JP2012222169A - 電源供給装置およびそれを用いた上水道監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔地などに設置される上水道監視装置では、電源ラインを得ることができず、一次電池に頼っていたが、一次電池は寿命前に交換する必要があり、監視装置の数が多いと大変な手間とコストがかかっていた。
【解決手段】地面より上部に露出して水平方向に配設された水道管の外周面に配設された熱電変換素子ユニットと、太陽光線を反射して前記熱電変換素子ユニットに照射する屈曲した鏡面体と、前記熱電変換素子ユニットに接続された二次電池を有する電源供給装置とそれを用いた上水道監視装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源供給装置とそれを用いた上水道監視装置に関するものであり、特に水道管表面の温度と太陽光線によって得られる温度との温度差を利用して熱電変換素子を用いて電気を発電する電源供給装置と、それを用いて遠隔地でも無給電で長期間活動することのできる上水道監視装置に関する。

水道管中の水の流量を測定する水道メータは、通常使用される地点の付近に配設され、その通過量を人為的に確認（検針）する方式（現地式）が取られている。一方、水道管には、遠隔地や建物の中といった検針が困難な場所もある。このような場所には、検針した値をデータ集計地点まで送信するタイプのメータ（遠隔式）が配置される。

このような遠隔式のメータの場合、その電源は通常一次電池が用いられる。しかし、一次電池では通常６年から８年が寿命となる。したがって、継続して遠隔地にあるメータを利用しようとすると、これらの電池を交換しなければならない。しかし、遠隔式メータの設置箇所が多い、若しくは設置箇所の足場が劣悪であるといった場合、電池の交換は容易な作業ではない。特に、山間部や人里から離れた地点に設置されたメータの電池の交換は、手間とコストのかかる作業となる。

そこで、通常接近するのが容易でない場所に設置される水道やガスメータについては、電力を自分で発電、蓄積する手段を有する装置が提案されている。例えば、太陽光発電による電力供給が考えられる。これは所謂太陽電池パネルを装備した蓄電池を電源としたメータである。しかし、太陽光発電は未だ効率が高くなく、十分な発電力を得るためには、大きなパネルを設置する必要がある。大きなパネルは、設置場所まで搬送するのが容易でないうえ、大きな面積を有するパネルは、風でダメージを受けるおそれが高い。

一方、２つの金属を接合し２箇所の接合点に温度差を与えると、起電力が生じる現象を利用した熱電変換素子を用いて自己発電する方式のものも提案されている。熱電変換素子は太陽光線自体を利用するわけではないので、広い平面パネルが必ずしも必要では無く、風で素子群がダメージを受けるおそれは低い。

特許文献１（特開２００２−２７０９０８号公報）には、地面と水道管の間に熱電変換素子を配置し、地面と水道管の温度差で発電し、水道メータの流量を計測する計量器が開示されている。ここでは、地面と水道管の温度差を熱電変換素子で電気に変換し、計量器を動作させている。

特許文献２（特開２００５−１２９７８４号公報）では、管状基材の外周面に接合され、前記管状基材による吸熱又は発熱作用による接合面と最外周面との温度差により電力を発生する熱電変換モジュールが紹介されている。ここでは、周方向に一定の幅と水道メータの本体部に略等しい軸方向長さを有する熱電変換モジュールが、伝熱性樹脂を介して管状基材に接合されたものが開示されている。

なお、管状基材の外周面に熱電モジュールを配置する点に関しては、特許文献３（特開２０００−０７７７３２号公報）に開示されている。ここでは、管状基材の表面にＮ型半導体とＰ型半導体を析出成形して形成されたものが開示されている。これはすなわち、管状基材表面に熱電変換素子を直に製造することである。

特開２００２−２７０９０８号公報 特開２００５−１２９７８４号公報 特開２０００−０７７７３２号公報

特許文献１で開示されているように地面は水道管中を通過する水より温度が高いので、確かに熱電変換素子は発電する。しかし、水道管表面と地面との間の温度は、それほど大きくなく、発電量が高いわけではない。

また、特許文献３は、管状基材の表面に熱電変換素子を作る点で管中を通過する液体の温度をより積極的に利用できる。しかし、管の表面に直接熱電変換素子を作るので、配管を付設した後に、発電箇所を設置することは容易でない。

この点、特許文献２は、熱電変換素子を湾曲できる基板上に配置し、それを管状基材表面に取付けているので、現在すでに付設されている配管に取付けることは可能である。しかし、管の表面の温度は積極的に利用できるものの、反対側の温度に関しては、外部温度を使用するだけであるので、配管が外気と比較して、よほど熱い若しくは冷たいという状態でないと、十分な発電量を得ることはできない。

本発明は、上記の課題に鑑みて想到されたものであり、管状基材、特に上水道管表面の温度を熱電変換素子の一方の温度として十分な発電を行うことができる電源供給装置とそれを用いた上水道監視装置を提供するものである。

より具体的に本発明の電源供給装置は、
地面より上部に露出して水平方向に配設された水道管の外周面に配設された熱電変換素子ユニットと、
太陽光線を反射して前記熱電変換素子ユニットに照射する屈曲した鏡面体と、
前記熱電変換素子ユニットに接続された二次電池を有することを特徴とする。

また、本発明の電源供給装置では、
前記熱電変換素子ユニットは、
湾曲可能な熱良導板と、
前記熱良導板上に配置されるＰ型半導体とＮ型半導体を交互に配列して一体化した熱電変換素子ブロックと、
前記熱電変換素子ブロック間に配置される断熱材を有することを特徴とする。

また、本発明の電源供給装置では、
前記熱電変換素子ブロックの高温側（高温端）には、黒体板が貼り付けられたことを特徴とする。

また本発明の電源供給装置では、
前記鏡面体の前記上水道管を横断する方向の断面形状は、
前記上水道管の中心を焦点とする放物線形状としたことを特徴とする。

また本発明の電源供給装置では、
前記鏡面体は前記上水道管を揺動支持軸として揺動可能に設けていることを特徴とする。

また、本発明の電源供給装置では、
前記熱電変換素子ブロックの表面に光触媒を塗布することを特徴とする。

また、本発明の電源供給装置では、
前記熱電変換素子ブロックと鏡面体が配設された部分を透明なカバーで覆うことを特徴とする。

また、本発明の電源供給装置では、
前記鏡面体の表面に光触媒を塗布することを特徴とする。

また本発明の上水道監視装置は、
流量と水圧の少なくともどちらか一方を測る計測部と、
前記計測部の計測値を記録・演算する記録制御部と、
記録・演算した計測データを送信する通信部と、
上記の電源供給装置を用いたことを特徴とする。

本発明の電源供給装置は上記の基本的な構成を有するので、水の流れる水道管表面の温度を低温側とし、その表面に配置した熱電変換素子ユニットの外面側を高温側として熱電変換を行う。したがって、鏡面体で太陽光線を反射させ、水道管の周囲に配置した熱電変換素子ユニットの高温側に太陽光線をあてて、低温側との間で高い温度差を得ることができる。そのため、水道管の全周部分を利用した効率のよい発電を行うことができる。

また、鏡面の断面を放物線にし、集光点に水道管を配置することで、太陽光線を効率的に熱電変換素子ユニットに当てることができる。

また、熱電変換素子ブロックの高温側に黒体板を取付けると、黒体板が太陽光線を吸収し、熱電変換素子の高温側に高熱を与えることができる。また、熱電変換素子同士の電極間の隙間から低温側の電極に太陽光線が進入するのを防止し、低温側の温度上昇を抑える効果もある。

また、鏡面体は揺動可動に枢支されているので、太陽の動きに沿って、鏡面を動かすことができ、時間帯によらず効率的に太陽光線を利用することができる。

また熱電変換素子ユニットの表面や鏡面体の表面には光触媒を塗布することで、腐食を防止することができ、経年による熱電変換素子ユニットや鏡面体の劣化を防止することができる。

また、熱電変換素子ユニットと鏡面体を透明なカバーで覆うことで、粉塵や砂などが鏡面体や熱電変換素子ユニットに付着することを防止でき、長期間の耐候性を有することができる。

また、本発明の上水道監視装置は、上記の電源供給装置と、配管中の流量と水圧の少なくともどちらか一方を測る計測部と、記録制御部およびデータを送信する通信部を有するので、遠隔地に配置されても、長期間にわたり測定データを集計センター等に送ることができる。

本発明の電源供給装置の概念図。 熱電変換素子ブロックの構成を示す図。 熱電変換素子の原理を簡単に説明する図。 図１のＡ−Ａ断面図。 揺動手段を説明する図。 鏡面体１２が揺動する様子を示す図。 上水道監視装置の構成を示す図。

図１に本発明の電源供給装置の構成を示す。なお、以下の説明は本発明の一形態を例示するものであり、本発明の趣旨の範囲内で、自由に変更することができる。

本発明の電源供給装置１は、熱電変換素子ユニット１０と、鏡面体１２と、二次電池１４を含む。また、熱電変換素子ユニット１０と鏡面体１２を覆う透明ドーム１６が設けられてもよい。透明ドーム１６は、熱電変換素子ユニット１０と鏡面体１２を覆うことができれば、特に形状に限定されない。

図１では、円筒形状の透明ドーム１６を示す。これは円筒形を軸にそって半分にし、切断面にフランジ１６ｅを形成した半殻体１６ｃを突き合わせて筒状にし、両端に円形の蓋（１６ａ、１６ｂ）をして構成される。蓋には孔１６ｄが形成され、その孔１６ｄから水道管３が透明ドーム１６を貫通する。この透明ドーム１６は、風雨、粉塵や砂などが鏡面体１２や熱電変換素子ユニット１０に付着することを防止でき、電源供給装置１の長期間の耐候性を有することができる。

本発明の電源供給装置１は、太陽が見える場所に配置されている水道管３に配置される。太陽光線で熱電変換素子ユニット１０の高温側を昇温させるからである。特に降雨が少なく、常に太陽光線を得る事ができ、夏と冬の南中高度の差があまりない地方に付設されるのが有用である。

図２（ａ）に熱電変換素子ユニット１０の拡大図を示す。熱電変換素子ユニット１０は、熱良導板２２と、熱電変換素子ブロック２４と、断熱材２６と、保護カバー２８を有する。熱良導板２２は、水道管３の円周に沿って湾曲した形状を有する。水道管３の周囲に密着させるからである。具体的には、熱導電性の高い銅やアルミニウム等の薄い金属板が好適に利用することができる。熱電変換素子ブロック２４の低温端２４Ｌの温度を水道管３の表面にできるだけ近づけるためである。図２（ｂ）には水道管３の一部に熱良導板２２を貼り付けた様子を示す。

従って、熱良導板２２は、ある曲率半径に固定された状態でなくても、折り曲げ可能な可撓性を有していてもよい。水道管３の表面に沿って形を変え、表面に接触することができるからである。すでに付設されている水道管３に設置する場合は、むしろ、可撓性を有していた方が扱いやすい。

熱良導板２２に可撓性を付与するために、裏面２２ｂ（水道管３に接する側）にＶ字型の溝３２を形成してもよい。Ｖ溝３２が閉じることで、裏面２２ｂ側に湾曲しやすくなるからである。

また、熱良導板２２と水道管３の表面の間には、伝熱性樹脂３４を充填しておいてもよい（図２（ｂ）参照）。若しくは、熱良導板２２の裏面２２ｂに伝熱性樹脂３４を塗りつけておいてもよい。ここで伝熱性樹脂３４とは例えば、金属粉末や合金粉末を含む熱可塑性エラストマーが好適に利用することができる。

また、熱良導板２２は、１枚で水道管３の全周をカバーできなくてもよい。熱電変換素
子ブロック２４が配置された熱良導板２２が複数に渡っていても、熱電変換素子ブロック２４間の電極を連結することで１つの発電体とすることができるからである（図２（ｂ）参照）。

熱良導板２２の表面には、熱電変換素子ブロック２４が配置される。熱電変換素子ブロック２４は、熱電変換素子２３が複数個連結されたものである。熱電変換素子２３は、金属の両端に温度差を設けると温度の高い方にキャリアが発生し、温度の低い方に向かって流れるゼーベック効果を利用した素子である。

図３を参照して、図３（ａ）には熱電変換素子２３が、ｐ型半導体の場合（符号２３ｐとする。）を示す。キャリアは正孔４１である。温度を高くした端子４０Ｈには正孔４１が多く発生する。素子全体としてはキャリア分布に差ができるので、高温側４０Ｈから低温側４０Ｌに正孔４１が移動する。この場合、高温側が負極で低温側が正極とみなせる。

図３（ｂ）には熱電変換素子２３が、ｎ型半導体の場合（符号２３ｎとする。）を示す。キャリアは電子４２である。同じく高温側４０Ｈには電子４２が多く発生し、電子４２が高温側４０Ｈから低温側４０Ｌに流れる。この場合は高温側４０Ｈが正極であり、低温側４０Ｌが負極である。

図３（ｃ）には、ｐ型半導体２３ｐとｎ型半導体２３ｎの低温側４０Ｌを導電体４３で連結した場合を示す。すると、高温側４０Ｈの一端４４ａから他端４４ｂに向かって正極４０Ｈｐおよび負極４０Ｈｎが形成される。このようにｐ型半導体２３ｐとｎ型半導体２３ｎをπ型結合させ、連結部分とその反対に温度差を与えると、ｐ型およびｎ型半導体の両端にできる電極が正負互い違いとなり、発電機を直列に配置したのと同じになる。なお、ここでは熱電変換素子を半導体を用いた例を示したが、熱電変換素子は異種金属の組み合わせであればよく、使用する材料は半導体に限定されるものではない。

図３（ｄ）には、複数の熱電変換素子２３を連結した熱電変換素子ブロック２４の側面図を示す。ｐ型半導体２３ｐおよびｎ型半導体２３ｎを交互に連結することで、両端が電極（２４ｐ、２４ｎ）となる。ここで便宜上、熱電変換素子ブロック２４の低温にする側を低温端２４Ｌ、高温にする側を高温端２４Ｈと呼ぶ。１つの熱電変換素子ブロック２４に含める熱電変換素子２３の数は特に限定されないが、数個から数十個を１つのブロックとするのが適当である。

１つの熱電変換素子ブロック２４に含める熱電変換素子２３の数が少ないと、多くの熱電変換素子ブロック２４を連結しなければならず、手間がかかる。一方、あまり一つの熱電変換素子ブロック２４に多くの熱電変換素子２３を含めると、仮に熱電変換素子２３間の接合に不良が生じた際に、不良個所を見つけるのが困難になるからである。熱良導板２２には、熱電変換素子ブロック２４の低温端２４Ｌが密着するように配設する。水道管３側を低温側とするためである。

図２に再び戻って、熱良導板２２の上面（水道管３に巻き付けた時には外面側となる）には、低温端２４Ｌが接触し、その外側には高温端２４Ｈを位置させる。また、熱良導板２２上に配置する熱電変換素子ブロック２４間には断熱材２６を配置する。熱電変換素子ブロック２４の高さは数ｍｍから十数ｍｍ程度であるので、高温端２４Ｈ側の熱が低温端２４Ｌ側に流れて、低温端２４Ｌと高温端２４Ｈの温度差を小さくしないためである。断熱材２６は、もともと熱伝導率が低く、また構造中に微小空間を有する物質が使用でき、多孔質セラミック、多孔質樹脂（例えば発泡ウレタン）などが好適に使用することができる。

また、高温端２４Ｈの上部には、黒体板３０を配置してもよい。黒体板３０は、熱電変換素子ブロック２４の高温端２４Ｈに接触し、太陽光線からの熱を吸収する役目を補助する材料である。具体的には、表面にカーボン等を塗布した銅板等があげられる。黒体板３０は太陽光線を吸収し自身の温度を高くすることで、熱電変換素子ブロック２４の高温端２４Ｈの温度を高くする。

また、熱電変換素子ブロック２４は、熱電変換素子２３同士の間には、隙間が生じる部分（２３ｓ）がある。熱電変換素子２３同士はπ型に連結するからである。すると、この隙間２３ｓの部分に照射される太陽光線は、低温端２４Ｌに当たる。黒体板３０は、この隙間２３ｓを塞ぎ、低温端２４Ｌに照射される光を遮断する。さらに、低温端２４Ｌに差し込む光を高温端２４Ｈ側の温度上昇に役立てることができる。

また、熱電変換素子ブロック２４は、透明な保護カバー２８で覆われる。熱電変換素子ブロック２４を保護するためである。保護カバー２８で覆う熱電変換素子ブロック２４の数は、特に限定されない。しかし、保護カバー２８で覆った部分は可撓性が低下するので、曲げにくくなる。従って、２乃至３の熱電変換素子ブロック２４を保護カバー２８で覆うのが好ましい。なお、図２では保護カバー２８を熱電変換素子ブロック２４にかぶせる前の状態を示している。少なくとも熱電変換素子ブロック２４を断熱材２６を介して熱良導板２２に配設したものが熱電変換素子ユニット１０である。

再び図１を参照して、熱電変換素子ユニット１０は水道管３の周囲に巻き付け固定された後、各熱電変換素子ユニット１０同士を連結する。連結の結果熱電変換素子ユニット１０は１つの発電機とみなせ、発電側正極１０ｐおよび発電側負極１０ｎの電極を得る。これらの電極はそれぞれ二次電池１４の正極１４ｐおよび負極１４ｎに連結される。なお、図１では、後述する電源供給装置１の制御部９を介して二次電池１４に連結される様子を示す。

二次電池１４は、既存の二次電池を利用することができる。例えば、リチウムを利用したリチウムイオン二次電池は、メモリ効果もなく、また充放電能力の高いので、好適に利用することができる。

水道管３の周囲に配置された熱電変換素子ユニット１０の周囲には鏡面体１２を配置させる。太陽光線を水道管３の表面に配置した熱電変換素子ユニット１０に当てるためである。鏡面体１２は略円筒の半側面状をした連続的な表面で形成された鏡である。半側面状の内側を鏡面とする。つまり鏡面は熱電変換素子ユニット１０側を向いている。そして、円筒の軸付近に、水道管３を位置させるように配置する。このようにすることで、太陽光線を熱電変換素子ユニット１０に集光させることができる。

図４（ａ）に図１のＡ−Ａ断面を示す。鏡面体１２の長さ方向に直角な方向の断面は、集光点４５に水道管３が配置された放物線状に形成されるのが好適である。鏡面体１２の反射面に当たった光１３は全て集光点４５に向かって進むので、必ず熱電変換素子ユニット１０に当たるからである。鏡面体１２は断面が放物線状になった基板の表面にメッキや真空蒸着などで鏡面を形成してもよいし、鏡面形状に加工された金属板の表面に防腐処理を行ったものを湾曲させて用いても良い。また、いくつかの平面鏡を組み合わせて擬似的に湾曲面を形成してもよい。

なお、図４（ｂ）は、水道管３のだけの拡大図を示す。図２ですでに説明したように、熱電変換素子ブロック２４に隣接して断熱材２６が配置され、保護カバー２８が複数の熱電変換素子ブロック２４と断熱材２６を覆っている。

図５を参照して、鏡面体１２の両端には、鏡面体１２を揺動させるための揺動手段５０が配置されてもよい。図５には揺動手段５０を配した電源供給装置１を示す。なお、透明ドーム１６は記載を省略している。揺動手段５０は鏡面体１２を、水道管３を揺動軸として揺動させる。鏡面体１２を太陽の方向にできるだけ向けるためである。鏡面体１２は太陽の動きに略同調すればよく、厳密な制御をしなくてもよい。おおよそ鏡面体１２が太陽の方向を向けばよいからである。

鏡面体１２はローラ５１で揺動可能に支持されている。そして、鏡面体１２の一端には、湾曲した円弧状のギア５２が配設されている。円弧状ギア５２には、同じく歯車５３が嵌合し、歯車５３の軸にはステッピングモータ５４が連結されている。

ステッピングモータ５４は、二次電池１４に駆動回路５５を介して連結されている。なお、ステッピングモータ５４は、電源がオフにされた時には駆動軸がロックする機構を有しているのが好ましい。ステッピングモータ５４に常時通電するのは、電力消費量が多くなるからである。駆動回路５５は、制御回路５６で制御される。

なお、ここでは電源供給装置１の制御回路５６が駆動回路５５等を制御するとして説明するが、後述する上水道監視装置１００の記録制御部１１０が制御してもよい。また、図１の制御部９は、駆動回路５５、ステッピングモータ５４、制御回路５６を含む。

制御回路５６は内部にタイマーを有しているスリープモードを有するのが望ましい。できるだけ余分な電力を使用しないためである。スリープモードとは、予定された時間までは、時計と、起き上がり時間であるかの比較以外の処理を止め、極めて低消費電力状態になる状態（モード）をいう。

制御回路５６は、設置された場所の緯度に対する、１年の日の出、日の入り時刻を記録した日照時刻テーブルと、現在の日時を表示する時計を内部に有する。また、駆動回路５５に接続されている。さらに、熱電変換素子ブロック２４の電圧を表示できる電圧計および電流計が備えられていてもよい。

電源供給装置１がスタートすると、現在日時と時刻を時計から確認する。なお、時計は予め設定されているものとする。次に日照時刻テーブルから現在の太陽の高度を求める。なお「太陽の高度」とは地平線から太陽までの仰角をいう。そして、現在の太陽の高度になるまで鏡面体１２を揺動させる。鏡面体１２が設定の角度になったら、次の立ち上がりをセットして、スリープモードに入る。

次に立ち上がったら、再び、日照時刻テーブルから現在の太陽の高度を求め、鏡面体１２を揺動させる。制御回路５６は１時間毎に立ち上がるようにすると、鏡面体１２を揺動させる角度は、２０度程度より大きくなることはない。したがって、鏡面体１２を動かすため必要な電力も少なくてよい。

図６には、鏡面体１２が揺動した様子を示す。図６（ａ）では、太陽の高度が低いときの鏡面体１２を示す。符号１３ｍは朝の東からの太陽光線であり、符号１３ｅは夕方の西からの太陽光線である。高度が低いときは、太陽光線１３は鏡面体１２には斜め方向から照射される。しかし、鏡面体１２の長さ１２ｗが長ければ、鏡面体１２で反射した光を熱電変換素子ブロック２４に当てることができる。図６（ｂ）には、太陽の高度が高いときの鏡面体１２を示す。高度が高くなると、太陽光線１３ｎはほぼ真上から照射されるので、鏡面体１２で受けた太陽光線はほとんどを熱電変換素子ブロック２４に照射させることができる。

なお、これから分かるように、鏡面体１２は、水道管３の周囲を揺動するので、障害物
がなければ、東西方向に敷設された水道管３に設置するのが少ない揺動角度で太陽を追うことができるので好ましい。特に、東西方向に鏡面体１２を配置させると、夕日まで太陽を追った後、次の朝日まで鏡面体１２の角度を動かす必要がない。

つまり、鏡面体１２を動かす電力を節約することができる。一方、南北に敷設された鏡面体１２で太陽を追うと、夕日から次の朝日までの間に鏡面体１２の向きを大きく修正しなければならず、余分な電力を消費することとなる。もちろん、周囲の状況によって東西以外の角度に敷設された水道管３に設置してもよい。

以上のように鏡面体１２に揺動手段５０が加わると、太陽の動きに合わせて太陽光線を利用することができる。図１を再び参照して、電源供給装置１の動作を説明する。太陽光線１３は、鏡面体１２で反射し、水道管３表面に配置された熱電変換素子ユニット１０に当たる。そして外面に高温端２４Ｈが整列配置された熱電変換素子ユニット１０の外面の温度を上昇させる。一方、低温端２４Ｌは水道管３に熱良導板２２を介して接触している。水道管３は中を水が流れるので、仮に熱が加わってもすぐに冷却される。

そのため、季節を通じてほとんど気温程度の温度を保持することができる。従って、水で冷却される低温端２４Ｌと太陽光線で暖められる高温端２４Ｈの温度差によって熱電変換素子ブロック２４の発電側正極１０ｐと発電側負極１０ｎには電圧が発生し、電流を流すことができる。これらの電圧および電流は二次電池１４に供給され、二次電池１４を充電する。

なお、熱電変換素子ブロック２４の高温端２４Ｈおよび低温端２４Ｌ、そして鏡面体１２の表面には、光触媒を塗布しておくこともできる。光触媒は酸化による腐食を防止する機能を有するので、特に鏡面体１２の表面が腐食して白化するのを防止する。光触媒は例えば酸化チタンなどが好適に利用することができる。

図７に電源供給装置１を連結した上水道監視装置１００の構成を示す。上水道監視装置１００は、遠隔地、特に接近するのが容易でない場所の水道管３における流量などをモニタし、そのデータを集計地点（図示せず）に送信する。データ集計地点は、送水状態の異常の有無をこれらのデータから知る。

上水道監視装置１００には、上記の電源供給装置１に加え、記録制御部１１０と、計測部１１２と、通信部１１４を少なくとも有する。計測部１１２は、水道管３に設置された流量計１１５と水圧計１１６の少なくともどちらか一方からなる。どちらも少なくとも電子式で、計測値を電気信号で出力するできることが必要である。記録制御部１１０がデータを受け取り処理できるためである。

記録制御部１１０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリからなるコンピュータで構成できるが、これに限定されない。また、記録制御部１１０は、時計機能を有しており、現在の日にちおよび時刻を知ることが出来る。記録制御部１１０は、計測部１１２から送られてきたデータを所定の値に換算しメモリに記録する。この際に日時のデータを共に記録することで、いつの計測値であるのかを識別できるようにする。

通信部１１４は、記録制御部１１０が記録した計測データを集計地点等に送信する。送信方法は無線、有線どちらでもよい。また、送信に係るプロトコルも公知の形式を利用することができる。送信方法も、定期的に上水道監視装置側から一方的にデータを送信する、若しくはセンターから問い合わせがあった時に、未送信のデータを送信する、または複数の方法を併せ持つなど、特に限定されない。

少なくとも記録制御部１１０および通信部１１４および二次電池１４は、筐体中に収納されているのがよい。長期間にわたって、これらの電子機器を風雨から守るためである。筐体内には、筐体内の状態を監視するセンサを配置してもよい。例えば、温度、湿度センサなどである。これらの状態も記録制御部が記録し、集計センターに送信してよい。

次に本発明の上水道監視装置１００の動作について説明する。上水道監視装置１００では、記録制御部１１０が全体の動作を制御する。また、記録制御部１１０もスリープモードを有している。電力消費量をできるだけ減らすためである。また、記録制御部１１０は時計も有している。そして、時計は予め設定されているものとする。

記録制御部１１０がスタートすると、記録制御部１１０は、水道管３より計測部１１２から、流量と水圧のデータを取得する。取得したデータは、測定した日時と共に、メモリに記録する。また、同時に通信部１１４を介して、集計センターに自らのＩＤとデータを送信する。そして、スリープ状態に戻り、次の立ち上げ時間を待つ。なお、データの転送は、１日の所定の時間に限って行ってもよい。一度にデータを送信した方が、消費電力が少なくて済むからである。

以上のように本発明の電源供給装置１とそれを用いた上水道監視装置１００は、太陽光線による熱と水道管表面の温度差によって発電を行うので、日中の温度が上がる緯度の低い地域で特に有効に利用することができる。

本発明の電源供給装置は、上水道監視装置のほか、ガスの配管や、原油の送油パイプの監視装置など、液体若しくは気体が所定の流量で流れる配管が太陽光線にさらされる部分で発電を行うことができるので、このような施設の遠隔地点の監視装置に好適に利用することができる。また、すでに敷設されている配管にも後から設置することができるので、設置も容易である。

１ 電源供給装置
３ 水道管
９ 制御部
１０ 熱電変換素子ユニット
１２ 鏡面体
１２ｗ 鏡面体の長さ
１３ 太陽光線
１３ｍ 朝の太陽光線
１３ｅ 夕方の太陽光線
１３ｎ 真昼の太陽光線
１４ 二次電池
１４ｐ 二次電池の正極
１４ｎ 二次電池の負極
１６ 透明ドーム
１６ａ、１６ｂ 蓋
１６ｃ 半殻体
１６ｄ 蓋の孔
１６ｅ フランジ
２２ 熱良導板
２２ｂ 熱良導板の裏面
２３ 熱電変換素子
２３ｐ ｐ型半導体
２３ｎ ｎ型半導体
２３ｓ 熱電変換素子を結合する導電体間の隙間
２４ 熱電変換素子ブロック
２４Ｈ 高温端
２４Ｌ 低温端
２６ 断熱材
２８ 保護カバー
３０ 黒体板
３２ 熱良導板の裏面の溝
３４ 伝熱性樹脂
４０Ｈ 高温側の端
４０Ｌ 低温側の端
４１ 正孔
４２ 電子
４３ 導電体
４４ａ 一端
４４ｂ 他端
４５ 集光点
５０ 揺動手段
５１ ローラ
５２ 円弧状ギア
５３ 歯車
５４ ステッピングモータ
５５ 駆動回路
５６ 制御回路
１００ 上水道監視装置
１１０ 記録制御部
１１２ 計測部
１１４ 通信部
１１５ 流量計
１１６ 水圧計

Claims (9)

1. 地面より上部に露出して水平方向に配設された水道管の外周面に配設された熱電変換素子ユニットと、
   太陽光線を反射して前記熱電変換素子ユニットに照射する屈曲した鏡面体と、
   前記熱電変換素子ユニットに接続された二次電池を有する電源供給装置。
2. 前記熱電変換素子ユニットは、
   湾曲可能な熱良導板と、
   前記熱良導板上に配置されるＰ型半導体とＮ型半導体を交互に配列して一体化した熱電変換素子ブロックと、
   前記熱電変換素子ブロック間に配置される断熱材を有する請求項１に記載された電源供給装置。
3. 前記熱電変換素子ブロックの高温側には、黒体板が貼り付けられた請求項２に記載された電源供給装置。
4. 前記鏡面体の前記上水道管を横断する方向の断面形状は、
   前記上水道管の中心を焦点とする放物線形状とした請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載された電源供給装置。
5. 前記鏡面体は前記上水道管を揺動支持軸として揺動可能に設けている請求項１乃至４のいずれか１の請求項に記載された電源供給装置。
6. 前記熱電変換素子ブロックの表面には光触媒が塗布された請求項２乃至５の何れか１の請求項に記載された電源供給装置。
7. 前記熱電変換素子ブロックと鏡面体が配設された部分を透明なカバーで覆う請求項２乃至６の何れか１の請求項に記載された電源供給装置。
8. 前記鏡面体の表面には光触媒が塗布された請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載された電源供給装置。
9. 流量と水圧の少なくともどちらか一方を測る計測部と、
   前記計測部の計測値を記録・演算する記録制御部と、
   記録・演算した計測データを送信する通信部と、
   請求項１乃至８の何れか１の請求項に記載された電源供給装置を用いた上水道監視装置。