JP2020051277A - Physical quantity transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量送信システムに関する。 The present invention relates to a physical quantity transmission system.
ガスタービンの動作中に、ガスタービンの動作に基づいて発生する発生エネルギーを収集して電気エネルギーに変換して、この電気エネルギーを、ガスタービンに関して物理量を測定するセンサに供給することで、外部電源による補助を受けずにセンサを動作させるシステムが知られている（特許文献１参照）。 During operation of the gas turbine, the generated energy generated based on the operation of the gas turbine is collected and converted into electric energy, and the electric energy is supplied to a sensor that measures a physical quantity with respect to the gas turbine, so that an external power supply is provided. There is known a system that operates a sensor without receiving assistance from a user (see Patent Document 1).
特許文献１のシステムは、ガスタービンが動作していない非動作状態において、または、ガスタービンが動作を開始した直後には、ガスタービンの動作に基づいて発生する発生エネルギーが十分に収集できないので、センサが動作できるだけの十分な電気エネルギーを供給することができず、ガスタービンに関する物理量を測定できないという問題があった。また、このため、ガスタービン及びセンサの少なくともいずれか一方が故障していた場合、ガスタービンを動作させることで初めて、センサの動作を動作させることを通じてガスタービンの故障を確認したり、センサが動作しないことに基づきセンサの故障を確認したりできるため、ガスタービンを動作させなければガスタービン及びセンサの少なくともいずれか一方の故障を確認できないという問題があった。 In the system of Patent Document 1, in a non-operating state in which the gas turbine is not operating, or immediately after the gas turbine starts operating, generated energy generated based on the operation of the gas turbine cannot be sufficiently collected. There has been a problem that the sensor cannot supply enough electric energy to operate and cannot measure a physical quantity related to the gas turbine. For this reason, if at least one of the gas turbine and the sensor has failed, the failure of the gas turbine is confirmed by operating the sensor for the first time by operating the gas turbine. Since the failure of the sensor can be confirmed on the basis of the failure, there is a problem that unless the gas turbine is operated, the failure of at least one of the gas turbine and the sensor cannot be confirmed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスタービンに例示される原動機が動作していない非動作状態においても、原動機に関する物理量を測定して送信可能であり、原動機が動作している動作状態には、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換して供給することで、原動機に関する物理量を測定して送信可能である物理量送信システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and even in a non-operation state in which a prime mover exemplified by a gas turbine is not operating, a physical quantity related to the prime mover can be measured and transmitted, and the prime mover operates. It is an object of the present invention to provide a physical quantity transmission system capable of measuring and transmitting a physical quantity related to the prime mover by converting generated energy generated based on the operation of the prime mover into electric energy and supplying the electrical energy to the operating state where the prime mover is operating. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、物理量送信システムは、電気エネルギーを消費して原動機に関して測定した物理量を送信する物理量送信部と、前記原動機が動作状態になることにより発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換可能なエネルギー変換部と、前記エネルギー変換部によって変換された電気エネルギーを蓄積可能であり、蓄積された前記電気エネルギーを供給可能なバッテリ部と、前記原動機が動作状態である場合に前記エネルギー変換部から前記物理量送信部への第１電気経路を形成可能であり、前記原動機が非動作状態である場合に前記バッテリ部から前記物理量送信部への第２電気経路を形成可能な経路形成部と、を有し、前記経路形成部は、前記発生エネルギーの一部を使って、第１電気経路を形成可能である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a physical quantity transmission system includes a physical quantity transmission unit that consumes electric energy and transmits a physical quantity measured with respect to a prime mover, and a generation that occurs when the prime mover enters an operation state. An energy conversion unit capable of converting energy into electric energy, a battery unit capable of storing the electric energy converted by the energy conversion unit and capable of supplying the stored electric energy, and the prime mover in an operating state. A first electrical path from the energy conversion unit to the physical quantity transmission unit, and a second electrical path from the battery unit to the physical quantity transmission unit when the prime mover is inactive. A path forming unit, wherein the path forming unit forms a first electric path by using a part of the generated energy. Possible it is.
この構成によれば、非動作状態においても、バッテリ部の電気エネルギーを使って物理量送信部が原動機の物理量を測定して送信することができ、原動機が動作状態に切り替わったときに、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーの一部を使ってエネルギー変換部から物理量送信部への第１電気経路を形成して、エネルギー変換部が発生エネルギーから変換した電気エネルギーを物理量送信部に供給することで、物理量送信部が原動機の物理量を測定して送信することができる。 According to this configuration, even in the non-operation state, the physical quantity transmission unit can measure and transmit the physical quantity of the prime mover using the electric energy of the battery unit, and when the prime mover is switched to the operation state, the operation of the prime mover Forming a first electric path from the energy conversion unit to the physical quantity transmission unit by using a part of the generated energy generated based on the energy conversion unit, and supplying the physical energy transmission unit with the electric energy converted from the generated energy by the energy conversion unit. Thus, the physical quantity transmitting unit can measure and transmit the physical quantity of the prime mover.
前記経路形成部は、前記発生エネルギーに含まれる力学的エネルギーを使って経路を形成可能な力学的スイッチを少なくとも含み、前記力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、ことが好ましい。この構成によれば、原動機が動作状態に切り替わって発生エネルギーに含まれる力学的エネルギーを十分に発生できるような状態になったことに応じて第１電気経路を形成することができるので、適切に電力の供給経路を切り替えることができる。 The path forming unit includes at least a mechanical switch capable of forming a path using mechanical energy included in the generated energy, and is capable of forming the first electric path using the mechanical energy. Is preferred. According to this configuration, the first electric path can be formed in response to the state in which the prime mover is switched to the operating state and the dynamic energy included in the generated energy can be sufficiently generated. The power supply path can be switched.
発生エネルギーに含まれる力学的エネルギーを使って経路を形成可能な力学的スイッチを含む構成において、前記原動機は、ガスタービンであり、前記力学的スイッチは、前記ガスタービンが動作状態である時のタービンブレードの回転によって発生する力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、ことが好ましい。この構成によれば、原動機であるガスタービンにおけるタービンブレードの回転によって発生する力学的エネルギーが一定以上であるか否かを、ガスタービンが動作状態であるか非動作状態であるかの判断基準として力学的スイッチを切り替えることができるので、より適切に電力の供給経路を切り替えることができる。 In a configuration including a mechanical switch capable of forming a path using mechanical energy included in generated energy, the prime mover is a gas turbine, and the mechanical switch is a turbine when the gas turbine is in an operating state. Preferably, the first electrical path can be formed using mechanical energy generated by rotation of the blade. According to this configuration, whether the mechanical energy generated by the rotation of the turbine blades in the gas turbine serving as the prime mover is equal to or higher than a certain value is determined as a criterion for determining whether the gas turbine is operating or not operating. Since the mechanical switch can be switched, the power supply path can be switched more appropriately.
あるいは、最初に記載した構成において、前記経路形成部は、前記発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを使って経路を形成可能な熱力学的スイッチを少なくとも含み、前記熱力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、ことが好ましい。この構成によれば、原動機が動作状態に切り替わって発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを十分に発生できるような状態になったことに応じて第１電気経路を形成することができるので、適切に電力の供給経路を切り替えることができる。 Alternatively, in the configuration described first, the path forming unit includes at least a thermodynamic switch capable of forming a path using thermodynamic energy included in the generated energy, and using the thermodynamic energy, Preferably, the first electrical path can be formed. According to this configuration, the first electric path can be formed in response to the state in which the prime mover is switched to the operation state and the thermodynamic energy included in the generated energy can be sufficiently generated. The power supply path can be switched to another.
発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを使って経路を形成可能な熱力学的スイッチを含む構成において、前記熱力学的スイッチは、前記原動機及び前記エネルギー変換部の少なくともいずれか一方から発生する前記熱力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、ことが好ましい。この構成によれば、原動機及びエネルギー変換部の少なくともいずれか一方の温度が一定以上であるか否かを、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかの判断基準として熱力学的スイッチを切り替えることができるので、より適切に電力の供給経路を切り替えることができる。 In a configuration including a thermodynamic switch capable of forming a path by using thermodynamic energy included in generated energy, the thermodynamic switch includes the thermoelectric generator generated by at least one of the prime mover and the energy conversion unit. Preferably, the first electrical path can be formed using mechanical energy. According to this configuration, the thermodynamic switch is used as a criterion for determining whether the temperature of at least one of the prime mover and the energy conversion unit is equal to or higher than a certain value as to whether the prime mover is operating or not operating. Since the switching can be performed, the power supply path can be more appropriately switched.
原動機及びエネルギー変換部の少なくともいずれか一方から発生する熱力学的エネルギーを使って経路を形成可能な熱力学的スイッチを含む構成において、前記熱力学的エネルギーを発生する前記原動機及び前記エネルギー変換部の少なくともいずれか一方と前記熱力学的スイッチとの間に、熱伝導性材料を設けていることが好ましい。この構成によれば、原動機及びエネルギー変換部の少なくともいずれか一方と熱力学的スイッチとの温度差を低減できるので、より正確に、熱力学的スイッチを切り替えることにより、電力の供給経路を切り替えることができる。 In a configuration including a thermodynamic switch capable of forming a path using thermodynamic energy generated from at least one of a prime mover and an energy conversion unit, the motor and the energy conversion unit that generate the thermodynamic energy It is preferable that a heat conductive material is provided between at least one of the thermodynamic switches. According to this configuration, the temperature difference between at least one of the prime mover and the energy conversion unit and the thermodynamic switch can be reduced, so that the power supply path can be switched more accurately by switching the thermodynamic switch. Can be.
これらの構成において、前記原動機は、ガスタービンであり、前記エネルギー変換部は、熱電素子であり、前記熱電素子は、前記ガスタービンが動作状態である時に発生する熱によって高温化したタービンブレードと、前記熱を除去して前記タービンブレードを冷却する冷却空気との間の熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換することが好ましい。この構成によれば、エネルギー変換部である熱電素子により、原動機であるガスタービンの体積をいたずらに増加させることなく、熱勾配エネルギーを効率的に収集して電気エネルギーに変換することができる。 In these configurations, the prime mover is a gas turbine, the energy conversion unit is a thermoelectric element, and the thermoelectric element is a turbine blade heated by heat generated when the gas turbine is in operation, Preferably, a thermal gradient energy between cooling air for cooling the turbine blade by removing the heat is converted into electric energy. According to this configuration, the thermal gradient energy can be efficiently collected and converted into electric energy by the thermoelectric element that is the energy conversion unit without unnecessarily increasing the volume of the gas turbine that is the prime mover.
また、これらの構成において、前記物理量送信部は、前記原動機が非動作状態である場合に電気エネルギーの消費を抑制する省電力モードに切り替え可能である、ことが好ましい。この構成によれば、原動機が非動作状態である時に、バッテリ部に蓄積された電気エネルギーを浪費することを低減することができる。 Further, in these configurations, it is preferable that the physical quantity transmission unit can switch to a power saving mode in which consumption of electric energy is suppressed when the prime mover is in a non-operation state. According to this configuration, it is possible to reduce waste of the electric energy stored in the battery unit when the prime mover is in a non-operation state.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the embodiment. In addition, components in the embodiments include components that can be easily replaced by those skilled in the art, or components that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be appropriately combined.
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る物理量送信システム１０の制御ブロック図である。図１では、原動機が動作していない非動作状態である時の物理量送信システム１０の状態が上側に、原動機が動作している動作状態である時の物理量送信システム１０の状態が下側に、それぞれ示されている。図２は、図１の物理量送信システム１０の具体的な構成を示す断面図である。図３は、図２の物理量送信システム１０の具体的な構成における要部を示す説明図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a control block diagram of a physical
物理量送信システム１０は、図１、図２及び図３に示すように、物理量送信部１２と、エネルギー変換部１５と、バッテリ部１６と、経路形成部１７と、を有する。経路形成部１７は、電気配線１８と、加速度スイッチ１９と、を有する。物理量送信システム１０は、原動機に取り付けられて用いられる。物理量送信システム１０は、本実施形態では、具体的には、図２に示すように、原動機の一例であるガスタービン２０に取り付けられて用いられるが、本発明はこれに限定されず、ボイラ等に例示されるその他のいかなる種類の原動機にも好適に用いることができる。物理量送信システム１０は、本実施形態では、より詳細には、図３に示すように、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられて用いられる。
The physical
物理量送信システム１０が取り付けられて用いられるガスタービン２０は、図２に示すように、圧縮機２２と、燃焼器２４と、複数のタービンブレード２７が設けられたタービン２６と、出力軸２８と、を有する。圧縮機２２は、供給された気体を連続的に圧縮する。燃焼器２４は、圧縮機２２で圧縮した気体を燃焼して高温高圧にする。タービン２６は、タービンブレード２７を回転させることで、圧縮機２２及び燃焼器２４で高温高圧にした気体を膨張させて、加えた熱力学的エネルギーから動力または推力等を取り出すものであり、本実施形態では、出力軸２８周りの回転エネルギーを取り出す。
As shown in FIG. 2, the
物理量送信部１２は、電気エネルギーを消費して原動機に関して測定した物理量を送信する。例えば、物理量送信部１２は、原動機に取り付けられる。物理量送信部１２は、本実施形態では、図２及び図３に示すように、原動機の一例であるガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられ、このガスタービン２０に関する物理量を測定して送信するものであるが、本発明はこれに限定されない。物理量送信部１２は、図３に示すように、測定器１３と、送信機１４とを有する。
The physical
物理量送信部１２の測定器１３は、原動機の所定の複数の箇所に取り付けられ、この取り付けられた複数の箇所における物理量を測定するものであり、歪みを測定する歪みゲージ、及び、温度を測定する熱電対、等が例示される。物理量送信部１２の測定器１３は、本実施形態では、図３に示すように、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７の翼面２７ａに取り付けられているが、本発明はこれに限定されない。
The measuring
物理量送信部１２の送信機１４は、測定器１３が測定した物理量の情報を地上に設置されたサーバに対して無線で情報通信を行うものであり、情報通信インターフェースが例示される。物理量送信部１２の送信機１４は、本実施形態では、図３に示すように、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７の翼根の窪み部２７ｂに取り付けられているが、本発明はこれに限定されない。
The
エネルギー変換部１５は、原動機が動作状態になることにより発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換可能である。ここで、発生エネルギーは、力学的エネルギー、熱力学的エネルギー、磁力学的エネルギー、が例示される。エネルギー変換部１５は、例えば、原動機に取り付けられ、動作状態の原動機における振動エネルギー及び応力エネルギー等の機械的エネルギーである歪みエネルギーを電気エネルギーに変換する圧電素子デバイス、並びに、動作状態の原動機における熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換するペルチェ素子等の熱電素子デバイス、等が例示される。エネルギー変換部１５は、本実施形態では、図３に示すように、原動機の一例であるガスタービン２０におけるタービンブレード２７の翼根の窪み部２７ｂに取り付けられており、このガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を供給する形態であるが、本発明はこれに限定されない。
The
バッテリ部１６は、エネルギー変換部１５によって変換された電気エネルギーを蓄積可能であり、蓄積された電気エネルギーを供給可能である。バッテリ部１６は、例えば、電気エネルギーの蓄積及び供給が可能な充電式の電力供給媒体であり、大容量の充電式電池が挙げられる。バッテリ部１６は、また、エネルギー変換部１５の出力の変動の激しい電力の供給を平滑化することができる。バッテリ部１６は、図２に示すように、本実施形態では、タービン２６の端部の出力軸２８上の位置（図２では、出力軸２８の出力方向と反対側）に取り付けられているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガスタービン２０の外部からの無線給電機構を用いることができる。
The
経路形成部１７は、原動機が動作状態である場合にエネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成可能であり、原動機が非動作状態である場合にバッテリ部１６から物理量送信部１２への第２電気経路１８ｂを形成可能である。経路形成部１７は、さらに、原動機が動作状態になることにより発生する発生エネルギーの一部を使って、エネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成可能である。上述のように、経路形成部１７は、例えば、電気配線１８と、加速度スイッチ１９と、を備える。
The
電気配線１８は、物理量送信部１２、エネルギー変換部１５及びバッテリ部１６を互いに電気的に接続するものであり、エネルギー変換部１５から物理量送信部１２及びバッテリ部１６に供給される電力、並びに、バッテリ部１６から物理量送信部１２に供給される電力を、伝達及び運搬する。
The
加速度スイッチ１９は、本発明に係る物理量送信システム１０に含まれる力学的スイッチの具体的な一例であり、図１に示すように、電気配線１８において、エネルギー変換部１５と物理量送信部１２との間、及び、エネルギー変換部１５とバッテリ部１６との間において、電気配線１８が電気的に接続された接続状態と接続されていない非接続状態との間を切り替えるものである。
The
加速度スイッチ１９は、原動機であるガスタービン２０が非動作状態である時には、原動機であるガスタービン２０における所定の部位の加速度が所定の閾値以下になることに伴い、図１の上側に示すように、非接続状態に切り替わり、エネルギー変換部１５を電気配線１８から切り離した状態とし、第２電気経路１８ｂによりバッテリ部１６から物理量送信部１２に電力を供給する状態を形成する。
When the
一方、加速度スイッチ１９は、原動機であるガスタービン２０が動作状態である時には、原動機であるガスタービン２０における所定の部位の加速度が所定の閾値より大きくなることに伴い、図１の下側に示すように、接続状態に切り替わり、第１電気経路１８ａによりエネルギー変換部１５から物理量送信部１２に電力を供給する状態を形成するとともに、第３電気経路１８ｃによりエネルギー変換部１５からバッテリ部１６に電力を供給する状態を形成する。
On the other hand, when the
図４は、図２の物理量送信システム１０における加速度スイッチ１９の具体的な構成例を示す図である。加速度スイッチ１９は、図４に示すように、プラス配線３１と、マイナス配線３２とを有し、プラス配線３１側で、加速度に伴う力に応じて、接続状態と非接続状態との間を切り替えるプラスコントロール型のスイッチである。すなわち、加速度スイッチ１９のプラス配線３１は、加速度が所定の閾値以下の場合には非接続状態となり、加速度が所定の閾値より大きい場合には接続状態となる一方で、加速度スイッチ１９のマイナス配線３２は、常時接続状態となっている。
FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration example of the
加速度スイッチ１９のプラス配線３１は、図４に示すように、インプット側に、ヒンジ３４と、錘３５と、弾性体３６と、を有し、アウトプット側に接点３７を有する。加速度スイッチ１９のプラス配線３１は、ヒンジ３４より先端側の部分が、加速度に伴う力と、弾性体３６の復元力と、錘３５の重力と、の３種類の力を受ける。プラス配線３１のヒンジ３４より先端側の部分は、加速度に伴う力を、常に図４における上向きに受ける。プラス配線３１のヒンジ３４より先端側の部分は、弾性体３６の復元力を、常に図４における下向きに受ける。プラス配線３１のヒンジ３４より先端側の部分は、錘３５の重力を、ガスタービン２０の回転に伴って異なる方向に受ける。
As shown in FIG. 4, the
プラス配線３１のヒンジ３４より先端側の部分は、加速度が所定の閾値以下の場合には、図４の下向きの弾性体３６の復元力が、図４の上向きの加速度に伴う力以下となるため、アウトプット側の接点３７よりも図４における下側方向に離れた位置で釣り合いの状態となり、非接続状態となる。
When the acceleration is equal to or less than a predetermined threshold value, the restoring force of the downward
一方で、プラス配線３１のヒンジ３４より先端側の部分は、加速度が所定の閾値より大きい場合には、図４の上向きの加速度に伴う力が、図４の下向きの弾性体３６の復元力よりも大きくなるため、アウトプット側の接点３７と接触した位置で釣り合いの状態となり、接続状態となる。
On the other hand, when the acceleration is greater than a predetermined threshold, the force of the
なお、錘３５は、遠心力に伴う力を増幅させるために設けられている。図４の上向きの加速度に伴う力と図４の下向きの弾性体３６の復元力とのそれぞれの大きさが近い場合には、ガスタービン２０の回転に伴って錘３５の重力の方向が変わることによって、接続状態と非接続状態とが切り替わる場合があるが、弾性体３６に一定以上押し込むと復元力が減少する性質を有する座屈ばねを用いることで、この切り替わりを防止することができる。
The
加速度スイッチ１９に作用する加速度に伴う力は、本実施形態では、タービンブレード２７の回転によって生じる遠心力が例示されるが、本発明はこれに限定されない。
In the present embodiment, the centrifugal force generated by the rotation of the
加速度スイッチ１９は、錘３５の質量及び弾性体３６の弾性定数を適宜調整することで、接続状態と非接続状態とを切り替える加速度の所定の閾値を、原動機であるガスタービン２０の仕様等に合わせて好適に設定することができる。加速度スイッチ１９は、この加速度の所定の閾値を、原動機であるガスタービン２０の定常動作時に加速度スイッチ１９の設置位置で発生する加速度の値より少し小さな値とすることが好ましく、この場合、接続状態となるときにエネルギー変換部１５が十分な電力を出力していることが期待できる。
The
なお、加速度スイッチ１９は、本実施形態では、プラス配線３１において、インプット側のヒンジ３４より先端側の部分とアウトプット側の接点３７との接触によって接続状態を形成する形態であるが、本発明はこれに限定されず、例えば、接触するいずれか一方を雌型の金属板とし、他方を雄型の金属板として、雌型の金属板が雄型の金属板を挟み込む状態を形成することで接続状態を形成する形態であってもよい。加速度スイッチ１９は、このような雌型の金属板と雄型の金属板との形態を採用する場合、加速度に伴う力が不安定である場合でも、接続状態と非接続状態との切り替わりを安定化させることができる。
In the present embodiment, the
第１の実施形態に係る物理量送信システム１０の動作について説明する。物理量送信システム１０において、加速度スイッチ１９は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である場合、加速度スイッチ１９を接続状態にするのに十分な加速度に伴う力、すなわち十分なタービンブレード２７の遠心力が発生していることにより、接続状態となる。これにより、物理量送信システム１０において、エネルギー変換部１５は、物理量送信部１２及びバッテリ部１６と電気配線１８で電気的に接続された状態となる。そして、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを十分に収集することができるので、この収集した発生エネルギーを電気エネルギーに変換して、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給する状態となる。
An operation of the physical
一方で、物理量送信システム１０において、加速度スイッチ１９は、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態である場合、加速度スイッチ１９を接続状態にするのに十分な加速度に伴う力、すなわち十分なタービンブレード２７の遠心力が発生していないため、非接続状態となる。これにより、物理量送信システム１０において、エネルギー変換部１５は、電気配線１８から切り離された状態となる。ここで、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを十分に収集することができないので、電力を供給することができないが、電気配線１８から切り離されているので、エネルギー変換部１５の種類によっては起きてしまうことのあるバッテリ部１６からの電力の吸収が生じてしまうこともない。そして、バッテリ部１６と物理量送信部１２とのみが電気配線１８で電気的に接続された状態となり、バッテリ部１６は、原動機の動作状態にエネルギー変換部１５から蓄積していた電力を、物理量送信部１２に向けて供給する状態を形成する。
On the other hand, in the physical
このように、物理量送信システム１０は、物理量送信部１２が、原動機の動作状態ではエネルギー変換部１５から電力の供給を受け、原動機の非動作状態ではバッテリ部１６から電力の供給を受けるので、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかに依らず、常時、測定器１３による測定と送信機１４による送信とが可能となる。
As described above, in the physical
物理量送信システム１０は、以上のような構成を有するので、原動機の非動作状態においても、バッテリ部１６の電気エネルギーを使って物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができ、原動機が動作状態に切り替わったときに、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーの一部を使ってエネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成して、エネルギー変換部１５が発生エネルギーから変換した電気エネルギーを物理量送信部１２に供給することで、物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができる。
Since the physical
また、物理量送信システム１０は、経路形成部１７が、発生エネルギーに含まれる力学的エネルギーを使って経路を形成可能な力学的スイッチである加速度スイッチ１９を少なくとも含み、力学的エネルギーを使って、第１電気経路１８ａを形成可能である。このため、物理量送信システム１０は、原動機が動作状態に切り替わって発生エネルギーに含まれる力学的エネルギーを十分に発生できるような状態になったことに応じて第１電気経路１８ａを形成することができるので、適切に電力の供給経路を切り替えることができる。
In addition, the physical
また、物理量送信システム１０は、バッテリ部１６に依存することなく力学的スイッチである加速度スイッチ１９を切り替えることができるため、バッテリ部１６が蓄積している電力が空の状態でも切り替えることができる。また、物理量送信システム１０は、加速度スイッチ１９の切り替えの機構は単純な構造であるため、故障しにくいという効果も期待できる。
In addition, the physical
物理量送信システム１０は、原動機がガスタービン２０であり、力学的スイッチである加速度スイッチ１９がガスタービン２０が動作状態である時のタービンブレード２７の回転によって発生する力学的エネルギーを使って、第１電気経路１８ａを形成可能である。このため、物理量送信システム１０は、原動機であるガスタービン２０におけるタービンブレード２７の回転によって発生する力学的エネルギーが一定以上であるか否かを、ガスタービン２０が動作状態であるか非動作状態であるかの判断基準として加速度スイッチ１９を切り替えることができるので、より適切に電力の供給経路を切り替えることができる。
The physical
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る物理量送信システム４０の制御ブロック図である。図５では、原動機が動作していない非動作状態である時の物理量送信システム４０の状態が上側に、原動機が動作している動作状態である時の物理量送信システム４０の状態が下側に、それぞれ示されている。第２の実施形態に係る物理量送信システム４０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、経路形成部１７に含まれる加速度スイッチ１９を熱力学的スイッチ４２に変更し、エネルギー変換部１５と熱力学的スイッチ４２とを熱的に接続する熱伝導性材料４４を新たに設けたものである。第２の実施形態に係る物理量送信システム４０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
FIG. 5 is a control block diagram of the physical
物理量送信システム４０は、図５に示すように、物理量送信部１２と、エネルギー変換部１５と、バッテリ部１６と、経路形成部１７と、熱伝導性材料４４と、を有する。物理量送信システム４０における経路形成部１７は、物理量送信システム１０における経路形成部１７とは異なり、電気配線１８と、熱力学的スイッチ４２と、を有する。物理量送信システム４０は、物理量送信システム１０と同様に、原動機に取り付けられて用いられる。物理量送信システム４０は、本実施形態では、具体的には、物理量送信システム１０と同様に、原動機の一例であるガスタービン２０に取り付けられて用いられるが、本発明はこれに限定されず、ボイラ等に例示されるその他のいかなる種類の原動機にも好適に用いることができる。物理量送信システム４０は、本実施形態では、より詳細には、物理量送信システム１０と同様に、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられて用いられる。
As shown in FIG. 5, the physical
熱力学的スイッチ４２は、本発明に係る物理量送信システム４０に含まれる熱力学的スイッチの具体的な一例であり、図５に示すように、電気配線１８において、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０の加速度スイッチ１９と同様の位置に設けられ、接続状態と非接続状態との間を切り替えるものである。熱力学的スイッチ４２は、原動機が動作状態になることによって発生する発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを使って第１電気経路１８ａを形成可能である。
The
熱力学的スイッチ４２は、原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方から発生する熱力学的エネルギーを使って第１電気経路１８ａを形成可能であることが好ましい。熱力学的スイッチ４２は、本実施形態では、エネルギー変換部１５から発生する熱力学的エネルギーを使って第１電気経路１８ａを形成可能である形態について説明するが、本発明ではこれに限定されず、原動機から発生する熱力学的エネルギーを使って第１電気経路１８ａを形成可能である形態でもよいし、原動機及びエネルギー変換部１５の両方から発生する熱力学的エネルギーを使って第１電気経路１８ａを形成可能である形態でもよい。熱力学的スイッチ４２は、２種類の線膨張係数が異なる板状の金属を張り合わせて形成されたバイメタル部を有し、このバイメタル部が、その温度に応じて反りを発生させることで、接続状態と非接続状態との間を切り替えるバイメタルスイッチが挙げられる。
It is preferable that the
熱力学的スイッチ４２は、原動機であるガスタービン２０が非動作状態である時には、原動機であるガスタービン２０の動作に応じて動作するエネルギー変換部１５の所定の部位の温度が所定の閾値以下になることに応じて、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度が所定の閾値以下になることに伴い、図５の上側に示すように、非接続状態に切り替わり、エネルギー変換部１５を電気配線１８から切り離した状態とし、バッテリ部１６から物理量送信部１２に電力を供給する状態を形成する。
When the
一方、熱力学的スイッチ４２は、原動機であるガスタービン２０が動作状態である時には、原動機であるガスタービン２０の動作に応じて動作するエネルギー変換部１５の所定の部位の温度が所定の閾値より大きくなることに応じて、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度が所定の閾値より大きくなることに伴い、図５の下側に示すように、接続状態に切り替わり、エネルギー変換部１５から物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給する状態を形成する。
On the other hand, when the
ここで、エネルギー変換部１５の所定の部位の温度は、例えばエネルギー変換部１５が熱電素子デバイスである場合、原動機であるガスタービン２０の動作に応じて発生する熱量または温度に強く依存する。このような場合、熱力学的スイッチ４２は、実質的に、原動機であるガスタービン２０の動作に応じて発生する熱量または温度に応じて、接続状態と非接続状態との間を切り替えるものとなる。
Here, when the
熱力学的スイッチ４２は、バイメタル部の定数、例えば２種類の金属の線膨張係数等の物理量を適宜調整することで、エネルギー変換部１５が十分な電力を出力可能な温度を超えた時に接続状態とすることが好ましい。
The
熱伝導性材料４４は、高い熱伝導性を有する材料で構成され、エネルギー変換部１５と熱力学的スイッチ４２とを熱的に接続するものであり、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度と、原動機であるガスタービン２０の動作に応じて動作するエネルギー変換部１５の所定の部位との温度差を低減できる。このため、熱伝導性材料４４は、エネルギー変換部１５の動作に対する熱力学的スイッチ４２の接続状態と非接続状態との間の切り替えの応答性能を引き上げることができる。
The heat
熱伝導性材料４４は、本実施形態では、エネルギー変換部１５と熱力学的スイッチ４２とを熱的に接続している形態について説明しているが、本発明ではこれに限定されず、原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方と熱力学的スイッチ４２とを熱的に接続している形態でも良い。例えば、熱伝導性材料４４は、原動機と熱力学的スイッチ４２とを熱的に接続する形態である場合、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度と、原動機であるガスタービン２０の所定部部位との温度差を低減でき、原動機であるガスタービン２０の動作に対する熱力学的スイッチ４２の接続状態と非接続状態との間の切り替えの応答性能を引き上げることができる。
In the present embodiment, the heat
第２の実施形態に係る物理量送信システム４０の動作について説明する。物理量送信システム４０において、熱力学的スイッチ４２は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である場合、これに応じて動作するエネルギー変換部１５の所定の部位の温度が所定の閾値より大きくなることに応じて、熱伝導性材料４４を介して、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度が所定の閾値より大きくなることに伴い、接続状態となる。これにより、物理量送信システム４０において、エネルギー変換部１５は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換して、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給する状態となる。
An operation of the physical
一方で、物理量送信システム４０において、熱力学的スイッチ４２は、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態である場合、これに応じて動作するエネルギー変換部１５の所定の部位の温度が所定の閾値以下になることに応じて、熱伝導性材料４４を介して、熱力学的スイッチ４２自身のバイメタル部の温度が所定の閾値以下になることに伴い、非接続状態となる。これにより、物理量送信システム４０において、エネルギー変換部１５は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、バッテリ部１６から電力を吸収してしまうことがない。そして、物理量送信システム４０において、バッテリ部１６は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の動作状態にエネルギー変換部１５から蓄積していた電力を、物理量送信部１２に向けて供給する状態を形成する。
On the other hand, in the physical
このように、物理量送信システム４０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、物理量送信部１２が、原動機の動作状態ではエネルギー変換部１５から電力の供給を受け、原動機の非動作状態ではバッテリ部１６から電力の供給を受けるので、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかに依らず、常時、測定器１３による測定と送信機１４による送信とが可能となる。
As described above, in the physical
物理量送信システム４０は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の非動作状態においても、バッテリ部１６の電気エネルギーを使って物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができ、原動機が動作状態に切り替わったときに、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーの一部を使ってエネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成して、エネルギー変換部１５が発生エネルギーから変換した電気エネルギーを物理量送信部１２に供給することで、物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができる。
Since the physical
また、物理量送信システム４０は、経路形成部１７が、発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを使って経路を形成可能な熱力学的スイッチ４２を少なくとも含み、熱力学的エネルギーを使って、第１電気経路１８ａを形成可能である。このため、物理量送信システム４０は、原動機が動作状態に切り替わって発生エネルギーに含まれる熱力学的エネルギーを十分に発生できるような状態になったことに応じて第１電気経路１８ａを形成することができるので、適切に電力の供給経路を切り替えることができる。
Further, the physical
また、物理量送信システム４０は、熱力学的スイッチ４２が、原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方から発生する熱力学的エネルギーを使って、第１電気経路１８ａを形成可能である。このため、物理量送信システム４０は、原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方の温度が一定以上であるか否かを、原動機であるガスタービン２０が動作状態であるか非動作状態であるかの判断基準として熱力学的スイッチ４２を切り替えることができるので、より適切に電力の供給経路を切り替えることができる。
In the physical
また、物理量送信システム４０は、熱力学的エネルギーを発生する原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方と熱力学的スイッチ４２との間に、熱伝導性材料４４を設けている。このため、物理量送信システム４０は、原動機及びエネルギー変換部１５の少なくともいずれか一方と熱力学的スイッチ４２との温度差を低減できるので、より正確に、熱力学的スイッチ４２を切り替えることにより、電力の供給経路を切り替えることができる。
Further, the physical
また、物理量送信システム４０は、バッテリ部１６に依存することなく熱力学的スイッチ４２を切り替えることができるため、バッテリ部１６が蓄積している電力が空の状態でも切り替えることができる。また、物理量送信システム４０は、熱力学的スイッチ４２の切り替えの機構は単純な構造であるため、故障しにくいという効果も期待できる。
Further, since the physical
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係る物理量送信システム５０の制御ブロック図である。図６では、原動機が動作していない非動作状態である時の物理量送信システム５０の状態が上側に、原動機が動作している動作状態である時の物理量送信システム５０の状態が下側に、それぞれ示されている。第３の実施形態に係る物理量送信システム５０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、経路形成部１７に含まれる加速度スイッチ１９をスイッチ５４に変更し、物理量送信部１２と接地点５２ａとを電気的に接続する電気配線５２をスイッチ５４を介するように新たに設け、さらに、電気配線５２に沿って動作状態検知部５６を新たに設けたものである。第３の実施形態に係る物理量送信システム５０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a control block diagram of the physical
物理量送信システム５０は、図６に示すように、物理量送信部１２と、エネルギー変換部１５と、バッテリ部１６と、経路形成部１７と、を有する。物理量送信システム５０における経路形成部１７は、物理量送信システム１０における経路形成部１７とは異なり、電気配線１８と、電気配線５２と、スイッチ５４と、動作状態検知部５６と、を有する。物理量送信システム５０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機に取り付けられて用いられる。物理量送信システム５０は、本実施形態では、具体的には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の一例であるガスタービン２０に取り付けられて用いられるが、本発明はこれに限定されず、ボイラ等に例示されるその他のいかなる種類の原動機にも好適に用いることができる。物理量送信システム５０は、本実施形態では、より詳細には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられて用いられる。
As shown in FIG. 6, the physical
電気配線５２は、物理量送信部１２と接地点５２ａとを電気的に接続するものであり、物理量送信部１２の所定の部位を接地する。電気配線５２は、電気配線１８のうち、物理量送信部１２とエネルギー変換部１５とを電気的に接続する部分とほぼ平行になるように設けられることが好ましい。
The
スイッチ５４は、第１スイッチ５４ａと、第２スイッチ５４ｂと、非導電性部材５４ｃと、を有し、第１スイッチ５４ａと第２スイッチ５４ｂとが、電気絶縁性を有する材料で構成された非導電性部材５４ｃで物理的に接続されているため、互いに同期して動作するタイプの２回路１接点型（双曲単投型）のスイッチである。このため、スイッチ５４は、第１スイッチ５４ａと第２スイッチ５４ｂとを、共に同時に接続状態に切り替えることができ、また、共に非接続状態に切り替えることができる。
The
第１スイッチ５４ａは、第１の実施形態に係る加速度スイッチ１９と同様の電気配線１８における位置に設けられ、第１の実施形態に係る加速度スイッチ１９と同様の動作をして接続状態と非接続状態とを切り替えるものである。第２スイッチ５４ｂは、電気配線５２において物理量送信部１２と接地点５２ａとの間に設けられており、第１スイッチ５４ａが接続状態に切り替わると同時に接続状態に切り替え、非接続状態に切り替わると同時に非接続状態に切り替えるものである。
The
動作状態検知部５６は、電気配線５２に沿って、物理量送信部１２とスイッチ５４の第２スイッチ５４ｂとの間の位置に設けられており、一定時間ごとに電気配線５２の電圧を検知することで、第２スイッチ５４ｂが接続状態であるか非接続状態であるかをリアルタイムで検知する。動作状態検知部５６は、第２スイッチ５４ｂが第１スイッチ５４ａの接続状態であるか非接続状態であるかと同期しており、第１スイッチ５４ａが原動機であるガスタービン２０の動作状態であるか非動作状態であるかと同期しているので、第２スイッチ５４ｂが接続状態であるか非接続状態であるかをリアルタイムで検知することにより、実質的に、原動機であるガスタービン２０が動作状態であるか非動作状態であるかを検知することができる。動作状態検知部５６は、物理量送信部１２と情報通信可能に電気的に接続されており、検知した第２スイッチ５４ｂの状態の情報を物理量送信部１２に送信する。
The operation
物理量送信部１２は、第３の実施形態では、動作状態検知部５６から、第２スイッチ５４ｂの状態の情報を受信し、この情報に基づいて、第１スイッチ５４ａの状態を監視することを介して、原動機であるガスタービン２０の動作の状態を監視することができる。物理量送信部１２は、第３の実施形態では、動作状態検知部５６からの第２スイッチ５４ｂの状態の情報に基づいて、動作モードを変更することができる。具体的には、物理量送信部１２は、動作状態検知部５６から第２スイッチ５４ｂが接続状態である旨の情報を受信した場合、動作モードを通常モードとして、測定器１３による測定及び送信機１４による通信を通常通り実行する。一方、物理量送信部１２は、動作状態検知部５６から第２スイッチ５４ｂが非接続状態である旨の情報を受信した場合、動作モードを電気エネルギーの消費を抑制する省電力モードとして、測定器１３による測定及び送信機１４による通信の頻度を下げるなど、消費電力を抑えた状態にする。
In the third embodiment, the physical
第３の実施形態に係る物理量送信システム５０の動作について説明する。物理量送信システム５０において、スイッチ５４は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である場合、スイッチ５４の一方の第１スイッチ５４ａを接続状態にするのに十分な加速度に伴う力、すなわち十分なタービンブレード２７の遠心力が発生していることにより、接続状態となり、これに同期して、スイッチ５４の他方の第２スイッチ５４ｂも接続状態となる。これにより、物理量送信システム５０において、エネルギー変換部１５は、物理量送信部１２及びバッテリ部１６と電気配線１８で電気的に接続された状態となる。そして、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを十分に収集することができるので、この収集した発生エネルギーを電気エネルギーに変換して、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給する状態となる。また、物理量送信部１２は、動作状態検知部５６から、第２スイッチ５４ｂが接続状態である旨の情報を受信し、これに基づいて原動機であるガスタービン２０が動作状態である旨を認識し、動作モードを通常モードとして、測定器１３による測定及び送信機１４による通信を通常通り実行する。
An operation of the physical
一方で、物理量送信システム５０において、スイッチ５４は、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態である場合、スイッチ５４の一方の第１スイッチ５４ａを接続状態にするのに十分な加速度に伴う力、すなわち十分なタービンブレード２７の遠心力が発生していないため、非接続状態となり、これに同期して、スイッチ５４の他方の第２スイッチ５４ｂも非接続状態となる。これにより、物理量送信システム５０において、エネルギー変換部１５は、電気配線１８から切り離された状態となる。ここで、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生する発生エネルギーを十分に収集することができないので、電力を供給することができないが、電気配線１８から切り離されているので、エネルギー変換部１５の種類によっては起きてしまうことのあるバッテリ部１６からの電力の吸収が生じてしまうこともない。そして、バッテリ部１６と物理量送信部１２とのみが電気配線１８で電気的に接続された状態となり、バッテリ部１６は、原動機の動作状態にエネルギー変換部１５から蓄積していた電力を、物理量送信部１２に向けて供給する状態を形成する。また、物理量送信部１２は、動作状態検知部５６から、第２スイッチ５４ｂが非接続状態である旨の情報を受信し、これに基づいて原動機であるガスタービン２０が非動作状態である旨を認識し、動作モードを省電力モードとして、測定器１３による測定及び送信機１４による通信の頻度を下げるなど、消費電力を抑えた状態にする。このように、物理量送信システム５０において、物理量送信部１２は、原動機が非動作状態である場合に電気エネルギーの消費を抑制する省電力モードに切り替え可能である。
On the other hand, in the physical
このように、物理量送信システム５０は、物理量送信部１２が、原動機の動作状態ではエネルギー変換部１５から電力の供給を受け、原動機の非動作状態ではバッテリ部１６から電力の供給を受けるので、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかに依らず、常時、測定器１３による測定と送信機１４による送信とが可能となる。また、物理量送信システム５０は、物理量送信部１２が、原動機の動作状態では十分な電力の供給を受けられる状況下で動作モードを通常モードとし、原動機の非動作状態では電力の消費を押さえたい状況下で動作モードを省電力モードとするので、動作効率を向上させることができる。
As described above, in the physical
物理量送信システム５０は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の非動作状態においても、バッテリ部１６の電気エネルギーを使って物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができ、原動機が動作状態に切り替わったときに、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーの一部を使ってエネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成して、エネルギー変換部１５が発生エネルギーから変換した電気エネルギーを物理量送信部１２に供給することで、物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができる。
Since the physical
また、物理量送信システム５０は、バッテリ部１６に依存することなくスイッチ５４の一方の第１スイッチ５４ａを切り替えることができるため、バッテリ部１６が蓄積している電力が空の状態でも切り替えることができる。また、物理量送信システム５０は、スイッチ５４の一方の第１スイッチ５４ａの切り替えの機構は単純な構造であるため、故障しにくいという効果も期待できる。
Further, since the physical
また、物理量送信システム５０は、物理量送信部１２が、原動機が非動作状態である場合に電気エネルギーの消費を抑制する省電力モードに切り替え可能である。具体的には、物理量送信システム５０は、スイッチ５４の他方の第２スイッチ５４ｂが接続状態であるか非接続状態であるかに基づいて、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかを検知する動作状態検知部５６と、をさらに有し、物理量送信部１２が、動作状態検知部５６が原動機が非動作状態であると検知した場合、バッテリ部１６の消費を抑制する省電力モードに切り替えている。このため、物理量送信システム５０は、原動機が非動作状態である時に、バッテリ部１６に蓄積された電気エネルギーを浪費することを低減することができる。
In addition, the physical
なお、第３の実施形態に係る物理量送信システム５０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、加速度スイッチ１９を、加速度スイッチ１９と同様の構成を有する第１スイッチ５４ａ及び第１スイッチ５４ａと同期する第２スイッチ５４ｂとを有する２回路１接点型（双曲単投型）のスイッチ５４に変更しているが、第２の実施形態に係る物理量送信システム４０においても、同様の変更をすることができる。すなわち、第２の実施形態に係る物理量送信システム４０において、熱力学的スイッチ４２を、熱力学的スイッチ４２と同様の構成を有する第１スイッチ及び第１スイッチと同期する第２スイッチとを有する２回路１接点型（双曲単投型）のスイッチに変更しても、第３の実施形態に係る物理量送信システム５０と同様の作用効果が期待できる。
The physical
［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係る物理量送信システム６０の制御ブロック図である。図７では、原動機が動作していない非動作状態である時の物理量送信システム６０の状態が上側に、原動機が動作している動作状態である時の物理量送信システム６０の状態が下側に、それぞれ示されている。第４の実施形態に係る物理量送信システム６０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、加速度スイッチ１９をダイオード６２に変更したものである。第４の実施形態に係る物理量送信システム６０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 7 is a control block diagram of a physical
物理量送信システム６０は、図７に示すように、物理量送信部１２と、エネルギー変換部１５と、バッテリ部１６と、経路形成部１７と、を有する。物理量送信システム６０における経路形成部１７は、物理量送信システム１０における経路形成部１７とは異なり、電気配線１８と、ダイオード６２と、を有する。物理量送信システム６０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機に取り付けられて用いられる。物理量送信システム６０は、本実施形態では、具体的には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の一例であるガスタービン２０に取り付けられて用いられるが、本発明はこれに限定されず、ボイラ等に例示されるその他のいかなる種類の原動機にも好適に用いることができる。物理量送信システム６０は、本実施形態では、より詳細には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられて用いられる。
As shown in FIG. 7, the physical
ダイオード６２は、電気配線１８において、エネルギー変換部１５側にアノード側を向けて、物理量送信部１２及びバッテリ部１６側にカソード側を向けて設けられ、エネルギー変換部１５の側の電圧が物理量送信部１２及びバッテリ部１６の側の電圧と比較して大きいか否かに基づいて、接続状態と非接続状態との間を切り替えるものである。すなわち、ダイオード６２は、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧より大きい場合には、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態であるとして接続状態となり、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧以下である場合には、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態であるとして非接続状態となる。
The
第４の実施形態に係る物理量送信システム６０の動作について説明する。物理量送信システム６０において、ダイオード６２は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である場合、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧より大きくなることにより、ダイオード６２の整流作用によって接続状態となる。これにより、物理量送信システム６０において、エネルギー変換部１５は、物理量送信部１２及びバッテリ部１６と電気配線１８で電気的に接続された状態となる。そして、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生するエネルギーを十分に収集することができるので、この収集したエネルギーを電気エネルギーに変換して、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給する状態となる。
An operation of the physical
一方で、物理量送信システム６０において、ダイオード６２は、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態である場合、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧以下となることにより、ダイオード６２の整流作用によって非接続状態となる。これにより、物理量送信システム６０において、エネルギー変換部１５は、電気配線１８から切り離された状態となる。ここで、エネルギー変換部１５は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である時に発生するエネルギーを十分に収集することができないので、電力を供給することができないが、電気配線１８から切り離されているので、エネルギー変換部１５の種類によっては起きてしまうことのあるバッテリ部１６からの電力の吸収が生じてしまうこともない。そして、バッテリ部１６と物理量送信部１２とのみが電気配線１８で電気的に接続された状態となり、バッテリ部１６は、原動機の動作状態にエネルギー変換部１５から蓄積していた電力を、物理量送信部１２に向けて供給する状態を形成する。
On the other hand, in the physical
このように、物理量送信システム６０は、物理量送信部１２が、原動機の動作状態ではエネルギー変換部１５から電力の供給を受け、原動機の非動作状態ではバッテリ部１６から電力の供給を受けるので、原動機が動作状態であるか非動作状態であるかに依らず、常時、測定器１３による測定と送信機１４による送信とが可能となる。
As described above, in the physical
物理量送信システム６０は、以上のような構成を有するので、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の非動作状態においても、バッテリ部１６の電気エネルギーを使って物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができ、原動機が動作状態に切り替わったときに、原動機の動作に基づいて発生する発生エネルギーの一部を使ってエネルギー変換部１５から物理量送信部１２への第１電気経路１８ａを形成して、エネルギー変換部１５が発生エネルギーから変換した電気エネルギーを物理量送信部１２に供給することで、物理量送信部１２が原動機の物理量を測定して送信することができる。
Since the physical
また、物理量送信システム６０は、バッテリ部１６に依存することなくダイオード６２の整流作用によってダイオード６２を切り替えることができるため、バッテリ部１６が蓄積している電力が空の状態でも切り替えることができる。また、物理量送信システム６０は、ダイオード６２の整流作用によってダイオード６２の切り替えの機構は単純な構造であるため、故障しにくいという効果も期待できる。
Further, since the physical
物理量送信システム６０は、ダイオード６２がスイッチとして機能し、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧より大きい場合には、原動機が動作状態であるとして接続状態となり、エネルギー変換部１５の電圧がバッテリ部１６の電圧以下である場合には、原動機が非動作状態であるとして非接続状態となるものである。このため、物理量送信システム６０は、エネルギー変換部１５の供給する電力エネルギーとバッテリ部１６が蓄積する電力エネルギーとの間の大小関係を、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態であるか非動作状態であるかの判断基準としてスイッチを切り替えることができるので、より適切に電力の供給経路を切り替えることができる。
In the physical
［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係る物理量送信システム７０におけるエネルギー変換部７２の具体的な構成を示す断面図である。第５の実施形態に係る物理量送信システム７０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、エネルギー変換部１５をエネルギー変換部７２に変更したものである。第５の実施形態に係る物理量送信システム７０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a specific configuration of the
物理量送信システム７０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機に取り付けられて用いられる。物理量送信システム７０は、本実施形態では、具体的には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、原動機の一例であるガスタービン２０に取り付けられて用いられるが、本発明はこれに限定されず、ボイラ等に例示されるその他のいかなる種類の原動機にも好適に用いることができる。物理量送信システム７０は、本実施形態では、より詳細には、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様に、図８に示すように、ガスタービン２０におけるタービンブレード２７に取り付けられて用いられる。
The physical
物理量送信システム７０は、図８に示すように、エネルギー変換部７２を有する。また、物理量送信システム７０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０と同様の図８に図示しない物理量送信部１２と、バッテリ部１６と、経路形成部１７と、を有する。経路形成部１７は、電気配線１８と、加速度スイッチ１９と、を有する。
The physical
物理量送信システム７０が取り付けられるタービンブレード２７は、図８に示すように、翼長方向の先端側の部分である翼頂部２７ｃと、翼長方向の基端側の部分である翼根部２７ｄと、を有する。物理量送信システム７０が取り付けられるタービンブレード２７は、さらに、翼頂部２７ｃ側を非開放状態とし、翼根部２７ｄ側を開放状態とし、翼頂部２７ｃ及び翼根部２７ｄの内部を翼長方向に貫くようにくり抜かれた空洞部２７ｅを有する。空洞部２７ｅは、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態にある時に、タービンブレード２７を冷却する冷却空気２９が翼根部２７ｄ側から導入することが可能な冷却流路を形成している。
As shown in FIG. 8, the
物理量送信システム７０が取り付けられるタービンブレード２７は、図８に示すように、さらに、翼根部２７ｄにおいて、表面側から空洞部２７ｅに向けて貫通して設けられた貫通孔２７ｆを有する。物理量送信システム７０のエネルギー変換部７２は、貫通孔２７ｆに差し込まれて、プレート部材７４でエネルギー変換部７２の表面側から翼根部２７ｄに固定されて設けられている。
As shown in FIG. 8, the
エネルギー変換部７２は、熱電素子デバイスであり、翼根部２７ｄの表面側、すなわちプレート部材７４側の温度と、冷却空気２９が導入される空洞部２７ｅ側の温度との差によって形成される熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換する。
The
第５の実施形態に係る物理量送信システム７０の動作について説明する。物理量送信システム７０において、エネルギー変換部７２は、原動機の一例であるガスタービン２０が動作状態である場合、翼根部２７ｄの表面側にあるプレート部材７４側の温度が約４００℃の高温となり、冷却空気２９が導入される空洞部２７ｅ側の温度が約２００℃の比較的低温となることにより、大きな熱勾配エネルギーを収集することができ、この収集した熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換して、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給することができる状態となる。
An operation of the physical
一方、物理量送信システム７０において、エネルギー変換部７２は、原動機の一例であるガスタービン２０が非動作状態である場合、翼根部２７ｄの表面側にあるプレート部材７４側の温度が高温とならず、冷却空気２９が導入されない空洞部２７ｅ側の温度が比較的低温とならないことにより、熱勾配エネルギーを収集することができず、物理量送信部１２及びバッテリ部１６に電力を供給することができない状態となる。
On the other hand, in the physical
物理量送信システム７０は、以上のような構成を有するので、原動機がガスタービン２０であり、エネルギー変換部７２が熱電素子であり、この熱電素子が、ガスタービン２０が動作状態である時に発生する熱によって高温化したタービンブレード２７と、熱を除去してタービンブレード２７を冷却する冷却空気２９との間の熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換している。このため、物理量送信システム７０は、エネルギー変換部７２である熱電素子により、原動機であるガスタービン２０の体積をいたずらに増加させることなく、熱勾配エネルギーを効率的に収集して電気エネルギーに変換することができる。
Since the physical
なお、第５の実施形態に係る物理量送信システム７０は、第１の実施形態に係る物理量送信システム１０において、エネルギー変換部１５をエネルギー変換部７２に変更しているが、第２の実施形態に係る物理量送信システム４０、第３の実施形態に係る物理量送信システム５０、及び、第４の実施形態に係る物理量送信システム６０においても、同様に、エネルギー変換部１５をエネルギー変換部７２に変更した構成も好適に採用することができ、これらの場合についても、第５の実施形態に係る物理量送信システム７０と同様の作用効果が期待できる。
The physical
１０，４０，５０，６０，７０ 物理量送信システム
１２ 物理量送信部
１３ 測定器
１４ 送信機
１５，７２ エネルギー変換部
１６ バッテリ部
１７ 経路形成部
１８ 電気配線
１８ａ 第１電気経路
１８ｂ 第２電気経路
１８ｃ 第３電気経路
１９ 加速度スイッチ
２０ ガスタービン
２２ 圧縮機
２４ 燃焼器
２６ タービン
２７ タービンブレード
２７ａ 翼面
２７ｂ 窪み部
２７ｃ 翼頂部
２７ｄ 翼根部
２７ｅ 空洞部
２７ｆ 貫通孔
２８ 出力軸
２９ 冷却空気
３１ プラス配線
３２ マイナス配線
３４ ヒンジ
３５ 錘
３６ 弾性体
３７ 接点
４２ 熱力学的スイッチ
４４ 熱伝導性材料
５２ 電気配線
５２ａ 接地点
５４ スイッチ
５４ａ 第１スイッチ
５４ｂ 第２スイッチ
５４ｃ 非導電性部材
５６ 動作状態検知部
６２ ダイオード
７４ プレート部材
10, 40, 50, 60, 70 Physical
Claims (8)
前記原動機が動作状態になることにより発生する発生エネルギーを電気エネルギーに変換可能なエネルギー変換部と、
前記エネルギー変換部によって変換された電気エネルギーを蓄積可能であり、蓄積された前記電気エネルギーを供給可能なバッテリ部と、
前記原動機が動作状態である場合に前記エネルギー変換部から前記物理量送信部への第１電気経路を形成可能であり、前記原動機が非動作状態である場合に前記バッテリ部から前記物理量送信部への第２電気経路を形成可能な経路形成部と、を有し、
前記経路形成部は、前記発生エネルギーの一部を使って、第１電気経路を形成可能である、物理量送信システム。 A physical quantity transmitting unit that consumes electric energy and transmits a physical quantity measured for the prime mover,
An energy conversion unit that can convert generated energy generated by the prime mover into an operating state into electric energy,
A battery unit that can store the electric energy converted by the energy conversion unit and can supply the stored electric energy;
A first electric path from the energy conversion unit to the physical quantity transmitting unit can be formed when the prime mover is in an operating state, and a first electric path from the battery unit to the physical quantity transmitting unit can be formed when the prime mover is in a non-operating state. A path forming portion capable of forming a second electric path,
The physical quantity transmitting system, wherein the path forming unit can form a first electric path using a part of the generated energy.
前記力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、
請求項１に記載の物理量送信システム。 The path forming unit includes at least a mechanical switch capable of forming a path using mechanical energy included in the generated energy,
The first electrical path can be formed using the mechanical energy;
The physical quantity transmission system according to claim 1.
前記力学的スイッチは、前記ガスタービンが動作状態である時のタービンブレードの回転によって発生する力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である請求項２に記載の物理量送信システム。 The motor is a gas turbine,
The physical quantity transmission system according to claim 2, wherein the mechanical switch is capable of forming the first electric path using mechanical energy generated by rotation of a turbine blade when the gas turbine is in an operating state.
前記熱力学的エネルギーを使って、前記第１電気経路を形成可能である、
請求項１に記載の物理量送信システム。 The path forming unit includes at least a thermodynamic switch capable of forming a path using thermodynamic energy included in the generated energy,
The first electrical path can be formed using the thermodynamic energy;
The physical quantity transmission system according to claim 1.
請求項４に記載の物理量送信システム。 The thermodynamic switch can form the first electric path using the thermodynamic energy generated from at least one of the prime mover and the energy conversion unit.
The physical quantity transmission system according to claim 4.
前記エネルギー変換部は、熱電素子であり、
前記熱電素子は、前記ガスタービンが動作状態である時に発生する熱によって高温化したタービンブレードと、前記熱を除去して前記タービンブレードを冷却する冷却空気との間の熱勾配エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物理量送信システム。 The motor is a gas turbine,
The energy conversion unit is a thermoelectric element,
The thermoelectric element converts a thermal gradient energy between a turbine blade heated to a high temperature by heat generated when the gas turbine is in an operating state and cooling air that removes the heat and cools the turbine blade into electric energy. The physical quantity transmission system according to any one of claims 1 to 6, wherein conversion is performed.
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の物理量送信システム。 The physical quantity transmission unit can be switched to a power saving mode that suppresses consumption of electric energy when the prime mover is in an inactive state,
The physical quantity transmission system according to any one of claims 1 to 7.
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Citations (4)
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