JP2022121957A - 流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサを用いずに流体の流量を計測する。【解決手段】流量計であるタービン式流量制御装置１０は、コントローラ４０、特に流量制御部４３を備える。流量制御部４３（差圧導出部）は、タービン３５Ａの角速度ω及びトルクＴとゲート弁３２のゲート弁開度Ｄ２とに基づいて、バイパス流路３１Ａのタービン３５Ａよりも上流側の流体圧力と、タービン３５Ａよりも下流側の流体圧力との実差圧ΔＰを導出する。さらに、流量制御部４３（流量導出部）は、実差圧ΔＰと、メイン流路２１Ａの弁体２２の弁体開度Ｄ１とに基づいて、メイン流路２１Ａを流れる冷温水の実流量Ｑ１を導出する。これにより、メイン流路２１Ａの流量が計測される。従って、この実施形態によれば、圧力センサを用いずに、メイン流路２１Ａの冷温水の流量を計測できる。【選択図】図２

Description

本発明は、流路を流れる流体の流量を計測する流量計に関する。

従来の流量計として、特許文献１に開示されているような流量制御弁が知られている。この流量制御弁は、流体が流れる流路における、弁体の上流側と下流側との差圧と、弁体の開度と、に基づいて、当該流路を流れる流体の流量を計測し、計測した流量をフィードバック値として弁体の開度を調整することで流体の流量を制御する。この流量制御弁では、流路の内壁における弁体の上流側及び下流側の各位置に設けられた２つの圧力センサにより差圧が計測される。なお、差圧は、圧力センサの一種である差圧センサで計測されることもある。

特開２０１９－３９５３４号公報

従来の流量制御弁では、圧力センサが、流路を構成するバルブボディに搭載されるため、圧力センサの設置環境は比較的厳しいことがある。また、圧力センサが故障したときなどを考慮して、圧力センサを用いずに流体の流量を計測する手段を確保しておきたい場合もある。

本発明は、圧力センサを用いずに流体の流量を計測することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る流量計は、メイン流路を形成するメイン管の第１部位に接続される上流端と、前記メイン管の前記第１部位よりも下流の第２部位に接続される下流端とを備え、前記メイン流路をバイパスするバイパス流路を形成するバイパス管と、前記バイパス流路に配置され、前記バイパス流路を流れる流体により回転する回転体と、前記回転体の角速度及びトルクに基づいて、前記バイパス流路の前記回転体よりも上流側の流体圧力と前記回転体よりも下流側の流体圧力との差圧を導出するように構成された差圧導出部と、前記差圧導出部により導出された前記差圧と、前記メイン管の前記第１部位と前記第２部位との間に配置されて前記メイン流路の開口面積を制御するメイン側弁体の開度とに基づいて、前記メイン流路を流れる流体の流量を導出するように構成された流量導出部と、を備える。

前記流量計は、前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、前記差圧導出部は、前記角速度と前記トルクと前記バイパス側弁体の開度とに基づいて前記差圧を導出するように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方に基づいて、前記バイパス流路を流れる流体の流量を導出し、導出した前記メイン流路の前記流量と前記バイパス流路の前記流量とを加算して、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を導出するように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量計は、前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方と、前記バイパス側弁体の開度と、に基づいて、前記バイパス流路を流れる前記流体の流量を導出するように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量計は、前記回転体としてタービンを備え、前記タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う発電機を備える、ようにしてもよい。

前記流量導出部は、前記発電機を駆動して前記タービンのトルクを制御することで前記バイパス流路を流れる流体の流量を制御するように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量計は、前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、
前記流量導出部は、前記発電機を駆動して前記タービンのトルクと、前記バイパス側弁体の開度とを制御することで前記バイパス流路を流れる流体の流量を制御するように構成されている、ように構成されてもよい。

前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方に基づいて、前記バイパス流路を流れる流体の流量を導出し、前記メイン流路の前記流量と前記バイパス流路の前記流量とを加算して、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を導出し、前記総流量をフィードバック値として、少なくとも前記タービンの前記トルクと前記メイン側弁体の開度とを制御することにより、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を制御する、ように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量計は、前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方と、前記バイパス側弁体の開度と、に基づいて、前記バイパス流路を流れる前記流体の流量を導出し、前記総流量をフィードバック値として、前記タービンの前記トルクと前記メイン側弁体の開度と前記バイパス弁体の開度とを制御することにより、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を制御する、ように構成されている、ようにしてもよい。

前記流量計は、前記メイン管をさらに備える、ようにしてもよい。

前記バイパス管は、前記メイン管と別体に設けられ、前記メイン管と接続可能な形状に構成されている、ようにしてもよい。

本発明によれば、圧力センサを用いずに流体の流量を計測できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流量計を適用したタービン式流量制御装置を用いた空調制御システムの構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る流量計を適用したタービン式流量制御装置を模式的に示した構成図である。 図３は、図２のタービン式流量制御装置における発電機の要部を抜き出して示した斜視図である。 図４は、図２のタービン式流量制御装置の要部のブロック図である。 図５は、第１実施形態の変形例に係るタービン式流量制御装置の要部のブロック図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るタービン式流量制御装置を模式的に示した構成図である。 図７は、図６のタービン式流量制御装置の要部のブロック図である。 図８は、第２実施形態の変形例に係るタービン式流量制御装置の要部のブロック図である。

以下、本発明に係る流量計をタービン式流量制御装置に適用した実施形態及びその変形例について、図面を参照して説明する。下記の実施形態及びその変形例それぞれで、同じ、類似、又は、対応する部材乃至要素については同じ符号を付し重複説明を省略する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る流量計を適用したタービン式流量制御装置１０は、図１に示すように、部屋Ｒ（制御対象空間）の空調を制御する空調制御システム１に適用されている。以下、空調制御システム１を説明してから、タービン式流量制御装置１０を説明する。

空調制御システム１は、タービン式流量制御装置１０の他、ＦＣＵ（Fan Coil Unit）２と、配管３と、温度センサ４と、空調コントローラ５と、を備える。

ＦＣＵ２は、部屋Ｒに、調和された空気を供給するように構成されており、ファン２Ａと、熱交換器（冷温水コイル）２Ｂとを備えている。ファン２Ａは、部屋Ｒの空気をＦＣＵ２内に取り込み、その後部屋Ｒに吐き出す。他方、熱交換器２Ｂには冷温水を循環させる配管３が接続されている。熱交換器２Ｂは、配管３から流れ込む冷温水と、ファン２Ａにより取り込まれた空気と、で熱交換を行う。冷房時の冷温水は、不図示の室外機等により冷却された冷水であり、暖房時の冷温水は、不図示の室外機等により温められた温水である。冷房時には、冷水と空気との熱交換によりＦＣＵ２から冷たい空気が吐き出される。暖房時には、温水と空気との熱交換によりＦＣＵ２から暖かい空気が吐き出される。

タービン式流量制御装置１０は、配管３の途中に配置されており、配管３内を流れる冷温水の流量をタービン３５Ａ（図２）により制御する（詳細は後述）。

温度センサ４は、部屋Ｒ内に設けられ、部屋Ｒ内の温度を計測する。計測された温度は、空調コントローラ５へ送られる。

空調コントローラ５は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータからなる。空調コントローラ５は、温度センサ４で計測された温度と、部屋Ｒの室温の設定値との偏差を零とする制御出力として、ＦＣＵ２の熱交換器２Ｂへの冷温水の流量設定値Ｑｓｐを演算し、この演算した流量設定値Ｑｓｐをタービン式流量制御装置１０に送る。タービン式流量制御装置１０は、空調コントローラ５からの流量設定値Ｑｓｐに基づいて配管３を流れる冷温水の流量を制御する。空調コントローラ５からの冷温水の流量設定値Ｑｓｐが変化すると、すなわち冷温水の供給先の負荷変動によって冷温水の流量設定値Ｑｓｐが変化すると、タービン式流量制御装置１０は、この変化に追従して、配管３を流れる冷温水の流量を変化させる。

次に、タービン式流量制御装置１０を、図２及び図３を参照して説明する。なお、以下の説明において、タービン式流量制御装置を単に流量制御装置１０とも呼ぶ。

図２に示すように、流量制御装置１０は、メイン管部２０と、バイパス管部３０と、コントローラ４０と、蓄電池５０と、を備える。

メイン管部２０は、メイン管２１と、弁体（メイン側弁体）２２と、弁軸２３と、モータ２４と、弁体開度センサ２５と、を備える。

メイン管２１は、その両端が配管３に接続されることで、配管３の途中に配置される。メイン管２１は、配管３の流路３Ａとともに冷温水の循環路を構成するメイン流路２１Ａを形成する。メイン流路２１Ａは、メイン管２１の中空部であり、配管３の流路３Ａとほぼ同じ断面（流路の中心軸に直交する方向に切った断面。以下、断面について同じ。）を有する。

弁体２２は、メイン流路２１Ａに配置されている。弁体２２は、回転することでメイン流路２１Ａの開口面積を変化させ、これにより、メイン流路２１Ａを流れる冷温水の流量を調整する。弁体２２にはモータ２４により回転する弁軸２３が接続されており、弁体２２は、モータ２４により回転する。弁体開度センサ２５は、弁軸２３の回転位置を検出することで、メイン流路２１Ａの開口面積を規定する弁体２２の開度である弁体開度Ｄ１を検出する。

バイパス管部３０は、バイパス管３１と、ゲート弁（バイパス側弁体）３２と、リニアモータ３３と、ゲート弁開度センサ３４と、発電機３５と、位置センサ３６と、を備える。

バイパス管３１は、メイン管２１に接続され、メイン管２１のメイン流路２１Ａをバイパスするバイパス流路３１Ａを形成している。バイパス管３１とメイン管２１とは溶接等により接合されており、一体となっている。バイパス管３１の上流端３１Ｍは、メイン管２１の弁体２２よりも上流側の第１部位２１Ｍに接続されている。バイパス管３１の下流端３１Ｎは、メイン管２１の弁体２２よりも下流側の第２部位２１Ｎに接続されている。弁体２２は、メイン管２１の後述の第１部位２１Ｍと第２部位２１Ｎとの間に配置されている。以上のような構成により、配管３の流路３Ａからメイン流路２１Ａを流れる冷温水の一部は、弁体２２よりも上流の位置でバイパス流路３１Ａに流入し、弁体２２よりも下流の位置で再度メイン流路２１Ａに流入する。バイパス流路３１Ａの断面は、メイン流路２１Ａの断面よりも小さい。換言すると、バイパス流路３１Ａは、メイン流路２１Ａよりも細い。

ゲート弁３２は、バイパス流路３１Ａに配置されている。ゲート弁３２は、リニアモータ３３により直線移動することで、バイパス流路３１Ａの開口面積を変化させる。ゲート弁開度センサ３４は、リニアモータ３３の可動子の位置を検出することで、バイパス流路３１Ａの開口面積を規定するゲート弁３２の開度であるゲート弁開度Ｄ２を検出する。なお、ゲート弁３２を直線移動させる機構は、リニアモータ３３に限定されない。この機構は、例えば、モータと、モータの回転を直線移動に変換させる変換機構（例えば、ピニオンギア及びラックギア）とを含んで構成されてもよい。このような場合、ゲート弁開度センサ３４は、例えば、モータにより回転する軸の回転位置を検出することで、ゲート弁開度Ｄ２を検出する。

発電機３５は、バイパス管３１の途中の、ゲート弁３２よりも上流側の位置に配置されている。発電機３５は、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水により発電を行う。発電機３５は、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水により回転するロータであるタービン３５Ａと、タービン３５Ａの外周を囲み、タービン３５Ａの回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行うステータ３５Ｂと、を備える。

図３に示すように、タービン３５Ａは、リング３５ＡＡと、リング３５ＡＡの内側の位置にリング３５ＡＡと一体的に設けられた羽根車３５ＡＢとから構成されている。リング３５ＡＡには、永久磁石が組み込まれている。羽根車３５ＡＢは、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水を受けて、リング３５ＡＡとともに回転する。

ステータ３５Ｂは、円筒状の鉄心と、鉄心に固定子巻線として巻き回された複数のコイルとを備え（図示略）、冷温水を受けて回転するタービン３５Ａの回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。これにより、タービン３５Ａの回転による発電が行われる。

後述のように、発電機３５には、外部から電力Ｅが供給される場合がある。この場合、ステータ３５Ｂの固定子巻線に電流が流れ、発電機３５は、タービン３５Ａのトルクを制御するモータとして機能する。このように発電機３５は、外部からの電気エネルギーをタービン３５Ａの回転エネルギーに変換することも可能である。タービン３５Ａのトルク制御により、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量が制御される。なお、この実施の形態では、冷温水の流量の制御は、タービン３５Ａのトルク制御とゲート弁３２の開度制御とにより行われる。

ステータ３５Ｂには、位置センサ３６が取り付けられている。位置センサ３６は、タービン３５Ａの回転位置Ｒｔを検出する。位置センサ３６としては、例えば、インクリメンタルエンコーダが採用されるが、どのようなセンサが採用されてもよい。位置センサ３６は、タービン３５Ａのリング３５ＡＡに組み込まれた永久磁石の磁極を検出することで、回転位置Ｒｔを検出するセンサであってもよい。

図２に戻り、コントローラ４０は、メイン管部２０のモータ２４と、バイパス管部３０のリニアモータ３３及び発電機３５と、を制御することで、メイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａの冷温水の総流量を制御する。これにより、配管３の流路３Ａを流れる冷温水の流量が制御される。コントローラ４０は、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量を制御する際、ゲート弁３２のゲート弁開度を制御するとともに、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを制御することでバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量を制御する。コントローラ４０は、タービン３５Ａのトルクを制御する際、発電機３５に電気エネルギー（電力Ｅ）を与えて発電機３５を駆動してタービン３５Ａにトルクを与える力行制御と、発電機３５に電気エネルギーを与えずに発電機３５により発電を行わせて電気エネルギーを回収する回生制御と、を行う。コントローラ４０は、バイパス流路３１Ａの流量を増加させるときには、例えば、ゲート弁開度を増加させる制御、及び、タービン３５Ａの角速度を増加させる制御のうちの少なくとも一方を行う。コントローラ４０は、バイパス流路３１Ａの流量を減少させるときには、例えば、ゲート弁開度を減少させる制御、及び、タービン３５Ａの角速度を減少させる制御のうちの少なくとも一方を行う。コントローラ４０は、回収した電気エネルギーにより蓄電池５０を充電する制御も行う。

コントローラ４０は、図４に示すように、データ通信部４１と、システム制御部４２と、流量制御部４３と、発電機制御部４４と、インバータ４５と、電源回路４８と、を備えている。システム制御部４２と流量制御部４３と発電機制御部４４とは、例えば、メモリと、このメモリに記録されたプログラムを実行する１又は複数のプロセッサとを含む各種のコンピュータにより構成される。システム制御部４２と流量制御部４３と発電機制御部４４とは、コンピュータ以外の各種回路により構成されてもよい。

データ通信部４１は、各種の通信モジュールにより構成され、空調コントローラ５と有線通信を行う通信機能を有する。ここでは、データ通信部４１は、空調コントローラ５とデジタルデータで通信するものとする。

システム制御部４２は、タービン式流量制御装置１０のシステム全体を制御する。システム制御部４２は、データ通信部４１を介して空調コントローラ５から各種の設定値等の各種データを受信し、データ通信部４１を介して空調コントローラ５にタービン式流量制御装置１０の内部状態等の各種データを送信する。システム制御部４２は、前記設定値のうちの１つとして、空調コントローラ５からの流量設定値Ｑｓｐを流量制御部４３へ出力する。

流量制御部４３には、システム制御部４２が出力した流量設定値Ｑｓｐと、発電機制御部４４が出力したタービン３５Ａの現在の角速度ωおよびトルクＴ（詳細は後述）と、が入力される。さらに、流量制御部４３には、弁体開度センサ２５が検出した弁体開度Ｄ１と、ゲート弁開度センサ３４が検出したゲート弁開度Ｄ２と、が入力される。流量制御部４３は、入力された上記各データに基づいて、モータ２４、リニアモータ３３、発電機３５等を制御し、メイン流路２１Ａを流れる冷温水とバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の総流量を制御する。

流量制御部４３は、メイン流路２１Ａを流れる冷温水の実流量Ｑ１、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水の実流量Ｑ２を導出する。流量制御部４３は、実流量Ｑ１と実流量Ｑ２とを加算して、メイン流路２１Ａとバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の総実流量Ｑ３を導出する。この例を以下に説明する。なお、「導出」には、計算で導出対象を得ることの他、コントローラ４０に適宜設けられるメモリに格納されたテーブルを参照することで導出対象を得ることも含まれる。計算式又はテーブルの内容は、流体力学の法則、次元解析（バッキンガムのπ定理等）、タービン３５Ａ等の各種部材の仕様、実験等により予め定められる。

ここでの実流量Ｑ１及びＱ２の導出には、無次元化された変数が使用される。この変数は、次元解析により得られる。具体的に、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量Ｑ２と、バイパス流路３１Ａのタービン３５Ａを挟んだ上流側と下流側の間の差圧ΔＰと、タービン３５ＡのトルクＴ及び角速度ωとに注目し、バッキンガムのπ定理により次元解析を行うと、下記の式（１）～（３）が得られる。πｑは無次元流量、πｐは無次元差圧、πｔは無次元トルク、ρは冷温水の密度、ｄはタービン３５Ａの直径を表す。
πｑ＝Ｑ２／（ｄ^３＊ω）・・・（１）
πｐ＝ΔＰ／（ρ＊ｄ^２＊ω^２）・・・（２）
πｔ＝Ｔ／（ρ＊ｄ^５＊ω^２）・・・（３）

実験により、特定ピッチ開度ごとのゲート弁開度Ｄ２において、無次元トルクと無次元流量、又は、無次元トルクと無次元差圧の関係が均等になるように、タービン３５Ａの角速度ωを操作して、バイパス流路３１Ａの流量Ｑ２及び差圧ΔＰと、タービン３５ＡのトルクＴを実際に測定する。特に、流量Ｑ２及び差圧ΔＰについては、各種のセンサにより測定される。その後、測定結果に基づいて、無次元流量πｑ及び無次元差圧πｐを、無次元トルクπｔ及びゲート弁開度Ｄ２の関数として、下記式（４）及び（５）を定義する。
πｑ＝ｆｑ（πｔ，Ｄ２）・・・（４）
πｐ＝ｆｐ（πｔ，Ｄ２）・・・（５）

流量制御部４３は、バイパス流路３１Ａの実流量Ｑ２を導出する際には、まず、角速度ωおよびトルクＴとゲート弁開度Ｄ２とに基づいて、上記式（３）及び（４）から無次元流量πｑを算出する。上記密度ρ及び直径ｄは、固定値として予め用意されてものとする。なお、密度ρについては、不図示のセンサにより検出される冷温水の温度に基づいて導出されてもよい。これらは、他の計算についても同様である。その後、流量制御部４３は、無次元流量πｑと、角速度ωとに基づいて上記式（１）を変形した下記式（６）から実流量Ｑ２を算出する。これら算出に必要な式のデータは例えばメモリに格納されているものとする（他の計算についても同じ）。
Ｑ２＝ｄ^３＊ω＊πｑ・・・（６）

流量制御部４３は、メイン流路２１Ａの実流量Ｑ１を導出する際には、実差圧ΔＰを導出し、導出した実差圧ΔＰに基づいて実流量Ｑ１を導出する。角速度ωおよびトルクＴとゲート弁開度Ｄ２とに基づいて、上記式（３）及び（５）から無次元差圧πｐを算出する。その後、流量制御部４３は、無次元差圧πｐと角速度ωとに基づいて上記式（２）を変形した下記式（７）から実差圧ΔＰを算出する。
ΔＰ＝ρ＊ｄ^２＊ω^２＊πｐ・・・（７）

ここで、バイパス管３１のタービン３５Ａを挟んだ上流側にある上流端３１Ｍ及び下流側にある下流端３１Ｎは、メイン管２１の弁体２２を挟んだ第１部位２１Ｍ及び第２部位２１Ｎにそれぞれ接続されている。このため、バイパス流路３１Ａの両端は、メイン流路２１Ａの弁体２２を挟んだ位置にそれぞれ繋がっている。従って、上記の実差圧ΔＰは、メイン流路２１Ａにおける弁体２２の上流側と下流側との間の冷温水の差圧と同じ又は一定の関係を有する。そして、メイン流路２１Ａの実流量Ｑ１は、差圧ΔＰ及び弁体開度Ｄ１に応じた値となる。そこで、流量制御部４３は、弁体開度Ｄ１と、バイパス流路３１Ａの実差圧ΔＰとに基づいて、メイン流路２１Ａを流れる冷温水の実流量Ｑ１を導出する。

実流量Ｑ１の導出については、例えば、弁体開度Ｄ１と実差圧ΔＰとメイン管２１の容量係数Ｃｖｖとの関係を実験等により求めてテーブル化しておく。流量制御部４３は、弁体開度Ｄ１と実差圧ΔＰとに基づいて前記のテーブルを参照して容量係数Ｃｖｖを取得し、当該容量係数Ｃｖｖに実差圧ΔＰの平方根を乗じた値（Ｃｖｖ＊√ΔＰ）に所定の係数を乗じて実流量Ｑ１を算出する。このような技術は、例えば、「流量計測・制御機能付きバルブの開発」（azbil Technical Review 2009年12月号発行号、４２～４８頁）に開示の技術を利用できる。

さらに、流量制御部４３は、実流量Ｑ１と実流量Ｑ２とを加算してメイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａの総実流量Ｑ３を導出する。

上述のように、実流量Ｑ２は、角速度ω、トルクＴ、及び、ゲート弁開度Ｄ２の各値に依存する。そこで、実験により、バイパス管部３０において、角速度ω及びゲート弁開度Ｄ２を変化させたときのトルクＴ及び実流量Ｑ２を実際に測定し、これらの関係を予め関数又はテーブルで定義し、メモリに格納しておいてもよい。この場合、流量制御部４３は、角速度ωおよびトルクＴとゲート弁開度Ｄ２とに基づいて、前記の関数又はテーブルを参照して、実流量Ｑ２を導出してもよい。同様に、実差圧ΔＰは、角速度ω、トルクＴ、及び、ゲート弁開度Ｄ２の各値に依存する。そこで、実験により、バイパス管部３０において、角速度ω及びゲート弁開度Ｄ２を変化させたときのトルクＴ及び実差圧ΔＰを実際に測定し、これらの関係を予め関数又はテーブルで定義し、メモリに格納しておいてもよい。なお、流量制御時はゲート弁３２を全開に固定してタービン３５Ａによりバイパス流路３１Ａの流量を制御してもよく、この場合には、ゲート弁開度Ｄ２を用いないか、ゲート弁開度を全開の値で固定してもよい。

実流量Ｑ１の導出についても、弁体開度Ｄ１と実差圧ΔＰと実流量Ｑ１との関係を実験等により予め求めて、テーブル及び又は関数式としてメモリに用意しておき、流量制御部４３は、弁体開度Ｄ１と実差圧ΔＰとに基づいてテーブル及び又は関数式を用いて実流量Ｑ１を導出してもよい。

以上のように、コントローラ４０、特に流量制御部４３は、角速度ω及びトルクＴと、ゲート弁開度Ｄ２とに基づいて実差圧ΔＰを導出する差圧導出部として動作し、さらに、各実流量Ｑ１～Ｑ３を導出する流量導出部として動作する。つまり、コントローラ４０、特に流量制御部４３は、差圧導出部及び流量導出部ともいえる。

総実流量Ｑ３の導出後、流量制御部４３は、総実流量Ｑ３をフィードバック値として、総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づけるように、弁体２２の弁体開度、ゲート弁３２のゲート弁開度、及び、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを、流量制御則（ＰＩ制御）により制御する。流量制御部４３は、発電機３５のタービン３５Ａのトルクについては、前記の流量制御則によりトルク設定値Ｔｓｐを導出して発電機制御部４４に出力する。これにより、流量制御部４３は、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを、発電機制御部４４を介して制御する（詳細は後述）。流量制御部４３は、前記の流量制御則による制御を行う際、弁体開度センサ２５からの弁体開度Ｄ１をフィードバック値としてモータ２４を駆動することで弁体２２の弁体開度を制御する。流量制御部４３は、前記の流量制御則による制御を行う際、ゲート弁開度センサ３４からのゲート弁開度Ｄ２をフィードバック値としてリニアモータ３３を駆動することでゲート弁３２のゲート弁開度を制御する。ゲート弁開度及び弁体開度は、全開～中間開度～全閉に変化することで、冷温水の流量を変化させる。実流量Ｑ２は、ゲート弁３２とタービン３５Ａとにより制御されるが、ゲート弁３２の全開時は、タービン３５Ａのみにより制御されてもよい。

発電機制御部４４には、位置センサ３６が検出した発電機３５のタービン３５Ａの回転位置Ｒｔと、インバータ４５が出力する相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉと、が入力される。後述のように、インバータ４５は、発電機制御部４４に制御され、発電機３５のステータ３５Ｂの各固定子巻線にタービン３５Ａのトルクを制御するための電力Ｅを供給する。インバータ４５は、電力Ｅの供給時に発電機３５に入力される相電圧及び相電流の値を相電圧値Ｖ及び相電流値Ｉとして検出して発電機制御部４４に出力する。これに加えて、インバータ４５は、発電機３５が発電時に出力する相電圧及び相電流の値も相電圧値Ｖ及び相電流値Ｉとして検出して発電機制御部４４に出力してもよい。この場合、この実施の形態で説明される相電圧値Ｖ及び相電流値Ｉは、電力Ｅ供給時及び発電時の各相電圧値及び相電流値を含む。

発電機制御部４４は、位置センサ３６が検出する発電機３５のタービン３５Ａの回転位置Ｒｔに基づいて、タービン３５Ａの現在の角速度（回転速度）を角速度ωとして導出する。発電機制御部４４は、相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉに基づいてタービン３５ＡのトルクＴを導出する。発電機制御部４４は、導出したトルクＴをフィードバック値として、トルクＴが、発電機制御部４４からのトルク設定値Ｔｓｐとなるようにトルク制御則（ＰＩ制御）によりインバータ４５を制御する。発電機制御部４４は、角速度ωおよびトルクＴを流量制御部４３へ出力する。

発電機制御部４４は、相電流値Ｉに基づいてタービン３５ＡのトルクＴを導出してもよい。また、発電機制御部４４は、相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉと、角速度ωとに基づいてトルクＴを導出してもよい。また、流量制御部４３は、トルク設定値Ｔｓｐの代わりに前記の流量制御則により角速度設定値ωｓｐを導出し、発電機制御部４４は、角速度ωが角速度設定値ωｓｐとなるようにフィードバック制御（ＰＩ制御）によりインバータ４５を制御してもよい。

インバータ４５は、電源回路４８からの主電力により、かつ、発電機制御部４４による制御のもとで動作し、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを制御するための電力Ｅを発電機３５のステータ３５Ｂの固定子巻線に出力する。これにより、ステータ３５Ｂの固定子巻線に相電流が流れ、タービン３５Ａにトルクが与えられる。インバータ４５は、発電機制御部４４による制御のもと、発電機３５のステータ３５Ｂが、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水により回転するタービン３５Ａの回転エネルギーを電気エネルギーに変換するようにも動作する。これらにようにして動作制御されるタービン３５Ａにより、バイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量が制御され、最終的に、メイン流路２１Ａの冷温水とバイパス流路３１Ａの冷温水の総実流量Ｑ３が空調コントローラ５からの流量設定値Ｑｓｐとなるようにバイパス流路３１Ａの冷温水の流量が制御される。

インバータ４５は、上記の変換で得られる電力を、蓄電池５０に供給し、蓄電池５０を充電するようにも構成されている。また、インバータ４５は、相電流値Ｉ及び相電圧値Ｖを検出して出力する。この相電流値Ｉ及び相電圧値Ｖは、電力供給時に発電機３５に入力される相電流値Ｉ及び相電圧値Ｖの他、上述のように発電時に発電機３５から出力される相電流値Ｉ及び相電圧値Ｖを含んでもよい。

電源回路４８は、商用電源等の外部電源Ｕ１からの電力と、蓄電池５０に蓄積されている蓄電電力とを合わせた電力を、タービン式流量制御装置１０内で使用される電力として分配する。この例では、電源回路４８は、インバータ４５への電力を主電力とし供給し、データ通信部４１、システム制御部４２、流量制御部４３、発電機制御部４４などにも電力を供給する。電源回路４８は、外部電源Ｕ１からの電力よりも蓄電池５０の蓄電電力が優先して消費されるよう、蓄電電力を優先的に分配する。電源回路４８は、蓄電池５０に蓄積されている蓄電電力で不足が生じる場合に、外部電源Ｕ１から供給される電力と合わせた電力を分配する。また、電源回路４８は、蓄電池５０に蓄えられた電力を商用電源に供給せずに電力分配を行う。これにより、蓄電池５０に蓄えられた電力は、流量制御装置１０内で消費される。電源回路４８は、有線で外部電源Ｕ１を接続されている。

以上のように、本実施形態では、コントローラ４０、特に流量制御部４３は、差圧導出部として動作して、タービン３５Ａの角速度ω及びトルクＴとゲート弁３２のゲート弁開度Ｄ２とに基づいて、バイパス流路３１Ａのタービン３５Ａよりも上流側の流体圧力と、タービン３５Ａよりも下流側の流体圧力との実差圧ΔＰを導出する。なお、ゲート弁３２は流量制御装置１０の動作中において常に全開に制御されてもよく、また、ゲート弁３２は必ずしも必要ではないため省略してもよい。この場合、差圧導出部は、ゲート弁開度Ｄ２を用いずに、角速度ω及びトルクＴに基づいて実差圧ΔＰを導出するように構成されてもよい。この場合、上記式（４）及び（５）において、ゲート弁開度Ｄ２を全開の数値としてもよいし、式（４）及び（５）を無次元流量又は無次元差圧と無次元トルクとの関数としてもよい。さらに、コントローラ４０、特に流量制御部４３は、流量導出部として動作して、実差圧ΔＰと、メイン流路２１Ａの弁体２２の弁体開度Ｄ１とに基づいて、メイン流路２１Ａを流れる冷温水の実流量Ｑ１を導出する。これにより、メイン流路２１Ａの流量が計測される。従って、この実施形態によれば、圧力センサを用いずに、メイン流路２１Ａの冷温水の流量を計測できる。なお、実差圧ΔＰの求め方は任意である。

また、コントローラ４０（流量導出部）は、角速度ω及びトルクＴとゲート弁３２のゲート弁開度Ｄ２とに基づいてバイパス流路３１Ａの実流量Ｑ２を導出し、導出した実流量Ｑ１と実流量Ｑ２とを加算して、総実流量Ｑ３を導出する。従って、この構成により、総実流量Ｑ３、換言すると、メイン流路２１Ａに繋がる配管３の流路３Ａを流れる冷温水の流量を、圧力センサを用いずに計測できる。なお、上記のようにゲート弁３２が省略等される場合、コントローラ４０（流量導出部）は、ゲート弁開度Ｄ２を用いずに、角速度ω及びトルクＴに基づいて実流量Ｑ２を導出するように構成されてもよい。また、コントローラ４０（流量導出部）は、実流量Ｑ１と同様にして、実差圧ΔＰとゲート弁開度Ｄ２とのうちの少なくとも前者に基づいて実流量Ｑ２を導出してもよい。コントローラ４０（流量導出部）は、角速度ω及びトルクＴと実差圧ΔＰとに基づいて実流量Ｑ２を導出してもよい。当然、ゲート弁開度Ｄ２がさらに用いられてもよい。

また、上記実施形態では、タービン３５Ａが発電機３５の一部として形成され、タービン３５Ａの回転により発電が行われる。これにより、タービン３５Ａが有効利用される。

さらに、上記実施の形態では、コントローラ４０（流量導出部）が、発電機３５を駆動してタービン３５Ａのトルクを制御することでバイパス流路３１Ａの実流量Ｑ２を制御するので、タービン３５Ａがさらに有効利用される。この実施の形態では、コントローラ４０（流量導出部）が、さらにゲート弁３２の開度も制御しており、これにより、より実流量Ｑ２が好適に制御される。

さらに、コントローラ４０（流量導出部）は、総実流量Ｑ３をフィードバック値として、タービン３５Ａのトルクと、弁体２２の開度と、ゲート弁３２の開度とを制御することにより総実流量Ｑ３を制御する。これにより、流量導出のみならず、流量の制御も可能となっている。なお、上述のように、ゲート弁３２が全開で固定の場合等では、ゲート弁３２の開度は制御されなくてもよい。

流量制御装置１０は、バイパス管３１の他、メイン管２１もさらに備えるので、配管３への接続が容易である。さらに、配管３の途中に従来設けられていた流量制御バルブの代わりに流量制御装置１０を設けることもできる。また、弁体２２の開度を制御する制御バルブを本実施形態の構造に設計変更することで、圧力センサを追加することなく、流量を計測して制御することができる流量制御弁が得られる。

さらに、タービン３５Ａがメイン管２１でなくバイパス管３１に設けられていることで、配管３が太く構成されることに伴ってメイン管２１が太く構成されたとしても、タービン３５Ａ及び発電機３５はそれよりも細いバイパス管３１に設けられているため、メイン管２１に設けられるよりもタービン３５Ａ及び発電機３５の大型化が抑制される。さらに、流量制御装置１０の設置先に応じてメイン管２１の太さを変更する必要があったとしても、バイパス管３１の太さは固定できるため、発電機３５の共通化も図れる。発電機３５の大型化の抑制及び共通化により、流量制御装置１０の小型化、コストの削減が実現できる。

また、本実施形態では、発電機３５により発電され蓄電池５０に蓄電された電力が、商用電源に供給されずつまり売電されずに、流量制御装置１０内で消費されるように流量制御装置１０が構成されている。従って、発電機３５の大型化が抑制されることにより、発電機３５の発電量が必要以上に多くなることも抑制される。これにより、流量制御装置１０に、余剰電力を消費するハードウェア等の大型化が抑制でき、装置の大型化、及び、製造コストの上昇が抑制される。

さらに、本実施形態では、バイパス管３１にタービン３５Ａ等を設けたため、流量制御装置１０の配置先の配管３のサイズ（特に太さ）に応じてメイン管２１のサイズを設計変更する必要があっても、バイパス管３１、タービン３５Ａ等についてはサイズを固定できるので、流量制御装置１０の設計変更に係るコストを削減できる。また、流量制御装置１０の小型化も可能となる。また、バイパス流路３１Ａが細いために、発電時の冷温水の流量も少なくできる。

また、この実施の形態では、バイパス管３１の途中に、バイパス流路３１Ａにはゲート弁３２が設けられている。このゲート弁３２により、バイパス流路３１Ａの開口面積が制御される。さらに、ゲート弁３２を採用したことにより、バイパス管３１の太さはメイン管２１の太さに関係なく、さらにメイン管２１の太さに比較して細いので、初期発電のためにバイパス管３１のゲート弁３２を全開にしても、初期導水時のポンプの圧力低下を削減することができる。

［第１実施形態の変形例］
［変形例１］
コントローラ４０と空調コントローラ５との接続、及び、電源回路４８と外部電源Ｕ１との接続のうちの一方又は両方を無線接続としてもよい。例えば、図５に示すタービン式流量制御装置１１０（以下、単に流量制御装置１１０ともいう）のように、データ通信部４１の代わりに、空調コントローラ５と無線で通信する無線データ通信部１４１が設けられてもよい。無線データ通信部１４１は、アンテナを備え、空調コントローラ５に対して送信するデータを変調し、変調したデータを前記のアンテナから空調コントローラ５に送信する。無線データ通信部１４１は、アンテナを介して空調コントローラ５から受信したデータを復調して、システム制御部４２に出力する。このような構成により、データ通信についてワイヤレス化が実現される。

さらに、図５に示すように、流量制御装置１１０は、外部電源Ｕ１からの電力を無線で受け取るように構成されてもよい。外部電源Ｕ１は無線給電部Ｕ２に接続されている。流量制御装置１１０は、無線受電部１４９を備える。無線給電部Ｕ２及び無線受電部１４９は、電力を無線で供給する各種回路等により構成されている。外部電源Ｕ１からの電力は、無線給電部Ｕ２を介して無線で無線受電部１４９に供給される。無線受電部１４９は、受電した電力を電源回路４８に供給する。このような構成により、電力供給についてワイヤレス化が実現される。電源回路４８は、無線受電部１４９が受電する電力よりも蓄電池５０に蓄えられる電力を優先してインバータ４５及び流量制御部４３等に分配する。これにより、コントローラ４０は、無線受電部１４９が受電する電力よりも蓄電池５０に蓄えられる電力を優先して消費する。これにより、無線で受電する電力を少なくすることができる。

データ通信及び電力供給のいずれもワイヤレス化することで、流量制御装置１１０への配線を全てなくせる。これにより、配線材料及び配線工数の撤廃等のワイヤレス化による環境負荷低減への貢献が期待できる。

［変形例２］
図５に示すように、流量制御装置１１０は、蓄電池５０が蓄える電力の残量を検出する残量計１６０を備えてもよい。流量制御部４３つまりコントローラ４０は、残量計１６０により検出された蓄電池５０の電力の残量に応じて、少なくともタービン３５Ａのトルクと弁体２２の開度とを制御してもよい。例えば、コントローラ４０は、蓄電池５０の電力の残量が第１閾値よりも低ければ、発電機３５に発電を行わせる一方、弁体２２の開度を制御することで、メイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づける。他方、コントローラ４０は、蓄電池５０の電力の残量が第２閾値よりも多ければ、発電機３５に発電を行わせないで、かつ、弁体２２の開度を制御して総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づける。このようにすることで、好適な発電及び流量制御が行われる。なお、コントローラ４０は、蓄電池５０の電力の残量に応じて、さらに、ゲート弁３２の開度を制御してもよい。例えば、コントローラ４０は、発電時に、発電に必要な冷温水の流量を確保するため、ゲート弁３２を全開又は所定の開度以上の開度に固定するように制御をしてもよいし、所定の開度以上の開度でゲート弁３２の開度を変化させて総実流量Ｑ３を制御してもよい。また、コントローラ４０は、発電機３５に発電を行わせないときには、弁体２２とゲート弁３２の各開度を制御して総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づけてもよい。

［第２実施形態］
図６に示すように、第２実施形態に係るタービン式流量制御装置２１０（以下、単に流量制御装置２１０ともいう）は、メイン管部２２０と、バイパス管部２３０と、を備える。流量制御装置２１０は、メイン管部２２０として、従来の流量制御弁又は開度制御弁が組み込まれたものであってもよい。流量制御装置２１０は、バイパス管部２３０を備える一方、メイン管部２２０を備えなくてもよい。この場合、メイン管部２２０として、従来又は既設の流量制御弁又は開度制御弁が使用されてもよい。

メイン管部２２０は、メイン管２１等の各部品２１～２６の他、上記コントローラ４０の一部機能を有するメイン側コントローラ２４０Ａを備える。メイン管２１は、その両端がバイパス管部２３０の後述のバイパス管２３１の両端を介して配管３に接続されることで、配管３の途中に配置される。

バイパス管部２３０は、ゲート弁３２等の各部品３２～３６の他、蓄電池５０を備え、バイパス管３１に代えてバイパス管２３１を備え、さらに、上記コントローラ４０の一部機能を有するバイパス側コントローラ２４０Ｂを備える。

バイパス管２３１は、バイパス流路３１Ａを形成しているバイパス管本体２３１Ｈと、当該バイパス管本体２３１Ｈの両端にそれぞれ接続されている上流端２３１Ｍ及び下流端２３１Ｎと、を備える。上流端２３１Ｍは、上流側の配管３と、メイン管２１の弁体２２よりも上流側の端部である第１部位２１Ｍと、に接続されている。下流端２３１Ｎは、下流側の配管３と、メイン管２１の弁体よりも下流側の端部である第２部位２１Ｎと、に接続されている。このように、バイパス管３１は、メイン管２１と別体に設けられ、かつ、メイン管２１と接続可能な形状に構成されている。なお、ここでの前記各接続は、各管に設けられたフランジをボルト及びナットで締結することにより行われる。これらの接続は、別に設けられた菅継手等によって行われてもよい。上流端２３１Ｍ及び下流端２３１Ｎは、メイン流路２１Ａと配管３の流路３Ａとに接続される流路２３１Ｂ及び２３１Ｃをそれぞれ形成している。流路２３１Ｂ及び２３１Ｃの断面は、メイン流路２１Ａ及び流路３Ａの各断面と一致している。バイパス流路３１Ａは、流路２３１Ｂ及び２３１Ｃを介してメイン管２１のメイン流路２１Ａに接続され、メイン流路２１Ａをバイパスしている。配管３の流路３Ａから流路２３１Ｂに流れた冷温水の一部は、バイパス流路３１Ａに流れる。当該冷温水の残りは、メイン流路２１Ａを流れる。

メイン側コントローラ２４０Ａは、モータ２４を制御することでメイン流路２１Ａを流れる冷温水の流量を制御する。バイパス側コントローラ２４０Ｂは、リニアモータ３３及び発電機３５を制御することでバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の流量を制御する。両コントローラ２４０Ａ及び２４０Ｂは、協働して、メイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａの冷温水の総流量を制御する。バイパス側コントローラ２４０Ｂは、コントローラ４０と同様に、タービン３５Ａのトルク、発電機３５による発電、及び、ゲート弁３２の開度を制御する。以下、バイパス側コントローラ２４０Ｂを先に説明してから、メイン側コントローラ２４０Ａを説明する。

バイパス側コントローラ２４０Ｂは、発電機制御部４４及びインバータ４５の他、データ通信部２４１Ｂ、システム制御部２４２Ｂ、流量制御部２４３Ｂ、及び、電源回路２４８Ｂを備える。これらの説明は、基本的に、第１実施形態のデータ通信部４１、システム制御部４２、流量制御部４３、及び、電源回路４８と同様であるが、以下の点において異なる。

データ通信部２４１Ｂは、空調コントローラ５と通信可能な他、メイン側コントローラ２４０Ａのデータ通信部２４１Ａとも有線で通信可能である。データ通信部２４１Ｂは、弁体２２の弁体開度Ｄ１を受信する。データ通信部２４１Ｂは、弁体開度Ｄ１を、システム制御部２４２Ｂを介して流量制御部２４３Ｂに供給する。システム制御部２４２Ｂは、バイパス管部２３０のシステム全体を制御する。システム制御部２４２Ｂは、データ通信部２４１Ｂを介してバイパス管部２３０の内部状態等の各種データを送信する。

流量制御部２４３Ｂは、流量制御部４３と同様に、メイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａの各実流量Ｑ１及びＱ２、各流路２１Ａ及び３１Ａの総実流量Ｑ３を導出する。ここで、第１実施形態の流量制御部４３は、上述のように、総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づけるように、弁体２２の弁体開度、ゲート弁３２のゲート弁開度、及び、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを制御する。他方、本実施形態では、弁体２２がメイン管部２２０に設けられているため、流量制御部２４３Ｂは、弁体２２の弁体開度を直接制御できない。そこで、流量制御部２４３Ｂは、総実流量Ｑ３を流量設定値Ｑｓｐに近づけるように、ゲート弁３２のゲート弁開度、及び、発電機３５のタービン３５Ａのトルクを制御し、かつ、弁体開度の目標値として弁体開度設定値を導出する。導出された弁体開度設定値は、システム制御部２４２Ｂ及びデータ通信部２４１Ｂを介して、メイン側コントローラ２４０Ａのデータ通信部２４１Ａに供給される。

電源回路２４８Ｂは、商用電源等の外部電源Ｕ１からの電力と、蓄電池５０に蓄積されている蓄電電力とを合わせた電力の一部を、メイン側コントローラ２４０Ａの後述の電源回路２４８Ａに有線により分配する。電源回路２４８Ｂは、第１実施形態の電源回路４８と同様に、外部電源Ｕ１からの電力よりも蓄電池５０の蓄電電力が優先して消費されるよう、蓄電電力を優先的に分配する。

メイン側コントローラ２４０Ａは、データ通信部２４１Ａ、システム制御部２４２Ａ、流量制御部２４３Ａ、及び、電源回路２４８Ａを備える。

データ通信部２４１Ａは、各種の通信モジュールにより構成され、バイパス管部２３０のデータ通信部２４１Ｂと有線通信を行う通信機能を有する。システム制御部２４２Ａは、メイン管部２２０のシステム全体を制御する。システム制御部２４２Ａは、データ通信部２４１Ａ及び２４１Ｂを介して空調コントローラ５から各種の設定値等の各種データを受信し、これらを介してメイン管部２２０の内部状態等の各種データを空調コントローラ５に送信する。データ通信部２４１Ａに供給された上記の弁体開度設定値は、システム制御部２４２Ａを介して流量制御部２４３Ａに供給される。

流量制御部２４３Ａには、弁体開度センサ２５が検出した弁体開度Ｄ１が入力される。流量制御部２４３Ａは、入力された弁体開度Ｄ１を、システム制御部２４２Ａ及びデータ通信部２４１Ａを介してバイパス側コントローラ２４０Ｂに送信する。流量制御部２４３Ａは、入力された弁体開度Ｄ１をフィードバック値として、弁体開度Ｄ１を弁体開度設定値に近づけるように、弁体２２の弁体開度を流量制御則（ＰＩ制御）により制御する。

以上のように、メイン側及びバイパス側のコントローラ２４０Ａ及び２４０Ｂは、協働して、メイン流路２１Ａ及びバイパス流路３１Ａを流れる冷温水の総流量を、空調コントローラ５からの流量設定値Ｑｓｐに近づける制御を行う。また、バイパス側コントローラ２４０Ｂが、タービン３５Ａのトルク及びゲート弁３２の開度を制御するとともに、メイン側コントローラ２４０Ａを介して弁体２２の開度を制御することで、前記総流量を流量設定値Ｑｓｐに近づける制御を行っているともいえる。

以上のように、第２実施形態でも、コントローラ２４０Ｂが上記差圧導出部及び流量導出部として機能して、メイン流路２１Ａの実流量Ｑ１、バイパス流路３１Ａの実流量、及び、両者の総実流量Ｑ３を導出できる。これにより、圧力センサを用いずに、これら流量を計測できる。また、これら流量も制御できる。なお、第１実施形態と同様に、ゲート弁３２及びゲート弁の開度は、不要であってもよい。

また、本実施形態のように、メイン管部２２０とバイパス管部２３０とを別にして組み合わせ可能としたことにより、バイパス管部２３０のみを追加し、既存の流量を計測可能な流量制御弁又は流量を計測できずに外部からの開度の入力により弁体２２の開度を制御する開度制御弁をメイン管部２２０として利用することもできる。このため、低コストで流量制御装置２１０を導入できる。さらに、今までの設備も活用でき、流量制御装置２１０の設置についての開発工数も少なくてすむ。さらに、上記実施形態のように、メイン管部２２０に弁体開度設定値（弁体２２の開度の目標値）を入力して弁体２２の開度を制御する構成により、メイン管部２２０を既存の開度制御弁としてバイパス管部２３０（流量制御装置１０）を導入することができ、既存の開度制御弁を、流量を自立して制御可能な流量制御装置１０にグレードアップすることができる。

［第２実施形態の変形例］
第１実施形態の変形例と同様に、バイパス側コントローラ２４０Ｂと空調コントローラ５との接続、及び、電源回路２４８Ｂと外部電源Ｕ１との接続のうちの一方又は両方を無線接続としてもよい。例えば、図８に示すタービン式流量制御装置３１０（以下、単に流量制御装置１１０ともいう）のように、データ通信部２４１Ｂの代わりに、空調コントローラ５と無線で通信する無線データ通信部１４１と同様の無線データ通信部３４１Ｂが設けられてもよい。さらに、コントローラ２４０Ａのデータ通信部２４１Ａの代わりに、無線データ通信部３４１Ａを設け、無線データ通信部３４１Ａと無線データ通信部３４１Ｂとで無線通信を行ってもよい。このような構成により、データ通信についてワイヤレス化が実現される。

さらに、図８に示すように、流量制御装置３１０は、外部電源Ｕ１からの電力を無線で受け取るように構成されてもよい。外部電源Ｕ１は無線給電部Ｕ２に接続されている。流量制御装置３１０は、無線受電部１４９と同様の無線受電部１４９ＢＡを備える。外部電源Ｕ１からの電力は、無線給電部Ｕ２を介して無線で無線受電部１４９ＢＡに供給される。無線受電部１４９ＢＡは、受電した電力を電源回路２４８Ｂに供給する。このような構成により、電力供給についてワイヤレス化が実現される。さらに、図８に示すように、コントローラ２４０Ａ及び２４０Ｂに、無線給電部１４９ＢＢ及び無線受電部１４９ＡＡをそれぞれ設け、電源回路２４８Ｂから電源回路２４８Ａに供給される電力も無線で送信されてもよい。

上記第１実施形態の変形例２を第２実施形態に適用してもよい。

［第１実施形態、第２実施形態などについての変形例］
上記実施形態の空調コントローラ５は、流量設定値Ｑｓｐをデジタルデータとして出力するが、流量設定値Ｑｓｐを、４－２０ｍＡ又は０－１０Ｖなどのアナログデータの形で出力してもよい。この場合、流量制御装置１０等の側で、適宜、アナログ、デジタル変換がなされる。このような変形例を採用するときは、空調コントローラ５からの指令が、流量設定値Ｑｓｐのみであり、流量制御装置１０等の側のデータ通信部４１等から空調コントローラ５に伝達するデータがなく、通信が有線通信であるとよい。

発電機３５の一部は、バイパス管３１の外部に配置されてもよい。例えば、ステータ３５Ｂは、上記実施形態等ではバイパス管３１の途中に配置されているが、バイパス管３１の外部にバイパス管３１とは別体に配置されてもよい。この場合、発電機３５は、例えば、バイパス管３１内のバイパス流路３１Ａの途中に配置されたタービン３５Ａと、タービン３５Ａの回転をバイパス管３１の外部に伝達する伝達機構と、を備える。さらに、発電機３５は、バイパス管３１の外部に配置され、当該伝達機構により伝達されたタービン３５Ａの回転により回転するロータと、バイパス管３１の外部に配置され、ロータの回転エネルギーを電気エネルギーに変換するステータ３５Ｂとを備えて構成される。

メイン流路２１Ａに設けられたメイン側弁体である弁体２２は、メイン流路２１Ａの開口面積を制御するものであれば、どのような弁体であってもよい。バイパス流路３１Ａに設けられたバイパス側弁体であるゲート弁３２についても、バイパス流路３１Ａの開口面積を制御する他の各種の弁体に変更してもよい。バイパス流路３１Ａの流量を制御する際、ゲート弁３２などの弁体は全開となっていてもよい。ゲート弁３２などの弁体は、全開と全閉とのいずれかの状態を取り、中間開度で止まらないように制御されてもよい。ゲート弁３２等の弁体を省略してもよい。蓄電池５０に蓄えられた電力は、必要に応じて、電源回路４８又は２４８Ｂ等を介して外部電源Ｕ１を構成する商用電源に売電されてもよい。メイン流路の実流量Ｑ１の導出に使用される部材は、タービン３５Ａ以外の回転体であってもよい。例えば、発電を行わない羽根車などが使用されてもよい。角速度ω及びトルクＴは、任意の方法で検出されればよい。コントローラ４０等による流量制御等で使用される上記各制御則は、現代制御則など制御対象を適切に制御できる制御則であればどのような制御則でもよく、ＰＩ制御則に限られない。コスト削減のため、メイン管２１側に圧力センサが設けられない方がよいが、メイン管２１に圧力センサが設けられてもよい。このような場合であっても、圧力センサが壊れた時のため、バイパス管部３０がメイン流路２１Ａの流量を計測するとよい。

本発明は、空調制御システムの流量制御装置に限らず、他のシステムで使用される流量制御装置に適用でき、さらには一般産業機器までにも拡大して適用することができる。本発明は、流量制御装置として使用される流量計以外の各種の流量計に適用できる。流量を計測又は制御する流体も冷温水などの液体に限られるものではなく、ガスなどの気体であっても構わない。

［本発明の範囲］
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。

１…空調制御システム、２…ＦＣＵ、３…配管、３Ａ…流路、５…空調コントローラ、１０，１１０，２１０，３１０…タービン式流量制御装置（流量計）、２０，２２０…メイン管部、２１…メイン管、２１Ａ…メイン流路、２１Ｍ…第１部位、２１Ｎ…第２部位、２２…弁体、２３…弁軸、２４…モータ、２５…弁体開度センサ、３０，２３０…バイパス管部、３１，２３１…バイパス管、３１Ａ…バイパス流路、３１Ｍ，２３１Ｍ…上流端、３１Ｎ，２３１Ｎ…下流端、２３１Ｈ…バイパス管本体、２３１Ｂ，２３１Ｃ…流路、３２…ゲート弁、３３…リニアモータ、３４…ゲート弁開度センサ、３５…発電機、３５Ａ…タービン、３５Ｂ…ステータ、３６…位置センサ、４０…コントローラ、５０…蓄電池、２４０Ａ…メイン側コントローラ、２４０Ｂ…バイパス側コントローラ。

Claims (11)

1. メイン流路を形成するメイン管の第１部位に接続される上流端と、前記メイン管の前記第１部位よりも下流の第２部位に接続される下流端とを備え、前記メイン流路をバイパスするバイパス流路を形成するバイパス管と、
   前記バイパス流路に配置され、前記バイパス流路を流れる流体により回転する回転体と、
   前記回転体の角速度及びトルクに基づいて、前記バイパス流路の前記回転体よりも上流側の流体圧力と前記回転体よりも下流側の流体圧力との差圧を導出するように構成された差圧導出部と、
   前記差圧導出部により導出された前記差圧と、前記メイン管の前記第１部位と前記第２部位との間に配置されて前記メイン流路の開口面積を制御するメイン側弁体の開度とに基づいて、前記メイン流路を流れる流体の流量を導出するように構成された流量導出部と、
   を備える流量計。
2. 前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、
   前記差圧導出部は、前記角速度と前記トルクと前記バイパス側弁体の開度とに基づいて前記差圧を導出するように構成されている、
   請求項１に記載の流量計。
3. 前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方に基づいて、前記バイパス流路を流れる流体の流量を導出し、導出した前記メイン流路の前記流量と前記バイパス流路の前記流量とを加算して、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を導出するように構成されている、
   請求項１又は２に記載の流量計。
4. 前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、
   前記流量導出部は、前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方と、前記バイパス側弁体の開度と、に基づいて、前記バイパス流路を流れる前記流体の流量を導出するように構成されている、
   請求項３に記載の流量計。
5. 前記回転体としてタービンを備え、前記タービンの回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行う発電機を備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の流量計。
6. 前記流量導出部は、前記発電機を駆動して前記タービンのトルクを制御することで前記バイパス流路を流れる流体の流量を制御するように構成されている、
   請求項５に記載の流量計。
7. 前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、
   前記流量導出部は、前記発電機を駆動して前記タービンのトルクと、前記バイパス側弁体の開度とを制御することで前記バイパス流路を流れる流体の流量を制御するように構成されている、
   請求項６に記載の流量計。
8. 前記流量導出部は、
   前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方に基づいて、前記バイパス流路を流れる流体の流量を導出し、
   前記メイン流路の前記流量と前記バイパス流路の前記流量とを加算して、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を導出し、
   前記総流量をフィードバック値として、少なくとも前記タービンの前記トルクと前記メイン側弁体の開度とを制御することにより、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を制御する、ように構成されている、
   請求項６又は７に記載の流量計。
9. 前記バイパス流路の開口面積を制御するバイパス側弁体をさらに備え、
   前記流量導出部は、
   前記差圧導出部により導出された前記差圧と前記角速度及び前記トルクとの少なくともいずれか一方と、前記バイパス側弁体の開度と、に基づいて、前記バイパス流路を流れる前記流体の流量を導出し、
   前記総流量をフィードバック値として、前記タービンの前記トルクと前記メイン側弁体の開度と前記バイパス弁体の開度とを制御することにより、前記メイン流路及び前記バイパス流路を流れる流体の総流量を制御する、ように構成されている、
   請求項８に記載の流量計。
10. 前記メイン管をさらに備える、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の流量計。
11. 前記バイパス管は、前記メイン管と別体に設けられ、前記メイン管と接続可能な形状に構成されている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の流量計。

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