信功能。在此，数据通信部41通过数字数据与空调控制器5进行通信。

系统控制器42控制涡轮式流量控制装置10的整个系统。系统控制部42经由数据通信部41从空调控制器5接收各种设定值等各种数据，经由数据通信部41向空调控制器5发送涡轮式流量控制装置10的内部状态等各种数据。系统控制部42将来自空调控制器5的流量设定值Qsp作为上述设定值中的一个输出到流量控制部43。

流量控制部43被输入系统控制部42所输出的流量设定值Qsp、发电机控制部44所输出的涡轮35A的当前的角速度ω以及转矩T(详细情况后述)。进一步地，流量控制部43被输入阀芯开度传感器25所检测出的阀芯开度D1和闸阀开度传感器34所检测出的闸阀开度D2。流量控制部43基于所输入的上述各数据，控制马达24、线性马达33、发电机35等，控制在主流路21A中流动的冷热水和在旁通流路31A中流动的冷热水的总流量。

流量控制部43导出在主流路21A中流动的冷热水的实际流量Q1、在旁通流路31A中流动的冷热水的实际流量Q2。流量控制部43将实际流量Q1和实际流量Q2相加，导出在主流路21A和旁通流路31A中流动的冷热水的总实际流量Q3。以下说明该例子。另外，在“导出”中，除了包含通过计算得到导出对象之外，还包含通过参照表来得到导出对象，该表存储于适当设置在控制器40中的存储器中。计算式或表的内容通过流体力学定律、量纲分析(白金汉的π定理等)、涡轮35A等各种构件的规格、实验等预先确定。

这里的实际流量Q1以及Q2的导出使用无量纲化的变量。该变量通过量纲分析获得。具体而言，着眼于在旁通流路31A中流动的冷热水的流量Q2、夹着旁通流路31A的涡轮35A的上游侧和下游侧之间的差压ΔP、涡轮35A的转矩T以及角速度ω，根据白金汉的π定理进行量纲分析时，能够得到下述的式(1)～(3)。πq表示无量纲流量，πp表示无量纲差压，πt表示无量纲转矩，ρ表示冷热水的密度，d表示涡轮35A的直径。

πq＝Q2/(d³*ω)···(1)

πp＝ΔP/(ρ*d²*ω²)···(2)

πt＝T/(ρ*d⁵*ω²)···(3)

通过实验，在每个特定间距开度的闸阀开度D2中，以无量纲转矩和无量纲流量或者无量纲转矩和无量纲差压的关系成为均等的方式，操作涡轮35A的角速度ω，实际测定旁通流路31A的流量Q2以及差压ΔP和涡轮35A的转矩T。特别地，流量Q2以及差压ΔP由各种传感器测定。然后，基于测定结果，将无量纲流量π_q以及无量纲差压π_p作为无量纲转矩πt以及闸阀开度D2的函数，定义下述式(4)以及(5)。

πq＝fq(πt，D2)···(4)

πp＝fp(πt，D2)···(5)

在导出旁通流路31A的实际流量Q2时，流量控制部43首先基于角速度ω以及转矩T和闸阀开度D2，根据上述式(3)以及(4)计算无量纲流量π_q。上述密度ρ以及直径d作为固定值预先准备。另外，关于密度ρ，也可以基于由未图示的传感器所检测出的冷热水的温度导出。这对于其他的计算也同样。然后，流量控制部43根据基于无量纲流量π_q和角速度ω将上式(1)变形后的下式(6)来计算实际流量Q2。这些计算所需的公式的数据例如存储在存储器中(其他的计算也相同)。

Q2＝d³*ω*π_q···(6)

流量控制部43在导出主流路21A的实际流量Q1时，导出实际差压ΔP，并基于所导出的实际差压ΔP来导出实际流量Q1。基于角速度ω以及转矩T和闸阀开度D2，根据上述式(3)以及(5)计算无量纲差压π_p。然后，流量控制部43根据基于无量纲差压π_p和角速度ω将上述式(2)变形后的下述式(7)来计算实际差压ΔP。

ΔP＝ρ*d²*ω²*π_p···(7)

在此，夹着旁通管31的涡轮35A的位于上游侧的上游端31M以及位于下游侧的下游端31N分别与夹着主管21的阀芯22的第1部位21M以及第2部位21N连接。因此，旁通流路31A的两端分别与主流路21A的夹着阀芯22的位置连接。因此，上述实际差压ΔP与主流路21A中的阀芯22的上游侧和下游侧之间的冷热水的差压具有相同或一定的关系。而且，主流路21A的实际流量Q1成为与差压ΔP以及阀芯开度D1对应的值。因此，流量控制部43基于阀芯开度D1和旁通流路31A的实际差压ΔP，导出在主流路21A中流动的冷热水的实际流量Q1。

关于实际流量Q1的导出，例如通过实验等求出阀芯开度D1、实际差压ΔP和主管21的容量系数Cvv的关系并进行表格化。流量控制部43基于阀芯开度D1和实际差压ΔP，参照上述的表，获取容量系数Cvv，对该容量系数Cvv乘以实际差压ΔP的平方根而得到的值(Cvv＊√ΔP)乘以规定的系数，计算实际流量Q1。这样的技术例如可以利用“带有流量测量·控制功能的阀的开发(流量計測·制御機能付きバルブの開発)”(azbil TechnicalReview 2009年12月号发行号，42～48页)中公开的技术。

此外，流量控制部43将实际流量Q1和实际流量Q2相加，导出主流路21A以及旁通流路31A的总实际流量Q3。

如上所述，实际流量Q2依存于角速度ω、转矩T以及闸阀开度D2的各值。因此，也可以通过实验，在旁通管部30中，实际测定使角速度ω以及闸阀开度D2变化时的转矩T以及实际流量Q2，预先用函数或表定义它们的关系，并存储在存储器中。在这种情况下，流量控制部43也可以基于角速度ω以及转矩T和闸阀开度D2，参照上述的函数或表，导出实际流量Q2。同样地，实际差压ΔP依存于角速度ω、转矩T以及闸阀开度D2的各值。因此，也可以通过实验，在旁通管部30中，实际测定使角速度ω以及闸阀开度D2变化时的转矩T以及实际差压ΔP，预先用函数或表来定义它们的关系，并存储在存储器中。另外，在流量控制时，也可以将闸阀32固定为全开，通过涡轮35A控制旁通流路31A的流量，在这种情况下，也可以不使用闸阀开度D2，或者将闸阀开度固定为全开的值。

关于实际流量Q1的导出，也可以通过实验等预先求出阀芯开度D1、实际差压ΔP和实际流量Q1的关系，作为表和/或函数式准备在存储器中，流量控制部43基于阀芯开度D1和实际差压ΔP，使用表和/或函数式导出实际流量Q1。

如上所述，控制器40、特别是流量控制部43作为基于角速度ω以及转矩T和闸阀开度D2来导出实际差压ΔP的差压导出部而动作，并且作为导出各实际流量Q1～Q3的流量导出部而动作。即，控制器40、特别是流量控制部43也可以称为差压导出部以及流量导出部。

在总实际流量Q3导出后，流量控制部43将总实际流量Q3作为反馈值，以使总实际流量Q3接近流量设定值Qsp的方式，根据流量控制规则(PI控制)来控制阀芯22的阀芯开度、闸阀32的闸阀开度以及发电机35的涡轮35A的转矩。关于发电机35的涡轮35A的转矩，流量控制部43根据上述的流量控制规则导出转矩设定值Tsp，并输出到发电机控制部44。由此，流量控制部43经由发电机控制部44控制发电机35的涡轮35A的转矩(详细情况后述)。流量控制部43在进行基于上述的流量控制规则的控制时，将来自阀芯开度传感器25的阀芯开度D1作为反馈值来驱动马达24，由此控制阀芯22的阀芯开度。流量控制部43在进行基于上述的流量控制规则的控制时，将来自闸阀开度传感器34的闸阀开度D2作为反馈值来驱动线性马达33，由此控制闸阀32的闸阀开度。闸阀开度以及阀芯开度通过变化为全开～中间开度～全闭，使冷热水的流量变化。实际流量Q2由闸阀32和涡轮35A控制，但在闸阀32全开时，也可以仅由涡轮35A控制。

发电机控制部44被输入位置传感器36所检测出的发电机35的涡轮35A的旋转位置Rt和逆变器45所输出的相电压值V以及相电流值I。如后所述，逆变器45由发电机控制部44控制，向发电机35的定子35B的各定子绕组供给用于控制涡轮35A的转矩的电力E。逆变器45检测在电力E的供给时输入到发电机35的相电压以及相电流的值作为相电压值V以及相电流值I，并输出到发电机控制部44。除此之外，逆变器45也可以检测在发电机35发电时输出的相电压以及相电流值作为相电压值V以及相电流值I，并输出到发电机控制部44。在该情况下，在本实施方式中说明的相电压值V以及相电流值I包含电力E供给时以及发电时的各相电压值以及相电流值。

发电机控制部44基于位置传感器36所检测出的发电机35的涡轮35A的旋转位置Rt，将涡轮35A的当前的角速度(旋转速度)作为角速度ω导出。发电机控制部44基于相电压值V以及相电流值I导出涡轮35A的转矩T。发电机控制部44将所导出的转矩T作为反馈值，以转矩T成为来自发电机控制部44的转矩设定值Tsp的方式根据转矩控制规则(PI控制)控制逆变器45。发电机控制部44将角速度ω以及转矩T输出到流量控制部43。

发电机控制部44也可以基于相电流值I导出涡轮35A的转矩T。另外，发电机控制部44也可以基于相电压值V以及相电流值I和角速度ω导出转矩T。另外，流量控制部43也可以根据上述流量控制规则导出角速度设定值ωsp来代替转矩设定值Tsp，发电机控制部44通过反馈控制(PI控制)来控制逆变器45，以使角速度ω成为角速度设定值ωsp。

逆变器45通过来自电源电路48的主电力，并且在发电机控制部44的控制下动作，将用于控制发电机35的涡轮35A的转矩的电力E输出到发电机35的定子35B的定子绕组。由此，在定子35B的定子绕组中流过相电流，对涡轮35A施加转矩。逆变器45在发电机控制部44的控制下，还以发电机35的定子35B将通过在旁通流路31A中流动的冷热水而旋转的涡轮35A的旋转能量转换为电能的方式进行动作。通过被这种方式动作控制的涡轮35A来控制在旁通流路31A中流动的冷热水的流量，最终控制旁通流路31A的冷热水的流量，以使主流路21A的冷热水和旁通流路31A的冷热水的总实际流量Q3成为来自空调控制器5的流量设定值Qsp。

逆变器45也可以被构成为将通过上述的转换而得到的电力供给至蓄电池50，对蓄电池50进行充电。另外，逆变器45检测并输出相电流值I以及相电压值V。该相电流值I以及相电压值V除了包含在电力供给时输入到发电机35的相电流值I以及相电压值V以外，也可以如上所述包含在发电时从发电机35输出的相电流值I以及相电压值V。

电源电路48将来自商用电源等外部电源U1的电力和蓄积在蓄电池50中的蓄电电力合并而得到的电力作为在涡轮式流量控制装置10内使用的电力而进行分配。在该例中，电源电路48将向逆变器45的电力作为主电力来供给，还向数据通信部41、系统控制部42、流量控制部43、发电机控制部44等供给电力。电源电路48优先分配蓄电电力，以使蓄电池50的蓄电电力比来自外部电源U1的电力优先被消耗。电源电路48在蓄电池50中蓄积的蓄电电力产生不足的情况下，分配与从外部电源U1供给的电力匹配的电力。另外，电源电路48不将蓄积在蓄电池50中的电力向商用电源供给而进行电力分配。由此，蓄积在蓄电池50中的电力在流量控制装置10内被消耗。电源电路48通过有线与外部电源U1连接。

如上所述，在本实施方式中，控制器40、特别是流量控制部43作为差压导出部而动作，基于涡轮35A的角速度ω以及转矩T和闸阀32的闸阀开度D2，导出旁通流路31A的涡轮35A的上游侧的流体压力与涡轮35A下游侧的流体压力的实际差压ΔP。另外，闸阀32也可以在流量控制装置10的动作中始终被控制为全开，另外，闸阀32不是必须的，所以也可以省略。在这种情况下，差压导出部也可以被构成为不使用闸阀开度D2，而基于角速度ω以及转矩T来导出实际差压ΔP。在这种情况下，在上述式(4)以及(5)中，可以将闸阀开度D2设为全开的数值，也可以将式(4)以及(5)设为无量纲流量或无量纲差压与无量纲转矩的函数。进一步地，控制器40、特别是流量控制部43作为流量导出部而动作，基于实际差压ΔP和主流路21A的阀芯22的阀芯开度D1，导出在主流路21A中流动的冷热水的实际流量Q1。由此，测量主流路21A的流量。因此，根据该实施方式，不使用压力传感器就能够测量主流路21A的冷热水的流量。另外，实际差压ΔP的求出方法是任意的。

另外，控制器40(流量导出部)基于角速度ω以及转矩T和闸阀32的闸阀开度D2来导出旁通流路31A的实际流量Q2，将所导出的实际流量Q1和实际流量Q2相加，导出总实际流量Q3。因此，通过该构成，能够不使用压力传感器而测量总实际流量Q3，换言之，能够测量在与主流路21A连接的配管3的流路3A中流动的冷热水的流量。另外，在如上述那样省略闸阀32等的情况下，控制器40(流量导出部)也可以被构成为不使用闸阀开度D2，而基于角速度ω以及转矩T来导出实际流量Q2。另外，控制器40(流量导出部)也可以与实际流量Q1同样地，基于实际差压ΔP和闸阀开度D2中的至少前者来导出实际流量Q2。控制器40(流量导出部)也可以基于角速度ω以及转矩T和实际差压ΔP来导出实际流量Q2。当然，也可以进一步使用闸阀开度D2。

另外，在上述实施方式中，涡轮35A形成为发电机35的一部分，通过涡轮35A的旋转进行发电。由此，涡轮35A被有效利用。

进一步地，在上述的实施方式中，控制器40(流量导出部)通过驱动发电机35来控制涡轮35A的转矩，从而控制旁通流路31A的实际流量Q2，因此涡轮35A被进一步有效利用。在该实施方式中，控制器40(流量导出部)还控制闸阀32的开度，由此，更适当地控制实际流量Q2。

进一步地，控制器40(流量导出部)将总实际流量Q3作为反馈值，通过控制涡轮35A的转矩、阀芯22的开度和闸阀32的开度来控制总实际流量Q3。由此，不仅能够进行流量导出，还能够进行流量的控制。另外，如上所述，在闸阀32全开且固定的情况等下，也可以不控制闸阀32的开度。

流量控制装置10除了具备旁通管31之外，还具备主管21，因此容易与配管3连接。此外，也可以设置流量控制装置10来代替以往设置在配管3的中途的流量控制阀。另外，通过将控制阀芯22的开度的控制阀设计变更为本实施方式的构造，能够得到不追加压力传感器就能够测量并控制流量的流量控制阀。

进一步地，由于涡轮35A设置在旁通管31上而不是设置在主管21上，所以即使随着配管3构成得粗而主管21构成得粗，由于涡轮35A以及发电机35设置在比其细的旁通管31上，所以与设置在主管21上相比，能够抑制涡轮35A以及发电机35的大型化。进一步地，即使需要根据流量控制装置10的设置目的地来变更主管21的粗细，由于旁通管31的粗细能够固定，因此也能够实现发电机35的共通化。通过发电机35的大型化的抑制以及通用化，能够实现流量控制装置10的小型化、成本的削减。

另外，在本实施方式中，以由发电机35发电并蓄电在蓄电池50中的电力不供给商用电源即不售电，而在流量控制装置10内被消耗的方式构成流量控制装置10。因此，通过抑制发电机35的大型化，也能够抑制发电机35的发电量多于需要的情况。由此，在流量控制装置10中，能够抑制消耗剩余电力的硬件等的大型化，能够抑制装置的大型化以及制造成本的上升。

此外，在本实施方式中，由于在旁通管31上设置了涡轮35A等，所以即使需要根据流量控制装置10的配置目的地的配管3的尺寸(特别是粗细)来设计变更主管21的尺寸，也能够固定旁通管31、涡轮35A等尺寸，所以能够削减流量控制装置10的设计变更的成本。另外，还能够实现流量控制装置10的小型化。另外，由于旁通流路31A细，所以发电时的冷热水的流量也能够减少。

另外，在该实施方式中，在旁通管31的中途，在旁通流路31A上设置有闸阀32。由该闸阀32控制旁通流路31A的开口面积。进一步地，通过采用闸阀32，旁通管31的粗细与主管21的粗细无关，并且比主管21的粗细细，因此即使为了初期发电而使旁通管31的闸阀32全开，也能够削减初期导水时的泵的压力降低。

[第1实施方式的变形例]

[变形例1]

可以是将控制器40和空调控制器5的连接、以及电源电路48和外部电源U1的连接中的一方或双方设为无线连接。例如，如图5所示的涡轮式流量控制装置110(以下也简称为流量控制装置110)那样，也可以设置与空调控制器5无线通信的无线数据通信部141来代替数据通信部41。无线数据通信部141具备天线，对发送到空调控制器5的数据进行调制，将所调制的数据从上述的天线发送到空调控制器5。无线数据通信部141对经由天线从空调控制器5接收到的数据进行解调，并输出到系统控制部42。通过这样的构成，实现数据通信的无线化。

此外，如图5所示，流量控制器110也可以被构成为无线接收来自外部电源U1的电力。外部电源U1与无线供电部U2连接。流量控制装置110具备无线受电部149。无线供电部U2以及无线受电部149由以无线方式供给电力的各种电路等构成。来自外部电源U1的电力经由无线供电部U2以无线方式提供给无线受电部149。无线受电部149将所受电的电力提供给电源电路48。通过这种构成实现电力供给的无线化。电源电路48将蓄积在蓄电池50中的电力比无线受电部149所受电的电力优先分配给逆变器45以及流量控制部43等。由此，与无线受电部149所受电的电力相比，控制器40优先消耗蓄积在蓄电池50中的电力。由此，能够减少通过无线受电的电力。

通过使数据通信以及电力供给都无线化，消除了对流量控制装置110的所有配线。由此，能够期待由于配线材料以及配线工时的取消等无线化对环境负荷降低的贡献。

[变形例2]

如图5所示，流量控制装置110还可以具备检测蓄电池50所蓄积的电力的余量的余量计160。流量控制部43即控制器40也可以根据由余量计160检测出的蓄电池50的电力的余量，至少控制涡轮35A的转矩和阀芯22的开度。例如，如果蓄电池50的电力的余量比第1阈值低，则控制器40使发电机35进行发电，并且控制阀芯22的开度，由此使在主流路21A以及旁通流路31A中流动的冷热水的总实际流量Q3接近流量设定值Qsp。另一方面，如果蓄电池50的电力的余量比第2阈值多，则控制器40不使发电机35进行发电，并且控制阀芯22的开度，使总实际流量Q3接近流量设定值Qsp。这样，可以进行适当的发电以及流量控制。另外，控制器40也可以根据蓄电池50的电力的余量，进一步控制闸阀32的开度。例如，在发电时，为了确保发电所需的冷热水的流量，控制器40可以以使闸阀32固定为全开或规定的开度以上的开度的方式进行控制，也可以使闸阀32的开度以规定的开度以上的开度变化来控制总实际流量Q3。另外，控制器40在不使发电机35进行发电时，也可以控制阀芯22和闸阀32的各开度，使总实际流量Q3接近流量设定值Qsp。

[第2实施方式]

如图6所示，第2实施方式的涡轮式流量控制装置210(以下也简称为流量控制装置210)具备主管部220和旁通管部230。流量控制装置210也可以组装有现有的流量控制阀或开度控制阀的装置来作为主管部220。流量控制装置210可以具备旁通管部230，而不具备主管部220。在这种情况下，作为主管部220，也可以使用现有或已设的流量控制阀或开度控制阀。

主管部220除了具备主管21等各部件21～26之外，还具备具有上述控制器40的一部分功能的主侧控制器240A。主管21的两端经由旁通管部230的后述的旁通管231的两端与配管3连接，由此配置在配管3的中途。

旁通管部230除了具备闸阀32等各部件32～36之外，还具备蓄电池50，具备旁通管231来代替旁通管31，还具备具有上述控制器40的一部分功能的旁通侧控制器240B。

旁通管231具备形成旁通流路31A的旁通管主体231H和分别与该旁通管主体231H的两端连接的上游端231M以及下游端231N。上游端231M与上游侧的配管3和主管21的阀芯22的上游侧的端部、即第1部位21M连接。下游端231N与下游侧的配管3和主管21的阀芯的下游侧的端部、即第2部位21N连接。这样，旁通管31与主管21分体设置，且被构成为能够与主管21连接的形状。另外，这里的上述各连接是通过用螺栓以及螺母紧固设置在各管上的凸缘来进行的。这些连接也可以通过另外设置的管接头等来进行。上游端231M以及下游端231N分别形成与主流路21A和配管3的流路3A连接的流路231B以及231C。流路231B以及231C的截面与主流路21A以及流路3A的各截面一致。旁通流路31A经由流路231B以及231C与主管21的主流路21A连接，绕过主流路21A。从配管3的流路3A流向流路231B的冷热水的一部分流向旁通流路31A。该冷热水的剩余部分流过主流路21A。

主侧控制器240A通过控制马达24来控制在主流路21A中流动的冷热水的流量。旁通侧控制器240B通过控制线性马达33以及发电机35来控制在旁通流路31A中流动的冷热水的流量。两个控制器240A以及240B协作控制主流路21A以及旁通流路31A的冷热水的总流量。旁通侧控制器240B与控制器40同样地控制涡轮35A的转矩、发电机35的发电以及闸阀32的开度。以下，先说明旁通侧控制器240B后，说明主侧控制器240A。

旁通侧控制器240B除了具备发电机控制部44以及逆变器45之外，还具备数据通信部241B、系统控制部242B、流量控制部243B以及电源电路248B。这些说明基本上与第1实施方式的数据通信部41、系统控制部42、流量控制部43以及电源电路48相同，但在以下的点上不同。

数据通信部241B除了能够与空调控制器5进行通信之外，还能够与主侧控制器240A的数据通信部241A进行有线通信。数据通信部241B接收阀芯22的阀芯开度D1。数据通信部241B将阀芯开度D1经由系统控制部242B提供给流量控制部243B。系统控制器242B控制旁通管部230的整个系统。系统控制部242B经由数据通信部241B发送旁通管部230的内部状态等各种数据。

流量控制部243B与流量控制部43同样地导出主流路21A以及旁通流路31A的各实际流量Q1以及Q2、各流路21A以及31A的总实际流量Q3。在此，如上所述，第1实施方式的流量控制部43以使总实际流量Q3接近流量设定值Qsp的方式控制阀芯22的阀芯开度、闸阀32的闸阀开度以及发电机35的涡轮35A的转矩。另一方面，在本实施方式中，由于阀芯22设置在主管部220上，因此流量控制部243B不能直接控制阀芯22的阀芯开度。因此，流量控制部243B以使总实际流量Q3接近流量设定值Qsp的方式控制闸阀32的闸阀开度以及发电机35的涡轮35A的转矩，并且导出阀芯开度设定值作为阀芯开度的目标值。所导出的阀芯开度设定值经由系统控制部242B以及数据通信部241B提供到主侧控制器240A的数据通信部241A。

电源电路248B将来自商用电源等外部电源U1的电力和蓄积在蓄电池50中的蓄电电力合并而成的电力的一部分通过有线分配给主侧控制器240A的后述的电源电路248A。电源电路248B与第1实施方式的电源电路48同样地，优先分配蓄电电力，以使蓄电池50的蓄电电力比来自外部电源U1的电力优先被消耗。

主侧控制器240A具备数据通信部241A、系统控制部242A、流量控制部243A以及电源电路248A。

数据通信部241A由各种通信模块构成，且具有与旁通管部230的数据通信部241B进行有线通信的通信功能。系统控制部242A控制主管部220的整个系统。系统控制部242A经由数据通信部241A以及241B从空调控制器5接收各种设定值等各种数据，并经由数据通信部241A以及241B将主管部220的内部状态等各种数据发送到空调控制器5。提供给数据通信部241A的上述的阀芯开度设定值经由系统控制部242A被提供到流量控制部243A。

阀芯开度传感器25所检测出的阀芯开度D1被输入到流量控制部243A。流量控制部243A将所输入的阀芯开度D1经由系统控制部242A以及数据通信部241A发送给旁通侧控制器240B。流量控制部243A将所输入的阀芯开度D1作为反馈值，根据流量控制规则(PI控制)控制阀芯22的阀芯开度，以使阀芯开度D1接近阀芯开度设定值。

如上所述，主侧以及旁通侧的控制器240A以及240B协作进行使在主流路21A以及旁通流路31A中流动的冷热水的总流量接近来自空调控制器5的流量设定值Qsp的控制。另外，旁通侧控制器240B控制涡轮35A的转矩以及闸阀32的开度，并且经由主侧控制器240A控制阀芯22的开度，由此进行使上述总流量接近流量设定值Qsp的控制。

如上所述，在第2实施方式中，控制器240B也作为上述差压导出部以及流量导出部发挥功能，能够导出主流路21A的实际流量Q1、旁通流路31A的实际流量以及两者的总实际流量Q3。由此，能够不使用压力传感器而测量这些流量。另外，也能够控制这些流量。另外，与第1实施方式同样地，闸阀32以及闸阀的开度也可以不需要。

另外，如本实施方式所示，能够将主管部220和旁通管部230分开组合，从而仅追加旁通管部230，能够将流量控制阀或开度控制阀作为主管部220进行利用，该流量控制阀能够测量现有的流量，该开度控制阀不能测量流量，而根据来自外部的开度的输入来控制阀芯22的开度。因此，能够以低成本导入流量控制装置210。此外，也可以活用迄今为止的设备，流量控制装置210的设置的开发工时也减少。进一步地，如上述实施方式那样，通过向主管部220输入阀芯开度设定值(阀芯22的开度的目标值)来控制阀芯22的开度的构成，能够将主管部220作为现有的开度控制阀导入旁通管部230(流量控制装置10)，能够将现有的开度控制阀升级为能够独立控制流量的流量控制装置10。

[第2实施方式的变形例]

与第1实施方式的变形例同样地，旁通侧控制器240B和空调控制器5的连接以及电源电路248B和外部电源U1的连接中的一方或双方也可以设为无线连接。例如，也可以如图8所示的涡轮式流量控制装置310(以下也简称为流量控制装置110)那样，设置与无线数据通信部141同样的无线数据通信部341B来代替数据通信部241B，该无线数据通信部141与空调控制器5以无线方式通信。进一步地，也可以设置无线数据通信部341A来代替控制器240A的数据通信部241A，通过无线数据通信部341A和无线数据通信部341B来进行无线通信。通过这样的构成，实现数据通信的无线化。

此外，如图8所示，流量控制装置310也可以被构成为以无线方式接收来自外部电源U1的电力。外部电源U1与无线供电部U2连接。流量控制装置310具备与无线受电部149同样的无线受电部149BA。来自外部电源U1的电力经由无线供电部U2以无线方式提供给无线受电部149BA。无线受电部149BA将所受电的电力提供给电源电路248B。通过这种构成，实现电力供给的无线化。进一步地，如图8所示，也可以在控制器240A以及240B中分别设置无线供电部149BB以及无线受电部149AA，从电源电路248B向电源电路248A提供的电力也可以以无线方式发送。

也可以将上述第1实施方式的变形例2应用于第2实施方式。

[关于第1实施方式、第2实施方式等的变形例]

上述实施方式的空调控制器5将流量设定值Qsp作为数字数据输出，但是也可以将流量设定Qsp以4-20mA或0-10V等模拟数据的形式输出。在这种情况下，在流量控制装置10等侧，适当地进行模拟、数字变换。在采用这样的变形例时，来自空调控制器5的指令仅为流量设定值Qsp，不存在从流量控制装置10等侧的数据通信部41等向空调控制器5传递的数据，通信为有线通信即可。

发电机35的一部分也可以设置在旁通管31的外部。例如，在上述实施方式等中，定子35B配置在旁通管31的中途，但也可以在旁通管31的外部与旁通管31分体配置。在这种情况下，发电机35例如具备配置在旁通管31内的旁通流路31A的中途的涡轮35A和将涡轮35A的旋转传递到旁通管31的外部的传递机构。此外，发电机35具备：转子，其配置在旁通管31的外部，且由于由该传递机构所传递的涡轮35A的旋转而旋转；和定子35B，其配置在旁通管31的外部，且将转子的旋转能量转换为电能。

设置在主流路21A上的主侧阀芯、即阀芯22只要控制主流路21A的开口面积，可以是任意的阀芯。关于设置在旁通流路31A上的旁通侧阀芯、即闸阀32，也可以变更为控制旁通流路31A的开口面积的其他各种阀芯。在控制旁通流路31A的流量时，闸阀32等阀芯也可以成为全开。闸阀32等阀芯也可以采取全开和全闭中的任意一种状态，以在中间开度不停止的方式进行控制。也可以省略闸阀32等阀芯。蓄积在蓄电池50中的电力也可以根据需要经由电源电路48或248B等向构成外部电源U1的商用电源进行售电。在主流路的实际流量Q1的导出中使用的构件也可以是涡轮35A以外的旋转体。例如，也可以使用不进行发电的叶轮等。角速度ω以及转矩T也可以通过任意方法检测。在基于控制器40等的流量控制等中使用的上述各控制规则只要是现代控制规则等能够适当地控制控制对象的控制规则，则可以是任意的控制规则，不限于PI控制规则。为了成本降低，优选在主管21侧不设置压力传感器，但也可以在主管21上设置压力传感器。即使在这样的情况下，由于压力传感器损坏，旁通管部30也可以测量主流路21A的流量。

本发明不限于空调控制系统的流量控制装置，也可以适用于在其他系统中使用的流量控制装置，进而也可以扩大到一般产业设备。本发明能够适用于作为流量控制装置使用的流量计以外的各种流量计。测量或控制流量的流体也不限于冷热水等液体，也可以是瓦斯等气体。

[本发明的范围]

以上，参照实施方式以及变形例说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式以及变形例。例如，本发明包含在本发明的技术思想的范围内本领域技术人员能够理解的对上述实施方式以及变形例的各种变更。上述实施方式以及变形例中列举的各构成可以在没有矛盾的范围内适当组合。

[符号说明]

1…空调控制系统、2…FCU、3…配管、3A…流路、5…空调控制器、10，110，210，310…涡轮式流量控制装置(流量计)、20，220…主管部、21…主管、21A…主流路、21M…第1部位、21N…第2部位、22…阀芯、23…阀轴、24…马达、25…阀芯开度传感器、30，230…旁通管部、31，231…旁通管、31A…旁通流路、31M，231M…上游端、31N，231N…下游端、231H…旁通管主体、231B，231C…流路、32…闸阀、33…线性马达、34…闸阀开度传感器、35…发电机、35A…涡轮、35B…定子、36…位置传感器、40…控制器、50…蓄电池、240A…主侧控制器、240B…旁通侧控制器。

Claims (10)

1.一种流量计，其特征在于，具备：

旁通管，其具备与形成主流路的主管的第1部位连接的上游端和与所述主管的所述第1部位的下游的第2部位连接的下游端，并形成绕过所述主流路的旁通流路；

旋转体，其配置在所述旁通流路上，并通过在所述旁通流路中流动的流体而旋转；

差压导出部，其被构成为基于所述旋转体的角速度以及转矩，导出所述旁通流路的所述旋转体的上游侧的流体压力与所述旋转体的下游侧的流体压力的差压；以及

流量导出部，其被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和主侧阀芯的开度，导出在所述主流路中流动的流体的流量，所述主侧阀芯配置在所述主管的所述第1部位与所述第2部位之间，并控制所述主流路的开口面积。

2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，

还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，

所述差压导出部被构成为基于所述角速度、所述转矩和所述旁通侧阀芯的开度来导出所述差压。

3.根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于，

所述流量导出部被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个，导出在所述旁通流路中流动的流体的流量，将所导出的所述主流路的所述流量和所述旁通流路的所述流量相加，导出在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

4.根据权利要求3所述的流量计，其特征在于，

还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，

所述流量导出部被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个和所述旁通侧阀芯的开度，导出在所述旁通流路中流动的所述流体的流量。

5.根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于，

具备发电机，所述发电机具备涡轮来作为所述旋转体，并通过将所述涡轮的旋转能量转换为电能来进行发电。

6.根据权利要求5所述的流量计，其特征在于，

所述流量导出部被构成为驱动所述发电机来控制所述涡轮的转矩，由此来控制在所述旁通流路中流动的流体的流量。

7.根据权利要求6所述的流量计，其特征在于，

还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，

所述流量导出部被构成为驱动所述发电机来控制所述涡轮的转矩和所述旁通侧阀芯的开度，由此控制在所述旁通流路中流动的流体的流量。

8.根据权利要求6或7所述的流量计，其特征在于，

所述流量导出部被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个，导出在所述旁通流路中流动的流体的流量，

将所述主流路的所述流量和所述旁通流路的所述流量相加，导出在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量，

将所述总流量作为反馈值，至少控制所述涡轮的所述转矩和所述主侧阀芯的开度，由此控制在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

9.根据权利要求8所述的流量计，其特征在于，

还具备控制所述旁通流路的开口面积的旁通侧阀芯，

所述流量导出部被构成为基于由所述差压导出部导出的所述差压和所述角速度以及所述转矩中的至少任意一个和所述旁通侧阀芯的开度，导出在所述旁通流路中流动的所述流体的流量，

将所述总流量作为反馈值，控制所述涡轮的所述转矩、所述主侧阀芯的开度和所述旁通阀芯的开度，由此控制在所述主流路以及所述旁通流路中流动的流体的总流量。

10.根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于，

还具备所述主管。

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