(57)【要約】  液体中の少なくともひとつのパラメータを感知する装置（２）であって、前記装置（２）は前記液体中の前記パラメータを感知するセンサ手段（４）、回転手段（６）、前記回転手段を駆動し電気を発生する駆動及び発電手段（８）、電気貯蔵手段（１２）、及び制御手段（１４）を備え、前記装置（２）は、使用時には前記回転手段（６）が前記液体（１６）の流れの中で動作し、前記液体の流量が予め定められたある値より低いときには前記駆動及び発電手段（８）が前記回転手段（６）を駆動し、それによって前記回転手段（６）が液体の流量を前記予め定められた値以上に維持し、前記駆動及び発電手段（８）は前記電気貯蔵手段（１２）からの電気によって駆動され、前記液体の流量が前記予め定められた値以上であるときには前記液体の流れが前記回転手段（６）を駆動し、前記回転手段（６）が液体の流れによって駆動されるときには前記駆動及び発電手段（８）が前記回転手段（６）によって作動され、前記駆動及び発電手段（８）によって発生された電気が前記駆動及び発電手段（８）を駆動するのに使用するために前記電気貯蔵手段（１２）に貯蔵され、前記制御手段（１４）が前記液体の流量に応じて前記装置（２）の動作を制御するようなものである装置。
2009523949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の少なくともひとつのパラメータを感知する装置であって、
前記装置は前記液体中の前記パラメータを感知するセンサ手段、回転手段、前記回転手段を駆動し電気を発生する駆動及び発電手段、電気貯蔵手段、及び制御手段を備え、
前記装置は、使用時には前記回転手段が前記液体の流れの中で動作し、
前記液体の流量が予め定められたある値より低いときには前記駆動及び発電手段が前記回転手段を駆動し、それによって前記回転手段が液体の流量を前記予め定められた値以上に維持し、前記駆動及び発電手段は前記電気貯蔵手段からの電気によって駆動され、
前記液体の流量が前記予め定められた値以上であるときには前記液体の流れが前記回転手段を駆動し、
前記回転手段が液体の流れによって駆動されるときには前記駆動及び発電手段が前記回転手段によって作動され、
前記駆動及び発電手段によって発生された電気が前記駆動及び発電手段を駆動するのに使用するために前記電気貯蔵手段に貯蔵され、
前記制御手段が前記液体の流量に応じて前記装置の動作を制御する、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記駆動及び発電手段が単一モータ発電機デバイスによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モータ発電機デバイスがモータ駆動回路及び電気発生回路を有し、前記制御手段が前記モータ駆動回路及び前記電気発生回路と動作的に結合した制御回路を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記モータ発電機デバイスが前記電気モータの一体的な部分として形成された電気発生手段を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電気発生回路が電気モータのコイルに結合され、水の流れによる前記回転手段の回転によって起電力が発生し、それが電気を発生することを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記駆動及び発電手段が、前記回転手段を駆動する電気モータ、及び電気を発生する別の電気発生手段によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記駆動及び発電手段が磁気結合によって前記回転手段と結合していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記駆動及び発電手段が機械的シールによって前記回転手段と結合していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記回転手段が、前記回転手段の面と平行な液体の流れによる前記回転手段の回転を助ける形であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記回転手段が円板であって、前記円板に複数の羽根が装着されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記羽根が液体の流れの方向に抗して動いているときに押し下げられ、液体の流れと共に動いているときに押し上げられるように前記羽根が前記円板に装着されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記羽根が蝶番によって前記円板に装着されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記羽根が前記円板の一方の側に装着されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記電気貯蔵手段がバッテリー又はスーパーキャパシタであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
液体配給ネットワーク、該ネットワーク内の液体、及び複数ユニットの請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の装置の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中の少なくともひとつのパラメータを感知する装置に関する。液体は水であってもよく、パラメータは、例えば、水の塩素含有量及び水の酸素含有量である。この装置は、飲料水給水ネットワークにおける水質を測定するのに特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
飲料水給水ネットワークで、水のいろいろなパラメータを測定するために多数の遠隔センサを配置していることは公知である。飲料水給水ネットワークにおけるセンサの配備には二つの問題がある。第一の問題は、センサには十分な流量の水が必要とされることである。これは、電気化学的測定のいくつかは流れを必要とするためである。また、流量が不十分であるとネットワークに汚れがたまるために十分な流量が必要である。第二の問題は、遠隔センサが動作しているときに消費する電力の問題である。水の流量を増やすために内蔵回転手段を組み込んだプローブは消費電力が大き過ぎる。バッテリーに十分頻繁に充電することは往々にして不可能であり、及び／又はメイン電力又は他の発電機、例えばソーラー発電機、を設置することは、往々にしてセンサ地点が遠隔過ぎる及び／又はアクセスできないといったことから不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は上記の問題を解消又は軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のある非限定的な実施形態では、液体中の少なくともひとつのパラメータを感知する装置であって、液体中の前記パラメータを感知するセンサ手段、回転手段、前記回転手段を駆動し電気を発生する駆動及び発電手段、電気貯蔵手段、及び制御手段を備え、使用時には前記回転手段が液体の流れで動作し、液体の流量が予め定められたある値より低いときには前記駆動及び発電手段が前記回転手段を駆動し、それによって前記回転手段が液体の流量をその予め定められたある値以上に維持し、前記駆動及び発電手段が前記電気貯蔵手段からの電気で駆動され、前記液体の流量が前記予め定められた値以上であるときには前記液体の流れが前記回転手段を駆動し、前記回転手段が液体の流れによって駆動されるときには前記駆動及び発電手段が前記回転手段によって作動され、前記駆動及び発電手段によって発生された電気が前記駆動及び発電手段を駆動するのに使用するために前記電気貯蔵手段に貯蔵され、前記制御手段が前記液体の流量に応じて前記装置の動作を制御する装置が提供される。
【０００５】
これにより、本発明の装置は必要なときに必要に応じて回転手段を用いることによって液体の低流量の問題を解消することができる。本発明の装置は、電気発生手段によるその場での（in situ）発電によってバッテリー寿命の問題を軽減することができる。好ましくは、本発明の装置は飲料水給水ネットワークで用いられるためのものであり、その場合液体は水である。しかし、本発明の装置は、望むならば他の液体でも用いることができる。給水ネットワークで用いられる場合、装置は普通、水を収容する適当なパイプその他の導管に設置される。
【０００６】
装置は、駆動及び発電手段が単一のモータ−発電機デバイスによって構成されるものであってもよい。
【０００７】
装置は、モータ−発電機デバイスが、モータ駆動回路と電力発生回路を有し、制御手段がモータ駆動回路及び電気発生回路と動作的に結合した制御回路を有するようなものであってもよい。装置は、モータ−発電機デバイスが、電気モータの一体的な部分として形成された電気発生手段を含むものであってもよい。この場合、電気発生回路は電気モータのコイルに結合され、それにより水の流れによる回転手段の回転が起電力を発生させ、それによって電気が発生される。発生した電気は、整流手段によって整流された後に電気貯蔵手段を充電するために用いられる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、装置は、駆動及び発電手段が回転手段を駆動するための電気モータと、電気を発生するための別の電気発生手段によって構成されるものであってよい。
【０００９】
好ましくは、駆動及び発電手段は磁気結合によって回転手段と結合される。磁気結合を用いることにより、駆動及び発電手段はハウジングに、例えばステンレス鋼のハウジングに完全に封入することができる。したがって、回転手段が水中で高速で動作していても、駆動及び発電手段は回転手段の動作によって影響されない。駆動及び発電手段を回転手段と結合する他の手段を用いて、例えば、駆動及び発電手段を機械的シールによって回転手段と結合することもできる。機械的シールは、本発明の装置を長い間自動的に使用しても機械的シールから漏れが生じないように選ばれる。
【００１０】
本発明のすべての実施形態において、電気モータはブラシレス直流モータであってよい。
【００１１】
回転手段はプロペラ形であってよい。回転手段は、必要に応じて液体の流量を増加させるために適当などんな形であってもよい。好ましくは、回転手段は、回転手段の面と平行な液体の流れによって回転手段の回転を助けるような形である。この場合、回転手段は、複数の羽根が取り付けられた円板の形であってよい。
【００１２】
羽根は、液体の流れの方向に抗して動くときに押し下げられ、液体の流れの方向に動くときに押し上げられるように円板に取り付けることができる。羽根のこのような動きを可能にするために、羽根を蝶番で円板に取り付けることができる。円板に羽根を取り付けるために他の手段を用いることもできる。
【００１３】
通常、羽根は円板の一方の側に取り付けられる。しかし、望むなら、羽根は円板の両方の側に取り付けることもできる。
【００１４】
電気貯蔵手段は、通常はバッテリーである。しかし、他のタイプの電気貯蔵手段も用いることができ、例えば、電気貯蔵手段はスーパーキャパシタであってもよい。
【００１５】
液体中の一つ以上の所望のパラメータを感知するのに適当などんなタイプのセンサを用いてもよい。例えば、センサ手段は、水の塩素含有量及び／又は水の酸素含有量を感知するものであってもよい。
【００１６】
本発明は、また、液体配給ネットワーク、ネットワーク内の液体、及びネットワーク内の複数ユニットの本発明の装置、の組み合わせにも拡張される。
【００１７】
制御手段は、別の流れセンサ（回転手段から離れている）を用いて液体の流量（例えば、回転手段を作動させないでパイプ中を流れる液体の流量）をモニターし、それに応じてマイクロプロセッサ又はその他のコンピュータ・デバイスでモードを切り換えることによって間接的に作動させることができる。あるいはまた、制御手段は、発生された電力、又は周辺流量に対して回転手段を動作させるのに必要な電力を用いて作動させることもできる。この方法は、回転手段の形を用いることができ、回転手段は、ある方向に他の方向よりも有利に押されるようなものである。これを実現するために、回転手段は上述したような羽根を有することができる。羽根は中芯軸に可撓的に取り付けられる。羽根は、デバイスの有向性をさらに強めるような輪郭を有することができる。輪郭は、曲線輪郭又はV-形の輪郭であってもよい。流れが増加すると共に、電力発生に有利である方向に抗して動かすことによって必要な電力が増加する。この電力を基準値と比較して、運転モードを（回転履歴に応じて）発電モードに切り換えることができる。逆に、回転手段が電力発生に有利になる方向に回されると、流体の流量が増加するにつれて必要な電流は減少する。このようなモードによって電力は節約される。モータ駆動回路のスイッチが切られると、電力発生回路のスイッチが入って、電力が将来の使用のために貯蔵される。
【００１８】
摩耗を最小にするために、磁気軸受を用いることができる。
【００１９】
本発明の装置は、電気貯蔵手段のために電気を発生する他の方法が使用できない地下のパイプ内という状況で特に有用である。上述のように、液体は、通常、水道給水ネットワークにおける飲料水である。しかし、他のタイプの液体も、例えば、非飲料水なども用いることができる。液体は、また、他のいろいろなタイプの流れ環境に配備できる。配備条件によって、装置は長期間自動的に作動して外部の電力を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を例によって、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１と２を参照すると、液体中の少なくともひとつのパラメータを感知するための装置２が示されている。装置２はセンサ手段４を含む。センサ手段４はいくつかの異なる流れ敏感ナセンサ５を有するゾンデであってもよい。
【００２２】
装置２は、また、回転手段６，及び駆動及び発電手段８を含む。ある動作モードでは、駆動及び発電手段８は磁気結合を介して回転手段６を駆動する。別の動作モードでは、駆動及び発電手段８は電力を発生するように動作する。装置２はさらに電気貯蔵手段１２を含む。制御手段１４は装置２の動作を制御する。
【００２３】
装置２は、使用時に回転手段６が液体１６中で動作するようになっている。図１から分かるように、液体１６はセンサ手段４と回転手段６に直接係合するようになっている。回転手段６は、円板１８と複数の羽根（図１と２には示されていない）を含む。回転手段６の回転は反時計回りである。
【００２４】
装置２は、液体１６の流量が予め定められた値より小さいときに、駆動及び発電手段８が回転手段６を駆動するようになっている。したがって、回転手段６は液体の流れを予め定められた値以上に維持する。駆動及び発電手段８は、電気貯蔵手段１２からの電気によって駆動される。
【００２５】
装置２は、液体１６の流量が予め定められた値以上であるときに、液体１６の流れが回転手段６を駆動するようになっている。回転手段６が液体１６の流れによって駆動されるとき、駆動及び発電手段８は電気発生手段として動作し、回転手段６によって作動される。電気発生手段として動作する駆動及び発電手段８によって発生される電気は、電気発生回路１１の形の電力変換手段によって変換され調節される。発生された電気は、駆動及び発電手段８を駆動するのに使用するために電気貯蔵手段１２に貯蔵される。電気力と流れの方向は矢印１５によって示される。
【００２６】
制御手段１４は、液体１６の流量に応じて装置２の動作を制御する。駆動及び発電手段８はモータ駆動回路１７と電気発生回路１１を有する。制御手段１４は、モータ駆動回路及び電気発生回路と動作的に結合する制御回路を有する。電気発生回路は、駆動及び発電手段８の電気モータ部のコイル（図示せず）と結合している。水の流れによる回転手段６の回転が起電力を発生し、それによって電気が発生する。電気発生回路１１は整流器を含み、それが発生した電流を整流し、通常はバッテリーである電気貯蔵手段１２に貯蔵するのに適したものにする。
【００２７】
駆動及び発電手段８は磁気結合１０によって回転手段６に結合されている。したがって、駆動及び発電手段８は、液体の侵入に対して封止できるステンレス鋼のハウジングに収容することができる。
【００２８】
次に、図３−６を参照すると、回転手段２４の一例が示されている。回転手段２４は、回転手段２４の面と平行な液体１６の流れによる回転手段２４の回転を容易にするような形になっている。回転手段２４は、円板２８で、円板２８の一方の側に複数の羽根３０，３８が取り付けられているものである。矢印３２で示されているように、回転手段２４の回転は反時計回りである。回転手段１８の回転は中心軸３４のまわりで生ずる。
【００２９】
図４，５，及び６から分かるように、回転手段２４は、羽根３０を蝶番３６によって円板２８に取り付けられ、羽根３０が液体２６の流れに抗して動くときに羽根３０が押し下げられ、羽根３０が液体２６の流れの方向に動くときに羽根３０が押し上げられるようになっている。図３では、羽根３０に対する流れの方向が羽根３０を押し上げるようになっている状態が液体１６によって示されている。
【００３０】
添付図面を参照して上で説明した本発明の実施形態は、例として示しただけであって、いろいろな変更を加えることができるということを理解すべきである。例えば、他のタイプの回転手段６及び駆動及び発電手段８を用いることができる。本発明のための駆動及び発電手段は、電気モータとして又は発電機として使用でき、電気的パワーと機械的パワーの変換をするモータ発電機であってよい。原理的に、発電機は電気モータとしても使用できるし、その逆も言える。両方のモードで用いるように特に設計されたデバイスはモータ発電機と呼ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の装置を示す。
【図２】本発明の装置の電気コンポーネントと機械コンポーネントを示す概略図である。
【図３】本発明の装置の一部を成す好ましい回転手段を示す上面図である。
【図４】図３に示された回転手段の動作を説明する図である。
【図５】図３に示された回転手段の動作を説明する図である。
【図６】図３に示された回転手段の動作を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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