JP2009115252A - 流体遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部に異物等が噛み込んだ場合でも、より確実・安全に流体を遮断できる流体遮断装置を提供する。
【解決手段】遮断記憶部２９が遮断中であり、流量判定部２８が所定量以上の流量があると判定した場合、駆動制御部２６は遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動し遮断弁２３を再遮断するため、遮断弁２３がガス通路２２を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全にガスを遮断することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば流路の開閉を行う流体制御装置、特に、ガスの事故を未然に防ぐためガスメータなどに内蔵されるガス遮断装置の遮断機構として使用される遮断弁装置に関するものである。

ガス事故を未然に防ぐため、従来より種々の安全装置が利用されており、中でもガスメータに内蔵され流量センサによりガスの流量を検出しマイクロコンピュータによりガスの使用状態を異常使用と判断した場合や、地震センサ、ガス圧力センサ、ガス警報器、一酸化炭素センサなどのセンサの状況を監視し危険状態と判断した場合は、ガスメータに内蔵された遮断弁によりガスを遮断する電池電源によるマイクロコンピュータ搭載ガス遮断装置内蔵ガスメータ（以下マイコンメータと省略する）は、安全性、ガス配管の容易性、経済的価格等の優位性のため普及が促進され、ほぼ全世帯普及が実施されるに至っており、ガス事故の飛躍的低減に貢献している。

このマイコンメータは、停電などの影響を受けないよう電池電源で駆動され、また全戸普及のため経済的な容量の電池が搭載されているため、遮断弁は開弁、閉弁状態の保持に電力を必要としない自己保持型電磁ソレノイドやＰＭ型ステッピングモータで駆動されていて、マイコンメータシステムの異常時に必ず安全側、すなわちガス遮断側に状態移動するフェールセーフ構造ではない。

このため、フェールセーフでないことを補い、マイコンメータの安全性を高めるため様々なシステムバックアップ手段が考案、搭載されている（例えば、特許文献１参照）。

以下に従来の流体遮断装置（マイコンメータ）について説明する。

この特許文献１公報記載の流体遮断装置（燃料制御遮断装置）は、図５に示したように、ガスメータ１に内蔵されガス流路２を遮断可能なＰＭ型ステッピングモータや自己保持型電磁ソレノイド等によって駆動される自己保持型の遮断弁３と、ガスの流量を検知する磁気センサ、圧力センサ、超音波センサ、熱線流量センサ、流体素子センサ、質量流量センサ、フロートセンサ等による流量検出部４と、この流量検出部４の流量信号５が異常流量などの場合、遮断弁３を駆動する駆動制御部６に遮断信号７を出力する流量判定部８と、遮断信号７が出力されたことを記憶する遮断記憶部９と、この遮断記憶部９の状態が遮断中でありかつ流量検出部４の流量信号５が所定の流量Ｑ０以上で流量ありと判定される場合、駆動制御部６に遮断信号１０を出力するアンドゲート等による遮断中流量あり判定部１１と、これらの制御部４〜１１および遮断弁３に電力を供給する電池等による電源部１３より構成され、駆動制御部６は遮断信号７を受けて遮断弁３を通常の駆動力または遮断ストロークで駆動し、遮断信号１０を受けた場合、すなわち遮断記憶部９の状態が遮断中でありかつ所定量以上の流量を検出した遮断中流量ありの状態の場合は駆動力を高出力側または遮断ストロークを長く切り替えて遮断駆動する。流量判定部８、遮断記憶部９、遮断中流量あり判定部１１、駆動制御部６はマイクロコンピュータ１４に記録されたソフトウェア手段や論理ＩＣなどで実現されている。

以上のように構成された流体遮断装置の動作について説明する。

ガス使用において危険性のない通常状態においては、遮断弁３は復帰（開弁）状態であり、図示していないガスメータ２の下流のガス機具などにガスを供給可能である。このと
きガスの流量を検出した場合、流量検出部４は流量信号５を出力している。

流量信号５が異常に大きな流量であったり、流量信号５の継続が図示していないタイマー手段によって異常に長時間である場合など、ガス消費パターンが異常であると流量判定部８が判定した場合、駆動制御部６に遮断信号７が出力され遮断弁３でガス通路２を遮断駆動すると同時に、遮断記憶部９に遮断駆動したことを記憶する。

遮断弁３の損失が増えるなど機構部が特性劣化したり、電池による電源部１３の電圧が低下するなど駆動部が特性劣化しているの場合、遮断弁３の遮断動作が完了していないことがある。

この遮断動作未完了状態においては遮断記憶部９は遮断中であることを記憶し、流量検出部４が流量を検出し流量判定部８が流量信号５を所定の流量Ｑ０以上で流量ありと判定した場合流量ありの信号が発生し、遮断中でありかつ流量があるため遮断中流量あり判定部１１は駆動制御部６に遮断信号１０を出力し、駆動制御部６は高出力または長ストローク駆動で遮断弁３を再遮断する。

このように図５の流体遮断装置は、遮断中に流量がある場合遮断弁３を高出力または長ストロークで再度遮断動作を行うことによって、遮断弁３がフェールセーフ構造でないことを補いマイコンメータの安全性を高めている。
特開２００５−２７５７２２号公報

この種の流体遮断装置において遮断中に流量があるということは、遮断弁の機構部の特性劣化などの要因で弁が閉弁していないか、あるいは弁は閉弁しているがシール部に異物などが噛み込んでシールが不完全な状態であることが多い。

しかしながら、図５に示した従来の流体遮断装置は、遮断手段の駆動力や遮断ストロークを高めて遮断動作を行っているため、機構部や駆動部が特性劣化し弁が閉弁していない場合には有効であるが、シール部に異物などが噛み込んでシールが不完全な状態の場合においては、ガス通路を確実に遮断できない可能性が高いという課題を有していた。

本発明はかかる従来の課題に鑑み、遮断弁の弁は閉弁しているがシール部に異物が噛み込んだ場合でも、遮断弁がガス通路を遮断できる確率を高くしマイコンメータの安全性をより高くできる流体遮断装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体遮断装置は、流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する駆動制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記駆動制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動するものである。

上記のように、流路遮断動作後に流量検出手段が所定流量以上の流量を検出した場合、遮断手段を一端わずかに復帰させてから再度遮断手段を遮断駆動するため、流入する流体によりシール部に噛み込んだ異物を排除できる確率が高くなり、より確実に流体を遮断することができる。

本発明の流体遮断装置によれば、遮断弁の弁は閉弁しているがシール部に異物が噛み込んだ場合でも、遮断弁がガス通路を遮断できる確率を高くしマイコンメータの安全性をより高くできる流体遮断装置を提供することができる。

本発明の流体遮断装置は、流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する駆動制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記駆動制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動するものである。

したがって、流路遮断動作後に流量検出手段が所定流量以上の流量を検出した場合、遮断手段を一端わずかに復帰させてから再度遮断手段を遮断駆動するため、流入する流体によりシール部に噛み込んだ異物を排除できる確率が高くなり、より確実に流体を遮断することができる。

更にこの動作を複数回行うことによりシール部に噛み込んだ異物を排除できる確率を向上させることができる。

また本発明の流体遮断装置は、流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する駆動制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記駆動制御手段は前記流量検出手段で流量変化を確認しながら、前記遮断手段を低速で復帰させ、前記流量検出手段が検出した流量が大きく増加した時点で、前記遮断手段の復帰動作を停止させるとともに、所定の時間開状態を維持した後、再度遮断手段を遮断駆動するものである。

したがって、流量検出手段が検出した流量が大きく増加した時点で、前記遮断手段の復帰動作を停止させるので、遮断装置の弁周囲を流れる流体の流速が速い状態となり、シール部に噛み込んだ異物を排除できる確率を格段に向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施例１の流体遮断装置のブロック図である。

図１において、ガスメータ２１に内蔵されガス流路２２を遮断可能なＰＭ型ステッピングモータ等によって駆動される自己保持型の遮断弁２３と、ガスの流量を検知する磁気センサ、圧力センサ、超音波センサ、熱線流量センサ、流体素子センサ、質量流量センサ、フロートセンサ等による流量検出部２４と、この流量検出部２４の流量信号２５が異常流量などの場合、遮断弁２３を駆動する駆動制御部２６に遮断信号２７を出力する流量判定部２８と、遮断信号２７が出力されたことを記憶する遮断記憶部２９と、この遮断記憶部２９の状態が遮断中でありかつ流量検出部２４の流量信号２５が所定の流量Ｑ０以上で流量ありと判定される場合、駆動制御部２６に駆動信号３０を出力するアンドゲート等による遮断中流量あり判定部３１と、これらの制御部２４〜３１および遮断弁２３に電力を供給する電池等による電源部３３より構成される。

流量判定部２８、遮断記憶部２９、遮断中流量あり判定部３１、駆動制御部２６はマイクロコンピュータ３４に記録されたソフトウェア手段や論理ＩＣなどで実現されている。

図２は本発明の実施例１の流体遮断装置の遮断弁の断面図である。

図２において、Ａ相、Ｂ相に接続された電磁コイル４１、４２と、磁力を伝達するヨーク４３、４４、４５、４６とでステータ４７が構成され、永久磁石４８と、流路４９に突出したリード部５０を有するリードシャフト５１とで構成されたロータ５２がステータ４７と同軸に配され、流路４９に形成された弁座５３と当接することによってガス等の流体を遮断可能でリードナット部５４を有する弁体５５がリード部５０に螺合して配され、弁体５５自身の回転は爪状の回動規制手段５６によって規制されているためロータ５２の回転によって弁体５５は軸方向に前後動する。

ステータ４７とロータ５２は２相励磁型のＰＭ（永久磁石）型ステッピングモータを形成しており、電磁コイル４１、４２すなわちＡ相、Ｂ相に１／２・πの位相差を有する矩形波等の回転磁界を発生する電流を印加することによってロータ５２が回転し、電流を印加しない場合は永久磁石４８による静止トルクによってロータ５２は回転を阻止されている。

図２においては、弁体５５側から見てＣＷ（時計回り）方向にロータ５２が回転した場合は弁体５５が弁座５３に近づく遮断動作を行い、ＣＣＷ（反時計回り）に回転した場合は弁体５５が弁座５３から遠ざかる復帰動作を行う。

以上のように構成された流体遮断装置の動作について説明する。

流量検出部２４の流量信号２５を流量判定部２８が判定し、ガスの使用状態に異常がない場合、遮断信号２７は出力されず、遮断弁２３はガス通路２２を開放した復帰状態を保つ。

流量検出部２４の流量信号２５を流量判定部２８が判定し、合計流量が異常に多い場合や、個別流量区分の使用時間が異常に長い場合などガスの使用状態に異常がある場合や、地震センサ、圧力センサ、ガス漏れセンサ等のその他センサ３６や、遮断スイッチや通信回線等による外部遮断命令３７を受けた場合、遮断信号２７が駆動制御部２６に出力され、駆動制御部２６は遮断弁２３を遮断する。

また流量判定部２８は同時に遮断記憶部２９にも遮断信号２７を出力し、すなわち遮断中であることを記憶させる。

遮断動作後、遮断弁２３は永久磁石４８による静止トルクによって無通電でも遮断状態を保持する。

ここで遮断弁２３は閉弁しているがシール部に異物などが噛み込んでシールが不完全な状態であることがある。

この異物噛み込み状態においては遮断記憶部２９は遮断中であることを記憶し、流量検出部２４が流量を検出し流量判定部２８が流量信号２５を所定の流量Ｑ０以上で流量ありと判定した場合流量ありの信号が発生し、遮断中でありかつ流量があるため遮断中流量あり判定部３１は駆動制御部２６に駆動信号３０を出力し、駆動制御部２６は遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動し遮断弁２３を再遮断する。

すなわち、遮断弁２３を若干復帰させ、流入する流体によりシール部に付着した異物などを吹き飛ばしたのち、再遮断を行うものである。

このため、シール部に異物などが噛み込んでシールが不完全な状態の場合においても、遮断弁２３はガスなどの流体通路を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全に流体を遮断することができる。

なおここで第２の発明によれば、この遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断する動作を複数回行うことによりシール部に付着した異物などを吹き飛ばせる確率を更に向上させ、より確実または安全に流体を遮断することができる。

次に図示していない外部手段などから復帰信号があたえられた場合、図示していない復帰駆動部が遮断弁２３の駆動部であるＰＭ型ステッピングモータを例えばＣＣＷ方向に逆転駆動することによってガス通路２２を開弁復帰すると同時に、遮断記憶部２９の遮断中記録をリセットし、ガスを流すことができる通常状態に復帰する。

このように、本発明の実施例１の流体遮断装置は、遮断記憶部２９が遮断中であり、流量判定部２８が所定量以上の流量があると判定した場合、駆動制御部２６は遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動し遮断弁２３を再遮断するため、遮断弁２３がガス通路２２を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全にガスを遮断することができる。

図３は本発明の実施例２の流体遮断装置のブロック図である。

図３において、流量検出部２４の流量信号２５による流量変化が所定の流量Ｑ１以上かどうかを判定する流量判定部６８と、流量判定部６８で流量変化が所定の流量Ｑ１以上と判定された場合、駆動制御部６６への遮断信号７９を遅延して出力する遅延タイマ７８とから構成され、駆動制御部６６は流量判定部６８や遮断中流量あり判定部７１からの駆動信号７０により、遮断弁６３を低速度で復帰駆動することが可能な構成となっている。

その他の部分は、図１の流体遮断装置と同様であり説明を省略する。

図４は本発明の実施例２の流体遮断装置の駆動制御部および遮断弁のブロック図である。

図４において、遮断弁６３はＡ相、Ｂ相の２相バイポーラ励磁方式のステッピングモータ８１で駆動されていて、駆動制御部８２は駆動周波数８３を切り替えるカウンタやタイマ等で構成された周波数切替手段８４と、駆動周波数８３に同期した駆動波形８５を出力する分配手段８６と、駆動波形８５を２相バイポーラ駆動波形に変換すると同時に電力増幅する励磁回路８７とで構成されている。

異常流量などによる通常の遮断駆動時においては周波数切替手段８４は例えば２００Ｈｚの高い周波数の駆動周波数８３を分配手段８６に出力し、遮断中流量ありの状態で、流量変化が所定の流量Ｑ１以下の場合の低速度復帰駆動時においては周波数切替手段８４は例えば２０Ｈｚの低い駆動周波数８３に切り替えて分配手段８６に出力する。

以上のように構成された流体遮断装置の異物噛み込み状態の動作について説明する。

この異物噛み込み状態においては遮断記憶部６９は遮断中であることを記憶し、流量検出部６４が流量を検出し流量判定部６８が流量信号６５を所定の流量Ｑ０以上で流量ありと判定した場合、流量ありの信号が発生し遮断中でありかつ流量があるため遮断中流量あり判定部７１は駆動制御部６６に駆動信号７０を出力し、駆動制御部６６は遮断弁６３を低速度で復帰駆動する。この間流量判定部６８は流量信号６５による流量変化を確認し続け、流量変化が所定の流量Ｑ１以上であると判定した場合、駆動信号７０の出力を停止し遅延タイマ７８に遮断信号７９を出力する。流量変化が急に大きくなった状態においては流入する流体の流速が速いため、シール部に噛み込んだ異物などを排除できる確率を格段に向上することができる。そして遅延タイマ７８は所定時間経過後に駆動制御部６６へ遮断信号７９を出力し、遮断弁６３を遮断駆動して再遮断する。

すなわち、遮断弁６３を徐々に復帰させ、流入する流体の流量が増し、流体の流速が早い状態を所定時間維持することにより、シール部に付着した異物などを確実に吹き飛ばしたのち、再遮断を行うものである。

このように、本発明の実施例２の流体遮断装置は、遮断記憶部６９が遮断中であり、流量判定部６８が所定量以上の流量があると判定した場合、駆動制御部６６は遮断弁６３を低速度で復帰駆動し流量変化が所定の流量Ｑ１以上なった時点で復帰駆動を停止し、遅延タイマ７８により所定時間経過後に遮断弁６３を再度遮断駆動するため、遮断弁６３がガス通路６２を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全にガスを遮断することができる。

なお、モータの駆動速度の切替は駆動周波数を切り替えるよう説明したが、ギヤ等による減速機構によって駆動速度を切り替えてもよい。

なお、上記実施例において遮断弁２３は２相バイポーラ励磁ＰＭ型ステッピングモータが駆動手段である例を説明したが、３相以上でもモノポーラ励磁でもよく、その他同期モータやＤＣブラシレスモータ等の直流モータも選択可能である。

また、遮断弁２３はロータ５２の回転が直接弁体５５の前後動に変換されるよう説明したが、減速機構を介してもよく、磁気カップリングなど気密隔壁を介した動力伝達でもよい。

また、この流体遮断装置はガスメータ２１に内蔵され、電池電源部３３によって駆動されるよう説明したが、孤立型流体遮断装置でもよく燃焼機器等に内蔵されてもよく、商用電源、自己発電電源などで駆動されてもよく、コンデンサ等のバックアップ電源で駆動されてもよい。

上記構成によれば、流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動するため、遮断手段がガスなどの流体通路を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全に流体を遮断する流体遮断装置を提供できる。

また、上記における制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークにおいて、復帰と遮断を複数回繰り返した後、再度遮断手段を遮断駆動するため、遮断手段がガスなどの流体通路を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全に流体を遮断する流体遮断装置を提供できる。

また、流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記制御手段は前記流量検出手段で流量変化を確認しながら、前記遮断手段を低速で復帰させ、前記流量検出手段が検出した流量が大きく増加した時点で、前記遮断手段の復帰動作を停止させるとともに、所定の時間開状態を維持した後、再度遮断手段を遮断駆動するため、遮断手段がガスなどの流体通路を遮断できる確率が高くなり、より確実または安全に流体を遮断する流体遮断装置を提供できる。

以上のように、本発明にかかる流体遮断装置は、遮断状態にある遮断手段を若干復帰させ流入する流体により遮断手段のシール部に噛み込んだ異物を排除したのち再遮断行うため、流体の確実な遮断が可能となるので、ガス流体の他、あらゆる流体の遮断装置への適用が可能である。

本発明の実施例１の流体遮断装置のブロック図 本発明の実施例１の流体遮断装置の遮断弁の断面図 本発明の実施例２の流体遮断装置のブロック図 本発明の実施例２の流体遮断装置の駆動制御部および遮断弁のブロック図 従来の流体遮断装置のブロック図

符号の説明

２３ 遮断弁（遮断手段）
２４ 流量検出部（流量検出手段）
２６ 駆動制御部（駆動制御手段）
２９ 遮断記憶部（記憶手段）
３１ 遮断中流量あり判定部
８１ ステッピングモータ
８４ 周波数切替手段

Claims (3)

1. 流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する駆動制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記駆動制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークを復帰動作した後、再度遮断手段を遮断駆動する流体遮断装置。
2. 駆動制御手段は前記遮断手段の遮断ストロークの概３分の１以下の所定ストロークにおいて、復帰と遮断を複数回繰り返した後、再度遮断手段を遮断駆動する請求項１に記載の流体遮断装置。
3. 流路を遮断するモータ式の遮断手段と、流量を検出する流量検出手段と、前記遮断手段を遮断駆動したことを記録する記憶手段と、前記遮断手段の開閉を制御する駆動制御手段とを有し、前記記憶手段が遮断中であり、かつ前記流量検出手段が所定量以上の流量を検出した場合、前記駆動制御手段は前記流量検出手段で流量変化を確認しながら、前記遮断手段を低速で復帰させ、前記流量検出手段が検出した流量が大きく増加した時点で、前記遮断手段の復帰動作を停止させるとともに、所定の時間開状態を維持した後、再度遮断手段を遮断駆動する流体遮断装置。