JP4774207B2 - 遮断弁 - Google Patents

Description

この発明は、定常時に充電した充電電源でもって、停電時に例えばモータやソレノイドを使用したアクチュエータを作動して閉弁を行う遮断弁に関するものである。

停電時に閉弁する遮断弁には、弁の閉鎖にモータやソレノイドなどを駆動源とするアクチュエータを用いる電動タイプのものがある。

例えば〔特許文献１〕には、図３のように、電気二重層キャパシタを充電電源１とし、その充電電源１を停電時の電源としてモータ２を作動させて弁を閉鎖するものが記載されている。

すなわち、このものでは、図３のように、定電圧電源３と並列に充電電源１を接続し、その定電圧電源３及び充電電源１と並列にモータ２をリレー接点４ａ、４ｂとリミットスイッチ５ａ、５ｂを介して接続したもので、モータ２のそれぞれの端子はリレー接点４ａ、４ｂのコモン端子ｃｏｍと接続されている。また、そのモータ２と接続された一方のリレー接点４ａのＮＯ（常開接点）端子は開側リミットスイッチ５ａを介して定電圧電源３と充電電源１の（並列に接続された）一方と接続し、前記リレー接点４ａのＮＣ（常閉接点）端子を定電圧電源３と充電電源１の他方と接続してある。

さらに、モータ３と接続された他方のリレー接点４ｂのＮＣ端子は閉側リミットスイッチ５ｂを介して定電圧電源３と充電電源１の一方と接続し、前記リレー接点４ｂのＮＯ端子を定電圧電源３と充電電源１の他方と接続してある。

ここで、開側リミットスイッチ５ｂは、弁の開位置で作動するもので、閉側リミットスイッチ５ｂは弁の閉位置で作動するようにセットされたものである。

同時に、前記接点４ａ、４ｂのリレー本体６を定電圧電源３と並列に設け、定電圧電源３からの給電でしか作動しないように接続してある。

こうすることで、例えば定電圧電源３が作動してリレー本体６が働くと、リレー接点４ａ、４ｂのコモン端子ｃｏｍとＮＯ端子とが接続する。このとき、弁が全開でなければ開側リミットスイッチ５ａはオフなので、開側リミットスイッチ５ａのコモン端子ｃｏｍとＮＣ端子とが接続されてモータ２は定電圧電源３と接続されることになる。そのため、モータ２は、開側リミットスイッチ５ａが作動するまで、つまり弁が全開になるまで作動し続ける。その結果、弁が全開になり、開側リミットスイッチ５ａがオンになると、開側リミットスイッチ５ａはコモン端子ｃｏｍとＮＯ端子が接続されてオープンとなり、モータ２への通電は停止する。また、このとき、充電電源１は抵抗を介して定電圧電源と接続するようにしているので充電がなされる。

一方、この状態で、例えば停電などが発生し、定電圧電源３の出力が無くなると、リレー本体６はオフになり、リレー接点４ａ、４ｂのコモン端子ｃｏｍとＮＣ端子とが接続されることになる。このため、他方のリレー端子４ｂは閉側リミットスイッチ５ｂと接続されることになる。このとき、閉側リミットスイッチ５ｂはオフでコモン端子ｃｏｍとＮＯ端子とが接続しているのでモータ２の接続が反転する。したがって、接続の反転したモータ２は充電電源１と接続されることになる。その結果、モータ２は逆回転し、弁を全閉する。そして、弁が全閉すると、閉側リミットスイッチ５ｂがオンとなり、コモン端子ｃｏｍとＮＣ端子とが接続されてオープンとなって、モータ２は停止する。
特願平１１−１０１３５９号公報

しかし、上記の遮断弁では、遮断弁が作動したのち、その遮断条件が解消されても弁をリセットする機構がない。そのため、例えば弁が遮断したときに全閉になった弁を手動で開放できるようにするための機構を設けることが考えられる。

しかしながら、そのような機構を設けた場合、上記の遮断弁の回路では、全閉の弁を開放側へ動かすとモータが作動して弁を閉じようとするのでリセットできない問題がある。

すなわち、全閉状態の弁を開放側へ動かして閉側リミットスイッチがオフになると、閉側リミットスイッチのＮＯ端子とコモン端子が接続して、充電電源とモータとが接続されることになる。このように充電電源と接続されたモータは全閉状態に戻そうと作動する。この状態は充電電源の電荷が減少してモータを動かせなくなるまで継続するので、その間は、モータの回転力に抗して開放状態を維持しなければならない。その際、弁が非常に小型の場合はモータも小さく必要な力も少なくて済むが、弁が大きくなると弁を動かすモータも大きく強くなるので、手動では無理になる問題がある。

そこで、この発明の課題は、弁のリセットが手動でもできるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、充電電源を有し、前記充電電源を定常時に充電し、その充電した充電電源で停電時にアクチュエータを作動して閉弁すると、センサが作動してアクチュエータを停止する遮断弁において、上記弁と連動する開閉用のハンドルを備えるとともに、上記充電電源とアクチュエータ間にスイッチ手段と電源監視手段を設けて、前記電源監視手段が停電を検出すると前記スイッチ手段をオンにして充電電源とアクチュエータとを接続し、その接続された充電電源により前記アクチュエータが作動して閉弁すると、前記スイッチ手段をオフにして充電電源とアクチュエータとの接続を断って開閉用のハンドルでもって弁を開放できるようにした構成を採用したのである。

このような構成を採用したことにより、閉弁するとスイッチ手段をオフにして充電電源とアクチュエータとの接続を断ってアクチュエータに給電しない。そのため、手動によるハンドル操作で弁の開放動作を行った際に、例えば開側リミットスイッチが作動してもアクチュエータが作動せずリセットできる。

このとき、リミットスイッチ以外のセンサを用いた遮断弁の場合でも、アクチュエータへの給電を断ってアクチュエータを作動しないようにしているので、手動によるハンドル操作でリセットできる。

その際、充電電源とアクチュエータとの接続を断つことに代えて、センサの出力を遮断することが考えられるが、そのようにすると、弁が開放した場合と同様の信号となり（例えば、センサの出力：閉弁時→オン、開弁時→オフとすると、センサ出力の遮断→オフとなって開弁時と同様になる）、アクチュエータが作動してリセットできなくなることが考えられる。

このとき、タイマ手段を設け、前記タイマ手段の計時に基づいて上記閉弁後のスイッチ手段を所定時間経過後にオフにするようにした構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、閉弁後の遮断状態が安定してからスイッチ手段をオフにして充電電源とアクチュエータとの接続を断つので、弁のリセットが確実に行える。

また、このとき、上記充電電源が電気二重層キャパシタを用いたものであるという構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、充電電源が二次電池以外の充電器にも適用可能である。

この発明は、上記のように構成したことにより、遮断弁のリセットが手動で直ちにできる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の緊急遮断弁で、モータ１２を駆動源とするアクチュエータを用いた電動タイプのものである。また、充電電源１として電気二重層キャパシタ１１を備えたシステムとなっている。

この遮断弁は、図１に示すように、ギヤードモータ１２は変速ギヤー群ｇを介して出力軸１３に接続した構造となっており、出力軸１３には弁ｂが接続されている。

ギヤードモータ１２は、直流モータにギヤーヘッドを取り付けたもので、ギヤーヘッドの回転軸に取り付けられたピニオンギヤー１４を介して変速ギヤー群ｇに接続されている。

変速ギヤー群ｇは、ドライブギヤー１５、太陽ギヤー１６、遊星ギヤー１７とで構成されており、ドライブギヤー１５と前記ピニオンギヤー１４とが噛合するようになっている。

すなわち、モータ１２が作動してピニオンギヤー１４を回転させると、ドライブギヤー１５が回転してドライブギヤー１５を取り付けた太陽ギヤー１６のシャフトを回転させる。この太陽ギヤーシャフトの太陽ギヤー１６は遊星ギヤー１７と噛合する。遊星ギヤー１７は自転しながら太陽ギヤー１６の周囲を公転するが、この遊星ギヤー１７のシャフトには図１のようにキャリアギヤー１８が挿入・固定されているので、キャリアギヤー１８が回転することになる。このキャリアギヤー１８は、出力ギヤー１９と噛合しており、出力ギヤー１９の取り付けられた出力軸１３を回転させるので、出力軸１３の弁体ｂを回転させてバルブの開閉ができるようになっている。

一方、この遮断弁には、手動ハンドル２５が設けられている。手動ハンドル２５はウォームシャフト２６に取り付けられており、前記シャフト２６に取り付けられたウォームギヤー２７はインターギヤー２８と噛合している。前記インターギヤー２８は、遊星ギヤー１７と噛合しており、インターギヤー２８が回転すると遊星ギヤー１７も回転し、遊星ギヤーのシャフトが回転してキャリアギヤー１８が回転することになる。そのため、キャリアギヤー１８が回転すると、先にも述べたように出力ギヤー１９が回転し、出力ギヤー１９の取り付けられた出力軸１３を回転させてバルブの開閉がハンドル操作でもできるというものである。

また、出力軸１３には、図１のようにメーター軸２０を取り付け、その軸２０の先端に指針２１を取り付けて弁体ｂの開度を表示できるようにするとともに、その軸２０に開閉センサＳを取り付けてある。

前記センサＳは、バルブ全開位置設定用のフォトセンサ（例えば、フォトインタラプタなど）２１とその遮蔽板２２及び全閉位置設定用のフォトセンサ２３とその遮蔽板２４とからなり、前記センサ２１、２３は制御基板３０に接続されている。

制御基板３０は、図２のように、処理手段３１、電源監視手段３２、スイッチ手段３３及び充電手段３４とで構成されるもので、図２のようにモータドライブ回路３５を介してモータ１２と接続されている。

モータドライブ回路３５は、フルブリッジのＤＣモータ用のドライバーで、前記ドライブ回路３５への給電は、図２のように直流電源から降圧型のスイッチングレギュレータ３６を介して行うようになっており、効率よくモータ１２を駆動する。その際、スイッチングレギュレータ３６は、逆流防止用のダイオード３７を介して前記ドライブ回路３５と接続することにより、後述のように停電発生時などの際に、電流の逆流で破損しないようにしてある。

処理手段３１は、マイクロプロセッサ（例えば、ＰＩＣ（周辺機器接続制御用ＩＣ）などのワンチップマイコンで可）を使用したもので、Ｉ／０インターフェースとタイマ３８を有しており、Ｉ／０インターフェースを介して、前記センサＳや電源監視手段３２、あるいはスイッチ手段３３や操作スイッチ３９または感震器４０などと接続するようになっている。また、Ｉ／０インターフェースを介して、モータドライブ回路３６と接続されており、モータドライブ回路３６へ、例えば「正」、「逆」などの制御信号を出力してモータ１２を作動する。一方、タイマ３８は、計時時間のプログラムが可能なもので、計時開始からプログラムされた計時時間の経過後に、タイムアップ信号を出力する。

センサＳは、先に述べたとおり、バルブ全開位置設定用のフォトセンサ２１と全閉位置設定用のフォトセンサ２３とからなり、例えば、出力軸１３が左回転（図の真上から見たとき）して弁体ｂが全開位置に達すると、バルブ全開位置遮蔽板２２がバルブ全開位置設定用のフォトセンサ２１を遮るようになっており、その遮蔽信号に基づいて処理手段３１がモータ１２への電源供給を遮断して弁体ｂを全開位置で停止する。逆に、出力軸１３が右回転し弁体ｂが全閉位置に達すると、バルブ全閉位置遮蔽板２４がバルブ全閉位置設定用のフォトセンサ２３を遮るようになっているので、その遮蔽信号に基づいて処理手段３１がモータ１２への電源供給を遮断して弁体ｂを全閉位置で停止する。

電源監視手段３２は、ここでは、電源電圧監視用のＩＣで構成したもので、前記ＩＣは、例えば２個のコンパレータと基準電源とを備えたものである。前記各コンパレータは、一方の入力に基準電源が接続されており、他方の入力に、それぞれ、モータドライブ回路３５への供給電圧と電気二重層キャパシタ１１の出力電圧とを入力し、その各コンパレータの出力は、それぞれ処理手段３１へ入力するようになっている。そのため、例えば停電などでスイッチングレギュレータ３６の出力が低下すると、リセット信号を処理手段３１へ入力するというものである。

スイッチ手段３３は、図２ではアナログスイッチを用いており（メカニカルでも可）、電気二重層キャパシタ１１とモータドライブ回路３５間にアノード側をモータドライブ回路側にした逆流防止用ダイオード４１を介して取り付けてある。また、処理手段３１と接続することにより、処理手段３１の出力で電気二重層キャパシタ１１とモータドライブ回路３５の接続をオン、オフできるようにしてある。

充電手段３４は、直流電源と電気二重層キャパシタ１１の間に設けて、電気二重層キャパシタ１１を充電するためのもので、ここでは、入力電流制限付きのバッテリ・チャージャ用のＩＣを使用することにより、充電時の過電流を防止し（電源の破損などを防ぐ）て定電流／定電圧で充電できるようになっている。また、このＩＣは、インヒビット入力を有しており、前記入力を処理手段３１と接続してＬレベルに保持することにより、出力をハイインピーダンスにして停止できるようになっており、停電発生時に充電を停止させるようになっている。

電気二重層キャパシタ１１は、キャパシタセルを積層したもので、積層したセルによりモータ駆動電圧を出力できるようになっている。

なお、制御基板３０には、停電時に電気二重層キャパシタ１１から電力が供給されるようになっており、停電時の作動が可能にしてある。

また、符号３９の操作スイッチは、遮断弁のパワースイッチで、符号４０の感震器は地震の揺れを検出して、その揺れの検出信号で遮断弁を作動するようにするためのものである。

この形態は上記のように構成されており、この遮断弁では定常時は、処理手段３１がスイッチ手段３３をオフ、充電手段３４を作動して電気二重層キャパシタ１１を充電する。また、モータドライブ回路３５を作動してバルブ全開位置遮蔽板２２が全開位置設定用のフォトセンサ２１を遮るように弁体ｂを開放状態に保持している。いま、例えば停電が発生してスイッチングレギュレータ３６の出力が低下、あるいは無くなると、その低下あるいは無くなったことを電源監視手段３２が検出してリセット信号を処理手段３１へ出力する。処理手段３１では、リセット信号が入力すると、直ちにスイッチ手段３３をオンにすると同時に充電手段３４を停止する。そのため、オンとなったスイッチ手段３３により、電気二重層キャパシタ１１から逆流防止ダイオード４１を介してモータドライブ回路３５へ給電が行われるので、処理手段３１はモータドライブ回路３５へ弁体ｂを閉じるための（逆転）信号を出力する。その結果、弁体ｂが閉じて、バルブ全閉位置設定用のフォトセンサ２３からの信号が処理手段３１へ入力すると、その信号に基づいて処理手段３１はタイマ３８を作動し、作動したタイマ３８がタイムアップすると、スイッチ手段３３をオフにする。このように全閉位置設定用のフォトセンサ２３からの検出出力が入力してから所定時間が経過し、閉弁後の遮断状態が安定して弁体ｂが確実に全閉状態になってからスイッチ手段３３をオフにするので、遮断ミスを防止できる。

また、こうして全閉後にモータドライブ回路３５への給電を停止し、弁体ｂをリリースするので、前記全閉位置設定用のセンサ２３の出力に関わらず、手動ハンドル２５を操作してもモータ１２は作動しない。そのため、遮断弁のリセットは、遮断条件が解消できれば、いつでも容易にできる。

すなわち、電気二重層キャパシタ（充電電源）１１とモータ１２との接続を断つので、例えばセンサ出力を遮断する場合では、センサの出力が：閉弁→オン、開弁→オフなら、センサ出力を遮断すればセンサ出力が→オフとなって開弁時と同様になってモータ１２は作動するが、この発明ではモータ１２を停止するので、確実に手動でリセットできる。

この発明では、充電電源とアクチュエータとの接続を断って手動でリセットできるようにするので、センサの種類や検出方法に係わらず、広く電動タイプの遮断弁に適用できる。その際、適用できる遮断弁の充電電源の種類も電気二重層キャパシタに限定されるものではなく、二次電池を使用したものであってもよく、さらには、アクチュエータにはモータ以外にもソレノイドを用いた遮断弁にも適用できるので、多くの分野で使用される遮断弁にも適用可能な技術である。

実施形態の断面図 実施形態の回路ブロック図 従来技術の回路ブロック図

符号の説明

１ 充電電源
１１ 電気二重層キャパシタ
１２ ギヤードモータ
ｂ 弁体
ｇ 変速ギヤー群
２５ 手動ハンドル
３１ 処理手段
３２ 電源監視手段
３３ スイッチ手段
３４ 充電手段
３８ タイマ

Claims (3)

1. 充電電源（１１）を有し、前記充電電源（１１）を定常時に充電し、その充電した充電電源（１１）で停電時にアクチュエータ（１２）を作動して閉弁すると、センサ（２３）が作動してアクチュエータ（１２）を停止する遮断弁において、
   上記弁（ｂ）と連動する開閉用のハンドル（２５）を備えるとともに、上記充電電源（１１）とアクチュエータ（１２）間にスイッチ手段（３３）と電源監視手段（３２）を設けて、前記電源監視手段（３２）が停電を検出すると前記スイッチ手段（３３）をオンにして充電電源（１１）とアクチュエータ（１２）とを接続し、その接続された充電電源（１１）により前記アクチュエータ（１２）が作動して閉弁すると、前記スイッチ手段（３３）をオフにして充電電源（１１）とアクチュエータ（１２）との接続を断って開閉用のハンドル（２５）でもって弁（ｂ）を開放できるようにした遮断弁。
2. タイマ手段（３８）を設け、前記タイマ手段（３８）の計時に基づいて上記閉弁後のスイッチ手段（３３）を所定時間経過後にオフにするようにした請求項１に記載の遮断弁。
3. 上記充電電源（１１）が電気二重層キャパシタを用いたものである請求項１または２に記載の遮断弁。

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