(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023109322
(43)【公開日】2023-08-08
(54)【発明の名称】流量制御装置
(51)【国際特許分類】
F16K 31/363 20060101AFI20230801BHJP
F16K 31/04 20060101ALI20230801BHJP
【ＦＩ】
F16K31/363
F16K31/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022010764
(22)【出願日】2022-01-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】猿渡 亮
(72)【発明者】
【氏名】成田 浩昭
【テーマコード（参考）】
3H056
3H062
【Ｆターム（参考）】
3H056AA05
3H056BB50
3H056CA01
3H056CA14
3H056CB03
3H056CB05
3H056CD01
3H056CD06
3H056CE01
3H056DD05
3H056DD08
3H056GG05
3H062AA05
3H062BB33
3H062CC01
3H062CC29
3H062DD03
3H062EE06
3H062FF01
3H062FF41
3H062HH03
3H062HH07
(57)【要約】
【課題】無電力で流量制御装置の弁体を変位させて流路を開く。
【解決手段】タービン式流量制御装置１０は、流体が流れる流路Ｒ２を形成している流路管２０と、流路管２０に設けられ流路Ｒ２を開閉する弁体４０と、流路Ｒ２のうち弁体４０よりも上流側の部分の流体圧力を取り出す取出管５０と、を備える。バルブ１０は、さらに、弁体４０が流路Ｒ２を閉じているときに取出管５０により取り出された流体圧力の増加を受けて動作し、弁体４０を開方向に変位させることで流路Ｒ２を開く弁体駆動機構６０と、を備える。タービン式流量制御装置１０は、タービン３１の回転により発電を行う発電機３０と、発電機３０により発電された電力により動作し、弁体４０をさらに開方向に変位させることで流路Ｒ２をさらに開く電動駆動機構７０と、をさらに備える。
【選択図】 図３
【解決手段】タービン式流量制御装置１０は、流体が流れる流路Ｒ２を形成している流路管２０と、流路管２０に設けられ流路Ｒ２を開閉する弁体４０と、流路Ｒ２のうち弁体４０よりも上流側の部分の流体圧力を取り出す取出管５０と、を備える。バルブ１０は、さらに、弁体４０が流路Ｒ２を閉じているときに取出管５０により取り出された流体圧力の増加を受けて動作し、弁体４０を開方向に変位させることで流路Ｒ２を開く弁体駆動機構６０と、を備える。タービン式流量制御装置１０は、タービン３１の回転により発電を行う発電機３０と、発電機３０により発電された電力により動作し、弁体４０をさらに開方向に変位させることで流路Ｒ２をさらに開く電動駆動機構７０と、をさらに備える。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体が流れる流路を形成している流路管と、
前記流路管に設けられ前記流路を開閉する弁体と、
前記流路のうち前記弁体よりも上流側の部分の流体圧力を取り出す取出管と、
前記弁体が前記流路を閉じているときに前記取出管により取り出された前記流体圧力の増加を受けて動作し、前記弁体を開方向に変位させることで前記流路を開く弁体駆動機構と、
を備える流量制御装置。
前記流路管に設けられ前記流路を開閉する弁体と、
前記流路のうち前記弁体よりも上流側の部分の流体圧力を取り出す取出管と、
前記弁体が前記流路を閉じているときに前記取出管により取り出された前記流体圧力の増加を受けて動作し、前記弁体を開方向に変位させることで前記流路を開く弁体駆動機構と、
を備える流量制御装置。
【請求項2】
前記弁体駆動機構により前記流路が開かれることで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、
前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体をさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、
をさらに備える請求項１に記載の流量制御装置。
前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体をさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、
をさらに備える請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項3】
前記弁体駆動機構は、
前記取出管に接続され、前記流体圧力が前記取出管を介して内部に導入されるシリンダと、
前記弁体と連結され、前記シリンダの前記内部に導入された前記流体圧力の増加により前記内部の前記流体に押圧されて変位することで前記弁体を前記開方向に変位させる変位部材と、を備える、
請求項１又は２に記載の流量制御装置。
前記取出管に接続され、前記流体圧力が前記取出管を介して内部に導入されるシリンダと、
前記弁体と連結され、前記シリンダの前記内部に導入された前記流体圧力の増加により前記内部の前記流体に押圧されて変位することで前記弁体を前記開方向に変位させる変位部材と、を備える、
請求項１又は２に記載の流量制御装置。
【請求項4】
前記弁体は、直線移動する直動弁体であり、
前記変位部材は、前記開方向に直線移動することで前記弁体を前記開方向に直線移動させる、
請求項３に記載の流量制御装置。
前記変位部材は、前記開方向に直線移動することで前記弁体を前記開方向に直線移動させる、
請求項３に記載の流量制御装置。
【請求項5】
前記弁体駆動機構により前記弁体が前記開状態の方向に開かれたことで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、
前記変位部材の変位前は非連結で、前記変位部材の変位後に当該変位部材に連結される連結部材と、
前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体を前記連結部材及び前記変位部材を介してさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、
をさらに備える請求項３又は４に記載の流量制御装置。
前記変位部材の変位前は非連結で、前記変位部材の変位後に当該変位部材に連結される連結部材と、
前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体を前記連結部材及び前記変位部材を介してさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、
をさらに備える請求項３又は４に記載の流量制御装置。
【請求項6】
前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池をさらに備える、
請求項２又は５に記載の流量制御装置。
請求項２又は５に記載の流量制御装置。
【請求項7】
前記弁体駆動機構により前記流路が開かれることで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、
前記発電機により発電された電力により動作し、前記タービンの回転を制御することで、前記流体の流量を制御するコントローラと、
をさらに備える請求項１から６のいずれか１項に記載の流量制御装置。
前記発電機により発電された電力により動作し、前記タービンの回転を制御することで、前記流体の流量を制御するコントローラと、
をさらに備える請求項１から６のいずれか１項に記載の流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体の流路を弁体により開閉する流量制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、流体が流れる流路を形成している流路管と、当該流路に設けれたタービンとを備え、当該タービンを流体により回転させて発電を行うとともに、当該タービンにトルクを与えて流体の流量を制御するタービン式流量制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６１１４６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されたタービン式流量制御装置は、流路を開閉する弁体を備えていないが、この装置を、冷房用の冷水配管と暖房用の温水配管とに分けた４管式の空調システムに用いる場合、弁体が必要になる。例えば、この装置が冷水配管に設けられ冷水の流量を制御する場合、冷房機能が使用されない冬の期間では、省エネなどの観点から弁体により冷水の流路を全閉して冷水の流れを止める必要があるからである。他方、上記期間が明けたときには、弁体を変位させて流路を開くための電力が必要になる。タービン式流量制御装置が外部電源に接続されていない場合、前記の電力を蓄電池により賄うことが考えられるが、上記期間が長い場合には、蓄電池の電力残量が自然放電などにより少ない又は無くなってしまうことがある。この場合、弁体を変位させて流路を開くことができない。この例のように、弁体を無電力で変位させることで流路を閉じた状態（全閉、一部閉じた状態の両者を含む）から開きたい場合がある。
【0005】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、無電力で流量制御装置の弁体を変位させて流路を開くことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明に係る流量制御装置は、流体が流れる流路を形成している流路管と、前記流路管に設けられ前記流路を開閉する弁体と、前記流路のうち前記弁体よりも上流側の部分の流体圧力を取り出す取出管と、前記弁体が前記流路を閉じているときに前記取出管により取り出された前記流体圧力の増加を受けて動作し、前記弁体を開方向に変位させることで前記流路を開く弁体駆動機構と、を備える。
【0007】
前記流量制御装置は、前記弁体駆動機構により前記流路が開かれることで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体をさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、をさらに備える、ようにしてもよい。
【0008】
前記弁体駆動機構は、前記取出管に接続され、前記流体圧力が前記取出管を介して内部に導入されるシリンダと、前記弁体と連結され、前記シリンダの前記内部に導入された前記流体圧力の増加により前記内部の前記流体に押圧されて変位することで前記弁体を前記開方向に変位させる変位部材と、を備える、ようにしてもよい。
【0009】
前記弁体は、直線移動する直動弁体であり、前記変位部材は、前記開方向に直線移動することで前記弁体を前記開方向に直線移動させる、ようにしてもよい。
【0010】
前記流量制御装置は、前記弁体駆動機構により前記弁体が前記開状態の方向に開かれたことで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、前記変位部材の変位前は非連結で、前記変位部材の変位後に当該変位部材に連結される連結部材と、前記発電機により発電された電力により動作し、前記弁体を前記連結部材及び前記変位部材を介してさらに前記開方向に変位させることで前記流路をさらに開く電動駆動機構と、をさらに備える、ようにしてもよい。
【0011】
前記流量制御装置は、前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池をさらに備える、ようにしてもよい。
【0012】
前記流量制御装置は、前記弁体駆動機構により前記流路が開かれることで前記流路を流れる流体により回転するタービンを備え、当該タービンの回転により発電を行う発電機と、前記発電機により発電された電力により動作し、前記タービンの回転を制御することで、前記流体の流量を制御するコントローラと、をさらに備える、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、無電力で流量制御装置の弁体を変位させて流路を開くことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態の一例として、本発明をタービンによる発電機能を有するタービン式流量制御装置に適用した実施形態を、図面を参照して説明する。
【0016】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るタービン式流量制御装置１０Ａ及び１０Ｂは、空調システム１に採用されている。空調システム１は、タービン式流量制御装置１０Ａ及び１０Ｂの他、往き配管２Ａ及び２Ｂと、還り配管３Ａ及び３Ｂと、冷却装置４と、ボイラ５と、ポンプ６Ａ及び６Ｂと、ＦＣＵ（Fan Coil Unit）７Ａ及び７Ｂと、を備える。空調システム１は、４本の配管２Ａ、２Ｂ、３Ａ、及び３Ｂを有する４管式である。
【0017】
往き配管２Ａは、冷凍機、及び、冷却塔などを含んで構成されている冷却装置４で冷却された冷水をＦＣＵ７Ａに流す。往き配管２Ａの途中には、冷水をＦＣＵ７Ａに送出するためのポンプ６Ａが配置されている。還り配管３Ａは、ＦＣＵ７Ａで空調対象の空間の空気と熱交換された後の冷水を冷却装置４に流す。還り配管３Ａの途中には、各配管２Ａ及び３Ａを流れる冷水の流量、つまり、ＦＣＵ７Ａに流入する冷水の流量を制御するタービン式流量制御装置１０Ａが設けられている。
【0018】
往き配管２Ｂは、ボイラ５で温められた温水をＦＣＵ７Ｂに流す。往き配管２Ｂの途中には、温水をＦＣＵ７Ｂに送出するためのポンプ６Ｂが配置されている。還り配管３Ｂは、ＦＣＵ７Ａで空調対象の空間の空気と熱交換された後の温水をボイラ５に流す。還り配管３Ｂの途中には、各配管２Ｂ及び３Ｂを流れる温水の流量、つまり、ＦＣＵ７Ｂに流入する温水の流量を制御するタービン式流量制御装置１０Ｂが設けられている。
【0019】
次に、本実施の形態に係るタービン式流量制御装置１０Ａを、タービン式流量制御装置１０として、図２及び図３を参照して説明する。タービン式流量制御装置１０Ｂも、以下に説明するタービン式流量制御装置１０と同様の構成を有することができる。
【0020】
図２及び図３に示すように、タービン式流量制御装置１０は、流路管２０と、発電機３０（図３）と、弁体４０と、取出管５０と、弁体駆動機構６０と、電動駆動機構７０と、連結部材８０と、制御ユニット９０と、支持部材Ｓと、を備える。
【0021】
流路管２０は、その両端が還り配管３Ａ（図３）に接続されることで、配管３Ａの途中に配置される。流路管２０は、還り配管３Ａを流れる冷水の流路Ｒ２につながり、当該流路Ｒ２からの冷水が流れる流路Ｒ１を形成している。
【0022】
流路管２０は、配管３Ａに接続される接続部材２１及び２２と、発電機３０を保持する保持部材２３及び２４と、を備える。
【0023】
接続部材２１は、配管３Ａの上流側部分に接続されるフランジ２１Ａを備える。フランジ２１Ａには、接続部材２１の内部つまり流路Ｒ１と、接続部材２１の外部と、を連通させる連通孔２１Ｂが形成されている。連通孔２１Ｂには、取出管５０の一端が接続されている。
【0024】
接続部材２２は、配管３Ａの下流側部分に接続されるフランジ２２Ａと、流路Ｒ１を開閉する板状の弁体４０（詳細は後述）が変位可能に挿入された中空の案内部２２Ｂと、を備える。案内部２２Ｂは、弁体４０の変位を上下流方向に直交する方向である上下方向に案内する。案内部２２Ｂの上端部は、フランジを含み、支持部材Ｓを支持する。支持部材Ｓは、弁体駆動機構６０、電動駆動機構７０、及び、制御ユニット９０を支持している。
【0025】
保持部材２３は、筒状の中空部２３Ａと、当該中空部２３Ａの内部に配置された支持部２３Ｂと、支持部２３Ｂから放射状に延び、中空部２３Ａの内周壁に接続された複数の接続部２３Ｃと、を備える。支持部２３Ｂは、後述の支持部２４Ｂとともに発電機３０のタービン３１を支持する。複数の接続部２３Ｃは、支持部２３Ｂを中空部２３Ａの中心軸位置で支持する。
【0026】
保持部材２４は、筒状の中空部２４Ａと、当該中空部２４Ａの内部に配置された支持部２４Ｂと、支持部２４Ｂから放射状に延び、中空部２４Ａの内周壁に接続された複数の接続部２４Ｃと、を備える。複数の接続部２４Ｃは、支持部２４Ｂを中空部２４Ａの中心軸位置で支持する。
【0027】
支持部２３Ｂ及び２４Ｂは、発電機３０のタービン３１の上流側及び下流側にそれぞれ位置し、ボールベアリングなどを介してタービン３１を回転可能に支持する。複数の接続部２３Ｃ及び２４Ｃの形状は任意であり、例えば、ファン形状であってもよい。中空部２３Ａ及び２４Ａは、発電機３０のステータ３２を上下流方向から挟んで保持している。
【0028】
発電機３０は、流路Ｒ２から流路Ｒ１を流れる冷水により発電を行う。発電機３０は、流路Ｒ１を流れる冷水により回転するロータであるタービン３１と、タービン３１の外周を囲み、タービン３１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電を行うステータ３２と、を備える。
【0029】
タービン３１は、流路Ｒ１を流れる冷水を受けて回転する羽根車と、当該羽根車の外周に設けられ、永久磁石（図示略）が組み込まれた円筒部材と、を備える。
【0030】
ステータ３２は、円筒状の鉄心と、鉄心に固定子巻線として巻き回された複数のコイルとを備え（図示略）、回転するタービン３１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。これにより、タービン３１の回転のよる発電が行われる。
【0031】
弁体４０は、流路管２０に設けられており、上下方向に直線移動することで、流路Ｒ１を開閉する直動弁体である。弁体４０の駆動は、非電力で動作する弁体駆動機構６０及び電力を要する電動駆動機構７０により行われる。なお、図２及び図３では、弁体４０が全閉している。この状態を全閉状態ともいう。
【0032】
取出管５０は、柔軟性を有し、その一端が接続部材２１のフランジ２１Ａに形成された連通孔２１Ｂに接続されている。連通孔２１Ｂは、流路管２０の流路Ｒ１と連通している。取出管５０には、流路管２０の流路Ｒ１内の冷水のうち弁体４０の上流側に位置する冷水の一部が導入される。従って、取出管５０により、流路Ｒ１のうち弁体４０よりも上流側の部分の冷水の圧力（水圧）が取り出される。なお、取出管５０の一端が接続される連通孔の位置は、弁体４０よりも上流位置であればよく、流路管２０のうちフランジ２１Ａ以外の部分に設けられてもよい。
【0033】
弁体４０が流路Ｒ１を全閉している全閉状態のとき、図１のポンプ６Ａが動作すると、流路Ｒ１のうちの弁体４０よりも上流側の部分の冷水の水圧が増加する。これにより、取出管５０により取り出される水圧も増加する。
【0034】
弁体駆動機構６０は、弁体４０が流路Ｒ１を全閉しているときに取出管５０により取り出された水圧の増加を受けて動作し、弁体４０を開方向（上方向）に変位させる。これにより、流路Ｒ１が開かれる。弁体駆動機構６０は、取出管５０に接続されたシリンダ６１と、一部がシリンダ６１内に収容され、弁体４０の開閉方向（上下方向）に変位可能な変位部材６２と、変位部材６２を閉方向に付勢する弾性体６３と、を備える。
【0035】
シリンダ６１の内部には、流路Ｒ１の弁体４０よりも上流側の冷水の水圧が取出管５０を介して導入される。変位部材６２は、シリンダ６１を弁体４０の開閉方向に貫通している。変位部材６２の弁体４０側の一端（下端）は、弁体４０の開方向側の一端と溶接などにより接続されている。変位部材６２の一端は、他の部材を介して弁体４０と接続されてもよい。変位部材６２は、その中間部に、シリンダ６１内の空間を閉方向側の第１空間Ｕ１と、開方向側の第２空間Ｕ２とに分ける板状部６２Ａを備える。弾性体６３はここでは蔓巻バネであり、第１空間Ｕ１に収容され、板状部６２Ａを閉方向に付勢している。取出管５０により取り出された水圧は、第２空間Ｕ２に導入される。水圧が増加したとき、当該水圧は、板状部６２Ａを開方向（上方向）に押し、変位部材６２を開方向に移動させる。このように、変位部材６２は、シリンダ６１の内部に導入された水圧の増加により、増加した当該水圧の冷水に押圧されて変位する。変位部材６２は、開方向への直線移動により変位する。この変位により、変位部材６２に連結された弁体４０も開方向に変位つまり直線移動する。
【0036】
電動駆動機構７０は、発電機３０により発電された電力（後述の蓄電池９９（図４）に一旦蓄電された電力を含む）により動作し、弁体駆動機構６０によりある程度開かれた弁体４０をさらに開方向に変位させることで流路Ｒ１をさらに開く。電動駆動機構７０は、発電機３０により発電された電力により動作するアクチュエータ７１と、アクチュエータ７１により弁体４０の開閉方向（上下方向）に移動する可動軸７２と、を備える。アクチュエータ７１は、リニアモータなどにより構成される。可動軸７２の閉方向側の一端（下端）には、連結部材８０が設けられている。可動軸７２及び連結部材８０は、一体的に形成されている。
【0037】
変位部材６２が弁体４０の開方向に移動すると、開方向側の一端（上端）が連結部材８０に接触する。連結部材８０は、ここでは電磁クラッチであり、磁化することで磁石となり、当該連結部材８０と接触している変位部材６２と磁力により連結される。連結部材８０は、変位部材６２の変位前は、変位部材６２と非接触つまり非連結である。前記の連結により、電動駆動機構７０は、弁体駆動機構６０によりある程度開かれた弁体４０を、連結部材８０及び変位部材６２を介して、さらに開方向に変位させることができる。変位部材６２の開方向側の一端は、連結部材８０との接触面積を確保するため、連結部材８０と同様に円板形状に形成されている。
【0038】
制御ユニット９０は、タービン式流量制御装置１０の動作を制御する制御系を構成しており、図４に示すコントローラ９１、蓄電池９９などを含んで構成されている。ここで、タービン式流量制御装置１０の制御系について図４を参照して説明する。なお、図２及び図３では、図４に示す各要素を接続する配線を省略している。配線は適宜の態様で引き回される。
【0039】
図４に示すように、タービン式流量制御装置１０は、コントローラ９１及び蓄電池９９を含む制御ユニット９０などの他、位置センサＰ１及び開度センサＰ２を備える。
【0040】
位置センサＰ１は、図２及び図３において不図示だが、任意の位置に配置され、タービン３１の回転位置を検出する。位置センサＰ１としては、例えば、インクリメンタルエンコーダが採用されるが、どのようなセンサが採用されてもよい。位置センサＰ１は、タービン３１に組み込まれた永久磁石の磁極を検出することで、回転位置を検出するセンサであってもよい。
【0041】
開度センサＰ２は、図２及び図３において不図示だが、例えば、電動駆動機構７０の可動軸７２の位置を検出することで、流路管２０内の流路Ｒ１の開口面積を規定する弁体４０の弁開度を検出する。ここで、可動軸７２を動かすアクチュエータ７１は、例えば、モータと、モータの回転を直線移動に変換させる変換機構（例えば、ピニオンギア及びラックギア）とを含んで構成されてもよい。このような場合、開度センサＰ２は、例えば、モータにより回転する軸の回転位置を検出することで弁開度を検出するように構成されてもよい。アクチュエータ７１は、空気式アクチュエータなどの各種アクチュエータであってもよく、開度センサＰ２としてどのようなセンサが採用されるかは、アクチュエータ７１の具体的態様による。
【0042】
コントローラ９１は、コンピュータ及び又は各種回路が実装された制御基板などからなり、アクチュエータ７１、連結部材８０を制御する。コントローラ９１は、発電機３０が発電した電力を蓄電池９９に蓄電する制御を行い、かつ、流路Ｒ１を流れる冷水の流量を制御するために発電機３０のタービン３１のトルクを制御する。
【0043】
コントローラ９１は、データ通信部９１Ａと、システム制御部９１Ｂと、流量制御部９１Ｃと、発電機制御部９１Ｄと、インバータ９１Ｅと、電源回路９１Ｆと、を備えている。システム制御部９１Ｂと流量制御部９１Ｃと発電機制御部９１Ｄとは、例えば、メモリと、このメモリに記録されたプログラムを実行する１又は複数のプロセッサとを含む各種のコンピュータにより実現される。システム制御部９１Ｂと流量制御部９１Ｃと発電機制御部９１Ｄとのそれぞれの少なくとも一部は、コンピュータ以外の各種回路により構成されてもよい。
【0044】
データ通信部９１Ａは、各種の通信モジュールにより構成され、上位装置、例えば、空調システム１（図１）の動作を制御する空調コントローラと無線通信を行う通信機能を有する。
【0045】
システム制御部９１Ｂは、タービン式流量制御装置１０のシステム全体を制御する。システム制御部９１Ｂは、データ通信部９１Ａを介して上位装置から各種の設定値を受信し、データ通信部９１Ａを介して上位装置にタービン式流量制御装置１０の内部状態のデータを送信する。システム制御部９１Ｂは、前記の設定値のうちの１つとしての流量設定値を流量制御部９１Ｃへ出力する。
【0046】
流量制御部９１Ｃは、電動駆動機構７０、連結部材８０、及び、発電機３０を制御し、流路管２０の流路Ｒ１を流れる冷水の流量を制御する。流量制御部９１Ｃは、連結部材８０を不図示のコイルなどにより磁化するほか、可動軸７２を磁化することで、可動軸７２に接続されている電磁クラッチとしての連結部材８０を磁化してもよい。流量制御部９１Ｃには、システム制御部９１Ｂからの流量設定値と、発電機制御部９１Ｄが出力した後述のタービン３１の現在の角速度およびトルクと、開度センサＰ２が検出した弁開度と、が入力される。
【0047】
流量制御部９１Ｃは、入力された、タービンの角速度及びトルクと、弁開度とに基づいて、流路Ｒ１を流れる冷水の流量を導出する。当該流量の導出は、公知の任意の方法により行われればよい。流量制御部９１Ｃは、導出した流量、及び、開度センサＰ２からの弁開度をフィードバック値として、当該流量を流量設定値に近づけるように、タービン３１のトルクを、流量制御則（ＰＩ制御）により制御する。流量制御部９１Ｃは、タービン３１のトルクについて、前記の流量制御則によりトルク設定値を導出して発電機制御部９１Ｄに出力することで、タービン３１のトルクを制御する。流量制御部９１Ｃは、後述のように電動駆動機構７０により弁体４０を全開とするときに弁開度に基づいて電動駆動機構７０を制御し、弁開度が１００％（全開）となったときに電動駆動機構７０による駆動を停止させる。電動駆動機構７０及び連結部材８０などに必要な電力は、流量制御部９１Ｃから供給される。
【0048】
発電機制御部９１Ｄには、位置センサＰ１が検出したタービン３１の回転位置と、インバータ９１Ｅが出力する相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉと、が入力される。インバータ９１Ｅは、発電機制御部９１Ｄにより制御され、発電機３０における相電圧値Ｖ及び相電流値Ｉを検出して発電機制御部９１Ｄに出力する。
【0049】
発電機制御部９１Ｄは、位置センサＰ１が検出するタービン３１の回転位置に基づいて、タービン３１の角速度（回転速度）を導出する。発電機制御部９１Ｄは、相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉに基づいてタービン３１のトルクを導出する。発電機制御部９１Ｄは、導出したトルクをフィードバック値として、トルクが、流量制御部９１Ｃからのトルク設定値となるようにトルク制御則（ＰＩ制御）によりインバータ９１Ｅを制御する。発電機制御部９１Ｄは、導出した角速度およびトルクを流量制御部９１Ｃへ出力する。発電機制御部９１Ｄは、相電流値Ｉに基づいてタービン３１のトルクを導出してもよい。また、発電機制御部９１Ｄは、相電圧値Ｖおよび相電流値Ｉと、角速度とに基づいてトルクを導出してもよい。
【0050】
インバータ９１Ｅは、電源回路９１Ｆからの主電力により、かつ、発電機制御部９１Ｄによる制御のもとで動作する。インバータ９１Ｅは、発電機３０により発電される電力を蓄電池９９に蓄電するように動作する。また、インバータ９１Ｅは、タービン３１のトルクを制御するために発電機３０を力行駆動又は回生駆動する。力行駆動又は回生駆動では、ステータ３２の固定子巻線に流れる電流の制御などが行われる。例えば、力行駆動では、インバータ９１Ｅから発電機３０に駆動電力が供給される。タービン３１のトルクの制御により、冷水の流量が制御される。例えば、冷水を受けて回転するタービン３１の回転方向を正方向とすると、冷水の流量を増加させる際には、当該タービン３１に対して正方向のトルクが与えられる（力行駆動）。冷水の流量を減少させる際には、当該タービン３１に対して負方向のトルクが与えられる（回生駆動）。当然、力行駆動中又は回生駆動中に与えられるトルクの増減によっても流量が制御される。なお、インバータ９１Ｅが発電機３０ないしタービン３１を制御することで、冷水の流量を制御する方法は任意であり、例えば、タービン３１の回転数を制御することで、冷水の流量を制御してもよい。つまり、トルク制御の代わりに回転数制御が採用されてもよい（以下、同じ）。
【0051】
電源回路９１Ｆは、蓄電池９９に充電（蓄積）されている蓄電電力をタービン式流量制御装置１０内で使用される電力として分配する。この例では、電源回路９１Ｆは、インバータ９１Ｅへの電力を主電力とし供給し、各部９１Ａ～９１Ｄなどにも電力を供給する。
【0052】
上記のように構成されているタービン式流量制御装置１０の動作の流れを図５に示す。タービン式流量制御装置１０は、空調システム１の冷房機能が使用されておらず弁体４０が全閉状態（図３の状態）のときに、当該冷房機能による冷房を開始させるためポンプ６Ａが動作開始したことを契機として図５のように動作する。図５の動作前、自然放電などにより蓄電池９９に電力が充電されていないものとする。従って、コントローラ９１などは動作できない。
【0053】
図３の状態にあるタービン式流量制御装置１０では、ポンプ６Ａの動作開始により、流路管２０内の流路Ｒ１における、全閉している弁体４０の上流側の部分の冷水の水圧が上昇する（ステップＳ１１）。この水圧の上昇は、当該水圧を取り出す取出管５０を介して弁体駆動機構６０のシリンダ６１の第２空間Ｕ２に導入される。これにより、第２空間Ｕ２内の冷水の水圧も上昇する。この水圧の上昇により、変位部材６２の板状部６２Ａが押され、変位部材６２は開方向（上方向）に移動する（ステップＳ１２）。この移動後の様子を図６に示す。図６に示すように、変位部材６２の移動により、変位部材６２の閉方向側の一端（上端）が連結部材８０に接触する。他方、変位部材６２の移動に伴い、変位部材６２の開方向側の一端に連結されている弁体４０も開方向に移動する。弁体４０の移動により、流路Ｒ１が一部開かれる。流路Ｒ１が一部開かれることで、冷水は流路管２０内を流れだし、タービン３１が回転開始する。つまり、発電機３０による発電が開始される。発電機３０によって発電された電力は、インバータ９１Ｅを通して蓄電池９９に蓄電開始される（ステップＳ１３）。これにより蓄電池９９に対する充電が開始される。
【0054】
蓄電池９９がある程度充電されると、コントローラ９１全体が発電機３０により発電され蓄電池９９を介して供給される電力により動作可能となる（ステップＳ１４）。これにより、タービン式流量制御装置１０が完全に起動したことになる。コントローラ９１は、発電機３０による発電量が最大になるように回生駆動（トルク制御）を行い、充電を継続する（ステップＳ１５）。これにより、最大限の充電がなされる。その後、電動駆動機構７０及び連結部材８０を駆動するのに十分な電力が蓄電池９９に貯まると（例えば、電源回路９１Ｆにより電池残量が監視される）（ステップＳ１６）、コントローラ９１は、連結部材８０を駆動して磁化して変位部材６２と連結させる（ステップＳ１７）。その後、コントローラ９１は、アクチュエータ７１を駆動して可動軸７２を弁体４０の開方向にさらに移動させることで、連結部材８０及び変位部材６２を介して弁体４０をさらに開方向に移動させる（ステップＳ１８）。これにより、流路Ｒ１がさらに開かれる。コントローラ９１は、可動軸７２を弁体４０が全開位置まで移動するまで可動軸７２を移動させる。この移動の様子を図７及び図８に示す。図７及び図８に示すように、変位部材６２の移動に伴ってシリンダ６１も移動する。図８は、弁体４０が全開位置に達した状態を示す。
【0055】
コントローラ９１は、可動軸７２を図８の状態に維持することで弁体４０を全開位置でラッチする（ステップＳ１９）。弁体４０のラッチ後、コントローラ９１は、タービン式流量制御装置１０の通常運転を行うことで（ステップＳ２０）、冷水の流量が上位装置から指令される流量設定値となるようにタービン３１に対するトルク制御（回生駆動又は力行駆動）を行う。コントローラ９１は、タービン３１のトルク制御に加えて、弁体４０の開度制御も行い、冷水の流量を制御してもよい。
【0056】
コントローラ９１は、冷房終了時などにおいて弁体４０を全閉状態とするときには（ステップＳ２１）、電動駆動機構７０により弁体４０を閉方向に移動させ、最終的に、連結部材８０の駆動（磁化）を中止する。これにより、弾性体６３が変位部材６２を弁体４０の閉方向に押し、従って、弁体４０が全閉となる。
【0057】
コントローラ９１は、ステップＳ２０の前までにおいて、蓄電池９９への電力蓄電量に応じて、発電機３０又はインバータ９１Ｅの保護のため、タービン３１のトルク制御又は回転数制御を行ってもよい。
【0058】
本実施の形態によれば、流路管２０が形成している流路Ｒ１のうち弁体４０よりも上流側の部分の流体圧力（冷水の水圧）を取り出す取出管５０が設けられている。さらに、弁体４０が流路Ｒ１を全閉しているときに取出管５０により取り出された流体圧力の増加を受けて動作し、弁体４０を開方向に変位させることで流路Ｒ１を開く弁体駆動機構６０が設けられている。これにより、流路Ｒ１を開く際に電力が不要となっており、従って、無電力でタービン式流量制御装置１０の弁体４０を変位させて全閉の流路Ｒ１を開くことができる。これにより、タービン式流量制御装置１０が長期間使用されずに蓄電池９９の電池残量が無くなっても、タービン式流量制御装置１０の動作が開始可能となっている。なお、弁体駆動機構６０は、例えば、弁体４０が流路Ｒ１を閉じているときに取出管５０により取り出された流体圧力の増加を受けて動作し、弁体４０を開方向に変位させることで流路Ｒ１を開くものであればよい。弁体４０が流路Ｒ１を閉じているときとは、弁体４０が流路Ｒ１を一部閉じている状態であってもよい。流路Ｒ１が一部閉じられていれば、ポンプ６Ａの動作により、流路Ｒ１のうち弁体４０よりも上流側の部分の流体圧力が上昇するので、弁体駆動機構６０が動作できる。
【0059】
さらに、本実施形態のように、弁体駆動機構６０により流路Ｒ１が開かれることで流路Ｒ１を流れる流体により回転するタービン３１の回転により発電を行う発電機３０が設けられているとよい。そして、本実施形態のように、電動駆動機構７０は、発電機３０により発電された電力（上記では、蓄電池９９経由の電力であるが、発電機３０から直接入力される電力であってもよい。電力について同じ）により動作し、弁体４０をさらに開方向に変位させることで流路Ｒ１をさらに開くとよい。このような構成により、弁体駆動機構６０による弁体４０の変位の度合い（移動距離）に限界があっても、電動駆動機構７０により流路Ｒ１をさらに開くことができる。なお、タービン式流量制御装置１０は、発電機３０を備えなくてもよい。電動駆動機構７０は、外部電源により動作してもよい。蓄電池９９は、外部電源により充電されてもよい。発電機３０が設けられる場合に、発電機３０及びインバータ９１Ｅは、発電のみを行うように構成されてもよい。
【0060】
本実施形態のように、弁体駆動機構６０は、流路Ｒ１の弁体４０よりも上流の流体圧力が取出管５０を介して内部に導入されるシリンダ６１を備えるとよい。さらに、弁体駆動機構６０は、弁体４０と連結され、シリンダ６１の内部（第２空間Ｕ２）に導入された流体圧力の増加により前記の内部の流体に押圧されて変位することで弁体４０を開方向に変位させる変位部材６２を備えるとよい。このような構成により弁体４０を開方向に容易に変位させることができる。
【0061】
弁体４０として、バタフライ弁体、ボール弁体などの回転弁体が採用されてもよい。この場合、変位部材６２も水圧の増加により回転変位するように設けられ、当該回転変位に伴って回転弁体が回転するようにしてもよい。ただし、上記実施の形態のように、弁体４０及び変位部材６２が直線移動により変位する構成の方が簡便である。弁体４０は、上記ではゲート弁体であるが、グローブ、チャッキ、ダイアフラムの各形式の弁体であってもよい。弁体の形式により弁体駆動機構６０の具体的構成も変更される。
【0062】
また、本実施形態のように、連結部材８０は、変位部材６２の変位前は非連結で、変位部材６２の変位後に変位部材に連結され、電動駆動機構７０は、連結部材８０及び当該連結部材８０に連結された変位部材６２を介して、弁体４０をさらに開方向に変位させるとよい。これにより、弁体駆動機構６０による弁体４０の変位に連結部材８０が作用して悪影響を与えることが防止されつつ、連結部材８０と変位部材６２の連結により電動駆動機構７０による弁体４０の変位が可能となる。連結部材８０は、電磁クラッチではなく、機械的に変位部材６２に連結される部材であってもよい。例えば、連結部材８０は、変位部材６２と係合する係合部と、コントローラ９１による制御により、変位部材６２と係合部とを係合又は非係合させるように動作するアクチュエータと、を備えてもよい。
【0063】
さらに、本実施形態のように、タービン式流量制御装置１０が、発電機３０により発電された電力を蓄電する蓄電池９９を備えることで、外部電源が不要となり、タービン式流量制御装置１０は完全に自立して動作することが可能となる。なお、発電機３０による発電が、コントローラ９１の動作を継続させることが可能である場合は、蓄電池９９は省略されてもよい。つまり、コントローラ９１は、発電機３０から直接供給される電力のみで動作してもよい。
【0064】
コントローラ９１は、蓄電池９９からの電力又はタービン式流量制御装置１０外部の電源（例えば、商用電源）からの電力などに基づいて、発電機３０を力行駆動し、発電機３０をポンプのように動作させてもよい。コントローラ９１は、蓄電池９９に充電しきれない余剰電力を消費するため、発電機３０を力行駆動してもよい。
【0065】
また、本実施形態のように、発電機３０が、弁体駆動機構６０により流路Ｒ１が開かれることで流路Ｒ１を流れる流体により回転するタービン３１を備え、タービン３１の回転により発電を行うとよい。さらに、コントローラ９１が、発電機により発電された電力により動作し、タービン３１の回転を制御するとよい。これにより、タービン式流量制御装置１０に電力が確保されていない状態から、弁体駆動機構６０の動作によりコントローラ９１が動作可能となる。
【0066】
本実施形態の空調システム１のように四管式システムでは、通常、冷房と暖房とのうちの使用する方の配管を通水して、もう一方は長期間流量制御装置が閉じられ、流体が流れていないため、流量制御装置を動作させる電源が確保されないことになる。電源を確保するため蓄電池９９を大容量化することも考えられるが、停止期間内の自然放電及び停止期間が正確には定義できないことを考慮すると、蓄電池９９は必要以上に大容量化する必要があり、流量制御装置の大型化につながる。この実施の形態では、取出管５０及び弁体駆動機構６０により、タービン式流量制御装置１０の起動（上記図５の動作）に電力が不要なので、蓄電池９９の大型化が防止される。また、起動時はポンプ６Ａなどの急激な圧力低下を防ぐため、タービン式流量制御装置１０の弁体４０は全閉状態から少しずつ開かれることが望ましい。本実施形態では、弁体駆動機構６０により弁体４０が一部しか開かないため好適である。なお、弁体４０の開度が１０パーセント程度得られれば、タービン３１の回転によりインバータ９１Ｅの最初の動作（ステップＳ１３）に必要な電力は得られる。
【0067】
発電機３０は、流路管２０の外部に配置されてもよい。例えば、タービン３１の回転エネルギーを、かさ歯車、磁気歯車などにより流路管２０の外部に取り出し、発電機３０は、取り出された回転エネルギーを受けて発電を行ってもよい。この場合、タービン３１に磁石が不要となり、流路管２０の内部にステータ３２を設ける必要がない。
【0068】
上記実施の形態では、タービン３１のトルクを制御するための流量制御則及びトルク制御則をＰＩ制御としているが、これら制御則として、どのような制御則が採用されてもよく、例えば他の現代制御が採用されてもよい。さらに、タービン３１のトルク又は回転数を制御するための具体的方法は上記に限らず任意であり、どのような方法が採用されてもよい。
【0069】
本発明は、空調システムに限らず各種の流量制御装置に適用できる。流量制御装置は、流体の流量を制御する装置であればよく、アクチュエータ及び又はコントローラの有無などは問わない。流量制御装置は、手動又はポジショナなどにより動作するバルブなどであってもよい。また、流体も冷温水などの液体に限られるものではなく、ガスなどの気体であっても構わない。
【0070】
流路Ｒ１内の空気が取出管５０を介してシリンダ６１に供給されないよう、図９に示すように取出管５０とシリンダ６１との間に、自動エア抜きバルブＸが設けられてもよい。当該バルブＸは、取出管５０の途中に配置されてもよい。
【0071】
以上、実施形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記実施形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0072】
１…空調システム、２Ａ，２Ｂ…往き配管、３Ａ，３Ｂ…還り配管、６Ａ，６Ｂ…ポンプ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…タービン式流量制御装置、２０…流路管、２１…接続部材、２１Ａ…フランジ、２１Ｂ…連通孔、３０…発電機、３１…タービン、３２…ステータ、４０…弁体、５０…取出管、６０…弁体駆動機構、６１…シリンダ、６２…変位部材、６２Ａ…板状部、６３…弾性体、７０…電動駆動機構、７１…アクチュエータ、７２…可動軸、８０…連結部材、９０…制御ユニット、９１…コントローラ、９１Ｃ…流量制御部、９１Ｄ…発電機制御部、９１Ｅ…インバータ、９１Ｆ…電源回路、９９…蓄電池、Ｒ１，Ｒ２…流路、Ｓ…支持部材、Ｕ１…第１空間、Ｕ２…第２空間、Ｘ…自動エア抜きバルブ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】