JP2020143735A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源が喪失した状態であっても開度を正確に把握しながら遠隔操作することができる弁装置を提供する。【解決手段】弁装置１０Ａは、流路１５を仕切る弁体１６の開放／閉止の動作を供給電力１７により制御する電気駆動部１８と、この供給電力１７がストップしている状態で駆動ガス２５ａの供給を受けて弁体１６を開放動作させる第１ガス駆動部１１と、この供給電力１７がストップしている状態で駆動ガス２５ｂの供給を受けて弁体１６を閉止動作させる第２ガス駆動部１２と、駆動ガス２５ａを第１ガス駆動部１１に供給する第１配管２１と、この検知ガス２６の圧力を検出する圧力検出部３５と、弁体１６の開放動作及び閉止動作に伴い検出された圧力の脈動に基づいて弁体１６の開度を測定する開度測定部３６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、遠隔操作により、通常時の動作をバックアップする弁装置に関する。

原子力発電所には、重大事故等が発生した場合に対応するため、冷却機能及び隔離機能を発動させる弁として、電動弁などの自動弁が設置されている。ところで、全電源喪失時には、自動弁の自動操作機能が喪失することが想定される。しかし、原子力発電所を安全に停止させるためには、全電源が喪失した時であっても、安全な場所からこの自動弁を操作することが求められている。

近年では、自動弁の動作機能をバックアップするシステムが開発されている。第１公知例の弁遠隔操作システムは、予備電源で駆動する予備トルク入力手段により発生させた回転トルクを利用する技術である。この第１公知例における提案は、この回転トルクを貫通シャフト及びフレキシブルシャフトを介して弁のアクチュエータに伝達し、この弁を開閉させるというものである。

また第２公知例の弁遠隔操作システムにおける提案は、電動弁附属の手動ハンドル部に空気駆動機構を設け、この空気駆動機構と空気ボンベとの間の空気配管に電磁弁を設け、電磁弁の操作源に遠隔励磁操作が可能な蓄電池を設け、これらにより弁を開閉させるというものである。また第３公知例においては、弁を開閉するための操作機に弁開度データを入力することで、弁開閉状況を把握できる構造が提案されている。

特開２０１４−１１８９９５号公報 特開２０１８−２８３７４号公報 特開２００３−３５３８０号公報

しかし、第１公知例では、ピアノ線をより合わせたフレキシブルシャフトを保護管に収容した構成をとる。このために、このフレキシブルシャフトと保護管との摩擦により回転トルクの伝達効率が低下する場合がある。これにより、フレキシブルシャフトが長くなると、予備トルク入力手段の負荷が大きくなり、さらに操作時間も増えてしまう。したがって、フレキシブルシャフトの長さには限界がある。一方において、弁の大まかな開度情報は、予備トルク入力手段の回転数から把握することができる。しかしこの方法は、開放した弁を閉止するために必要な回転数が数百から数千におよぶため、得られた開度情報の信頼性は低い。

また第２公知例では、遠隔励磁操作が可能な蓄電池は、通常運転時に外部電源によって充電されるが、外部電源喪失時には充電することができない。このため外部電源の喪失状態が長期間続いた場合は、電池切れにより遠隔操作できない可能性がある。また電子機器を使用していることから、重大事故環境下では放射線によるノイズの影響を受けてしまい遠隔操作ができなくなる可能性もある。

また第３公知例では、開度情報を把握するための電子機器と弁操作冶具とを組み合せたものであって、埋設弁を対象としたものである。このため、弁の遠隔操作に適した仕組みとはいえない。さらに、電子機器を使用していることから、重大事故環境下での放射線によるノイズの影響を受けて、開度の把握が不能または不正確になる可能性がある。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、電源が喪失した状態であっても開度を正確に把握しながら遠隔操作することができる弁装置を提供することを目的とする。

実施形態に係る弁装置は、流路を仕切る弁体の開放／閉止の動作を供給電力により制御する電気駆動部と、前記供給電力がストップしている状態で駆動ガスの供給を受けて前記弁体を開放動作させる第１ガス駆動部と、前記供給電力がストップしている状態で駆動ガスの供給を受けて前記弁体を閉止動作させる第２ガス駆動部と、前記駆動ガスを前記第１ガス駆動部に供給する第１配管と、前記駆動ガスを前記第２ガス駆動部に供給する第２配管と、検知ガスを前記第１ガス駆動部及び第２ガス駆動部に供給する第３配管と、前記検知ガスの圧力を検出する圧力検出部と、前記開放動作及び前記閉止動作に伴い検出された前記圧力の脈動に基づいて前記弁体の開度を測定する開度測定部と、を備えている。

本発明の実施形態により、電源が喪失した状態であっても開度を正確に把握しながら遠隔操作することができる弁装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る弁装置を示す構成図。 （Ａ）弁体の開放／閉止の動作に伴う検知ガスの圧力の脈動を検出したグラフ、（Ｂ）実施形態における圧力検出部及び開度測定部を示す構成図。 第２実施形態に係る弁装置において、プラントが電源喪失の状態にあるときを示す構成図。 第２実施形態に係る弁装置において、プラントが通常状態にあるときを示す構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る弁装置１０Ａを示す構成図である。このように弁装置１０Ａは、流路１５を仕切る弁体１６の開放／閉止の動作を供給電力１７により制御する電気駆動部１８と、この供給電力１７がストップしている状態で駆動ガス２５ａの供給を受けて弁体１６を開放動作させる第１ガス駆動部１１と、この供給電力１７がストップしている状態で駆動ガス２５ｂの供給を受けて弁体１６を閉止動作させる第２ガス駆動部１２と、駆動ガス２５ａを第１ガス駆動部１１に供給する第１配管２１と、駆動ガス２５ｂを第２ガス駆動部１２に供給する第２配管２２と、検知ガス２６を第１ガス駆動部１１及び第２ガス駆動部１２に供給する第３配管２３と、この検知ガス２６の圧力を検出する圧力検出部３５と、弁体１６の開放動作及び閉止動作に伴い検出された圧力の脈動に基づいて弁体１６の開度を測定する開度測定部３６と、を備えている。

この弁装置１０Ａは、流路１５及び弁体１６が収容される第１空間４１と第１ボンベ３１及び第２ボンベ３２が収容される第２空間４２とに設けられている。そして、この第１空間４１及び第２空間４２は隔壁２７で隔てられている。第１空間４１には、電気駆動部１８、第１ガス駆動部１１及び第２ガス駆動部１２が配置されている。そして第２空間４２には、圧力検出部３５及び開度測定部３６が配置されている。

これら第１配管２１、第２配管２２及び第３配管２３を含む配管群は、隔壁２７に設けられた貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）を介して設置されている。そして第１配管２１、第２配管２２及び第３配管２３は、隔壁２７に設けられた貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）を貫通して、ガス駆動部１９に接続している。なお、隔壁２７で分断された第１空間４１及び第２空間４２に、弁装置１０Ａが配置されることは例示であって、隔壁２７が存在しない連続空間の配置される場合も考慮される。

プラントが通常運転モードにあるときは、供給電力１７により制御される電気駆動部１８により、弁体１６の開放動作及び閉止動作が実行される。弁体１６が開放動作しているときは、流路１５において流体が流動する。また弁体１６が閉止動作しているときは、流路１５が仕切られ、流体の流動が停止する。

弁体１６には、電気駆動部１８と併せて、ガス駆動部１９が併設されている。プラントに重大事故等が発生し、全電源喪失時に至ったときは、供給電力１７がストップして電気駆動部１８が動作不能となる。このような事態に陥った場合、ガス駆動部１９に駆動ガス２５を供給することで、弁体１６の開放／閉止を動作させることができる。

駆動ガス２５のガス駆動部１９への供給は、第１配管２１及び第２配管２２を伸ばして遠隔から行うことが可能である。また、駆動ガス２５の供給源として、第１ボンベ３１を例示しているが、コンプレッサ等を用いることもできる。このように、駆動ガス２５の供給を第１配管２１及び第２配管２２に切り替えることで、弁体１６の開放動作及び閉止動作を切り替えることができる。なおガス駆動部１９に供給するガスは熱膨張の少ない窒素を使用することが理想であるが、動作に必要な圧力が確保されるのであれば空気やその他の気体を用いても良い。

第１ガス駆動部１１は、第１配管２１を介して供給される駆動ガス２５ａの流体エネルギーを用いて、弁体１６を開放動作させる。弁体１６の開放動作の仕事をした駆動ガス２５は、第１ガス駆動部１１から排出される。この排出ガスの圧力は、弁体１６の開放速度に対応する振動数を伴って脈動している。

第２ガス駆動部１２は、第２配管２２を介して供給される駆動ガス２５ｂの流体エネルギーを用いて、弁体１６を閉止動作させる。弁体１６の閉止動作の仕事をした駆動ガス２５は、第２ガス駆動部１２から排出される。この排出ガスの圧力は、弁体１６の閉止速度に対応する振動数を伴って脈動している。

分配器３７は、駆動ガス２５を充填した第１ボンベ３１に接続されている。そして、分配器３７に設けられた切替スイッチ３９を操作することにより、第１ボンベ３１が供給する駆動ガス２５を、第１配管２１及び第２配管２２のいずれか一方に分配する。これにより、作業員は、切替スイッチ３９を操作することにより、弁体１６を開放動作させたり閉止動作させたりすることができる。

図２（Ａ）は弁体１６の開放／閉止の動作に伴う検知ガス２６の圧力の脈動を検出したグラフである。第２ボンベ３２から供給される検知ガス２６は、第１ガス駆動部１１及び第２ガス駆動部１２の排出ガスの流路に、静圧を付与している。そして弁体１６の開放動作及び閉止動作に伴い排出されるガスの圧力脈動が伝搬し、検知ガス２６の圧力を脈動させる。

検知ガス２６のガス駆動部１９への供給は、第３配管２３を伸ばして遠隔から行うことが可能である。また、検知ガス２６の供給源として、第２ボンベ３２を例示しているが、コンプレッサ等を用いることもできる。

図２（Ｂ）は実施形態における圧力検出部３５及び開度測定部３６を示す構成図である。これら、圧力検出部３５及び開度測定部３６は、第２空間４２が高放射線環境である場合、放射線ノイズによる誤動作を避けるために機械式であることが望ましいが、そのような制限がない場合は電子式であってもよい。

圧力検出部３５は、駆動ガス２５を充填した第２ボンベ３２に接続する側の第３配管２３に設けられたシリンダー４５と、このシリンダー４５に対し付勢部材４７で支持され検知ガスの脈動により変位するピストン４６と、を有している。そして、開度測定部３６は、ピストン４６の変位のカウント数に基づいて弁体１６の開度を測定する。

圧力検出部３５は、シリンダー４５に充填された検知ガス２６の圧力が脈動すると、この脈動の圧力振動にあわせてピストン４６を変位振動させる。そして、変位振動するピストン４６が、開度測定部３６を機械的に押し込んで、ピストン４６の振動回数すなわち検知ガス２６の脈動回数をカウントアップする。そして、弁体１６の開度は、得られたカウント数を変換することにより得ることができる。

なお上述した圧力検出部３５及び開度測定部３６は、例示であり、このような形態に限定されるものではない。弁体１６の開放動作及び閉止動作に伴う圧力脈動を検出し、カウントした脈動数が弁体１６の開度に変換することができるものであれば、圧力検出部３５及び開度測定部３６として適宜採用することができる。

以上説明した第１実施形態の弁装置１０Ａは、電源喪失時でも遠隔による弁開閉操作が可能となり、かつ遠隔装置位置において弁開度状況を把握すること、遠隔操作位置において弁開閉方向を切り替えることが可能となる。

（第２実施形態）
次に図３及び図４を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る弁装置１０Ｂにおいて、プラントが電源喪失の状態にあるときを示す構成図である。図４は第２実施形態に係る弁装置１０Ｂにおいて、プラントが通常状態にあるときを示す構成図である。なお、図３及び図４において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図３に示すように第２実施形態の弁装置１０Ｂは、隔壁２７の貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）の両端において、分断された第１配管２１ａ，２１ｂ、第２配管２２ａ，２２ｂ及び第３配管２３ａ，２３ｂが接続されている。そして、これら配管群２１，２２，２３は、貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）の部分において、着脱自在に接続することができる。

そして図４に示すように供給電力が正常状態であるときは、圧力検出部３５及び開度測定部３６は使用されない。このため配管群２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）から分離して、第１ボンベ３１及び第２ボンベ３２とともに格納容器４４に収容される。これにより、第２空間４２における自由空間を確保することができる。そして、全電源喪失時に至ったときは、これら配管群２１ｂ，２２ｂ，２３ｂを貫通孔４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ）に接続し、ガス駆動部１９に駆動ガス２５を供給することで、弁体１６（図１）の開放／閉止を動作させることができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の弁装置によれば、駆動ガスで弁体を開放／閉止させ、検知ガスで弁体の開度を測定することができる。これにより、電源が喪失した状態であっても開度を正確に把握しながら弁装置を遠隔操作することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０（１０Ａ，１０Ｂ）…弁装置、１１…第１ガス駆動部、１２…第２ガス駆動部、１５…流路、１６…弁体、１７…供給電力、１８…電気駆動部、１９…ガス駆動部、２１（２１ａ，２１ｂ）…第１配管、２２（２２ａ，２２ｂ）…第２配管、２３（２３ａ，２３ｂ）…第３配管、２５（２５ａ，２５ｂ）…駆動ガス、２６…検知ガス、２７…隔壁、３１…第１ボンベ、３２…第２ボンベ、３５…圧力検出部、３６…開度測定部、３７…分配器、３９…切替スイッチ、４１…第１空間、４２…第２空間、４３…貫通孔、４４…格納容器、４５…シリンダー、４６…ピストン、４７…付勢部材。

Claims (5)

1. 流路を仕切る弁体の開放／閉止の動作を供給電力により制御する電気駆動部と、
   前記供給電力がストップしている状態で、駆動ガスの供給を受けて前記弁体を開放動作させる第１ガス駆動部と、
   前記供給電力がストップしている状態で、駆動ガスの供給を受けて前記弁体を閉止動作させる第２ガス駆動部と、
   前記駆動ガスを前記第１ガス駆動部に供給する第１配管と、
   前記駆動ガスを前記第２ガス駆動部に供給する第２配管と、
   検知ガスを前記第１ガス駆動部及び第２ガス駆動部に供給する第３配管と、
   前記検知ガスの圧力を検出する圧力検出部と、
   前記開放動作及び前記閉止動作に伴い検出された前記圧力の脈動に基づいて前記弁体の開度を測定する開度測定部と、を備える弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、
   前記駆動ガスを充填した第１ボンベに接続され、前記第１配管及び前記第２配管のいずれか一方に、前記駆動ガスを切り替えて分配する分配器を、を備える弁装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の弁装置において、
   前記圧力検出部は、
   前記検知ガスを充填した第２ボンベに接続する側の前記第３配管に設けられたシリンダーと、
   前記シリンダーに対し付勢部材で支持され、前記検知ガスの脈動により変位するピストンと、を有し、
   前記開度測定部は、前記ピストンの変位のカウント数に基づいて前記弁体の開度を測定する弁装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の弁装置において、
   前記電気駆動部、前記第１ガス駆動部及び前記第２ガス駆動部は第１空間に配置され、
   前記圧力検出部及び前記開度測定部は第２空間に配置され、
   前記第１空間及び前記第２空間は隔壁で隔てられており、
   前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管を含む配管群は、前記隔壁に設けられた貫通孔を介して設置されている弁装置。
5. 請求項４に記載の弁装置において、
   前記配管群は、前記貫通孔の部分において、着脱自在に接続することができ、
   前記圧力検出部及び前記開度測定部は、前記供給電力が正常状態であるときに、前記配管群を分断して分離される弁装置。

Images