JP5103860B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置に関する。
プラントに設置されるフィールド機器として、無線を用いたセンサーが使用されている。無線を用いたセンサーによれば、データ転送のための配線が不要なため、配線コストを大幅に削減できることから注目を浴びている。
図４はこのようなセンサーを用いたプラントの構成例を示しており、電池１１を電力源とする無線センサー１は、通信親局１１１２との間で通信を実行し、データを転送する。
特許文献１には、貯蔵された圧縮空気から電力を発生させる電力発生システムが記載されている。
特開２００６−８７２９１号公報
しかし、プラントのように定期修繕の周期が数年間に１度といったような環境下では、次の保守時期までの期間、無線センサーの動作を電池だけで継続させることは困難であり、保守コストが増大する。また、電源のために配線することになると無線を使用するメリットが半減する。このため、電池の交換期間を長くするために、データ収集の周期を長期化し、あるいはデータ収集時以外はスリープモードとするなどの消費電力量を低下させる技術が用いられている。また、消費電力を減らすため、通信相手との距離を極力短くすることも行われている。
このように、電池を電源とする無線センサーでは短い周期でのデータ収集が困難で、消費電力を抑制するための制約も生じる。また、電池が故障した場合や、寿命による電池交換時にデータ収集ができなくなるという問題もある。とくに、センサーの消費電力が大きい場合には、現状では実用的な無線センサーを得ることは困難である。
本発明の目的は、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約がなく、保守コストを低減できる電源装置を提供することにある。
本発明の電源装置は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置において、
発電のための圧縮空気として、プラント内で発電以外の目的で使用される圧縮空気を、フィールド機器に電力を与える発電装置に供給する空気配管と、
前記圧縮空気の圧力を計測する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に応じて前記圧縮空気の前記発電装置への供給を遮断することで、前記圧縮空気の圧力低下を防止する遮断弁と、
を備えることを特徴とする。
前記圧縮空気は、バルブの開度制御のために使用されてもよい。
前記フィールド機器は無線センサーであってもよい。
前記フィールド機器に電力を供給する蓄電池を備え、前記発電装置は前記蓄電池を充電するために用いられてもよい。
前記空気配管と前記発電装置との間に設けられ、前記発電装置に与える気体の圧力を調整する圧力調整手段と、前記フィールド機器の電力使用状況に応じて前記圧力調整手段をフィードバック制御する制御手段と、を備えてもよい。
前記空気配管と前記発電装置との間に設けられ、前記発電装置に与える気体の圧力を調整する圧力調整手段と、前記蓄電池の充電状況に応じて前記圧力調整手段をフィードバック制御する制御手段と、を備えてもよい。
本発明の電源装置によれば、空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行うので、配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約がなく、保守コストを低減できる。
以下、図１〜図３を参照して、本発明による電源装置の一実施形態について説明する。
図１（ａ）は本実施形態の電源装置の構成を示すブロック図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の電源装置は、プラントに設置されたフィールド機器としての無線センサー１に電力を供給するための電池２と、発電装置３と、を備える。無線センサー１、電池２および発電装置３は、共通の筐体１０に収容されている。
無線センサー１は通信親局等との間で通信を実行することにより、センサーで取得したデータを周期的に転送し、転送されたデータが随時収集される。
発電装置３には、プラントに設置されたバルブを駆動するための圧縮空気を供給する空気配管５が接続されている。発電装置３は、この圧縮空気の圧力と大気圧との差を利用して発電する。発電装置３は、電池２への蓄電の供給源、あるいは無線センサー１の電力源として用いられる。また、電池２は無線センサー１の電力源として用いられる。
図１（ａ）に示す電源装置によれば、圧縮空気を電源の供給源とすることで、電池を電源とすることが現実的でない消費電力が大きなセンサーを無線化することができる。また、消費電力の制約がなくなるため、データを短周期で収集することができる。
また、圧縮空気を用いた発電装置３による発電および電池２の両者を電力源とすることで、どちらかが正常であれば、少なくとも無線センサー１の一時的な動作が可能となる。このため、いずれかの電力源の故障時や電池２の交換時などにデータ収集を継続させることができる。また、センサーの動作が中断した場合に通常要求される、初期設定などの作業が不要となる。
図１（ｂ）は、発電装置を無線センサーから分離した構成を示すブロック図である。
図１（ｂ）に示すように、空気配管５が接続された発電装置３を収容する筐体３０と、無線センサー１および電池２を収容する筐体１０Ａとが分離されており、発電装置３と、無線センサー１および電池２とは、電源配線６を介して互いに接続されている。
図１（ｂ）に示すように、この構成によれば、単一の発電装置３を複数の無線センサー１について使用することが可能となる。
図１（ｃ）は、さらに電池を発電装置の側に配置した構成を示すブロック図である。
図１（ｃ）に示すように、筐体３０Ａには、空気配管５が接続された発電装置３および電池２が収容され、筐体１０Ｂに収容された無線センサー１と、発電装置３および電池２とが、電源配線６を介して互いに接続されている。
図１（ｃ）に示すように、この構成によれば、単一の発電装置３および単一の電池２を、それぞれ複数の無線センサー１について使用することが可能となる。
図２（ａ）は、電池を省略した構成を示すブロック図である。
図２（ａ）の場合には、無線センサー１は専ら発電装置３を動力源として用いる。無線センサー１および発電装置３は共通の筐体１０Ｃに収容されている。
図２（ｂ）は、無線センサーおよび発電装置を分離した構成を示すブロック図である。無線センサー１は筐体１０Ｄに、発電装置３は筐体３０Ｂに、それぞれ収容され、無線センサー１と、発電装置３とは電源配線６Ｂにより互いに接続されている。
図２（ｂ）に示すように、この構成によれば、単一の発電装置３を複数の無線センサー１について使用することが可能となる。
図３（ａ）は、発電装置３に与える圧縮空気の圧力をフィードバック制御する構成を示している。
図３（ａ）に示すように、空気配管５には圧力調整弁７１が取り付けられ、フィードバック回路７２は、無線センサー１の電力使用量および電池２の充電量に基づいて圧力調整弁７１の開度を制御する。これにより、圧縮空気の圧力を調整して発電装置３の発電量を抑制し、圧縮空気の無駄な使用を避けることができる。
図３（ｂ）は、さらに圧縮空気の使用を停止する手段を付加した構成を示している。
図３（ｂ）に示すように、空気配管５には、圧縮空気の圧力を監視するための圧力センサー８１と、発電装置３を空気配管５から切り離すための遮断弁８２とが取り付けられている。圧力センサー８１により圧縮空気の使用量が一時的に増加したことが検出された場合、圧力監視装置８３はその検出結果に基づいて遮断弁８２を閉じ、発電装置３における圧縮空気の使用を停止する。これにより、圧縮空気の圧力低下を防止できる。
上記各実施形態では、バルブを駆動するための圧縮空気を発電の動力源として利用しているが、プラント内の空気配管を広く用いることができる。空気配管内の気体の圧力は正圧でも負圧でもよく、例えば、洗浄ブローのための圧縮空気や、真空系を構成する空気配管内の圧力（負圧）などを利用することもできる。
以上のように、本発明の電源装置によれば、プラントの設備である空気配管内の空気の圧力を利用して発電を行うので、配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約がなく、保守コストを低減できる。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置に対し、広く適用することができる。
（ａ）は一実施形態の電源装置の構成を示すブロック図、（ｂ）は、発電装置を無線センサーから分離した構成を示すブロック図。 電源装置の構成を示す図であり、（ａ）は、電池を省略した構成を示すブロック図、（ｂ）は、無線センサーおよび発電装置を分離した構成を示すブロック図。 電源装置の構成を示す図であり、（ａ）は、発電装置に与える圧縮空気の圧力をフィードバック制御する構成を示すブロック図、（ｂ）は、さらに圧縮空気の使用を停止する手段を付加した構成を示すブロック図。 従来の電源装置の構成を示すブロック図。
符号の説明
１ 無線センサー
２ 電池（蓄電池）
３ 発電装置
５ 空気配管
７１ 圧力調整弁（圧力調整手段）
７２ フィードバック回路（制御手段）
８１ 圧力センサー（監視手段）
８２ 遮断弁

Claims (6)

  1. フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置において、
    発電のための圧縮空気として、プラント内で発電以外の目的で使用される圧縮空気を、フィールド機器に電力を与える発電装置に供給する空気配管と、
    前記圧縮空気の圧力を計測する圧力センサと、
    前記圧力センサの検出結果に応じて前記圧縮空気の前記発電装置への供給を遮断することで、前記圧縮空気の圧力低下を防止する遮断弁と、
    を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 前記圧縮空気は、バルブの開度制御のために使用されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記フィールド機器は無線センサーであることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
  4. 前記フィールド機器に電力を供給する蓄電池を備え、
    前記発電装置は前記蓄電池を充電するために用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 前記空気配管と前記発電装置との間に設けられ、前記発電装置に与える気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
    前記フィールド機器の電力使用状況に応じて前記圧力調整手段をフィードバック制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
  6. 前記空気配管と前記発電装置との間に設けられ、前記発電装置に与える気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
    前記蓄電池の充電状況に応じて前記圧力調整手段をフィードバック制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
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