JP2014190525A

JP2014190525A - キャパシタ付き緊急遮断弁

Info

Publication number: JP2014190525A
Application number: JP2013069524A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Akabane; 文彦赤羽; Kuniyoshi Matsuki; 邦芳松木
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】商用電源の通電時と停電時とでモータへの電力供給の接続を切換える機構を必要としない簡易な装置構成を有し、また、外部電源から供給する電流を低電流に押さえ、高電流対応の高価な部品を使用しなくても確実に作動し、高い信頼性を有するキャパシタ付き緊急遮断弁を提供すること。
【解決手段】外部電源１７とバルブ駆動用モータ１５を制御する制御回路９との間に、複数の電気二重層キャパシタから成るキャパシタユニット８を接続し、このキャパシタユニット８と前記制御回路９とを常時通電可能に接続するとともに、前記外部電源１７からの電流を少なくとも抑制する電力制御手段６と、緊急時に前記モータを駆動するための緊急用の異常検出手段を設けたことを特徴とするキャパシタ付き緊急遮断弁１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源の停電時の駆動電源として電気二重層キャパシタを用いるキャパシタ付き緊急遮断弁に関する。

大規模地震が発生した場合には、地震に起因する停電によりしばらくの間水道施設の機能が停止したり、水道管が破損したりして生活用水を供給できなくなる事態が発生する。さらに、マンション等の集合住宅では、貯水槽から各戸に水を分配供給する給水配管が破損し、貯水槽内に貯えられている生活用水が破損個所から流出する事態が発生するおそれがある。このような事態が発生しても生活用水を確保するためには、貯水槽に貯えられている生活用水の流失を防ぐことが重要となる。

このため、従来から、貯水槽からの生活用水の流失を防ぐため、貯水槽の出水口に地震を検知すると自動的に作動する緊急遮断弁を設けることが行なわれている。このような緊急遮断弁は、地震により商用電源が喪失した場合であっても確実に作動する必要があるため、開弁時に巻き上げたスプリング力によって閉弁するスプリングリターン型の緊急遮断弁や、停電時用の鉛蓄電池を備えた電動バルブが従来から使用されている。

しかしながら、スプリングリターン型の緊急遮断弁は、開弁時にモータの駆動によりスプリングを巻き上げておき、緊急時にはスプリング部に貯えられたエネルギーを利用して弁体を閉鎖位置に回動させるものであるため、弁体を開放位置に作動させるときに、モータは弁体を駆動するためのトルクとスプリングを巻き上げるためのトルクを負担することが必要になる。このため、スプリングリターン型の緊急遮断弁は、信頼性が高い反面、必然的に高出力なモータを使用する必要があるので、アクチュエータ全体が大型化するとともに、取得価格が高いという問題がある。また、停電発生時にスプリングに貯えられたエネルギーが急激に開放され、アクチュエータが弁閉方向に急激に回動させられて閉弁するので、アクチュエータの各部に衝撃力が作用し、アクチュエータの寿命を短くする原因となっていた。

一方、鉛蓄電池を備えた電動バルブでは上記のような問題はないが、二次電池は化学反応を伴う起電方式であるため、電池性能が経時的に劣化するとともに、その寿命は通常３年程度である。このため、二次電池の性能の定期的な確認、交換等のメンテナンスが必要であり、メンテナンス作業が煩雑であるという問題とともに、電池交換の費用が嵩むという問題もある。

このような従来のスプリングリターン型の緊急遮断弁や鉛蓄電池を備えた電動バルブの問題を解決する方法として、特許文献１には、二次電池に変えて電気二重層キャパシタ（以下、「キャパシタ」という。）を備え、停電時にはキャパシタからの電力によりバルブ駆動用モータを動作させる電動バルブが開示されている。キャパシタは、二次電池のように電極での化学反応によって電気エネルギーを貯えるのではなく、電解液と電極との間に形成される電気二重層に電荷を貯えるので劣化も少なく、長寿命であるという特徴を有し、通常１０年以上の長期間に亘りメンテナンスフリーで使用することができる利点がある。

特許文献１に記載された電動バルブは、商用電源からの電力供給が可能な場合には、キャパシタとモータ間はスイッチにより切り離し、商用電源からの電力供給によってモータを動作させ、商用電源の非供給時には、キャパシタとモータ間のスイッチを接状態とし、キャパシタからの電力供給によってモータを動作させるものである。

特許第４５９３９３６号公報

しかしながら、この特許文献１に記載された電動バルブでは、商用電源の供給（通電）時にはキャパシタとモータをスイッチにより非接続状態としておき、商用電源の非供給（停電）時にはスイッチを切換えてキャパシタとモータを接続状態とするので、通電状態、停電状態を検出してキャパシタの充電、放電を切換える回路構成が必要である。また、商用電源の通電時には商用電源からの電力をそのまま使用してモータを動作させているため、装置構成を高電流対応にせざるを得ず、装置が大型、複雑かつ高価になりやすい傾向がある。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、商用電源の通電時と停電時とでモータへの電力供給の接続を切換える機構を必要としない簡易な装置構成を有し、また、外部電源から供給する電流を低電流に押さえ、高電流対応の高価な部品を使用しなくても確実に作動し、高い信頼性を有するキャパシタ付き緊急遮断弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、外部電源とバルブ駆動用モータを制御する制御回路との間に、複数の電気二重層キャパシタから成るキャパシタユニットを接続し、このキャパシタユニットと前記制御回路とを常時通電可能に接続するとともに、前記外部電源からの電流を少なくとも抑制する電力制御手段と、緊急時に前記モータを駆動するための緊急用の異常検出手段を設けたことを特徴とするキャパシタ付き緊急遮断弁である。

請求項２に係る発明は、外部電源の供給時にはバルブの作動状況を表示するために点灯させているランプを設け、外部電源の非供給時に前記キャパシタユニットからの電力のみのときには、前記ランプを消灯するようにしたランプ制御手段を備えたキャパシタ付き緊急遮断弁である。

請求項３に係る発明は、前記異常検出手段に電力を降圧する降圧回路を設けたことを特徴とするキャパシタ付き緊急遮断弁である。

請求項４に係る発明は、前記キャパシタユニットの劣化を診断する劣化診断回路を備えたキャパシタ付き緊急遮断弁である。

請求項１に係る発明によると、外部の商用電源の電流を抑制して供給する電力制御手段を備えているため、電力制御手段の下流側の装置の構成において高電流に対応する必要がなく、装置構成を簡易化することができる。

また、キャパシタユニットとモータ間が常時通電可能な状態にしてあるので、停電検出手段及び電源切換手段を設けることなく、商用電源の停電発生時には自動的にキャパシタユニットに貯えた電力を装置に供給することができるので、装置構成を小型化かつ簡単化することができ、信頼性も向上する。

これに加え、商用電源の通電時にも商用電源に加えてキャパシタユニットに貯えた電力も供給してモータを動作させることができるので、商用電力の電流を抑制していても、キャパシタユニットから供給される電力の電流と合算した電流値は大きくなり、十分なモータ出力が得られて確実にバルブを開閉することができる。

請求項２に係る発明によると、商用電源の停電時にはランプを消灯することによって装置の電力消費を抑え、キャパシタユニットの電圧降下を抑制することができるので、停電時にはキャパシタユニットに貯えられた電力のみによって動作する本システムの作動可能状態を長時間に亘って維持することができる。

請求項３に係る発明によると、商用電源の停電時にもキャパシタユニットから電力供給する必要がある異常検出手段の電力消費を抑えることができるので、停電時におけるキャパシタユニットの電圧降下を抑制し、装置の作動可能状態を長期間に亘って維持することができる。

請求項４に係る発明によると、キャパシタユニットの劣化診断を随時行うことにより、キャパシタユニットの劣化を確認した場合には、キャパシタユニットを良品に交換することができるので、商用電源の通電時にも、また停電時にもキャパシタユニットに貯えた電力を利用する装置の信頼性を確保、維持することができる。

本発明におけるキャパシタ付き緊急遮断弁の第１実施形態の構成図である。第１実施ブロック図である。キャパシタの劣化診断方法を説明する概念図である。操作パネルの配置を示す図である。商用電源の供給時に地震が発生した場合の動作を説明する図である。商用電源の供給時の動作フローを示す図である。商用電源の非供給時に地震が発生した場合の動作を説明する図である。商用電源の非供給時の動作フローを示す図である。劣化診断回路の作動状況を説明する模式図である。第２実施形態を示すブロック図である。第３実施形態を示すブロック図である。第４実施形態を示すブロック図である。

以下に、本発明におけるキャパシタ付き緊急遮断弁の第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、本発明におけるキャパシタ付き緊急遮断弁の第１実施形態の構成図を、図２において、図１のブロック図を示している。

図１に示すように、キャパシタ付き緊急遮断弁１は、制御盤２と電動バルブ３とから構成される。
制御盤２は、スイッチング電源４とキャパシタ充電回路５により構成される電力制御手段６、複数のキャパシタ７から成るキャパシタユニット８、制御回路９、降圧回路１０、異常検出手段１１（感震器１８）、劣化診断回路１２、及び操作パネル１３から構成されている。また、電動バルブ３は、バルブ本体１４の上部にバルブ駆動用の直流モータ１５を内蔵したアクチュエータ１６を搭載している。なお、本図において実線は電力の供給を、鎖線は制御信号の流れを示す。

図２において、電力制御手段６は、外部の商用電源１７から供給される１００Ｖ或いは２００Ｖの交流を直流に整流するとともに、キャパシタ７の充電初期の過電流を押さえるために電流値を２Ａ程度に抑制し、電圧も定められた電圧以上には上がらないように制限している。本実施例では、スイッチング電源４の次にキャパシタ充電回路５を設けて、電圧制御及び電流制御を行う電力制御手段６を構成しており、商用電源１７から供給される電力をスイッチング電源４で１７Ｖ、２Ａの直流に整流し、キャパシタ充電回路５で１３〜１４Ｖ、２Ａ程度まで抑制してキャパシタユニット８の充電を行っている。なお、定電圧定電流特性を有するスイッチング電源を使用した場合には、キャパシタ充電回路を別途設けることなく、スイッチング電源のみで電力制御手段を構成することができる。

キャパシタユニット８は、図２に示すように、制御回路９を介してモータ１５に常時接続されており、商用電源１７の通電時には充電され、商用電源１７の通電時であってもモータ１５を駆動するために、商用電源１７の停電時にはキャパシタ付き緊急遮断弁１に電力を供給するために放電する。本実施例において、キャパシタユニット８は、電圧が２．７Ｖのキャパシタ７を６個直列に接続した１セットを２並列、３並列等に組み合わせて構成されており、商用電源１７の通電時には常時１３．２Ｖに充電されている。本実施形態では、定格電圧が１２Ｖ±１０％のモータ１５を用いるが、モータ１５に供給される電圧が定格電圧を下回ると、モータ１５の出力が十分に得られなくなる場合がある。キャパシタユニット８を１３．２Ｖに充電しておくことで、モータ１５の定格電圧内で、電動バルブ３を少なくとも１回確実に閉じるために十分な電圧を停電発生後に長く維持することができる。また、複数のキャパシタ７を直列に接続して構成している各セットの電圧を一定にするため、必要に応じて図示しないバランス抵抗を接続している。

なお、停電時には、キャパシタユニット８からの電力のみでキャパシタ付き緊急遮断弁１の各構成部を動作させるが、キャパシタユニット８から電力を各構成部に供給することによって、キャパシタユニット８の電圧降下が生じる。この電圧降下による影響を排除するため、キャパシタユニット８とモータ１５の間に昇圧手段を設け、キャパシタユニット８から供給される電力を昇圧してモータ１５に供給することもできる。

制御回路９は、異常検出手段１１の作動、または操作パネル１３からの手動スイッチ操作により、電動バルブ３の開閉制御、警報接点出力の切換を行うものであり、複数のリレー、スイッチ等を適宜組み合わせて構成されている。また、制御回路９には、本キャパシタ付き緊急遮断弁１を制御するため以外に、電動バルブ３の先に接続された図示しないポンプの動作を停止させる信号を発信するためのポンプインターロック接点が設けられており、電動バルブ３が閉じた後もポンプが動作し続けることによるポンプの損傷を防止している。

降圧回路１０は、商用電源１７の通電時には電力制御手段６から、停電時にはキャパシタユニット８から供給される１３．２Ｖの直流電力を５Ｖに降圧して異常検出手段１１に供給している。これは、異常検出手段１１の電力消費を抑えることにより、停電時はキャパシタ付き緊急遮断弁１に電力を供給するキャパシタユニット８の電圧降下を抑制するためである。本実施例では、降圧回路１０に三端子レギュレータを使用して１３．２Ｖの直流を５Ｖに降圧している。

異常検出手段１１として、本実施例では感震器１８を使用している。感震器１８には、降圧回路１０で降圧された５Ｖの直流が正、負端子に供給されており、振動を感知した際には内部の感震素子が前記端子間の電気接点を導通させることにより、感震器１８に接続されたリレーが作動して制御回路９中のスイッチを切替え、モータ１５を動作させる。本実施例では、市販の感震器を使用した。この感震器１８は、電動バルブ３のアクチュエータ１６内ではなく、制御盤２内に設けているので、建屋の壁面、柱等にしっかりと固定することができ、電動バルブ３が設置されている配管の振動を拾うことなく正確に地震の振動を検知することができる。

劣化診断回路１２は、直列に接続されたキャパシタ７の１セットを模擬負荷１９に接続して放電させ、一定時間経過後に電圧を測定し、キャパシタユニット８を構成するキャパシタの劣化状況を判定するものである。これは、図３に示すように、フル充電されたキャパシタの放電時の電圧降下は、劣化したキャパシタ２０の方が新品のキャパシタ２１よりも大きくなる現象を利用したものである。このため、一定時間放電させた後にキャパシタの電圧を測定することにより、キャパシタの劣化を診断することができる。具体的には、事前に定めた基準電圧２２を下回る電圧降下が生じたキャパシタを劣化品と判断する。

診断結果に基づき、劣化していると判定された場合には、キャパシタユニット８を構成するキャパシタの全てを良品と交換することにより、キャパシタユニット８の性能を回復させ、キャパシタ付き緊急遮断弁１の信頼性を維持することができる。このキャパシタ７の劣化診断は、後述する、操作パネル１３に設けたキャパシタ診断スイッチ２５を操作することにより行うことができる。本実形態のように、キャパシタ７を複数直列に接続した１セットが複数並列に設けられている場合、劣化診断は、複数列のうちで最も劣化しやすい１セットを選択して行うようにすることができる。最も劣化しやすい１セットを劣化診断に用い、その劣化が確認された時点で全てのキャパシタを良品と交換することにすれば、全てのキャパシタのセットの劣化診断を行うことなくキャパシタユニット８の劣化を判断することができ、劣化診断にかかる時間を大幅に短縮することができる。そのため、キャパシタユニット８を劣化のない状態で長く維持することができる。

操作パネル１３は、キャパシタ付き緊急遮断弁１の操作、並びに動作状況の確認をするために使用する。操作パネル１３には、図４に示すように、キャパシタ付き緊急遮断弁の動作モードを選択するための手動／自動モード切換スイッチ２３、手動によりバルブを開閉するバルブ開閉操作スイッチ２４、キャパシタ診断スイッチ２５、感震器復帰及び試験スイッチ２６、停電時におけるバルブ状態表示スイッチ２７等のスイッチ類、並びにバルブの全開表示ランプ２８、全閉表示ランプ２９、感震器動作ランプ３０、主電源ランプ３１、操作電源ランプ３２、判定可能ランプ３３、判定ランプ３４等の動作状況を表示するランプ類が設けられている。なお、本図は、２台のキャパシタ付き緊急遮断弁を制御する制御盤の操作パネルの状況を示している。

電動バルブ３のアクチュエータ１６内部には、モータ１５と減速機構３５を備え、モータ１５の回転を減速機構３５で減速してステム３６に伝達し、弁体３７を駆動している。また、ステム３６に連動した図示しないリミットスイッチが２個設けられており、弁体３７が略９０度回転して開放位置又は閉止位置に回動すると、前記リミットスイッチがＯＦＦ状態となり、モータ１５への電力供給を停止する。

以上のように構成されたキャパシタ付き緊急遮断弁１について、その動作を説明する。キャパシタ付緊急遮断弁１は、操作パネル１３の手動／自動モード切換スイッチ２３により、自動モード又は手動モードを選択して使用することができる。

先ず、商用電源１７が通電している状態でのキャパシタ付き緊急遮断弁１の動作について説明する。商用電源１７が通電し、電動バルブ３が開放されている待機中の状態では、自動モードであるか、又は手動モードであるかによらず、商用電源１７から供給される電力により、キャパシタユニット８の充電、全開表示ランプ２８等の各種ランプ点灯、及び感震器１８への通電を賄っている。商用電源１７から供給される交流は、スイッチング電源４で１７Ｖ、２Ａの直流に整流され、キャパシタ充電回路５で１３〜１４Ｖ、２Ａ程度まで抑制された後、キャパシタユニット８の充電等に使用される。

自動モード設定時に地震が発生すると、図５において、感震器１８の接点が通電することにより、感震器１８に接続されたＸ１０リレー３８が作動して、制御回路９のＸ１０スイッチ３９を閉状態に切替え、商用電源１７からの電力にキャパシタユニット８からの電力を加えた電力をモータ１５に供給し、電動バルブ３を閉方向へ動作させる。また、Ｘ１０スイッチ３９が閉側に切り替えられたことにより、Ｘ２１リレー４０が作動して、Ｘ２１スイッチ４１をＯＮ状態として全閉表示ランプ２９を点灯させる。また、感震器１８の接点が通電したことにより、感震器動作ランプ３０も点灯する。このようにして、地震を検知して感震器１８が動作したこと、及び電動バルブ３が緊急遮断されたことを知らせる警報（ランプ）が操作パネル１３上に表示される。なお、図中の矢印は、電流の流れを示している。

手動モード設定時に地震等の異常が発生してバルブ３を閉める必要が生じた場合、図５において、手動によりバルブ開閉操作スイッチ２４を閉側に切換えると、手動モードを選択した時に手動／自動モード切換スイッチ２３を手動側に切り替えているので、商用電源１７及びキャパシタユニット８からの電力がモータ１５に供給され、電動バルブ３が閉方向へ動作する。また、バルブ開閉操作スイッチ２４が閉側に切り替えられたことにより、Ｘ２１リレー４０が作動し、Ｘ２１スイッチ４１がＯＮ状態になって全閉表示ランプ２９が点灯し、バルブ３が緊急遮断されたことを知らせる警報（ランプ）が操作パネル１３上に表示される。

自動モードであっても、また手動モードであっても、商用電源１７が通電しているにもかかわらず、商用電源１７からの電力に加え、キャパシタユニット８に貯えた電力を使用してモータ１５を動作させているのは、モータ１５が電動バルブ３を十分に駆動するためには最大７Ａ程度の電流を必要とするが、商用電源１７からの電流は電力制御手段６により２Ａ程度まで絞られているため、その電力だけでは電動バルブ３が動作しないか、或いは定格時間内に閉じないなどの不完全な動作となるので、商用電源１７からの電力にキャパシタユニット８からの電力も併せてモータ１５に供給し、電動バルブ３を確実に動作させるためである。このように、通電時にもキャパシタユニット８からの電力をモータ１５に利用することができるのは、本実施形態では、キャパシタユニット８と制御回路９との間がスイッチ等によって切断されることがない回路構成となっており、それによりキャパシタユニット８と制御回路９（モータ１５）とが常時接続可能な状態となっているためである。

なお、通電時に、モータ１５が商用電源１７からの電力に加えてキャパシタユニット８からの電力も使用していることは、例えば、制御回路９を介してモータ１５に流れ込む電流の値（モータ１５が複数ある場合はそれらの合計値）と、電力制御手段６から出力されている電流値とを比較することによって確認することができる。電力制御手段６からの電流値がモータ１５の接続端子部の電流値よりも小さい場合、モータ１５は電力制御手段６の出力だけでは正常に動作していないはずなので、キャパシタユニット８からも電流が供給されていると判断することができる。

また、自動モードであっても、また手動モードであっても、全閉表示ランプ２９が点灯する状態となると、制御回路９中の図示しないポンプインターロックリレーが切替えられ、電動バルブ３の先に接続された図示しないポンプの運転を停止する信号が発信されるので、電動バルブ３が閉じた後も前記ポンプが動作し続けることによる前記ポンプの損傷が防止される。

電動バルブ３の全閉後も、商用電源１７から供給される電力によりバルブ全閉表示ランプ２９等の各種ランプは点灯を続け、キャパシタユニット８が充電される。地震が収束し、配管系に異常がないことを確認した後、復帰を判断する。キャパシタ付き緊急遮断弁１の復帰は、自動モードに設定している場合には、操作パネル１３の感震器復帰及び試験スイッチ２６を押すことにより、手動モードに設定している場合には、バルブ開閉操作スイッチ２４を開側に切換えることにより行うことができる。このような操作により、各接点がリセットされるとともに、電動バルブ３は商用電源１７とキャパシタユニット８から電力の供給を受けて開方向へ動作し、電動バルブ３が開放された状態に復帰する。

以上の商用電源１７が通電している状態におけるキャパシタ付き緊急遮断弁１の動作をフローにまとめると図６の示す通りとなる。

次に商用電源１７が停電した場合のキャパシタ付き緊急遮断弁１の動作を説明する。商用電源１７が停電した場合、キャパシタユニット８に貯えられた電力のみで待機し、キャパシタ付き緊急遮断弁１の作動に必要な電力を供給する必要がある。そこで、停電間の電力消費を少しでも抑制するため、本発明におけるキャパシタ付き緊急遮断弁は、ランプ制御手段を備えている。

これは、電動バルブ３が開放された状態で商用電源１７の停電が発生すると、商用電源１７の通電時には点灯している主電源ランプ３１、操作電源ランプ３２、判定可能ランプ３３、バルブ全開表示ランプ２８のうち、前者３つは停電に伴って消灯され、バルブ全開表示ランプ２８は、図７に示すように、スイッチング電源４に接続されているＸ４リレー４２の停電に伴う作動によって、Ｘ４スイッチ４３がＯＦＦ状態となることによって消灯される。このように、ランプ制御手段により、停電間におけるキャパシタユニット８の電圧降下を極力防止している。一方、感震器１８にはキャパシタユニット８から電力を供給して地震発生に備えているので、停電間、キャパシタユニット８の電圧降下の原因となるのは、感震器１８への給電、キャパシタ７の自己放電及びバランス抵抗の放電のみとなる。

なお、電動バルブ３の開閉状況を知りたい場合は、バルブ状態表示スイッチ２７を操作することで、バルブ全開表示ランプ２８のみ点灯させることができる。バルブ状態表示スイッチ２７は、図７には示していないが、停電発生時にＸ４リレー４２がＯＦＦ状態に作動させるＸ４スイッチ４３と並列に接続されており、接状態にすることで全開表示ランプ２８に通電される。

自動モード設定時の停電中に地震が発生すると、図７において、感震器１８の接点が通電することにより、感震器１８に接続されているＸ１０リレー３８が作動し、Ｘ１０スイッチ３９が閉側に切替えられる。このため、キャパシタユニット８に貯えられた電力をモータ１５に供給し、電動バルブ３を閉方向へ動作させる。また、感震器１８が通電したことにより感震器動作ランプ３０が点灯する。さらに、Ｘ１０スイッチ３９が閉側に切り替えられたことにより、Ｘ２１リレー４０が作動してＸ２１スイッチ４０がＯＮ状態になり、全閉表示ランプ２９が点灯する。このようにして、地震を検知して感震器１８が動作したこと、及び電動バルブ３が緊急遮断されたことを知らせる警報（ランプ）が操作パネル１３上に表示される。なお、図中の矢印は、電流の流れを示している。

手動モード設定時の停電中に地震等の異常が発生してバルブ３を閉める必要が生じた場合、図７において、手動により操作パネル１３のバルブ開閉操作スイッチ２４を閉側に切換えることで、キャパシタユニット８に貯えられた電力をモータ１５に供給し、電動バルブ３を閉方向へ動作させる。また、バルブ開閉操作スイッチ２４が閉側に切り替えられたことにより、Ｘ２１リレー４０が動作し、Ｘ２１スイッチ４１が接続状態になって全閉表示ランプ２９が点灯し、バルブ３が緊急遮断されたことを知らせる警報（ランプ）が操作パネル１３上に表示される。

本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁は、停電時にはキャパシタから供給される電力のみで装置を動作させるため、停電中の地震発生に備え、キャパシタの電圧降下を極力防ぐ必要がある。このため、ランプ制御手段によりランプ類を消灯することで消費電力を可能な限り抑制してキャパシタの電圧降下を防止しているが、安全上の観点から、例え停電時であっても、電動バルブ３が動作した場合には、操作パネル１３上に警報として全閉表示ランプ２９を点灯させている。

電動バルブ３の閉弁後もキャパシタユニット８に貯えられた電力は消費されるため、停電が続くとキャパシタユニット８は放電を続け、いずれ容量がなくなる結果、ランプ類は消灯し、各接点は切り替わり、警報等も動作しなくなる。

商業電源１７の停電が回復して通電すると、再度キャパシタユニット８は充電され、充電が進むと各種ランプが点灯するとともに、感震器１８が動作可能な状態となり、各接点は再度切換り、警報やポンプインターロックの動作可能な状態となる。

地震が収束し、配管等に異常がないことを確認した後、復帰を判断する。キャパシタ付き緊急遮断弁１の復帰は、自動モードに設定している場合には、操作パネル１３の感震器復帰及び試験スイッチ２６を押すことにより、手動モードに設定している場合には、バルブ開閉操作スイッチ２４を開側に切換えることにより行う。このような操作により、各接点がリセットされるとともに、バルブは開方向へ動作して、バルブが開放された状態に復帰する。

以上の商用電源１７が停電した状態におけるキャパシタ付緊急遮断弁１の動作をフローにまとめると図８の示す通りとなる。

本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁では、キャパシタユニットを常時モータと接続できるような構造とすることによって、商業電源の通電時であっても、停電時であってもキャパシタユニットに貯えられた電力を利用してモータを駆動させるようにしている。本実施形態では、劣化診断回路１２を設けてキャパシタの劣化診断を随時行うようにすることにより、キャパシタが不都合に劣化する前に良品との交換を行なうことが可能となるので、常に、キャパシタユニット８が劣化しない状態での動作が可能となり、装置の信頼性を高く維持することが可能となる。

キャパシタの劣化診断は、操作パネル１３のキャパシタ診断スイッチ２５を操作することで実施することができる。キャパシタ診断スイッチ２５をＯＮ状態にすると、図９において、Ｘ２リレー４４が作動してＸ２スイッチ４５をＯＦＦ状態にすることで、直列に接続されたキャパシタ７の１セットがキャパシタユニット８から切り離され、かつ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４６がＯＮとなって模擬負荷１９を介してそのキャパシタの１セットを放電させる。そして、一定時間（例えば、３分間）経過後のキャパシタの電圧を測定し、その値が基準電圧以下であったら、キャパシタが劣化していると判断して、判定ランプ３４を点灯させる。なお、図中の矢印は、電流の流れを示している。

誤判断を避けるため、測定開始前に、直列に接続されたキャパシタ７の１セットの電圧が想定される電圧（例えば、１３Ｖ）を上回っているかどうかを測定し、それを下回っている場合には、正確に劣化を判断することができないため、劣化診断を行うことはできないので、想定される電圧に達してから再度測定するようにする。

キャパシタの劣化を確認した場合には、キャパシタユニット８を構成するキャパシタ７の全てを良品に交換することで、商用電源の通電時にも、また停電時にもキャパシタユニット８からの電力を利用するキャパシタ付き緊急遮断弁の信頼性を回復、維持することができる。

以下に、本発明の他の実施例を示すが、特に説明する部分以外は、第１実施例と同様であるので、同一符号を付して説明は省略する。

図１０に、本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁の第２実施例を示す。この第２実施例では、キャパシタユニット８と制御回路９の間に昇圧手段４７を設け、商業電源の通電時であっても、停電時であっても、キャパシタユニット８から供給される電力を１３．２Ｖに安定的に昇圧してモータ１５に供給するものである。具体的な昇圧手段としては、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ４８を使用している。

図１１に、本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁の第３実施例を示す。この第３実施例では、定電圧定電流特性を有するスイッチング電源を使用し、スイッチング電源４のみで電力制御手段６を構成するとともに、第２実施例と同様に、キャパシタユニット８と制御回路９の間に昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ４８からなる昇圧手段４７を設け、商業電源の通電時であっても、停電時であっても、キャパシタユニット８から供給される電力を１３．２Ｖに安定的に昇圧してモータ１５に供給するものである。

図１２に、本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁の第４実施例を示す。この第４実施例では、第３実施例と同様に、定電圧定電流特性を有するスイッチング電源を使用し、スイッチング電源４のみで電力制御手段６を構成しているが、第１実施例と同様に、キャパシタユニット８と制御回路９の間に昇圧手段を設けてはいない。

第２実施例、第３実施例及び第４実施例と第１実施例との差異は、スイッチング電源に電流安定型を使用してスイッチング電源４のみで電力制御手段６を構成しているか否か、キャパシタユニット８と制御回路９の間に昇圧手段４７を設けている否かだけであり、他の構成は全て同一である。したがって、第２実施例、第３実施例及び第４実施例の動作及び操作方法は、第１実施例と同一である。

本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁は、停電の発生を検知し、通電時と停電時にモータへの電力供給の接続を切換える機構を必要としない簡易な装置構成を有しており、また、外部電源から供給する電流を低電流に押さえることで、高電流対応の高価な部品を使用する必要がないので、小型化することができるとともに低価格で製造することができる。さらに、随時キャパシタの劣化状況を確認し、劣化したキャパシタを交換することにより高い信頼性を維持することができるので、経済的価値及び実用的価値は非常に大きいものがある。

また、本発明に係るキャパシタ付き緊急遮断弁は、ランプ制御手段により停電時の消費電力を可能な限り抑制することにより、作動可能状態を長時間に亘って維持することができるので、地震発生と同時に停電が発生した場合は勿論のこと、先に停電が発生し、その後に大規模地震が発生するような場合であっても、緊急遮断弁としての機能を確実に果たすことができる。

なお、本発明に係るキャパシタ付緊急遮断弁は、地震発生時に流路を遮断する遮断弁としてだけではなく、当然に、反対に流路を開放する緊急解放弁としても使用できる。また、異常検出手段を適切に選択することにより、地震以外の貯水槽等にダメージを与えるような振動を検知して配管を緊急遮断する遮断弁としても利用することもできる。

１キャパシタ付緊急遮断弁
２制御盤
３電動バルブ
４スイッチング電源
５キャパシタ充電回路
６電力制御手段
８キャパシタユニット
９制御回路
１０降圧回路
１１異常検出手段
１２劣化診断回路
１８感震器

Claims

外部電源とバルブ駆動用モータを制御する制御回路との間に、複数の電気二重層キャパシタから成るキャパシタユニットを接続し、このキャパシタユニットと前記制御回路とを常時通電可能に接続するとともに、前記外部電源からの電流を少なくとも抑制する電力制御手段と、緊急時に前記モータを駆動するための緊急用の異常検出手段を設けたことを特徴とするキャパシタ付き緊急遮断弁。
外部電源の供給時にはバルブの作動状況を表示するために点灯させているランプを設け、外部電源の非供給時に前記キャパシタユニットからの電力のみのときには、前記ランプを消灯するようにしたランプ制御手段を備えた請求項１に記載のキャパシタ付き緊急遮断弁。
前記異常検出手段に電力を降圧する降圧回路を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャパシタ付き緊急遮断弁。
前記キャパシタユニットの劣化を診断する劣化診断回路を備えた請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のキャパシタ付き緊急遮断弁。