JPH1028093A - 配管内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 - Google Patents
配管内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器Info
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Abstract
に、水や油等の非圧縮性流体が流通する配管系における
通信を信号線の敷設なしにおこなうために、冷温水配管
内の水等の非圧縮性流体を信号経路とする音響通信を適
用する場合、円柱状等の従来の通常の音響送受波器を使
用すると、流体の抵抗を大きくしてしまう。 【解決手段】金属製円筒23の軸方向の一方側の端縁
に、半径方向を振動方向とする環状圧電素子24を接合
して円筒状振動子21を構成し、この円筒状振動子を、
軸方向を一致させて配管4内に支持する。
Description
の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器に
関するものである。
規模の大きな空気調和装置のシステムの一つとして、例
えば図8に示すように、概ね、共通の熱源機1と、多数
の空調ゾーン2(2a,2b,2c,2d,…)の夫々
に設置した空調ゾーン側機器3(3a,3b,3c,3
d,…)と、熱源機1と各空調ゾーン側機器3間を接続
する冷温水配管4と、管理室5等の適所に配置した集中
制御部に設置した熱源用コントローラ6及び集中コント
ローラ7を要素としているものがある。そして冷温水配
管4は熱源機1から各空調ゾーン側機器3に向かう往き
管4aと、各空調ゾーン側機器3から熱源機1に向かう
戻り管4bとから構成され、熱源機1内には循環ポンプ
8を設けている。熱源機1は単数又は複数で構成してお
り、また空調ゾーン側機器3としてはファンコイルユニ
ットやエアハンドリングユニットがあり、これらは各空
調ゾーン2に対して単数又は複数を設置している。図に
おいて空調ゾーン側機器3a,3b,3dがファンコイ
ルユニット、空調ゾーン側機器3cがエアハンドリング
ユニットである。
ルブ9が設けられており、空調ゾーン側機器3とバルブ
9は個別リモコン10等により操作されるコントローラ
11により運転制御される。一方、管理室5に設置した
熱源用コントローラ6と熱源機1のコントローラ12と
の間には信号線13を敷設しており、これによって熱源
機1を管理室5において遠隔制御する構成としている。
また各空調ゾーン2毎に空調料金を算出するために、管
理室5の集中コントローラ7と空調ゾーン側機器3のコ
ントローラ11との間にも信号線14を敷設して、各空
調ゾーン側機器3と集中コントローラ7間で信号線14
を介して通信を行う構成としている。この信号線14は
各コントローラ11に共通なバスラインとして構成して
おり、従って各コントローラ11は、個別に設定された
アドレスにより識別されて集中コントローラ7と通信す
る構成となっている。
と集中コントローラ7との間では次のような通信が行わ
れる。例えば、集中コントローラ7側から各コントロー
ラ11側には、制御を目的として発停、運転モード切
替、温度設定、風速切替等の内容や、スケジュール・監
視等を目的として週間設定、特定日設定、運転時間設定
等の内容の通信が行われる。また、各コントローラ11
側から集中コントローラ7側には料金管理を目的として
運転時間、バルブ開時間、熱量積算等の内容の通信が行
われる。
ては、各空調ゾーン側機器と集中コントローラを結ぶ信
号線の敷設工事に特殊の技術が必要であり、人件費や材
料費により敷設のためのコストが嵩むと共に所要スペー
スが必要であるというような課題がある。
機器と集中コントローラとの通信を、音波送受波器を介
して冷温水配管内の水を伝播する音波により行う空気調
和システムを提案した。特願平7−112938号の願
書に添付した明細書及び図面を参照のこと。
ステムに適用する場合の配管内の水や、配管内の油等
の、配管内の非圧縮性流体を利用して音波又は超音波
(以降では単に音波と記載する。)による音響通信を行
うための好適な音響送受波器を提供することを目的とす
るものである。
ために、本発明の音響送受波器では、まず、金属製円筒
の軸方向の一方側の端縁に、半径方向を振動方向とする
環状圧電素子を接合して円筒状振動子を構成し、この円
筒状振動子を、軸方向を一致させて配管内に支持する構
成とした。
対向させた一対の金属製円筒の端縁間に半径方向を振動
方向とする環状圧電素子を接合して円筒状振動子を構成
し、この円筒状振動子を、軸方向を一致させて配管内に
支持する構成とした。
円筒状振動子はスポーク状支持棒体により配管内に軸方
向を一致させて支持することを提案する。
線形とすることを提案する。
軸方向に距離を隔てて配管内に支持すると共に、夫々の
円筒状振動子に対応する振動の位相が使用周波数におい
て同相となるように、距離に対応して時間をずらして各
円筒状振動子の入出力を行う構成とすることを提案す
る。
配管部分を配管ユニットとして構成して、音響通信の送
受信部を構成する配管個所に接合する構成とすることを
提案する。
された圧電素子の半径方向の振動、即ち、径が拡大、縮
小する振動、いわゆる呼吸振動は金属製円筒に伝わり、
この金属製円筒が共振子として動作して、圧電素子と同
様に呼吸振動をする。この振動により配管内の水や油等
の非圧縮性流体に音波の音響振動を印加することがで
き、即ち、円筒状振動子を非圧縮性流体を利用した音響
通信における送波器として利用することができる。
てきた音波により、金属製円筒が共振子として上述と同
様に呼吸振動をして、この振動が圧電素子に伝わり、振
動に応じた信号電圧を発生することができる。即ち、円
筒状振動子を非圧縮性流体を利用した音響通信における
受波器として利用することができる。
面積を大きくすることにより、水との間で授受する振動
エネルギを大きくすることができる。表面積の拡大は、
円筒状振動子自体において径を大きくすることによって
行うこともできるし、複数の円筒状振動子を並設するこ
とにより行うこともできる。
筒状で、配管内に軸方向を一致させて支持しているの
で、円柱状の送受波器を用いる場合と比較して配管内の
水の流通抵抗を大きくすることがない。そして、これは
端縁の形状を流線形とすると更に効果的である。
トとして配管作業を行えるようにすれば、配管系におけ
る音響送受信部の設置が容易となる。
施の形態を、空気調和システムに適用した例につき図を
参照して説明する。図1は本発明を適用した空気調和シ
ステムの構成例を概念的に示すもので、主要な構成要素
は、上述した図8に示す従来のシステム構成と同じであ
る。このため図1において、従来のものと同じ構成要素
には図8と同様な符号を付し、重複する説明は省略す
る。図1に示すように管理室5を除く各空調ゾーン2で
は、空調ゾーン側機器3の上流側に設けたバルブ9の上
流側の往き管4aに音響送受信部15aを設置してお
り、これらを夫々コントローラ11に構成した送受信回
路(図示省略)と接続している。また管理室5内の往き
管4aで、バルブ9の上流側に音響送受信部15bを設
置している。音響送受信部15bはコントローラ11に
構成した送受信回路(図示省略)に加え、熱源用コント
ローラ6及び集中コントローラ7に構成した送受信回路
(図示省略)に接続している。一方、熱源機1内の往き
管4aにも音響送受信部15cを設置し、これを熱源機
1のコントローラ12に構成した送受信回路(図示省
略)に接続している。以上の例では、音響送受信部15
は冷温水配管4の往き管4aに設置しているが、戻り管
4bに設置することもできる。
b、15c)には、本発明に係る音響送受波器を設置し
ている。例えば、図2は空調ゾーン側機器3の音響送受
信部15aの部分の一例を示すもので、本発明の音響送
受波器を構成する円筒状振動子21を、その軸方向を冷
温水配管4の軸方向と一致させ、支持棒体22により冷
温水配管4内に支持している。円筒状振動子21は後述
するように金属製円筒23と圧電素子24とを接合した
円筒状の構成であり、この圧電素子24の電極(図示省
略)に至る信号線25は支持棒体22を介して冷温水配
管4外に取り出すように構成している。冷温水配管4内
に超音波送受信のための円筒状振動子21を設置しては
あっても、この円筒状振動子21は文字通り円筒状であ
るため、余り水の流通抵抗を大きくしない。
を示すもので、符号23はジュラルミン等の金属製円
筒、24は圧電セラミックス等の圧電素子である。圧電
素子24は、金属製円筒23の端縁の肉厚と同幅の環状
に形成しており、その分極方向は図3に示すように軸方
向としている。尚、圧電素子24に歪みを発生させた
り、歪みから信号電圧を発生させるための電極は、図2
と同様に図示を省略している。
3の一方側の端縁に圧電素子24を接合して図2に示す
円筒状振動子21を構成する。これらの接合は、接着剤
による方法、ロー付け等による方法、ねじによる方法等
の適宜の方法を適用することができる。
送受信回路から信号線25により圧電素子24の電極に
交流信号電圧を印加すると、図3中の矢印方向が分極方
向である圧電素子24は、径が拡大、縮小する半径方向
の振動、いわゆる呼吸振動をし、この振動が金属製円筒
23の一方側に伝わる。一方側の端縁に軸方向から呼吸
振動を与えられた金属製円筒23は共振子として動作し
て、圧電素子24と同様に径が拡大、縮小する呼吸振動
をする。円筒状振動子21は、この呼吸振動により冷温
水配管4内の水に超音波振動を印加することができ、従
って円筒状振動子21を音響通信用の送波器として利用
することができる。
してくると、この超音波により金属製円筒23が共振子
として動作して上述と同様に呼吸振動を行い、この振動
は、上述と逆の動作により、圧電素子24に伝わるた
め、圧電素子24の電極間には呼吸振動に応じて交流信
号電圧が発生する。従って円筒状振動子21を音響通信
用の受波器として利用することができる。
響送受信部15a,15b,15cに設置した円筒状振
動子21を動作させ、冷温水配管4、上述した構成の場
合には往き管4a内の冷温水に音波を伝播させることに
より、熱源用コントローラ6と熱源機1のコントローラ
12、集中コントローラ7と各空調ゾーン側機器10の
コントローラ11間に上述したような各種の信号の送受
信を行うことができ、信号線の敷設が不要となる。上述
した送受信動作において、冷温水配管4内の冷温水は、
各音響送受信部15a,15b,15cに共通なバスラ
インとして動作するため、各コントローラ11,12は
個別に設定されたアドレスにより識別して通信する構成
とする。また各音響送受信部15a,15b,15cの
音響送受波器間における夫々の通信は、従来のデータ通
信における半二重通信回線を用いたシリアル伝送技術を
適用して行うことができる。
の実施の形態を示すもので、図2、図3の構成要素と対
応する要素には同一の符号を付している。この実施の形
態では、振動方向を半径方向とする環状の圧電素子24
は、軸方向に対向させた一対の金属製円筒23a,23
bの端縁間に接合して円筒状振動子21を構成してい
る。そして、この円筒状振動子21は、両端縁の形状を
流線形sに形成して、流体抵抗を低く構成している。
尚、このような端縁の形状は必ずしも必須ではないし、
逆にこのような端縁の形状を図2、図3の円筒状振動子
21にも適用できる。
温水配管4に支持する構成の一例を示すもので、この構
成では、円筒状振動子21は、120度毎に配置したス
ポーク状支持棒体25により冷温水配管4内に同軸状に
支持している。このような構成では、水の流体抵抗を余
り大きくしないで円筒状振動子21を安定に支持するこ
とができる。
属製円筒23の表面積を大きくすることにより、水との
間で授受する振動エネルギを大きくすることができ、こ
のことにより、通信の安定化を計ることができる。この
ような金属製円筒23の表面積の拡大は、円筒状振動子
21の径を大きくすることにおいて行うことができ、こ
のようにしても水の流体抵抗は余り大きくならない。
大きくするための他の構成例を示すもので、この例で
は、複数の円筒状振動子21a,21bを、軸方向に距
離を隔てて冷温水配管4の軸方向に支持すると共に、夫
々の円筒状振動子21a,21bに対応する振動の位相
が、使用周波数において同相となるように、距離に対応
して時間をずらして各円筒状振動子21a,21bの入
出力を行う構成としている。
a,21bは、使用する音波の半波長に対応する距離λ
/2だけずらしており、そしてこれらの2つの円筒状振
動子21a,21bにおいて入出力する超音波の位相
は、図7に示すように半波長だけずらしている。例え
ば、これらの円筒状振動子21a,21bによる通信方
向が図中左側の場合には、送信においては円筒状振動子
21aに印加する交流信号電圧の位相を、円筒状振動子
21bの位相よりも半波長だけ遅らせることにより、夫
々の円筒状振動子21a,21bにより水に与えた超音
波振動の位相が図中左側において一致するため、水に与
えるエネルギを加算することができる。また受信におい
ては円筒状振動子21aにより検出した交流信号電圧を
半波長遅らせて、円筒状振動子21bにより検出した交
流信号電圧に加えることにより同相とすることができ、
受信した交流信号電圧が加算されることにより、感度を
向上させることができる。尚、以上のようにして設置す
る円筒状振動子21の数は3つ以上とすることもでき
る。
支持した配管部分をユニットとして構成して、他の配管
部分とフランジ接続したり又は端部溶接により接続する
ように構成すれば、音響送受信部の設置を伴う配管作業
が容易になる。
響送受波器を、空調システムの冷温水配管に設置したも
のであるが、本発明の音響送受波器は、この他、水や油
等の非圧縮性流体を配管内に通す適宜の配管系に利用で
きるものである。
配管内に設置し、水と授受する超音波のエネルギを大き
くしても水の流通抵抗を余り大きくせず、配管内の非圧
縮性流体を利用して確実な超音波通信を行うことができ
る。
空気調和システムの構成例を概念的に示す系統図であ
る。
成例を示す説明図である。
子の主たる構成要素を示す説明図である。
る。
説明図である。
す説明図である。
明図である。
テムの構成例を示す説明図である。
ラ 7 集中コントローラ 8 循環ポンプ 9 バルブ 10 個別リモコン 11 (空調ゾーン側機
器の)コントローラ 12 (熱源機の)コン
トローラ 13,14 信号線 15a,15b,15c 音響送受信部 21 円筒状振動子 22 支持棒体 23 金属製円筒 24 圧電素子 25 信号線 s 流線形
Claims (6)
- 【請求項1】 金属製円筒の軸方向の一方側の端縁に、
半径方向を振動方向とする環状圧電素子を接合して円筒
状振動子を構成し、この円筒状振動子を、軸方向を一致
させて配管内に支持することを特徴とする配管内の非圧
縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 - 【請求項2】 軸方向に対向させた一対の金属製円筒の
端縁間に半径方向を振動方向とする環状圧電素子を接合
して円筒状振動子を構成し、この円筒状振動子を、軸方
向を一致させて配管内に支持することを特徴とする配管
内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 - 【請求項3】 円筒状振動子はスポーク状支持棒体によ
り配管内に軸方向を一致させて支持することを特徴とす
る請求項1又は2記載の配管内の非圧縮性流体を利用す
る音響通信用の音響送受波器 - 【請求項4】 円筒状振動子の端縁は流線形としたこと
を特徴とする請求項1、2又は3記載の配管内の非圧縮
性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 - 【請求項5】 複数の円筒状振動子を、軸方向に距離を
隔てて配管内に支持すると共に、夫々の円筒状振動子に
対応する振動の位相が使用周波数において同相となるよ
うに、距離に対応して時間をずらして各円筒状振動子の
入出力を行う構成とすることを特徴とする請求項1〜4
のいずれか1項に記載の配管内の非圧縮性流体を利用す
る音響通信用の音響送受波器 - 【請求項6】 円筒状振動子を支持した配管部分を配管
ユニットとして構成して、音響通信の送受信部を構成す
る配管個所に接合する構成としたことを特徴とする請求
項1〜5のいずれか1項に記載の配管内の非圧縮性流体
を利用する音響通信用の音響送受波器
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18298096A JP3702975B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 配管内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18298096A JP3702975B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 配管内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1028093A true JPH1028093A (ja) | 1998-01-27 |
JP3702975B2 JP3702975B2 (ja) | 2005-10-05 |
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ID=16127670
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP18298096A Expired - Fee Related JP3702975B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | 配管内の非圧縮性流体を利用する音響通信用の音響送受波器 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007056569A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd | 作業機械 |
CN103560592A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 西南石油大学 | 一种超声波液介无线电能传输系统 |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP18298096A patent/JP3702975B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007056569A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd | 作業機械 |
JP4533281B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2010-09-01 | キャタピラージャパン株式会社 | 作業機械 |
CN103560592A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 西南石油大学 | 一种超声波液介无线电能传输系统 |
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---|---|
JP3702975B2 (ja) | 2005-10-05 |
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