JP2014139499A - 開閉装置及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を大きく変えることなく、作動空気の供給停止前後で、ダンパ羽根またはベーン等の開閉部材の開閉位置を維持することができる、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）が可能な開閉装置及び空調システムを提供する。
【解決手段】供給される作動空気により回転可能なエアモータ２１と、エアモータ２１により回転する回転体２８と、回転体２８からの回転を出力可能な出力軸３４とを有し、回転体２８からの回転が可能となる一方で、出力軸３４からの回転が不能となるセルフロック機能を有する波動歯車機構２２と、出力軸３４から出力される回転によって排気流路Ｌを開閉可能なダンパ羽根２５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気流路を開閉可能な開閉装置及び空調システムに関するものである。

従来、空気流路を開閉可能な開閉装置として、ダクトを開閉する排気ダンパが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気ダンパは、駆動源となるエアシリンダと、エアシリンダによってダクトを開閉する羽根とを備えている。エアシリンダは、その内部に弾性バネが内蔵されており、弾性バネは、羽根が開方向となるように付勢している。

特開２００２−１６５８９６号公報

ところで、排気ダンパは、空気の流れ方向の上流側に、ダクトを介して室内に接続され、空気の流れ方向の下流側に、排風機が接続される場合がある。この場合、エアシリンダに供給される作動空気が停止すると、エアシリンダ内の弾性バネによって、羽根が開方向に作動する。つまり、作動空気の停止により羽根が開方向に作動する、いわゆるフェイル・オープン（Ｆａｉｌ Ｏｐｅｎ）の状態となる。このため、排風機により室内の空気が排出されるため、室内が負圧となってしまう。一方で、作動空気の停止により羽根が閉方向に作動する、いわゆるフェイル・クローズ（Ｆａｉｌ Ｃｌｏｓｅ）の状態となる構成である場合、室内に供給される空気を排出することが不能となるため、室内が正圧となってしまう。

このため、作動空気の供給停止前後で、羽根が現在の状態を維持する、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）の構成とすることが好ましい。この場合、エアシリンダに代えて、電動機を用いた構成とすることで実現することが可能となる。しかしながら、エアシリンダは、高線量環境下に配置される場合がある。この場合、電動機は、高線量環境下に対応可能な高価な電動機を用いらなければならない。また、電動機を作動させるための電源系統を新たに配備しなければならない。

そこで、本発明は、装置構成を大きく変えることなく、作動空気の供給停止前後で、開閉部材の開閉位置を維持することができる、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）が可能な開閉装置及び空調システムを提供することを課題とする。

本発明の開閉装置は、供給される作動空気により回転可能なエアモータと、エアモータにより回転する入力軸と、入力軸からの回転を出力可能な出力軸とを有し、入力軸からの回転が可能となる一方で、出力軸からの回転が不能となるセルフロック機能を有する動力伝達機構と、出力軸から出力される回転によって空気流路を開閉可能な開閉部材と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、作動空気の供給停止によりエアモータの回転が停止した場合であっても、セルフロック機能を有する動力伝達機構により、開閉部材の開閉位置を維持させることができる。つまり、開閉部材の開閉位置を変えようとしても、出力軸からの回転は不能であるため、エアモータから入力軸へ回転が伝達されない限り、開閉部材の開閉位置が変わることがない。このため、作動空気の供給停止前後で、開閉部材の開閉位置を維持することができる、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）が可能な構成とすることができる。

この場合、動力伝達機構は、波動歯車装置であることが好ましい。

この構成によれば、セルフロック機能を有するコンパクトな構成の動力伝達機構を用いることができる。

この場合、動力伝達機構は、ウォームギアであることが好ましい。

この構成によれば、セルフロック機能を有する安価な構成の動力伝達機構を用いることができる。

この場合、エアモータは、高線量環境下に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、高線量環境下であっても作動空気によって回転可能なエアモータを用いることができる。

この場合、開閉部材は、空気流路の流量を制御可能なダンパ羽根であることが好ましい。

この構成によれば、ダンパ羽根によって空気流路を開閉する構成とすることができる。

この場合、開閉部材は、空気流路となる送風機の吸込み口に設けられ、吸込み口からの空気の吸入量を制御可能なベーンであることが好ましい。

この構成によれば、ベーンによって吸込み口を開閉する構成とすることができる。

本発明の空調システムは、空気の流れ方向の上流側に部屋が接続されると共に、空気の流れ方向の下流側に排風機が接続される空気流路と、空気流路に設けられる上記の開閉装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、開閉装置のエアモータに供給される作動空気の供給が停止した場合であっても、開閉部材の開閉位置が維持されるため、部屋内の圧力を大きく変動させることなく、部屋内の圧力を安定的なものとすることができる。

図１は、実施例１に係る空調システムの概略構成図である。 図２は、実施例１に係る空調ダンパの正面図である。 図３は、実施例１に係る波動歯車装置の概略構成図である。 図４は、実施例２に係るインレットベーン付排風機の正面図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係る空調システムの概略構成図である。実施例１の空調システム１は、部屋Ｒ内の空気を排気するものであり、例えば、再処理施設内の部屋の換気を行うために用いられる。空調システム１は、部屋Ｒに接続される排気流路（空気流路）Ｌと、排気流路Ｌに設けられる開閉装置としての空調ダンパ１０と、排気流路Ｌにおいて空調ダンパ１０の下流側に設けられる排風機１１とを備えている。この部屋Ｒには、給気設備から空気が供給されている。また、空調システム１は、部屋Ｒ内の圧力を検出する圧力センサ１２と、圧力センサ１２の検出結果に基づいて空調ダンパ１０を制御可能な制御部１３とを備えている。

排気流路Ｌは、その一方の端部が再処理施設の部屋Ｒ内に接続され、その他方の端部が再処理施設の他の空調設備または屋外に接続されている。

詳細は後述するが、空調ダンパ１０は、作動空気が供給されることで、排気流路Ｌを閉塞及び開放可能となっており、排気流路Ｌ内を流れる空気の流量を調整可能となっている。この空調ダンパ１０には、制御部１３が接続され、制御部１３によって空調ダンパ１０が制御されることにより、排気流路Ｌ内の空気の流量が制御される。

排風機１１は、軸方向から吸気して周方向に排気する、いわゆる遠心排風機である。この排風機１１は、排気流路Ｌの上流側の空気を吸い込んで、排気流路Ｌの下流側へ空気を吹き出している。

圧力センサ１２は、部屋Ｒ内の気圧を計測しており、制御部１３に接続されている。

制御部１３は、圧力センサ１２により検出した部屋Ｒ内の気圧が、予め設定された所定の気圧よりも大きくなった場合、空調ダンパ１０が開く方向へ作動させることにより、排気流路Ｌ内を流れる空気の流量を多くし、これにより、部屋Ｒ内の気圧を低下させる。一方で、制御部１３は、圧力センサ１２により検出した部屋Ｒ内の気圧が、予め設定された所定の気圧以下となった場合、空調ダンパ１０が閉じる方向へ作動させることにより、排気流路Ｌ内を流れる空気の流量を少なくし、これにより、部屋Ｒ内の気圧を上昇させる。

次に、図２及び図３を参照して、空調ダンパ１０について説明する。図２は、実施例１に係る空調ダンパの正面図である。図３は、実施例１に係る波動歯車装置の概略構成図である。空調ダンパ１０は、供給される作動空気によって作動する。空調ダンパ１０は、作動空気によって回転するエアモータ２１と、エアモータ２１に接続される波動歯車機構２２と、波動歯車機構２２に接続されるリンク機構２３と、リンク機構２３に接続される羽根開閉機構２４と、羽根開閉機構２４によって開閉する複数のダンパ羽根（開閉部材）２５とを有している。

エアモータ２１は、図示は省略するが、作動空気が流入するエア供給口と、作動空気が流出するエア排気口と、動力を出力する回転可能な回転体２８とを有している。このエアモータ２１は、エア供給口から作動空気が供給されることで、作動空気が回転体２８を回転させる。そして、回転体２８を回転させた作動空気は、エア排気口から排出される。なお、このエアモータ２１は、高線量環境下であっても作動可能なものとなっている。

図３に示すように、波動歯車機構２２は、サーキュラ・スプライン３１と、ウェーブ・ジェネレータ３２と、フレクスプライン３３と、出力軸３４（図２参照）とを有している。サーキュラ・スプライン３１は、その内周面に歯が形成される、いわゆる内歯車であり、回転不能に固定されている。ウェーブ・ジェネレータ３２は、エアモータ２１の回転体２８に接続されている。このため、回転体２８は、波動歯車機構２２の入力軸として機能する。フレクスプライン３３は、その外周面に歯が形成される、いわゆる外歯車であり、金属弾性材で構成され、出力軸３４に接続されている。

この波動歯車機構２２は、高減速比となっていることから、回転体２８から入力される回転が可能である一方で、出力軸３４から入力される回転が不能となっている。このため、波動歯車機構２２は、いわゆるセルフロック機能を有する動力伝達機構となっている。

リンク機構２３は、波動歯車機構２２の出力軸３４の回転動作を、羽根開閉機構２４に伝達するものである。リンク機構２３は、複数のリンク部材を含んで構成され、出力軸３４の回転動作（回転動力）を、複数のリンク部材を介して、所定の動作（動力）に変換している。ここで、所定の動作とは、羽根開閉機構２４による複数のダンパ羽根２５を開閉可能な動作である。

羽根開閉機構２４は、リンク機構２３から入力される所定の動作（動力）を、複数のダンパ羽根２５を開閉する開閉動作（開閉動力）に変換している。羽根開閉機構２４は、複数のダンパ羽根２５をそれぞれ回転させる複数の回転軸４１を有する。このため、羽根開閉機構２４は、リンク機構２３から羽根開閉機構２４に所定の動作が入力されると、所定の動作によって複数の回転軸４１が回転させられ、これにより、複数のダンパ羽根２５を開閉動作させる。

複数のダンパ羽根２５は、方形状の断面となる排気流路Ｌに対し、上下方向に並べて平行に設けられている。各ダンパ羽根２５は、方形状に形成された板材である。各ダンパ羽根２５の上下方向の中央には、水平方向に伸びる上記の回転軸４１が設けられている。このため、ダンパ羽根２５は、回転軸４１を中心にして、排気流路Ｌを開放する方向に回転したり、排気流路Ｌを閉塞する方向に回転したりする。

上記のような空調ダンパ１０において、エアモータ２１に作動空気が供給されると、エアモータ２１は、その回転体２８が回転する。回転体２８が回転すると、エアモータ２１の回転動作（動力）が、波動歯車機構２２及びリンク機構２３を介して羽根開閉機構２４に伝達される。リンク機構２３から羽根開閉機構２４に伝達されたエアモータ２１の回転動作は、羽根開閉機構２４によって複数のダンパ羽根２５の開閉動作に変換される。つまり、リンク機構２３から羽根開閉機構２４に動力が伝達されると、羽根開閉機構２４の複数の回転軸４１が回転することにより、ダンパ羽根２５を開閉動作させる。

以上のように、実施例１の構成によれば、作動空気の供給停止によりエアモータ２１の回転が停止した場合であっても、セルフロック機能を有する波動歯車機構２２により、ダンパ羽根２５の開閉位置を維持させることができる。つまり、ダンパ羽根２５の開閉位置を変えようとしても、出力軸３４からの回転は不能であるため、エアモータ２１の回転体２８が回転しない限り、ダンパ羽根２５の開閉位置が変わることがない。このため、作動空気の供給停止前後で、ダンパ羽根２５の開閉位置を維持することができる、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）が可能な構成とすることができる。

また、実施例１の構成によれば、セルフロック機能を有するコンパクトな構成の波動歯車機構２２を用いることができる。

また、実施例１の構成によれば、空調ダンパ１０のエアモータ２１に供給される作動空気の供給が停止した場合であっても、ダンパ羽根２５の開閉位置が維持されるため、部屋Ｒ内の圧力を大きく変動させることなく、部屋Ｒ内の圧力を安定的なものとすることができる。

次に、図４を参照して、実施例２に係る空調システムについて説明する。図４は、実施例２に係るインレットベーン付排風機の正面図である。なお、実施例１と重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、開閉装置を空調ダンパ１０に適用したが、実施例２では、開閉装置を、排風機本体５１の吸込み口５５に設けられるインレットベーン５２に適用している。以下、図４を参照して、インレットベーン付排風機５０について説明する。

図４に示すように、インレットベーン付排風機５０は、実施例１の排風機１１と同様の排風機本体５１と、排風機本体５１の吸込み口（空気流路）５５に設けられるインレットベーン５２とを備えている。排風機本体５１は軸方向から吸気して周方向に排気する、いわゆる遠心排風機である。インレットベーン５２は、排風機本体５１の吸込み口５５から吸入される空気の吸入量を制御するものである。

排風機本体５１は、図示しない電動機によって回転する羽根車５３と、羽根車５３を内部に収納する羽根車ケーシング５４とを有している。羽根車５３は、図示は省略するが、電動機によって回転するハブと、ハブに設けられる複数の羽根とを含んでいる。複数の羽根は、ハブの回転軸を中心として周方向に所定の間隔を空けて設けられている。羽根車ケーシング５４は、羽根車５３を囲って設けられている。羽根車ケーシング５４には、羽根車５３の回転軸を中心として円形に開口される吸込み口５５が形成される。また、羽根車ケーシング５４には、羽根車５３の回転軸を中心として径方向の外側に吹出し口５６が形成される。

上記のような排風機本体５１は、電動機によって羽根車５３が回転することで、羽根車ケーシング５４の吸込み口５５から空気が吸入されると共に、羽根車ケーシング５４の吹出し口５６から空気が吹き出される。

インレットベーン５２は、駆動源となるエアモータ６１と、エアモータ６１に接続される波動歯車機構６２と、波動歯車機構６２に接続されるベーン開閉機構６３と、ベーン開閉機構６３に接続される複数のベーン（開閉部材）６４とを有している。

エアモータ６１は、実施例１と同様の構成となっており、回転体２８の軸方向が円形となる吸込み口５５の径方向となるように設置されている。波動歯車機構６２も、実施例１と同様の構成となっており、その出力軸３４の軸方向が円形となる吸込み口５５の径方向となるように設置されている。この出力軸３４の出力側には、第１傘歯車７１が設けられている。

ベーン開閉機構６３は、吸込み口５５の中央に設けられ、波動歯車機構６２の出力軸３４に接続されている。ベーン開閉機構６３は、波動歯車機構６２を介して入力されるエアモータ６１の回転動作を、複数のベーン６４を開閉する開閉動作に変換している。具体的に、ベーン開閉機構６３は、複数のベーン６４をそれぞれ回転させる複数の回転軸６７と、複数の回転軸６７の全てを同時に回転させる第２傘歯車７２とを有する。このため、波動歯車機構６２からベーン開閉機構６３に所定の動作が入力されると、所定の動作によって第２傘歯車７２が回転することで、複数の回転軸６７を回転させ、これにより、複数のベーン６４を開閉動作させる。

複数のベーン６４は、円形となる吸込み口５５の周方向に沿って並べて設けられている。各ベーン６４は、扇状に形成された板材である。このため、周方向に沿って並べて設けられた複数のベーン６４は、円環状となっている。各ベーン６４の周方向の中央には、径方向に伸びる上記の回転軸６７が設けられている。このため、各ベーン６４は、回転軸６７を中心にして、吸込み口５５を開放する方向に回転したり、吸込み口５５を閉塞する方向に回転したりする。

上記のようなインレットベーン５２において、エアモータ６１に作動空気が供給されると、エアモータ６１の回転体２８は回転する。回転体２８が回転すると、エアモータ６１の回転動作（動力）が、波動歯車機構６２を介してベーン開閉機構６３に伝達される。ベーン開閉機構６３に伝達されたエアモータ６１の回転動作は、ベーン開閉機構６３によって複数のベーン６４の開閉動作に変換される。つまり、波動歯車機構６２からベーン開閉機構６３に動力が伝達されると、出力軸３４の第１傘歯車７１によりベーン開閉機構６３の第２傘歯車７２が回転させられ、これによって、複数の回転軸６７が回転することにより、複数のベーン６４を開閉動作させる。

以上のように、実施例２の構成によれば、作動空気の供給停止によりエアモータ６１の回転が停止した場合であっても、セルフロック機能を有する波動歯車機構６２により、ベーン６４の開閉位置を維持させることができる。つまり、ベーン６４の開閉位置を変えようとしても、出力軸３４からの回転は不能であるため、エアモータ６１の回転体２８が回転しない限り、ベーン６４の開閉位置が変わることがない。このため、作動空気の供給停止前後で、ベーン６４の開閉位置を維持することができる、いわゆるフェイル・アズ・イズ（Ｆａｉｌ ａｓ ｉｓ）が可能な構成とすることができる。

なお、実施例１及び実施例２において、動力伝達機構として、波動歯車機構２２、６２を適用したが、この構成に限らず、ウォームギアを適用してもよい。つまり、回転体２８（入力軸）にウォームを設け、出力軸３４にウォームホイールを設ける構成であってもよい。この場合、ウォームギアは、高減速比となっていることから、回転体２８から入力される回転が可能である一方で、出力軸３４から入力される回転が不能となる。このため、ウォームギアを適用することで、セルフロック機能を有する安価な構成の動力伝達機構を用いることができる。

１ 空調システム
１０ 空調ダンパ
１１ 排風機
１２ 圧力センサ
１３ 制御部
２１ エアモータ
２２ 波動歯車機構
２３ リンク機構
２４ 羽根開閉機構
２５ ダンパ羽根
２８ 回転体
３１ サーキュラ・スプライン
３２ ウェーブ・ジェネレータ
３３ フレクスプライン
３４ 出力軸
４１ 回転軸
５０ インレットベーン付排風機（実施例２）
５１ 排風機本体
５２ インレットベーン
５３ 羽根車
５４ 羽根車ケーシング
５５ 吸込み口
５６ 吹出し口
６１ エアモータ
６２ 波動歯車機構
６３ ベーン開閉機構
６４ ベーン
６７ 回転軸
７１ 第１傘歯車
７２ 第２傘歯車
Ｌ 排気流路
Ｒ 部屋

Claims (7)

1. 供給される作動空気により回転可能なエアモータと、
   前記エアモータにより回転する入力軸と、前記入力軸からの回転を出力可能な出力軸とを有し、前記入力軸からの回転が可能となる一方で、前記出力軸からの回転が不能となるセルフロック機能を有する動力伝達機構と、
   前記出力軸から出力される回転によって空気流路を開閉可能な開閉部材と、を備えることを特徴とする開閉装置。
2. 前記動力伝達機構は、波動歯車装置であることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 前記動力伝達機構は、ウォームギアであることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
4. 前記エアモータは、高線量環境下に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の開閉装置。
5. 前記開閉部材は、前記空気流路の流量を制御可能なダンパ羽根であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の開閉装置。
6. 前記開閉部材は、前記空気流路となる送風機の吸込み口に設けられ、前記吸込み口からの空気の吸入量を制御可能な複数のベーンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の開閉装置。
7. 空気の流れ方向の上流側に部屋が接続されると共に、空気の流れ方向の下流側に排風機が接続される空気流路と、
   前記空気流路に設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載の開閉装置と、を備えることを特徴とする空調システム。

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