JP4764793B2 - 弁体変位検出機能付き弁および同機能付き逆止弁 - Google Patents

Description

この発明は、弁体の移動量や位置を検出することが可能な変位センサを内蔵した弁に係り、より詳しくは、変位センサとして渦電流式センサを採用した構造に関するものである。

近年、直結給水方式の普及と共に、給水装置が高度・多様化してきており、その種類、設置数も多くなっている。これら給水装置に対する不適切な施工管理は、建築物内の給水システムのみならず、水道配管系統へも悪影響を及ぼす恐れがあるため、給水装置における安全性の確保を重要課題の一つである。給水装置の重要構成である逆流防止装置について、これまでも、その特性を評価し、逆流の危険度に応じた効果的な逆流防止法が検討されてきたが、通常設置下での作動状況については未だ把握されていないのが現状である。このような中、逆止弁の異常検知システムとして、特許文献１・２に示される構成が公知である。

特開平８−１７８８０５号公報 特開２００６−１７７３１６号公報

ところで、逆止弁は、その名の通り、管路における逆流を防止するためのものであり、これに故障や異常が発生すれば当然に逆流が発生する恐れがある。言い換えれば、逆流があったときに逆止弁を異常と判断すればよく、逆流の流量が比較的大きな変化を示すとき、逆止弁の異常を疑うことは容易である。しかしながら、針金程度の小さな異物を噛み込んだような場合、流量の変化は極めて小さく、その原因を究明することは容易ではなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、従来の構成では検知が困難であった小さな異物を噛み込んだことによる微量の逆流をも効果的に検知することができる弁体変位検出機能付きの逆止弁を提供することである。また、開閉時に直線状に作動する弁体を備えた弁についても、開度を検出することが可能な弁体変位検出機能付き弁を提供する。

上述した目的を達成するために本発明では、開閉時に直線状に作動する弁体を備えた弁であって、前記弁体に電磁感応性を有する測定対象部を一体的に設けると共に、前記弁体の作動軸線上に渦電流式センサを設けるという手段を用いる。これを逆止弁に適用する場合は、通水方向に直交する受圧面を有して弁胴内に内蔵されたセルフシーリング性の弁胴内に開弁方向に付勢した弁体の二次側に通水方向に沿って直線状にスライドする弁軸を備えた逆止弁であって、前記弁軸に一体的に設けた電磁感応性を有する測定対象部と、前記弁体の作動軸線上において前記測定対象部との離間距離に応じてコイルインピーダンスが変化可能な高周波磁界を発生するセンサヘッドと、このセンサヘッドからの発振出力に基づいて前記弁体の変位を算出する変位算出部とから弁体変位検出機能付き逆止弁を構成する。測定対象部とセンサヘッドは渦電流式変位センサを構成する。即ち、センサヘッドの高周波磁界内に測定対象部が位置すると、電磁誘導作用によって、測定対象部の表面に磁束の通過と垂直方向の渦電流が発生し、センサヘッドとの離間距離に応じてセンサヘッドのコイルインピーダンスが変化する。そして、本発明では、この現象による発振状態の変化により、弁体の変位を検出し、変位量を測定する。

具体的態様としては、弁胴の二次側に非磁性体からなるセンサケーシングを直管状に連結し、該センサケーシングの二次側に防水壁を介してセンサヘッドを設けると共に、弁軸の二次側に測定対象部を前記センサケーシング内まで延設するという手段を選択的に用いる。つまり、既存の逆止弁に上述したセンサ構造を付設する場合、既存では弁胴が金属製であるため、高周波磁界と緩衝し、分解能が低下するおそれがある。そこで、この手段では、樹脂などの非磁性体からなるセンサケーシングを連結することで、弁胴が金属製である場合の上記問題点を解消している。

なお、弁体の変位量を検出するには、測定対象部とセンサヘッドの距離から求められるが、その一つの手段として、変位算出部は、センサヘッドから出力される発振の振幅および位相に基づいて弁体の変位量を算出する。この算出手段によれば、発振の振幅と位相の変化によって、上記距離とほぼ比例した値が得られる。

一方、変位算出部は、センサヘッドから出力される発振の振幅を整流して得られる直流電圧に基づいて弁体の変位量を算出することであってもよい。この算出手段であっても、整流された電圧信号と距離はほぼ比例することになるが、リニアライズ回路によって直線性補正を行うことが好ましい。

以上述べた本発明では、弁軸に設けた測定対象部とセンサヘッドにより渦電流式センサを構成し、その出力によって弁体の変位を検出するようにしたので、弁体の開度を検出できると共に、不用意な開弁状態を検知することができる。また、非常に優れた分解能によって、弁体の微小な変位量も検出でき、例えば針金程度の小さな異物の噛み込みによる弁体変位も検知することが可能となる。また、弁体の変位量から開度を算出することも可能であるため、流量や弁差圧の検出と併用することで、異物噛み込みのみならず、経年的な劣化によるバネ圧の低下や給水圧の低下、通水不良、センサの不具合など、多岐にわたる異常を判別し、検知することも可能である。さらに、こうした事後的な異常検出だけでなく、弁設置時の試験通水においても、その給水管路における弁の特性や適性を検知することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る逆止弁の特に二次側構成を示したものである。なお、この実施形態ではバネ式の逆止弁を例示するが、そのセルフシーリング構造および一次側構成は、従来の逆止弁と何ら変わるところがないため、詳細を割愛する。即ち、この実施形態に係る逆止弁の二次側は、弁胴１の二次側接続口１ａに後述する渦電流式変位センサを備えたセンサケーシング２が直管状に連結されている。このセンサケーシング２は、弁胴１とは別にセンサ室を構成するもので、後述する渦電流式センサに不用意な磁界や導電体が緩衝しないように、アクリルに代表される樹脂等の非磁性体からなる。また、このセンサケーシング２の二次側は防水壁３によって閉塞される一方、弁胴１と連通する通水は、側壁に設けた連結口４を介して行うようにしている。つまり、このセンサケーシング２はエルボ管あるいは二次側を閉塞したＴ字管の態様をなしている。

一方、弁体はバネ圧と逆圧によるセルフシーリング性により弁胴１に内蔵されており、その二次側には弁軸５が通水方向に沿ってスライドするように設けられている。つまり、弁軸５は弁体の開閉と連動して直線的にスライドするが、この弁軸５の二次側には、センサケーシング２内に位置して、金属などの磁界においたとき電磁感応性を有する測定対象部６が設けられている。なお、このとき、既存の逆止弁を用いる場合、測定対象部６がセンサケーシング２内に位置するように、弁軸５を適宜延長する。

これと共に、センサケーシング２の二次側には防水壁３を介してセンサヘッド７が固設されている。このセンサヘッド７は、内部コイルに高周波電流を流して、センサケーシング２内に高周波磁界を形成している。そして、センサヘッド７には出力線８が設けられ、この出力線７は適宜変圧器やアンプを介してパソコンなどの変位算出部（図示せず）に接続される。

このように測定対象部６とセンサヘッド７により渦電流式変位センサが構成され、センサヘッド７の磁界内に測定対象部６が位置すると、電磁誘導作用によって、測定対象部６の表面に磁束の通過と垂直方向に渦電流が流れて、センサヘッド７のコイルインピーダンスが変化することになる。この原理を利用すれば、弁体の開閉によって測定対象部６とセンサヘッド７の距離が近づくにつれ、センサヘッド７から出力される発振の振幅は小さく、基準波形との位相のズレが大きくなる（図２参照）。そして、この振幅と位相の変化を検出することにより、距離とほぼ比例した値が得られる。

また、別の検出方法としては、測定対象部６とセンサヘッド７の距離が近づくにつれ、測定対象物６の渦電流が大きくなり、逆に、センサヘッド７の発振振幅は小さくなるから、この発振振幅を整流して直流電圧の変化として捉えれば、図３に示したように、距離とほぼ比例した値を測定することができる。なお、この直流電圧出力方式では、リニアライズ回路を接続して、距離により比例した出力を得ることが好ましい。

なお、上記実施形態では、逆止弁への適用を説明したが、開閉時に直線状に作動する弁体を備えたものであれば、他の弁であっても、弁体に電磁感応性を有する測定対象部を一体的に設けると共に、前記弁体の作動軸線上に渦電流式センサを設けることによって、弁体変位検出機能付き弁を構成することができる。

本発明の一実施形態に係る弁体変位検出機能付き逆止弁の二次側断面図 測定対象部の距離とセンサヘッドの出力を示した相関グラフ 別方法による測定対象部の距離とセンサヘッドの出力を示した相関グラフ

符号の説明

１ 弁胴
２ センサケーシング
３ 防水壁
４ 二次側連結口
５ 弁軸
６ 測定対象部
７ センサヘッド
８ 出力線

Claims (2)

1. 通水方向に直交する受圧面を有して弁胴内に内蔵されたセルフシーリング性の弁体の二次側に通水方向に沿って直線状にスライドする弁軸を備えた逆止弁であって、前記弁軸に一体的に設けた電磁感応性を有する測定対象部と、前記弁体の作動軸線上において前記測定対象部との離間距離に応じてコイルインピーダンスが変化可能な高周波磁界を発生するセンサヘッドと、このセンサヘッドからの発振出力に基づいて前記弁体の変位量を算出する変位算出部とからなり、前記弁胴の二次側に非磁性体からなるセンサケーシングを連結し、該センサケーシングの二次側に防水壁を介して前記センサヘッドを設けると共に、前記弁軸の二次側に前記測定対象部を前記センサケーシング内まで延設したことを特徴とする弁体変位検出機能付き逆止弁。
2. 変位算出部は、センサヘッドから出力される発振の振幅および位相に基づいて弁体の変位量を算出する請求項１記載の弁体変位検出機能付き逆止弁。

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