JP6144556B2 - 気密型自然災害観測機器 - Google Patents

Description

本発明は、気密型自然災害観測機器に係り、特に、地下に埋め込む防水型の地震計や水位計、潮位計等に用いるのに好適な、水素爆発を防止することが可能な気密型自然災害観測機器に関する。

先の平成２３年東北地方太平洋沖地震（東日本大震災とも称する）において、各所に配設した地震計のケースが津波等により水没し、内部のデータが失われてしまうという問題が生じた。そこで、防水仕様として気密性を確保するためにケースを気密構造とし、停電時の電源を確保するために、内部に充放電可能な蓄電池（バッテリとも称する）を封入することにより、ケースが水没し、外部電源を喪失しても内部のデータが守られるようにすることが必要になっている。

しかしながら、長期間メンテナンスされず、蓄電池に過充電や過放電が加えられた際、蓄電池から水素が発生してケース内に充満し、ケース内部にある酸素と反応し、静電気等の影響により、最悪の場合、水素爆発の可能性がある。

一方、強震計と呼ばれる強震時に構造物地盤の地震応答記録を得ることを目的とした地震計に関しては、特許文献１に、雰囲気温度に対応して自動的にオン・オフ作動する温度スイッチを充電回路に設けて、高温時における充電を完全に遮断し、鉛蓄電池の破壊を防止することが記載されている。

又、特許文献２には、強震計に、ＧＰＳ信号を示してＮＨＫの時報信号と同一の校正信号を形成する装置を設け、この装置で形成された校正信号を用いて、ＮＨＫ電波の受信不可能地域の強震計の内部時計の校正を可能とすることが記載されている。

特開平１０−１４５９８０号公報 特開平１０−１４８６７８号公報

しかしながら、密閉ケース内に充電池から発生する水素による爆発の危険性を回避することはできなかった。

又、従来の地震計等の記録装置は、地震発生等をトリガとして記録を行なっており、通常はメモリカード等の記憶媒体への書き込みを行なっていないため、決まった手順を踏まずに無手順で電源オフ操作しても、記憶媒体に記録された情報が消える心配は無い。

しかし、最近開発された、図１に例示するような常時記録を行なっている地震計は、常にメモリカード等への記憶媒体への書き込みを行なっているため、記録を停止する手順を踏んだ上で、電源をオフにする操作が必要になるという問題を有していた。

図１において、１０は外部電源、２０は地震計、２２は電源スイッチ、２４はバックアップ用のバッテリ、２６は、内部用電源及び検出器用電源を生成すると共に、バッテリ２４の充放電を管理するための電源管理部、３０は、地震動を検出するための、例えば地震計２０に内蔵された加速度計や振動センサ等の検出器、３２は、該検出器３０の出力をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換部、３４は、フィルタ処理、加速度演算、震度演算、起動レベル判断等を行なう演算・処理部、３６は、メモリカード等への書き込みを行なう記録部である。

このような常時記録を行なう地震計２０において、電源をオフする際には、まず、演算・処理部３４から記録部３６へ、メモリカードへの書き込みを停止する信号を送り、次いで、メモリカードへの書き込みの停止を確認後、電源スイッチ２２をオフとする必要があった。

本発明は、前記従来の問題を解消するべくなされたもので、水素爆発の危険性を回避して、信頼性を向上することを第１の課題とする。

本発明は、又、電源を切る際の記憶媒体に記憶された情報の破損を防いで、決まった手順を踏まずに電源スイッチをオフにするだけでよく、使い勝手と信頼性を向上することを第２の課題とする。

本発明は、外部電源の停電時に電源を供給するための充放電可能な蓄電池が、密閉ケース内部に備えられた気密型自然災害観測機器において、前記密閉ケース内部に、水素爆発防止用の水素吸蔵合金又は水素酸化還元を促す合金を、蓄電池とは別に収容することにより、前記第１の課題を解決したものである。

ここで、前記密閉ケースに、内部の気体を不活性ガスに置換するための気体置換用バルブを設けることができる。

又、前記密閉ケース内に、外部電源及び蓄電池からの電源が断たれた場合のバックアップ用キャパシタを設けることにより、前記第１及び第２の課題を共に解決したものである。

本発明は、又、密閉ケース内に、外部電源からの電源が断たれた場合のバックアップ用キャパシタを設けることにより、前記第２の課題を解決したものである。

ここで、前記バックアップ用キャパシタを、電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ又はウルトラキャパシタとも称する）とすることができる。

本発明によれば、長期間メンテナンスされず、バッテリに過充電や過放電が加えられた際に、バッテリから水素が密閉ケース内部に発生しても、水素吸蔵合金に吸蔵され、若しくは、水素酸化還元を促す合金により水に変換されるので、水素爆発の危険性を回避することができる。更に、密閉ケースの開封時に、火花や静電気が発生しないよう、密閉ケースをアースしたり、あるいは、中に発生している可能性のある水素ガスを不活性ガスに置換する等の水素爆発回避処理が不要となり、使い勝手が向上する。

特に、密閉ケースに気体置換用のバルブを設け、ケース密閉後に内部にある空気（酸素）を抜き、不活性ガスに入れ替えられるようにした場合には、内部に水素が発生しても爆発する危険性を減らすことができる。

更に、密閉ケース内に、外部電源やバッテリからの電源が断たれた場合のバックアップ用キャパシタを設けた場合には、外部電源やバッテリからの電源が断たれた場合も、電源断の検出及び記録停止に必要な時間、記録部３６等の地震計２０内部の各部を動作継続させるための電源バックアップを行なうことにより、電源を切る際に、決まった手順（例えば、メモリーへの書き込みに関するものについていえば、（１）演算・処理部３４から記録部３６のメモリーへの書き込みを停止させる、（２）メモリーへの書き込みの停止を確認後、電源をオフする、等）を踏まずに無手順で電源スイッチをオフすることが可能となる。即ち、前記の例では、電源が遮断された時と同様にスイッチ・オフの操作をした際に、例えば電気二重層コンデンサ等のバックアップ用キャパシタで演算・処理部３４と記録部３６の電源をバックアップして電源が断たれたことを検知し、記録書き込みを停止する時間分バックアップすれば、上記の決まった手順は不要となる。従って、機器への慣れ不慣れに関係なく簡単に操作でき、使い勝手が向上する。更に、メモリカードに記憶された情報や収録波形データを破損する可能性が低減されるため、信頼性が向上する。又、バックアップ用バッテリの劣化により電源バックアップが不可能な場合でも、メモリカードへの情報の記録や収録波形データの保存が可能になる。

常時記録可能な地震計の一例の回路構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）扉を開いた状態を示す内部の正面図 本発明の第２実施形態の側面図 本発明の第３実施形態の回路構成を示すブロック図

以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という）につき、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組合せても良いし、適宜選択して用いても良い。

本発明の第１実施形態は、図２（Ａ）（正面図）、図２（Ｂ）（側面図）、図２（Ｃ）（扉を開いた状態を示す内部の正面図）に示す如く、外部電源１０の停電時に電源を供給するための充放電可能なバッテリ２４が、ケース本体２０Ａ、扉２０Ｂ、及び、その間のパッキン２０Ｃを有する密閉ケース内に備えられた気密型の地震計２０において、前記密閉ケース内部に、水素吸蔵合金ユニット４０を配設収容したものである。図において、２０Ｄはヒンジ、２０Ｅは防水窓、２０Ｆは防水コネクタである。

前記水素吸蔵合金ユニット４０に収容する水素吸蔵合金としては、例えば、水素自動車の燃料タンク用のものを用いることができる。

本実施形態によれば、バッテリ２４に過充電や過放電が加わって水素が発生しても、水素吸蔵合金ユニット４０の水素吸蔵合金に吸収されるため、ケース内に水素が充満することがない。従って、爆発する危険性を回避することができる。更に、メンテナンス等において蓋を開けた際にも、爆発を防止することができる。

なお、前記水素吸蔵合金ユニット４０に代えて、例えば、チタン、マンガン、コバルト、アルミニウム、バナジウム、マグネシウム等の水素酸化還元を促す合金を収容したユニットを設けることもできる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、図３に示す如く、第１実施形態と同様のケース本体２０Ａの側面に一対の気体置換用バルブ５０Ａ、５０Ｂを設けたものである。

本実施形態においては、ケース本体２０Ａと扉２０Ｂをパッキン２０Ｃを挟み込んで連結した後、前記気体置換用バルブの一方、例えば５０Ａに真空ポンプを接続して、中の空気（酸素）を抜きながら、他方の気体置換用バルブ５０Ｂから例えば窒素やアルゴン等の不活性ガスを導入して、中の空気（酸素）を不活性ガスに置換することができる。

本実施形態によれば、ケースの内部に水素が発生しても、酸素が不活性ガスに置換されているので、爆発する危険性を回避することができる。

本実施形態においては、気体置換用バルブを２個設けているので、中の空気を抜きながら不活性ガスを導入することが可能であるが、気体置換用バルブを１個として、まず真空ポンプを接続して空気を抜いた後、同じ気体置換用バルブに不活性ガスのボンベを接続してケース内部を不活性ガスに置換することも可能である。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態は、図１に示したものと同様の常時記録可能な地震計において、図４に示す如く、電源管理部２６に蓄電可能なキャパシタ、例えば電気二重層コンデンサ６０を接続して、該電気二重層コンデンサ６０により、外部電源１０及びバッテリ２４からの電源を断たれた場合の電源断の検出及び記録停止に必要な時間、記録部３６等の地震計２０内部の各部を動作継続させるための電源バックアップを行なうようにしたものである。

前記電気二重層コンデンサ６０は、バッテリ２４のように電極での化学反応によって電気エネルギを蓄えるのではなく、イオン分子が電荷を蓄えるため、充放電の劣化が少なく、充放電時に水素を発生することもない。

本実施形態によれば、電源を切る際、例えば、メモリーへの書き込みに関するものについていえば、（１）演算・処理部３４から記録部３６のメモリーへの書き込みを停止させる、（２）メモリーへの書き込みの停止を確認後、電源をオフする、等の決まった手順を踏まずに、電源スイッチ２２をオフとするだけで、無手順での電源オフ操作が可能となる。即ち、電源が遮断された時と同様にスイッチ・オフの操作をした際に、電気二重層コンデンサ６０で演算・処理部３４と記録部３６の電源をバックアップして電源が断たれたことを検知し、記録書き込みを停止する時間分バックアップすれば、上記の決まった手順は不要となる。従って、メモリカードに書き込まれたデータの破損や収録波形データの破損を回避することが可能となる。

又、長時間でのバックアップが不要な場合には、バッテリ２４を省略して、バッテリ２４による水素の発生を防ぐことも可能となる。

更に、バッテリ２４の劣化により電源バックアップが不能な場合でも、メモリカードに記録した内容や収録データの保存が可能となる。即ち、電源が遮断かつバッテリの劣化によりバックアップが不能な状態も、上記の説明同様、電源が遮断された際に、電気二重層コンデンサ６０で演算・処理部３４と記録部３６の電源をバックアップすれば、メモリカードに記録した内容や収録データの保存が可能となる。

なお、前記実施形態は、本発明が、常時記録を行なう地震計に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、地震発生等をトリガとして記録を行なう地震計にも同様に適用できる。

又、前記実施形態においては、いずれも、内蔵検出器が１個用いられていたが、検出器の種類や数はこれに限定されず、地震計２０の外部に検出器を設けたり、地震計２０の内蔵検出器と外部検出器を併用することもできる。検出器の種類も加速度計や振動センサに限定されず、機械式、電気式の様々なセンサを用いることができる。

又、前記実施形態においては、いずれも、本発明が地震計に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、地震計以外の水位計や潮位計等の気密型自然災害観測機器にも同様に適用できる。

１０…外部電源
２０…地震計
２０Ａ…ケース本体
２０Ｂ…扉
２０Ｃ…パッキン
２２…電源スイッチ
２４…バッテリ
２６…電源管理部
３０…検出器
３２…ＡＤ変換部
３４…演算・処理部
３６…記録部
４０…水素吸蔵合金ユニット
５０Ａ、５０Ｂ…気体置換用バルブ
６０…電気二重層コンデンサ（キャパシタ）

Claims (5)

1. 外部電源の停電時に電源を供給するための充放電可能な蓄電池が、密閉ケース内部に備えられた気密型自然災害観測機器において、
   前記密閉ケース内部に、水素爆発防止用の水素吸蔵合金又は水素酸化還元を促す合金が、蓄電池とは別に収容されていることを特徴とする気密型自然災害観測機器。
2. 前記密閉ケースに、内部の気体を不活性ガスに置換するための気体置換用バルブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気密型自然災害観測機器。
3. 前記密閉ケース内に、外部電源及び蓄電池からの電源が断たれた場合のバックアップ用キャパシタが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気密型自然災害観測機器。
4. 密閉ケース内に、外部電源からの電源が断たれた場合のバックアップ用キャパシタが設けられていることを特徴とする気密型自然災害観測機器。
5. 前記バックアップ用キャパシタが、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項３又は４に記載の気密型自然災害観測機器。

Images