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JP3702975B2 - Acoustic transducer for acoustic communication using incompressible fluid in piping - Google Patents

Acoustic transducer for acoustic communication using incompressible fluid in piping Download PDF

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JP3702975B2
JP3702975B2 JP18298096A JP18298096A JP3702975B2 JP 3702975 B2 JP3702975 B2 JP 3702975B2 JP 18298096 A JP18298096 A JP 18298096A JP 18298096 A JP18298096 A JP 18298096A JP 3702975 B2 JP3702975 B2 JP 3702975B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe
acoustic
cylindrical vibrator
cylindrical
incompressible fluid
Prior art date
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JP18298096A
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貴章 伊藤
中村  健太郎
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内の水や油等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。
【0002】
【従来の技術】
例えば、大型ビル等に導入される比較的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,3d,…)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。
【0003】
各空調ゾーン側機器3には往き管4aにバルブ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。
【0004】
各空調ゾーン側機器3のコントローラ11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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のシステムにおいては、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。
【0006】
そこで本発明者等は先に、各空調ゾーン側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。
【0007】
そして、本発明の目的は、上記空気調和シ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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、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。
【0009】
また本発明の音響送受波器では、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構成とした。
【0010】
そして本発明では、以上の構成において、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。
【0011】
また本発明では、円筒状振動子の端縁は流線形とすることを提案する。
【0012】
また本発明では、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提案する。
【0013】
また本発明では、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することを提案する。
【0014】
以上の構成によれば、信号電圧により駆動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。
【0015】
一方、配管内の非圧縮性流体を経て伝播してきた音波により、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。
【0016】
以上の円筒状振動子では、金属製円筒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。
【0017】
このように音波の送受信を行う振動子は円筒状で、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。
【0018】
円筒状振動子を支持した配管部分をユニッ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。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の音響送受波器の実施の形態を、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。
【0020】
これらの音響送受信部15(15a、15b、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。
【0021】
図3は円筒状振動子21の主たる構成要素を示すもので、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。
【0022】
このような構成要素において金属製円筒23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。
【0023】
以上の構成において、コントローラ11の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。
【0024】
一方、冷温水配管4内の水を超音波が伝播してくると、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。
【0025】
以上のように、上記送受信回路を介して音響送受信部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。
【0026】
図4は本発明に係る円筒状振動子21の他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,23b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。
【0027】
図5は本発明に係る円筒状振動子21を冷温水配管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。
【0028】
本発明の円筒状振動子21においては、金属製円筒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。
【0029】
図6は水との間で授受する振動エネルギを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。
【0030】
例えば図6では2つの円筒状振動子21a,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。
【0031】
以上の構成において、円筒状振動子21を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。
【0032】
以上に説明した実施の態様は、本発明の音響送受波器を、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。
【0033】
【発明の効果】
本発明の音響送受波器は以上のとおり、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の音響送受波器を適用して通信を行う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。
【図2】 図1の構成における音響送受信部の部分の構成例を示す説明図である。
【図3】 本発明の音響送受波器を構成する円筒状振動子の主たる構成要素を示す説明図である。
【図4】 円筒状振動子の他の構成例を示す説明図である。
【図5】 円筒状振動子の配管内の設置方法の例を示す説明図である。
【図6】 円筒状振動子の配管内の設置方法の他例を示す説明図である。
【図7】 図6の設置例における信号の授受の位相の説明図である。
【図8】 信号線により通信を行う従来の空気調和システムの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 熱源機
2(2a,2b,2c,2d,…) 空調ゾーン
3(3a,3b,3c,3d,…) 空調ゾーン側機器
4(4a.4b) 冷温水配管
5 管理室
6 熱源用コントローラ
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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an acoustic transducer for acoustic communication using an incompressible fluid such as water or oil in a pipe.
[0002]
[Prior art]
For example, as one of relatively large-scale air conditioner systems introduced into large buildings or the like, for example, as shown in FIG. 8, generally, a common heat source unit 1 and a large number of air conditioning zones 2 (2a, 2b). , 2c, 2d,...), Air-conditioning zone side devices 3 (3a, 3b, 3c, 3d,...), A cold / hot water pipe 4 connecting the heat source unit 1 and each air-conditioning zone side device 3, Some include a heat source controller 6 and a centralized controller 7 installed in a centralized control unit arranged at an appropriate location such as the management room 5.
The cold / hot water pipe 4 is composed of an outgoing pipe 4 a that goes from the heat source unit 1 to each air conditioning zone side device 3 and a return pipe 4 b that goes from each air conditioning zone side device 3 to the heat source unit 1, and circulates in the heat source unit 1. A pump 8 is provided. The heat source device 1 is composed of one or more, and the air conditioning zone side device 3 includes a fan coil unit and an air handling unit, and these one or more are installed in each air conditioning zone 2. In the figure, the air-conditioning zone side devices 3a, 3b, 3d are fan coil units, and the air-conditioning zone side device 3c is an air handling unit.
[0003]
Each air conditioning zone side device 3 is provided with a valve 9 in the forward pipe 4a, and the air conditioning zone side device 3 and the valve 9 are controlled by a controller 11 operated by an individual remote controller 10 or the like. On the other hand, a signal line 13 is laid between the heat source controller 6 installed in the management room 5 and the controller 12 of the heat source unit 1, whereby the heat source unit 1 is remotely controlled in the management room 5. In addition, in order to calculate the air conditioning charges for each air conditioning zone 2, a signal line 14 is also laid between the centralized controller 7 in the management room 5 and the controller 11 in the air conditioning zone side device 3, so that each air conditioning zone side device 3. And the centralized controller 7 communicate with each other via the signal line 14. The signal line 14 is configured as a bus line common to the controllers 11. Therefore, the controllers 11 are configured to communicate with the centralized controller 7 by being identified by individually set addresses.
[0004]
The following communication is performed between the controller 11 of each air-conditioning zone side device 3 and the centralized controller 7. For example, from the centralized controller 7 side to each controller 11 side, the contents such as start / stop, operation mode switching, temperature setting, wind speed switching for the purpose of control, weekly setting, specific date setting, operation for the purpose of schedule / monitoring, etc. Communication such as time setting is performed. In addition, communication such as operation time, valve opening time, and heat amount integration is performed from each controller 11 side to the centralized controller 7 side for the purpose of charge management.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above system, a special technique is required for the construction of the signal line connecting each air-conditioning zone side device and the centralized controller, and the labor cost and the material cost increase the cost for the construction and the necessary space is necessary. There is such a problem.
[0006]
Therefore, the present inventors have previously proposed an air conditioning system in which communication between each air-conditioning zone side device and the centralized controller is performed using sound waves propagating through water in the cold / hot water pipes via sound wave transducers. Refer to the description and drawings attached to the application for Japanese Patent Application No. 7-12938.
[0007]
An object of the present invention is to apply sound waves or ultrasonic waves (hereinafter simply referred to as sound waves) using an incompressible fluid in the pipe such as water in the pipe or oil in the pipe when applied to the air conditioning system. It is an object of the present invention to provide a suitable acoustic transducer for performing acoustic communication.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, in the acoustic transducer according to the present invention, first, an annular piezoelectric element having a radial direction as a vibration direction is joined to an axial end of a metal cylinder in a cylindrical shape. A vibrator was configured, and the cylindrical vibrator was configured to be supported in the pipe with the axial direction matched.
[0009]
In the acoustic transducer of the present invention, a cylindrical vibrator is configured by joining an annular piezoelectric element having a radial direction as a vibration direction between the edges of a pair of metal cylinders opposed in the axial direction. The cylindrical vibrator was configured to be supported in the pipe with the axial direction matched.
[0010]
In the present invention, it is proposed that in the above-described configuration, the cylindrical vibrator is supported by the spoke-like support rod body so that the axial direction thereof is matched in the pipe.
[0011]
In the present invention, it is proposed that the edge of the cylindrical vibrator is streamlined.
[0012]
In the present invention, a plurality of cylindrical vibrators are supported in the pipe at axial distances, and the distances are set so that the vibration phases corresponding to the respective cylindrical vibrators are in phase at the operating frequency. In response to the above, it is proposed that the input / output of each cylindrical vibrator is performed at different times.
[0013]
Further, the present invention proposes a configuration in which a pipe portion supporting a cylindrical vibrator is configured as a piping unit and joined to a piping location that constitutes a transmission / reception unit for acoustic communication.
[0014]
According to the above configuration, vibration in the radial direction of the piezoelectric element driven by the signal voltage, that is, vibration whose diameter expands or contracts, that is, so-called respiratory vibration is transmitted to the metal cylinder, and this metal cylinder operates as a resonator. Then, breathing vibration is performed in the same manner as the piezoelectric element. This vibration can apply acoustic vibrations of sound waves to incompressible fluids such as water and oil in the pipe. That is, the cylindrical vibrator is used as a transmitter in acoustic communication using incompressible fluids. be able to.
[0015]
On the other hand, the sound wave propagated through the incompressible fluid in the pipe causes the metal cylinder to perform a breathing vibration in the same manner as described above as a resonator, and this vibration is transmitted to the piezoelectric element to generate a signal voltage corresponding to the vibration. can do. That is, the cylindrical vibrator can be used as a receiver in acoustic communication using an incompressible fluid.
[0016]
In the above cylindrical vibrator, by increasing the surface area of the metal cylinder, the vibration energy exchanged with water can be increased. The surface area can be enlarged by increasing the diameter of the cylindrical vibrator itself, or by arranging a plurality of cylindrical vibrators in parallel.
[0017]
Since the transducer for transmitting and receiving sound waves is cylindrical and is supported by matching the axial direction in the pipe, the flow resistance of water in the pipe compared to the case of using a cylindrical transducer Does not increase. This is more effective when the shape of the edge is streamlined.
[0018]
If the piping work supporting the cylindrical vibrator can be performed as a unit, the acoustic transmission / reception unit in the piping system can be easily installed.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of an acoustic transducer according to the present invention will be described with reference to the drawings with respect to an example applied to an air conditioning system.
FIG. 1 conceptually shows a configuration example of an air conditioning system to which the present invention is applied, and main components are the same as the conventional system configuration shown in FIG. For this reason, in FIG. 1, the same components as those in the prior art are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
As shown in FIG. 1, in each air-conditioning zone 2 except for the control room 5, an acoustic transmission / reception unit 15a is installed in the forward pipe 4a upstream of the valve 9 provided upstream of the air-conditioning zone side equipment 3. The controller 11 is connected to a transmission / reception circuit (not shown). In addition, an acoustic transmission / reception unit 15 b is installed upstream of the valve 9 in the forward tube 4 a in the management room 5. The acoustic transmission / reception unit 15 b is connected to a transmission / reception circuit (not shown) configured in the heat source controller 6 and the centralized controller 7 in addition to a transmission / reception circuit (not shown) configured in the controller 11. On the other hand, an acoustic transmission / reception unit 15 c is also installed in the forward pipe 4 a in the heat source unit 1, and this is connected to a transmission / reception circuit (not shown) configured in the controller 12 of the heat source unit 1. In the above example, the acoustic transmission / reception unit 15 is installed in the forward pipe 4a of the cold / hot water pipe 4, but can also be installed in the return pipe 4b.
[0020]
These acoustic transmission / reception units 15 (15a, 15b, 15c) are provided with acoustic transducers according to the present invention. For example, FIG. 2 shows an example of a portion of the acoustic transmission / reception unit 15a of the air-conditioning zone side device 3, and the cylindrical vibrator 21 constituting the acoustic transducer of the present invention is connected to the cold / hot water pipe 4 in the axial direction. It is made to correspond to an axial direction and is supported in the cold / hot water piping 4 by the support rod body 22. FIG. As will be described later, the cylindrical vibrator 21 has a cylindrical configuration in which a metal cylinder 23 and a piezoelectric element 24 are joined. A signal line 25 reaching an electrode (not shown) of the piezoelectric element 24 is connected to the support rod 22. Through the cold / hot water pipe 4. Even if the cylindrical vibrator 21 for ultrasonic transmission / reception is installed in the cold / hot water pipe 4, the cylindrical vibrator 21 is literally cylindrical, so that the flow resistance of excess water is not increased.
[0021]
FIG. 3 shows main components of the cylindrical vibrator 21. Reference numeral 23 denotes a metal cylinder such as duralumin, and 24 denotes a piezoelectric element such as piezoelectric ceramics. The piezoelectric element 24 is formed in an annular shape having the same width as the thickness of the edge of the metal cylinder 23, and the polarization direction is the axial direction as shown in FIG. Note that the electrodes for generating distortion in the piezoelectric element 24 and generating a signal voltage from the distortion are not shown in the same manner as in FIG.
[0022]
In such a component, the piezoelectric element 24 is joined to the edge of one side of the metal cylinder 23 to constitute the cylindrical vibrator 21 shown in FIG. For the joining, an appropriate method such as a method using an adhesive, a method using brazing, or a method using screws can be applied.
[0023]
In the above configuration, when an AC signal voltage is applied from the transmission / reception circuit of the controller 11 to the electrode of the piezoelectric element 24 by the signal line 25, the diameter of the piezoelectric element 24 whose arrow direction in FIG. Radial vibration, so-called breathing vibration is performed, and this vibration is transmitted to one side of the metal cylinder 23. The metal cylinder 23 provided with breathing vibration from the axial direction to the edge on one side operates as a resonator, and performs breathing vibration whose diameter expands and contracts similarly to the piezoelectric element 24. The cylindrical vibrator 21 can apply ultrasonic vibrations to the water in the cold / hot water pipe 4 by this breathing vibration, and thus the cylindrical vibrator 21 can be used as a transmitter for acoustic communication.
[0024]
On the other hand, when the ultrasonic wave propagates through the water in the cold / hot water pipe 4, the metal cylinder 23 operates as a resonator by the ultrasonic wave and performs the breathing vibration in the same manner as described above. As a result, the AC signal voltage is generated between the electrodes of the piezoelectric element 24 according to the respiratory vibration. Therefore, the cylindrical vibrator 21 can be used as a receiver for acoustic communication.
[0025]
As described above, the cylindrical vibrator 21 installed in the acoustic transmission / reception units 15a, 15b, and 15c is operated via the transmission / reception circuit, so that the cold / hot water pipe 4, or the cold / hot water in the forward pipe 4a in the case of the configuration described above. By transmitting sound waves to the heat source controller 6, the heat source controller 1, the controller 12 of the heat source machine 1, the centralized controller 7, and the various types of signals as described above can be performed between the controller 11 of each air conditioning zone side device 10, There is no need to install signal lines. In the transmission / reception operation described above, since the cold / hot water in the cold / hot water pipe 4 operates as a bus line common to the acoustic transmission / reception units 15a, 15b, 15c, the controllers 11, 12 are identified by individually set addresses. To communicate with each other. Each communication between the acoustic transducers of the acoustic transmission / reception units 15a, 15b, and 15c can be performed by applying a serial transmission technique using a half-duplex communication line in conventional data communication.
[0026]
FIG. 4 shows another embodiment of the cylindrical vibrator 21 according to the present invention. Elements corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals. In this embodiment, the annular piezoelectric element 24 whose vibration direction is the radial direction is joined between the edges of a pair of metal cylinders 23a and 23b opposed in the axial direction to form the cylindrical vibrator 21. ing. And this cylindrical vibrator | oscillator 21 forms the shape of a both-ends edge in streamline s, and comprises low fluid resistance. Note that such an edge shape is not always necessary, and conversely, such an edge shape can also be applied to the cylindrical vibrator 21 shown in FIGS.
[0027]
FIG. 5 shows an example of a configuration in which the cylindrical vibrator 21 according to the present invention is supported on the cold / hot water pipe 4. In this configuration, the cylindrical vibrator 21 is a spoke-like support rod disposed every 120 degrees. 25 is supported coaxially in the cold / hot water pipe 4. In such a configuration, the cylindrical vibrator 21 can be stably supported without increasing the fluid resistance of water.
[0028]
In the cylindrical vibrator 21 of the present invention, by increasing the surface area of the metal cylinder 23, vibration energy exchanged with water can be increased, thereby stabilizing communication. Can do. Such an increase in the surface area of the metal cylinder 23 can be performed by increasing the diameter of the cylindrical vibrator 21. Even in this case, the fluid resistance of water does not increase so much.
[0029]
FIG. 6 shows another configuration example for increasing the vibrational energy exchanged with water. In this example, a plurality of cylindrical vibrators 21a and 21b are separated from each other in cold and hot water at a distance in the axial direction. The cylindrical vibrators are supported in the axial direction of the pipe 4 and are shifted in time according to the distance so that the vibration phases corresponding to the cylindrical vibrators 21a and 21b are in phase at the operating frequency. 21a and 21b are input / output.
[0030]
For example, in FIG. 6, the two cylindrical vibrators 21 a and 21 b are shifted by a distance λ / 2 corresponding to the half wavelength of the sound wave to be used, and the two cylindrical vibrators 21 a and 21 b perform input / output. The phase of the sound wave is shifted by a half wavelength as shown in FIG. For example, when the communication direction by these cylindrical vibrators 21a and 21b is on the left side in the figure, the phase of the AC signal voltage applied to the cylindrical vibrator 21a during transmission is set to be higher than the phase of the cylindrical vibrator 21b. By delaying by a half wavelength, the phase of ultrasonic vibration applied to water by the respective cylindrical vibrators 21a and 21b matches on the left side in the figure, so that the energy applied to water can be added. In reception, the AC signal voltage detected by the cylindrical vibrator 21a can be delayed by a half wavelength and added to the AC signal voltage detected by the cylindrical vibrator 21b, so that the received AC signal voltage is added. As a result, the sensitivity can be improved. Note that the number of cylindrical vibrators 21 to be installed as described above may be three or more.
[0031]
In the above configuration, if the pipe portion that supports the cylindrical vibrator 21 is configured as a unit and is connected to other pipe portions by flange connection or end welding, the installation of the acoustic transmission / reception unit is possible. The accompanying piping work becomes easy.
[0032]
In the embodiment described above, the acoustic transducer of the present invention is installed in the cold / hot water piping of the air conditioning system. However, the acoustic transducer of the present invention is also not water or oil. The present invention can be used for an appropriate piping system that allows a compressive fluid to pass through the piping.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the acoustic transducer of the present invention is installed in a pipe, and even if the energy of ultrasonic waves exchanged with water is increased, the flow resistance of water is not increased so much, and an incompressible fluid in the pipe is used. Thus, reliable ultrasonic communication can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram conceptually showing a configuration example of an air conditioning system that performs communication by applying an acoustic transducer of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a sound transmitting / receiving unit in the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing main components of a cylindrical vibrator constituting the acoustic transducer of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating another configuration example of a cylindrical vibrator.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a method for installing a cylindrical vibrator in a pipe.
FIG. 6 is an explanatory view showing another example of a method for installing a cylindrical vibrator in a pipe.
7 is an explanatory diagram of a signal transmission / reception phase in the installation example of FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of a conventional air conditioning system that performs communication through a signal line.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat source machine 2 (2a, 2b, 2c, 2d, ...) Air-conditioning zone 3 (3a, 3b, 3c, 3d, ...) Air-conditioning zone side apparatus 4 (4a.4b) Cold / hot water piping 5 Control room 6 Heat source controller 7 Centralized controller 8 Circulating pump 9 Valve 10 Individual remote controller 11 Controller (of air conditioning zone side device) Controller 12 (Heat source unit) Controller 13, 14 Signal lines 15a, 15b, 15c Acoustic transmitter / receiver 21 Cylindrical vibrator 22 Support rod 23 Metal Cylinder 24 Piezoelectric element 25 Signal line s Streamline

Claims (6)

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An annular piezoelectric element having a radial direction as a vibration direction is joined to an edge on one side of a metal cylinder in the axial direction to form a cylindrical vibrator, and the cylindrical vibrator is piped with its axial direction matched. An acoustic transducer for acoustic communication using an incompressible fluid in a pipe, characterized by being supported inside 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An annular piezoelectric element having a radial vibration direction is joined between the edges of a pair of metal cylinders facing each other in the axial direction to form a cylindrical vibrator, and the cylindrical vibrator is made to coincide with the axial direction. An acoustic transducer for acoustic communication using an incompressible fluid in the pipe characterized by being supported in the pipe 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3. The acoustic transducer for acoustic communication using an incompressible fluid in a pipe according to claim 1 or 2, wherein the cylindrical vibrator is supported by a spoke-like support bar so that the axial direction thereof coincides with the pipe. Waver 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4. An acoustic transducer for acoustic communication using an incompressible fluid in a pipe according to claim 1, wherein the end of the cylindrical vibrator is streamlined. 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A plurality of cylindrical vibrators are supported in the pipe at a distance in the axial direction, and the time corresponding to the distance is such that the phase of vibration corresponding to each cylindrical vibrator is in phase at the operating frequency. The acoustic transmission and reception for acoustic communication using the incompressible fluid in the pipe according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylindrical vibrator is configured to perform input / output by shifting Waver 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6. The pipe portion that supports the cylindrical vibrator is configured as a pipe unit, and is configured to be joined to a pipe location that constitutes a transmission / reception unit for acoustic communication. Acoustic transducer for acoustic communication using incompressible fluid in pipes
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