(57)【要約】【課題】連結部に回転を入力して連結部を屈曲又は湾曲させることができる駆動機構を提供する。【解決手段】ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器１は、複数の密閉室２９、複数の密閉室２９の圧力差によって生じる回転力により回転駆動される回転体２２、複数の密閉室２９のうちいずれかの密閉室２９に連通し、回転体２２の回転に伴って連通する密閉室２９が変更される流入ポート３０、及び、複数の密閉室２９のうち流入ポート３０が連通している密閉室２９以外の密閉室２９に連通し、回転体２２の回転に伴って連通する密閉室２９が変更される流出ポート３１を有するガスモータ５を有し、流入ポート３０にガスが供給され、流出ポート３１からより低い圧力に調整されたガスを排出する。【選択図】図１
2008102716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器であって、
所定の回転軸周りに配置された複数の密閉室、
前記複数の密閉室のうちいずれかの密閉室に選択的に連通する流入ポート、
前記複数の密閉室のうち前記流入ポートが連通している前記密閉室以外のいずれかの密閉室に選択的に連通する流出ポート、及び、
前記複数の密閉室の圧力差によって生じる力により前記回転軸回りに回転駆動され、当該回転に伴って、前記複数の密室室、又は、前記流入ポート及び前記流出ポートを前記回転軸回りに回転させ、前記流入ポート及び前記流出ポートが連通する前記密閉室を切り替える回転体
を有する流体回転駆動体を有し、
前記流入ポートに前記ガスが供給され、前記流出ポートからより低い圧力に調整された前記ガスを排出する
ガス供給機器。
【請求項２】
前記回転体と結合される入力軸を有し、当該入力軸の回転動力によって発電する発電機と、
前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出する圧力が所定の目標圧力になるように、前記発電機の負荷を制御する制御部と、
を有する請求項１に記載のガス供給機器。
【請求項３】
前記圧力センサ及び前記制御部は、前記発電機の発電した電力によって駆動される
請求項２に記載のガス供給機器。
【請求項４】
前記発電機の回転速度を検出する速度センサと、
前記速度センサの検出した回転速度に基づいて前記流出ポートから排出された前記ガスの流量を算出する流量算出部と、
を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス供給機器。
【請求項５】
前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力をより安定した圧力に調整するダイアフラム形圧力調整器を有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス供給機器。
【請求項６】
ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器であって、
前記ガスの圧力によって回転駆動される回転体と、
前記回転体と結合される入力軸を有し、当該入力軸の回転動力によって発電する発電機と、
前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出する圧力が所定の目標圧力になるように、前記発電機の負荷を制御する制御部と、
を有するガス供給機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力調整器は、例えば、ガス供給側であるＬＰガスボンベから、ガス消費側であるガスコンロなどの燃焼器にＬＰガスを供給するガス供給通路の途中に設けられているものであり、一般には、比較的高く変動する可能性のあるガスの圧力を低くするとともに一定の目標とされる圧力に制御する装置である。
【０００３】
特許文献１では、ダイアフラム形の圧力調整器の下流にタービンを設け、タービンの回転によって発電する技術が開示されている。特許文献２では、圧力を低減するノズルの下流にタービンを設け、タービンの回転によって発電する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１８５３０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タービンの回転翼は周囲の壁面と接触しておらず、ガスは回転翼と壁面との隙間を流れることが可能である。従って、ガスの流量が少ない場合には、トルクを得ることが困難である。換言すれば、ガスの流量が少ない場合にはガスの圧力を低く調整することが困難である。
【０００５】
本発明の目的は、ガスの流量が少ない場合であっても、ガスの圧力を調整するとともに調整の際に失われるガスのエネルギーを回収できるガス供給機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点のガス供給機器は、ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器であって、所定の回転軸周りに配置された複数の密閉室、前記複数の密閉室のうちいずれかの密閉室に選択的に連通する流入ポート、前記複数の密閉室のうち前記流入ポートが連通している前記密閉室以外のいずれかの密閉室に選択的に連通する流出ポート、及び、前記複数の密閉室の圧力差によって生じる力により前記回転軸回りに回転駆動され、当該回転に伴って、前記複数の密室室、又は、前記流入ポート及び前記流出ポートを前記回転軸回りに回転させ、前記流入ポート及び前記流出ポートが連通する前記密閉室を切り替える回転体を有する流体回転駆動体を有し、前記流入ポートに前記ガスが供給され、前記流出ポートからより低い圧力に調整された前記ガスを排出する。
【０００７】
好適には、前記回転体と結合される入力軸を有し、当該入力軸の回転動力によって発電する発電機と、前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出する圧力が所定の目標圧力になるように、前記発電機の負荷を制御する制御部と、を有する。
【０００８】
好適には、前記圧力センサ及び前記制御部は、前記発電機の発電した電力によって駆動される。
【０００９】
好適には、前記発電機の回転速度を検出する速度センサと、前記速度センサの検出した回転速度に基づいて前記流出ポートから排出された前記ガスの流量を算出する流量算出部と、を有する。
【００１０】
好適には、前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力をより安定した圧力に調整するダイアフラム形圧力調整器を有する。
【００１１】
本発明の第２の観点のガス供給機器は、ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器であって、前記ガスの圧力によって回転駆動される回転体と、前記回転体と結合される入力軸を有し、当該入力軸の回転動力によって発電する発電機と、前記流出ポートから排出された前記ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出する圧力が所定の目標圧力になるように、前記発電機の負荷を制御する制御部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガスの流量が少ない場合であっても、ガスの圧力を調整するとともに調整の際に失われるガスのエネルギーを回収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るガス供給機器１の構成を示す概念図である。ガス供給機器１は、ガスタンク１０１から流入路２に流入したガスの圧力をより低い圧力に調整し、調整後のガスを流出路３から排出するものである。
【００１４】
例えば、ガスはＬＰガス等の可燃性ガスである。ガスタンク１０１には、液化したプロパンガスやブタンガスが収容され、そのガスタンク１０１の液体プロパン、ブタンが気化されて利用される。ガスタンク１０１内のゲージ圧は例えば0.6MPa程度である。ガス供給機器１は、ガスタンク１０１からのガスを例えばゲージ圧で2800Paまで下げ、かつ、2800±500Paに調整する。流出路３は、例えばガスコンロ等の燃焼器に接続され、燃焼器で燃焼されたＣＯ２などのガスを大気に解放可能である。
【００１５】
ガス供給機器１は、流入路２から供給されたガスの圧力によるエネルギーを機械的回転エネルギーに変換する流体回転駆動体としてのガスモータ５と、ガスモータ５からの機械的回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機９と、ガスモータ５や発電機９の動作を制御する制御部１１と、発電機９が発電した電力を蓄電する蓄電部１３と、調整後のガスの圧力を検出する圧力センサ１５と、発電機９の回転を検出する回転センサ１７と、種々の演算や制御を行う演算部１９とを備えている。
【００１６】
図２は、ガスモータ５の構成の一例を示す断面図である。ガスモータ５は、空気圧によって駆動されるエアモータ（空気圧モータ、エアエンジンと呼ばれることもある）と同様の構成を有するものである。図２では、いわゆる非膨張ベーン形エアモータによってガスモータ５が構成された場合を例示している。
【００１７】
ガスモータ５は、円筒状のケーシング２１と、ケーシング２１の内部に収容された回転体２２とを備えている。回転体２２は、ケーシング２１に対して回転可能に軸支された軸部２４と、軸部２４を軸とする円柱状のロータ２５と、ロータ２５の半径方向に設けられたスリット２５ａに挿入され、当該スリット２５ａ内を進退可能な複数（図２では４つを例示）のベーン２６と、スリット２５ａ内に設けられ、ベーン２６を外周側へ付勢するスプリング２７とを備えている。軸部２４及びロータ２５は、ケーシング２１の円柱状の内部空間の中心軸から偏心して設けられ、ロータ２５の一部はケーシング２１の内周面に当接している。また、複数のベーン２６は、スプリング２７の付勢力によってケーシング２１の内周面に当接している。
【００１８】
ケーシング２１の内部空間は、複数のベーン２６及びロータ２５の一部によって軸部２４周りに配置された複数の密閉室２９に区画されている。ケーシング２１には、流入ポート３０及び流出ポート３１が設けられている。流入ポート３０及び流出ポート３１は、複数の密閉室２９のうち、互いに異なる密閉室２９に選択的に連通している。流入ポート３０には流入路２が接続され、流出ポート３１には流出路３が接続されている。
【００１９】
流入ポート３０に高圧のガスが供給され、流出ポート３１からガスが大気に解放されると、流入ポート３０に連通している密閉室２９の圧力は流出ポート３１に連通している密閉室２９よりも圧力が高くなる。そして、その圧力差によって回転体２２は回転する。また、回転に伴うベーン２６の移動により、流入ポート３０に連通している密閉室２９は拡大し、流入ポート３０からのガスは当該密閉室２９に継続して流入する。一方、流出ポート３１に連通している密閉室２９は、回転に伴うベーン２６の移動により縮小し、当該密閉室２９に収容されていたガスは排出される。
【００２０】
回転の最中、ガスの圧力によるエネルギーは、回転体２２の機械的回転エネルギーに変換されることにより一部が失われる。従って、流出ポート３１に連通している密閉室２９から排出されるガスの圧力は、流入ポート３０に流入したガスの圧力よりも低い圧力に調整されている。
【００２１】
また、回転に伴うベーン２６の移動によって、流入ポート３０及び流出ポート３１が連通する密閉室２９は順次変更される。すなわち、回転体２２の回転によって、複数の密閉室２９は軸部２４回りに流入ポート３０及び流出ポート３１に対して回転し、流出ポート３１に連通していた密閉室２９が流入ポート３０に連通し、流入ポート３０に連通してから流出ポート３１に連通していない密閉室のうち最初に流入ポート３０に連通した密閉室２９が流出ポート３１に連通する。従って、回転体２２は継続的に回転する。
【００２２】
ガスモータ５の特性を数式を示して説明する。
【００２３】
数式に用いる記号を以下のように定義する。
T：トルク[Nm]                    Tmax：停止トルク[Nm]
TＬ：摩擦に伴うトルク[Nm]
ω：回転角速度[rad/s]            ωmax：無負荷最大回転速度[rad/s]
Ph：高圧側ガス絶対圧 [Pa]        Pl：低圧側ガス絶対圧 [Pa]      
PＨ： 差圧Ph -Pl
Qh：高圧ガス流量[m3/s]            Ql：低圧ガス流量[m3/s]
W：パワー                        Wmax：最大パワー
R'：粘性摩擦抵抗[Ns/m2]            R：回転粘性摩擦抵抗[Ns/m2]
r：回転体半径[m]                  d：円筒の長さ[m]            
C：ガスモータ機構とサイズにより定まる体積で１rad回転するために必要な圧ガスの量[m3] 
【００２４】
回転体にかかる圧力は図３に示すように、下端が軸で固定された長さr、幅dの板に左右からPlとPhの圧力が加えられる情況と同じである。板の面積はrdであり、圧力差による力はrd(Ph‐Pl)でありトルクはこの力にｒ／２を掛けたものになる。このトルクと摩擦に伴うトルクＴＬが釣り合いながら回転する。これらの幾何学的寸法はＣ＝ｒ２ｄ／２として体積に還元され特性を考える際必要な係数はCとＲだけである。
【００２５】
【数１】
2008102716.tif 000003
粘性摩擦によるトルクは回転軸の回転速度に比例する。
【００２６】
【数２】
2008102716.tif 000004
Ｒ＝Ｒ′／Ｃとして、この粘性摩擦に関する式をトルクの式に代入すると
【００２７】
【数３】
2008102716.tif 000005
となる。PｈとPlの差圧でPＨ（Plが大気圧の場合にはゲージ圧）を表せば
【００２８】
【数４】
2008102716.tif 000006
であり、トルクは差圧で与えられる高圧ガス圧PＨと回転角速度で次のように表される。
【００２９】
【数５】
2008102716.tif 000007
これより、停止トルクＴmax（ω＝0のときのトルク）は次のようになる。
【００３０】
【数６】
2008102716.tif 000008
高圧側、および低圧側のガス流量はそれぞれ次のように与えられる。またT＝0のとき無負荷回転速度ωmaxであり、
【００３１】
【数７】
2008102716.tif 000009
また回転軸が発生できるパワーは次のように与えられる。
【００３２】
【数８】
2008102716.tif 000010
係数CとRは差圧PＨおよび低圧ガスの流量、停止トルクおよび無負荷回転数が与えられれば計算できる。エアモータの場合、これらは仕様で与えられる。
従って、エアモータが与えられると、その運用条件である高圧ガス源の差圧PＨおよび低圧ガスの流量が与えられると、そのエアモータが発生するトルクおよびパワーが計算できる。
（６）式より、Ｃ＝ｒ２ｄ／２が大きければパワーも大きくなる。ｒ２ｄ／２が大きくなることは、エアモータのサイズ、質量も大となることを意味する。従って、目的に応じて適切なエアモータを選ぶ必要がある。
（６）式より、ω＝０、ω＝ωmax＝ＰＨ／Ｒでパワーはゼロとなる。回転速度
【００３３】
【数９】
2008102716.tif 000011
で最大パワーが発生されその大きさは
【００３４】
【数１０】
2008102716.tif 000012
となる。
【００３５】
回転トルク特性を図４（ａ）に、回転速度パワー特性を図４（ｂ）に示す。
【００３６】
図１に戻り、ガス供給機器１の各部を説明する。
【００３７】
（発電機能）
ガスモータ５の軸部２４と発電機９の入力軸９ａとは、カップリング７を介して結合されている。カップリング７は、例えばマグネティックカップリングにより構成されている。すなわち、カップリング７は、軸部２４に固定されたモータ側磁石７ａと、入力軸９ａに固定された発電機側磁石７ｂとを有している。モータ側磁石７ａ及び発電機側磁石７ｂは対向配置されて磁気的に結合している。従って、モータ側磁石７ａ及び発電機側磁石７ｂのうち一方の磁石の回転力（制動力を含む）は他方の磁石に伝達される。
【００３８】
軸部２４は、ケーシング２１内に設けられた軸受３３（図１では一つのみ例示）に軸支されており、ケーシング２１からは突出していない。すなわち、ケーシング２１には、軸部２４の支持のために、ガスが漏れる可能性のある孔部は形成されていない。また、モータ側磁石７ａは、ガスモータ５のケーシング２１内に収容されている。一方、入力軸９ａ及び発電機側磁石７ｂはケーシング２１の外部に配置されている。従って、ガスモータ５と発電機９とは構造的に分離されている。
【００３９】
発電機９は、入力軸９ａの他に、特に図示しないが、入力軸９ａに固定されたロータと、ロータの外周側にロータと対向配置されるステータと、ステータを保持するケーシングとを備えている。ロータ及びステータの一方は永久磁石により、他方はコイルにより構成されており、発電機９は、ロータ及びステータの相対回転による電磁誘導により発電する。発電機９は、直流発電機でもよいし、交流発電機でもよい。なお、以下では、発電機９が直流発電機であるものとして説明する。
【００４０】
以上のとおり、ガス供給機器１では、ガスモータ５によりガスの圧力エネルギーの一部が機械的回転エネルギーに変換され、軸部２４が回転駆動されると、カップリング７を介して発電機９の入力軸９ａが回転駆動される。これにより、発電機９では発電が行われる。
【００４１】
（圧力調整機能）
制御部１１は、発電機９に電気的に接続された電流調整トランジスタ４１と、所定の目標圧力と圧力センサ１５の検出した圧力とを比較する比較器４２と、比較器４２からの出力に基づいて電流調整トランジスタ４１の動作を制御する制御器４３とを備えている。
【００４２】
電流調整トランジスタ４１は、例えばｎｐｎトランジスタにより構成され、コレクタに発電機９の正極９ｐが接続され、エミッタに発電機９の負極９ｎが接続され、ベースに制御器４３が接続されている。電流調整トランジスタ４１は、制御器４３によりベース‐エミッタ間に印加される順電圧に応じた電流をコレクタ‐エミッタ間に流す。換言すれば、ベース‐エミッタ間に印加される順電圧が小さくなるほど、コレクタ‐エミッタ間の抵抗値は大きくなる。
【００４３】
比較器４２は、予め設定された目標圧力から圧力センサ１５により検出された検出圧力を減算し、その減算結果に応じた信号を制御器４３に出力する。目標圧力は、流出路３から排出するガスの圧力の目標値であり、ガス供給機器１の製造者、販売者、又は、使用者により、適宜に設定される。
【００４４】
制御器４３は、比較器４２から出力される信号に基づいて、目標圧力と検出圧力との差を累積し、その累積値に応じた電圧を電流調整トランジスタ４１のベース‐エミッタ間に印加する電圧から減じる。換言すれば、制御器４３は、検出圧力が目標圧力よりも小さいときは電流調整トランジスタ４１の抵抗値が大きくなるように、検出圧力が目標圧力よりも大きいときは電流調整トランジスタ４１の抵抗値が小さくなるように、電流調整トランジスタ４１の抵抗値の積分制御を行う。なお、図１では、目標圧力と検出圧力との積分値を−１倍した電圧を加算する場合を例示している。
【００４５】
圧力センサ１５は、流出路３に設けられたチャンバ３ａに配置され、チャンバ３ａ内の圧力に応じた信号を出力する。チャンバ３ａは、ガスモータ５の流出ポート３１や流出路３の流出口よりも拡径しており、流出ポート３１から排出されたガスは、チャンバ３ａに滞留した後に燃焼器等へ排出される。圧力センサ１５は、チャンバ３ａに設けられていることから、ガスの流速が検出圧力に及ぼす影響が軽減される。圧力センサ１５は、薄ゲージ式、半導体ストレインゲージ式、圧電式、光ファイバー式などの適宜な方式のセンサにより構成されてよい。
【００４６】
以上の構成によれば、目標圧力よりも圧力センサ１５の検出圧力が小さい場合には、制御器４３の制御により電流調整トランジスタ４１の抵抗値は高くなる。その結果、発電機９において起電された電圧により流れる電流が減少する。流れる電流が少ないと発電機９の負荷トルクは小さくなり、ひいては、ガスモータ５の負荷トルクも減少する。その結果、ガスモータ５の回転速度は速くなり、チャンバ３ａに流れ込むガス量は増加し、チャンバ３ａ内の圧力は増加する。目標圧力よりも圧力センサ１５の検出圧力が大きい場合には、上記と逆に、電流調整トランジスタ４１の抵抗値が低くなり、電流は増加し、発電機９やガスモータ５の負荷トルクは大きくなり、チャンバ３ａ内の圧力は減少する。このような動作が繰り返されることにより、チャンバ３ａ内の圧力は目標圧力に収束する。
【００４７】
（蓄電機能及び電力利用機能）
蓄電部１３は、発電機９の正極９ｐと負極９ｎとの間に設けられたキャパシタ５１と、発電機９に対してキャパシタ５１と並列に接続される抵抗体５２と、発電機９に対してキャパシタ５１と並列に接続されるＤＣ−ＤＣ変換器５３と、ＤＣ−ＤＣ変換器５３と接続された二次電池５４と、抵抗体５２及びＤＣ−ＤＣ変換器５３の接続状態を切り替えるスイッチ５６とを備えている。また、ＤＣ−ＤＣ変換器５３には、二次電池１４と並列に負荷５５が接続されている。
【００４８】
スイッチ５６は、発電機９と抵抗体５２とが接続され、且つ、発電機９とＤＣ−ＤＣ変換器５３とが接続されない状態と、発電機９と抵抗体５２とが接続されず、且つ、発電機９とＤＣ−ＤＣ変換器５３とが接続される状態と、抵抗体５２及びＤＣ−ＤＣ変換器５３のいずれも発電機９に接続されていない状態との３状態の間で抵抗体５２及びＤＣ−ＤＣ変換器５３の接続状態を切り替え可能である。
【００４９】
負荷５５は、発電機９から電力が供給されて動作する電子部品を便宜的に一の電子部品として表したものである。負荷５５には、圧力センサ１５、回転センサ１７、演算部１９、比較器４２、制御器４３、スイッチ５６の不図示の駆動回路等、ガス供給機器１に含まれるあらゆる電子部品が含まれてよく、又、燃焼器の制御回路等のガス供給機器１に含まれないあらゆる電子部品が含まれてよい。
【００５０】
蓄電部１３の動作を説明する。発電が開始される前は、スイッチ５６は、抵抗体５２及びＤＣ−ＤＣ変換器５３のいずれも発電機９に接続されていない状態にされている。発電機９が発電を開始すると、その電圧によってキャパシタ５１には電気量が蓄えられる。キャパシタ５１に十分な電気量が蓄えられ、電圧が規定電圧よりも高くなると、スイッチ５６は、発電機９とＤＣ−ＤＣ変換器５３とを接続する状態に切り替えられる。そして、発電機９から供給される電力はＤＣ−ＤＣ変換器５３により適宜な電圧の電力に変換され、二次電池５４に蓄えられるとともに負荷５５に供給される。
【００５１】
ガスモータ５や発電機９の回転速度が速くなったりして過剰な電力が発生し、二次電池５４をオーバーチャージする場合、スイッチ５６は、発電機９と抵抗体５２とを接続する状態に切り替えられ、発電機９からの電力は熱として放散される。逆に、ＤＣ−ＤＣ変換器５３の供給する電力が負荷５５の消費電力を下回る場合には、二次電池５４の電力が負荷５５に供給される。
【００５２】
なお、スイッチ５６の切替は、例えば、キャパシタ５１や二次電池５４の電圧を計測する不図示の電圧計などの出力値に基づいて、演算部１９により行われる。
【００５３】
（流量計測機能）
回転センサ１７は、発電機９の回転速度に応じた信号を演算部１９に出力する。回転センサ１７は、例えば、磁気式又は光学式のエンコーダにより構成され、発電機９の回転位置の変化に応じてパルス列を出力する。演算部１９では、単位時間あたりに受信したパルス列を計数して発電機９の回転速度を算出する。
【００５４】
演算部１９は、回転センサ１７の検出値に基づいて算出された回転速度に基づいて、流出路３から排出されるガスの流量を算出する。すなわち、（４）式及び（５）式より導かれる次式
【００５５】
【数１１】
2008102716.tif 000013
に基づいて、流出路３から排出されるガスの単位時間あたりの流量を算出する。算出されたガスの単位時間あたりの流量は、例えば、所定の期間に亘って積算され、ガスの使用量金の算出などに利用される。
【００５６】
以上の実施形態によれば、ガスの圧力をより低い圧力に調整するガス供給機器１にガスモータ５を設け、ガスモータ５にガスを供給してより低圧のガスを得ることから、圧力を低く調整する際に失われるガスの圧力のエネルギーが機械的回転エネルギーとして回収される。機械的回転エネルギーは、実施形態のように電力に変換して利用することもできるし、メータを回転させる動力として利用する等、機械的回転エネルギーのまま利用することもできる。さらに、ガスモータ５は、複数の密閉室２９の圧力差により回転体２２を回転させるものであることから、流入路２と流出路３との間に圧力差さえあれば、ガスの流量が少ない場合であってもトルクを得ることができる。従って、高圧側と低圧側の圧力差があるが比較的低流量で使用されるガス（例えば家庭用の燃焼器に供給されるＬＰガス）の圧力調整に好適に利用可能である。
【００５７】
回転体２２と結合される入力軸９ａを有し、入力軸９ａの回転によって発電する発電機９と、流出ポートから排出されたガスの圧力を検出する圧力センサ１５と、圧力センサ１５の検出する圧力が所定の目標圧力になるように、発電機９の負荷を制御する制御部１１とを有することから、機械的回転エネルギーが電気エネルギーに変換され、回収したエネルギーが利用されやすくなるとともに、圧力の調整をより正確に行うことができる。
【００５８】
例えば、回収したエネルギーを、電池で１０年間駆動する都市・ＬＰガスマイコンメータの駆動電力として利用できる。電池の電気容量の限約からできなかったことが可能となり、危険ガスの保安が向上する。例えば、従来は超音波流量計の計測サンプリング時間が２ｓであったところ、１ｍｓとすることができる。また、例えば、マイコンメータと、ガス管理集中センタとの通信頻度を上げることができる。また、例えば、ユーザに対してＬＰガスの状態をモニタさせることができる。
【００５９】
なお、電気エネルギーは、圧力センサ１５や制御部１１等、圧力調整に関る電子部品の駆動に利用されてもよいし、燃焼器の制御回路等、圧力調整とは無関係な電子部品の駆動に利用されてもよい。
【００６０】
発電機９の回転速度を検出する回転センサ１７と、回転センサ１７の検出した回転速度に基づいて流出ポート３１から排出されたガスの流量を算出する演算部１９とを有することから、例えばいわゆるふいごを用いたガスメータに比較して、流量計測に伴う意図しない圧力低下が抑制される。
【００６１】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るガス供給機器２０１の構成を示す概念図である。図５において、第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
第２の実施形態のガス供給機器２０１は、ガスモータ５の下流側、例えば、チャンバ３ａよりも下流側にダイアフラム形の圧力調整器６１を有している。
【００６３】
図６は、圧力調整器６１の構成を説明する断面図である。
【００６４】
圧力調整器６１は、ケーシング７１と、ケーシング７１の内部を減圧室７３と大気室７４とに区画するダイアフラム７２と、ダイアフラム７２を減圧室７３側へ付勢するスプリング７５と、減圧室７３に連通する流入ポート７６及び流出ポート７７と、流入ポート７６を開閉可能な弁体７８と、弁体７８に連結されたレバー７９と、レバー７９と連結されるとともにダイアフラム７２に固定された作動軸８０とを備えている。
【００６５】
ダイアフラム７２は例えばゴムにより構成されており、減圧室７３と大気室７４との圧力差とダイアフラム７２の復元力とが釣り合う位置に位置する。流入ポート７６はガスモータ５に接続され、流出ポート７７は燃焼器に接続されている。
【００６６】
流入ポート７６にガスが流入し、減圧室７３の圧力が上昇すると、ダイアフラム７２は大気室７４側（Ａ１方向）へ移動し、これに伴い、作動軸８０もＡ１方向に移動する。レバー７９は、作動軸８０のＡ１方向への移動によって回転軸７９ａ回りにＡ３方向へ回転駆動される。弁体７８はレバー７９のＡ３方向への回転により流入ポート７６を閉塞する方向（Ａ５方向）へ移動する。従って、減圧室７３へのガスの流入が抑制され、減圧室７３の圧力は低下し、ひいては、流出ポート７７から排出されるガスの圧力は低く調整される。
【００６７】
減圧室７３の圧力が低下した場合には、上記とは逆に、ダイアフラム７２は減圧室７３側（Ａ２方向）へ移動し、作動軸８０はＡ２方向に移動し、レバー７９はＡ４方向へ回転駆動され、弁体７８はＡ６方向へ移動する。従って、減圧室７３へのガスの流入の抑制が緩和され、減圧室７３の圧力は上昇し、ひいては、流出ポート７７から排出されるガスの圧力の低下量は緩和される。
【００６８】
第２の実施形態によれば、ガスモータ５により比較的高圧のガスの圧力調整を行い、ガスモータによってある程度低く調整されたガスの圧力を、低圧用のダイアフラム形の圧力調整器６１によって精度よく調整することができる。
【００６９】
（第３の実施形態）
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るガス供給機器３０１の構成を示す図である。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）の紙面下方からガス供給機器３０１を見た図であり、一部（後述する２次調整器３０４の部分）に断面図を含んでいる。
【００７０】
ガス供給機器３０１は、不図示のガスタンクから供給されるガスの圧力を調整する１次調整器３０２と、１次調整器３０２により調整されたガスの圧力を調整する流体回転駆動体としてのガスモータ３０３と、ガスモータ３０３により調整されたガスの圧力を調整する２次調整器３０４と、ガスモータ３０３の回転動力によって発電する発電機３０５とを備えている。
【００７１】
ガスモータ３０３は、例えばベーン形モータにより構成されており、その構成や動作原理は第１の実施形態と同様である。なお、ガスモータ３０３において、第１の実施形態のガスモータ５と同様の構成については、ガスモータ５と同様の符合を付して説明を省略する。１次調整器３０２及び２次調整器３０４は、ノズル形調整器、ダイアフラム形調整器等の公知の調整器により適宜に構成されている。
【００７２】
第３の実施形態では、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、ガスモータ３０３及び発電機３０５により、圧力エネルギーを回収しつつ、圧力の調整を行う。しかし、第１の実施形態や第２の実施形態の発電機９が、ロータ及びステータの相対回転による電磁誘導により発電するものであったのに対し、第３の実施形態の発電機３０５は、圧電素子を利用して発電する点で相違する。
【００７３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、ガスモータ３０３及び発電機３０５を示す図である。図８（ａ）は、図７（ｂ）の紙面左側から見た図であり、発電機３０５は断面図で示されている。図８（ｂ）は図７（ｂ）の紙面奥手側から見た図であり、発電機３０５のケーシング３１１を一部破断して示している。
【００７４】
ガスモータ３０３の軸部２４は、発電機３０５のケーシング３１１に挿入されており、発電機３０５の入力軸を兼ねている。軸部２４のケーシング３１１に挿入された部分には、外周面が多角形に形成された当接部３１２が設けられている。ケーシング３１１内には、互いに対向して配置された２枚の基板３１４が設けられている。２枚の基板３１４の対向面には、それぞれ圧電素子３１３が設けられている。当接部３１２は、２つの圧電素子３１３に挟まれる位置に配置されている。２枚の基板３１４の対向面の背面には、これら基板３１４を当接部３１２の方向に付勢する弾性部材３１５が設けられており、圧電素子３１３は当接部３１２に当接している。なお、弾性部材３１５は、例えばスポンジ、ゴム、バネである。
【００７５】
以上の構成を有するガスモータ３０３及び発電機３０５では、ガスモータ３０３の軸部２４がガスの圧力により回転すると、当接部３１２の外周面の角が、基板３１４と小刻みに衝突することにより基板３１４が振動し、基板３１４に貼られた圧電素子３１３が発電する。
【００７６】
（実施例）
以下では、ガスモータ５を実在するエアモータにより構成した場合を例にとり、ＬＰガスの減圧と電力回収の具体的な数値を例示する。
【００７７】
絶対圧0.7MPaのLPガスをほぼ大気圧まで減圧するものとする。低圧側でのLPガス流量は200ｌ/hrとする。従ってPH=0.6MPaとなる。エアモータは明友エアマチック社ＭＭＲ−50000とする。このモータは差圧が0.6MPa、低圧側空気流量が135ｌ/minで運用し、停止トルクが0.025Nm、無負荷回転数が50,000rpmである。
【００７８】
係数Cを求める。停止時はω=0であり、（２）式より
【００７９】
【数１２】
2008102716.tif 000014
【００８０】
係数Rを求める。無負荷回転速度ωmaxにおいてT=0であり、（３）式より
【００８１】
【数１３】
2008102716.tif 000015
となる。
【００８２】
次にＱｌ＝２００ｌ／ｈｒのときの回転数と出力ワットを求める。これはタンク内ゲージ圧0.6MPa（タンク内絶対圧は0.7Mpaであり、燃焼器での絶対圧力は0.1MPa）のＬＰガスをガスコンロで小さな火力で使用する情況である。
【００８３】
はじめ高圧ガスが低圧ガスに状態変化する場合のガスがなす力学的仕事を求める。nモルの理想気体が状態H(T, Vh, Ph)から状態L(T, Vl, Pl)まで等温変化した場合、気体なす力学的仕事Ｅｋ→lは、理想気体の状態方程式p＝ｎｒＴ／Ｖより、次のようになる。
【００８４】
【数１４】
2008102716.tif 000016
【００８５】
いま高圧ガスが等温的に低圧ガスに状態変化しながら低圧ガス流量Ｑで流れている。このときの高圧ガスから低圧ガスに変換される際の力学的仕事率Ｗｋ→lは
【００８６】
【数１５】
2008102716.tif 000017
である。
【００８７】
いま絶対圧力0.7MpaのＬＰガスが等温的に0.1MPaのガスに状態を変化しながら200ｌ/hrのガス流として流す。この場合の力学的仕事率（パワー）をもとめる。等温変化より
【００８８】
【数１６】
2008102716.tif 000018
【００８９】
従って、高圧から低圧にして低圧でのＬＰガス流量が200ｌ/hrのときのガスが発生する機械的パワーは次のようになる。
【００９０】
【数１７】
2008102716.tif 000019
【００９１】
次にエアモータでの出力パワーを求める。
（４）、（５）式より
【００９２】
【数１８】
2008102716.tif 000020
となりこのときのワット数は（６）式より
【００９３】
【数１９】
2008102716.tif 000021
エアモータによる摩擦によりパワーが１２Ｗから、４．５９Ｗに下がっていることになる。
【００９４】
最大パワー、最大パワーのときの回転速度および低圧流量は（８）式、（７）式、並びに、（４）式及び（５）式より次のようになる。
【００９５】
【数２０】
2008102716.tif 000022
【００９６】
本発明は、以上の実施形態や実施例に限定されず、種々の態様で実施してよい。
【００９７】
ガスは、圧力が調整されるべき気体であればよく、燃焼性のガスに限定されない。例えば空気でもよいし、水蒸気でもよいし、不活性ガスであってもよい。
【００９８】
流体回転駆動体は、ベーン形のものに限定されない。例えば、歯車形、アキシャルピストン形、ラジアルピストン形、その他のものであってもよい。いずれの流体回転駆動体も、複数の密閉室の圧力差によって生じる回転力により回転体を駆動し、回転体と非回転体との相対回転に伴う、複数の密閉室と、流入ポート及び出力ポートとの相対回転により、流入ポート及び出力ポートが連通する密閉室を切り替え、回転体を継続的に回転させるものである。
【００９９】
流体回転駆動体は、第１及び第２の実施形態のように、上流に他の圧力調整器を有さずに、ガスタンクの直下に設けられてもよいし、第３の実施形態のように、他の圧力調整器の下流に設けられてもよい。ただし、流体回転駆動体が他の圧力調整器の下流に設けられた場合には、前記の他の圧力調整器によりガスの圧力エネルギーが棄てられてしまうのに対し、流体回転駆動体がガスタンクの直下に設けられた場合には、棄てられるはずの圧力エネルギーの大部分を回収することが可能であり、より効果的に回収することができる。
【０１００】
発電機の負荷制御は、トランジスタによる電流制御を利用するものに限定されない。例えば可変抵抗器を用いてもよい。発電機の負荷を制御することにより圧力を調整する発明では、ガスの圧力によって回転される回転体は流体回転駆動体の回転体に限定されない。例えばタービンの回転翼であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガス供給機器の全体構成を説明する概念図。
【図２】図１のガス供給機器のガスモータの一例の構成を示す図。
【図３】図２のガスモータの特性を説明する数式の記号の定義を示す図。
【図４】図２のガスモータの特性を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るガス供給機器の全体構成を説明する概念図。
【図６】図５のガス供給機器に含まれるダイアフラム形圧力調整器を説明する断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るガス供給機器の全体構成を示す図。
【図８】図７の流体回転駆動体及び発電機を示す図。
【符号の説明】
【０１０２】
１…ガス供給機器、５…ガスモータ（流体回転駆動体）、２２…回転体、２９…密閉室、３０…流入ポート、３１…流出ポート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008102716.tif 000026
【図５】
2008102716.tif 000027
【図６】
2008102716.tif 000028
【図７】
2008102716.tif 000029
【図８】
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