JP4639403B2 - 緊急遮断弁用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、地震による停電などの非常時に、緊急遮断弁を閉弁するためのアクチュエータに関する。

従来より緊急遮断弁としては種々の型式のものが使用されているが、感震器や電池が制御盤内に設けられ、且つ制御盤が弁体に一体的にもうけられたものは特許文献１に開示されている。この緊急遮断弁は重錘によって弁を閉弁するもので、地震を感震器で検知したらその信号でソレノイドを作動させて重錘のロックを外して、重錘の下降により閉弁するように構成されている。また開弁するには、重錘を手動で引き上げロック位置まで戻す必要があり、操作性が簡便であるとは言い難い。

緊急遮断弁は通常時には作動せず、いつ発生するか分からない地震などの非常時には確実に作動することが要求される。そこで緊急遮断弁には駆動源の単純性、各種信号の伝達の確実性、過失操作の防止、平常時における現場での点検簡易性が求められる。しかし前記した緊急遮断弁は駆動源が重錘であって、地震を感震器で検知したらその信号でソレノイドが作動し、重錘を保持しているロックを外すことにより重錘が下降し作動するもので、ソレノイドによる外力以外でもロックが外れ易いなど確実性に問題がある。

特開平９−２４２９１８号公報

本発明は上記した課題を解決して、緊急遮断弁の駆動源を単純にして通常の点検作業を簡易にし、且つ通常時における現場での弁の開閉や緊急時における現場での弁操作を簡易に行うことができる緊急遮断弁用アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の緊急遮断弁用アクチュエータは、
商用電源に接続されたＤＣ電源で駆動されて緊急遮断弁を開閉する直流電動機と、前記商用電源の停電時に前記直流電動機のバックアップ電源として電気二重層コンデンサからなる蓄電池と、振動を検出する感震器と、前記緊急遮断弁の閉弁と開弁の操作を行うスイッチを設けた現場操作表示ユニットと、
前記直流電動機を駆動する駆動回路及び前記商用電源に接続されて前記蓄電池を充電する充電回路と、前記商用電源の停電を検出する停電検出回路と、前記感震器が検出した検出信号と前記スイッチからの信号を入力して前記緊急遮断弁の開閉の制御及び前記蓄電池の充電の制御を行うＣＰＵとを有する制御回路基板と、
を備えた緊急遮断弁用アクチュエータにおいて、
前記直流電動機と前記蓄電池と前記感震器と前記制御回路基板を、前記緊急遮断弁用アクチュエータのカバー内に配置し、
前記現場操作表示ユニットを、前記緊急遮断弁用アクチュエータのカバーの外面に該カバーと一体的に取付けたことを特徴としている。
さらに、本発明において、前記制御回路基板の前記ＣＰＵは、前記現場操作表示ユニットの前記閉弁の操作を行うスイッチから短時間の間に、継続した入力信号、又は前記スイッチから２回の入力信号が入力されたときに、前記緊急遮断弁を閉じる制御を行うことを特徴としている。
さらに、本発明において、前記制御回路基板は、前記蓄電池の電圧を検出してその電圧検出値を前記制御回路基板に入力する電圧検出回路を備え、
前記制御回路基板の前記ＣＰＵは、前記電圧検出回路から入力される前記電圧検出値を監視し、
前記入力された前記電圧検出値が前記蓄電池の満充電状態の電圧値に達したと判定されると、前記蓄電池の充電を停止するように前記充電回路の作動を停止する制御を行い、
前記電圧検出値が前記蓄電池の満充電状態より所定の電圧値まで低下していると判定されると、前記蓄電池が前記満充電状態の電圧値まで充電されるように前記充電回路の作動を制御することを特徴としている。

本発明の緊急遮断弁用アクチュエータは、非常時のバックアップ電源として電気二重層コンデンサからなる蓄電池を使用するので、緊急遮断弁の駆動源が単純であって通常の点検作業を簡易にでき、且つ通常時における現場での緊急遮断弁の開閉や緊急時における現場での弁操作が簡易に行え、且つ誤操作を防止することができる。

本発明の緊急遮断弁用アクチュエータ（以下の説明において、この緊急遮断弁用アクチュエータのことを、単に「アクチュエータ」と記載する場合がある。）は停電時のバックアップ電源として電気二重層コンデンサ（以下蓄電池と称す）を内蔵しているから、商用電源が停電したときは電動機や制御回路基板や感震器や現場操作表示ユニットを作動させる電源もこの蓄電池から供給される。感震器や現場操作表示ユニットが遮断弁とかけ離れた場所に設置されていれば、その間を結ぶ比較的長い信号配線や電気配線が必要となる。これが地震の影響で切断され、それによって緊急遮断弁が作動しない怖れもてでくる。しかして蓄電池と感震器と現場操作表示ユニットがアクチュエータ内及びアクチュエータカバーに一体的に取付けてあると、たとえ地震が起ってもそれによって信号配線や電気配線が切断される怖れはなく、よってアクチュエータ内にある蓄電池によって外部の状況とは隔離されて自立的に作動させることができる。

緊急遮断弁は通常時には作動せず、いつ起るか分からない地震などの非常時には確実に作動する必要があるから通常時の点検が重要となる。そこで、例えば緊急遮断弁用アクチュエータに現場操作表示ユニットを一体的に設けることにより、通常時の点検における弁の機械的動作確認が簡易に行え、緊急時には弁の廻りの状態を視認したうえでその場で復帰動作を行い得るとともに、緊急遮断弁を取付けた水槽の清掃時にもその場で弁の操作ができるという簡易性を付与することができる。

また現場操作表示ユニットに取付けた閉弁を指令するスイッチに、過失操作を防止するための所定の動作を付加することにより、例えば何かがぶつかった場合や、子供がいたずらで閉弁のスイッチを押した場合のような過失による操作では弁が閉になることが防止される。

また緊急遮断弁に使用する感震器は、例えばオイルバス中に感震体を浮遊せしめて、自動水平調整機能をもたせることにより、緊急遮断弁や感震器の取付け角度が垂直や水平に対して多少傾いていても正確に作動することができるため、緊急遮断弁の取付けに多少の傾斜が許されてその取付け作業が容易になる。

次に本発明のアクチュエータを備えた緊急遮断弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は緊急遮断弁の全体立面図、図２は図１の側面図である。図３は本発明のアクチュエータ内部の配置図、図４はアクチュエータ内部の概略回路図であり、図５はアクチュエータに設けた現場操作表示ユニットの正面図である。図中１は弁本体で２はアクチュエータであり、アクチュエータ２の外面に現場操作表示ユニット３が取付けてある。弁本体１は弁箱１１と弁体１２と弁棒１３とよりなり、弁棒１３はアクチュエータ２と連結していて、アクチュエータ２内の直流電動機（後述）によって弁体１２を開閉するものである。弁体１２はシートにコンタクトする部分のみを球状にしたセグメントタイプのボール弁を使用して、長期間、開弁保持してもバルブの操作トルクが増加しないことで弁の作動の確実性を確保している。アクチュエータ２内には図３に示すように直流電動機４と蓄電池５と制御回路基板６と制御回路基板６上に取付けた感震器７が配置してあり、直流電動機４は減速ギヤ機構を介して出力軸８と連結している。感震器７には、自動水平調整型のものを使用し、この感震器は約１０度までの傾斜に対して自動調芯機能を持つものである。

図４はアクチュエータ２内の概略回路図である。制御回路基板６内にはＣＰＵや電動機の駆動回路や停電検出回路や電圧検出回路が設けられ、感震器７、直流電動機４、現場操作表示ユニット３と結ばれている。制御回路基板６内のＣＰＵは感震器７からの振動検知信号を受けて、それが地震か否かの判断をして、地震と判断した場合は電動機駆動回路に電動機の駆動を指示することを主な役目とする。商用電源に接続されたＤＣ電源で充電回路を動作させるとともに、ＤＣ/ＤＣ電源をとおしてＣＰＵなどを動作させる制御電源を得ている。また充電回路を介して蓄電池５へ供給されて蓄電池５を充電する。しかし商用電源が停電した場合は停電検出回路が作動し、直流電動機への入力は蓄電池５に切り替えられる。蓄電池５は常にモータの駆動用電源としてモータ駆動回路を通じ、モータに給電される。従って不意の停電や地震による停電に際しても、緊急遮断弁は支障なく作動することができる。

緊急遮断弁は非常時のみ作動するものであるから、通常時に定期的な動作確認や外観視認が必要である。そこで現場操作表示ユニットをアクチュエータに一体的に設けることにより、上記した動作確認等において次のような利点を有するものである。
イ）点検のため、「遮断」の押しボタンを操作して閉弁の機械的な作動に問題がないか確認する必要があるが、緊急遮断弁が設置されている現場で容易に弁の作動を確認することができる。
ロ）地震が発生して緊急遮断弁が閉弁した後、地震による被害がなく再度開弁しようとするとき、緊急遮断弁周辺の配管の状況を視認した上、緊急遮断弁を開弁することができる。上記した状況下で、緊急遮断弁と操作元である操作盤が離れた位置にあると、点検及び操作する人はその都度、緊急遮断弁と操作元との間を往復するようなことになるのに対し、操作元である現場操作表示ユニットが一体的に設けてあると、点検と操作を人が移動することなく簡易に行うことができる。

図５は現場操作表示ニユット３のレイアウトを示す平面図である。図中３１は商用電源の給電を示す表示灯で、３２は遮断表示灯で弁が「閉」の状態であるとき、点灯する。３３はエラー表示灯で、緊急遮断弁の動作異常時に点灯するもので、３４は「遮断」押しボタンである。この「遮断」押しボタンは短時間の間、単に押すだけの一次的操作では弁を「閉」にすることはできず、「遮断」押しボタンを、１５秒間押し続ける二次的操作をすることによって継続した入力信号が入力されると、弁を「閉」にすることができる。この二次的操作は例えば何かが「遮断」押しボタン３４に当ったか、或いは子供がいたずらで押したこと等の過失によって弁が「閉」になることを防止するためのものである。またそれに替えて押しボタンをダブルクリック、すなわち、２回押す操作を行うことにより、２回の入力信号が入力されると、弁を「閉」にする処理を行ってもよい。従来型の緊急遮断弁では一般的には施錠できる操作盤内に「遮断」の押しボタンが収容されていて、上記したような過失は起こり難いからこのような二次的操作の機能は設けられていない。３５は「復帰」押しボタンで、これを押すことにより地震等により弁が「閉」になっているものを「開」にするためのスイッチである。

本発明の緊急遮断弁用アクチュエータは蓄電池として電気二重層コンデンサを使用しているが、この蓄電池は正極活性炭と負極活性炭の間に電解液を配置し、充電サイクルでは正極活性炭と電解液の界面では陰イオンが吸着し、負極活性炭と電解液の界面では陽イオンが吸着する。逆に放電サイクルでは正極活性炭と負極活性炭に吸着したイオンが電解液中を移動することで電流を取り出すことができるものである。この充放電はイオンの吸着によるもので、通常の蓄電池のような化学反応によるものではないから充放電の回数には制限がなく、鉛蓄電池やニッケルカドニウム蓄電池などの一般的な蓄電池では、その交換時期が約２〜３年であるのに対して、電気二重層コンデンサではその交換時期が約７年以上と永く、メンテナンスの手数を大幅に省くことができる。また充電時間は電気二重層コンデンサの容量と充電電流できまるものであり、本実施の形態で使用したものでは２分間以内で完全に充電され、通常の蓄電池に比べ急速な充電が可能である。また充電回路を簡素化できる利点を合わせ持っている。

一方、電気二重層コンデンサは、完全に充電されているにもかかわらず、その後も常時電圧を印加しておくことは、寿命の点で好ましくない。そこで、間欠的に充電するよう充電回路を構成した。具体的には電気二重層コンデンサの電圧を常に監視し、満充電状態となった時点で充電を停止し、自然放電等で電気二重層コンデンサの電圧がある値にまで低下したら、満充電となるまで再充電するものである。図６は、実際の電気二重層コンデンサの充電状況を示したものである。満充電時の電気二重層コンデンサ電圧を14.5V、再充電開始時の電気二重層コンデンサ電圧を13.5Vとした。このとき最初の初期充電時間は約２分と長いが、2回目以降の充電時間は約30秒と極めて短く、それに対し、自然放電による放電時間は実測で約１時間であり、全時間に対して充電時間が占める割合が0.8%と非常に低く抑えることができ、電気二重層コンデンサには電気的なストレスはほとんどない充電方法である。この方法は電気二重層コンデンサの交換時期を引き延ばすのに大きな効果がある。また放電回路に満充電された状態の電気二重層コンデンサを接続し、ＣＰＵで定期的に（例えば、３ヶ月毎）電気二重層コンデンサの電圧がある電圧まで低下するのに要する時間を測定することで、電気二重層コンデンサの実質の容量を算出することができ、この容量から電気二重層コンデンサの交換時期を知らせることができる。

図７は本発明の緊急遮断弁用アクチュエータ内に設けられた水準計９の概略を示すものである。支柱９１から鎖９２によって釣り下げられた錘９３がアクチュエータの床に形成してある凹部９４の中に臨んで配置してあるものである。この凹部９４の径を適宜選定して、錘９３が凹部９４の縁に接触したときが前記した自動水平調整式の感震器７の許容傾斜限度であるようにしておけば、これを目視することで緊急遮断弁の取付けが適正な傾斜内にあるか否かを容易に判定することができる。

また受水槽等の水槽に本発明のアクチュエータを備えた緊急遮断弁を使用するときは、通常１つの水槽に複数個の緊急遮断弁を使用する。そのとき主の緊急遮断弁に図１に示す緊急遮断弁を用い、従の緊急遮断弁としてアクチュエータ内に電動機とモータ駆動回路と開度検出回路のみを装備したもの（図４の一点鎖線内参照）を用い、弁の「閉「開」は全て主の緊急遮断弁の指示により行うようにしたものも簡易型として使用できる。

本発明のアクチュエータを備えた緊急遮断弁の立面図及び一部断面図である。 図１の緊急遮断弁の側面図である。 本発明のアクチュエータ内部の配置図である。 本発明のアクチュエータ内部の概略回路図である。 緊急遮断弁に設けた現場操作表示ユニットの平面図である。 電気二重層コンデンサの充電状況を示す線図である。 緊急遮断弁に設けた水準計を示す立面図である。

符号の説明

１ 緊急遮断弁、２ アクチュエータ、３ 現場操作表示ユニット、４ 直流電動機、５蓄電池、６ 制御回路基板、７ 感震器、９ 水準計、１２ 弁体、１３ 弁棒、３４ 遮断押しボタン、３５ 復帰押しボタン

Claims (3)

1. 商用電源に接続されたＤＣ電源で駆動されて緊急遮断弁を開閉する直流電動機と、前記商用電源の停電時に前記直流電動機のバックアップ電源として電気二重層コンデンサからなる蓄電池と、振動を検出する感震器と、前記緊急遮断弁の閉弁と開弁の操作を行うスイッチを設けた現場操作表示ユニットと、
   前記直流電動機を駆動する駆動回路及び前記商用電源に接続されて前記蓄電池を充電する充電回路と、前記商用電源の停電を検出する停電検出回路と、前記感震器が検出した検出信号と前記スイッチからの信号を入力して前記緊急遮断弁の開閉の制御及び前記蓄電池の充電の制御を行うＣＰＵとを有する制御回路基板と、
   を備えた緊急遮断弁用アクチュエータにおいて、
   前記直流電動機と前記蓄電池と前記感震器と前記制御回路基板を、前記緊急遮断弁用アクチュエータのカバー内に配置し、
   前記現場操作表示ユニットを、前記緊急遮断弁用アクチュエータのカバーの外面に該カバーと一体的に取付けたことを特徴とする緊急遮断弁用アクチュエータ。
2. 前記制御回路基板の前記ＣＰＵは、前記現場操作表示ユニットの前記閉弁の操作を行うスイッチから短時間の間に、継続した入力信号、又は前記スイッチから２回の入力信号が入力されたときに、前記緊急遮断弁を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の緊急遮断弁用アクチュエータ。
3. 前記制御回路基板は、前記蓄電池の電圧を検出してその電圧検出値を前記制御回路基板に入力する電圧検出回路を備え、
   前記制御回路基板の前記ＣＰＵは、前記電圧検出回路から入力される前記電圧検出値を監視し、
   前記入力された前記電圧検出値が前記蓄電池の満充電状態の電圧値に達したと判定されると、前記蓄電池の充電を停止するように前記充電回路の作動を停止する制御を行い、
   前記電圧検出値が前記蓄電池の満充電状態より所定の電圧値まで低下していると判定されると、前記蓄電池が前記満充電状態の電圧値まで充電されるように前記充電回路の作動を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の緊急遮断弁用アクチュエータ。