JPH08122109A - 発電機能を付加した流体計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ワイヤレスの流体計測装置が備える電源電池の
消耗分を補充する発電手段を提供して電源電池の定期交
換の必要性を除く。 【構成】流体計測装置の配管内を流れる流体のエネルギ
を用いて流体計測装置の駆動電力を生成する発電手段
と、発電した電力を蓄える蓄電手段と、この蓄電手段に
前記発電手段が生成する電力を充電する充電手段と、に
よって流体計測装置構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配管内を流れる流体の
流量、密度、温度、圧力、又は成分等の物理量を計測す
る流体計測装置に関し、特に電池を電源として動作する
装置におけるエネルギ供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体計測装置を含め、プロセス計測装置
機器においては、信号情報の伝送に無線や光ファイバを
利用し、装置機器駆動電源に電池を用いることによって
電源供給電線路を設けないワイヤレス化が進展してい
る。電池を電源とするプロセス計測装置機器において
は、信号処理や伝送に用いる電子回路部分の低消費電力
化を行ったり、回路部分を間欠的に動作させるなどの工
夫によって機器の消費電力を低減する一方、搭載する電
池の容量を大きくしてできるだけ長期間電池交換無しで
動作可能なようにしている。しかしながら、いずれにせ
よ電池は消耗するので、電池の消耗による装置機器の動
作不良を防止するために、定期的な監視にもとづいて、
一定期間毎に電池を交換する作業が実施されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電池のみを電源とする
上記従来技術によるプロセス計測装置機器の多種多数を
設置して運用する場合には、電池の消耗前に新電池との
交換作業更新が必要となるが、装置機器毎に電池の消耗
度が異なることから、機器を同時に設置したとしても交
換が必要となる時期に差異を生じることとなる。そし
て、装置機器の数が多数の場合には、全ての装置機器を
同時に設置することも不可能なので、運用の間に装置機
器間の電池の消耗度の差異は増幅され、結局毎日いずれ
かの装置機器の電池の交換作業が必要となる事態にいた
ることとなる。

【０００４】また、多数設けた計測装置機器の電池を監
視して交換保守する作業を人手に依存するならば、無視
しえないメンテナンスコストを要するのみならず、人手
を介することにより信頼性の点でも問題を残すこととな
り、これを防止するため、電池の消耗量を自動的に監視
するなどの機能を計測装置機器に付加すると装置機器の
コストがアップするという問題とともに消費電力が増加
して悪循環に陥るという問題がある。

【０００５】本発明は、広い範囲に多数設置されてワイ
ヤレスの計測制御システムを構成する機会が多い水道流
量計などの流体計測装置が備える電源電池の消耗分を補
充する発電手段を提供して電源電池の定期交換の必要性
を除き、上記従来技術による流体計測装置の問題点を解
決することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明においては、流体計測装置を、流体計測装
置の配管内を流れる流体のエネルギを用いて流体計測装
置の駆動電力を生成する発電手段と、発電した電力を蓄
える蓄電手段と、この蓄電手段に前記発電手段が生成す
る電力を充電する充電手段と、によって構成する。

【０００７】そうして、配管内を流れる流体の運動エネ
ルギを利用する場合には、発電手段を、流体の運動エネ
ルギを回転運動に変換する翼車で駆動される界磁回転型
発電機によって構成し、流体の圧力エネルギを発電に利
用する場合には、圧力エネルギによって変位運動する駆
動体の変位運動を回転運動に変換するクランク機構をそ
なえた界磁回転型発電機を用いて発電手段を構成する。

【０００８】

【作用】本発明の計測装置では、計測対象の流体のエネ
ルギを用いて発電手段を駆動し、発電量が大きい時には
発電手段からの電力で計測装置の電子回路を動作させる
とともに、充電手段を通じて蓄電手段への充電が行わ
れ、発電手段の発電量が小さいときには、蓄電手段に蓄
えられた電力によって計測装置の電子回路を動作させ
る。

【０００９】流体の運動エネルギを回転運動に変換する
羽根車と界磁回転型発電機とによって発電手段が構成さ
れた装置では、流れる流体の運動エネルギによって回転
駆動されたされた羽根車が界磁回転型発電機を駆動して
発電する。また、圧力エネルギで変位運動する駆動体に
連結したクランク機構と界磁回転型発電機とによって発
電手段が構成された装置では、圧力によって駆動される
クランク機構の運動が回転運動に変換されて界磁回転型
発電機を駆動して発電する。

【００１０】

【実施例】本発明にもとづいて発電および蓄電の機能を
付加した流体計測装置の幾つかの実施例の構成を図１な
いし図３に示し、以下にこれらの図によって本発明を説
明する。図１は、第１の発明の１実施例の構成を示す図
である。

【００１１】図１において、１は測定対象となる気体、
液体、等の流体２が流れる配管で、３はこの配管１の管
の途中又は、近傍に取り付けられた前記流体２の圧力、
流量、密度、温度、又は成分等のいわゆる物理量を測定
する計測装置である。上記の計測装置３は、物理量を検
出して電気信号に変換する図示されていないトランスデ
ューサと、トランスデューサが検出した信号の処理や外
部との通信を行う回路部４と、これらに電源を供給する
電源部５とから構成されている。そして、電源部５には
蓄電手段としてのバッテリー６と、バッテリーの充電手
段である充電器８が設けられており、この電源部５には
流体測定装置を流れる流体のエネルギを電気エネルギに
変換する発電手段としての発電装置７が生成する電力が
供給される。

【００１２】発電装置７は、この実施例では計測装置３
の検出部を構成する管９の中に一体化して設けられてお
り、翼車10と、この回転数を上げる増速機構11と、発電
機12とから構成されている。この発電機12は、直流、交
流いずれの方式の発電機でもよく、ケーシング13はこの
増速機構11と、発電機12とを周囲計測流体から気密に保
持するためのもので、その外形は管内を流れる流体の抵
抗とならない形状に形成されている。尚、増速機構11は
管内の流体の運動エネルギが常時大きい場合には不要で
ある。

【００１３】上記図１の構成の流体計測装置検出部の管
９に測定流体が流れると、翼車10が回転し、増速機構11
を介して発電機12を回転させて発電し、発電された電気
は、充電器８介してバッテリー６及び回路部４へ供給さ
れる。測定流体が流れていない時、又は流れが少ない時
は発電機12の出力電圧が低いので、この場合はバッテリ
ー６から回路部４へ供給される。この電力の流れを図中
の矢印で示す。

【００１４】上記図１の実施例では、流体の流れの運動
エネルギを利用して発電しているが、この実施例に限ら
ず、流体の持つエネルギであれば例えば圧力及び圧力変
動、或いはこの圧力変動から発生する配管振動などもエ
ネルギ源として利用することができる。図２は、流体の
持つ圧力エネルギを利用して発電を行う他の実施例の構
成を示す図で、いわゆる膜式ガスメータへの適用例であ
る。図２により先ず膜式ガスメータの動作原理について
説明する。

【００１５】図２において、21はガス配管で、22が膜式
ガスメータ本体である。膜式ガスメータ本体22は、可動
膜23で仕切られた二つの計量室24と25を有しており、い
ま出口配管26からガスが消費されると、ここに連通した
計量室24内のガスが計量室24の排気バルブ27と出口配管
26の吸入バルブ28を通ってって排出され、計量室24の圧
力の圧力が低下し、膜23が計量室25のガス圧力によって
押され右側に移動する。この膜23が右一杯に移動すると
前記の排気バルブ27は閉じ、今度は計量室25のバルブ29
が開いてこれを通して計量室25内のガスが出口配管26か
ら排出され、計量室25内の圧力が低下し、膜23が計量室
24のガス圧力によって押されれ左側に移動する。この膜
の往復動作回数を計数することによってガスの消費量を
計測できる。

【００１６】上記の膜23の往復動作を、膜23に連結した
ピストンロッド30でクランクシャフト31を回転させる。
クランクシャフト31に連結した第２のピストンロッド32
で、バルブシート33を往復運動させ、排気バルブ27と29
の開閉を行う。バルブシート33の動きは膜23と丁度逆位
相になっていて、図において膜23が右に移動するとその
逆の左側に移動する。計量室24，又は25をバイパスする
ガスを防止するため、片側のバルブを完全に閉じたのち
他方のバルブが開き始めるように構成されている。

【００１７】つぎに発電手段についついて説明する。図
２において７が本発明にいう発電手段であり、この実施
例の場合はクランクシャフト31に連結した駆動歯車34と
歯車35とを連結した増速機構36によって所定の回転数ま
で増速したのち、永久磁石を用いた回転子37を回転させ
る。そして、38ａと38ｂは固定子コイルであり、固定子
コイルと回転子37とが、いわゆる界磁回転型発電機を構
成している。

【００１８】外部へ取り出された発電装置７の出力は、
図中の矢印で示すように整流装置を含む充電器９を介し
てバッテリー８と回路部４へ供給される。以上に説明の
ごとく、この実施例では流体の流れに伴い発生する圧力
差を利用した発電する例であるが、発電機の駆動を、膜
式メータの膜の往復運動を利用して行うので、発電のた
めの流体エネルギの変換装置を新たに設ける必要が無
く、構成が簡単となり低コストで容易に電源を構成でき
る利点がある。

【００１９】続いて、図３に水道メータ等に用いられる
回転子式流量計に本発明を適用した実施例を示す。図３
において、51が配管、52がメータ本体である。メータ本
体52は、メータハウジング53内に、両端を軸受けで支え
られた回転子54が設けられていて、この回転子54の回転
数から流量を計測する。

【００２０】回転子54のシャフト55の回転方向を歯車機
構56で変換したのち、軸シール57を介してメータハウジ
ング53の外部に取り出し、シャフト58に連結した駆動歯
車59と歯車60とを連結した増速機構によって所定の回転
数まで増速したのち、発電手段７の電機子37を回転させ
て発生した電力を固定子コイル38から取り出し、図中の
矢印で示すように整流装置を含む充電器９を介してバッ
テリー８と回路部４へ供給される。

【００２１】以上の例では計測装置は全て流量計であっ
たが、勿論これに限定されるものでは無く、初めにも述
べたようにあらゆる装置に適用できる。また発電装置の
発電機及び駆動源も本実施例に示した構成に限定される
物ではなく、要は流体のエネルギを利用した発電装置で
あれば何でもよい。また、その構成も本実施例に示すよ
うに計測装置本体と一体でも良いが、分離してあっても
良い。

【００２２】

【発明の効果】本発明に基づく発電機能付流体計測装置
においては、計測装置の作動に必要な電力が、計測装置
を流通する測定対象流体が有するエネルギを用いる発電
手段によって補充供給されるので、電池のみを電源に備
えた従来技術にもとづく流体計測装置における電池容量
の限界を無くすことができ、電池の交換のためのメンテ
ナンス作業を行う必要もなくなり、大幅にメンテナンス
コストを低減することができるという効果が先ず得られ
る。

【００２３】また、計測装置に測定対象流体が流通する
間発電手段によって電力が補充供給されて電力に余裕が
生じるので、電源の状況を常時自動的に監視する機能を
付加することも可能となり、信頼性の高い動作を保証で
きる流体計測装置の構成することができるという効果も
得られる。そうして、発電手段を流体の運動エネルギを
回転運動に変換する翼車と界磁回転型発電機によって構
成する流体計測装置、および発電手段を流体の圧力エネ
ルギによって変位運動する駆動体の変位運動を回転運動
に変換するクランク機構と界磁回転型発電機とで構成す
る流体計測装置においては、計測ために設けた流体の流
動によって回転する翼車、あるいは流体の圧力によって
往復運動する膜を界磁回転型発電機の駆動源に利用でき
るので、流体計測装置を簡素な構造で低コストで実現し
得るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづいて構成された流体計測装置の
構成を示す図

【図２】流体の圧力エネルギを利用する発電手段を備え
た１実施例の構成を示す図

【図３】本発明にもとづいて構成された水道メータの構
造説明図

【符号の説明】

１ 配管 ２ 被測定流体 ３ 計測装置 ４ 通信回路部 ５ 電源部 ６ バッテリ ７ 発電装置 ８ 充電装置 10 翼車 11 増速機構 12 発電機 13 ケーシング

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配管内を流れる流体にかかわる物理量を計
   測する流体計測装置であって、 配管内を流れる流体のエネルギを用いて該流体計測装置
   の駆動電力を生成する発電手段と、 発電手段が生成した電力を蓄える蓄電手段と、 蓄電手段に前記発電手段が生成する電力を充電する充電
   手段と、 を備えたことを特徴とする流体計測装置。
2. 【請求項２】発電に用いるエネルギが配管内を流れる流
   体の運動エネルギであり、発電手段が、前記流体の運動
   エネルギを回転運動に変換する翼車によって駆動される
   界磁回転型発電機からなることをを特徴とする請求項１
   に記載の流体計測装置。
3. 【請求項３】発電に用いるエネルギが配管内を流れる流
   体の圧力エネルギであり、発電手段が、圧力エネルギに
   よって変位運動する駆動体の変位運動を回転運動に変換
   するクランク機構で駆動される界磁回転型発電機からな
   ることをを特徴とする請求項１に記載の流体計測装置。
4. 【請求項４】流体計測装置が配管内を流れる流体の流量
   を計測する回転式水道メータであって、 発電手段が該回転式水道メータの回転子の回転運動を利
   用して発電するものであることを特徴とする請求項２に
   記載の流体計測装置。
5. 【請求項５】流体計測装置が配管内を流れる流体の流量
   を計測する膜式ガスメータであって、 発電手段が該膜式ガスメータの膜の往復運動を利用して
   発電するものであることを特徴とする請求項３に記載の
   流体計測装置。