JP2015014334A - 弁駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単かつ安価に構成できる弁駆動装置を提供する。
【解決手段】第1の給排気口および第2の給排気口を有し、電動モータ2の駆動軸の入力側に、駆動軸の出力側が直結されるエアーモータ3と、エアーモータ3に流体を供給する流体供給装置4と、第1の給排気口に一端部が接続される第1の給排気配管5と、第2の給排気口に一端部が接続される第2の給排気配管6と、第1の給排気配管5の他端部および第2の給排気配管6の他端部に、各々の第1のポート71,81が接続されるとともに、流体供給装置4に、各々の第2のポート72,82が接続され、各々の第3のポート73、83が大気開放される一対の手動式三方切替弁7、8とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】第1の給排気口および第2の給排気口を有し、電動モータ2の駆動軸の入力側に、駆動軸の出力側が直結されるエアーモータ3と、エアーモータ3に流体を供給する流体供給装置4と、第1の給排気口に一端部が接続される第1の給排気配管5と、第2の給排気口に一端部が接続される第2の給排気配管6と、第1の給排気配管5の他端部および第2の給排気配管6の他端部に、各々の第1のポート71,81が接続されるとともに、流体供給装置4に、各々の第2のポート72,82が接続され、各々の第3のポート73、83が大気開放される一対の手動式三方切替弁7、8とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、弁駆動装置に関し、例えば、発電所や工場施設内の配管に設けられる弁を開閉操作する弁駆動装置に関する。
原子力設備においては、故障時、および、地震等による冷却材喪失に伴う事故時に、重大な放射能放出が生じることがある。この場合、原子炉炉心を取り囲む原子炉格納容器の内部に水素ガスが形成されて放出され、原子炉格納容器が損傷してしまうことがある。
これを防止すべく、原子炉格納容器に接続される配管に設けられている弁を作動させて、閉弁状態から開弁状態に切り替える必要がある。しかしながら、地震等によって、通常電源および予備電源が完全に停止した場合、閉状態の弁を作動させる手段がなくなってしまう。
このため、電動モータの駆動軸の入力側と、エアーモータの駆動軸の出力側とを空気圧式クラッチを用いて連結し、電源停止時にエアーモータによって弁を開閉操作するものが知られている(特許文献1参照)。
前記公報の弁駆動装置は、空気圧式クラッチを用いて、電動モータの駆動軸とエアーモータの駆動軸を連結するようにしているため、全体の構成が複雑になるとともに、コスト高になるという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、簡単かつ安価に構成できる弁駆動装置を提供することを目的とする。
本発明に係る弁駆動装置は、駆動軸の出力側に弁を開閉する弁操作軸が連結される電動モータを備えた弁駆動装置において、第1の給排気口および第2の給排気口を有し、前記電動モータの駆動軸の入力側に、駆動軸の出力側が直結されるエアーモータと、該エアーモータに流体を供給する流体供給装置と、エアーモータの第1の給排気口に一端部が接続される第1の給排気配管と、エアーモータの第2の給排気口に一端部が接続される第2の給排気配管と、第1の給排気配管の他端部および第2の給排気配管の他端部に、各々の第1のポートが接続されるとともに、前記流体供給装置に、各々の第2のポートが接続され、さらに、各々の第3のポートが大気開放される一対の手動式三方切替弁とを備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、電動モータの駆動軸の入力側に、エアーモータの駆動軸の出力側が直結されているので、クラッチが不要になり、その分、簡単かつ安価に構成できる。
また、通常時は、第1の給排気配管および第2の給排気配管に接続される第2のポートを閉じるとともに、第1の給排気配管および第2の給排気配管に接続される第1のポートと第3のポートとを連通して、第1の給排気配管の流路および第2の給排気配管の流路を大気開放する。すなわち、エアーモータは停止し、電動モータに電源が供給されて、電動モータが駆動できる状態にあり、弁の開閉操作が電動モータによって行われる。
一方、電源停止時は、第1の給排気配管および第2の給排気配管に接続される第3のポートを閉じるとともに、第1の給排気配管または第2の給排気配管に接続される第1のポートと第2のポートとを連通して、第1の給排気配管または第2の給排気配管の流路を流体供給装置に接続して、流体供給装置から第1の給排気配管または第2の給排気配管の流路を経てエアーモータに流体を供給する。すなわち、電動モータは停止し、エアーモータに流体が供給されて、エアーモータが駆動できる状態にあり、弁の開閉操作がエアーモータによって行われる。
また、本発明に係る弁駆動装置の一態様として、電源停止時において、弁の開度を検知する検知手段を備えるような構成を採用することもできる。
この場合、電源停止時において、弁が開放されることを外部から知ることができる。
また、本発明に係る弁駆動装置の他態様として、電源停止時において、前記弁が開状態であることを表示する表示手段を備えるような構成を採用することもできる。
この場合、表示手段によって、弁が開放されることを視認できる。
また、本発明に係る弁駆動装置の他態様として、前記エアーモータは、駆動軸の入力側に、ソケットレンチを有する充電式電動工具が着脱可能に接続されるような構成を採用することもできる。
この場合、エアーモータに流体を供給できなくても、充電式電動工具によって、弁の操作軸を回動して、弁を開放することができる。
また、本発明に係る弁駆動装置の他態様として、前記弁、弁操作軸、電動モータおよびエアーモータは、隔壁によって区分けされる一室に配置され、前記一対の第1の給排気配管および前記第2の給排気配管は、前記隔壁に貫設され、前記手動式三方切替弁および流体供給装置は、前記隔壁によって区分けされる他室に配置されるような構成を採用することもできる。
他室から手動で手動切替弁を操作して、一室に配置されるエアーモータを駆動させて、閉状態の弁を開放することができる。
本発明によれば、簡単かつ安価に構成できる弁駆動装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る弁駆動装置について図1〜図9(a),(b)を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、原子炉格納容器と、該原子炉格納容器に接続された配管と、該配管に設けられた弁とを備えた原子炉設備を例にとって説明する。また、前記原子炉格納容器(図示せず)、弁(弁体J1および弁操作軸Jのみを図1〜図3に図示)、図1〜図3に示す、原子炉格納容器に接続された配管P、電動モータ2、エアーモータ3および検知手段9は、隔壁Wによって区分けされた一室Aに設置されている一方、他室Bに、手動式三方切替弁7,8、表示手段10、流体供給装置4が設置されているものとする。また、弁は、図示していないが、弁箱と、該弁箱内部に設けられた隔壁に形成された弁座と、該弁座を開閉する弁体と、該弁体が固着された弁操作軸とを備えているものとする。
本実施形態に係る弁駆動装置について図1〜図3および図9(a),(b)を参照して説明する。該弁駆動装置1は、電動モータ2と、エアーモータ3と、流体供給装置4と、第1の給排気配管5と、第2の給排気配管6と、一対の手動式三方切替弁7,8と、検知手段9と、表示手段10と、図9(a),(b)に示す充電式電動工具11とを備えている。
電動モータ2は、図4に示すように、永久磁石からなるロータ20と、電機子コイルを装着したステータ21とを備えている。そして、電動モータ2の駆動軸22の入力側の端部22aに、エアーモータ3の駆動軸35の出力側の端部35bがカップリングCによって直結されている。また、図5に示すように、電動モータ2の駆動軸22の出力側の端部22bに、弁を開閉する弁操作軸Jが歯車機構部23によって連結されている。なお、図示していないが、電動モータ2は、制御回路によって回転数が制御されることで、弁開度が調整できるようになっている。
歯車機構部23は、図5に示すように、小径の第1の曲がりばかさ歯車230と、大径の第2の曲がりばかさ歯車231と、内周面に雌ねじが形成される内歯車232とで構成されている。
第1の曲がりばかさ歯車230は、電動モータ2の駆動軸22の出力側の端部22bに固着されている。第2の曲がりばかさ歯車231は、弁操作軸Jの外周面に固着され、第1の曲がりばかさ歯車230に噛合する。内歯車232は、第2の曲がりばかさ歯車231の内周面に、内歯車232の外周面が固着され、内歯車232の内周面の雌ねじに、弁操作軸Jの雄ねじが螺合する。
そして、電動モータ2の駆動軸22が正逆回転することで、第1の曲がりばかさ歯車230、第2の曲がりばかさ歯車231、内歯車232がそれぞれ正逆回転し、弁操作軸Jが昇降するようになっている。
エアーモータ3は、図4および図6に示すように、エアーシリンダ30と、該エアーシリンダ30の内部に回転自在に支持されるロータ31と、エアーシリンダ3の前後を覆う一対のカバー32a,32bとを備えている。また、エアーシリンダ3は、流体(圧縮空気またはガス)によって駆動し、流体の給排気するための第1の給排気口33および第2の給排気口34を有している。ロータ31は、外周面から径内方向に向かって、かつ、外周面の軸方向に沿って形成された複数の溝310と、該溝310に進退自在に設けられる複数のベーン311とを備えている。また、ロータ31には、駆動軸35が連結されている。そして、図1〜図3に示すように、駆動軸35の入力側の端部35aに、後述する図9(a),(b)に示す充電式電動工具11のソケット1111が着脱される六角形状の接続部350が形成されている。また、駆動軸35の出力側の端部35bは、上述したように、電動モータ2の入力側の端部22aに対して同一直線上に配置されるとともに、直結されている。
流体供給装置4は、図1〜図3に示すように、空気圧縮機40と、空気圧縮機40から空気が供給される空気槽41と、ガスボンベ42とを備えている。
第1の給排気配管5は、図1〜図3に示すように、隔壁Wに貫設され、エアーモータ3の第1の給排気口33に一端部が接続されている。
第2の給排気配管6は、図1〜図3に示すように、隔壁Wに貫設され、エアーモータ3の第2の給排気口34に一端部が接続されている。
一対の手動式三方切替弁7,8は、図7(a),(b)に示すように、第1のポート71,81と、第2のポート72,82と、第3のポート73,83と、ハンドル74,84とを有している。そして、図1〜図3に示すように、第1の給排気配管33の他端部(流路)および第2の給排気配管34の他端部(流路)に、各々の第1のポート71,81が接続されるとともに、前記流体供給装置4に、各々の第2のポート72,82が接続され、さらに、各々の第3のポート73,83が大気開放される。そして、図7(a),(b)に示すように、ハンドル74,84によって、第1のポート71,81と第2のポート72,82との連通、第1のポート71,81と第3のポート73,83との連通が切り替えられる。また、ハンドル74,84は、作業者が、他室Bから操作することになる。
検知手段9について、図8(a),(b)を参照して説明する。図8(a)の上側の図は、開検知用リミットスイッチ90aの実体配線図を示し、下側の図は、開検知用リミットスイッチ90aの電気回路図を示す。図8(b)の上側の図は、閉検知用リミットスイッチ90bの実体配線図を示し、下側の図は、開検知用リミットスイッチ90bの電気回路図を示す。そして、検知手段9は、開検知用リミットスイッチ90aと、閉検知用リミットスイッチ90bと、両リミットスイッチ90a,90bの一対の開放端子93,93に、それぞれの一端部が接続された一対のリード線R1,R1、R2,R2とを備えている。そして、両リミットスイッチ90a,90bは、図1〜図3に示すように、弁操作軸Jの上昇によって、弁操作軸Jに設けられた環状の作動体J2によって、可動接点91が固定接点92に電気的に接続されて、検知信号を出力する。また、一対のリード線R1,R1、R2,R2の他端部は、隔壁Wに貫設されて他室Bに導出された一対の接続端子T1,T1、T2,T2に電気的に接続されている。
表示手段10は、図8(a),(b)に示すように、隔壁Wに貫設されて他室Bに導出された検知手段9の一対の接続端子T1,T1、T2,T2に接続される、一対の接続端子T3,T3と、該一対の接続端子T3,T3にリード線R3,R3を介して直列接続された乾電池100および発光ダイオード101とを備えている。そして、弁体J1が閉状態であれば、発光ダイオード101は消灯し、弁体J1が開状態であれば、発光ダイオード101は点灯する。
充電式電動工具11は、図示しない小型モータ、該小型モータの回動機構部、電気回路部、および電源供給部が収納されたハウジング110を備えている。また、ハウジング110は、水平方向の第1収納部111と、該第1収納部111の下側後部に連設される上下方向の第2収納部112と、該第2収納部112の開口部に形成される電池着脱部113とで構成されている(図1〜図3参照)。
第1収納部111は、小型モータおよび小型モータの回動機構部が収納されている。そして、第1収納部111から外部に小型モータの回動軸1110が導出されている。そして、該回動軸1110の端部に、エアーモータ3の駆動軸35の入力側の端部(接続部350)に着脱されるソケット1111が固設されている。
第2収納部112は、上述した電気回路部、すなわち、小型モータの回転数を制御する制御回路、小型モータを正逆回転させるための切替駆動回路、電源回路が収納されている(図示せず)。また、第2収納部112には、小型モータを正逆回転させるための駆動スイッチ1120および切替スイッチ1121が、外部から操作できるように設けられている。
電池着脱部113には、充電式電池1130が着脱される。そして、充電式電池1130が電源回路に電気的に接続されると、小型モータに直流電源が供給され、切替スイッチ1121によって、小型モータが正方向または逆方向に切り替えられて、駆動スイッチ1120によって、ソケット1111が回転駆動する。そして、ソケット1111が、エアーモータ3の駆動軸の35の接続部350(図1〜図3参照)に接続されて、駆動スイッチ1120がオンされると、エアーモータ3の駆動軸35、電動モータ2の駆動軸22を介して、弁操作軸Jが昇降することになる。
つぎに本実施形態に係る弁駆動装置1の動作態様について図1〜図3、図7(a),(b)〜図9(a),(b)を参照して説明する。
まず、通常時は、図1に示すように、第1の給排気配管5および第2の給排気配管6に接続される、一対の手動式三方切替弁7,8の第2のポート72,82が閉じられている。また、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路に接続される、一対の手動式三方切替弁7,8の第1のポート71,81と第3のポート73,83とが連通されている(図7(a)参照)。すなわち、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路が大気開放されている。そして、エアーモータ3には流体は供給されておらず、電動モータ2に電源が供給されており、電動モータ2が駆動できる状態にあり、弁体J1の開閉操作が電動モータ2によって行われる。この場合、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路が大気開放されることで、エアーモータ3の内部圧力の上昇を防止している。
つぎに、電源が何らかの要因で停止した場合、まず、作業者は、図8(a)に示すように、表示手段10の接続端子T3,T3を検知手段9(閉検知用リミットスイッチ90b)の接続端子T2,T2に接続して、表示手段10の表示を確認する。表示手段10の発光ダイオード101が消灯、すなわち「弁閉」であれば、作業者は、図2に示すように、第1の給排気配管5の流路に接続される一方の手動式三方切替弁7の第3のポート73を閉じる。一方、第2の給排気配管6の流路に接続される他方の手動式三方切替弁8はそのままの状態、すなわち、第1のポート81が第1の給排気配管5の流路に接続され、第2のポート82が閉じられて、第3のポート83が大気開放された状態のままにしておく。すなわち、第1の給排気配管5が給気用配管となり、第2の給排気配管6が排気用配管となる。
そして、第1の給排気配管5の流路に接続される第1のポート71と第2のポート72とが連通されて、第1の給排気配管5の流路が流体供給装置4に接続されて、流体供給装置4から、第1の給排気配管5、エアーモータ3の第1の給排気口33を経てエアーモータ3に流体が供給される。これによって、エアーモータ3のロータ31(駆動軸35)が正方向に回転するとともに、電動モータ2の駆動軸22が正方向に回転し、弁操作軸Jが上昇して、弁体J1が開状態になる。一方、エアーモータ3の内部の空気は、エアーモータ3の第2の給排気口34から、第2の給排気配管6、他方の手動式三方切替弁8の第3ポート83を経て外部に排気される。
この際、弁操作軸Jの上昇によって、作動体J2が開検知用リミットスイッチ90aの可動接点91を押圧し、可動接点91が固定接点92に接続される。そして、作業者が、表示手段10の接続端子T3,T3を、開検知用リミットスイッチ90aの接続端子T1,T1に接続すると、表示手段10の電気回路とによって閉回路が形成され、表示手段10の発光ダイオード101が点灯、すなわち「弁開」が表示される。
そして、弁体J1を「弁開」の状態(図2の状態)から「弁閉」にする場合は、図3に示すように、作業者は、一方の手動式三方切替弁7の第1のポート71と第3のポート73が連通するように、かつ、第2のポート72が閉じるように、ハンドル74を切り替える。
一方、第2の給排気配管6の流路に接続される第1のポート81と第2のポート82とが連通するように、かつ、第3のポート83が閉じるように、ハンドル84を切り替える。すなわち、第1の給排気配管5が排気用配管となり、第2の給排気配管6が給気用配管となる。
そして、第2の給排気配管6の流路が流体供給装置4に接続されて、流体供給装置4から第2の給排気配管6、エアーモータ3の第2の給排気口34を経てエアーモータ3に空気が供給される。これによって、エアーモータ3のロータ31(駆動軸35)が逆方向に回転するとともに、電動モータ2の駆動軸22が逆方向に回転し、弁操作軸Jが下降して、弁体J1が閉状態になる。一方、エアーモータ3の内部の空気は、エアーモータ3の第1の給排気口33から、第1の給排気配管5、一方の手動式三方切替弁7の第3ポート73を経て外部に排気される。
この際、弁操作軸Jの下降によって、作動体J2が開検知用リミットスイッチ90aの可動接点91が固定接点92から離脱すると、開検知用リミットスイッチ90aに接続されている表示手段10の点灯状態の発光ダイオード101が消灯、すなわち「弁閉」が表示される。
つぎに、前記弁駆動装置1を充電式電動工具11によって操作する場合について説明する。この場合、充電式電池1130は、予め充電されているとする。そして、作業者は、満充電されている充電式電池1130をハウジング110の第2収納部112の電池着脱部113に装着する。
この場合、作業者は、通常状態、すなわち、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路に接続される第2のポート72,82が閉じられるとともに、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路に接続される第1のポート71,81と第3のポート73,83とが連通して、第1の給排気配管5の流路および第2の給排気配管6の流路が大気開放される状態にする。
つぎに、作業者は、検知手段9の検知状態、および、表示手段10の表示状態を確認した後、弁体J1の開閉状態に応じて、切替スイッチ1121を正方向または逆方向に設定する。その後、作業者は、他室Bから一室Aに入室して、充電式電動工具のソケット1111を、エアーモータ3の接続部350に接続する。そして、駆動スイッチ1120をオン操作して、エアーモータ3の駆動軸35、電動モータ2の駆動軸22を介して弁操作軸Jを昇降させて、弁体J1を開閉操作する。
このように、前記実施形態に係る弁駆動装置1によれば、クラッチが不要となる分、簡単かつ安価に構成できるようになる。また、一対の手動式三方切替弁7,8を操作するだけなので、作業性がよい。また、検知手段9および表示手段10によって、電源停止時における弁の開度を知ることができるので、その状態に応じた対処を行うことができる。
なお、前記実施形態に係る弁駆動装置は、前記実施形態に限定することなく種々変更することができる。
例えば、前記実施形態の場合、弁の開度を、開検知用リミットスイッチ90aと、閉検知用リミットスイッチ90bとによって検知するようにしたが、開検知用リミットスイッチ90aと、閉検知用リミットスイッチ90bとの間に、複数のリミットスイッチを配置して、弁開度を確認できるようにしてもよい。
また、前記実施形態の場合、弁の開閉状態を、発光ダイオード101の点灯によって表示するようにしたが、ブザーや音声合成によって表示するようにしてもよい。
1…弁駆動装置、2…電動モータ、3…エアーモータ、4…流体供給装置、5…第1の給排気配管、6…第2の給排気配管、7,8…手動式三方切替弁、9…検知手段、10…表示手段、11…充電式電動工具、33…第1の給排気口、34…第2の給排気口、ソケットレンチ、A…一室、B…他室、C…カップリング、J…弁操作軸、J1…弁体、J2…作動体、71,81…第1のポート、72,82…第2のポート、73,83…第3のポート、P…配管、W…隔壁
Claims (5)
- 駆動軸の出力側に弁を開閉する弁操作軸が連結される電動モータを備えた弁駆動装置において、
第1の給排気口および第2の給排気口を有し、前記電動モータの駆動軸の入力側に、駆動軸の出力側が直結されるエアーモータと、
該エアーモータに流体を供給する流体供給装置と、
エアーモータの第1の給排気口に一端部が接続される第1の給排気配管と、
エアーモータの第2の給排気口に一端部が接続される第2の給排気配管と、
第1の給排気配管の他端部および第2の給排気配管の他端部に、各々の第1のポートが接続されるとともに、前記流体供給装置に、各々の第2のポートが接続され、さらに、各々の第3のポートが大気開放される一対の手動式三方切替弁とを備えることを特徴とする弁駆動装置。 - 電源停止時において、前記弁の開度を検知する検知手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の弁駆動装置。
- 電源停止時において、前記弁が開状態であることを表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の弁駆動装置。
- 前記エアーモータは、駆動軸の入力側に、ソケットレンチを有する充電式電動工具が着脱可能に接続されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の弁駆動装置。
- 前記弁、弁操作軸、電動モータおよびエアーモータは、隔壁によって区分けされる一室に配置され、前記第1の給排気配管および前記第2の給排気配管は、前記隔壁に貫設され、前記一対の手動式三方切替弁および流体供給装置は、前記隔壁によって区分けされる他室に配置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の弁駆動装置。
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