JP5102225B2 - 手動プロセストランスミッタ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、工業プロセス制御システムに用いられるプロセス機器に関する。より具体的には、本発明は、モジュールの、手動発電機を含むプロセストランスミッタに関する。

プロセストランスミッタは、工業プロセスで用いられるプロセス流体の圧力、温度、流量、レベルのような、プロセス変数を監視するために用いられる。例えば、プロセストランスミッタは、化学製品製造業及び石油精製業で広く用いられる。プロセストランスミッタは、典型的には、いろいろなプロセス変数を監視するために複数の場所で工業施設全体に亘って採用される。更に、プロセストランスミッタは、クロス−カントリーパイプラインにおけるような、隔離された野外場所で用いられる。

プロセストランスミッタは、プロセス変数の物理的変化に応じて電気出力を出すセンサを含む。例えば、コンデンサ型圧力変換器或いはピエゾ抵抗型圧力変換器が、プロセス流体の圧力の関数として電気出力を出す。センサの電気出力は、トランスミッタ回路によって処理され、電気出力をプロセス流体の圧力の指示として監視することができる。また、プロセストランスミッタは、電気出力を遠隔的或いは局所的に監視するための電子機器を含む。遠隔的に監視されたトランスミッタは、電気出力を制御ループ又はネットワークに亘って制御室のような中央監視場所まで伝送する電子機器を含む。局所的に監視されたトランスミッタは、プロセストランスミッタの場所に電気出力を示す、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面のような、表示装置を含む。プロセストランスミッタは、典型的には、それらの電力を、中央ループ或いはネットワークを通して或いは工業環境に典型的に見出される配線システムを通して配電された電力を引き出す。他の実施形態では、プロセストランスミッタは、局所及び遠隔監視の両方のための構成部品を含む。

しかしながら、クロス−カントリーパイプライン或いは石油及びガス坑井のような、極端に遠隔な場所に配置されるプロセストランスミッタでは、電力を、制御ループ又は配線システムのいずれかを通して、プロセストランスミッタに直接送出することは、非現実的である。それにもかかわらず、遠隔な場所でのプロセス流体の直接監視を可能にするためにパイプラインに沿って置かれた間欠的プロセストランスミッタを有することが必要である。

電池及び太陽エネルギーが電力を遠隔的に配置されたプロセストランスミッタに送出する伝統的な方法であった。在来のプロセストランスミッタは、制御ループ又は電気配線システムに関連した配線を受け入れるためのターミナルブロックを含む。ターミナルブロックは、プロセストランスミッタのハウジング内に位置決めされ、電気を送出するために用いられる配線を受け入れ且つ固定するための端子を含む。典型的には、端子は、導管の開口部を通してプロセストランスミッタハウジングの外部からアクセスできる。ターミナルブロックは、電力をプロセストランスミッタ電子機器及びセンサに分配するプロセストランスミッタハウジング内部の電気コネクタと接続できる。ターミナルブロックは、モジュール式であり且つプロセストランスミッタから容易に取り外され且つ交換される。また、電池又は太陽電池パネルをターミナルブロックに結合することができる。電池は、最終的には完全に放電されてしまい、従って交換用電池が容易に利用可能ではないようなフィールド環境では信頼できないことがある。また、交換用電池を野外に持ち込むことは、交換用電池が入手可能なときでさえも煩わしい。また、太陽エネルギーは、トランスミッタを動作するための十分な光を発生しない好ましくない気象条件により信頼できないエネルギー源であることがある。

プロセストランスミッタが、センサと、トランスミッタ電子機器と、手動発電機と、を含む。センサは、プロセス変数を測定し且つプロセス変数信号を生じる。トランスミッタ電子機器は、プロセス変数信号を調整する。手動発電機は、電力をセンサ及びトランスミッタ電子機器に供給する。

図１は、パイプライン１２のような、遠隔に位置しているプロセス流体源に設置された手動プロセストランスミッタ１０を示す。プロセストランスミッタ１０は、手動発電機１６を示すためにキャップを取り外して示されている。プロセストランスミッタ１０は、プロセス流体の温度、圧力、流量及びレベルのようなプロセス変数を測定するための感知装置を含む。プロセストランス満った１０は、感知装置の出力を、プロセストランスミッタ１０と一体のディスプレイに、携帯野外通信機デバイスに、又は制御ループと通信するコンピュータ端末に、示すことができるフォーマットに変換する電子機器を含む。感知装置及び電子機器が動作するために、プロセストランスミッタ１０に電力を供給することが必要である。パイプライン１２は、電力が送電線網又は他の係る源から容易に送出できない、プロセストランスミッタ１０の典型的な野外適用を表す。プロセストランスミッタ１０は、外部電力が容易に得られない遠隔場所に配置されるので、プロセストランスミッタ１０には、手動発電機１６が供給される。

図２は、本発明の手動発電機１６を有する手動プロセストランスミッタ１０の一実施形態の分解図を示す。プロセストランスミッタ１０は、キャップ１４と、手動発電機１６と、ハウジング１８と、センサ装置２２と、電子機器２４と、キャップ２６と、コネクタ２８と、を含む。センサ装置２２及び電子機器２４を作動するための必要なエネルギーは、発電機１６によって発生される。発電機１６は、クランクハンドル３０と、永久磁石組立体３２と、ワイヤコイル組立体３４と、を含む。発電機１６は、外部電源との接続を必要としない自納手動発電機である。発電機１６は、ハウジング１８から容易に取り外されて交換されるようにモジュールである。発電機１６は、人間、或いは他の源によって発生された機械力を電力に変換する。本発明のいろいろな実施形態では、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換することができるクランク作用、ポンプ作用或いはペダル作用を用いて手動発電機を操作することができる。一実施形態では、発電機１６は、永久磁石及びワイヤ巻線で構成された直流（ＤＣ）電磁発電機である。

図示した実施形態では、プロセストランスミッタ１０のセンサ装置２２は、圧力センサである。他の実施形態では、プロセストランスミッタ１０は、温度のような、他のプロセス変数を検出するためのセンサを含む。センサ装置２２は、また、プロセストランスミッタ１０を（図１に図示した）パイプライン１２に取付けるための支持体を提供する。センサ装置２２の下側には、プロセス流体と相互作用するための液圧インターフェースが配置される。センサ装置２２は、流体インターフェースを介して検出されるようにプロセス変数の関数である電気出力を出す。センサ装置２２は、ハウジング１８の底部に挿入され且つ電子機器２４と連結される。

電子機器２４は、電子機器２４をセンサ装置２２との通信のために連結するようにハウジング１８に挿入される。また、電子機器２４は、発電機１６がコネクタ２８と接続されるときに電気を電子機器２４に供給することができるようにコネクタ２８と通信する。電子機器２４は、センサ装置２２によって生じた信号を機能的信号に調整するための回路素子を含む。また、一実施形態では、電子機器２４は、センサ装置２２及び電子機器２４によって生じた信号を視覚的に表示するための表示装置３６を含む。表示装置３６は、電子機器２４の正面に配置され、キャップ２６からガラス板３８を通して視える。キャップ２６をハウジング１８にしっかり締め付けることができる。更に、キャップ２６のねじ山は、内側フレームがプロセストランスミッタ１０の外側に達するのを防ぐクエンチングチャネルとして作用する。

一実施形態では、プロセストランスミッタ１０は、発電機１６によって生じたエネルギーを蓄えるためのスーパーコンデンサ４２を含む。好ましい実施形態では、スーパーコンデンサ４２は、発電機１６が完全なモジュール組立体であるように発電機１６に配置される。これは、野外デバイスの更新をより簡単にし、且つまた、電子機器２４の本質的安全品質を保持する。他の実施形態では、スーパーコンデンサ４２を電子機器２４に配置することができる。スーパーコンデンサ４２は、発電機１６によって供給された大量のエネルギーを蓄積し、センサ装置２２及び電子機器２４は、必要に応じてスーパーコンデンサ４２から電流を引き出す。一実施形態では、スーパーコンデンサ４２は、１ファラッド静電容量であり、発電機１６は、約６ワットの電気をスーパーコンデンサ４２に供給する。かくして、エネルギーを発電機１６で生じさせるとき、スーパーコンデンサ４２は、センサ装置２２及び電子機器２４を情報がプロセストランスミッタ１０から得られるように十分長く（例えば、約５分程度まで）作動し続けるのに十分なエネルギーを蓄積する。

発電機１６は、ハウジング１８の内部格納空間４４に挿入され且つコネクタ２８に固定される。コネクタ２８は、発電機１６によって発生された電力を電子機器２４及びセンサ装置２２に供給するためのインターフェースを提供する。コネクタ２８は、プラグ、プロング（ピン）、孔、ソケット、等のような、発電機１６を電子機器２４と連結するためのいかなる適当な手段であってもよい。発電機１６は、ハウジング１８に伝統的に見られるターミナルブロックの代わりにハウジング１８の内部格納空間４４に嵌まるように設計される。コネクタ１８は、プロセストランスミッタ１０が制御ループ或いは電力配線システムから電力を受けることができるようにターミナルブロックに配置された電気コネクタを受けることができる。また、発電機１６は、発電機１６がセンサ装置２２及び電子機器２４にスーパーコンデンサ４２を通して電力を供給することができるようにコネクタ２８と適合する。図１乃至図５に示した実施形態では、ターミナルブロックの代わりに発電機１６を有するプロセストランスミッタ１０を示している。

発電機１６は、ワイヤコイル組立体（又は固定子）３４の内側の永久磁石組立体（又は回転子）３２を回すために用いられる折り畳み式クランクハンドル３０を含む。発電機１６が収容位置にあるとき、クランクハンドル３０は、ハウジング１８の内側に折り畳まれ、キャップ１４は、発電機１６の上に配置され且つハウジング１８に取り付けられる。後方のキャップ１４がハウジング１８の雌ねじ山と結合することができるように発電機１６とハウジング１８の内側との間に隙間が残される。

図３は、キャップ１４が取り外し、手動発電機１６を部分的に切除したプロセストランスミッタ１０の図を示す。発電機１６は、磁気コア組立体３２及びコイル巻線組立体３４を含む。磁気コア組立体３２は、コアハウジング５０と、磁気コア５２と、クランクハンドル３０とを含む。コイル巻線組立体３４は、巻線ハウジング５６及びコイル巻線５８を含む。コイルハウジング５０は、磁気コア５２を示すために部分的に切除されている。巻線ハウジング５６は、コイル巻線５８を示すために部分的に切除されている。

内側格納空間４４は、ターミナルブロックの代わりに発電機１６を受け入れ且つ密閉するために構成される。コイル巻線組立体３２は、後方キャップ１４をハウジング１８の内側のねじ山と結合させる隙間４８を見込んでハウジング１８よりも円周が小さい。磁気コア組立体３２は、ピン連結部５４でコイル巻線組立体３４に回転可能に取り付けられる。クランクハンドル３０は、磁気コアハウジング５０から外に折られ、そして作動可能位置にある。クランクハンドル３０は、磁気コア組立体３２を把持し且つ回すための手段を提供するノブ６０を含む。また、コアハウジング５０は、凹部６２を含み、この凹部６２により、クランクハンドル３０及びノブ６０を収容位置で発電機１６の内側にしまい込ませる。

発電機１６は、ねじのような機械的手段によってハウジング１８に適所に固定される。磁気コア５２は、この技術分野で知られているように電磁発電機用に適した永久磁石である。コイル巻線５８は、この技術分野で知られているようにワイヤストランドの単一巻線又は多巻線で構成される。磁気コア５２を回転させると、磁界がコイル巻線５８に電流を誘発する。一実施形態では、電流は、この技術分野で知られるように、電圧調整器及びトランジスタによって調整される。電流は、スーパーコンデンサ４２に流れ込み、それにより、電流は、電子機器２４、センサ装置２２及び表示装置３６を作動するために蓄電される。

発電機１６は、プロセストランスミッタ１０を作動するためにセンサ装置２２及び電子機器２４に作動するための手段を提供する。かくして、プロセストランスミッタ１０の作動は、電力をスーパーコンデンサ４２に送出するためにキャップ１４を取外し且つクランクハンドル３０を回転させることだけを必要とする；外部電源は不要である。特別な機器は、電力をプロセストランスミッタ１０に供給するために不要である。電池は、プロセストランスミッタ１０を作動するために必ずしも必要ではない。

使用中、オペレータは、遠隔場所でプロセストランスミッタを手動で作動し、次いで、局所ディスプレイに表示され或いは携帯野外通信装置を通してオペレータによってアクセスされた、プロセス測定を記録することができる。変形例として、プロセストランスミッタは、オペレータが手動で無線送信機を作動した後、次いで、送信機は、プロセス測定を遠隔的に位置した制御システムに無線で送信することができるように無線送信機を装備してもよい。

図４は、発電機１６がキャップ１４の開口部を通してアクセスできる手動型プロセストランスミッタ１０の他の実施形態の斜視図を示す。発電機１６は、コイル巻線組立体及びハンドル６８によりコイル巻線組立体の内側で回転できる磁気コア組立体６６で構成される。キャップ１４は、キャップを取外すことなくハンドル６８へのアクセスを可能にするための開口部７０を含む。一実施形態では、環境シールを提供するためにＯ−リングシールのような、バリアがキャップ１４と磁気コイル組立体６６との間に配置される。

図５は、クランクハンドル７２が開口部７４を通って発電機１６と連結される手動型プロセストランスミッタ１０の他の実施形態を示す。開口部７４は、ハウジング１８内に伝統的に配置されるターミナルブロックへの配線のアクセスを提供する。開口部７４は、制御ループの配線或いは電力配線を収容する導管を受け入れるように構成される。クランクハンドル７２は、発電機１６と直接連結されるか或いは歯車列のような機械システムと直接連結されることがある。クランクハンドル７２は、回転され、コンデンサを充電するために電流を供給するコイル巻線に関して磁気コアを回す。

本発明は、好ましい実施形態を参照して記述されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細に変更をなしてもよいことを認識するであろう。

図１は、本発明を用いる遠隔的に配置された手動プロセストランスミッタの部分分解図である。 図２は、図１のプロセストランスミッタの分解図である。 図３は、キャップを取り外し且つ部分的に切除し手動発電機を有するプロセストランスミッタの図である。 図４は、発電機がプロセストランスミッタのキャップの開口部を通してアクセスできる手動プロセストランスミッタの他の実施形態の斜視図である。 図５は、クランクハンドルが導管の開口部を通して発電機に連結されている手動プロセストランスミッタの他の実施形態の斜視図である。

符号の説明

１０ 手動プロセストランスミッタ
１２ パイプライン
１４ キャップ
１６ 手動発電機

Claims (21)

1. プロセストランスミッタであって、
   内部収納空間及び内部電気コネクタを有するハウジングと、
   工業プロセスの圧力、温度、レベル及び流量のグループから選択された工業プロセス変数を測定し且つプロセス変数信号を発生させるためのセンサと、
   プロセス変数信号を調整するために前記内部電気コネクタに接続されかつ前記ハウジングの前記内部収納空間に配置され、測定されたプロセス変数を表すトランスミッタ出力を生成するトランスミッタ電子機器であって、前記トランスミッタ出力を外部制御ループを通じて伝達可能なトランスミッタ電子機器と、
   前記内部電気コネクタを介して電力を前記センサ及びセンサ電子機器に供給するために、前記内部電気コネクタに接続され、かつ前記ハウジングの前記内部収納空間に配置された手動発電機と、
   前記手動発電機を囲うためのケーシングであって、前記手動発電機が前記内部電気コネクタと接続するように、前記ハウジングの前記内部収納空間に収納するために形成されたケーシングと、
   を含むことを特徴とする、上記プロセストランスミッタ。
2. 前記手動発電機は、機械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に記載のプロセストランスミッタ。
3. 前記手動発電機は、ＤＣ発電機であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
4. 前記手動発電機は、電磁発電機であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
5. 前記ハウジングの内部にアクセスするためのキャップを更に含み、
   前記手動発電機は、前記キャップを取外すことによって前記ハウジングの内部でアクセスできることを特徴とする、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
6. 前記手動発電機は、前記ハウジングの中に折り畳める折り畳み式クランクハンドルを含む、ことを特徴とする請求項５に記載のプロセストランスミッタ。
7. 前記ハウジングの内部にアクセスするためのキャップを更に含み、
   前記手動発電機は、前記キャップの開口部を通してアクセスできることを特徴とする、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
8. 前記ハウジングの内部にアクセスするための、前記ハウジングに位置した開口部を更に含み、
   前記手動発電機は、前記開口部を通って前記手動発電機と連絡したクランクハンドルを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
9. 前記手動発電機によって発生されたエネルギーを蓄積するためのスーパーコンデンサを更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
10. 前記トランスミッタ電子機器の出力を表示するための表示装置を更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
11. 内部コンパートメント及びターミナルブロックコネクタを有するトランスミッタハウジングと、
    温度、圧力、流量又はレベルを含むグループから選択されたプロセス変数を測定するためのセンサと、
    機械エネルギー入力を電気エネルギー出力に変換するための手動発電機であって、前記内部コンパートメント内に嵌まり、かつモジュラージェネレータハウジングに囲まれて、前記ターミナルブロックコネクタへの接続を容易にする手動発電機と、
    前記内部コンパートメント内に配置され、かつ、前記ターミナルブロックコネクタ及び前記センサと接続されたトランスミッタ電子機器であって、外部制御ループと通信可能なトランスミッタ電子機器と、
    を含み、
    電気エネルギー出力は、前記センサ及び前記トランスミッタ電子機器に電力を供給することを特徴とするプロセストランスミッタ。
12. 前記手動発電機は、ＤＣ発電機であることを特徴とする請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
13. 前記手動発電機は、電磁発電機であることを特徴とする請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
14. 前記手動発電機によって発生されたエネルギーを蓄積するためのスーパーコンデンサを更に含むことを特徴とする、請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
15. センサの出力を表示するための表示装置を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
16. 内部収納空間と、電力をプロセストランスミッタ電子機器に中継するための内部電気コネクタと、を有するプロセストランスミッタ用発電機組立体であって、
    内部電気コネクタと接続可能であり、機械エネルギー入力を、電気を前記プロセストランスミッタ電子機器に供給するための電気エネルギー出力に変換するための手動発電機と、
    前記手動発電機を収容するためのケーシングと、
    を含み、
    前記手動発電機は、
    磁気コアと、
    前記磁気コアに巻き付いたコイル巻線と、を有し、
    前記ケーシングは、プロセストランスミッタの内部収納空間に収納されるように構成され、前記ケーシングは、
    前記コイル巻線を囲む巻線ハウジングと、
    前記磁気コアを囲み、かつ前記巻線ハウジング内に配置されたコアハウジングと、
    前記コアハウジングに接続されたクランクハンドルと、
    前記巻線ハウジング内で前記コアハウジングに回転可能に取り付けられたピン連結部と、を有する
    ことを特徴とする上記プロセストランスミッタ用発電機組立体。
17. 前記手動発電機は、ＤＣ発電機であることを特徴とする請求項１６に記載のプロセストランスミッタ用発電機組立体。
18. 前記手動発電機は、電磁発電機であることを特徴とする請求項１６に記載のプロセストランスミッタ用発電機組立体。
19. 前記手動発電機は、折り畳み式クランクハンドルを含むことを特徴とする請求項１６に記載のプロセストランスミッタ用発電機組立体。
20. 前記手動発電機によって発生されたエネルギーを蓄積するためのスーパーコンデンサを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のプロセストランスミッタ用発電機組立体。
21. プロセストランスミッタ電子機器の出力を表示するための表示装置を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のプロセストランスミッタ用発電機組立体。

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