JP2001349763A

JP2001349763A - 電源装置

Info

Publication number: JP2001349763A
Application number: JP2000175405A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Yabuuchi; 秀隆藪内; Hiroyuki Kayama; 博之香山; Toru Hirose; 徹広瀬
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の構成のものは、電源の重量と大きさが
大きくなるばかりか、コストが高くなるという課題を有
するものである。【解決手段】需要家にガスを供給するガス配管６から
分岐された分岐管１３と、分岐管１３から取り出したガ
スを燃焼させる燃焼器と、燃焼器の発熱により加熱され
る発電部１１とを有し、発電部１１で発生した起電力を
ガス配管６に接続される流量計測部７で構成するガスメ
ータまたはこれと関連する機器類の電源として供給する
ようにして、ガスの使用条件や日照状態などの使用条件
によらず安定した電力が得られ、小型で大きな電力を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガスやＬＰガ
ス等のガス配管に接続されるガスメータまたはこれと関
連する保安機器や通信機器などの電源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般的に都市ガスやＬＰガス等のガスメ
ータは、ガス配管内を通過するガスの流量を計測すると
ともに、センサで検出したガス漏れやガスの使用状態等
の異常が発生した場合にはガス遮断弁を駆動してガスの
供給を停止したり、その状態を表示したりする機能を有
している。この安全機能を動作させるための電子回路や
遮断弁の電源は、ガスメータ内に内蔵した一次電池から
供給している。

【０００３】また、近年ではガスメータにガス漏れ警報
器や不完全燃焼検知器などの保安機器を接続して警報信
号に基づいてガスを遮断したり、ガスの使用量を電話回
線を介してガス会社に送信して自動検針を行なう検討が
なされいる。この付加機能に必要な電源を確保するため
に、例えば特開平２−４７５２２号公報にあるような手
段で商用電源を用いたり、あるいは特開平９−３１８４
１３号公報に示されるようにガスを送給する時の機械エ
ネルギーや太陽エネルギーを利用した発電器を有した電
源が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成のものは、
電源の重量と大きさが大きくなるばかりか、コストが高
くなるという課題を有するものである。

【０００５】すなわち、最近では通信技術の発達により
ガスメータと保安機器との通信、あるいはガスメータと
電話回線との通信は無線で行なうことが可能となり、配
線工事が不要で設置性の向上が見込まれている。しかし
ながら、これらの通信を無線で行なうためには従来以上
に大きい容量の電源が必要となり、しかも無線のメリッ
トを生かすためには外部配線を極力なくしてこれを確保
しなければならない。従来の一次電池だけでこれを確保
しようとすると、電源の重量と大きさが大きくなるばか
りか、コストが高くなるものである。

【０００６】また、従来例で述べたような発電機を利用
するものでは、ガスの使用時間や日照状態などの使用条
件で発電量が変化するため、電池との併用が前提になる
とともに電池の交換等のメンテナンス時期が一定しない
というものである。

【０００７】そこで本発明は、ガスメータの付加機能を
動作させるのに十分な電力が得られ、電池交換などのメ
ンテナンスが不要でかつ小型軽量の電源装置を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、需要家にガス
を供給するガス配管から分岐された分岐管と、この分岐
管から取り出したガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼
器の発熱により加熱される熱電素子とを有し、この熱電
素子で発生した起電力を前記ガス配管に接続されるガス
メータまたはこれと関連する機器類の電源として供給す
るもので、ガス配管に供給されるガスをエネルギー源と
するからガスメータ外部への配線や配管が不要でガスの
使用条件や日照状態などの使用条件によらず常に安定し
た電力が得られるとともに、ガスの燃焼熱を利用するか
ら小型で大きな電力が得られる電源装置としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、需要
家にガスを供給するガス配管から分岐された分岐管と、
前記分岐管から取り出したガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の発熱により加熱される熱電素子とを有し、
前記熱電素子で発生した起電力を前記ガス配管に接続さ
れるガスメータまたはこれと関連する機器類の電源とし
て供給するもので、ガスの使用条件や日照状態などの使
用条件によらず安定した電力が得られ、小型で大きな電
力を得ることができる。

【００１０】請求項２に記載した発明は、燃焼器は燃焼
用の触媒を有し、分岐管から取り出したガスを触媒燃焼
させるもので、ガスを火炎燃焼させることなく低温域で
燃焼熱を得ることができるから安全性の確保が容易とな
り、また焼安定性が高くガスの微少燃焼が可能となるか
ら小型化した電源装置としている。

【００１１】請求項３に記載した発明は、ガス配管に接
続されるガス遮断弁および流量計測部を有するガスメー
タと一体に設けられたもので、分岐管などの配管処理お
よび電源線などの配線処理がガスメータの筐体内ですべ
て完結するから外部への配管や配線が不要となり、ガス
メータの設置性および美観を向上できる電源装置として
いる。

【００１２】請求項４に記載した発明は、熱電素子の放
熱側に熱交換板を有し、この熱交換板はガスメータ筐体
外の外気と接触して熱交換を行なうもので、熱電素子の
放熱側の冷却効率が向上するから熱電素子の吸熱側と放
熱側の温度差が大きくなり、より大きな発電起電力が得
られる電源装置としている。

【００１３】請求項５に記載した発明は、熱電素子の放
熱側はガスメータ筐体と熱的に接続され、ガスメータ筐
体を介して外気と熱交換を行なう構成として、簡単な構
成で熱電素子の放熱側の冷却効率が向上し、より大きな
発電起電力が得られる電源装置としている。

【００１４】請求項６に記載した発明は、分岐管はガス
遮断弁より下流のガス配管から分岐させるようにして、
何らかの異常でガスメータのガス遮断弁が作動した場
合、分岐管へのガスの供給も遮断でき、燃焼器も動作を
停止でき、安全性にすぐれる。

【００１５】請求項７に記載した発明は、分岐管は流量
計測部より上流のガス配管から分岐させるようにして、
流量計測部での計測ガス量を実際に使用したガス量と一
致させるようにした精度の高い計測ができる電源装置と
している。

【００１６】請求項８に記載した発明は、熱電素子の起
電力が所定値以下のときにこれをバックアップする補助
電源を有するようにして、一時的に消費電力量が増加し
た場合や故障などで発電が停止した場合でも一定時間の
電力供給を可能とし、被害を最小限に抑えることができ
る電源装置としている。

【００１７】請求項９に記載した発明は、補助電源を二
次電池で構成して、一時的に大電力を消費して補助電源
の容量が減少しても発電により再度充電されるから、長
期に亘って安定した電力供給が可能となるとともに定常
的な発電量を低く抑えることができる電源装置としてい
る。

【００１８】請求項１０に記載した発明は、補助電源は
コンデンサで構成して、頻繁な充放電に対しての耐久力
があるから電力の消費変動が大きい駆動回路の補助電源
に用いることにより長期に亘って安定した電力供給が可
能な電源装置としている。

【００１９】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の電源装置をガス
メータに内蔵した場合の実施例について説明する。

【００２０】図１は本実施例の全体構成を示す。ガスメ
ータ１は、ガスメータ筐体２の外側にガス流入管３およ
びガス流出管４を有している。ガス流入管３は都市ガス
やＬＰガス等のガス供給源に接続しており、ガス流出管
４は需要家の各ガス器具と接続している。需要家で消費
されるガスは、ガス流入管３から流入し、ガス遮断弁
５、ガス配管６、流量計測部７を介してガス流出管４か
ら流出して需要家に供給される。消費されたガス量は流
量計測部７で計量され、表示装置８に表示される。制御
回路９は流量計測部７から計量データを伝達されて、ガ
ス漏れなどの異常を検知した場合には、ガス遮断弁５を
閉じてガスの流れを遮断する。また、ガス流れの状態な
どの情報を表示部８に表示する。さらに制御回路９は無
線通信部１０と接続しており、ガスの計量データやガス
流れの状態などの情報は、例えばＰＨＳ通信網へと送信
して、一般電話回線を経て、ガス会社等が有しているセ
ンタ端末に送信する。そうして、自動検針やメンテナン
ス処理が行なえるようになっている。

【００２１】前記ガス遮断弁５、表示部８、制御回路
９、無線通信部１０への電力は、発電部１１が供給して
いる。さらに発電部１１が発電する電力は、二次電池や
コンデンサで構成した補助電源１２に蓄電している。

【００２２】図２は、前記発電部１１の構成を示す断面
図である。発電部１１は、熱電素子２０と、熱電素子２
０の吸熱面２０ａを加熱する燃焼器２１と熱電素子２０
の放熱面２０ｂを冷却する熱交換板２２によって構成し
ている。

【００２３】熱電素子２０は、金属あるいは半導体の両
端に温度差が発生するとこの温度差に応じた電位差が発
生するというゼーベック効果を利用したペルチェ素子を
使用している。

【００２４】図３は、熱電素子２０の構成を示す説明図
である。本実施例の熱電素子２０は、吸熱側基板２５と
放熱側基板２６の間に配置しているｎ型半導体２７とｐ
型半導体２８を有している。前記各半導体は、接続電極
２３とは出力電極２４によって電気的に直列に接続して
いるものである。吸熱側基板２５は、前記接続電極２３
と出力電極２４を有している絶縁板によって構成してい
る。ここで使用している半導体は、Ｂｉ−Ｔｅ系、Ｐｂ
−Ｔｅ系、Ｓｉ−Ｇｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｓｂ系
などの材料に微量の不純物をドーピングしてｎ型半導
体、ｐ型半導体としている。例えばＢｉ−Ｔｅ系の半導
体では、１個当たり最大で約２００μＶ／Ｋの熱起電力
が得られるものである。したがって、この半導体を３０
０ケ直列接続して熱電素子２０を構成し、吸熱面２０ａ
の温度を１００℃、放熱面２０ｂの温度を５０℃とする
と、出力電極２４に接続した出力線２９には最大３Ｖの
電圧が発生する。

【００２５】図２に示している燃焼器２１は、アルミダ
イキャスト等の金属で構成しており、その外面は、前記
熱電素子２０の吸熱面２０ａと熱的に接続するように取
り付けられている。すなわち、密着して取り付けられて
いる。また、燃焼器２１に供給する燃料ガスを噴出する
ノズル３０は、分岐管１３を接続している。分岐間１３
は、図１に示しているようにガス流入管３に供給してい
るガスの一部が分岐して流れている。ノズル３０はこの
ガスを噴出している。ノズル３０からの高速のガスの噴
出によって、エゼクター効果によって吸気通路３１から
空気が吸引される。このガスと空気とは混合室３２で混
合され、燃焼可能な混合ガスとなる。この混合ガスは触
媒３３を収納した燃焼室３４に入って、触媒３３と接触
する。スタータ３６は燃焼器２１にガスの供給が始まっ
た時に触媒燃焼を開始させるためのもので、一時的に触
媒３３をヒータで加熱して触媒燃焼可能な温度まで上昇
させる。スタータ３６の制御は、図に示していないが、
制御回路９が行ない、この電源は補助電源１２から給電
線３７を介して供給される。こうして、触媒３３の温度
が触媒燃焼の可能温度２００℃〜３００℃に達すると酸
化反応が継続して起こって触媒燃焼が開始される。通
常、触媒３３の温度が５００℃〜６００℃に達すると、
混合ガスはほぼ１００％燃焼させることができる。この
触媒燃焼は、温度が低いため火炎のない無炎燃焼となっ
ている。こうして燃焼室３４は燃焼熱を発生する。また
燃焼後の排気ガスは、排気通路３５を通って外部へ排出
される。

【００２６】本実施例では、図２に示しているように、
熱電素子２０の放熱面２０ｂには熱交換板２２を密着し
て取り付けている。すなわち、放熱面２０ｂと熱交換板
２２とは熱的に接続されている。熱交換板２２はアルミ
ニウム等の金属板で構成しており、ガスメータ筐体２に
外気と接触するように取り付けている。本実施例では外
面に放熱フィンを有する熱交換板２２を、ガスメータ筐
体２の側面に設けた熱交換室４０に収納している。熱交
換室４０は外部開口部を有し外気と連通するとともに、
開口部にネットやパンチングメタル等からなる通気性の
熱交換室カバー４１を設けて熱交換板２２を保護してい
る。

【００２７】以下、本実施例の動作について説明する。
需要家がガスの使用を開始するときは、まず外部操作を
してガス遮断弁５を開く。ガス遮断弁５が開くとガス配
管６にガスが流れ、分岐管１３から分岐したガスは燃焼
器２１に送られる。このとき制御回路９はスタータ３６
を制御し、燃焼器２１の触媒燃焼を開始させる。上述し
たように燃焼器２１が動作すると、触媒燃焼による燃焼
熱によって燃焼器２１は発熱し、熱電素子２０の吸熱面
２０ａが加熱され温度上昇する。一方、熱電素子２０の
放熱面２０ｂは、これに熱的に接続している熱交換板２
２の外面の放熱フィンの熱が伝達されている。つまり熱
交換板２２の外面の放熱フィンは、ガスメータの筐体２
外の空気と接触しているため、熱電素子２０の放熱面２
０ｂの温度はほぼ常温となっている。従って熱電素子２
０の吸熱面２０ａと放熱面２０ｂとの間には温度差が生
じ、この温度差に対応する電圧が出力線２９に発生す
る。

【００２８】このとき燃焼器２１の温度は、触媒燃焼に
よる発熱と、熱交換板２２からの放熱との熱バランスに
よって飽和温度に達し、定常的には吸熱面２０ａと放熱
面２０ｂとの温度差は約５０℃で安定する。したがっ
て、熱電素子２０で発生する起電力もほぼ一定となり、
常に所定の発電力が得られることとなる。ここで得られ
る電力は、発電効率２％とし分岐管１３に約５０ｃｍ³
／ｈの天然ガスを供給する場合を想定すると、約１０ｍ
Ｗとなる。

【００２９】本実施例ではこの電力はガス遮断弁５、表
示部８、制御回路９、無線通信部１０の電源として用い
られるが、定常の消費電力はこの発電電力より小さいの
で余剰電力を補助電源１２に蓄電し使用する。したがっ
て、故障などで熱電素子２０の起電力が所定値以下にな
ったときや消費電力が増加した場合でも一定時間の電力
供給が可能となる。特に、補助電源１２を二次電池で構
成すれば小型で大容量の蓄電ができるから長期に亘って
安定した電力供給が可能となる。また、補助電源１２を
コンデンサで構成すれば蓄電量は小さいが頻繁な充放電
に対しての耐久力があるから電力の消費変動が大きい駆
動回路を用いる場合に適する。

【００３０】このように本実施例によれば、ガスの使用
条件や日照状態などの使用条件によらず安定した電力が
得られ、電池交換が不要で小型軽量で設置性に優れたガ
スメータ１が実現する。

【００３１】また、燃焼器２１はガスを触媒３３で触媒
燃焼させるから、火炎を発生させず低温域で燃焼熱を得
ることができる。したがって、安全性の確保が容易とな
るとともに小型化が図れる。さらに、触媒燃焼により燃
焼量１Ｗ以下の微少燃焼でも安定燃焼が可能となるか
ら、必要電力に適した小型の燃焼器２１が実現できる。

【００３２】また、分岐管１３はガス遮断弁５より下流
のガス配管６から分岐されているので、何らかの異常で
ガスメータ１のガス遮断弁５が作動した場合、分岐管１
３へのガス供給が遮断され燃焼器２１も動作停止するか
ら安全性にすぐれる。

【００３３】また、分岐管１３は流量計測部７より上流
で分岐されているから、分岐管１３から燃焼器２１へ供
給されるガス流量は流量計測部７では計量されない。し
たがって、需要家で実際に使用されたガス量と流量計測
部７での計量データは一致するから、分岐ガスによる計
量誤差は発生しない。

【００３４】なお本実施例では、発電部１１および補助
電源１２をガスメータ１に内蔵しているが、例えばこれ
らを別電源ユニットとしてガスメータ１の外面または近
傍に設けても良い。

【００３５】また本実施例では、熱電素子２０に半導体
材料を用いているが、例えばインコネル−コンスタンタ
ン等の金属材料を用いても良い。

【００３６】（実施例２）続いて本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例は前記実施例１の発電部１
１の構成が異なるものである。図４は、本実施例の発電
部１１の構成を示す断面図である。

【００３７】本実施例では、熱電素子２０および燃焼器
２１は前記実施例１と同様である。熱電素子２０の放熱
面２０ｂには、これと熱的に接続するようにすなわち密
着して熱伝導板４５を取り付けている。熱伝導板４５は
アルミニウム等の熱伝導率の高い金属によって構成して
おり、前記放熱面２０ｂの反対面は、ガスメータ筐体２
の内面に取り付けている。すなわち、熱電素子２０の放
熱面２０ｂはガスメータ筐体２と熱的に接続され、ガス
メータ筐体２を介して外気と熱交換するようになってい
る。

【００３８】このように構成することにより、ガスメー
タ筐体２そのものが熱交換手段として動作するものであ
る。従って放熱部の構成が非常にシンプルになるととも
に、防雨対策や外部からの破損対策が容易になる。ま
た、ガスメータ筐体２の大きな表面積を有効に用いるこ
とにより、良好な放熱特性を得ることができるものであ
る。

【００３９】なお本実施例では、熱電素子２０の放熱面
２０ｂとガスメータ筐体２とは熱伝導板４５を介して取
り付けるようにしているが、直接熱電素子２０の放熱面
２０ｂをガスメータ筐体２に取り付けても同様の効果が
得られることはいうまでもない。

【００４０】また本実施例では、熱電素子２０を取り付
けた部分のガスメータ筐体２の外面は平面にしている
が、例えばここに凹凸を設ければさらに放熱特性は向上
する。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、需要家にガ
スを供給するガス配管から分岐された分岐管と、前記分
岐管から取り出したガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃
焼器の発熱により加熱される熱電素子とを有し、前記熱
電素子で発生した起電力を前記ガス配管に接続されるガ
スメータまたはこれと関連する機器類に電源として供給
する構成として、ガスの使用条件や日照状態などの使用
条件によらず安定した電力が得られ、小型で大きな電力
を得ることができる電源装置が実現できるものである。

【００４２】請求項２に記載した発明は、燃焼器は燃焼
用の触媒を有し、分岐管から取り出したガスを触媒燃焼
させる構成として、ガスを火炎燃焼させることなく低温
域で燃焼熱を得ることができるから安全性の確保が容易
となり、また焼安定性が高くガスの微少燃焼が可能とな
るから小型化した電源装置を実現できるものである。

【００４３】請求項３に記載した発明は、ガス配管に接
続されるガス遮断弁および流量計測部をガスメータと一
体に設けた構成として、分岐管などの配管処理および電
源線などの配線処理がガスメータの筐体内ですべて完結
するから外部への配管や配線が不要となり、ガスメータ
の設置性および美観を向上できるものである。

【００４４】請求項４に記載した発明は、熱電素子は放
熱側に熱交換板を有し、ガスメータの筐体外の外気と接
触して熱交換を行なう構成として、請求項３に記載した
電源装置。

【００４５】請求項５に記載した発明は、熱電素子は放
熱側をガスメータの筐体と熱的に接続し、ガスメータの
筐体を介して外気と熱交換を行なう構成として、簡単な
構成で熱電素子の放熱側の冷却効率が向上し、より大き
な発電起電力が得られる電源装置を実現するものであ
る。

【００４６】請求項６に記載した発明は、分岐管はガス
遮断弁より下流のガス配管から分岐した構成として、何
らかの異常でガスメータのガス遮断弁が作動した場合、
分岐管へのガスの供給も遮断でき、燃焼器も動作を停止
でき、安全性にすぐれた電源装置を実現するものであ
る。

【００４７】請求項７に記載した発明は、分岐管は流量
計測部より上流のガス配管から分岐した構成として、流
量計測部での計測ガス量を実際に使用したガス量と一致
させるようにした精度の高い計測ができる電源装置を実
現するものである。

【００４８】請求項８に記載した発明は、熱電素子の起
電力が所定値以下のときにこれをバックアップする補助
電源を有する構成として、一時的に消費電力量が増加し
た場合や故障などで発電が停止した場合でも一定時間の
電力供給を可能とし、被害を最小限に抑えることができ
る電源装置を実現するものである。

【００４９】請求項９に記載した発明は、補助電源は二
次電池で構成して、一時的に大電力を消費して補助電源
の容量が減少しても発電により再度充電されるから、長
期に亘って安定した電力供給が可能となるとともに定常
的な発電量を低く抑えることができる電源装置を実現す
るものである。

【００５０】請求項１０に記載した発明は、補助電源は
コンデンサで構成して、頻繁な充放電に対しての耐久力
があるから電力の消費変動が大きい駆動回路の補助電源
に用いることにより長期に亘って安定した電力供給が可
能な電源装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるガスメータの構成
を示すブロック図

【図２】同、発電部の構造を示す断面図

【図３】同、熱電素子の構造を示す断面図

【図４】本発明の第２の実施例の発電部の構造を示す断
面図

【符号の説明】

１ガスメータ２ガスメータ筐体３ガス流入管４ガス流出管５ガス遮断弁６ガス配管７流量計測部１１発電部１２補助電源１３分岐管２０熱電素子２１燃焼器２２熱交換板３０ノズル３１吸気通路３３触媒３４燃焼室３５排気通路４５熱伝導板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広瀬徹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CC13 CE06 CE09 CF05 CF11 2F073 AA08 AB02 AB12 BB01 BC02 EE13 GG04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】需要家にガスを供給するガス配管から分
岐された分岐管と、前記分岐管から取り出したガスを燃
焼させる燃焼器と、前記燃焼器の発熱により加熱される
熱電素子とを有し、前記熱電素子で発生した起電力を前
記ガス配管に接続されるガスメータまたはこれと関連す
る機器類に電源として供給する電源装置。
【請求項２】燃焼器は燃焼用の触媒を有し、分岐管か
ら取り出したガスを触媒燃焼させる請求項１に記載した
電源装置。
【請求項３】ガス配管に接続されるガス遮断弁および
流量計測部をガスメータと一体に設けた請求項１または
２に記載した電源装置。
【請求項４】熱電素子は放熱側に熱交換板を有し、ガ
スメータの筐体外の外気と接触して熱交換を行なう請求
項３に記載した電源装置。
【請求項５】熱電素子は放熱側をガスメータの筐体と
熱的に接続し、ガスメータの筐体を介して外気と熱交換
を行なう請求項３に記載した電源装置。
【請求項６】分岐管はガス遮断弁より下流のガス配管
から分岐した請求項３から５のいずれか１項に記載した
電源装置。
【請求項７】分岐管は流量計測部より上流のガス配管
から分岐した請求項３から６のいずれか１項に記載した
電源装置。
【請求項８】熱電素子の起電力が所定値以下のときに
これをバックアップする補助電源を有する請求項１から
７のいずれか１項に記載した電源装置。
【請求項９】補助電源は二次電池で構成した請求項８
に記載した電源装置。
【請求項１０】補助電源はコンデンサで構成した請求項
８に記載した電源装置。