JP5989743B2 - バルブ遠隔制御システム - Google Patents

Description

本発明は、発電所、工場等に設置される流体搬送管等に装備されるバルブ遠隔制御システムに関する。

発電所等のプラントにおいては空気や蒸気等の気体や、水等の液体を流すための配管が設置されており、これら配管の途中には配管内の気体、液体の流量や圧力を制御するための流体制御バルブが多数設置され、これらバルブの開閉状態を管理することは重要な事項である。特に原子力プラントに設置されている流体制御バルブはバルブの開閉動作を切替るために電磁弁が設けられているが、例えば、電源喪失状態に陥った場合には電磁弁を作動させることができず、プラントの安全な稼動が維持できないという問題点がある。
また、プラントには手動の流体制御バルブも多数設けられており、平常時には作業員が当該バルブが設置されている箇所に移動し、手動で流体制御バルブの開閉を行うが、プラントで災害が発生し、作業員が容易に流体制御バルブに近づくことができないことも想定される。このように流体制御バルブに近づくことができない場合には、流体制御バルブの開閉動作そのものや、バルブ開閉度の確認が困難なためプラントの安全な稼動が維持できない。
このように既設の手動バルブを利用し、緊急遮断弁と等価の機能を行わせるものとして特許文献１記載のものがある。また、バルブの開閉度を表示するものとしては特許文献２記載のものがある。

特開平２−２１７６７９号公報 特開平１０−１０３５６２号公報

特許文献１の従来技術は、既設の手動バルブにバルブ駆動機構を取り付け、これを遠隔操作するものであるが、原子力プラントが被災したケースのように、作業員が現場で稼動する時間が限られている場合に簡易に手動バルブを遠隔制御可能とするものではない。また、特許文献２記載の従来技術では、表示部にバルブの開閉状態が表示されるので、遠隔監視を行う際にはその表示部を撮像しなければならず、バルブ周辺の状況を監視するためには別の監視カメラ等の撮像機器が必要となる。
そこで本発明は、既設のバルブに適用でき、かつ作業時間が短時間で済むバルブ開閉装置及び監視カメラ等で遠隔管理を行う場合であっても、バルブの開閉状態が把握しやすいバルブ遠隔制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るバルブ遠隔制御システムは、流体の通路を開閉するバルブを操作するバルブ操作軸と一体化されたバルブ操作部に取り付けられ、該バルブ操作部に対して着脱自在に取り付けられるアダプタ駆動部と、該アダプタ駆動部を回転駆動させる駆動力伝達機構と、該駆動力伝達機構に駆動力を供給する駆動用アクチュエータと、を備えたバルブ開閉装置と、第一の管体と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を前記各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構と、前記第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構とを備えたバルブ選択表示機構と、基台と、前記バルブ操作軸に配置される可動部と、前記基台外面に配置される第二の管体と、前記第二の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第二の管体内を前記各球体が移動することにより表示動作する第二の表示機構と、前記バルブ操作軸の突出入により前記可動部が移動することで前記各球体を移動させる球体移動機構と、を備えたバルブ開閉表示装置と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明に係るバルブ遠隔制御システムは、前記駆動力伝達機構が、前記駆動用アクチュエータにより進退駆動されるラックギアと、該ラックギアと噛合するピニオン歯車とを有し、該ピニオン歯車が前記アダプタ駆動部の歯車と噛み合い、前記駆動用アクチュエータによる駆動力を前記アダプタ駆動部に伝達するバルブ開閉装置と、第一の管体と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を前記各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構と、前記第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構とを備えたバルブ選択表示機構と、基台と、前記バルブ操作軸に配置される可動部と、前記基台外面に配置される第二の管体と、前記第二の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第二の管体内を前記各球体が移動することにより表示動作する第二の表示機構と、前記バルブ操作軸の突出入により前記可動部が移動することで前記各球体を移動させる球体移動機構と、を備えたバルブ開閉表示装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係るバルブ遠隔制御システムは、前記第一の表示機構は、前記第一の管体の一端に設けられ、前記球体により押圧されるピストンと、該ピストンの移動により前記第一の管体の外部に露出する状態表示部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、簡単な構造で既設のバルブ装置に取り付けることができ、バルブ選択表示機構によりバルブ装置を特定し、バルブ開閉装置により所望のバルブを遠隔で開閉し、更にバルブ開閉状態表示装置によりバルブの開閉状態を表示することが可能であり、作業員等による誤操作を防ぎ、遠隔で安全にバルブ操作を行うことができる。また監視カメラ等でバルブ周辺の状況を撮影した場合であっても操作対象のバルブを確認でき、かつバルブの開閉状況が明確に分かるので、操作対象のバルブを誤ったり、バルブの開閉状態を誤認識することを防止できる。

本発明に係るバルブ開閉装置１の一部の構造を省略した正面図。 本発明に係るバルブ開閉装置１の平面図。 本発明に係るバルブ開閉装置１の一部分解斜視図。 本発明に係るバルブ遠隔制御システムに用いられるバルブ選択表示機構を説明するための図。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は状態表示部が収納された状態を示す正面図、側面図及び平面図。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は状態表示部が展開された状態を示す正面図、側面図及び平面図。 本発明に係る状態表示部の他の実施の形態を示す図であり、（ａ）は状態表示部の表示部材が管体５１内にある状態を示す図、（ｂ）は状態表示部の表示部材が管体５１より展開した状態を示す図。 本発明に係るバルブ開閉装置１の空気圧供給ラインを説明するための模式図。 本発明に係るバルブ開閉装置１の空気圧供給ラインに用いられるシリンダ切替部を説明するための図。 本発明の一実施形態に係るバルブ開閉表示装置の動作状態を示す一部断面図であり、（ａ）はバルブの閉状態を示す図、（ｂ）はバルブの開状態を示す図。 バルブ開閉表示装置に用いられる吊環部の構造を説明するための外観斜視図。 本発明に係るバルブ開閉装置１、バルブ選択表示機構５０、バルブ開閉表示装置１４０を用いたバルブ遠隔制御システムを説明する図。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係るバルブ開閉装置１の一部の構造を省略した正面図、図２は本発明に係るバルブ開閉装置１の平面図、図３は本発明に係るバルブ開閉装置１の一部分解斜視図である。
バルブ開閉装置１の取付け対象物であるバルブ装置３０は、バルブ収容部３２、バルブ操作軸３４、バルブ操作部３６を備え、バルブ収容部３２内には流体通路を開閉するバルブ本体（図示省略）を有し、バルブ本体はバルブ操作軸３４の一端に設けられている。バルブ操作軸３４はバルブ収容部３２の操作軸支持部３８に形成した図示しない雌螺子部と螺合する雄螺子部を有する。バルブ操作部であるバルブハンドル３６を正逆二方向に回転させることで、バルブ操作軸３４は操作軸支持部３８から突没自在に移動し、バルブ操作軸３４の一端に設けられたバルブ本体をバルブ収容部３２内の弁座に当接させたり、弁座から離間させたりすることで流体通路を開閉する。本実施例ではバルブ操作軸３４が操作軸支持部３８から最大限に突出した状態ではバルブは全開状態となっており、一方、最も没した状態ではバルブは全閉状態となっている。なお、バルブ操作軸３４の出没方向と、バルブの開閉とは逆であってもよい。

本発明に係るバルブ開閉装置１は、既設のバルブ装置３０に取り付けられるものであって、バルブ装置３０の底部に固定配置される基台３と、バルブ装置３０の上方、本例ではバルブハンドル３６の上方に固定配置され、その上面に駆動機構が実装された駆動機構載置台５と、基台３と駆動機構載置台５との間を一定間隔で維持しつつ基台に対して駆動機構載置台５を固定するための支柱６と、該支柱６による組み立て構造を補強するための補助板部材７と、支柱を固定するためのナット８とを有する。この補強板部材７は複数の分割片に分割可能に構成し、補強板部材７を構成する分割片を組み合わせた状態の四隅には支柱６が貫通する孔７ａが設けられ、さらに、そのほぼ中央部にはバルブ装置３０の操作軸支持部３８の下部外周面の外形に適合した略円形の穴部７ｂが形成されている。補強板部材７を分割可能に構成することでバルブハンドル３６を取り外すことなく補強板部材７を操作軸支持部３８の下部に嵌め込むことが可能であり、これにより補強板部材７は操作軸支持部３８とバルブ収容部３２との間で上下方向にずれることなく位置決めすることができる。なお、図示は省略するが、補強板部材７を構成する各部材が互いに当接する断面に二重突合せ等の継ぎ構造を採用することで、補強板部材７の各部材の密着強度を上げることも可能である。また、補強板部材７の下面とバルブ収容部３２の上部とを直接接触させつつ、両者の接触面積を多くし、より密着するよう構成しても良い。更に補強板部材７をバルブ収容部３２に対して針金や巻線等の材料により固定しても良い。このように補強板部材７をバルブ収容部３２に密着させる場合、補強板部材７は弾力性のある素材により構成するのが好ましい。

駆動機構載置台５上には空気圧により駆動される一対の駆動用アクチュエータ９と、各アクチュエータ９のピストンロッド９ａに固定されて駆動用アクチュエータ９により進退駆動されるラックギア（駆動力伝達機構）１１と、各ラックギア１１の歯部１１ａと夫々噛合した一対のピニオン歯車（駆動力伝達機構）１３と、各ピニオン歯車１３に噛合し、ピニオン歯車１３より大口径の一つの歯車（アダプタ駆動部）１５とが配置され、各ラックギア１１及び各ピニオン歯車１３は駆動力伝達機構を構成し、大口径の歯車１５がアダプタ駆動部を構成している。
駆動機構載置台５の下面には、歯車１５の下面中央部に同軸状に固定された接続用アダプタである駆動力伝達アダプタ１７が配置されている。駆動力伝達アダプタ１７はその小径部を駆動機構載置台５に設けた軸穴５ｂにより回転自在に軸支され、軸穴５ｂ内には軸受１９を設ける。

駆動力伝達アダプタ１７の下面から円形の配置で突出した複数の爪部１７ａをバルブハンドル３６のスポーク間に挿入することでアクチュエータ９から供給される動力がラックギア１１、ピニオン歯車１３、歯車１５、駆動力伝達アダプタ１７を介して回転力としてバルブハンドル３６に伝達され、バルブ装置３０を開閉することができる。
なお、歯車１５及び駆動力伝達アダプタ１７はバルブ装置３０のバルブ操作軸３４と同軸上で回転可能に設けられている。また、歯車１５及び駆動力伝達アダプタ１７の回転を容易にするため、本実施例においては駆動機構載置台５と駆動力伝達アダプタ１７とが当接する駆動機構載置台５の軸方向断面にはベアリング等の軸受け１９を配置しているが、駆動機構載置台５や駆動力伝達アダプタ１７の材質を選択し、駆動力伝達アダプタ１７のスムースな動きが確保できれば軸受け１９を省略することも可能である。

このようなバルブ開閉装置１を既設のバルブ装置３０に取り付ける際には、まず、基台３をバルブ装置３０の底部に配置し、かつ、補強板部材７の中央の穴部７ｂがバルブ装置３０の所望の外周に当接するよう補強板部材７を配置した状態で補強板部材７の四隅に設けた孔７ａに支柱６を貫通させ、該支柱６の下部に形成された雄ネジ部を基台３の四隅に設けた雌ネジ部に螺合させることで基台３の四隅に支柱６を立設する。その後、駆動機構載置台５の下面に取り付けられた駆動力伝達アダプタ１７の爪部１７ａがバルブハンドル３６のスポーク間に挿入、嵌合するよう爪部１７ａとスポークとの位置関係を調整して駆動機構載置台５をバルブハンドル３６の上方に配置した後、駆動機構載置台５の四隅に設けた孔５ａから支柱６の上端の雄ネジ部を突出させ、駆動機構載置台５の上面からナット８で固定する。
プラントの電源喪失時等には、バルブ開閉装置１をバルブ装置３０に固定し、アクチュエータ９（エアシリンダ）の空気供給口９ｂ、９ｃに空気配管を取り付け、圧縮空気を供給することで、バルブ装置３０を開閉することが可能となる。圧縮空気を供給する空気配管は作業員の安全が確保できる箇所に設置した空気ボンベ室等からポリウレタン樹脂製やゴム製のエアチューブを用いることができる。

上記実施例においては、バルブ装置３０のバルブハンドル３６を駆動する駆動力を高めるためにアクチュエータ９の出力をラックギア１１及びピニオン歯車１３に供給し、ピニオン歯車１３から歯車１５及び駆動力伝達アダプタ１７に供給しているが、バルブ装置３０の開閉に必要なバルブ操作軸３４の回転量や要求されるトルクによっては、駆動力伝達アダプタ１７に取り付けられる歯車１５をピニオン歯車１３より小口径のものとし、ピニオン歯車１３を大口径のものとしても良い。
更に、空気圧によりアクチュエータ９のピストンを駆動し、ピストンの移動量によりバルブ装置３０の開閉を行う例を記載したが、アクチュエータ９及びラックギア１１に代えて、正逆回転が可能な空気圧モータを用い、空気圧モータの出力軸に小径のピニオン歯車１３を取り付けても良い。空気圧モータを用いることにより、アクチュエータ９のピストンのストローク量に制限されることなく、バルブ装置３０を開閉するための駆動力を得ることができる。また、バルブハンドル３６への駆動力を高めるために２つのアクチュエータ９を用いた例をあげて説明したが、単一のアクチュエータ９でバルブハンドル３６を操作するよう構成しても良い。

図４は本発明に係るバルブ遠隔制御システムに用いられるバルブ選択表示機構５０を説明するための図である。
バルブ選択表示機構５０は、一端が閉鎖（封止）され、他端が開放された第一の管体としての管体５１と、管体５１の内部に一列に、且つ可動な状態（転動自在な状態）で収容された複数の球体５３と、管体の一端側に配置されて球体５３を押圧する球体押圧機構としての押圧ピストン（ピストン）５５と、管体５１の閉鎖された一端と押圧ピストン５５との間に配置され、押圧ピストン５５を管体５１の閉鎖された一端側に引っ張る方向に付勢しているバネ材５７と、管体５１の他端に設けられた第一の表示機構としての状態表示部５９と、を備えている。また管体５１の閉鎖された一端と押圧ピストン５５との間の外周面には２系統の配管６１及び６３からそれぞれ圧縮空気が供給されるプラグ６１ａ、６３ａが接続されている。つまり、２系統の配管６１及び６３から夫々延びるプラグ６１ａ、６３ａは、管体５１の閉鎖側端部と押圧ピストン５５との間の空間（バネ材５７収容部）に相当する管体の外周面に対して接続されている。
配管６１または６３からプラグ６１ａまたは６３ａを介して圧縮空気が管体５１に供給されると、押圧ピストン５５の端面に空気圧を受け、バネ材５７の引っ張り力に抗して押圧ピストン５５は管体５１の開口部側に移動し、押圧ピストン５５の変位が管体５１内に収容された球体５３を介して伝達されて管体５１の他端に設けた状態表示部５９を作動させる。

図５、図６に示すように、状態表示部５９は、管体５１内に固定配置された管固定軸７１、開閉することにより表示動作を行う複数の翼部材（開閉表示部材）７３、ピストン部材（ピストン）７９と翼部材７３とを連結する２つの連結部材７５、連結軸７７、ピストン部材７９、及びピストン固定軸８１により構成し、各部材の少なくとも一部は管体５１内に配置されている。
２つの翼部材７３は、一端部同士を重ねた状態で管固定軸７１により管体５１の端部近傍に回動可能に軸支され、また、各翼部材７３の長手方向略中間部には連結軸７７を介して連結部材７５の一端が取り付けられ、２つの連結部材７５の他端部は重ねた状態でピストン固定軸８１によりピストン部材７９に軸支されている。
前述したように配管６１または６３から圧縮空気が供給されると、管体５１内の押圧ピストン５５が管体５１の開口部側に移動し、管体５１内に収容された一連の球体５３は押圧ピストン５５と接触して状態表示部５９側に押圧され、他端の球体５３の外周面とピストン部材７９の下面とが当接し、球体５３の移動に伴ってピストン部材７９が押し上げられる。ピストン部材７９の押し上げにより翼部材７３が管固定軸７１を中心に展開し、管体５１の先端近傍の側壁に設けられたスリット５２から翼部材７３の先端部が管体５１の外周より外側に持ち上がる。これにより、翼部材７３が展開された状態となり、２系統の配管６１及び６３の両方或いは何れか一方から圧縮空気が供給されたことを表示することができる。

一方、２系統の配管６１及び６３からの圧縮空気の供給が遮断されると、押圧ピストン５５はバネ材５７により管体５１の閉鎖された一端側に引き戻され、押圧ピストン５５による一端の球体５３への押圧力が解除される。一端側の球体５３への押圧解除に伴い、他端側の球体５３によるピストン部材７９への押圧も解除され、ピストン部材７９の自重により他端の球体５３が下方に押圧され一連の球体５３は管体５１内を押圧ピストン５５側に移動する。これにより、状態表示部５９の翼部材７３は管体５１内に収容された状態となる。
球体５３はその外周面の摩擦抵抗が小さい、金属、或いは樹脂等の材料により構成され、管体５１内に一列に配列、収容され、押圧ピストン５５の変位を管体５１内の球体５３が順次伝達し、他端の球体５３の変位により状態表示部５９を作動させる。球体５３は個々に独立した状態であっても良いし、例えば、各球体５３の中心部を貫通する孔を設け、該孔にワイヤーを挿入することで各球体５３を連結して一連の状態を形成しても良い。この場合には各球体は管体内で転動自在とはならないが、押圧ピストン５５の変位を状態表示部５９に対して伝達することは可能である。

図７（ａ）、（ｂ）は本発明に係る状態表示部の他の実施の形態を示す図であり、（ａ）は状態表示部の表示部材が管体５１内にある状態を示す図、（ｂ）は状態表示部の表示部材が管体５１より展開した状態を示す図である。
状態表示部８５は一連の球体５３の他端に連結したピストン部材８７と、ピストン部材８７の上面略中央部分に配置された骨部材８９と、骨部材８９の端部に固定された表示部材９１とから構成している。骨部材８９は金属もしくは樹脂等の弾性部材で形成され、（ｂ）に示すように外力を受けない状態では骨部材８９の自由端が水平方向に拡がり、表示部材９１が展開するよう構成している。従って、骨部材８９の端部に布材等からなる表示部材９１を取り付けることで、押圧ピストン５５が球体５３を押圧した際には球体５３によりピストン部材８７が押し上げられ、管体５１内から骨部材８９が展開し、それに伴い表示部材９１も展開する。

一方、押圧ピストン５５による押圧力が解除された場合には、球体５３によるピストン部材８７への押圧力が解除されるので、他端の球体５３の下方移動に伴いピストン部材８７が管体５１の下方に移動し、弾性を有する骨部材８９及び該骨部材８９に取り付けられた布材等からなる表示部材９１も管体５１内に収容される（図７（ａ））。
このように表示部材９１が管体５１の端部で展開し、或いは管体５１内に収容されることで、目視によるバルブ状態の把握をより容易にすることができる。また、バルブの開閉状態に関連して表示部材９１の展開状態が変わるので、表示部材９１の見え方、すなわち、表示部材９１が見える面積によってバルブの開閉度合いを目視で容易に確認することができ、表示部材９１を撮影し、その表示部材９１が確認できる面積を画像処理すると、バルブの開閉度合いを極めて正確且つ細かく把握することができる。

図８は本発明に係るバルブ開閉装置１の空気圧供給ラインを説明するためのアクチュエータ９周りの配管模式図、図９は空気圧供給ラインに用いられるシリンダ切替部９２を説明するための図である。空気圧供給ラインにはシリンダ切替部９２が設けられ、シリンダ切替部９２はその内部に両端をスプリング材９３、９４により付勢された弁体９５を有し、該弁体９５はシリンダ切替部９２内のシリンダ部９７内に配置されている。シリンダ切替部９２には制御用空気配管１２１及び１２３がそれぞれ取り付けられる供給口９２ａ、９２ｂと、バルブ駆動用空気配管１２５が取り付けられる供給口９２ｃと、駆動用空気出力配管１２７、１２９が取り付けられる出力口９２ｄ、９２ｅを備えている。制御用空気配管１２１及び１２３から制御用圧縮空気が供給されていない状態では、図８に示すように弁体９５は中立状態となり、弁体９５により出力口９２ｄ、９２ｅのいずれも閉止され、バルブ駆動用空気配管１２５から供給されているバルブ駆動用圧縮空気はチャンバー９２ｆ内に留まっている。
制御用空気配管１２１から供給口９２ａを介して制御用圧縮空気がシリンダ切替部９２に供給されると、弁体９５の右側面に空気圧が付与され、スプリング材９４の押圧力に抗して弁体が左側のスプリング材９４側に移動し、チャンバー９２ｆと出力口９２ｄとが連通することでバルブ駆動用空気配管１２５から供給されているバルブ駆動用圧縮空気は駆動用空気出力配管１２７に出力される。これにより、アクチュエータ９の空気供給口９ｂに圧縮空気が供給されアクチュエータ９内のピストンを押圧し、２つのピストンロッド９ａを同方向（本例では、各ピストンロッド９ａがアクチュエータを構成するシリンダの外側へ突出する方向）へ作動させることができる。

一方、制御用空気配管１２１からの供給を停止すると共に、制御用空気配管１２３から供給口９２ｂを介して制御用圧縮空気がシリンダ切替部９２に供給されると、弁体９５の左側面に空気圧が付与され、右側のスプリング材９３の押圧力に抗して弁体がスプリング材９３側に移動し、チャンバー９２ｆと出力口９２ｅとが連通することでバルブ駆動用空気配管１２５から供給されているバルブ駆動用圧縮空気は駆動用空気出力配管１２９に出力される。これにより、各アクチュエータ９の空気供給口９ｃに圧縮空気が供給され、各アクチュエータ９内のピストンを押圧し、ピストンロッド９ａを同方向（本例では、各ピストンロッド９ａがアクチュエータを構成するシリンダの内部へ没入する方向）へ作動させることができる。
各ピストンロッド９ａがそれぞれラックギア１１と一体化されていることは上述の通りである。

図１０（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係るバルブ開閉表示装置の動作状態を示す一部断面図であり、（ａ）はバルブの閉状態を示す図、（ｂ）はバルブの開状態を示す図、図１１はバルブ開閉表示装置に用いられる吊環部の構造を説明するための外観斜視図である。

バルブ開閉表示装置１４０は、バルブ収容部３２とバルブハンドル３６（バルブ操作軸３４）との間に設けられ、バルブ収容部３２の適所、本例では上部に配置（固定）された基台１３５と、バルブ操作軸３４に配置（固定）され、バルブ操作軸３４の突出や没入に伴ってその軸方向に位置が可変する可動部としての吊環部１４１と、吊環部１４１の適所、本例では吊環部１４１の下面と基台１３５（管体１５１）との間に配置される球体移動機構としての蛇腹パイプ（伸縮パイプ）１５５と、蛇腹パイプ１５５の下端開口に対して上端開口にて連通接続した第二の管体としての管体１５１と、蛇腹パイプ１５５及び管体１５１の内部に一列に、且つ可動な状態（転動自在な状態）で収容された複数の球体１５３と、吊環部１４１の上下動に伴って球体１５３を押圧する押圧部材１５７と、管体１５１の他端に設けられた第二の表示機構としての状態表示部６０と、を備えている。

吊環部１４１は、バルブハンドル３６を取り外した状態のバルブ操作軸３４に嵌挿可能な環状構造を有し、バルブ操作軸に嵌挿された状態でバルブ操作軸３４に螺子１６１等で固定される小径の固定部材１６３と、固定部材の外周面に対して相対回転可能に配置され、且つ押圧部材１５７が取り付けられた環状の可動部材１６５と、固定部材１６３と可動部材１６５との間に配置されて固定部材に対して可動部材を相対回転可能にするベアリング部１６７とにより構成している。
これによりバルブ操作軸３４に固定された固定部材１６３がバルブ操作軸３４の回転に伴い回転しても、ベアリング部１６７によって回転運動が可動部材１６５には伝達されず、可動部材１６５と固定部材１６３との供回りを防止し、可動部材１６５はバルブ操作軸３４の回転に連れて上下方向に移動し、吊環部１４１の下面と基台１３５の上面との間に配置された蛇腹パイプ１５５を圧縮或いは伸張させることができる。

蛇腹パイプ１５５はその下部開口部を管体１５１の一端開口（上部開口）と連通接続させており、蛇腹パイプ１５５は自らのバネ力により伸張方向に付勢されている。従って、吊環部１４１の下面と管体１５１が載置されている基台１３５との鉛直方向の間隙が広くなるに伴い、蛇腹パイプ１５５の蛇腹構造が伸張し、蛇腹パイプ１５５及び管体１５１で構成している球体１５３を収容する領域を確保することができる。
なお、蛇腹パイプ１５５の上部開口部を吊環部１４１の下面に直接固定する場合には蛇腹構造は伸張方向に付勢されていなくても吊環部１４１の移動に伴い蛇腹構造が伸張、圧縮し、更に、蛇腹パイプ１５５及び管体１５１内の球体１５３を吊環部１４１の下面で直接押圧するので、押圧部材１５７を省略することもできる。

基台１３５はバルブ収容部３２の操作軸支持部３８及びバルブ収容部３２本体の一部の外径より大径の開口部１３６を有する円盤状の構造であり、吊環部１４１と同様にバルブハンドル３６を取り外した状態でバルブ収容部３２上に配置し、図示を省略した固定手段によりバルブ収容部３２上に固定される。また、図１１に示したように円板状の基台１３５をその直径方向に沿って２分割して２つの基台部材１３５ａと１３５ｂから構成すれば、バルブ操作用ハンドル３６を取り外すことなく基台部材１３５ａと１３５ｂとをその開口部１３６がバルブ収容部３２の一部の外周面に接するような状態でバルブ収容部にネジ止め、或いは溶接等で固定することもできる。
なお、基台１３５は、バルブ収容部以外の箇所に固定してもよく、周辺に手ごろな固定対象物があればそれを利用してもよい。例えば、前述したバルブ開閉装置１とバルブ開閉表示装置１４０とを統合して使用する場合には、基台１３５をバルブ開閉装置１の補強板部材７に固定しても良いし、補強板部材７を基台１３５の代わりに利用しても良い。補強板部材７を基台１３５の代わりに利用する場合には補強板部材７は弾性を有する材質のものではなく剛性を有する材質のものを利用するのが好ましい。球体１５３、状態表示部６０は図４乃至図７に示したバルブ選択表示機構５０に用いた状態表示部５９と同様の構成であり、その説明を省略する。

図１２は本発明に係るバルブ開閉装置１、バルブ選択表示機構５０、バルブ開閉表示装置１４０を用いたバルブ遠隔制御システムを説明する概念図である。プラント内の既設のバルブ装置３０に前述したバルブ開閉装置１、バルブ選択表示機構５０、バルブ開閉表示装置１４０を取り付け、バルブ開閉装置１のシリンダ切替部９２に制御用空気配管１２１、１２３（以下、制御用空気配管１２１を「”開”制御用空気配管１２１」、制御用空気配管１２３を「”閉”制御用空気配管１２３」と称すことがある）及びバルブ駆動用空気配管１２５を取り付ける。またバルブ選択表示機構５０のプラグ６１ａ、６３ａに制御用空気配管１２１、１２３から分岐した配管６１及び６３をそれぞれ取り付ける。駆動用空気配管１２５の経路には他のバルブへの分岐路１２５ｂ、１２５ｃや、圧力を一定に保持するための空気タンク１３０が設けられている。

作業員の安全が確保できる箇所に設置した空気ボンベ室１７３等には制御用空気配管１２１、１２３及び駆動用空気配管１２５に圧縮空気を供給するための圧縮空気ボンベ或いは空気圧縮機１７５と、制御用空気配管１２１、１２３及び駆動用空気配管１２５に設けられたバルブ１７７、１７９、１８１と、これら各バルブを制御するための制御盤１８３が設けられ、制御盤１８３の制御空気用スイッチ或いはレバー１８３ａを操作することでバルブ１７７、１７９の開閉が制御され、駆動用空気用スイッチ或いはレバー１８３ｃを操作することでバルブ１８１の開閉が制御される。なお、制御空気用スイッチ或いはレバー１８３ｂはバルブ装置３０以外のバルブの制御空気用バルブ（図示せず）を操作するためのものである。
更に、バルブ選択表示機構５０及びバルブ開閉表示装置１４０の状態表示部５９、１０５を監視できる位置にカメラ１８５が設けられ、該カメラ１８５の撮像データは空気ボンベ室１７３等で作業する作業員の携帯端末１８７に転送される。

このように構成したバルブ遠隔制御システムにおいて、バルブ装置３０の『開』操作を空気ボンベ室１７３から遠隔制御する手順について以下説明する。
まず、制御盤１８３のバルブ“開”選択スイッチＳＷ１ａを操作するか、あるいは電源喪失等で制御盤１８３が機能しない場合には空気ボンベ１７５の制御空気用バルブであるバルブ１７７を直接操作することでバルブ１７７を開き、圧縮空気ボンベ１７５から”開”制御用空気配管１２１及び該”開”制御用空気配管１２１から分岐した配管６１に圧縮空気が供給され、これによりバルブ装置３０に取り付けられたバルブ選択表示機構５０が作動する。バルブ選択表示機構５０に圧縮空気が供給されることによりバルブ選択表示機構５０の押圧ピストン５５が押圧され一連の球体５３を介して状態表示部５９が作動し、その状態をカメラ１８５で撮影することで操作対象のバルブ装置であることを確認できる。また”開”制御用空気配管１２１から圧縮空気が供給されることで、シリンダ切替部９２の弁体９５が押圧され、シリンダ切替部９２において駆動用空気配管１２５と駆動用空気出力配管１２７とが連通した状態となる。

次に、制御盤１８３の駆動空気用バルブ駆動スイッチＳＷ２を操作するか、あるいは電源喪失等で制御盤１８３が機能しない場合には空気ボンベ１７５の駆動空気用バルブであるバルブ１８１を直接操作することで、圧縮空気ボンベ１７５から駆動用空気配管１２５に圧縮空気を供給すると、シリンダ切替部９２のチャンバー９２ｆ、シリンダ部９７を介して駆動用空気出力配管１２７に圧縮空気が供給される。それによりアクチュエータ９に圧縮空気が供給され、ピストンロッド９ａが作動し、バルブハンドル３６を回転させる。
バルブ装置３０のバルブハンドル３６及びバルブ操作軸３４が回転すると、バルブ操作軸３４は操作軸支持部３８から突出し、バルブ開閉表示装置１４０は図１０（ｂ）に示すように状態表示部５９が管体１５１内に収容される。その状態変化をカメラ１８５で撮像し、撮像データを作業員の携帯端末１８７で確認することで、バルブ装置３０の『開』状態を把握することができる。バルブ装置３０の開閉動作が完了した後、制御用及び駆動用の圧縮空気の供給を停止することで、バルブ選択表示機構５０の押圧ピストン５５が初期位置に戻り、状態表示部５９の表示、すなわち、翼部材７３或いは表示部材９１は管体５１内に格納される。

バルブ装置３０の『閉』操作も同様であり、まず、制御盤１８３のバルブ“閉”選択スイッチＳＷ１ｂを操作するか、あるいは電源喪失等で制御盤１８３が機能しない場合には空気ボンベ１７５の制御空気用バルブであるバルブ１７９を直接操作することでバルブ選択表示機構５０に”閉”制御用空気配管１２３を介して圧縮空気を供給し、バルブ選択表示機構５０の状態表示部５９を作動させる。バルブ選択表示機構５０の状態表示部５９をカメラ１８５で撮像した画像データで確認することで所望のバルブ装置であるか否かを判断する。その後、バルブ選択表示機構５０が動作しているバルブ装置が所望のものであることを確認した後、制御盤１８３の制御空気用スイッチ或いはレバー１８３ｃを作動させてバルブ１８１を開き、圧縮空気ボンベ１７５から駆動用空気配管１２５に圧縮空気を供給する。それにより、シリンダ切替部９２のチャンバー９２ｆ、シリンダ部９７を介して駆動用空気出力配管１２７に圧縮空気が供給され、アクチュエータ９のピストンロッド９ａが作動し、バルブハンドル３６が回転する。

バルブ装置３０のバルブハンドル３６及びバルブ操作軸３４が回転すると、バルブ操作軸３４は操作軸支持部３８に没入し、バルブ開閉表示装置１４０は図１０（ａ）に示すように状態表示部５９が管体１５１内から展開した状態となる。その状態変化をカメラ１８５で撮像し、撮像データを作業員の携帯端末１８７で確認することで、バルブ装置３０の『閉』状態を把握することができる。バルブ装置３０の開閉動作が完了した後、制御用及び駆動用の圧縮空気の供給を停止すると、バルブ選択表示機構５０の押圧ピストン５５が初期位置に戻り、状態表示部５９の表示、すなわち、翼部材７３或いは表示部材９１は管体５１内に格納される。
なお、カメラ１８５は静止画或いは動画のいずれを撮像するものであってもよい。またカメラ１８５を複数台利用し、ステレオ画像とすることで、カメラ１８５から得た画像をステレオマッチングし、両方の画像データの相関が得られた箇所の視差を用いることで監視対象であるバルブ（状態表示装置）までの距離を把握することが可能となる。従って、複数のカメラ１８５を用いてステレオ画像処理を行うと、発電所等のように多数のバルブが配管上に配置されている場合であっても、個々のバルブの位置を正確に特定することでき、誤認識なくバルブの開閉状態を把握することが可能である。

また、第一の状態表示機構である状態表示部５９と、第二の状態表示機構である状態表示部６０とが同じ構成である場合、作業員は誤認する可能性が生じるので、一方の状態表示部と他方の状態表示部とが誤認されにくい外観、形状のものを用いることが好ましい。例えば、第一の状態表示機構である状態表示部として図４乃至図６に示したものを用い、第二の状態表示機構である状態表示部として図７に示したものを用いることで、両者を明確に区別することができる。
更に、第一及び第二の状態表示機構の状態表示部５９，６０を共に図７に示した構成とし、表示部材９１の素材、色（配色）、模様（凹凸等）、光の反射率等を異ならせることで、いずれの状態表示部が表示状態となっているのか外観上識別しやすくしてもよい。

上記実施の形態においては、バルブ開閉表示装置１４０の球体移動機構として、蛇腹パイプのものを用いて説明を行ったが、これに限定されず、可動部材１６５と管体１５１を載置している部材（図１０の例では基台１３５）との間の距離の変動により、球体１５３を収容する容積が変化する構造のものを用いることができる。このような構造のものとしては、可動部材１６５に連結した押圧部材が管体１５１側面に設けたスリットを介して管体１５１内の球体１５３を直接押圧する構造のものや、直径の異なる管体を用い、小口径の管体の外径より大きい内径を有する大口径の管体内に前記小口径の管体を挿入し、何れか一方の管体を可動部材１６５と管体１５１を載置している部材との間の距離の変動により摺動させ、球体１５３を収容する容積が変化する構造のものを用いても良い。
本発明は発電所、工場などの設備に配管される流体搬送用の管体に設けられるバルブ開閉装置や貯留タンクのバルブ開閉装置に適用されるが、適用対象はこれに限らず、たとえばガスボンベの開閉装置にも適用することができる。

また、本発明によれば、事故等に起因して発電所や工場が破壊されたことにより作業員が事故現場に長時間滞在することができない環境下において、バルブにより配管内の流体を制御する必要が生じた場合、できるだけ短時間で、配管に設けたバルブに対して後付けによってバルブの開閉装置、バルブ選択表示機構、バルブ開閉表示装置を取り付けることにより、バルブの開閉状態を表示し、遠隔により確認することが可能となる。更にバルブ開閉装置やバルブ選択表示機構の動力は圧縮空気を用いるので、電源が喪失した状態であっても圧縮空気や圧縮された窒素ガス等の圧縮気体ボンベを利用して各装置を機能させることができる。
本発明のバルブの開閉表示装置は装置構成がシンプルであり、配管に対して取付けが容易であるため、短時間で設置が可能となり、作業員の安全性を高めることができる。

＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
本発明にかかるバルブ開閉装置１は、流体の通路を開閉するバルブを操作するバルブ操作軸３４と一体化されたバルブ操作部３６に取り付けられ、該バルブ操作部に対して着脱自在に取り付けられるアダプタ駆動部１５と、該アダプタ駆動部を回転駆動させる駆動力伝達機構１３、１１と、該駆動力伝達機構に駆動力を供給する駆動用アクチュエータ９と、を備えたことを特徴とする。
本発明のバルブの開閉表示装置は、装置構成がシンプルであり、配管に対して取付けが容易であるため、短時間で設置が可能となり、作業員の安全性を高めることができる。
また、本発明のバルブ開閉装置では、駆動力伝達機構は、駆動用アクチュエータ９により進退駆動されるラックギア１１と、該ラックギアと噛合するピニオン歯車１３とを有し、該ピニオン歯車がアダプタ駆動部の歯車と噛み合い、駆動用アクチュエータによる駆動力をアダプタ駆動部１５に伝達することを特徴とする。
駆動力伝達機構を、必要最小限のギア数からなり、且つシンプルな構成としたので、短時間での設置が可能となり、長期間に亘って信頼性の高いバルブ開閉を実現できる。

また、本発明のバルブ選択表示機構は、第一の管体５１と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体５３と、第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構５９と、第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構５５とを備えたことを特徴とする。
バルブ選択表示機構を部品点数の少ないシンプルな構成としたので、最小限の組み付け手数による設置が可能であり、また故障が少ないため、長期間の運用を期待できる。
また、本発明のバルブ選択表示機構は、第一の表示機構５９は、第一の管体５１の一端に設けられ、球体により押圧されるピストン部材５５と、該ピストン部材の移動により第一の管体の外部に露出する状態表示部とを有することを特徴とする。
バルブ選択表示機構を部品点数の少ないシンプルな構成としたので、最小限の組み付け手数による設置が可能であり、また故障が少ないため、長期間の運用を期待できる。

本発明のバルブ遠隔制御システムは、バルブ開閉装置１と、第一の管体５１と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体５３と、第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構５９と、第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構とを備えたバルブ選択表示機構５０と、基台３と、バルブ操作軸に配置される可動部１４１と、基台外面に配置される第二の管体と、第二の管体内に一列に収容された複数の球体１５３と、第二の管体内を各球体が移動することにより表示動作する第二の表示機構６０と、バルブ操作軸の突出入により可動部が移動することで各球体を移動させる球体移動機構とを備えたバルブ開閉表示装置と、を備えたことを特徴とする。
これによれば、事故等に起因して発電所や工場が破壊されたことにより作業員が事故現場に長時間滞在することができない環境下において、バルブにより配管内の流体を制御する必要が生じた場合、できるだけ短時間で、配管に設けたバルブに対して後付けによってバルブの開閉装置、バルブ選択表示機構、バルブ開閉表示装置を取り付けることにより、バルブの開閉状態を表示し、遠隔により確認することが可能となる。更にバルブ開閉装置やバルブ選択表示機構の動力は圧縮空気を用いるので、電源が喪失した状態であっても圧縮空気や圧縮された窒素ガス等の圧縮気体ボンベを利用して各装置を機能させることができる。

本発明に係るバルブ遠隔制御システムでは、駆動力伝達機構は、駆動用アクチュエータの出力軸に接続するラックギアと、該ラックギアと噛合するピニオン歯車とを有し、該ピニオン歯車が接続用アダプタと同軸上に設けられたアダプタ駆動部の歯車と噛み合い、駆動用アクチュエータの出力軸による作動力をアダプタ駆動部に伝達したことを特徴とする。
本発明に係るバルブ遠隔制御システムでは、第一の表示機構５９は、第一の管体５１の一端に設けられ、球体により押圧されるピストン部材と、該ピストンの移動により第一の管体の外部に露出する状態表示部とを有することを特徴とする。

実施形態では、状態表示部５９を作動させることにより、２系統の配管６１及び６３の両方、或いは何れか一方から圧縮空気が供給されたことを表示したり、供給されていないことを表示する。
表示機構を部品点数の少ないシンプルな構成としたので、最小限の組み付け手数による設置が可能であり、また故障が少ないため、長期間の運用を期待できる。

１…バルブ開閉装置、３…基台、５…駆動機構載置台、５ａ…孔、５ｂ…軸穴、６…支柱、７…補助板部材、７ａ…孔、７ｂ…穴部、８…ナット、９…駆動用アクチュエータ、９ａ…ピストンロッド、９ｂ…空気供給口、９ｃ…空気供給口、１１…ラックギア（駆動力伝達機構）、１１ａ…歯部、１３…ピニオン歯車（駆動力伝達機構）、１５…歯車（アダプタ駆動部）、１７…接続用アダプタ（駆動力伝達アダプタ）、１７ａ…爪部、１９…軸受、３０…バルブ装置、３２…バルブ収容部、３４…バルブ操作軸、３６…バルブハンドル（バルブ操作部）、３８…操作軸支持部、５０…バルブ選択表示機構、５１…管体、５２…スリット、５３…球体、５５…押圧ピストン（球体押圧機構）、５５…球体押圧機構、５７…バネ材、５９…第一の表示機構（状態表示部）、６０…第二の表示機構（状態表示部）、６１…配管、６１ａ…プラグ、７１…管固定軸、７３…翼部材、７５…連結部材、７７…連結軸、７９…ピストン部材、８１…ピストン固定軸、８５…状態表示部、８７…ピストン部材、８９…骨部材、９１…表示部材、９２…シリンダ切替部、９２ａ…供給口、９２ｂ…供給口、９２ｃ…供給口、９２ｄ…出力口、９２ｆ…チャンバー、９３…スプリング材、９４…スプリング材、９５…弁体、９７…シリンダ部、１２１…制御用空気配管、１２３…制御用空気配管、１２５…バルブ駆動用空気配管、１２５ｂ…分岐路、１２７…駆動用空気出力配管、１２９…駆動用空気出力配管、１３０…空気タンク、１３５…基台、１３５ａ…基台部材、１３６…開口部、１４０…バルブ開閉表示装置、１４１…吊環部（可動部）、１５１…管体、１５３…球体、１５５…蛇腹パイプ（球体移動機構）、１５７…押圧部材、１６１…螺子、１６３…固定部材、１６５…可動部材、１６７…ベアリング部、１７３…空気ボンベ室、１７５…圧縮空気ボンベ（空気圧縮機）、１７７…バルブ、１７９…バルブ、１８１…バルブ、１８３…制御盤、１８３ａ…レバー、１８３ｂ…レバー、１８３ｃ…レバー、１８５…カメラ、１８７…携帯端末、９２ｅ、９２ｄ…出力口

Claims (3)

1. 流体の通路を開閉するバルブを操作するバルブ操作軸と一体化されたバルブ操作部に取り付けられ、該バルブ操作部に対して着脱自在に取り付けられるアダプタ駆動部と、該アダプタ駆動部を回転駆動させる駆動力伝達機構と、該駆動力伝達機構に駆動力を供給する駆動用アクチュエータと、を備えたバルブ開閉装置と、
   第一の管体と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を前記各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構と、前記第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構とを備えたバルブ選択表示機構と、
   基台と、前記バルブ操作軸に配置される可動部と、前記基台外面に配置される第二の管体と、前記第二の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第二の管体内を前記各球体が移動することにより表示動作する第二の表示機構と、前記バルブ操作軸の突出入により前記可動部が移動することで前記各球体を移動させる球体移動機構と、を備えたバルブ開閉表示装置と、
   を備えたことを特徴とするバルブ遠隔制御システム。
2. 前記駆動力伝達機構が、前記駆動用アクチュエータにより進退駆動されるラックギアと、該ラックギアと噛合するピニオン歯車とを有し、該ピニオン歯車が前記アダプタ駆動部の歯車と噛み合い、前記駆動用アクチュエータによる駆動力を前記アダプタ駆動部に伝達するバルブ開閉装置と、
   第一の管体と、該第一の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第一の管体の一端に設けられ、該第一の管体内を前記各球体が移動することにより開閉動作する第一の表示機構と、前記第一の管体の他端に設けられ、空気圧により駆動される球体押圧機構とを備えたバルブ選択表示機構と、
   基台と、前記バルブ操作軸に配置される可動部と、前記基台外面に配置される第二の管体と、前記第二の管体内に一列に収容された複数の球体と、前記第二の管体内を前記各球体が移動することにより表示動作する第二の表示機構と、前記バルブ操作軸の突出入により前記可動部が移動することで前記各球体を移動させる球体移動機構と、を備えたバルブ開閉表示装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバルブ遠隔制御システム。
3. 前記第一の表示機構は、前記第一の管体の一端に設けられ、前記球体により押圧されるピストンと、該ピストンの移動により前記第一の管体の外部に露出する状態表示部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ遠隔制御システム。

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