JPH11172725A - 不凍給水弁の開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形軽量なスイッチング電源を使用しても、
短絡故障の際に適確な異常表示を可能にする。 【解決手段】 スイッチング電源１２と、マイクロコン
ピュータ１４と、スイッチング素子１３とを組み合わせ
る。マイクロコンピュータ１４は、電圧検出回路１４ｃ
を介してスイッチング電源１２の出力電圧Ｖ1 を監視
し、短絡故障によって出力電圧Ｖ1 が規定値より降下す
ると、スイッチング電源１２がシャットダウンする前に
スイッチング素子１３を開放し、マイクロコンピュータ
１４の動作を正常に維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、寒冷地におい
て、水道管の凍結防止用に使用する不凍給水弁の開閉制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】寒冷地において、水道管の凍結防止用に
不凍給水弁を使用することがある（たとえば特公平７−
５０９７０号公報）。

【０００３】不凍給水弁３は、水道配管の一次配管１
と、蛇口２ａを立ち上げる二次配管２との間に介装され
る一種の三方弁であって（図５）、モータＭによって駆
動する弁棒３ａに対し、Ｏリング３ａ1 、３ａ2 …が上
下３段に付設されており、弁体３ｂには、弁座３ｂ1 、
３ｂ2 、排出口３ｂ3 が形成されている。そこで、この
ものは、モータＭを介して弁棒３ａを上方に引き上げる
ことにより（同図）、Ｏリング３ａ3 を弁座３ｂ2 に密
接させて排出口３ｂ3 を閉じるとともに、一次配管１、
二次配管２を連通させて蛇口２ａから水道水を出水させ
ることができる（以下、出水状態という）。また、モー
タＭを介して弁棒３ａを下方に駆動し、Ｏリング３ａ2
を弁座３ｂ1 に密接させて一次配管１、二次配管２を遮
断するとともにＯリング３ａ3 を弁座３ｂ2 から離し、
排出口３ｂ3 を介して二次配管２を外部に開放すること
により、二次配管２内の水を放出して凍結を防止するこ
とができる（以下、止水状態という）。

【０００４】なお、Ｏリング３ａ1 は、出水状態、止水
状態に拘らず、弁棒３ａと弁体３ｂとの間のシールを維
持している。

【０００５】かかる不凍給水弁３は、冬期においてのみ
使用するものであるから、春から秋にかけて長い休止期
間があるために、電気的、機械的に作動が不調になり易
い。そこで、モータＭを駆動する電源ユニットには、有
効な短絡保護機能を設けることが好ましく、それによっ
て電源ユニットを保護することができる。なお、かかる
短絡保護機能は、モータＭの電気回路に通電する電流を
検出し、過電流の際に電源ユニットをシャットダウンさ
せることにより実現することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、モータに給電する電源ユニットは、大きな過負
荷耐量を有するドロッパ形の電源に限定され、小形軽量
のスイッチング電源を採用することが困難であるという
問題があった。スイッチング電源は、過負荷を生じる
と、一次側のスイッチング素子を保護するために、極く
短時間のうちに全体をシャットダウンする必要があるか
らである。また、電源ユニットがシャットダウンする
と、一切の表示機能も失われるため、適確な異常表示を
することができず、故障の修復作業が極めて厄介である
という問題もあった。

【０００７】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、マイクロコンピュータを介して電源ユ
ニットの出力電圧を監視することによって、小形軽量な
スイッチング電源を採用することができる上、適確な異
常表示が可能であり、修復作業を著るしく簡単にするこ
とができる不凍給水弁の開閉制御装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの発明の構成は、電源ユニットと、不凍給水弁を
開閉制御するマイクロコンピュータと、電源ユニットと
不凍給水弁との間に介装するスイッチング素子とを備え
てなり、マイクロコンピュータは、電源ユニットの出力
電圧が規定値より降下したとき、電源ユニットがシャッ
トダウンする前にスイッチング素子を開放することをそ
の要旨とする。

【０００９】なお、マイクロコンピュータは、コンパレ
ータを有する電圧検出回路を介して電源ユニットの出力
電圧を監視することができ、電圧検出回路の出力によっ
て割込み動作することができる。

【００１０】また、電圧検出回路は、最大入力電圧を制
限してもよく、低域フィルタを有してもよい。

【００１１】なお、電源ユニットは、マイクロコンピュ
ータ用の電源電圧を併せ供給するスイッチング電源とす
ることができ、スイッチング電源は、マイクロコンピュ
ータ用の電源電圧を基準として出力電圧を制御すること
ができる。

【００１２】

【作用】かかる発明の構成によるときは、マイクロコン
ピュータは、不凍給水弁に給電する電気回路の短絡等に
よって電源ユニットの出力電圧が規定値より降下する
と、電源ユニットと不凍給水弁との間に介装するスイッ
チング素子を開放し、スイッチング素子以降の負荷を速
やかに切り離すことができる。なお、このときのマイク
ロコンピュータは、電源ユニットがシャットダウンする
前にスイッチング素子を開放するから、不凍給水弁と共
通の電源ユニットにより給電されていても、その動作を
正常に維持し、適確な異常表示をすることが可能であ
る。電源ユニットの出力電圧には、負荷短絡の際にも過
大なリップル成分が含まれず、マイクロコンピュータ
は、少なくとも１mS以下程度の短い遅れ時間内にスイッ
チング素子を開放することができるからである。

【００１３】マイクロコンピュータは、コンパレータを
有する電圧検出回路を介して電源ユニットの出力電圧を
監視することにより、電圧検出回路の出力が発生したと
きにのみ動作すればよく、電源ユニットの出力電圧を常
時監視する必要がない。

【００１４】また、マイクロコンピュータは、電圧検出
回路の出力によって割込み動作することにより、一層速
やかな動作を実現することができる。

【００１５】電圧検出回路は、その最大入力電圧を制限
することにより、コンパレータを過電圧から保護するこ
とができ、低域フィルタを設けることにより、ノイズ等
によって誤動作することがない。

【００１６】電源ユニットをスイッチング電源とすれ
ば、ドロッパ形の電源を使用する場合に比して、大幅な
小形軽量化が可能である。

【００１７】また、マイクロコンピュータ用の電源電圧
を基準として出力電圧を制御するスイッチング電源は、
不凍給水弁の電気回路に短絡故障が発生しても、マイク
ロコンピュータ用の電源電圧が容易に降伏せず、マイク
ロコンピュータは、スイッチング素子を介して不凍給水
弁の電気回路を確実に切り離すとともに、適確な異常表
示をすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を以って発明の実施の
形態を説明する。

【００１９】不凍給水弁の開閉制御装置１０は、スイッ
チング電源１２と、マイクロコンピュータ１４と、スイ
ッチング素子１３とを備えてなる（図１）。ただし、開
閉制御装置１０は、商用電源ＡＣによって給電されてお
り、モータＭを含む不凍給水弁３を開閉制御する。

【００２０】商用電源ＡＣは、電源スイッチＳＷを介し
て整流回路１１に導入されている。整流回路１１の出力
は、スイッチング電源１２に接続されており、平滑用の
コンデンサＣを介して接地されている。

【００２１】スイッチング電源１２は、整流用のダイオ
ードＤ1 、Ｄ2 を介して出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 を出力し、
ダイオードＤ1 、Ｄ2 の出力側には、それぞれ平滑用の
コンデンサＣ1 、Ｃ2 が接続されている。一方の出力電
圧Ｖ1 は、スイッチング素子１３、極性切換用のリレー
ＲＹ、電気回路４を介し、適切な極性の電圧Ｖ＝Ｖ1と
して不凍給水弁３のモータＭに供給されており、他方の
出力電圧Ｖ2 ＜Ｖ1 は、マイクロコンピュータ１４に供
給されている。なお、スイッチング電源１２は、マイク
ロコンピュータ１４用の電源電圧となっている出力電圧
Ｖ2 を基準として、出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 を制御するよう
に作動しているものとする。

【００２２】マイクロコンピュータ１４には、止水用、
出水用の操作スイッチＳＷ1 、ＳＷ2 、不凍給水弁３の
止水状態、出水状態を表示する表示ランプＬ1 、Ｌ2 の
他、システムの異常状態を表示する表示ランプＬ3 、ブ
ザＢＺが付設されている。また、マイクロコンピュータ
１４の出力は、ドライバ１４ａ、１４ｂを介してスイッ
チング素子１３、リレーＲＹに個別に接続されている。
なお、マイクロコンピュータ１４には、電圧検出回路１
４ｃを介してスイッチング電源１２の出力電圧Ｖ1 が入
力されており、さらに、不凍給水弁３の帰線側に挿入す
る電流検出用の抵抗Ｒ、電流検出回路１４ｄを介し、モ
ータＭに通電する電流Ｉが入力されている。

【００２３】スイッチング電源１２の出力電圧Ｖ1 は、
電圧検出回路１４ｃにおいて、抵抗Ｒ1 、Ｒ2 を介して
分圧電圧Ｖc となっている（図２）。分圧電圧Ｖc は、
抵抗Ｒ3 、バッファアンプＢＡ、抵抗Ｒ4 を介してコン
パレータＣＰの一方の入力電圧となっており、コンパレ
ータＣＰの出力は、マイクロコンピュータ１４の割込み
端子ＩＮＴに接続されている。なお、分圧電圧Ｖc は、
ダイオードＤ3 を介して出力電圧Ｖ2 側にクランプされ
ており、抵抗Ｒ3 の両端は、コンデンサＣ3 、Ｃ4 を介
して接地されている。また、コンパレータＣＰには、他
方の入力電圧として、抵抗Ｒ5 、Ｒ6 を介して出力電圧
Ｖ2 を分圧する基準電圧Ｖcoが入力されている。

【００２４】ダイオードＤ3 は、バッファアンプＢＡ、
コンパレータＣＰに入力する分圧電圧Ｖc の最大値、す
なわち電圧検出回路１４ｃの最大入力電圧を出力電圧Ｖ
2 に制限することができる。また、抵抗Ｒ3 、コンデン
サＣ3 、Ｃ4 は、出力電圧Ｖ1 、分圧電圧Ｖc に混入す
る高周波ノイズを低減させるπ形の低域フィルタを形成
しており、抵抗Ｒ1 、コンデンサＣ3 および抵抗Ｒ3 、
コンデンサＣ4 は、それぞれ時定数０．１mS程度に設定
されている。そこで、コンパレータＣＰは、バッファア
ンプＢＡのゲイン１として、出力電圧Ｖ1 が低下してＶ
c ＜Ｖcoとなったときに出力を発生し、マイクロコンピ
ュータ１４を割込み動作させることができる。

【００２５】図１の不凍給水弁３は、図５に図示すると
おりである。また、不凍給水弁３のモータＭは、直流モ
ータであって、スイッチング素子１３、リレーＲＹ、電
気回路４を介して適切な極性の電圧Ｖ＝Ｖ1 を印加する
ことにより、正逆に回転駆動することができる。

【００２６】マイクロコンピュータ１４は、操作スイッ
チＳＷ1 、ＳＷ2 を手動操作することにより不凍給水弁
３を止水状態、出水状態に切り換えることができる。す
なわち、不凍給水弁３が出水状態にあるとき、止水用の
操作スイッチＳＷ1 を操作すると、マイクロコンピュー
タ１４は、ドライバ１４ｂを介してリレーＲＹを切り換
え、不凍給水弁３に印加する電圧Ｖの極性を適切に選択
した上、ドライバ１４ａを介して所定の時間だけスイッ
チング素子１３を閉じる。そこで、このときの不凍給水
弁３は、モータＭが止水方向に駆動され、止水状態に切
り換えることができる。また、マイクロコンピュータ１
４は、不凍給水弁３を止水状態に切り換えたことによ
り、出水状態を示す表示ランプＬ2 を消灯させるととも
に、止水状態を示す表示ランプＬ1 を点灯させる。

【００２７】また、マイクロコンピュータ１４は、出水
用の操作スイッチＳＷ2 を操作すると、リレーＲＹを逆
極性に切り換えてスイッチング素子１３を閉じることに
より、不凍給水弁３を出水状態に切り換えるとともに、
止水状態を示す表示ランプＬ1 を消灯させ、出水状態を
示す表示ランプＬ2 を点灯させる。なお、マイクロコン
ピュータ１４は、このようにして不凍給水弁３を手動操
作によって開閉制御するに際し、電流検出回路１４ｄを
介して電気回路４、モータＭに通電される電流Ｉが正常
値であることをチェックすることができる。すなわち、
マイクロコンピュータ１４は、電流Ｉが異常であること
を検出すると、スイッチング素子１３を開放させ、異常
表示用の表示ランプＬ3 を点灯させるとともにブザＢＺ
を作動させ、必要な警報表示をすることができる。

【００２８】いま、電気回路４、不凍給水弁３を含む一
連の回路に短絡故障が発生しているとき、スイッチング
素子１３を閉じると（図３の時刻ｔ＝ｔo ）、電気回路
４に流れる電流Ｉは、時間とともに指数関数的に増大す
る。一方、このときのスイッチング電源１２の出力電圧
Ｖ1 は、電流Ｉ≧Ｉ1 になることにより（同図の時刻ｔ
≧ｔ1 ）、ほぼ一定の電圧降下ΔＶ1 を生じ、電流Ｉ≧
Ｉ2 になることにより（同図の時刻ｔ≧ｔ2 ）、急激に
降下する。ここで、電流Ｉ＝Ｉ1 は、スイッチング電源
１２の電圧制御機能が有効に作動し得る最大電流であ
り、電流Ｉ＝Ｉ2は、出力電圧Ｖ1 が出力降伏点Ｖ1a以
下に降下する降伏電流である。なお、スイッチング電源
１２は、その後、出力電圧Ｖ1 ＝Ｖ1b≪Ｖ1aとなってシ
ャットダウンされ（同図の時刻ｔ＝ｔ3b）、電流Ｉは、
シャットダウン電圧Ｖ1bに見合う僅かな値に制限され
る。

【００２９】一方、電圧検出回路１４ｃは、出力電圧Ｖ
1 ＜Ｖ1aに降下したとき、コンパレータＣＰが出力を発
生するように、コンパレータＣＰの動作点が設定されて
いる。そこで、マイクロコンピュータ１４は、出力電圧
Ｖ1 ＜Ｖ1aに降下したとき、電圧検出回路１４ｃの出力
によって割込み動作し（図４）、ドライバ１４ａを介し
てスイッチング素子１３を速やかに開放させることがで
きる（図３の時刻ｔ＝ｔ3a＜ｔ3b）。すなわち、マイク
ロコンピュータ１４は、スイッチング電源１２がシャッ
トダウンする前にスイッチング素子１３を開放し、リレ
ーＲＹ以下の電気回路４、不凍給水弁３を切り離すこと
ができる。

【００３０】なお、スイッチング電源１２は、マイクロ
コンピュータ１４用の電源電圧、すなわち出力電圧Ｖ2
を基準として出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 を制御しているから、
出力電圧Ｖ1 ＜Ｖ1aに降下しても、スイッチング電源１
２がシャットダウンしない限り、出力電圧Ｖ2 の変動は
僅かであり、マイクロコンピュータ１４、電圧検出回路
１４ｃの作動を正常に維持することができる。また、電
圧検出回路１４ｃによって出力電圧Ｖ1 ＜Ｖ1aを検出
し、マイクロコンピュータ１４によってスイッチング素
子１３を開放するに要する遅れ時間は、電圧検出回路１
４ｃに含まれる低域フィルタの影響を考慮しても、それ
を１mS以下にすることは容易である。

【００３１】マイクロコンピュータ１４は、図４の割込
みプログラムを実行した後、たとえば異常表示用の表示
ランプＬ3 を点滅させるとともにブザＢＺを作動させる
ことにより、電気回路４、不凍給水弁３の点検補修を指
示することができ、その後の操作スイッチＳＷ1 、ＳＷ
2 の操作を無効にすることができる。

【００３２】以上の説明において、スイッチング電源１
２は、ドロッパ形の電源を含む任意の形式の電源ユニッ
トであってもよい。ただし、このときの電源ユニット
は、負荷短絡に際し、マイクロコンピュータ１４、スイ
ッチング素子１３を介して短絡故障を生じた負荷を切り
離すときであっても、マイクロコンピュータ１４、電圧
検出回路１４ｃを正常に作動させ得るように、出力電圧
Ｖ2 の変動を十分小さく抑えることができるものとす
る。なお、マイクロコンピュータ１４、電圧検出回路１
４ｃは、出力電圧Ｖ1 を供給する電源ユニットと別の電
源ユニットによって給電してもよい。

【００３３】また、電圧検出回路１４ｃは、出力電圧Ｖ
1 ＜Ｖ1aを検出するに代えて、Ｖ1b＜Ｖ1c≦Ｖ1aである
ような適当な規定値Ｖ1cを定め、出力電圧Ｖ1 ＜Ｖ1cを
検出して出力を発生してもよい。すなわち、マイクロコ
ンピュータ１４は、出力電圧Ｖ1 を供給する電源ユニッ
トがシャットダウンする前に負荷を切り離し、マイクロ
コンピュータ１４自体の動作を正常に維持することがで
きればよい。

【００３４】なお、図１のスイッチング素子１３は、ト
ランジスタ、トライアック等の任意の素子を使用するこ
とができ、リレーＲＹは、メカニカルリレーに代えて、
同様のスイッチング素子に代えてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、スイッチング電源と、マイクロコンピュータと、ス
イッチング素子とを組み合わせることによって、マイク
ロコンピュータは、電源ユニットの出力電圧が規定値よ
り降下したとき、電源ユニットがシャットダウンする前
にスイッチング素子を開放することができ、短絡故障を
生じた負荷を切り離すとともに正常な動作を維持するこ
とができるから、電源ユニットとして小形軽量なスイッ
チング電源を使用しても、適確な異常表示をすることが
でき、修復作業を著るしく簡単にすることができるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体ブロック系統図

【図２】 要部詳細ブロック系統図

【図３】 動作説明線図

【図４】 プログラムフローチャート

【図５】 不凍給水弁の構成説明図

【符号の説明】

ＣＰ…コンパレータ Ｖ1 …出力電圧 ３…不凍給水弁 １０…開閉制御装置 １２…スイッチング電源 １３…スイッチング素子 １４…マイクロコンピュータ １４ｃ…電圧検出回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源ユニットと、不凍給水弁を開閉制御
   するマイクロコンピュータと、前記電源ユニットと不凍
   給水弁との間に介装するスイッチング素子とを備えてな
   り、前記マイクロコンピュータは、前記電源ユニットの
   出力電圧が規定値より降下したとき、前記電源ユニット
   がシャットダウンする前に前記スイッチング素子を開放
   することを特徴とする不凍給水弁の開閉制御装置。
2. 【請求項２】 前記マイクロコンピュータは、コンパレ
   ータを有する電圧検出回路を介して前記電源ユニットの
   出力電圧を監視することを特徴とする請求項１記載の不
   凍給水弁の開閉制御装置。
3. 【請求項３】 前記マイクロコンピュータは、前記電圧
   検出回路の出力によって割込み動作することを特徴とす
   る請求項２記載の不凍給水弁の開閉制御装置。
4. 【請求項４】 前記電圧検出回路は、最大入力電圧を制
   限することを特徴とする請求項２または請求項３記載の
   不凍給水弁の開閉制御装置。
5. 【請求項５】 前記電圧検出回路は、低域フィルタを有
   することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれ
   か記載の不凍給水弁の開閉制御装置。
6. 【請求項６】 前記電源ユニットは、前記マイクロコン
   ピュータ用の電源電圧を併せ供給するスイッチング電源
   とすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいず
   れか記載の不凍給水弁の開閉制御装置。
7. 【請求項７】 前記スイッチング電源は、前記マイクロ
   コンピュータ用の電源電圧を基準として出力電圧を制御
   することを特徴とする請求項６記載の不凍給水弁の開閉
   制御装置。