JP2002511557A - ばね付勢されたタンデム制御弁を備える制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 減圧原理に或いは加圧原理に従って作動する安全装置、特に安全弁（２、２１、２２）が複数の制御部（３、３ａ、３ｂ）によって開放され、閉鎖される。この制御部は安全装置の制御配管系（８）に直列に接続され、それぞれ１つの制御弁（４）によって操作され、安全装置を、全ての制御部が安全装置を開放する位置にあるときにのみ開放する。この安全装置は、制御部の１つだけが安全装置を閉鎖する位置にあっても、直ちに閉鎖する。図１

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は、請求項１の上位概念の特徴を備えた制御装置を基にし、独自の媒
体で操作される安全装置、特に圧力配管或いは圧力容器における望ましくない過
圧を低減するための安全弁を備えた制御装置に関する。ここで独自の媒体で操作
される安全装置とは、制御弁によって圧力容器或いは圧力配管における圧力が限
界値に達したとき開放され、限界圧力値を下回った際に同じ制御弁によって再び
閉鎖されるものを意味する。この制御弁は、その場合、ばね付勢されている。こ
のような独自の媒体で操作される安全装置の好適な適用範囲は原子力発電所、特
に加圧水型原子炉の一次回路である。

【０００２】 ばね付勢された制御弁それ自体は、従来技術として充分によく知られており、
既に多くのメーカからこの目的のために提供されている。

【０００３】 減圧原理に従って作動する制御弁装置においては、システム圧力（圧力容器内
の圧力）がばね及び磁気付加力に抗して作用し、逆止弁が後置されたパイロット
弁を開放する。逆止弁の弁体は、これによりその他のばねの力に抗して持ち上げ
られ、逆止弁の弁体をその弁座から離す。この結果圧力容器の安全弁の制御配管
系が開放され、安全弁の制御室が減圧され、安全弁が開く。パイロット弁及び逆
止弁が閉鎖する程度にシステム圧力が低下すると、この安全弁は再び閉鎖する。

【０００４】 第二のメーカの弁装置は加圧原理に従って作動する。この弁装置は主としてば
ね及び磁気付勢されている弁（前記の制御弁に類似）からなり、限界値（いわゆ
る「セットポイント」）に達すると直ちに、流量を圧力容器から、安全弁の制御
室に通じてこの弁を押している制御配管系に導く。

【０００５】 第三のメーカの弁装置は互いに接続された複数の弁体を操作し、この弁体で安
全弁の制御室に圧力を与えたり（安全弁の閉鎖）、減圧したり（開放）する。

【０００６】 ばね付勢された制御弁は、安全装置のそれとは一致しない、比較的高い閉鎖不
成功率を示す。ばね付勢された制御弁の閉鎖不成功率は１００分の１、即ち１０
０回の要求に対して確率的に既に１回の閉鎖不成功が発生する。これに対し、安
全装置の閉鎖不成功率は１万分の１である。しかし、このように良好な安全装置
の閉鎖不成功率も、制御弁の比較的高い閉鎖不成功率により余り効果がない。

【０００７】 ドイツ特許出願第１９６２８６１０．７−１２号明細書による新しい制御弁に
おいても、閉鎖不成功率はなお完全に満足の行くものではない。これにおいては
、圧力−距離変換器が制御弁に接続され、この圧力−距離変換器は圧力補給弁体
部及び減圧弁体部と機械的に接続され、両弁体部が同一方向に動かされる。この
圧力補給弁体部は第一のステップで比較的小さな力によって弁座に向かって移動
し、これにより制御弁の制御配管系が遮断される。比較的大きな力によってのみ
、第二のステップで減圧弁体はその座から離れ、これにより制御弁の制御配管は
周囲に向かって開かれた配管と接続され、安全弁は減圧（開放）される。

【０００８】 理論的な検討は、制御弁の閉鎖不成功率が、直列接続された、かかる制御弁の
組み合わせにより低減されることを明らかにした。例えば２個の制御弁の直列接
続により（１０^-2 ）²／要求の閉鎖不成功率、即ち１万回の要求に対し１回のそ
れが得られた。このような閉鎖不成功率は、安全装置の閉鎖不成功率と良好な調
和をなしている。

【０００９】 従来の技術において、直列に接続された電動制御弁が公知である。このような
弁は、一部はまた、一次回路の安全弁と一緒に使用される。この電動制御弁は、
しかしながら、作動原理に従って作動するものであるから、これに関連する安全
技術上の制御規定によれば単独では使用することができない。かくして例えば、
ドイツの制御規定ＴＲＤ４２１では、圧力容器の安全を確保するために３つの安
全弁が存在する場合に、ただ１つの安全弁が作動原理に従って作動する制御弁を
持つことが許されている。その他の２つの安全弁は、その場合、安全原理に従っ
て動作する制御装置を備えていなければならない。

【００１０】 安全原理に従って動作する制御弁を直列に接続したものとして、電磁弁だけが
公知である。これらの電磁弁は、しかしながら、ひょっとすると、電圧欠落の際
に開いてしまうおそれがあるので、原子力発電所の一次回路には使用できない。

【００１１】 例えば、初めに記載したような、公知のばね付勢された制御弁は、その構造の
ため直列に接続することができない。この理由から、一次回路においてばね付勢
された制御弁は、現在のところ、例外なく単一制御弁構成でしか使用されない。
即ち複数の弁があったとしても、安全弁の制御配管系には、最終的には、安全弁
に圧力を印加或いは減圧するただ唯一の制御弁しか配置されない。この場合、相
対的に高い閉鎖不成功率は止むを得ないものとして甘受されている。

【００１２】 この発明の課題は、付勢ばねを有するものの、それにもかかわらず安全装置の
閉鎖不成功率を小さくした安全装置の制御装置を提供することにある。

【００１３】 このために、安全装置が開放のため制御配管系により減圧或いは加圧され、そ
れ故、安全装置が減圧原理或いは加圧原理に従って作動することのできる制御装
置が提案される。この制御装置は電磁的或いはその他の付加的な負荷なしでも作
動することができる。

【００１４】 この課題を解決するために、制御装置は少なくとも２つの、ばね付勢された制
御弁並びに同数の制御部を備える。この制御部の各々は制御弁の１つに対応して
配置され、これに接続されている。この発明によれば、減圧原理に従って作動す
る安全装置は、制御部の全てが安全装置を減圧する位置にあるときにのみ開かれ
る。この安全装置は、制御部の１つだけが安全装置に加圧する位置にあっても、
閉じる。安全装置が加圧原理に従って作動する場合には、この安全装置は、制御
部が安全装置を加圧する位置にあるときにのみ開かれ、制御部の１つだけが安全
装置を減圧する位置にあっても、再び閉じる。

【００１５】 この発明は、制御部が互いに無関係に動作して、各制御部だけでも安全装置を
閉鎖するようになればなる程、閉鎖不成功率はそれだけ小さくなるという考えか
ら出発している。無関係に機能する制御部を組み合わせることにより、それ故、
安全装置の閉鎖不成功率を明らかに改善することができる。例えばそれぞれ１０ ² 分の１の閉鎖不成功率を持つ２つの制御部を組み合わせることで、全体の閉鎖
不成功率を（１０²）²分の１、即ち１万分の１にすることができる。これにより
安全装置の閉鎖不成功率と、組み合わされた制御部のそれとを一致させることが
できる。

【００１６】 制御部は、これに属する制御弁により操作され、安全装置の制御配管系に直列
に接続されている弁を含むのが有利である。この場合、制御部の各々は１つの第
一の接続端（制御通路を介してその属する制御弁に接続されている、いわゆる制
御端）と、２つの第二の接続端（それにより制御部が安全装置の制御配管系に組
み入れられている、いわゆる動作端）とを備えている。各制御部の動作端は、そ
れ故、直接的に、例えば供給配管を介して、或いは１つ又は複数の制御部を介し
て、それ故間接的に安全装置に接続されている。従って、ただ１つの制御部が直
接に１つの動作端を介して安全装置に接続され、他方この制御部の他の動作端は
他の制御部の動作端に接続されている。このような構成は、安全装置から生ずる
或いは安全装置に向かって流れる圧力媒体が相前後して複数の制御部を通過する
ので、「直列接続」もしくは「タンデム弁」と称することとする。

【００１７】 それぞれの制御弁及び／又は制御部は、同一構造を持つことがさらに有利であ
ると思われる。これにより、これらの部品の製造及び在庫を少数に制限し、その
構造及び据付けが一目瞭然となる。

【００１８】 さらに有利な実施例においては、この制御装置の制御弁の少なくとも１つが圧
力−距離変換器を備える。この圧力−距離変換器、圧力補給弁体部及び減圧弁体
部は、それらが互いに機械的に相互作用し（少なくともいくつかの位置で、例え
ば機械的に接続されている）、同じ方向に同時に移動可能であるように配置され
ている。圧力補給弁体部は、第一の部屋において比較的小さな力によって弁座（
補給弁体部の座）に向かって移動可能に配置される。この圧力補給弁体部は、第
一の部屋に通じて圧力を伝達する接続配管を、この第一の部屋を制御部に接続す
る制御通路に対して遮断し或いは開放するように作用する。減圧弁体部は第二の
部屋に配置され、比較的大きな力によりその弁座（減圧弁体部の座）から持ち上
げることが可能である。減圧弁体部をその座から離すことにより、制御部から第
一の部屋に通ずる通路と、一方では第一の座の上の空間及び他方では制御弁ドレ
ーン、例えば周囲に向かって開放されている排出管との間の連通ができる。

【００１９】 特に有利な実施例においては、制御装置の制御弁の少なくとも１つは、ドイツ
特許出願第１９６２８６１０．７−１２号明細書において提案されたように構成
される。この場合、圧力−距離変換器は圧力補給弁体部及び減圧弁体部と共に１
つの共通の中心軸に配置されている。この配置は、圧力補給弁体部と減圧弁体部
とが圧力−距離変換器と機械的に接続可能で、この変換器と同じ方向に（それ故
例えば、同時に）移動可能であるように構成されている。

【００２０】 特に有利な実施例において、圧力−距離変換器は１つの押圧棒を備える。この
押圧棒はその下端で圧力−距離変換器に接続されている。さらにこの押圧棒の上
端は減圧弁体部の直下近傍に配置される。この押圧棒は、それが移動したときに
減圧弁体部の下面に触れるように移動可能である。また、この押圧棒は圧力補給
弁体部の延長部に案内される。この減圧弁体部の座を備えた第二の部屋は圧力補
給弁体部の内部にある。

【００２１】 この発明による制御装置の動作態様を、実施例に基づき詳細に説明する。

【００２２】 図１に安全弁２の制御装置を示す。この安全弁２は原子炉圧力容器１の圧力を
減圧するためのものである。この実施例における安全弁２は、減圧原理に従って
作動する安全弁２１（図１ａ参照）である。安全弁２の制御のために制御弁４及
び制御部３（図１ｂ）が設けられている。制御部３及び制御弁４は、安全弁に比
較してより見易くするため遙かに大きい尺度で示してある。同じ理由から圧力容
器１は、安全弁２に比較して遙かに小さい尺度で概略的にのみ示してある。

【００２３】 安全弁２が各２つの制御部３と制御弁４により制御される構成は、いわゆる「
タンデム構成」と称される。

【００２４】 減圧原理に従って作動する安全弁２１は、圧力容器１に圧力配管９３を介して
接続されている。この圧力配管９３は安全弁２１の下部の弁室２１２に繋がって
いる。この下部弁室２１２は上部の弁室２２２（弁のいわゆる制御室）から弁板
２１３によって隔てられている。上部弁室２１１と下部弁室２１２は、弁板２１
３に設けた孔２１４によって互いに連通している。閉鎖力を支援するため弁板２
１３の上側に弁ばね２１５が設けられ、その一端は弁板２１３、他端は弁容器の
壁２１７で支持されている。弁が閉鎖された状態において、圧力排出管９２は弁
体２１８により閉塞されている。この弁体２１８は、その下端が弁座２１９に載
っている。

【００２５】 安全弁２１の制御配管系８の一部である減圧配管８１は、上部弁室２１１を、
同様に１つの弁である第一の制御部３ａの下部室３２において動作端に接続して
いる。この下部室３２は、第一の制御部３ａの上部室３１に対して制御部ピスト
ン３３により隔離され、このピストンの下部閉塞端３４は円錐台状に形成されて
いる。制御部ピストン３３の下部閉塞端３４は中間通路８２を閉塞している。こ
の中間通路８２は、制御配管系８のその他の一部として、制御部３ａの下部室３
２を第二の制御部３ｂの下部室３２に接続する役目をしている。この制御部３ｂ
は制御部３ａと同一構造であり、下部室３２を上部室３１から隔離する制御部ピ
ストン３３を備えている。この制御部ピストン３３は同様に円錐台状の下部閉塞
端３４を備えている。この円錐台状の閉塞端３４は制御配管系８に属する排出管
８３を閉塞し、該排出管８３は、制御部３ｂの下部室３２から出て、制御配管系
８の終端として制御装置の外部空間もしくはドレーンに繋がっている。

【００２６】 制御部３ａ及び３ｂの上部室３１は、中間通路５を介して制御弁４に接続され
ている。その場合、この中間通路５は制御弁４の第一の部屋４４に通じている。
この第一の部屋４４は接続配管６を介して下部弁室２１２に直接、或いは同様に
下部弁室２１２に通じる圧力配管９３に接続されている。制御弁４の第二の部屋
４５は、圧力容器１に接続配管７を介して接続されている。

【００２７】 減圧原理に従って作動する安全弁２１は、通常の作動圧では閉じている。即ち
弁体２１８は弁座２１９に載っている。制御配管系８では減圧配管８１が圧力を
受けている。この圧力は弁板２１３の上面にも作用するので、弁体２１８はその
座２１９に押しつけられる。配管８１及び上部弁室２１１における圧力は、上部
弁室２１１が下部弁室２１２に弁板２１３の孔２１４を介して常に連通している
ことにより形成される。減圧原理に従って作動する安全弁２１の閉鎖状態におい
て、制御部３ａの制御部ピストン３３はその下部閉塞端３４で減圧配管８１を中
間通路８２に対し、従ってまた排出管８３に対して閉鎖しているので、配管８１
及び上部弁室２１１内に形成された圧力は逃れることができず、それ故弁板２１
３の上面に当たる。閉鎖圧力に対して有効な面積、即ち 弁板２１３の面積、弁
板２１３にある弁ガイド２１６の面積及び弁体２１８の面積の総計は、背圧に対
して有効な、弁板２１３の下面における面積よりも大きいので、弁体２１８はそ
の弁座２１９に押しつけられる。さらにこの閉鎖位置は弁ばね２１５によって支
援される。

【００２８】 減圧原理に従って作動する安全弁２１の閉鎖位置は、減圧配管８１内に圧力が
形成されることによってのみ達成される。このために、減圧配管８１は排出管８
３に対して遮断することが必要である。減圧配管８１の排出管８３に対する遮断
は、少なくとも、制御部３の１つによって制御配管系８が閉鎖されるように行わ
れる。通常時、制御配管系８は２つの制御部３によって閉鎖される。この場合、
制御部ピストン３３はその円錐台状の下部閉塞端３４がその座３５に当たってい
る。従って、第一の制御部３ａによって中間通路８２が第一の配管８１に対して
遮断され、他方の制御部３ｂによりこの中間通路８２が排出管８３に対して遮断
される。この遮断は、制御部３の上部室３１が圧力を受け、これにより制御部ピ
ストン３３をその下部閉塞端３４でその座３５に押しつけるように行われる。

【００２９】 圧力容器における圧力が限界値に達すると、制御部３の上部室３１は制御弁４
によって減圧される。第一の制御部３ａの下部室３２が減圧配管８１に接続され
ており、従ってその圧力を受けているので、第一の制御部３ａの制御部ピストン
３３はその座３５から上に向かって押される。減圧配管８１に加わっている圧力
は、今や、中間通路８２を通して第二の制御部３ｂの下部室３２に広がる。第二
の制御部３ｂにおいても、上部室３１が制御部３ｂ側の制御弁４によって減圧さ
れているので、この第二の制御部３ｂの制御部ピストン３３はその座３５から上
に押される。これにより排出管８３が開放される。減圧原理に従って作動する安
全弁２１の上部弁室２１１と、制御装置を取り巻く空間との間に圧力的な接続が
できる。これにより上部弁室２１１は減圧される。安全弁２１は下部弁室２１２
に加わる圧力により開く。減圧原理に従って作動する安全弁２１が開かれると、
弁体２１８はその弁座２１９から離れ、圧力配管９３と圧力排出管９２との間に
接続ができる。この圧力配管９３及び圧力排出管９２を介して圧力容器１からの
媒体が漏出し、かくして圧力容器１の圧力が消滅する。

【００３０】 圧力容器１の圧力が一定の予定値以下に低下すると、制御部３の上部室３１は
制御弁４によって圧力を受ける。これにより制御部ピストン３３はその下部閉塞
端３４がその座３５に押しつけられる。従って、減圧配管８１から中間通路８２
への及び中間通路８２から排出管８３への通路が遮断される。減圧原理に従って
作動する安全弁２１の弁板２１３の孔２１４を通して上部弁室２１１及び第一の
配管８１に、弁体２１８をその座２１９に押しつける圧力が形成される。減圧原
理に従って作動する安全弁２１が閉じる。

【００３１】 如何なる理由であれ、両制御部３の１つが有効に機能しない場合、制御配管系
８は、それでもなお制御部の少なくとも１つにより閉鎖される。これにより、上
部弁室２１１に弁体２１８をその弁座２１９に押しつける圧力が形成される。

【００３２】 図２は、加圧原理に従って作動するタンデム制御弁構成を示す。圧力容器１に
は安全弁２’が設けられ、この安全弁２’は加圧原理に従って作動する安全弁２
２（図２ａ）である。この加圧原理に従って作動する安全弁２２は、それぞれ１
つの制御弁４に接続されている２つの同じ制御部３により制御されている。この
２つの制御弁４は同一構造である。

【００３３】 加圧原理に従って作動する安全弁２２を、図の説明上の理由から、圧力容器１
については大きい尺度で、制御部３及び制御弁４に対しては小さい縮尺で示す。

【００３４】 この加圧原理に従って作動する安全弁２２は圧力容器１に接続され、かつ下部
弁室２２２を持ち、これに蒸気排出管９２が接続されている。弁が閉じている状
態でこの下部弁室２２２は、圧力容器１に対し弁体２２８を圧力容器１中の圧力
によりその弁座２２９に押しつけることによって閉鎖されている。弁体２２８の
弁側において、この弁体には押圧棒２２６が設けられ、この押圧棒は下部弁室２
２２を通って上部弁室２２１に案内されている。押圧棒２２６の上端には弁板２
２３があり、この弁板はこの上部弁室２２１を上半分の室２２１ａと下半分の室
２２１ｂとに分けている。弁板２２３は、上半分の室２２１ａと下半分の室２２
１ｂとを連通させる孔２２４を備える。下半分の室２２１ｂには弁板２２３の下
面と上部弁室２２１の底部との間に押圧棒２２６を取り巻いてばね２２５が設け
られている。上部弁室２２１と下部弁室２２２との隔離は、この場合弁容器の壁
２２７の絞り部によって行われる。

【００３５】 制御配管系８に属する第一の配管８４を介して、圧力容器１は第一の制御部３
ａの下部室３２に接続されている。第一の制御部３ａのこの下部室３２は、設備
の通常運転時、即ち安全弁２の閉鎖位置においては、制御部ピストン３３の円錐
台状の下部閉塞端３４により、同じく制御配管系８に属する中間通路８２に対し
閉鎖されている。なお、この中間通路８２は第二の制御部３ｂの下部室３２に通
じている。第二の制御部３ｂの下部室３２は、この下部室３２を上部弁室２２１
の上半分の室２２１ａに接続する、同様に制御配管系８に属する圧力印加配管８
５を備えている。設備の通常運転時、この圧力印加配管８５も第二の制御部３ｂ
の下部室から第二の制御部３ｂの制御部ピストン３３の円錐台状の下部閉塞端３
４によって閉塞されている。

【００３６】 制御部３は、図１のように、それぞれ１つの制御通路５を介して制御弁４の第
一の部屋４４に接続されている。制御弁４のこの第一の部屋４４は接続配管６を
介して圧力容器１に連通している。さらに、制御弁４は、接続配管７を介して同
様に圧力容器１に接続された第二の部屋４５を備えている。

【００３７】 圧力容器の通常運転時、加圧原理に従って作動する安全弁２２は閉鎖されてい
る。上部弁室２２１には圧力が加わっていない。同様に、これに接続され、制御
部３ｂの下部室３２に接続する圧力印加配管８５にも圧力は加わっていない。制
御部３ａ及び３ｂの下部室３２を接続している中間通路８２にもまた、圧力は加
わっていない。これに対して、圧力容器１を第一の制御部３ａの下部室３２に接
続する第一の配管８４は、圧力容器１と同一の圧力を受けている。第一の制御部
３ａの制御部ピストン３３がその下部室３２に加わる圧力によってその座３５か
ら持ち上がらないよう、この制御部ピストン３３は上部室３１に圧力を受けてい
る。同様に、制御部３ｂの制御部ピストン３３も上部室３１に圧力を受けている
。この圧力は、制御部３の上部室３１を制御通路５、制御弁４の第一の部屋４４
及び接続配管６を介して圧力容器１に接続することにより生ずる。

【００３８】 圧力容器１内の圧力が限界値を越えて上昇すると、制御部３の上部室３１は制
御弁４により減圧される。第一の配管８４を介して第一の制御部３ａの下部室３
２に加わる圧力により、制御部ピストン３３はその座３５から上方に押される。
これに伴い、第一の配管８４にかかっている、圧力容器１により生ずる圧力が中
間通路８２の中に広がり、第二の制御部３ｂの下部室３２に圧力を加える。この
圧力印加により、この第二の制御部３ｂの制御部ピストン３３はその座３５から
上方に押される。これにより圧力印加配管８５が開放され、この圧力がさらに広
がり、上部弁室２２１の上半分の室２２１ａ内に達する。そこでこの圧力は弁板
２２３に加わり、これを下に押し下げる。加圧原理に従って作動する安全弁２２
が開く。圧力容器１からの媒体は下部弁室２２２に流れ込み、そこで排出管９２
を介して排出される。この結果、圧力容器１の圧力が低下する。一定の圧力値を
下回ると、制御部３の上部室３１が制御弁４を介して圧力を受ける。制御部ピス
トン３３の円錐台状の下部閉塞端３４がその座３５に押しつけられる。これによ
り上部弁室２２１の上半分の室２２１ａの圧力印加が中止される。この上半分の
室２２１ａ及び圧力印加配管８５になおかかっている圧力は孔２２４を介して下
半分の室２２１ｂに逃げる。圧力容器１からの圧力により弁体２２８は再びその
座２２９に押し付けられ、加圧原理に従って作動する安全弁２２が閉じる。

【００３９】 如何なる理由であれ、制御部３の１つが有効に機能しない場合には、制御部３
のただ１つによっても制御配管系の遮断が達成される。これにより、制御部３の
１つの機能喪失の際でも、加圧原理に従って作動する安全弁２２は閉鎖位置に復
帰することが保証される。

【００４０】 制御部３の制御弁４による制御は、同様な方法で、安全弁２が加圧原理に従っ
て或いは減圧原理に従って作動するかどうかに無関係に行われる。両方の制御部
３ａ及び３ｂ並びにこれに属する制御弁４は常に同一構造であるので、それぞれ
１つの制御弁４及び制御部３の構造及び機能を説明することで充分である。図３
には制御弁４及び制御部３を、減圧原理に従って作動する安全弁２と共に示す。
さらに、圧力容器１の一部が示されている。制御弁４及び制御部３の動作を分か
り易く説明するため、この図では、制御部３の直列接続の図示は省略している。

【００４１】 安全弁２は、図１において説明したように構成されている。この安全弁２は、
制御配管系８に属する減圧配管８１を介して制御部３の下部室３２に接続されて
いる。安全弁２の閉鎖位置において、制御部ピストン３３の下部閉塞端３４はそ
の座３５に載っている。これにより同じく、制御配管系８に属する排出管８３が
制御部３の下部室３２から、従って減圧配管８１から遮断されている。排出管８
３は制御装置の外部の圧力のかかっていない空間に通じている。

【００４２】 制御部３の下部室３２から制御部ピストン３３により分けられた上部室３１は
中間通路５を介して制御弁４の第一の部屋４４に接続されている。この第一の部
屋４４もまた、接続配管６を介して安全弁２の下部弁室２１２に接続され、圧力
管９３を介して圧力容器１に接続されている。これと代えて、接続配管６を安全
弁２を介してではなく、圧力容器１に直接接続することもできる。

【００４３】 制御弁４は３つの主要構成要素を備えている。即ち、圧力−距離変換器４１、
圧力補給弁体部４２及び減圧弁体部４３である。圧力−距離変換器部４１はその
変換器ピストン４１２が制御弁４の第二の部屋４５の中にある。この変換器ピス
トン４１２は、この第二の部屋４５を下側の半分４５１と上側の半分４５２とに
分割している。変換器ピストン４１２は第二の部屋４５の中に移動可能に配置さ
れている。その下面に第一の板４１４があり、その水平寸法は変換器ピストン４
１２のそれより小さい。この板４１４の下部は、制御弁４の弁容器４６の内壁に
より形成された肩４６１に載っている。これにより、変換器ピストン４１２が移
動した際、第二の部屋４５の下側半分４５１が常に最小の容積を持つことを保証
している。第二の部屋４５のこの下側の半分４５１は、第二の部屋４５の最小容
積の範囲に通じる接続配管７を介して圧力容器１に接続されている。

【００４４】 第一の板４１４の下側には、弁容器４６の壁を通して案内されたボルト４１５
が接続されている。このボルト４１５は部分的に弁容器４６の外部の空間にまで
延びている。その端部に第二の板４１６がある。この板４１６と弁容器４６の外
壁との間に強力なばね４１７が配置されている。このばね４１７のばね力は、変
換器ピストン４１２の上方への移動に対し反作用している。このばね力は、例え
ば１３ｋＮである。

【００４５】 変換器ピストン４１２の上側に押圧棒４１１が取付けられている。この押圧棒
４１１は、圧力補給弁体部４２の円筒状の延長部を通して導かれている。圧力−
距離変換器部４１の第一の板４１４が弁容器４６の壁の肩４６１にあるとき、即
ち設備の通常運転時に相当する位置にあるとき、押圧棒４１１は減圧弁体部４３
の直下にある。

【００４６】 圧力補給弁体部４２の円筒状の延長部はその下端に鍔４２１を持っている。こ
れらの鍔４２１は、変換器ピストン４１２の上側に設けた鍔４１３とぶつかるよ
うに形成されている。

【００４７】 設備の通常運転時、圧力補給弁体部４２のストッパ４２２は、弁容器４６によ
り構成された下側の補給弁体部の座（いわゆる補給弁体部ストッパ）４６２に当
たっている。この補給弁体部ストッパ４６２の側方に、第一の部屋４４への接続
配管６の接続端がある。この第一の部屋４４は、ストッパ４２２の上側の範囲に
おいて、補給弁体部４２の外壁及びこれに隣接した弁容器４６の内壁によって区
画される。この第一の部屋４４は、弁容器４６の壁内の通路４２３を通して内部
の部屋４４１と接続されている。この内部の部屋４４１は、補給弁体部４２の空
洞として形成され、減圧弁体部４３を包んでいる。この減圧弁体部４３は、その
下側の範囲に減圧弁体部ピストン４３１を備え、このピストンは設備が通常状態
のとき、その下縁で補給弁体部４２の肩により形成された減圧弁体部の座４２４
に配置されている。減圧弁体部４３は、減圧弁体部ピストン４３１の上方に減圧
弁体部ボルト４３２を備え、これは上方を向いた状態で補給弁体部４２の空所４
２５に嵌まり込んでいる。内部の部屋４４１の上端における補給弁体部４２の内
壁と、減圧弁体部ピストン４３１の上面との間にばね４３３が設けられ、これは
僅かなばね力で減圧弁体部４３をその座４２４に押している。

【００４８】 補給弁体部４２の上方には、この補給弁体部４２の上側の外壁と弁容器４６の
内壁とにより形成される第三の部屋４７がある。この第三の部屋４７の内部にば
ね４２６が設けられ、これは僅かなばね力で補給弁体部４２を補給弁体部ストッ
パ４６２に向かって押している。

【００４９】 通常状態において、圧力容器１は例えば約１５０気圧の圧力を受けている。圧
力容器１のこの圧力は、接続配管７を介して第二の部屋４５の下側の半分４５１
に伝えられる。この圧力は圧力−距離変換器４１に作用し、これを上に押してい
る。この圧力−距離変換器４１の動きは、しかしながら、これを下の方に向ける
強力なばね４１７の力により妨げられる。

【００５０】 圧力容器１の圧力は接続配管６を介し、第一の部屋４４及び中間通路５を通し
て制御部３の上部室３１に伝えられる。これにより制御部ピストン３３は、その
円錐台状の下部閉塞端３４でその座３５に押しつけられる。

【００５１】 圧力容器により発生される圧力は、第一の部屋４４及び内部の部屋４４１内に
も作用する。補給弁体部４２に対し、この圧力は力を均等化するように働く。と
言うのは、室４４および４４１の上ならびに下側の封止要素（例えばベロー）が
同一の断面積を封止しているからである。

【００５２】 比較的弱いばね４２６（ベローのばね抵抗でも可能）だけで、補給弁体部４２
を設備の通常運転時にそのストッパ４２４と共に弁容器４６のストッパ４６２に
押している。

【００５３】 第二の部屋４５の上半分４５２及び第三の部屋４７には圧力が加わっていな
い。

【００５４】 圧力容器１の圧力が上昇すると、これと同時に先に挙げた圧力を受ける部分の
圧力も同じ値だけ上昇する。圧力−距離変換器４１は上方に押され、その押圧棒
４１１が減圧弁体部４３の減圧弁体部ピストン４３１の下面に当たる。圧力容器
１の圧力がさらに上昇すると、圧力−距離変換器４１はその押圧棒４１１及び減
圧弁体部４３を介して補給弁体部４２を上方に移動させる。減圧弁体部４３は、
その場合、その減圧弁体部ピストン４３１が減圧弁体部の座４２４に留まる。と
いうのは、減圧弁体部４３は内部の部屋４４１の圧力によって生ずる流体圧によ
り、減圧弁体部の座４２４から離れられないからである。補給弁体部のストロー
ク行程は、圧力容器の圧力上昇に伴ないさらに続き、補給弁体部４２がそのスト
ッパ４２２の上部で上側の補給弁体部の座４６３に押しつけられる。ストッパ４
２２が上側の補給弁体部の座４６３に押しつけられることにより、接続配管６と
第一の部屋４４との間の接続が中断される。圧力容器１と第一の部屋４４並びに
中間通路と制御部３の上部室３１との間のそれ以上の圧力平衡はもはや行われな
い。しかしながら、それまでそこを支配していた圧力は、そのまま保持される。

【００５５】 圧力容器１の圧力がさらに上昇すると、それと共に、第二の部屋４５の下半分
４５１の圧力もなお上昇する。というのは、この部分は圧力容器１と接続配管７
を介して連通しているからである。圧力−距離変換器４１はさらになお上方に移
動し、例えば約１７６気圧の作動圧力において、その押圧棒４１１で減圧弁体部
４３をその減圧弁体部の座４２４からその内部の部屋４４１にある圧力に抗して
押す。これにより、内部の部屋４４１、第一の部屋４４、制御通路５及び制御部
３の上部室３１にある圧力は、補給弁体部４２の円筒状の延長部の内部を通して
逃げることができる。この圧力は、第二の部屋４５の上半分４５２を介してこの
第二の部屋４５の上半分４５２によって制御装置から排出する制御ドレーン４８
によって消滅される。これにより、制御部３の上部室３１は最早圧力を受けない
ため、制御部ピストン３３は下部室３２にある圧力によってその座３５から上に
向かって持ち上げられる。これにより、安全弁２の上側の圧力室２１１の圧力は
減圧配管８１及び排出管８３を介して消滅される。安全弁２は開かれる。

【００５６】 安全弁２の開放により排出管９２への通路が開く。圧力容器１はその圧力を放
出する。これにより制御弁４の第二の部屋４５の下半分４５１が減圧される。接
続管７により、これと圧力容器１との間に圧力平衡は起こらないからである。ば
ね４１５のばね力により、変換器ピストン４１２は第二の部屋４５の下半分４５
１における圧力低下に応じて下に押される。補給弁体部４２はそのストッパ４２
２が上側のストッパ４６３に留まる。この補給弁体部はストッパ４２２の下面に
おいて、これをその重力に抗して上に押す流体力を受ける。この流体力は、スト
ッパ４２２の下側の空間が接続配管６を介して依然として圧力を受け、他方、第
一の部屋４４及びその内部の部屋４４１が依然として圧力を受けていないことに
より生ずる。補給弁体部の座４６３における流体圧の閉鎖力は、たしかに、密封
要素４６５に作用する下向きの流体力により減少するが、補給弁体部の座４６３
の断面が密封要素４６５によって密封される断面よりも大きいので、補給弁体部
４２の閉鎖方向の力は総合的に残る。

【００５７】 圧力−距離変換器４１、従って押圧棒の沈下により、減圧弁体部４３が、その
ばね４３３により駆動されて、減圧弁体部の座４２４に復帰する。これにより第
一の部屋４４、その内部の部屋４４１、制御通路５或いは制御部３の上部室３１
が外部に通じている制御弁ドレーン４８から隔離される。この状態では、上記の
空間における圧力平衡は行われない。

【００５８】 圧力容器１の圧力がさらに例えば約１５０気圧の通常圧に低下すると、圧力−
距離変換器４１はさらにばね４１７によって下方に移動し、最後にその鍔４１３
が補給弁体部４２の鍔４２１に係合し、これをその上側の補給弁体部の座４６３
から離す。この瞬間に圧力容器１の圧力は、接続配管６介して第一の部屋４４、
内部の部屋４４１、制御通路５及び制御部３の上部室３１に広がり、補給弁体部
４２のストッパ４２２はストッパ４６２に向けて押される。さらに、制御部ピス
トン３３は、その円錐台状の下部閉塞端３４がその座３５に押しつけられる。こ
れにより排出管８３は減圧配管８１に対して閉鎖される。減圧配管８１及び上部
弁室２１１には孔２１４を介して圧力が形成され、これにより弁体２１８がその
座２１９に押しつけられる。安全弁２は閉じる。

【００５９】 このような構成により、安全弁は例えば約１７６気圧の比較的高い作動圧にお
いて初めて開き、例えば約１５０気圧の比較的低い圧力で初めて閉鎖することに
なる。この閉鎖圧力差は望ましい。これによって僅かな圧力変動で安全弁２が交
互に開放したり、閉鎖したりするのを有効に回避できる。

【００６０】 図１及び２により説明したように、複数の制御部３をその付属の制御弁４と共
に直列に接続することができる。個々の制御弁の部品を、特に１つの共通のケー
スに納め、これにより非常にコンパクトな多重制御弁、ここではタンデム制御弁
ができる。各制御弁の作動圧が同じであるか、異なっているかは重要でない。多
重制御弁、即ちここではタンデム制御弁の両制御部の影響を排除するために、作
動圧は数気圧異なるように選択することが推奨される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 減圧原理に従って作動する、ばね付勢されたタンデム制御弁を安全弁と共に示
す。なお、図１ａは安全弁を、図１ｂは制御部を拡大して示す。

【図２】 加圧原理に従って作動する、ばね付勢されたタンデム制御弁を示す。なお、図
２ａは対応する安全弁を拡大して示す。

【図３】 安全弁を備えた減圧原理に従って作動する個々の制御弁を示し、図３ａで個々
の制御弁を拡大して示す。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２，２’ 安全装置 ３，３ａ，３ｂ 制御部 ４ 制御弁 ５ 中間通路 ６，７ 接続配管 ８ 制御配管系 ２１，２２ 安全弁 ３１ 制御部の上部室 ３２ 制御部の下部室 ３３ 制御部のピストン ３４ 制御部の下部閉塞端 ３５ 制御部の座 ４１ 圧力−距離変換器 ４２ 圧力補給弁体部 ４３ 減圧弁体部 ４４ 制御弁の第一の部屋 ４５ 制御弁の第二の部屋 ４６ 弁容器 ４７ 制御弁の第三の部屋 ４８ 制御弁のドレーン ８１ 減圧配管 ８２ 中間通路 ８３ 排出管 ８４ 制御配管 ８５ 圧力印加配管 ９２ 排出管 ９３ 圧力管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モデル、ユルゲン ドイツ連邦共和国 デー‐91056 エルラ ンゲン バルテルメスシュトラーセ 25 Ｆターム(参考） 3H059 AA03 AA05 BB06 BB37 CA04 CB15 CD05 CE05 EE01 FF20

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御配管系（８１、８２、８３）を用いて減圧によって開かれ
   る安全装置（２）の開放のために、それぞれ１つの独自の制御部（３、３ａ、３
   ｂ）を操作する少なくとも２つのばね付勢された制御弁（４）を備えるものにお
   いて、 制御部（３、３ａ、３ｂ）が制御配管系（８１、８２、８３）に配置され、こ
   の安全装置（２）が、これらの制御部（３、３ａ、３ｂ）の全てがこの安全装置
   を減圧する位置にあるときにのみ開かれ、制御部（３、３ａ、３ｂ）のただ１つ
   だけがこの安全装置に圧力を加える位置にあっても、直ちにこれら制御部（３、
   ３ａ、３ｂ）がこの安全装置（２）を閉じることを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】制御配管系（８４、８２、８５）を用い圧力の印加により開か
   れる安全装置（２’）の開放のため、それぞれ１つの独自の制御部（３、３ａ、
   ３ｂ）を操作する少なくとも２つのばね付勢された制御弁（４）を備えるものに
   おいて、 制御部（３、３ａ、３ｂ）が安全装置（２’）の制御配管系（８４、８２、８
   ５）に配置され、この安全装置（２’）が、これら制御部（３、３ａ、３ｂ）の
   全てがこの安全装置（２’）に圧力を印加する位置にあるときにのみ開かれ、こ
   れらの制御部（３、３ａ、３ｂ）の１つだけがこの安全装置（２’）の圧力を減
   圧する位置にあっても、直ちに制御部（３、３ａ、３ｂ）がこの安全装置（２’
   ）を閉じることを特徴とする制御装置。
3. 【請求項３】制御部が、制御弁（４）によって操作され、制御配管系に直列
   に接続されている弁を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
4. 【請求項４】安全装置が安全弁（２、２１、２２）であることを特徴とする
   請求項１から３の１つに記載の制御装置。
5. 【請求項５】各制御弁（４）及び／又は制御部（３、３ａ、３ｂ）が同一の
   構造を有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の制御装置。
6. 【請求項６】制御弁（４）の少なくとも１つが圧力−距離変換器（４１）を
   備え、この圧力−距離変換器（４１）が圧力補給弁体部（４２）と減圧弁体部（
   ４３）とに機械的に接続可能であり、これらの弁体部がこの変換器（４１）を通
   して同一方向に移動可能であり、 ・圧力補給弁体部（４２）が第一の部屋（４４）内に、これに付属する圧力補給 弁体部の座（４６３）に対し比較的小さな力により移動可能に配置されて、第 一の部屋（４４）に通じており、圧力を伝達する接続配管（６）を制御部（３ 、３ａ、３ｂ）の中間通路（５）に対して遮断し、 ・減圧弁体部（４３）が圧力補給弁体部（４２）の他の部屋（４４１）内に、変 換器（４１）のより大きな力によりその減圧弁体部の座（４２４）から離れる ことができるように配置され、この減圧弁体部の座（４２４）から離れる際に 制御部（３、３ａ、３ｂ）の中間通路（５）及び第一の部屋（４４）を制御弁 ドレーン（４８）に接続する ことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の制御装置。
7. 【請求項７】圧力−距離変換器（４１）、圧力補給弁体部（４２）及び減圧
   弁体部（４３）が１つの共通の軸に配置され、移動可能であることを特徴とする
   請求項６記載の制御装置。
8. 【請求項８】圧力−距離変換器（４１）が押圧棒（４１１）の下端に接続さ
   れ、この押圧棒（４１１）の上端が減圧弁体部（４３）の下面直近にあるととも
   に、それが減圧弁体部（４２）に触れ、押圧棒（４１１）が圧力補給弁体部（４
   ２）の延長部に案内され、減圧弁体部の座（４２４）を備えた他方の部屋（４４
   １）が圧力補給弁体部（４２）の内部にあるように移動可能であることを特徴と
   する請求項７記載の制御装置。
9. 【請求項９】制御部（３、３ａ、３ｂ）及び制御弁（４）が、安全装置を備
   えた排出管（９２）を有する圧力容器からの圧力媒体により操作されることを特
   徴とする請求項１から８の１つに記載の制御装置。