JPH0750970B2 - 不凍給水装置の過電流保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、寒冷期に水道の水が凍結するのを防止する不
凍給水装置において、その使用時、装置に過電流が流れ
たときこれを保護する不凍給水装置の過電流保護回路に
関する。

〔従来の技術〕

寒冷地においては、冬期、水道の水が凍結して水道が使
用不能となるおそれがある。この水の凍結は、地上に露
出し蛇口に至るまでの水道管（二次配管）内において生
じる。したがつて、水道の水の凍結を防止するため、水
道不使用時は当該露出している二次配管内の水を抜いて
おく手段が採用されている。これを図により説明する。

第３図は不凍給水装置の系統図である。図で、１は水道
本管から分岐された一次配管、２は蛇口３に連結された
二次配管、４は家屋の床を示す。５は水抜栓であり、一
次配管と二次配管の間に介在せしめられる。この水抜栓
５は、図で上下方向に移動可能なピストン5a、このピス
トン5aに設けられたＯリング5b₁,5b₂,5b₃、およびＯリ
ング5b₂,5b₃と協働して開閉を行う弁座5c₁,5c₂、ならび
に排水口5dで構成されている。ピストン5aが図示の位置
にあるとき、Ｏリング5b₃が弁座5c₂と密着して排水口5d
を遮断し、かつ、Ｏリング5b₂は弁座5c₁から離れて一次
配管と二次配管が連通する（この位置を出水位置と称す
る）。又、ピストン5aが図示の位置から下方に移動せし
められると、Ｏリング5b₂と弁座5c₁が密着して一次配管
１からの供水を遮断し、かつ、Ｏリング5b₃が弁座5c₂か
ら離れて二次配管２と排水口5dが連通する（この位置を
止水位置と称する）。

６は水抜栓５のピストン5aを上下に駆動する駆動部であ
り、モータ、このモータの回転を減速する減速機構、回
転運動を直線運動に変える変換機構等が備えられてい
る。７は駆動部６におけるモータの駆動を制御するコン
トローラ、８は水抜栓５が一次配管１と二次配管２とを
連通する状態（出水状態）にあることを示す出水ラン
プ、９は水抜栓５が一次配管１を遮断し、二次配管２と
排水口5dとを連通する状態（止水状態）にあることを示
す止水ランプである。10は電源スイッチ、11は切換スイ
ツチ、12はリセツトスイツチ、13はコンセントを示す。

第４図は水抜栓の切換回路の回路図である。図で、6Mは
第３図に示す駆動部６に備えられているモータ、8,9,1
0,11,12はそれぞれ第３図に示す出水ランプ、止水ラン
プ、電源スイツチ、切換スイツチ、リセツトスイツチで
ある。15はモータ6Mの回転と同期して回動するドツグで
ある。LS₁,LS₂はリミツトスイツチであり、ドツグ15に
より切換えられる。リミツトスイツチLS₁は端子LT₁₁,LT
₁₂を有し、常時、端子LT₁₂と接続されるように付勢され
ている。又、リミツトスイツチLS₂は端子LT₂₁,LT₂₂を有
し、常時、端子LT₂₂と接続されるように付勢されてい
る。切換スイツチ11は、電源の＋側と−側に接続されて
いる端子T₀₁,T₀₂、およびこれら端子T₀₁,T₀₂の両側に配
置された端子T₁₁,T₁₂,T₂₁,T₂₂を有する。Ｒは抵抗器、
Ｄはダイオードを示す。

16は回路に過電流が流れたとき回路を開放してモータ6
M、その他の機器を保護する過電流保護回路である。こ
の過電流保護回路の２つの従来例の構成を次図により説
明する。

第５図は従来の過電流保護回路の回路図である。図で、
6Mはモータ、11は切換スイツチである。17は回路に挿入
され電流に応じて発熱する熱素子、18は熱素子17の温度
が所定の温度以上のとき開放される保護スイツチであ
る。

第６図は他の従来の過電流保護回路の回路図である。図
で、6Mはモータ、11は切換スイツチ、18は第５図に示す
ものと同じ保護スイツチである。20はモータ6Mが駆動さ
れたとき高レベル信号を出力するモータ動作検出器、21
はトランジスタである。22は抵抗Ｒ、コンデンサＣより
成る時定数回路、23は電源投入時にパルス信号を出力す
る初期リセツトパルス発生回路である。24はフリツプフ
ロツプ回路であり、そのセツト端子Ｓは時定数回路22に
接続され、リセツト端子ＲはNOT回路27を介して初期リ
セツトパルス発生回路23に接続されている。25はトラン
ジスタ等より成るバツフア回路、26は保護スイツチ18を
開閉するリレーである。

不凍給水装置は、上記水抜栓およびその駆動回路により
構成されている。

ここで、まずこの不凍給水装置において過電流が発生し
ない通常時の動作を説明する。夏期においては、凍結の
心配がないので、水抜栓５は第３図に示すように一次配
管１と二次配管２とが連通する出水状態にある。このと
き、ドツグ15は第４図に示す位置にあり、リミツトスイ
ツチLS₁を端子LT₁₁に強制的に接続している。季節が冬
期になり、凍結のおそれが生じると、水道使用後に水抜
栓５を止水位置に切換えて二次配管２の水を排水口5dか
ら排水する。この水抜栓５の切換えは次のようにして行
われる。

電源スイツチ10を投入し、切換スイツチ11を止水側に操
作すると、切換スイツチ11の端子T₀₁と端子T₁₁、端子T
₀₂と端子T₁₂がそれぞれ接続される。これにより、モー
タ6MにはリミツトスイツチLS₂を介して矢印Ａ方向に電
流が供給され、モータ6Mは駆動される。モータ6Mの駆動
により、水抜栓５のピストン5aが下降してゆき、かつ、
ドツグ15がリミツトスイツチLS₁から離れて矢印Ｂ方向
に移行する。ドツグ15の移行により、リミツトスイツチ
LS₁は端子LT₁₂に接続される。この動作が継続され、ピ
ストン5aが、Ｏリング5b₂が弁座5c₁に密着する止水位置
に達したとき、ドツグ15はリミツトスイツチLS₂を端子L
T₂₁側に強制的に切換える。これによりモータ6Mと電源
とが遮断され、止水ランプ９が点灯するとともに、ピス
トン5aは下降を停止して止水位置に止まる。この止水状
態において、二次配管２内の水は排水口5dから排出さ
れ、凍結が防止される。

次に、この状態から水道を使用する場合には、切換スイ
ツチ11を出水側に切換え、端子T₀₁と端子T₂₁、端子T₀₂
と端子T₂₂を接続する。これにより、モータ6Mにはリミ
ツトスイツチLS₁を介して矢印Ａと反対方向の電流が供
給され、ピストン5aは止水位置から上昇し、ドツグ15は
リミツトスイツチLS₂から離れてリミツトスイツチLS₁の
方へ移動する。この動作が継続されると水抜栓５は出水
位置に切換えられ、このときリミツトスイツチLS₁が端
子LT₁₁側に切換えられてモータ6Mが停止し、出水ランプ
８が点灯する。この出水状態により、水道の使用が可能
となる。

このような不凍給水装置の使用において、水抜栓ピスト
ン5aの固着、凍結等により電源が投入されているにもか
かわらずモータ6Mが拘束されて動かなくなり（以下、こ
れを停動という。）、又は短絡等の事故により、回路に
過大電流が流れると、過電流保護回路16が作動して保護
スイツチ18を開放し、装置を保護する。

例えば、第５図に示すような過電流保護回路16にあつて
は、過電流により熱素子17が発熱し、この熱により保護
スイツチ18が開放され、この開放は機械的手段により保
持される。この保持はリセツトスイツチ12により解除さ
れる。なお、熱素子17に代えてリレーを用いることもで
きる。

又、第６図に示すような過電流保護回路16にあつては、
モータ動作検出器20により停動が検出されてその出力が
低レベルとなり、トランジスタ21が遮断される。この結
果、時定数回路22によつて定められた所定時間後にコン
デンサＣの電圧が高レベルに達してフリツプ・フロツプ
回路24をセツト状態に反転する。なお、フリツプ・フロ
ツプ回路24はそれ以前は電源投入時、初期リセツトパル
ス発生回路23の出力パルスによりリセツト状態にある。
当該反転によりフリツプ・フロツプ回路24から高レベル
信号が出力され、導通状態にあつたバツフア回路25は遮
断状態となり、リレー26は非励磁となる。この結果、保
護スイツチ18が開放され、回路は過電流から保護され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、不凍給水装置に用いられる過電流保護回路16
に望まれる要件は次のとおりである。

（１）水抜栓５は使用回数が少ないため、使用年数が長
くなるとＯリングの固着等により通常状態より負荷が大
きくなる場合があり、又、ピストン5a周りが半凍結状態
になると負荷はさらに大きくなる。したがつて、モータ
6Mは動きにくくなり、回路にはそれに応じて大きな電流
が流れるが、モータ6Mがいくらかでも駆動可能状態にあ
る間は過電流保護回路16はモータ6Mの作動が終了するま
で作動しないことが必要である。

これは水道の使用にできるだけ支障を来さないようにす
るためである。しかも、過電流保護回路16が作動しない
時間は、負荷電流の増大に応じて短縮され、回路を保護
する必要がある。

（２）水抜栓５の凍結等によりモータ6Mが停動状態にな
つたときには過電流保護回路16は短時間で作動すること
が必要である。

（３）短絡事故が生じたときには過電流保護回路16は瞬
時動作することが必要である。

（４）装置が円滑に作動しない場合、電源スイツチ10の
開閉を繰り返してモータ6Mに断続的に電流を供給すると
装置になじみが生じて円滑な作動が可能となる場合があ
る。又、極めて特殊な例ながら、水道使用時に蛇口を用
いる代りに電源スイツチ10を開閉して出水、止水を行う
場合がある。このような電源スイツチ10の開閉を短時間
の間に繰り返すことは、そもそもピストン5aを上下させ
るだけの短時間定格のものを長時間定格で使用すること
になり、繰り返し操作により装置の電源容量以上の電流
が流れ、装置の電源の過熱焼損のおそれが生じる。この
ため、過電流保護回路は上記（１）の場合と同様、負荷
電流の増大に応じてその作動時間を短縮することが必要
である。

上記の要件を満足させるため、第５図に示す過電流保護
回路16においては、作動電流値をモータ6Mの停動状態時
の電流より僅かに低い値に設定していた。しかし、電流
保護回路16はそれ自体で汎用品として別途に製品化され
るため、要求される設定値のものを選択するのが困難で
あるばかりでなく、たとえ要求される設定値のものを選
択することができたとしても、第５図に示すような電流
保護回路には動作のバラツキが大きく、かつ、モータ6M
の動作にもバラツキが存在するため、上記要件（２）を
満足させるのは困難であつた。さらに、上記要件
（１），（４）の特性をもたせることは不可能であつ
た。

又、第６図に示す過電流保護回路においては、時定数回
路22の時間が一定しているため、電流値によつてはモー
タ6Mが焼損するおそれがあり、さらに、時定数回路22の
時間の設定が困難であることから、上記要件（１）〜
（４）を満足させることはできなかつた。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、駆動源
が駆動可能の状態では可能な限り駆動源の動作が終了す
るまで作動せず、停動時は短時間で、又、短絡時には瞬
時に作動し、さらに負荷電流の増大に応じて作動時間を
短縮し、さらに又、繰り返し操作時の過電流に対する保
護も行うことができるという各要件をすべて満足せしめ
ることができる不凍給水装置の過電流保護回路を提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、水道本管に連結
された一次配管（１）および給水口（３）に連結された
二次配管（２）の間に設けられ、前記一次配管（１）と
前記二次配管（２）とを連通する第１の位置および前記
一次配管（１）と前記二次配管（２）を遮断し前記二次
配管（２）の水を排出する第２の位置に切換えられる水
抜栓（５）と、この水抜栓（５）を切換える駆動源
（６）と、この駆動源（６）の回路に挿入された保護開
閉手段（16）とを備えた不凍給水装置において、高い抵
抗値を有する第１の抵抗（R₄）およびコンデンサ（Ｃ）
より成り前記駆動源（６）の電流に応じて充電される充
電回路と、前記第１の抵抗（R₄）に並列接続された前記
駆動源（６）の駆動最大電流が発生したとき導通する開
閉要素（30）と前記第１の抵抗よりはるかに低い抵抗値
を有する第２の抵抗（R₃）との直列回路と、前記コンデ
ンサ（Ｃ）の電圧が所定値以上のとき前記保護開閉手段
（16）を開放状態とする信号を出力する比較手段（32）
と、前記駆動源（６）の電流が０のとき前記コンデンサ
（Ｃ）を放電させる他の比較手段（31）とを設けたこと
を特徴とする。

〔作用〕

コンデンサ（Ｃ）の充電電圧は比較手段（32）において
常時所定の電圧と比較されている。駆動源（６）に流れ
る電流値が低い通常の場合、コンデンサ（Ｃ）の充電電
圧は所定電圧より低い値に維持されている。駆動源
（６）の駆動が円滑でなく、電流値が大きくなると、そ
の電流値に応じた時間でコンデンサ（Ｃ）が充電されて
ゆき、これが所定電圧以上になると比較手段（32）から
信号が出力されて保護開閉手段（16）を開放する。一
方、駆動源（６）の電流値が駆動最大電流になると、そ
の電流により開閉要素（30）が導通状態となり、コンデ
ンサ（Ｃ）は第２の抵抗を介して急速に充電される。こ
の場合、第２の抵抗（R₃）の抵抗値は極めて低いので、
コンデンサ（Ｃ）の充電電圧は、急速に所定電圧以上と
なり、速やかに保護開閉手段（16）を開放状態とする。
駆動源（６）の停動時には、さらに電流値が大きいの
で、コンデンサ（Ｃ）の充電時間もさらに短時間とな
り、保護開閉手段（16）の開放時間もさらに短時間とな
る。又、短絡事故が発生すると、電流値は極めて大きく
なるのでコンデンサ（Ｃ）は瞬時に充電され、保護開閉
手段（16）は瞬時に開放状態となる。さらに又、駆動源
（６）を断続的に作動させると、コンデンサ（Ｃ）に対
して上述の経路の充電と、比較手段（31）を介する放電
とが繰り返され、この動作中、コンデンサ（Ｃ）の充電
電圧が所定電圧以上になると比較手段（32）から信号が
出力されて保護開閉手段（16）が開放される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る不凍給水装置の過電流保
護回路の回路図である。図で、第６図に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。30はトラン
ジスタ、31,32は比較器、33はOR回路である。R₁〜R₇は
抵抗器、R_sはモータ電流検出用抵抗器、R_tは温度補償用
素子、Ｃはコンデンサである。R₁,R₂,R_tはトランジスタ
30を導通状態とする電圧を設定する抵抗器および素子、
R₃,R₄はコンデンサＣとともに時定数を構成する抵抗
器、R₅,R₆,R₇は比較器31,32に基準電圧を与える抵抗器
である。なお、12は第３図に示すリセツトスイツチであ
る。

次に、本実施例の動作を第２図に示すグラフを参照しな
がら説明する。第２図で、横軸にはモータ電流が、又、
縦軸には過電流保護回路の動作時間がとつてある。モー
タ電流中、I₁は装置の電源容量により定まる連続定格電
流、I₂はモータ6Mの駆動可能範囲における最大電流（モ
ータ駆動最大電流）、I₃はモータ6Mが停動状態にあると
きの電流（停動電流）、I₄は短絡電流を示す。

モータ6Mに電流が流れると、この電流は選択された低抵
抗値の抵抗器R_sによりこれに比例した電圧として検出さ
れる。モータ6Mの駆動電流が連続定格電流I₁未満の場
合、その検出電圧は低い。このとき、この検出電圧によ
りコンデンサＣは高抵抗値の抵抗器R₄を経て充電される
が、充電電圧は検出電圧以上にはならない。ここで、比
較器32の（−）側には連続定格電流I₁が流れたときの検
出電圧に等しい電圧が設定されている。したがつて、こ
の場合充電電圧は当該設定値を超えることはなく、この
過電流保護回路は動作しない。

モータ6Mの駆動電流が連続定格電流I₁を超えてモータ駆
動最大電流I₂未満である場合、抵抗器R_sの検出電圧は比
較器32の設定電圧以上となる。このとき、保護スイツチ
18は直ちに開放されることはなく、抵抗R₄を経てコンデ
ンサＣが充電されてゆき、その充電電圧が比較器32の設
定電圧に達したときはじめて比較器32から信号が出力さ
れ、バツフア25、リレー26を介して保護スイツチ18が開
放される。保護スイツチ18の開放まではモータ6Mが駆動
され、水道の使用に支障がない状態とすることが可能と
なる。この保護スイツチ18の開放までの時間は電流値に
より異なり、電流値が大きい程その時間は短かくなり
（即ち、コンデンサＣの充電時間が短かくなり）、これ
により過電流から回路を充分に保護することができる。
これを第２図により説明すると、電流I_c1が流れたとき
は時間T_c1が経過して保護スイツチ18が開放されるが、
上記電流I_c1より大きい電流I_c2が流れたときは、上記時
間T_c1より短かい時間T_c2で保護スイツチ18が開放される
ことになる。

モータ6Mの駆動電流がモータ駆動最大電流I₂に達する
と、その検出電圧はトランジスタ30を導通状態とする。
抵抗器R₃の抵抗値は抵抗器R₄の抵抗値より遥かに低い値
に選定されているので、トランジスタ30が導通するとコ
ンデンサＣは急速に充電され、これに応じて保護スイツ
チ18も急速に開放される。第２図に示すように、電流が
モータ駆動最大電流I₂より僅かに小さい場合、保護スイ
ツチ18の開放までには時間T₂が経過し、この間に水抜栓
５を多少とも動作させる余裕があるが、モータ駆動最大
電流I₂以上ではこの時間は急速に減少し、停動電流I₃に
おいては極めて短い時間T₁で保護スイツチ18が開放さ
れ、回路の保護を完全なものとする。又、短絡電流I₄が
流れると、コンデンサＣは瞬時に充電され、保護スイツ
チ18は瞬時に開放される。

過電流により上記のように保護スイツチ18が開放された
とき、コンデンサＣには電荷が蓄積されている。この電
荷は比較器31により放電される。即ち、保護スイツチ18
が開放されると電流が０となり、比較器31の（＋）側も
０となり比較器31は接地状態となる。これにより、コン
デンサＣの電荷は比較器31を通して放電される。

又、前述のように、短時間の間に電源スイツチ10の開閉
を繰り返す場合、比較器31を通る放電は瞬間的でなく多
少の時間を要するため、繰り返し毎にコンデンサＣに電
荷が蓄積されてゆき、コンデンサＣの充電電圧が比較器
32の設定値以上になると保護スイツチ18が開放し、これ
により回路が保護されることになる。

このように、本実施例では、モータの電流をそれに比例
した電圧として検出し、この検出電圧により通常時は高
抵抗を介してコンデンサを充電し、モータ駆動最大電流
以上の電流が流れたときはトランジスタおよび低抵抗を
介して上記コンデンサを充電し、コンデンサの充電電圧
が所定の電圧以上のとき保護スイツチを開放するように
したので、モータの駆動が可能な場合は水抜栓の動作を
終了させるように保護スイツチの開放に時間をもたせる
ことができ、しかも駆動電流の大きさに応じて前記時間
を短縮して（駆動電流が大きい程時間は短縮される）回
路の保護を充分に行うことができる。さらに、モータを
断続操作する場合も、これに応じてコンデンサの充放電
を行うようにしたので、確実に保護を行うことができ
る。又、モータ駆動最大電流が流れたときには、この電
流に応じて短時間で保護スイツチを開放することがで
き、かつ、短絡電流に対しては瞬時に保護スイツチを開
放することができる。そして、このようにモータ駆動最
大電流以上の電流が流れた場合、本実施例では、トラン
ジスタを導通させてコンデンサの充電回路を高抵抗値の
抵抗から低抵抗値の抵抗へ切り換えるようにしているの
で、当該駆動最大電流未満の電流の場合とは区別して、
簡素な回路構成で確実に当該駆動最大電流を捉えること
ができ、ひいては確実に当該駆動最大電流に対処するこ
とができる。さらに又、以上の各動作は実際の駆動電流
に応じて実行されるので、安定した保護を行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、駆動源の電流に応じて
充電される抵抗およびコンデンサの充電回路と、前記抵
抗に並列接続され駆動源に駆動最大電流が流れたとき導
通状態となる開閉要素とを設け、コンデンサの充電電圧
がある設定値以上のとき保護開閉手段を開放状態とする
ようにしたので、駆動電流が大きくても駆動源の駆動が
可能なときはこれを駆動させる時間を与えて給水装置を
できるだけ支障なく使用せしめることができ、かつ、こ
の場合でも駆動電流に応じて当該時間を短縮して保護を
充分に行うことができる。さらに、駆動源を断続操作す
る場合も、これに応じてコンデンサの充放電を行うよう
にしたので、確実に保護を行うことができる。又、駆動
最大電流が流れたときには、この電流に応じて短時間で
保護スイッチを開放することができ、かつ、短絡電流に
対しては瞬時に保護スイッチを開放することができる。
そして、このように駆動最大電流以上の電流が流れた場
合、開閉要素を導通させてコンデンサの充電回路を高抵
抗値の抵抗から低抵抗値の抵抗へ切り換えるようにして
いるので、当該駆動最大電流未満の電流の場合とは区別
して、簡素な回路構成で確実に当該駆動最大電流を捉え
ることができ、ひいては確実に当該駆動最大電流に対処
することができる。さらに又、以上の各動作は実際の駆
動電流に応じて実行されるので、安定した保護を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る不凍給水装置の過電流保
護回路の回路図、第２図は第１図に示す回路の動作時間
の特性図、第３図は不凍給水装置の系統図、第４図は水
抜栓の切換回路の回路図、第５図および第６図は従来の
過電流保護回路の回路図である。 6M……モータ、11……切換スイツチ、18……保護スイツ
チ、24……フリツプ・フロツプ回路、26……リレー、30
……トランジスタ、31,32……比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水道本管に連結された一次配管（１）およ
   び給水口（３）に連結された二次配管（２）の間に設け
   られ、前記一次配管（１）と前記二次配管（２）とを連
   通する第１の位置および前記一次配管（１）と前記二次
   配管（２）を遮断し前記二次配管（２）の水を排出する
   第２の位置に切換えられる水抜栓（５）と、この水抜栓
   （５）を切換える駆動源（６）と、この駆動源（６）の
   回路に挿入された保護開閉手段（16）とを備えた不凍給
   水装置において、高い抵抗値を有する第１の抵抗（R₄）
   およびコンデンサ（Ｃ）より成り前記駆動源（６）の電
   流に応じて充電される充電回路と、前記第１の抵抗
   （R₄）に並列接続された前記駆動源（６）の駆動最大電
   流が発生したとき導通する開閉要素（30）と前記第１の
   抵抗よりはるかに低い抵抗値を有する第２の抵抗（R₃）
   との直列回路と、前記コンデンサ（Ｃ）の電圧が所定値
   以上のとき前記保護開閉手段（16）を開放状態とする信
   号を出力する比較手段（32）と、前記駆動源（６）の電
   流が０のとき前記コンデンサ（Ｃ）を放電させる他の比
   較手段（31）とを設けたことを特徴とする不凍給水装置
   の過電流保護回路。