JP7129260B2 - 消防用弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル水噴霧設備やスプリンクラー設備等の複数の弁装置が協働して放水する消防用弁装置に関する。

従来、トンネル水噴霧設備の自動弁装置、スプリンクラー設備の減圧機能付き流水検知装置、トンネル消火栓装置の自動調圧弁や定流量弁等の消防用弁装置や消防設備は、火災発生時に１又は複数の弁装置が起動、開放して消火用水を放水する機能を有している。

特開２００８－１０４６７８号公報 特開２０１２－０５８８０７号公報

しかしながら、このような従来の消防用弁装置及び消防設備は、火災発生時と点検時に動作するのみで、通常監視時は長期間休止状態にある。このため定期点検を実施しているものの、現状の消防用弁装置及び消防設備においては空白時間が長く、正常状態にあることを確認できているわけではなく、いざ消火活動を行うに当たって、その機能が十分に発揮できるかは、厳密には分からないという問題がある。

例えば、プラントのプロセスバルブ等においては、常にバルブは作動しているため、故障はいち早く生産ラインの異常として判別できるが、消防用弁装置や消防設備は、常に作動するような使われ方がなされないため、点検時か最悪の場合には火災時に機器を使用する時に初めて異常が分かるということになりかねない問題が潜在している。

本発明は、休止状態にある通常監視時に異常を監視すると共に点検時や火災時の動作を監視して信頼性を確保可能とする消防用弁装置を提供することを目的とする。

（消防用弁装置）
本発明は、弁体の開閉に使用される可動体を備えた消防用弁装置に於いて、
可動体に設けられ、可動体の変形に応じて発電信号を出力する発電部と、
発電部から出力される発電信号に基づいて弁装置の状態を判定する監視部と、
が設けられたことを特徴とする。

（発電部の圧電構造）
発電部は、可動体の表面に積層された下側電極層、圧電層及び上側電極層を備える。

（発電信号のピーク値監視）
監視部は、可動体の変位により発電部から出力される発電信号のピーク値に基づいて弁の動作量が正常かどうか状態を判定する。

（可動体の破断監視）
監視部は、発電信号の変化から可動体の破断を判定する。
また、監視部は、発電部の下側電極層と上側電極層との間に所定の監視電流を流すために印加される監視電圧を監視し、監視電圧の増加に基づき可動体の破断を判定する。

（可動体の構成）
可動体はスプリング又はダイヤフラムである。

（基本的な効果）
本発明は、弁体の開閉に使用される可動体を備えた消防用弁装置に於いて、可動体に設けられ、可動体の変形に応じて発電信号を出力する発電部と、発電部から出力される発電信号に基づいて弁装置の状態を判定する監視部とが設けられたため、点検時に弁装置が作動すれば発電信号が出力されることで正常に動作したことが確認でき、例えば放水が行われても発電信号が正しく出力されない場合には、弁装置の可動体に異常があることが分かり、修理調整といった適切な対応策をとることができ、万一、火災となった場合に確実に動作して放水を行うことができる。

（発電部の圧電構造による効果）
また、発電部は、可動体の表面に積層された下側電極層、圧電層及び上側電極層を備えるため、可動体の表面上に銀ペーストを塗布して下部電極層を形成し、その表面に圧電性溶剤をスプレーコートした後、熱風乾燥して膜を生成し、次に、膜の表面より所定距離だけ離間したコロナ電極から所定の高電圧を所定時間印加して分極して圧電層を生成し、圧電層の上面に銀ペースを塗布して上部電極層を形成することで、可動体に発電部を簡単且つ容易に設けることができ、発電部を設けても可動体としての機能を損なうことはない。

（発電信号のピーク値監視による効果）
また、監視部は、可動体の変位により発電部から出力される発電信号のピーク値に基づいて弁の動作量が正常かどうか状態を判定するようにしたため、発電信号は可動体が変形した瞬間にピーク値を示し、その後に減衰するようになることから、弁装置が正常に動作したときの発電信号のピーク値を調べ、これに対応した閾値を設定しておくことで、点検時等に弁装置が正常に動作したか否かが確実に分かる。

（可動体の破断監視による効果）
また、監視部は、発電信号の変化から可動体の破断を判定するか、監視部は、発電部の下側電極層と上側電極層との間に所定の監視電流を流すために印加される監視電圧を監視し、監視電圧の増加に基づき可動体の破断を判定するようにしたため、通常監視中に休止状態にある弁装置に組み込まれた可動体は所定の組込み荷重を受けた伸縮状態にあり、可動体に製造組立段階での傷や欠陥があると、休止状態で可動体が破断し、瞬時的に発電信号が出力さることになり、この発電信号の変化から破断を検出して警報することが可能となり、可動体を交換修理するといった適切な対応をとることができる。また、下側電極層と上側電極層との間に所定の監視電圧を印加していると、可動体の破断により下側電極層と上側電極層との間が電気的に切り離されることで監視電圧が増加し、これにより可動体の破断を検出して警報することが可能となり、可動体を交換修理するといった適切な対応をとることができる。

（可動体の構成による効果）
また、可動体はスプリング又はダイヤフラムであり、スプリング又はダイヤフラムに発電部が設けられることで、弁体の動きに伴うスプリング又はダイヤフラムの変形に応じて発電信号が出力され、監視部により発電信号に基づいてスプリング又はダイヤフラムに異常があるかないかを確実に判定することができる。

トンネル水噴霧設備の自動弁装置に設けられた複数の弁装置に組み込まれたスプリングとダイヤフラムの発電部の概略を示したブロック図 図１の自動弁装置の実施形態を示した説明図 図２の本弁の構造を示した説明図 図２の自動弁装置により２段階に制御される放水圧力を示したタイムチャート 本弁のスプリングに設けられた発電部の実施形態を示した説明図 図２の初期放水圧力制御弁の実施形態を閉鎖状態で示した説明図 初期放水圧力制御弁の開放動作を示した説明図 初期放水圧力制御弁のダイヤフラムに設けられた発電部の実施形態を示した説明図 図２の圧力調整弁の実施形態を低圧設定状態で示した説明図 図２の圧力調整弁を規定圧設定状態で示した説明図 圧力調整弁のダイヤフラムに設けられた発電部の実施形態を示した説明図

［トンネル水噴霧設備］
図１はトンネル水噴霧設備の自動弁装置に設けられた複数の弁装置に組み込まれたスプリングとダイヤフラムに設けられる発電部の概略を示したブロック図である。

図１に示すトンネル水噴霧設備の自動弁装置１は、トンネル内の監視員通路の壁面に沿って５０メートル間隔で設置されており、自動弁装置１からトンネル壁面に沿って立ち上げられた給水配管２の先に、トンネル長手方向に設置された複数のヘッド３が接続されている。

自動弁装置１には、本弁１０、圧力調整弁１６、初期放水圧力制御弁１５が設けられており、トンネル内での火災発生により図示しないパイロット弁を開制御した場合に主弁１０、圧力調整弁１６及び初期放水圧力制御弁１５が協働し、ヘッド３からの水噴霧を開始すると共に圧力調整弁１６によりヘッド３の放水圧力が所定の低圧設定圧となるように本弁１０を制御し、ヘッド３の放水圧力が上昇して所定の初期放水開始圧力に達した場合に初期放水圧力制御弁１５が開放して圧力調整弁１６の設定圧を所定の規定放水圧に変更し、圧力調整弁１６によりヘッド３の放水圧力が規定設定圧となるように本弁１０を制御し、放水圧力を２段階に変化させる放水制御を行う。

本弁１０のスプリング６０、圧力調整弁１６のスプリング８０とダイヤフラム７４、及び、初期放水圧力制御弁１５のスプリング１１８とダイヤフラム１０４の各々には、発電部２００が設けられている。

スプリング６０，８０，１１８に設けられた発電部２００は、弁体の動きに伴うスプリング６０，８０，１１８の伸縮に応じた圧電作用により発電して発電信号を出力する。

また、ダイヤフラム７４，１０４に設けられた発電部２００は、弁体の動きに伴うダイヤフラム７４，１０４の変形に応じた圧電作用により発電して発電信号を出力する。

自動弁装置１に設けられた発電部２００からの発電信号は監視部２０２に出力される。監視部２０２には監視制御部２０４と送信部２０６が設けられている。監視制御部２０４は、ＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路であり、ＣＰＵによるプログラムの実行で監視制御機能が実現される。また、監視制御部２０４には、発電部２００の圧電作用により得られた電荷を電圧信号に変換するチャージアンプ（電荷増幅器）が設けられている。送信部２０６は有線通信又は無線通信の何れかとする。

監視制御部２０４は、点検時又は火災時に、本弁１０、圧力調整弁１６及び初期放水圧力制御弁１５の弁体が作動した場合にそれぞれ発電部２００から出力される発電信号に基づいて、本弁１０、圧力調整弁１６及び初期放水圧力制御弁１５が正常に動作したか否か及び自動弁装置１として正常な制御パターン(逐次制御)で動作したか否かを判定し、異常を判定した場合は、送信部２０６に指示して防災センターに設置された防災監視盤に異常検出信号を送信して障害表示等を行わせる。

また、監視制御部２０４は、通常監視中の本弁１０、圧力調整弁１６及び初期放水圧力制御弁１５の休止状態で、発電部２００から出力される発電信号によりスプリング６０，８０，１１８の破断や、ダイヤフラム７４，１０４の破損を監視しており、発電信号の変化から破断又は破損を検出すると送信部２０４に指示してスプリング又はダイヤフラムの異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

また、自動弁装置１には風力振動発電部２０８が設けられている。風力振動発電部２０８は、トンネル内に常に吹いている風を利用し、風を風車に当てて発生する振動による圧電作用で発電し、発電電力から直流電力に変換して監視部２０２に対し電源を供給している。このため、自動弁装置１に監視部２０２が設けられても、電源線により外部から電源を供給する必要がなく、設備構成を簡単且つ容易にし、設備コスト及び運用コストを低減可能とする。

［自動弁装置］
（自動弁装置の概要）
図２は図１の自動弁装置の実施形態を示した説明図、図３は図２の本弁の詳細を示した説明図、図４は図２の自動弁装置により２段階に制御される放水圧力を示したタイムチャートである。

図２に示すように、本実施形態の自動弁装置１は、本弁１０、パイロット弁１２、初期放水圧力制御弁１５、圧力調整弁１６で基本的に構成され、更に圧力スイッチ４６、自動排水弁４８及び テスト放水弁５０が設けられている。

本弁１０は弁ボディ２０の一方に流入口２２を持ち、他方に流出口２４を持ち、流 入口２２側にはポンプ設備からの配管が接続され、流出口２４にはトンネル内に設置したヘッドへの配管が接続されている。

図３に示すように、本弁１０は、弁ボディ２０の内部に仕切壁２６を有し、仕切壁２６の弁穴５５に対し主弁３０を配置している。弁穴５５の上部には弁座２８が形成され、弁 座２８に対し主弁３０に設けた弁シール５６を押圧することで閉鎖状態としている。

主弁３０はスリーブ３２ａと一体に備えた主ピストン３２に連結されている。主ピスト ン３２は主シリンダ３４に摺動自在に設けられ、主ピストン３２の下側に開放加圧側シリンダ室３４ａを形成し、上部に閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂを形成している。また主シリンダ３４の内側にはシリンダ筒３８が配置され、シリンダ筒３８に対しても主ピストン３２は摺動自在に挿入されている。

主シリンダ３４の上部にはカバー６２が装着され、カバー６２の中にスプールロッドとして機能するステム４０を装着した駆動軸３６が配置され、駆動軸３６の下端は主弁３０にナット締めにより固定されている。ステム４０は途中に弁体として機能するシール６６を装着しており、このシール６６の近傍のカバー６２内の位置にスプール弁座６４を形成している。

主シリンダ３４に対しては、シリンダポートＣ１、Ｃ２が設けられ、図２に示したように、シリンダポートＣ１に対し配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して１次側の圧力水を導入することで主ピストン３２を上方に移動することができる。このとき上側に位置する閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂには予め水が充填されており、閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂの水はシリンダポートＣ２から排出される。

またステム４０を備えたカバー６２に対しては、第１ポートとしてのポートＳ１と第２ポートしてのポートＳ２が設けられる。このポートＳ１、Ｓ２の間にスプール弁座６４が位置する。

再び図２を参照するに、本弁１０の流入口２２側に開口した１次側には１次圧取出 口４２が設けられ、ここから配管Ｌ１を接続してパイロット弁１２に接続している。パイロット弁１２には手動起動弁１４が並列接続されている。パイロット弁１２の２次側は配管Ｌ２により圧力調整弁１６の入力ポートＰ１に接続される。圧力調整弁１６の出力ポートＰ２は配管Ｌ３を介して本弁１０の開放加圧側シリンダ室３４ａに対するシリンダポートＣ１に接続されている。

また本弁１０の流出口２４に開口した２次側には２次圧取出口４４が設けられ、ここから配管Ｌ８が引き出され、圧力調整弁１６のポートＰ４に接続される。更に配管Ｌ８は圧力調整弁１６の圧力検知ポートＰ３に接続された後、初期放水圧力制御弁１５側に接続される。また２次圧取出口４４側に示すように配管Ｌ８には圧力スイッチ４６が接続され、また排水側との間に自動排水弁４８が接続され、これと並列にテスト放水弁５０が接続されている。

本弁１０の閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂのシリンダポートＣ２は配管Ｌ５に接続さ れ、更に配管Ｌ４を介してステム４０側のポートＳ１に接続される。更にステム４０側のポートＳ２は配管Ｌ６に接続され、この配管Ｌ６は圧力調整弁１６側からの配管Ｌ８に接続される。

ここで本弁１０のステム４０側の配管Ｌ５、配管Ｌ４、ポートＳ１、ステム４０の周囲の流路、ポートＳ２、配管Ｌ６となる経路は主ピストン３２を開放側に駆動した際の閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂからの水の流出を行なう循環経路を構成しており、この循環経路とステム４０及びそのシール６６により自動弁装置１の停止制御機構が構成されている 。

この停止制御機構はパイロット弁１２の動作により１次側圧力水を開放加圧側シリンダ室３４ａに導入して主ピストン３２を駆動して弁座２８を開放した際に、主弁３０の開度を予め示した初期開度に移動して停止させるための機能を有する。即ち、図２の本弁１０を参照すると、主ピストン３２が開放加圧側シリンダ室３４ａに対する１次側圧力水の導入を受けて上方に移動すると、これに伴って駆動軸３６に装着しているステム４０も上昇する。

初期状態においてステム４０側のポートＳ１とポートＳ２は内部の流路を介して連通し ているが、駆動軸３６が上昇してシール６６はスプール弁座６４に当接すると、ポートＳ１、Ｓ２間が遮断され、この結果、図２におけるシリンダポートＣ２からの水の排出が止まり、主ピストン３２が停止し、主弁３０は所定の初期開度を維持することになる。

初期放水圧力制御弁１５は本弁１０を初期開度に開いた状態で２次側に加圧用水 を供給し、ヘッドからの予告放水が行なわれた際の２次側圧力の発生を受けて動作し、配管Ｌ４と配管Ｌ７の間を連通する。このため入力ポートＩ１、出力ポートＩ２、圧力検知ポートＩ３を有し、初期放水圧力制御弁１５は、図２にあっては矢印１５ａを配管Ｌ７側から離すことで弁の閉鎖状態を表している。

本弁１０を初期開度に開放した後に２次側圧力が発生して初期放水圧力制御弁１５が開くと、シリンダポートＣ２からの配管Ｌ５が初期放水圧力制御弁１５を通って配 管Ｌ７に連通し、配管Ｌ７は配管Ｌ８を介して本弁１０の２次側に接続されているため、本弁１０の主ピストン３２の停止が解除されて、開駆動可能な状態となる。

圧力調整弁１６は、本弁１０の開閉制御により、図４のタイムチャートに示すような放水圧力Ｐの制御を行う。

図４の時刻ｔ０でパイロット弁１２を動作すると、本弁１０は初期開度に開放することで２次側に加圧用水が供給され、２次側圧力が配管Ｌ８を介して圧力調整弁１６の圧力検知ポートＰ３に加わる。初期状態にあって圧力調整弁１６は例えば２次側圧力を０．１５ＭＰａとする低圧設定の状態にあり、従って時刻ｔ１より放水圧力Ｐ１を低圧設定に保つように圧力制御を行なう。

また圧力調整弁１６は後の説明で明らかにするように、初期放水圧力制御弁１５の開放によりポートＰ４に加圧水を受けた際にピストンの駆動により設定圧を低圧設定から所定の遅延時間後に規定圧設定に切り替える機能を備えている。

このため時刻ｔ１から 例えば５～１５秒の範囲内で設定した一定時間、例えば１０秒経過する時刻ｔ２で、それまでの低圧設定による圧力設定から規定圧、例えば０．３４ＭＰａの設定による圧力制御に段階的に切り替わる。このような図４の放水圧力の圧力制御によって、時刻ｔ０から時刻ｔ２までが予告放水の圧力制御であり、時刻ｔ２以降が本格放水のための圧力制御となる。

［本弁の発電部］
図５は本弁のスプリングに設けられた発電部の実施形態を示した説明図であり、図５（Ａ）にスプリングを示し、図５（Ｂ）にスプリングの断面を示す。

図５（Ａ）に示すように、本弁１０に組み込まれたスプリング６０はバネ性をもつ金属線をコイル状に巻き回しており、スプリング６０の表面に発電部２００が形成されている。

発電部２００は、図５（Ｂ）に示すように、金属製のスプリング６０の表面に、下側電極層２１０、圧電層２１２及び上側電極層２１４を積層形成し、下側電極層２１０と上側電極層２１４から一対のリード線２１６ａ，２１６ｂを外部に取り出している。

発電部２００は次のようにして作ることができる。スプリング６０の表面上に銀ペーストを塗布して下側電極層２１０を形成し、その表面に圧電性溶剤をスプレーコートした後、１００℃で熱風乾燥して膜を生成する。次に、膜の表面より所定距離だけ離間したコロナ電極から例えば所定の高電圧を所定時間印加して分極し、圧電層２１２を生成する。続いて圧電層２１２の上面に銀ペースを塗布して上側電極層２１４を形成し、下側電極層２１０と上側電極層２１４に導電接着剤を用いてリード線２１６ａ，２１６ｂを接続点２１８ａ，２１８ｂで接着して完成する。

発電部２００は、スプリング６０が伸縮による変形を受けて圧電作用により発電して発電信号を出力し、発電信号はスプリング６０が変形した瞬間にピーク値を示し、その後に減衰するよう変化する。

このため図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は、発電部２００から出力される発電信号のピーク値に基づいて状態を判定する。例えば、本弁１０の２段階の放水圧力の制御を行った際の主弁３０の動きに応じたスプリング６０の変位による発電部２００からの発電信号のピーク値は、製造段階での動作試験等により予め分かっていることから、このピーク値に基づき所定の閾値を監視制御部２０４に予め設定しておく。

これにより監視制御部２０４は、スプリング６０の発電部２００から出力された発電信号のピーク値が所定の閾値以上又は超えた場合に正常と判定し、閾値未満又は以下の場合に異常と判定し、送信部２０６に指示して本弁１０の異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

また、監視制御部２０４は、スプリング６０の発電部２００から出力された発電信号からスプリング６０の破断を判定し、送信部２０６に指示して異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

本弁１０の製造組立の段階で、スプリング６０に傷や欠陥があると、通常監視による主弁１０の休止状態で組立荷重を受けているスプリング６０が折れて破断する場合がある。このときスプリング６０の表面に形成された発電部２００も途中で破断することになるが、破断する直前に発電部２００に衝撃的な応力が加わることで、瞬時的に発電信号が出力され、この発電信号の変化からスプリング６０の破断を検出することができる。

また、発電部２００によりスプリング６０の破断を検出する別の手法として、リード線２１６ａ，２１６ｂの間に監視制御部２０４側から所定の直流電圧を印加し、圧電層２１２の抵抗分に対応した監視電流を流すようにする。この場合、スプリング６０が正常であれば、リード線間に所定の監視電圧が得られているが、スプリング６０が破断すると、発電部２００も途中で破断し、リード線２１６ａ，２１６ｂ間が電気的に切り離されることで監視電圧が増加し、この監視電圧の増加からスプリング６０の破断を検出することができる。

［初期放水圧力制御弁］
図６は図２の初期放水圧力制御弁の実施形態を閉鎖状態で示した説明図であり、図６（Ａ）に断面を示し、図６（Ｂ）に閉鎖状態のシンボルを示す。

図６（Ａ）および図７に示すように、初期放水圧力制御弁１５は、弁ボディ１０１ａの上部にカバー１０２が配置され、下側に弁ボディ１０１ｂが装着されている。弁ボディ１０１ａの上部にはダイヤフラム１０４が設けられ、ダイヤフラム１０４の下側にダイヤフラム室１０６が形成されている。ダイヤフラム１０４は、スプール弁１０８の上部に押え金具１１２とリテーナ１１４で挟んだ状態でナット１１６のボルト部への締付けで固定されている。

スプール弁１０８は上端から下端に連通する連通孔１１０を中心軸方向に形成している。ダイヤフラム１０４を固定したリテーナ１１４の上部にはスプリング１１８が組み込まれる。スプリング１１８の上部はリテーナ１２２に当接しており、リテーナ１２２に対しては設定圧力調整ネジ１２０の先端が当接している。

スプリング１１８は、設定圧力調整ネジ１２０のねじ込み位置で決まるスプリング荷重をスプール弁１０８に加え、これによってスプール弁１０８が開動作を行うための設定圧を決めている。

弁ボディ１０１ａには入力ポートＩ１と出力ポートＩ２が設けられている。出力ポートＩ２は、圧力検知ポートを兼ねている。出力ポートＩ２はダイヤフラム室１０６に連通している。スプール弁１０８のダイヤフラム室１０６に開口したスプール孔の部分には弁座１０９が形成され、ここにスプール弁１０８のシール１１１を当接することで、入力ポートＩ１と出力ポートＩ２の連通を遮断した閉鎖位置となっている。

ダイヤフラム１０４の下側にはフェールセーフダイヤフラム１２４がタンデム配置される。フェールセーフダイヤフラム１２４は、弁ボディ１０１ａと弁ボディ１０１ｂの間に外周部が固定され、中央部に押え金具１２８、１３０をナットにより固定し、押え金具１２８の連通孔１３２にスプール弁１０８の下部を挿入している。

フェールセーフダイヤフラム１２４の上側の空隙は連通孔１２５により外部と連通している。更に、カバー１０２には、小孔１０３が形成され、ダイヤフラム１０４の破損により漏洩した圧力水を小孔１０３から流出させることで、ダイヤフラム１０４の破損を外部から確認できるようにている。

このような構造を持つ図６（Ａ）の初期放水圧力制御弁１５は閉鎖状態にあり、シンボルで表わすと図６（Ｂ）のようになり、ポートＩ１とポートＩ２の連通が断たれている 。

図７は初期放水圧力制御弁の開放動作を示した説明図であり、図７（Ａ）に断面を示し、図７（Ｂ）に開放状態のシンボルを示す。

図７（Ａ）に示す圧力検知ポートを兼ねた出力ポートＩ２には、図２に示したように、 配管Ｌ７、Ｌ８を介して本弁１０の２次側の放水圧力が主弁３０を初期開度に開放した際に加わる。この出力ポートＩ２に加わる２次側圧力はダイヤフラム室１０６に導入され、導入圧がスプリング１１８の押圧荷重で決まる設定圧を超えると、ダイヤフラム１０４が上方に変形し、スプリング１１８に抗してスプール弁１０８を上方にリフトする。

このため、スプール弁１０８のシール１１１が弁座１０９から離れて開動作し、閉鎖加圧側シリンダ３４ｂの水を圧力水として配管Ｌ５、Ｌ４を介し入力ポートＩ１、開放した弁座１０９の隙間部分、ダイヤフラム室１０６を通って、出力ポートＩ２に連通し、入力ポートＩ１から出力ポートＩ２に圧力水が流れる。

この初期放水圧力制御弁１５の開動作の状態は、図７（Ｂ）のシンボルに示すように、ポートＩ１とポートＩ２が２次側圧力Ｐａを受けて連通した状態となる。

次にダイヤフラム１０４が破損した場合のフェールセーフ動作を説明する。ダイヤフラム１０４が破損した状態で出力ポートＩ２に２次側圧力が加わると、２次側圧力はダイヤフラム室１０６を介して破損したダイヤフラム１０４に加わり、ダイヤフラム１０４の破損部分からスプリング１１８を収納したカバー１０２内に流出する。

カバー１０２内に流出した圧力水は、スプール弁１０８の中心軸方向に形成した連通孔１１０を通って下部のフェールセーフダイヤフラム室１２６に流れ込み、フェールセーフダイヤフラム１２４を上方に変形し、押え金具１２８をスプール弁１０８の下側段部を当接し、これによってスプール弁１０８を図５と同じ開動作の状態に押し上げ、入力ポートＩ１と出力ポートＩ２を連通させる。

このため本実施形態の初期放水圧力制御弁１５にあっては、ダイヤフラム１０４が破損した場合、圧力検知ポートを兼用した出力ポートＩ２に２次側圧力が加わると、この圧力水は破損したダイヤフラム１０４から流出した後に下部のフェールセーフダイヤフラム室１２６に流入してフェールセーフダイヤフラム１２４を押圧することとなり、破損したダイヤフラム１０４に代わってフェールセーフダイヤフラム１２４が機能し、出力ポートＩ２からの導入圧がスプリング１１８で決まる設定圧を超えたときに、フェールセーフダイヤフラム１２４の力によりスプール弁１０８が開動作し、正常に初期放水圧力制御弁１５を動作することができる。

［初期放水圧力制御弁の発電部］
（ダイヤフラムの発電部）
図８は初期放水圧力制御弁のダイヤフラムに設けられた発電部の実施形態を示した説明図であり、図８（Ａ）にダイヤフラムの平面を示し、図８（Ｂ）にダイヤフラムの断面を示す。

図８（Ａ）に示すように、初期放水圧力制御弁１５に組み込まれたダイヤフラム１０４はゴム製の円形シート部材であり、中央にスプール通し穴１０４ａが形成され、周囲４箇所にボトル通し穴１０４ｂが形成されている。

発電部２００は、図８（Ｂ）に示すように、ゴム製のダイヤフラム１０４の上側の表面に、下側電極層２１０、圧電層２１２及び上側電極層２１４を積層形成し、下側電極層２１０と上側電極層２１４から一対のリード線２１６ａ，２１６ｂを外部に取り出している。

発電部２００は次のようにして作ることができる。ダイヤフラム１０４の表面上に銀ペーストを塗布して下側電極層２１０を形成し、その表面に圧電性溶剤をスプレーコートした後、ゴムの耐熱温度以下の温度、例えば８０℃で熱風乾燥して膜を生成する。次に、膜の表面より所定距離だけ離間したコロナ電極から例えば所定の高電圧を所定時間印加して分極し、圧電層２１２を生成する。続いて圧電層２１２の上面に銀ペースを塗布して上側電極層２１４を形成し、下側電極層２１０と上側電極層２１４に導電接着剤を用いてリード線２１６ａ，２１６ｂを接続点２１８ａ，２１８ｂで接着して完成する。

発電部２００は、ダイヤフラム１０４が変形したときの圧電作用により発電して発電信号を出力し、発電信号はダイヤフラム１０４が変形した瞬間にピーク値を示し、その後に減衰するよう変化する。

このため図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は、発電部２００から出力される発電信号のピーク値に基づいて状態を判定する。例えば、本弁１０に協働した初期放水圧力制御弁１５のダイヤフラム１０４の変位による発電部２００からの発電信号のピーク値は、製造段階での動作試験等により予め分かっていることから、このピーク値に基づき所定の閾値を監視制御部２０４に予め設定しておく。

これにより監視制御部２０４は、ダイヤフラム１０４の発電部２００から出力された発電信号のピーク値が所定の閾値以上又は超えた場合に正常と判定し、閾値未満又は以下の場合に異常と判定し、送信部２０６に指示して初期放水圧力制御弁１５の異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

また、監視制御部２０４は、ダイヤフラム１０４の発電部２００から出力された発電信号からダイヤフラム１０４の破損を判定し、送信部２０６に指示して異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

初期放水圧力制御弁１５の製造組立の段階で、ダイヤフラム１０４に傷や欠陥があると、通常監視状態で圧力水の力を受けているダイヤフラム１０４が破損する場合がある。このときダイヤフラム１０４の表面に形成された発電部２００も破損することになるが、破損する直前に発電部２００に衝撃的な応力が加わることで、瞬時的に発電信号が出力され、この発電信号の変化からダイヤフラム１０４の破損を検出することができる。

また、発電部２００によりダイヤフラム１０４の破損を検出する別の手法として、リード線２１６ａ，２１６ｂの間に監視制御部２０４側から所定の直流電圧を印加し、圧電層２１２の抵抗分に対応した監視電流を流すようにする。この場合、ダイヤフラム１０４が正常であれば、リード線間に所定の監視電圧が得られているが、ダイヤフラム１０４が破損すると、発電部２００も破損し、リード線２１６ａ，２１６ｂ間に位置する圧電層２１２の抵抗が増加し、このため監視電圧が増加し、この監視電圧の増加からダイヤフラム１０４の破断を検出することができる。

なお、ダイヤフラム１０４が破断しても、フェールセーフダイヤフラム１２４により初期放水制御は維持される。

また、図８（Ａ）では、ダイヤフラム１０４の表面の全面に発電部２００を設けているが、発電部２００を中心から外側に向けて放射状（花びら状）に形成するようにしても良い。

また、フェールセーフダイヤフラム１２４についても、ダイヤフラム１０４と同じ発電部２００を設けても良い。

（スプリングの発電部）
図６（Ａ）に示すように、初期放水圧力制御弁１５には、初期放水制御の設定圧を決めるスプリング１１８が組み込まれており、スプリング１１８の表面には発電部２００が形成されている。

スプリング１１８の表面に形成される発電部２００は、図５に示した本弁１０のスプリング６０の表面に形成された発電部２００と同じであり、図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は初期放水圧力制御弁１５に組み込まれたスプリング１１８の発電部２００から出力された発電信号からスプリング１１８の正常、異常、破断を判定し、異常又は破断を判定した場合は送信部２０６に指示して異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

［圧力調整弁］
図９は図２の圧力調整弁の実施形態を低圧設定状態で示した説明図である。図９に示すように、圧力調整弁１６は下部の圧力調整部７０と上部の圧力設定部７２で構成されている。圧力調整部７０には入力ポートＰ１、圧力検知ポートＰ３、更に出力ポートＰ２が設けられている。

入力ポートＰ１はスプール弁７６に対し連通され、スプール弁７６は中間の鍔状の弁体部に対応してボディ側に弁座７８を形成している。このため入力ポートＰ１から流入した圧力水はスプール弁７６の周囲を通り、出力ポートＰ２に流れる。この入力ポートＰ１から出力ポートＰ２に対する圧力水の流れに対し、圧力検知ポートＰ３に２次側圧力水を導入し、上部の圧力設定部７２によりダイヤフラム弁７４に加わる荷重との差圧に基づいてスプール弁７６を開閉制御し、２次圧力がスプリング８０で決まる設定圧となるように本弁１０に対する出力ポートＰ２の圧力を調整する。

この圧力調整動作は、ダイヤフラム７４に加わる圧力がスプリング８０による設定圧を越えると、ダイヤフラム７４が上方に変形してスプール弁７６をリフトし、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２の間を遮断し、本弁１０の開放加圧側シリンダ室３４ａに対する圧力水の供給を遮断することで、図３に示した本弁１０のスプリング６０の力で主弁３０を閉方向に動作する。

逆に、ダイヤフラム７４に加わる圧力がスプリング８０による設定圧を下回ると、ダイヤフラム７４が下方に変形してスプール弁７６を押下げ、入力ポートＰ１と出力ポートＰ２の間を連通し、図３に示した本弁１０の開放加圧側シリンダ室３４ａに圧力水を供給して主弁３０開方向に動作する。これによって２次側圧力を設定圧に保つように本弁１０が制御される。

図９の初期状態において、スプリング８０はダイヤフラム弁７４の上部と、ガイドスリット８６に対するピン８４の挿入で位置決めされたスライダ８２との間隔で決まるスプリング力により低圧設定の状態にある。

圧力調整弁１６の上部に設けた圧力設定部７２にはシリンダ９０が設けられ、シリンダ９０の中にジスク８８が摺動自在に設けられている。ジスク８８の下側にはフレーム９５を介してプランジャ９４が設けられており、プランジャ９４の先端は下部のスライダ８２にスプリング８５を介して対向配置されている。シリンダ９０のシリンダ室９０ａにはポートＰ４で連通され、ここに２次側圧力水を導入する。

またジスク８８には逆止弁９６が設けられ、初期的にポートＰ４に圧力水を導入した際に上側のシリンダ室９０ａから下側のシリンダ室９０ｂに水を流して充満させるようにしている。これに対し、水が充満した状態でポートＰ４に２次側圧力が加わった際のジスク８８の下降に対し、逆止弁９６は下側から上側への水の流れを阻止する。

シリンダ９０のシリンダ室９０ａ、９０ｂのそれぞれに対してはポートＰ５、Ｐ６が設けられ、この間を配管Ｌ９で接続し、配管Ｌ９の途中には流量を調整自在なニードル１８が設けられている。

このためポートＰ４に２次側圧力水を導入した際のジスク８８の移動速度はシリンダ室９０ｂからシリンダ室９０ａに水を流すニードル１８の設定流量により決まり、これによってジスク８８が初期位置から先端のプランジャ９４がスライダ８２に挿接してスプリング８０を押圧することで低圧設定から規定圧設定に切り替えるまでの遅延時間が決まる。

図１０は図２の圧力調整弁を規定圧設定状態で示した説明図である。本弁１０の初期開度により２次側に発生した圧力ポートＰ４に加わると、図１０の圧力調整部７０に設けているジスク８８がニードル１８の流量で決まる速度で下降を開始する。

ジスク８８は所定の遅延時間後に図１０に示すようにプランジャ９４をスプリング８０の上部を支持しているスライダ８２を押圧する位置に移動し、このジスク８８によりスライダ８２を押しこみ、スプリング８０を圧縮して低圧設定から規定圧設定に切り替える。具体的にはジスク８８がストッパー９２の下端に当接する位置にジスク８８がストロークすると、その時点で所定の規定圧設定に切り替わる。

このように圧力調整弁１６が低圧設定から規定圧設定に切り替わると、図３に示した主弁１０に設けられた主ピストン３２の開放加圧側シリンダ室３４ａに対する供給圧力が設定規定圧を維持するように調整され、これによって規定圧設定による本格放水を行なうことになる。

［圧力調整弁の発電部］
（ダイヤフラムの発電部）
図１１は圧力調整弁のダイヤフラムに設けられた発電部の実施形態を示した説明図であり、図１１（Ａ）にダイヤフラムの平面を示し、図１１（Ｂ）にダイヤフラムの断面を示す。

図１１（Ａ）に示すように、圧力調整弁１６に組み込まれたダイヤフラム７４はゴム製のリング状シート部材であり、円形リブとなる外側嵌合部７４ｂと内側嵌合部７４ｃが形成され、その間をダイヤフラム部７４ａとしている。

図１１（Ｂ）に示すように、ダイヤフラム部７４ａには発電部２００が形成されている。発電部２００は、ゴム製のダイヤフラム部７４ａの上側の表面に、下側電極層２１０、圧電層２１２及び上側電極層２１４を積層形成し、下側電極層２１０と上側電極層２１４から一対のリード線２１６ａ，２１６ｂを外部に取り出している。発電部２００は図８に示した初期放水圧力制御弁１５のダイヤフラム１０４の場合と同様にして作られる。

発電部２００は、ダイヤフラム７４が変形したときの圧電作用により発電して発電信号を出力し、発電信号はダイヤフラム１０４が変形した瞬間にピーク値を示し、その後に減衰するよう変化する。

このため図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は、発電部２００から出力される発電信号のピーク値に基づいて状態を判定する。例えば、本弁１０及び初期放水圧力制御弁１５に協働した圧力調整弁１６のダイヤフラム７４の変位による発電部２００からの発電信号のピーク値は、製造段階での動作試験等により予め分かっていることから、このピーク値に基づき所定の閾値を監視制御部２０４に予め設定しておく。

これにより監視制御部２０４は、ダイヤフラム７４の発電部２００から出力された発電信号のピーク値が所定の閾値以上又は超えた場合に正常と判定し、閾値未満又は以下の場合に異常と判定し、送信部２０６に指示して圧力調整弁１６の異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

また、監視制御部２０４は、ダイヤフラム７４の発電部２００から出力された発電信号からダイヤフラム７４の破損を判定し、送信部２０６に指示して異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

圧力調整弁１６の製造組立の段階で、ダイヤフラム７４に傷や欠陥があると、通常監視状態で圧力水の力を受けているダイヤフラム７４が破損する場合がある。このときダイヤフラム７４の表面に形成された発電部２００も破損することになるが、破損する直前に発電部２００に衝撃的な応力が加わることで、瞬時的に発電信号が出力され、この発電信号の変化からダイヤフラム７４の破損を検出することができる。

また、発電部２００によりダイヤフラム７４の破損を検出する別の手法として、リード線２１６ａ，２１６ｂの間に監視制御部２０４側から所定の直流電圧を印加し、圧電層２１２の抵抗分に対応した監視電流を流すようにする。この場合、ダイヤフラム７４が正常であれば、リード線間に所定の監視電圧が得られているが、ダイヤフラム７４が破損すると、発電部２００も破損し、リード線２１６ａ，２１６ｂ間に位置する圧電層２１２の抵抗が増加し、このため監視電圧が増加し、この監視電圧の増加からダイヤフラム７４の破損を検出することができる。

また、図１１（Ａ）では、ダイヤフラム７４の表面の前面に発電部２００を設けているが、発電部２００を中心から外側に向けて放射状（花びら状）に形成するようにしても良い。

（スプリングの発電部）
図９に示すように、圧力調整弁１６には、設定圧を決めるスプリング８０が組み込まれており、スプリング８０の表面には発電部２００が形成されている。

スプリング８０の表面に形成される発電部２００は、図５に示した本弁１０のスプリング６０の表面に形成された発電部２００と同じであり、図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は圧力調整弁１６に組み込まれたスプリング８０の発電部２００から出力された発電信号からスプリング８０の正常、異常、破断を判定し、異常又は破断を判定した場合は送信部２０６に指示して異常検出信号を防災監視盤に送信して障害警報を出力させる。

［自動弁装置の制御と発電信号による監視］
次に図２の実施形態における自動弁装置１の放水制御を説明する。図２の通常監視状態にあっては本弁１０の主弁３０は閉鎖しており、主ピストン３２の上側の閉鎖加圧側シリンダ室３４ｂ、ステム４０の周囲、ポートＳ１、Ｓ２及びシリンダポートＣ２に接続している配管Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、更に配管Ｌ８には加圧された消火用水が充水されている。 このときパイロット弁１２は閉鎖状態にある。また圧力調整弁１６のポートＰ４の加圧ライン に設けた電動弁１００Ａは開状態としている。

このとき図１に示した本弁１０、初期放水圧力制御弁１５及び圧力調整弁１６のスプリング６０，８０，１１８やダイヤフラム７４，１０４に設けられた発電部２００からは発電信号は出力されていない。

トンネル火災の発生により放水を行なう際には、遠隔操作などによりパイロット弁１２を動作して開放させる。パイロット弁１２を開放すると１次圧取出口４２から配管Ｌ１、Ｌ２を介して１次側消火用水が圧力調整弁１６の入力ポートＰ１に供給され、出力ポートＰ２から配管Ｌ３を通って本弁１０の開放加圧側シリンダ室３４ａに供給される。

このため主ピストン３２が上方に移動し、図２に示すように主弁３０が開き始める。このときスプリング６０が圧縮されることで、スプリング６０の発電部２００から発電信号が出力される。この主弁３０の開放に伴い、駆動軸３６も上方に移動するが、スプール弁座６４（図３参照 ）に当接すると流路が遮断され、シリンダポートＣ２からの水の流出ができなくなり、主ピストン３２が停止して主弁３０を所定の初期開度に維持する。

主弁３０が初期開度に開放して１次側から２次側に加圧消火用水が供給されると、ヘッドからの放水に伴い２次側に圧力が発生する。この２次側に発生した圧力は２次圧取出口４４から配管Ｌ８を経由して初期放水圧力制御弁１５に加わり、矢印１５ａで示す閉鎖位置から開放位置に作動する。

これは図７（Ａ）においてダイヤフラム１０４の力によりスプリング１１８に抗してスプール弁１０８が上方に移動し、入力ポートＩ１と出力ポートＩ２が連通した状態である。

このときスプリング１１８が圧縮されることで、スプリング１１８の発電部２００から発電信号が出力され、また、ダイヤフラム１０４も変形することでダイヤフラム１０４の発電部２００から発電信号が出力される。

このためシリンダポートＣ２からの初期放水圧力制御弁１５を通って配管Ｌ８に流れる循環経路が形成され、本弁１０における主ピストン３２の停止状態が解除され、開閉駆動可能な状態となる。

また２次側に発生した圧力は圧力調整弁１６の圧力検知ポートＰ３にも供給され、このとき圧力調整弁１６は図９に示したように低圧設定状態にあり、放水圧力を低圧設定に保つように本弁１０に対する出力ポートＰ２からの供給圧力を遮断し、低圧設定による放水圧力を維持する。

また本弁１０の初期開度により２次側に発生した圧力は、開状態にある電動弁１０ ０Ａを介して圧力調整弁１６のポートＰ４にも加わる。ポートＰ４に２次側圧力が加わると図９の圧力調整部７０に設けているジスク８８がニードル１８の流量で決まる速度で下降を開始する。

ジスク８８は所定の遅延時間後に図１０に示すようにプランジャ９４をスプリング８０の上部を支持しているスライダ８２を押圧する位置に移動し、このジスク８８によりスライダ８２を押しこみ、スプリング８０を圧縮して低圧設定から規定圧設定に切り替える。具体的にはジスク８８がストッパー９２の下端に当接する位置にジスク８８がストロークすると、その時点で所定の規定圧設定に切り替わる。

このときジスク８８の動きによりスプリング８０が圧縮されることで、スプリング８０の発電部２００から発電信号が出力される。

このように圧力調整弁１６が低圧設定から規定圧設定に切り替わると、設定規定圧を維持するように主ピストン３２の開放加圧側シリンダ室３４ａに対する供給圧力を調整し、これによって規定圧設定による本格放水を行なうことになる。

この圧力調整弁１６による本弁１０に対する圧力調整により、圧力調整弁１６のダイヤフラム７４が軸方向に動くことで変形し、ダイヤフラム７４の発電部２００から発電信号が出力される。

放水の停止はパイロット弁１２を閉鎖すればよい。パイロット弁１２の閉鎖で圧力調整弁１６に対する１次側圧力用水の供給が断たれれば出力ポートＰ２の圧力もなくなり、本弁１０の開放加圧側シリンダ室３４ａの圧力もなくなり、主弁３０はスプリン グ６０の力および主ピストン３２の上部に作用する２次側圧力の力で閉鎖位置に戻る。

この場合にも、本弁１０、初期放水圧力制御弁１５及び圧力調整弁１６のスプリング６０，８０，１１８やダイヤフラム７４，１０４の初期状態に戻る弁部材の動きに応じて変形し、それぞれに設けた発電部２００から発電信号が出力される。

図１に示した監視部２０２の監視制御部２０４は、前述した自動弁装置１の制御動作により得られる発電信号の逐次的なパターンを基準パターン予め記憶しており、実際に得られた発電信号と基準パターンを比較し、基準パターンと異なる動作パターンを判定した場合に制御異常を示す異常検出信号を防災監視盤に送信して障害表示を行わせる。

このような自動弁装置１の制御動作と発電信号に基づく監視は、点検の際に、図２に示したテスト放水弁５０を開き、ヘッドから放水させることなく実放水試験を行った場合にも、同様に、実放水試験で得られた発電信号と基準パターンを比較し、基準パターンと異なる動作パターンを判定した場合に制御異常を示す異常検出信号を防災監視盤に送信して障害表示を行わせ、必要な点検修理を行なうこととなる。

［本発明の変形例］
（消火栓装置）
上記の実施形態は消防用弁装置として、トンネル水噴霧設備の自動弁装置を例にとるものであったが、これに限定されず、例えばスプリンクラー設備の流水検知装置も含まれる。

また、トンネル内の監視員通路側壁に沿っては、５０メートル間隔で消火栓装置が設置されている。消火栓装置は、火災時に消火栓扉を開いてノズル付きのホースを引き出し、消火栓弁開閉レバーを開操作すると消火栓弁が開き、圧力調整弁で所定の設定圧力に調整された消火用水がノズルから放水される。

そこで、消火栓装置に設けている圧力調整弁に組み込まれているスプリングやダイヤフラムに、上記の実施形態の圧力調整弁に組み込まれたスプリングやダイヤフラムと同様に発電部を設け、圧力調整弁が動作したときのスプリングやダイヤフラムの動きに応じて発電部から出力される発電信号を監視部に入力し、異常を判別した場合に警報し、また通常監視での休止中でのスプリングの破断やダイヤフラムの破損を発電信号から判別して警報するようにしても良い。

更に、消火栓装置以外の消防用弁装置や消防設備の弁装置に組み込まれているスプリングやダイヤフラムに発電部を設けて状態を監視するようにしても良い。

（その他）
また、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１：自動弁装置
３：ヘッド
４：筐体
５：扉
１０：本弁
１２：パイロット弁
１５：初期放水圧力制御弁
１６：圧力調整弁
６０，８０，１１８：スプリング
７４，１０４：ダイヤフラム

Claims (5)

1. 弁体の開閉に使用される可動体を備えた消防用弁装置に於いて、
   前記可動体に設けられ、前記可動体の変形に応じて発電信号を出力する発電部と、
   前記発電部から出力される前記発電信号に基づいて弁装置の状態を判定する監視部と、
   が設けられ、
   前記発電部は、前記可動体の表面に積層された下側電極層、圧電層及び上側電極層を備えることを特徴とする消防用弁装置。
   
2. 請求項１記載の消防用弁装置に於いて、
   前記監視部は、前記可動体の変位により前記発電部から出力される前記発電信号のピーク値に基づいて弁の動作量が正常かどうか状態を判定することを特徴とする消防用弁装置。
   
3. 請求項１又は２記載の消防用弁装置に於いて、
   前記監視部は、前記発電信号の変化から前記可動体の破断を判定することを特徴とする消防用弁装置。
   
4. 請求項１乃至３何れかに記載の消防用弁装置に於いて、
   前記監視部は、前記発電部の前記下側電極層と前記上側電極層との間に所定の監視電流を流すために印加される監視電圧を監視し、前記監視電圧の増加に基づき前記可動体の破断を判定することを特徴とする消防用弁装置。
   
5. 請求項１乃至４何れかに記載の消防弁装置に於いて、
   前記可動体はスプリング又はダイヤフラムであることを特徴とする消防用弁装置。
   

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