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WO2018180481A1 - バルブ装置 - Google Patents

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WO2018180481A1
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actuator
valve device
generation unit
power
power generation
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Inventor
敏之 阪本
英宏 堂屋
Original Assignee
株式会社フジキン
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    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/064—Circuit arrangements for actuating electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to a gas-driven valve device.
  • One of the objects of the present invention is to provide a gas-driven valve device in which various electronic devices can be mounted and the problems of wiring and battery replacement are solved.
  • a valve device is a valve device that is opened and closed by a driving gas, A drive member for driving the valve body; An actuator that receives the supply of driving gas to drive the driving member; A spring member for biasing the drive member in a direction opposite to the drive direction of the actuator; A power generation unit that is provided in a drive gas supply path to the actuator and includes a screw that is rotated by a gas flow, and a generator to which the screw is connected; The power generation unit generates power using a part of energy stored in the drive gas and the spring member supplied to the actuator.
  • the power generation unit may employ a configuration in which power is generated by rotation of the screw by gas flowing through the supply path when driving gas supplied to the actuator is discharged to the outside.
  • the power generation unit can employ a configuration in which the screw is idled in order to suppress a pressure loss of the supplied gas when the driving gas is supplied to the actuator.
  • the driving gas supplied to the actuator has a circuit for taking out only the electric power generated by the rotation of the screw by the gas flowing through the supply path when the driving gas is released to the outside of the actuator. Can be adopted.
  • the power source circuit includes a power source circuit that boosts a voltage generated by the generator, and a load that operates by power supplied from the power source circuit, and includes a secondary battery or a capacitor that receives power supply from the power source circuit.
  • a configuration can also be employed.
  • the power generation unit does not interfere with the operation of the actuator because the power is generated by using a part of the energy stored in the driving gas and the spring member that is originally supplied to the actuator, and A valve device capable of generating electricity without supplying additional energy is obtained.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a valve device according to an embodiment of the present invention.
  • 1B is a longitudinal sectional view of the valve device of FIG. 1A in a valve closed state.
  • FIG. 2B is a longitudinal sectional view of FIG. 2A.
  • 1B is a schematic configuration diagram of an example of a valve system that operates the valve device of FIG. 1A.
  • FIG. The figure for demonstrating the flow of energy at the time of an actuator drive (at the time of valve opening) in the system of FIG. 3A.
  • the functional block diagram which shows an example of a
  • FIGS. 1B and 1C are views showing a configuration of a valve device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is an external perspective view, FIG. 1B is a longitudinal sectional view in an open state, and FIG. 1C is in a closed state. It is a certain longitudinal cross-sectional view.
  • arrows A1 and A2 indicate the vertical direction, A1 indicates the upward direction, and A2 indicates the downward direction.
  • the valve device 1 includes a pipe joint 3, a power generation unit housing portion 5, an actuator portion 10, a valve body 20, and a circuit housing portion 50.
  • the pipe joint 3 has an air flow passage 3a, is connected to a pipe (not shown), is supplied with compressed air as a drive gas to the actuator unit 10 through the flow passage 3a, or air that has been released from the actuator unit flows. It is discharged to the outside through the path 3a.
  • the power generation unit housing portion 5 is formed of a cylindrical member and is connected to the pipe joint 3 by a cylindrical connecting member 4.
  • the power generation unit accommodating portion 5 accommodates the power generation unit 100 and also serves as an air flow path.
  • the power generation unit 100 includes a commutator generator 110, a screw 120 fixed to the rotating shaft of the commutator generator 110, and four sheets for fixing the casing of the commutator generator 110 to the inner cavity 5 a of the power generation unit housing 5. And a support plate 130.
  • the inner cavity 5a also serves as an air flow path.
  • the four support plates 130 are fixed around the commutator generator 110 at equal intervals, and are held between the connection member 4 and the power generation unit housing 5.
  • the four support plates 130 define four flow paths 5c through which air flows. As a result, air can flow between the connection member 4 and the flow passage 5b of the power generation unit housing 5.
  • the screw 120 rotates in one direction by the air flow from the connection member 4 side toward the power generation unit housing 5, and rotates in the opposite direction by the air flow from the flow path 5b toward the connection member 4 side.
  • the rotation of the screw 120 is transmitted to the commutator generator 110.
  • power is generated when the commutator generator 110 is electrically connected to the load circuit, but the commutator generator 110 is connected to the load circuit. In a state where the screw 120 is not electrically connected to the power, no power is generated and the screw 120 idles.
  • the circuit housing unit 50 houses a diode D1, a power supply IC 601, a microcomputer 603, a wireless unit 605, a secondary battery 602, and the like, which will be described later.
  • the electrical wiring of the power generation unit 100 is guided to the circuit housing portion 50 through the communication hole 5 h formed in the power generation unit housing portion 5.
  • the actuator unit 10 includes a cylindrical actuator cap 11, an actuator body 12, a piston member 13, and a diaphragm presser 14 as an operation member.
  • the actuator cap 11 is connected to the lower end of the power generation unit housing 5 at the center of the ceiling, and has a cylindrical portion 11a extending from the ceiling toward the downward direction A2.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical portion 11 a defines an air flow passage 11 b, and the flow passage 11 b communicates with the flow passage 5 b of the power generation unit housing portion 5.
  • the actuator body 12 has a guide hole 12a for guiding the diaphragm retainer 14 in the vertical directions A1 and A2 on the lower side thereof, and a through hole 12b is formed in communication with the upper side of the guide hole 12a.
  • a cylinder chamber 12c is formed on the upper side of the actuator body 12 to guide the piston portion 13b of the piston member 13 in the up and down directions A1 and A2 via an O-ring OR.
  • the piston member 13 has a flow passage 13a communicating with the cylinder chamber 12c at the center.
  • the flow passage 13 a communicates with the flow passage 3 a of the pipe joint 3.
  • the piston portion 13b and the tip shaft portion 13c are movable in the vertical directions A1 and A2 through the cylinder chamber 12c and the through hole 12b via an O-ring OR.
  • the diaphragm retainer 14 is movable in the vertical directions A1 and A2 by the guide hole 12a of the actuator body 12.
  • the upper side of the valve body 20 is connected to the lower side of the actuator body 12, and gas flow paths 21 and 22 having openings 21 a and 22 a on the bottom surface thereof are defined.
  • the flow paths 21 and 22 are connected to other flow path members via a seal member (not shown).
  • the valve seat 16 is provided around the flow path 21 of the valve body 20.
  • the valve seat 16 is formed of a resin such as PFA or PTFE so as to be elastically deformable.
  • the diaphragm 15 functions as a valve body, has a larger diameter than the valve seat 16, and is formed in a spherical shell shape so as to be elastically deformable with a metal such as stainless steel or a NiCo alloy, or a fluorine resin.
  • the diaphragm 15 is supported by the valve body 20 so as to be in contact with and separated from the valve seat 16 by being pressed toward the valve body 20 by the lower end surface of the actuator body 12 through the presser adapter 18.
  • the diaphragm 15 is pressed by the diaphragm retainer 14, is elastically deformed, and is pressed against the valve seat 16.
  • the pressure by the diaphragm presser 14 is released, it is restored to a spherical shell shape.
  • the flow path 21 is closed. As shown in FIG. To do.
  • the coil spring 30 is interposed between the ceiling portion of the actuator cap 11 and the piston portion 13b of the piston member 13, and always urges the piston member 13 by a restoring force in the downward direction A2.
  • the upper end surface of the diaphragm retainer 14 is urged in the downward direction A2 by the piston member 13 and presses the diaphragm 15 toward the valve seat 16.
  • FIG. 3A shows an example of a system for operating the valve device 1 configured as described above.
  • the valve operating unit 500 is a part related to the flow of energy when the valve device 1 operates, and refers to the actuator unit 10 and the coil spring 30.
  • the gas supply source 300 has a function of supplying a driving gas to the valve device 1 through an air line AL fluidly connected to the pipe joint 3 of the valve device 1, and is, for example, an accumulator or a gas cylinder.
  • a solenoid valve EV1 is provided in the middle of the air line AL, and a solenoid valve EV2 is provided in the air line AL branched on the downstream side of the solenoid valve EV1.
  • the control circuit 310 outputs control signals SG1 and SG2 to the electromagnetic valves EV1 and EV2 in order to control opening and closing of the electromagnetic valves EV1 and EV2.
  • the load circuit 600 is an electric circuit that is electrically connected as a load to the commutator generator 110 of the power generation unit 100.
  • the load circuit 600 is electrically connected to the power generation unit 100 by an electric wiring EL.
  • the load circuit 600 includes a diode D1, a power supply IC 601, a secondary battery 602, a microcomputer 603, various sensors 604 such as a pressure sensor and a temperature sensor, and a wireless unit 605 that can transmit data detected by the various sensors 604 to the outside.
  • the diode D ⁇ b> 1 of the load circuit 600 serves to electrically connect the load circuit 600 to the commutator generator 110 only when generating electric power using a part of the energy stored in the coil spring 30.
  • the power generation unit 100 can generate power regardless of whether the screw 120 rotates in the forward or reverse direction, and can generate positive and negative DC power, but when the driving gas supplied to the valve device 1 is released.
  • a diode D1 is provided to consume the power generated only in the positive direction.
  • the power supply IC 601 boosts the power from the commutator generator 110 and stores it in the secondary battery 602 while adjusting the power sent to the power supply destination such as the microcomputer 603, various sensors 604, and the wireless unit 605. It also functions. For example, what is generally distributed for energy harvesting can be employed.
  • the secondary battery 602 stores DC power supplied from the power supply IC 601. It is also possible to substitute a capacitor having a relatively large capacity.
  • Other than the various sensors 604 are housed in the circuit housing section 50 described above, and the various sensors 604 are disposed near the flow path of the valve device 1 to detect pressure and temperature.
  • the power supply IC 601 and the microcomputer 603 are electrically connected by wiring.
  • the actuator unit 10 needs to be driven.
  • the electromagnetic valve EV1 is opened and the electromagnetic valve EV2 is closed.
  • the driving gas is supplied from the gas supply source 300 to the valve device 1.
  • the driving gas is, for example, compressed air, and has a sufficiently high pressure to drive the valve device 1.
  • the screw 120 rotates in the negative direction by the driving gas passing through the power generation unit 100.
  • the load circuit 600 does not consume power. Since no power is consumed in the load circuit 600, no load is applied to the screw 120, and the screw is idle.
  • the piston member 13 can be operated in a desired manner with almost no pressure loss of the supplied driving gas.
  • the piston member 13 By supplying the driving gas to the valve device 1, as shown in FIG. 1B, the piston member 13 is pushed up in the upward direction A ⁇ b> 1, the coil spring 30 is compressed, and energy is stored in the coil spring 30.
  • the contact surface 13f of the piston member 13 inelastically collides with the contact surface 11f of the actuator cap 11, so that the energy supplied from the gas supply source 300 to the valve device 1 is reduced. Some are converted into heat and vibration and released.
  • the driving gas stored in the valve device 1 is released, and the energy stored in the coil spring 30 is released.
  • the electromagnetic valve EV1 is closed and the electromagnetic valve EV2 is opened.
  • the driving gas drives the screw 120 of the power generation unit 100 in the forward direction, whereby electric power is supplied to the load circuit 600. Supplied.
  • the supplied power is charged in the secondary battery 602 while being consumed by the various sensors 604 and the like. Since the secondary battery 602 is charged while using the valve, the secondary battery 602 having a smaller capacity than the case of using the primary battery can be operated for a long time. Since the energy stored in the battery can be reduced, damage to the surroundings can be minimized even if a failure caused by the battery occurs.
  • the power generation unit 100 can generate electric power without interrupting the operation of the actuator unit 10 and without supplying additional energy. Thereby, the response speed of the valve can be maintained while maintaining the supplied air pressure.
  • the energy that is originally consumed due to the release to the outside through the electromagnetic valve EV2 the inelastic collision that the diaphragm retainer 14 collides with the valve seat 16 through the diaphragm 15, and the like. Since power is generated using a part, it contributes to the mitigation of impact in the inelastic collision. As a result, the remarkable effect of suppressing the occurrence of cracking of the diaphragm 15 and extending the life of the valve device 1 is brought about.
  • a so-called normally closed valve is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a so-called normally open valve.
  • valve device 1 is driven by compressed air
  • other gases than air can also be used.
  • the diaphragm type valve is exemplified, but the present invention is not limited to this and can be applied to other types of valves.

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Abstract

【課題】各種電子機器を搭載可能で、配線や電池交換の問題が解消されたガス駆動式のバルブ装置を提供する。 【解決手段】ダイヤフラム１５を駆動するピストン部材１３と、高圧のエアの供給を受けてピストン部材１３を駆動するアクチュエータ部１０と、アクチュエータ部１０の駆動方向とは逆方向にピストン部材１３を付勢するコイルばね３０と、アクチュエータ部１０への高圧の空気の供給経路である発電ユニット収容部５内に設けられ、エアの流れによって回転するスクリュー１２０と、スクリュー１２０が連結された整流子ジェネレータ１１０とを含む発電ユニット１００と、を有し、発電ユニット１００は、アクチュエータ部１０に供給された高圧のエアおよびコイルばね３０に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電する。

Description

バルブ装置
　本発明は、ガス駆動式のバルブ装置に関する。
　バルブ装置の分野においても、圧力センサや無線モジュール等の電子機器を搭載して装置の高機能化が図られようとしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７－０２０５３０号公報
　しかしながら、空圧を用いたエア駆動式のバルブ装置においては、各種電子機器を動作させるための電源を確保する必要がある。電源のための配線を外部からバルブ装置内に導き入れる必要がある。電源として電池を用いれば、配線の問題は解消されるが、電池交換作業が必要となる。
　本発明の目的の一つは、各種電子機器を搭載可能で、配線や電池交換の問題が解消されたガス駆動式のバルブ装置を提供することにある。
　本発明に係るバルブ装置は、駆動ガスで開閉されるバルブ装置であって、
　弁体を駆動する駆動部材と、
　駆動ガスの供給を受けて前記駆動部材を駆動するアクチュエータと、
　前記アクチュエータの駆動方向とは逆方向に前記駆動部材を付勢するばね部材と、
　前記アクチュエータへの駆動ガスの供給経路に設けられ、ガスの流れによって回転するスクリューと、前記スクリューが連結されたジェネレータとを含む発電ユニットと、を有し、
　前記発電ユニットは、前記アクチュエータに供給された駆動ガスおよび前記ばね部材に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電する、ことを特徴とする。
　好適には、前記発電ユニットは、前記アクチュエータに供給される駆動ガスが外部に放出される際に前記供給経路を流れるガスによる前記スクリューの回転により発電する、構成を採用できる。
　さらに好適には、前記発電ユニットは、前記アクチュエータへの駆動ガスの供給の際に、供給されるガスの圧力損失を抑制すべく、スクリューを空転させる、構成を採用できる。この場合には、前記アクチュエータに供給される駆動ガスが当該アクチュエータの外部に解放される際に前記供給経路を流れるガスによる前記スクリューの回転により発電される電力のみを取り出すための回路を有する、構成を採用できる。
　さらに好適には、前記ジェネレータにより発電した電圧を昇圧する電源回路と、前記電源回路から供給される電力により作動する負荷と、を有し、電源回路から電力供給を受ける二次電池又はキャパシタを有する構成も採用可能である。
　本発明によれば、本来外部に放出されるアクチュエータに供給された駆動ガスおよびばね部材に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電するので、発電ユニットがアクチュエータの動作を妨げず、かつ、追加のエネルギーを供給することなく発電可能なバルブ装置が得られる。
本発明の一実施形態に係るバルブ装置の外観斜視図。 バルブ開状態にある図１Ａのバルブ装置の縦断面図。 バルブ閉状態にある図１Ａのバルブ装置の縦断面図。 発電ユニット収容部および発電ユニットの一部に縦断面を含む斜視図。 図２Ａの縦断面図。 図２Ａの発電ユニット収容部の上面図。 図１Ａのバルブ装置を作動させるバルブシステムの一例の概略構成図。 図３Ａのシステムにおいて、アクチュエータ駆動時(弁開時)のエネルギーの流れを説明するための図。 図３Ａのシステムにおいて、圧力解放時(弁閉時)のエネルギーの流れを説明するための図。 負荷回路の一例を概略的に示す機能ブロック図。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。
　図１Ａ～図１Ｃは、本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構成を示す図であって、図１Ａは外観斜視図、図１Ｂは開状態にある縦断面図、図１Ｃは閉状態にある縦断面図である。なお、図１Ｂ、図１Ｃにおいて、矢印Ａ１，Ａ２は上下方向を示しており、Ａ１が上方向、Ａ２が下方向を示している。
　バルブ装置１は、管継手３、発電ユニット収容部５、アクチュエータ部１０、バルブボディ２０と、回路収容部５０とを有する。管継手３は、エアの流通路３ａを有し、図示しない配管と接続され、流通路３ａを通じてアクチュエータ部１０へ駆動ガスとしての圧縮エアが供給され、又は、アクチュエータ部から解放されたエアが流通路３ａを通じて外部に放出される。
　発電ユニット収容部５は円筒状部材で形成され、円筒状の接続部材４により管継手３と接続されている。発電ユニット収容部５は、発電ユニット１００を収容するとともにエアの流通路を兼ねている。
　図２Ａ～図２Ｃに、発電ユニット収容部５の内部構造を示す。
　発電ユニット１００は、整流子ジェネレータ１１０と、整流子ジェネレータ１１０の回転軸に固定されたスクリュー１２０と、整流子ジェネレータ１１０のケーシングを発電ユニット収容部５の内腔５ａに固定するための４枚の支持板１３０とを有する。内腔５ａはエアの流通路を兼ねる。
　４枚の支持板１３０は、整流子ジェネレータ１１０の周囲に等間隔に固定され、接続部材４と発電ユニット収容部５との間で保持されている。また、４枚の支持板１３０は、エアの流通する４つの流通路５ｃを画定している。これにより、接続部材４と発電ユニット収容部５の流通路５ｂとの間でエアが流通可能になる。
　スクリュー１２０は、接続部材４側から発電ユニット収容部５に向かうエアの流れによって一方向に回転するとともに、流通路５ｂから接続部材４側に向かうエアの流れにより前記とは逆方向に回転する。スクリュー１２０の回転は、整流子ジェネレータ１１０に伝達されるが、後述するように、整流子ジェネレータ１１０が負荷回路に電気的に接続された状態では電力が発電するが、整流子ジェネレータ１１０が負荷回路と電気的に接続されていない状態では、電力は発電されずスクリュー１２０は空転する。
　回路収容部５０には、後述する、ダイオードＤ１、電源ＩＣ６０１、マイクロコンピュータ６０３、無線部６０５、二次電池６０２等が収容される。また、発電ユニット１００の電気配線等が発電ユニット収容部５に形成された連通孔５ｈを通じて回路収容部５０へ導かれる。
　アクチュエータ部１０は、円筒状のアクチュエータキャップ１１、アクチュエータボディ１２、ピストン部材１３および操作部材としてのダイヤフラム押え１４を有する。
　アクチュエータキャップ１１は、天井部の中心部に、上記した発電ユニット収容部５の下端部が接続されており、この天井部から下方向Ａ２に向けて延びる円筒部１１ａを有する。円筒部１１ａの内周面はエアの流通路１１ｂを画定しており、流通路１１ｂは発電ユニット収容部５の流通路５ｂと連通している。
　アクチュエータボディ１２は、その下側にダイヤフラム押え１４を上下方向Ａ１，Ａ２にガイドするガイド孔１２ａを有し、ガイド孔１２ａの上側に連通して貫通孔１２ｂが形成されている。アクチュエータボディ１２の上側には、ＯリングＯＲを介してピストン部材１３のピストン部１３ｂを摺動自在に上下方向Ａ１，Ａ２に案内するシリンダ室１２ｃが形成されている。
　ピストン部材１３は、中心部にシリンダ室１２ｃに連通する流通路１３ａを有する。流通路１３ａは、管継手３の流通路３ａと連通している。ピストン部材１３は、ピストン部１３ｂおよび先端軸部１３ｃがＯリングＯＲを介してシリンダ室１２ｃおよび貫通孔１２ｂを上下方向Ａ１，Ａ２に移動自在となっている。
　ダイヤフラム押え１４はアクチュエータボディ１２のガイド孔１２ａにより上下方向Ａ１，Ａ２に移動自在となっている。
　バルブボディ２０は、上側がアクチュエータボディ１２の下側と接続され、その底面に開口部２１ａ，２２ａを有するガス等の流路２１，２２を画定している。流路２１，２２は他の流路部材と図示しないシール部材を介して接続される。
バルブシート１６は、バルブボディ２０の流路２１の周囲に設けられている。バルブシート１６は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂で弾性変形可能に形成されている。
　ダイヤフラム１５は、弁体として機能し、バルブシート１６よりも大きな直径を有し、ステンレス、ＮｉＣｏ系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。ダイヤフラム１５は、押えアダプタ１８を介してアクチュエータボディ１２の下端面によりバルブボディ２０に向けて押し付けられることによりバルブシート１６に対して当接離隔可能にバルブボディ２０に支持されている。図１Ｃにおいて、ダイヤフラム１５はダイヤフラム押え１４により押圧されて弾性変形し、バルブシート１６に押し付けられている状態にある。ダイヤフラム押え１４による押圧を開放すると、球殻状に復元する。ダイヤフラム１５がバルブシート１６に押し付けられている状態では、流路２１が閉鎖され、図１Ｂに示すように、ダイヤフラム１５がバルブシート１６から離れると、流路２１は開放され、流路２２と連通する。
　コイルばね３０は、アクチュエータキャップ１１の天井部とピストン部材１３のピストン部１３ｂとの間に介在し、ピストン部材１３を常に下方向Ａ２に向けて復元力により付勢している。これにより、ダイヤフラム押え１４の上端面がピストン部材１３により下方向Ａ２に付勢され、ダイヤフラム１５をバルブシート１６に向けて押圧する。
　図３Ａは、上記構成のバルブ装置１を作動させるシステムの一例を示している。図３Ａにおいて、バルブ作動部５００とは、バルブ装置１が作動する際にエネルギーの流れに関連する部分であり、アクチュエータ部１０やコイルばね３０を指す。ガス供給源３００は、バルブ装置１の管継手３に流体接続されるエアラインＡＬを通じてバルブ装置１に駆動ガスを供給する機能を有し、例えばアキュムレータやガスボンベである。エアラインＡＬの途中には電磁弁ＥＶ１が設けられ、電磁弁ＥＶ１の下流側で分岐するエアラインＡＬには電磁弁ＥＶ２が設けられる。制御回路３１０は、電磁弁ＥＶ１，ＥＶ２の開閉を制御すべく、制御信号ＳＧ１，ＳＧ２を電磁弁ＥＶ１，ＥＶ２へ出力する。
　負荷回路６００は、発電ユニット１００の整流子ジェネレータ１１０に負荷として電気的に接続される電気回路である。負荷回路６００は、電気配線ＥＬにより発電ユニット１００に電気的に接続されている。
　図４に負荷回路６００の一例を示す。なお、ＧＮＤ線は図中では省略している。
　負荷回路６００は、ダイオードＤ１、電源ＩＣ６０１、二次電池６０２、マイクロコンピュータ６０３、圧力センサ、温度センサなどの各種センサ６０４、各種センサ６０４で検出したデータを外部に送信することができる無線部６０５を含む。
　負荷回路６００のダイオードＤ１は、コイルばね３０に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電する際にのみ、負荷回路６００を整流子ジェネレータ１１０に電気的に接続させる役割を果たす。発電ユニット１００は、スクリュー１２０が正逆のいずれの方向に回転しても発電可能であり、正および負の直流電力が発電されうるが、バルブ装置１に供給された駆動ガスが解放される際（正方向とする）にのみ発電された電力を消費させるために、ダイオードＤ１が設けられている。
　電源ＩＣ６０１は、整流子ジェネレータ１１０からの電力を昇圧して二次電池６０２に蓄えつつ、マイクロコンピュータ６０３、各種センサ６０４、無線部６０５等の電力供給先へ送る電力を調節する電力管理ＩＣとしての機能を兼ねている。例えば、エナジーハーベスティング用として一般的に流通しているものを採用できる。
　二次電池６０２は、電源ＩＣ６０１から供給される直流電力を蓄える。容量の比較的大きいキャパシタを代用することも可能である。
　各種センサ６０４以外は、上記した回路収容部５０に収容され、各種センサ６０４は圧力や温度を検出すべく、バルブ装置１の流路近辺等に配置され、
電源ＩＣ６０１やマイクロコンピュータ６０３と配線によって電気的に接続される。
　次に、図３Ｂおよび図３Ｃを参照して、図３Ａのシステムにおけるエネルギーの概略的な流れおよび発電ユニット１００による発電動作を説明する。
　バルブを開くときには、アクチュエータ部１０を駆動する必要があり、このため、図３Ｂに示すように、電磁弁ＥＶ１を開き、電磁弁ＥＶ２を閉じる。これにより、ガス供給源３００から駆動ガスがバルブ装置１に供給される。駆動ガスは例えば圧縮空気であり、バルブ装置１を駆動するのに十分高い圧力を持つ。
　このとき、発電ユニット１００内を通過する駆動ガスにより、スクリュー１２０は負方向に回転する。このため、負荷回路６００では、電力が消費されない。負荷回路６００で電力が消費されていないので、スクリュー１２０には負荷がかからずスクリューは空転する。この結果、供給された駆動ガスの圧力損失をほとんど発生させずに、ピストン部材１３を所望に作動させることができる。
　バルブ装置１への駆動ガスの供給により、図１Ｂに示したように、ピストン部材１３が上方向Ａ１に押し上げられ、コイルばね３０が圧縮されてコイルばね３０にエネルギーが蓄えられる。このとき、図１Ｂに示したように、ピストン部材１３の当接面１３ｆは、アクチュエータキャップ１１の当接面１１ｆに非弾性衝突するため、ガス供給源３００からバルブ装置１に供給されたエネルギーの一部は、熱や振動に変換されて放出される。
　バルブを閉じるときには、バルブ装置１に蓄えられた駆動ガスを解放して、コイルばね３０に蓄えられたエネルギーを放出する。図３Ｃに示すように、電磁弁ＥＶ１を閉じるとともに、電磁弁ＥＶ２を開く。駆動ガスがバルブ装置１内からエアラインＡＬ，電磁弁ＥＶ２を通じて外部に放出される際に、駆動ガスは、発電ユニット１００のスクリュー１２０を正方向に駆動させ、これにより、負荷回路６００に電力が供給される。供給された電力は、各種センサ６０４等により消費されつつ二次電池６０２に充電される。
　バルブを使用しながら二次電池６０２が充電されるため、一次電池を用いる場合と比べて小さな容量の二次電池６０２で、長期間動作させることができる。電池に蓄えられているエネルギーを小さくできるため、仮に電池に起因する故障が発生したとしても周囲への被害を最小限に抑えることができる。
　本実施形態によれば、バルブ装置１に蓄えられた駆動ガスを解放してバルブ装置１を閉じる際に、バルブ装置１に蓄えられたエネルギー、すなわち、駆動ガスやコイルばね３０に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電するので、発電ユニット１００がアクチュエータ部１０の動作を妨げることなく、かつ、追加のエネルギーを供給することなく発電可能なバルブ装置１が得られる。これにより、供給するエア圧力を維持したまま、バルブの応答速度を保つことができる。また、本実施形態に係るバルブ装置１では、電磁弁ＥＶ２を通じた外部への放出分、ダイヤフラム押え１４がダイヤフラム１５を介してバルブシート１６に衝突する非弾性衝突分などにより本来消費されるエネルギーの一部を利用して発電するので、当該非弾性衝突における衝撃の緩和にも寄与する。この結果、ダイヤフラム１５の割れの発生を抑え、バルブ装置１の寿命を延ばすという格別顕著な効果がもたらされる。
　上記実施形態では、いわゆるノーマリークローズのバルブを例示したが、これに限定されるわけではなく、いわゆるノーマリーオープンのバルブにも適用可能である。
　上記実施形態では、バルブ装置１を圧縮エアで駆動する場合を例示したが、空気以外の他のガスを用いることも可能である。
　上記実施形態では、ダイヤフラム式のバルブについて例示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、他の方式のバルブにも適用可能である。
１　バルブ装置
３　管継手
５　発電ユニット収容部
１０　アクチュエータ部（アクチュエータ）
１１　アクチュエータキャップ
１２　アクチュエータボディ
１３　ピストン部材（駆動部材）
１４　ダイヤフラム押え
１５　ダイヤフラム
１６　バルブシート
１８　押えアダプタ
２０　バルブボディ
３０　コイルばね（ばね部材）
５０　回路収容部
１００　発電ユニット
１１０　整流子ジェネレータ
１２０　スクリュー
１３０　支持板
３００　ガス供給源
３１０　制御回路
５００　バルブ作動部
６００　負荷回路

 

Claims (7)

  1. 　弁体を駆動する駆動部材と、
    　駆動ガスの供給を受けて前記駆動部材を駆動するアクチュエータと、
    　前記アクチュエータへの駆動ガスの供給経路に設けられ、ガスの流れによって回転するスクリューと、前記スクリューが連結されたジェネレータとを含む発電ユニットと、を有するバルブ装置。
  2. 　前記アクチュエータの駆動方向とは逆方向に前記駆動部材を付勢するばね部材を有し、
    　前記発電ユニットは、前記アクチュエータに供給された駆動ガスおよび前記ばね部材に蓄えられたエネルギーの一部を利用して発電する、請求項１に記載のバルブ装置。
  3. 　前記発電ユニットは、前記アクチュエータに供給される駆動ガスが外部に放出される際に前記供給経路を流れるガスによる前記スクリューの回転により発電する、請求項２に記載のバルブ装置。
  4. 　前記発電ユニットは、前記アクチュエータへの駆動ガスの供給の際に、前記スクリューを空転させる、請求項３に記載のバルブ装置。
  5. 　前記アクチュエータに供給される駆動ガスが当該アクチュエータの外部に解放される際に前記供給経路を流れるガスによる前記スクリューの回転により発電される方向の電流のみを取り出すための回路を有する、請求項４に記載のバルブ装置。
  6. 　前記ジェネレータにより発電した電力の電圧を昇圧する電源回路と、
    　前記電源回路から供給される電力により作動する負荷と、を有する請求項５に記載のバルブ装置。
  7. 　前記電源回路から電力供給を受ける二次電池又はキャパシタを有する請求項６に記載のバルブ装置。
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