JPWO2015019426A1

JPWO2015019426A1 - 浸水防止配管

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Publication number: JPWO2015019426A1
Application number: JP2015530591A
Authority: JP
Inventors: 正典石川; 石井　英二; 英二石井; 池川　正人; 正人池川; 泰介杉井; 一樹吉村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2015019426A1

Abstract

本発明の目的は配管を通じた浸水防止構造を提供することである。上記目的を達成するために、本発明の浸水防止配管は配管内部に設置された弁体とフロートが一体となったフロート弁と、閉止状態を維持するための保持構造を有し、非閉止時にはフロート弁の面を含む配管と同一断面形状をもつ面で構成された配管部が形成され、浸水発生時は浮力に因って弁体が浮上し閉止動作することを特徴とする。

Description

本発明は、プラントなどで使用される気体を輸送する配管に係り、配管内部への浸水が生じた場合に浸水を抑制する構造を備えた配管に関する。

津波などの急激な水位変化が生じた場合に、ある領域への水の浸入を阻止する構造としては、一般的には堤防などが用いられるが、大規模な工事が必要であり、また景観などを妨げるなどの問題もあり、現実的には限定された場所でしか用いることはできない。必要な個所の保護をコンパクトな設備で実現するものの一つとして、〔特許文献１〕に示すフロート型防水装置がある。洪水などの浸水が発生した場合に、建屋入口などの開口部をフロートを備えた閉止板が浮力で屹立し、開口部を閉止し、水の浸入を阻止する。またその他の例として、〔特許文献２〕に記載された構造物保護設備がある。この構造物保護設備は防波堤の機能を持ち、非動作時は水底に間隔をおいて設置され、浸水発生時には支柱内部の中空部に外部から空気が供給されることで、支柱が気体の浮力により浮上し、支柱間に渡って張られた膜体により水の浸入を阻止する。

特許第４５５８２４２号特開2012-229594 特許第３９５８１７０号

配管内部に浸水が発生した際の浸水抑制を行うに当たっては、電力供給設備の不具合が同時に発生することも想定されるため、非常時には電力供給が遮断されていても配管の閉止動作が可能なことが望ましい。また、既存配管設備への設置を考えた場合、浸水抑制構造の設置により配管系全体圧力損失が大きく増加することは、配管全体の設計の再検討が必要となるため望ましくない。

例えば、一般的な逆止弁では、流体の背圧によって開閉する弁を備え、所定の流れに逆行する流れが生じた場合に配管を閉止することができる。例えばボール弁では、ボールをフロート構造にすることで、浸水時に浮力により弁が浮上し閉止動作を行うことは可能である。しかし、既存の配管に追加設置した場合には、一般的に弁内部構造が複雑で圧力損失が大きく増加するため、上記の課題が残り望ましくない。また、逆止弁の性質上、一方向流れのみしか通過させえないので、双方向の流れに対応させることは困難である。

また、例えば類似の構造としてトイレタンクの給水機構については、レバーの先端に設置されたフロートが水位に応じて上下し、てこの原理でレバー根元の弁を開閉するボールタップ弁が用いられている。しかし、フロートが配管外部に露出して設置されており、フロート部に対しての外部からの衝撃には構造的に弱く、フロート自体も配管系と比較して大きくコンパクト性に欠ける。

また、〔特許文献３〕に記載の装置については、非動作時は格納されているが、〔特許文献３〕の図２によれば、外部から配管を通して空気を供給することで中空部がフロートして機能し動く構成となっているため、電源供給なしで動かすことが出来ない。

この課題に対して、例えば〔特許文献１〕に記載の装置においては、ビル入口などの開口部を地下ピット内に設置した防水板とフロートを一体とした構造によって、浸水時には浮力により自律的にフロートが屹立し、開口部を閉止するとしている。しかし、フロートが鉛直方向に設置された配管に対しては対応していないため、水平配管部を追加する必要があり、結果として圧力損失が増大するという問題がある。また、９０°回転する直前に浮力に因るトルクが急減するため、実質的には追加フロート部が必須であり、また、開口部端部に支持位置があるため、閉止板の長さと等しい回転半径が必要となるため全体の大きさが増加し、装置のコンパクト性に欠ける。

また、〔特許文献２〕に記載の装置については、浸水時には配管内に設置された弁部分が配管内に設置されたフロート部によって押し上げられ配管を閉止するとなっている。しかし、水平配管と垂直配管が直交する接続部でのみ機能する構造であるため、適用できる配管に同様に制限がある。また弁体が配管内部流路上に設置されるため、前記の逆止弁と同様に、配管内部流れる流体の圧力損失が増加するという課題がある。さらに〔特許文献２〕の図２に示される構造について、円筒配管に適用の場合は、図が示すように弁体が回転する為には弁体が配管径より小さい必要があるため、配管途中に寄りかかりつつ回転する構成が成立しないため、適用可能な配管種類が制限されるという問題がある。

上記課題を解決するために、本発明の浸水防止配管は、配管内部に設置された弁体とフロートが一体となったフロート弁と、閉止状態を維持するための保持構造を有し、非閉止時にはフロート弁の面を含む配管と同一断面形状または断面積をもつ面で構成された配管部を備え、浸水発生時は浮力に因って動作することを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記フロート弁は前記フロートと回転軸と、前記フロートに対して支持部を挟んで回転軸の逆側に設置されたカウンターおもりを備え、垂直配管または水平配管に接続され、浸水発生時に前記回転軸を中心に前記弁体が回転し、前記弁体が配管開口部方向に移動し、前記弁体と前記配管開口部が密着することで配管を閉止することを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記弁体の回転軸周りの回転角度を任意の角度範囲に調整することが可能なストッパ構造を備えていることを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記ストッパ構造として、有線または無線での遠隔操作により解除機構を持つことを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記ストッパ構造は、手動操作により解除機構を持つことを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記弁体の外周部または軸受部に閉止状態を維持するための保持構造を備えていることを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記フロートを含む弁体の内側に流路を持ち、浸水時に浮力で前記弁体が浮上し弁体の側面が配管開口部に密着することで配管を閉止することを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記閉止状態を維持する保持構造を備え、有線または無線での遠隔操作により前記保持構造の解除機構を持つことことを特徴とするものである。

更に、本発明は浸水防止配管において、前記閉止状態を維持する保持構造を備え、手動操作により前記保持構造の解除機構を持つことを特徴とするものである。

本発明によると、浸水が生じた場合に、浮力によって弁体を動かすことで、自動的に配管を閉止することが可能である。フロート部を配管壁に沿った形で設置することによりコンパクトに設置が可能であり、保持機構により一度閉止した後は開放操作を行うまで閉止状態を維持可能とすることで、安全確認終了後の任意のタイミングでの弁開放が可能となる。

浸水防止配管の実施例１を示す断面図である浸水防止配管の設置箇所を示す浸水防止配管の実施例１の回転軸と直交する視点からの断面図である実施例１に記載の保持機構の構造例である浸水防止配管の実施例２を示す断面図である実施例３に記載の保持機構の構造例である実施例４に記載の浸水防止配管の断面図である実施例５に記載の浸水防止配管の断面図である実施例５に記載の浸水防止配管の断面図である実施例５に記載の浸水防止配管の断面図である

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明の実施例について説明する。図２は本発明の適応箇所について例を示したものである。本発明は主として外部に露出した建屋外壁に設置された既存の閉止可能構造を備えていない気体配管に適用される。まず建屋２０とそれ以外の施設とを接続する気体を搬送する配管２１があり、配管２１は、建屋２０と地面２３に沿って設置されている。配管２１は、一般に配管支持部２２によって建屋２０ないしは地面２３に固定されている。本発明の構造の設置方法としては、部分的に配管２１を切断してフランジ７を設置し、本発明による浸水防止配管１と接続し設置を行う。これにより、通常時は浸水防止配管１の設置前と同等の配管として機能し、津波または洪水などが発生した場合に、配管２１のある部位が損傷し損傷個所からの浸水があった場合に、浸水防止配管１により建屋２０側への浸水を抑止が可能となる。設置位置については、配管２１と建屋２０の接続位置に最も近い部分、すなわち浸水を抑止したい位置に設置するのが望ましい。ただし、図２に示す通り、例えば１ｂ〜１ｃが示すように配管のそれ以外個所に設置してもよい。また、浸水を抑止したい位置が屋内側である場合もあるので、図２の１ｄに示すように設置場所は、屋外に限らず、屋内に設置することも可能である。また複数設置してもよい。

図１（Ａ）は、浸水防止配管１の構成を示す、回転軸３の軸方向視点から見た断面図である。鉛直方向に設置された配管２１に対して適用した場合を示す。浸水防止配管１の両端にはフランジ７aがあり、取り付け側の配管に設置されたフランジ部７ｂとボルトなどで締結される。内部には、弁体１１があり、弁体１１にはフロート部２と回転軸３があり、フロート部２は回転軸３と支持部４で接続されている。フロート部２は、密閉された中空構造や発泡スチロール、ポリウレタンなどの発泡素材が充填された構造とし、水などの大きな密度差ある液体が浸水した場合に浮力体として機能する。支持部４のフロート部２の逆側には、フロート部２と釣り合いを取るためのカウンターおもり５が設置されており、フロート部２の自重により回転軸３周りに発生するトルクを相殺させる。これにより、動作に必要なフロート部２の容積を低減することができる。フロート部２の外周面を含む面９により、空洞部６が構成され、接続される配管と同一の配管断面形状を持たせることが可能となっており、圧力損失の大きな増加無しに浸水防止配管１を設置することが可能である。また、フロート部の下部に浮力により発生するトルクを下回る反時計回りのトルクを発生するような位置にバランスウェイト１０を設置し、後述するストッパ構造と組み合わせ反時計回りにある角度以上に回転しないようにすることで、フロート部が回転軸３周りに揺動しないようにすることができる。なお、パイプの形状が円筒型の場合は、弁体閉止部の面形状は球形状で構成される。角型の場合は円筒面となっている。

次に浸水防止配管の動作について説明する。建屋周囲において、津波や洪水などの要因により水位が上昇していく場合に、図１（Ａ）に示す浸水防止配管１の配管２１の下方において破断が生じ浸水が発生した場合を考える。まず水面が徐々に上昇し、フロート部２の下端に到達する。この場合、浮力はフロート部２で大きく発生するため、時計回りの方向に回転トルクが発生する。水面位置が上昇するとともにフロート部２は９０°時計回りに回転する。回転軸３周りの浮力バランスの釣り合いが取れた段階で回転軸３周りの回転トルクは無くなり、浮力は上方へ働く力として作用する。回転軸３を鉛直方向に可動することが出来るように構成することで、図１（Ｂ）に示すようにフロート部２を含む弁体１１は水位上昇とともに鉛直方向に移動し、開口部１２が閉止される。さらに水位が上昇すると、水圧がフロート部２に作用し、開口部１２との間に押し付け力が発生し、より密閉される。開口部１２には、密閉度の向上のために図１に示すようなパッキン１３を設置してもよい。

図３は、回転軸３を通り、回転軸３と直交する方向から見た断面図である。回転軸３は軸受部４１で支持されており、軸受部４１は鉛直方向に可動することができるように構成される。回転軸３および軸受４１は例えばストッパ４０のような回転範囲を制限する構造を備えていても良い。この例では、ストッパ４０の溝と軸受部４１に取り付けられた突起部４１aの組み合わせにより、９０°の範囲でのみ動作可能となる。なお、ストッパ構造４０は本構造のみに制限されるものではない。また、軸受部４１と外壁部との間にばね４２を挿入し、軸受部４１を支持する構造としても良く、その効果としては、フロート部２を含む弁体１１全体の重力方向にかかる重量がばね４２の反発力により減少されることにより、フロート部２の容積を大きくするなどしてフロート部２の浮力を大きくすることなく、弁体１１に加わる実効浮力を大きくすることができる。図３は、コイルばねで表示しているが、ばねの種類はコイルばねに限定されず、板ばねなどでも良い。

図４は保持構造５０の構造例を示したものである。保持構造５０は閉止状態となった状態を維持する為の構造であり、例えば、図４に示すような板ばね５１とその先端に設置した爪部５２と、軸受部４１に設置した溝５３のかみ合わせによるラチェット構造を持ち、浸水状態となり浮力により閉止方向へフロート２が移動すると固定状態となり、非浸水状態となり浮力が働かなくなったとしても元の位置に復帰せず、閉止状態を維持可能である。保持構造５０の解除には、動力を用いて解除する機構と手動により解除する機構を備える。動力で解除する機構としては、図４に示すようなモーター５４と歯車５４aおよび歯車５５を組み合わせ、モーター５４の回転によりワイヤー５６をけん引することで固定状態を解除する。モーター５４は有線または無線通信により遠隔より操作可能とし、現地で作業しなくても解除作業を行うことができる。電源供給については、電池または有線で供給されるが、手段は問わない。電源供給がされない、ないしは遠隔操作が出来ない場合は現地において手動で解除する機構を使用するが、例えば、前記歯車５５に配管外部から操作可能なレバー５７を設置を備えており、手動でも解除できる。このレバー５７は取り外し可能となっていてもよい。または、別途配管外部からけん引可能なようにワイヤー５６を設置し、ワイヤー５６をけん引することで手動で解除できるようにしてもよい。

次に、図５に水平に設置された配管に対して適用した実施例を示す。基本的な構成は実施例１と同等である。フロート部２は、非動作時には図５（Ａ）に示されるとおり下方に位置するように設置される。カウンターおもり５は上方に設置される。図５（Ａ）の例の場合に、浮力が発生した場合に時計回りのトルクが発生するようにするために、図５（Ａ）に示すようにフロート２とカウンターおもり５を回転軸３とつなぐ支持部４がなす角度であるθＡを鉛直線に対して0°より大きく90°より小さい範囲で傾斜して設置するか、フロート２の浮力配分を回転軸を通る鉛直線に対して、回転軸に沿った方向からみた場合に回転させたい方向側の浮力が大きくなるように、非対称にフロートが設置される。軸受部４１は、水平方向の変位が可能となるように設置される。浮力が加わった場合に、水平方向に変位するような力を発生させられるように水平線に対し図５（Ａ）のθＢは０°より大きく傾斜して設置される。

図５（Ｂ）は、浸水が発生した場合に閉止状態となった場合を示す。フロート２は初期位置より９０°回転し、前述のように開口部１３方向へ移動可能に設置された軸受部４１が変位し、開口部１３を閉止し浸水を防止する。保持機構５０については、実施例１と同様の構成が適用できる。

次に、図６に保持機構１の異なる実施例を示す。実施例１のラチェット構造部の機能の異なる構成例であり、本実施例は、永久磁石と電磁石の組み合わせにより、任意のタイミングでの解除機構を構成するものである。図６には、軸受部４１とその周辺のみを示すが、それ以外の構成は実施例１または実施例２と同一の構成が適用できる。通常状態では、図６(Ａ)に示す構成を取り、永久磁石８０ａと経鉄（軟鉄）８０ｂからなる固定部８０と、非磁性体８１ａと経鉄（軟鉄）８１ｂと両端の永久磁石８１ｃからなる可動部８１と、可動部８１の移動方向上に設けられた電磁石８２とで構成される。軸受部４１の可動部８１側は、鉄などの磁力で吸着可能な材質とする。基本状態は図６Ａの状態となっており、可動部８１を通して固定部８０の永久磁石８０ａの磁力線が下方へ伸びている。フロート部２に働く浮力によって軸受部４１が上方へ移動すると、閉止状態となった位置で磁力により吸着されて固定状態となる。吸着力を、弁体１１の自重より強くなるよう磁気回路を構成することで、浸水状態ではなくなり浮力が消失した場合においても吸着し続け、配管の閉止状態を保持し続けることができる。解除する際は、図６(Ｂ)に示すように左側の電磁石８２は、可動部８１端部に設置した永久磁石８１ｃの磁力線と反発するように動作させ、図６(Ａ)の右側の電磁石８２は、同じく可動部８１端部に設置した永久磁石８１ｃを吸引するように電磁石８２を動作させる。なお通電は、可動部が移動する間のみでよい。磁力線は、固定部８０の経鉄８０ｂと可動部８１の経鉄８１ｂの中でループするため、軸受部４１に対する吸着力は消失し、弁体１１は元の位置に戻る。電磁石８２は有線または無線通信により遠隔より操作可能とし、現地で作業しなくても解除作業を行うことができる。電源供給については、有線で供給してもよいし電池、太陽光発電装置などから供給してもよく、手段は問わない。電源供給がされない、ないしは遠隔操作が出来ない場合は現地において手動で解除する機構を使用するが、例えば、図６(A)に示すように前記可動部８１に配管外部からけん引可能なワイヤー８３を備えており、ワイヤー８３をけん引することで手動でも解除できる。または、実施例１で示したモーター５４と歯車５４ａおよび歯車５５による構成により可動部８１を動かす構成としてもよい。

次に、図７に配管直角部に設置した実施例を示す。配管形状については、円筒型または角型に因らないが、本実施例では円筒型配管を用いた場合を説明する。

実施例１と同様に浸水防止配管の両端にはフランジ７ａがあり、取り付け側の配管２１に設置されたフランジ部７ｂとボルトで締結される。配管外周には中空円筒構造のフロート部９０が設置されており、フロート部９０の中空部分９１は、接続された配管２１の断面形状と同一となっており、配管２１の圧力損失の増加を抑制可能である。配管３２下方より浸水が発生し水位がフロート部９０の下端に到達するとフロート部９０が浮上し始め、上端部９２に到達すると停止する。フロート部９０の高さhは、水平配管２１の開口部９３の閉止を行うために必要な上端部９２から水平配管部２１の下端までの高さをh1とし、フロート部９０の自重と浮力が釣り合う時のフロート部９０下端から水面位置までの高さをh2とした時、ｈ＞ｈ１＋ｈ２とする。これにより、水面高さが水平配管２１の下端に到達する前に上端部９２に移動可能な十分な浮力を持つ。また、前述の実施例１または実施例３で示した保持機構５０を設け、解除操作を任意の時間で実施できるものとする。保持機構５０の設置位置は、図７の実施例では、フロート部９０と上端部９２が接する部分に設置しているが、フロート部９０の側面側に設置してもよい。

上端部９２は、フロート部９０の上端がはまることができる凹凸部が形成される。凹凸部はフロート部１外径側に対応した凹部９４ａと、フロート部１の内径側に対応した凸部９４ｂで形成されるが、凸部９４ｂは形成しなくてもよい。

実施例４に関してフロート部９０の形状の変形例を示す。図８にフロート部９０の変形例を示す。図８の実施例の形状が示すように、フロート部９０上部と配管２１に段差が生じないよう、フロート部９０上部の内周側に傾斜部１００を持つテーパーを設けてもよい。フロート９０の上部にテーパー傾斜部１００を形成した場合は、圧力損失を低減することが可能となる。

また、図９の実施例に示すようにフロート部９０の下部にテーパーに設けてもよい。その場合は、内周側１１０または外周側１１１に傾斜部を設けることが可能である。また、フロート部９０の下部と接する管壁面１１２をテーパー形状に形成してもよく、この傾斜１１２によってフロート部９０と配管２１の中心軸が一致する形で位置合わせがされるので、流路壁面１１３のフロート部９０と配管２１の接続部の段差の発生を抑制することができ、圧力損失の発生を抑制することができる。

または、図１０の実施例に示すように、テーパー部はフロート１の上部ないしは下部のどちらか１つのみだけではなく、上部および下部の両方にテーパーを設けて本発明の課題を達成できる。

１浸水防止配管
１ｂ〜ｄ浸水防止配管
２フロート部
３回転軸
４支持部
５カウンターおもり
６空洞部
７フランジ
７ａフランジ（浸水防止配管側）
７ｂフランジ（配管２１側）
８弁体格納壁
９流路壁
１０バランスウェイト
１１弁体
１２開口部
１３パッキン
２０建屋外壁
２１配管
２２配管支持部
２３地面
４０ストッパ
４１軸受部
４１ａ突起部
４２ばね
５０保持機構
５１ばね
５２爪部
５３溝
５４モーター
５４ａ歯車
５５歯車
５６ワイヤー
５７レバー
８０磁石固定部
８０ａ永久磁石
８０ｂ経鉄（軟鉄）
８１ａ非磁性体
８１ｂ経鉄（軟鉄）
８１ｃ永久磁石
８２電磁石
８３ワイヤー
９０フロート部
９１流路部
９２管上端部
９３開口部
９４ａ管上端部凹部
９４ｂ管上端部凸部
１００テーパー傾斜部
１１０テーパー傾斜部
１１１テーパー傾斜部
１１２管傾斜部
１１３流路壁面
θＡフロート２とカウンターおもり５を回転軸３とつなぐ支持部４がなす角度
θＢ軸受部４１の取りつけ角度
ｈフロート部９０の高さ
ｈ１上端部９２から水平配管部２１の下端までの高さ
ｈ２フロート部９０の自重と浮力が釣り合う時のフロート部９０下端から水面位置までの高さ

Claims

配管内部に設置された弁体とフロートが一体となったフロート弁と、閉止状態を維持するための保持構造を有し、非閉止時にはフロート弁の面を含む配管と同一断面形状または断面積をもつ面で構成された配管部を備え、浸水発生時は浮力に因って動作することを特徴とする浸水防止配管。
請求項１の浸水防止配管において、
前記フロート弁は前記フロートと回転軸と、前記フロートに対して支持部を挟んで回転軸の逆側に設置されたカウンターおもりを備え、垂直配管または水平配管に接続され、浸水発生時に前記回転軸を中心に前記弁体が回転し、前記弁体が配管開口部方向に移動し、前記弁体と前記配管開口部が密着することで配管を閉止することを特徴とする浸水防止配管。
請求項２の浸水防止配管において、
前記弁体の回転軸周りの回転角度を任意の角度範囲に調整することが可能なストッパ構造を備えていることを特徴とする浸水防止配管。
請求項３の浸水防止配管において、
前記ストッパ構造は、有線または無線での遠隔操作により解除機構を持つことを特徴とする浸水防止配管。
請求項３の浸水防止配管において、
前記ストッパ構造は、手動操作により解除機構を持つことを特徴とする浸水防止配管。
請求項１の浸水防止配管において、
前記弁体の外周部または軸受部に閉止状態を維持するための保持構造を備えていることを特徴とする浸水防止配管。
請求項１の浸水防止配管において、
前記フロートを含む弁体の内側に流路を持ち、浸水時に浮力で前記弁体が浮上し弁体の側面が配管開口部に密着することで配管を閉止することを特徴とする浸水防止配管。
請求項７の浸水防止配管において、

前記閉止状態を維持する保持構造を備え、有線または無線での遠隔操作により前記保持構造の解除機構を持つこと事を特徴とする浸水防止配管。
請求項７の浸水防止配管において、
前記閉止状態を維持する保持構造を備え、手動操作により前記保持構造の解除機構を持つことを特徴とする浸水防止配管。