JP2020510163A - 単動式非常用熱バルブ - Google Patents

Abstract

単動式の非常用熱バルブは、入口から出口へ向かって冷却剤を供給する貫通流路を含む本体と、この本体の貫通流路の中に位置するヒューズリンクとを備えている。このヒューズリンクは少なくとも２つの部分から成る。これらの部分は、貫通流路の断面を完全に覆っており、融点の異なる材料で作られ、貫通流路の中で直列に、貫通流路の入口から出口へ向かって融点が上昇するように並んでいる。本体は、ヒューズリンクの位置を横断するリブ及び／又は棟を有していてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は機械工業に関し、特に破壊可能なインサートを備えた非常用単動式熱バルブに関する。本発明は、冶金工業、石油工業、ガス工業、原子力産業（特に原子力発電所）、および他の技術分野において、緊急事態に熱物理学的パラメータの値が高い領域へ冷却剤を供給する必要がある場合に使用可能である。

ある熱バルブが知られている（特許文献１参照）。このバルブはロック装置とヒューズリンクとを備えており、必要に応じ、所定の温度範囲内で動作する。

別の熱バルブも知られている（特許文献２参照）。このバルブは、軸方向に取り付けられたバネ駆動の２本のロッド、ヒューズリンク、圧力パッド、および２本のロッドの隣接する端部間を接続する固定具を有する。

特許請求の範囲に記載された発明に最も類似する技術は、次に述べる単動式の非常用熱バルブである（特許文献３参照）。このバルブは、好ましくは冷却水供給用であり、円筒形状の本体を含む。両端部には、円筒形状の本体の入口と出口、軸方向に取り付けられたバネ駆動の第１、第２ロッド（第２ロッドの端は、入口をシールするための固定フラップと押圧パッドとを含む。）、ヒューズリンク、および第１、第２ロッドの隣接する端部間を接続する固定具が設けられている。ヒューズリンクは穴の開いたスリーブの中に位置し、このスリーブは本体の出口の壁に取り付けられている。このスリーブの中に挿入可能なようにピストンが第１ロッドの自由端に取り付けられている。固定具は、第１ロッドの端に位置し、かつ切れ目が開いた状態のリングバネを備えた円錐と、そのリングバネ用である軸方向のブッシュと、第２ロッドに固定されたシェルとから成る。リングバネは、第１ロッドが動いたとき、シェルの内部で円錐から外れて両ロッドの動きを一方向に限るように置かれている。

このバルブの動作は以下のとおりである。バルブの起動（冷却水の供給モード）のきっかけは、本体の出口領域で温度が上昇し、ヒューズリンクを分解するのに十分な温度に達することである。ヒューズリンクにはバネ駆動のピストンが圧力をかけている。ヒューズリンクは摂氏約６００度で溶融してスリーブの穴から流出する。このスリーブの中にピストンがバネによって押し込まれ、ロッドを引っ張ってスリーブに沿って摺動させる。固定具の備える切れ目が開いた状態のリングバネがスリーブの端に衝突し、後からついてきた円錐に押し付けられて閉じ、シェルの中に達するとロッドと共にシェルの動きを自由にする。これにより、バネに急激な開きが生じ、次いでシェルが起動シリンダーの上へ移動する。それと同時に、ロッドがパッドでフラップを引っ張って、冷却水を設備へ供給するための入口を開く。水はタンクから出て入口を通り、フラップの間を抜けて、リブによって仕切られたフィン間流路を通って出口に達し、冷却対象の設備へ注がれる。

ロシア連邦特許第２１４９３０３号明細書 英国特許第２３４２７０９号明細書 ロシア連邦特許第２４６９２３３号明細書

特許文献１に開示のバルブは、温度が許容値を上回った緊急時には確実に作動するが、ロック要素として球が使用されているので、バルブを通る媒体の流れが制限され、安定しない。

特許文献２に開示のバルブの欠点は、ヒューズリンクが監視対象の区域から遠く、バルブ本体の中央部に配置されているので、バルブの動作の信頼性が低いことである。

特許文献３に開示のバルブの欠点は次のとおりである。冷却水供給モードにおいて、多くの構成要素を含むバルブの流動部分がガタガタと動くことにより、冷却剤の流量が少ない。バルブを開く際に多くの要素に機械的な動きを連鎖させる必要があるので、非常用熱バルブとしての動作の信頼性が不十分である。待機モードにおいてバネの力が常に高負荷状態にあることを確認する等、定期的なメンテナンス作業または定期的な交換作業が頻繁に必要である。構造がかなり嵩張る。

本発明の目的は、規模を維持したまま、運転中のメンテナンス性を改善すると共に、冷却剤供給モードにおける冷却剤の流量を増加させることによって信頼性及び効率が共に高いように設計された、単動式の非常用熱バルブを開発することである。

本発明が提案する単動式の非常用熱バルブは、冷却剤を入口から出口へ向かって供給するための貫通流路を含む本体と、この本体の貫通流路の中に配置されたヒューズリンクとを備えている。このヒューズリンクは少なくとも２つの部分から成る。これらの部分は貫通流路の断面を完全に覆っており、融点の異なる材料から成り、貫通流路の中で直列に、貫通流路の入口から出口へ向かって融点が上昇するように並んでいる。

ある実施形態では、本体が、ヒューズリンクの位置を横断するリブを備えている。

ある実施形態では、本体が、ヒューズリンクの位置を横断する棟を有し、入口から出口へ向かって貫通流路の断面が変化している。

本発明の技術的な効果は、規模を維持したまま、冷却剤供給モードにおける冷却剤の流量を増加させることにより、単動式の非常用熱バルブの信頼性及び効率を高めることである。

好ましい実施形態による単動式の非常用熱バルブであり、待機モードにおける静止位置での断面図である。 冷却剤供給モード、すなわちヒューズリンクが破壊された後におけるバルブの断面図である。矢印は、冷却剤の移動方向を示している。

好ましい実施形態における単動式の非常用熱バルブは、部屋の壁４に固定された本体１を備えている（仕様による。技術的には、「壁に固定されている」とは、以下に明記されているとおり、バルブの入口／出口が壁の領域に接していることをいう）。この部屋の中では、熱物理学的パラメータの値が突然上昇する事故が起こりうる。本体１には貫通流路が設けられている。この貫通流路の入口２と出口３とは緊急事態、すなわち出口３近傍の媒体温度が設計値を超える場合、熱物理学的パラメータの値が高い領域へ非常用熱バルブの反対側の容器５から冷却剤を供給するように設計されている。貫通流路の内側にはヒューズリンクがある。このヒューズリンクは、冷却剤と接触する第１部分６と、熱物理学的パラメータの値が高い媒体と接触する第２部分７とから成る。これらの部分は貫通流路の断面を完全に覆っている。すなわち、ヒューズリンクを構成する第１部分６と第２部分７とは入口２から出口３への方向に位置し、互いにかつバルブ本体の内壁と接触している。第１部分６は、第２部分７よりも融点の低い材料で形成されている。

本体１は、ヒューズリンクの位置に配置された横方向の棟を有していてもよい。熱バルブの貫通流路の入口２は冷却剤の容器５に接続されている。この容器には冷却剤が、貫通流路の出口３に接した領域における熱物理学的パラメータの値の上昇時、開いた熱バルブを重力によって通過する流れを確実に維持するのに必要なレベルまで貯められている。部屋の壁４は、緊急事態において熱物理学的パラメータの値が上昇した場合、熱物理学的パラメータの値の高い異常な状態が周囲および近隣の空間および敷地へ拡大することを妨げる役割を果たす。さらに、熱バルブは、使用期間中のメンテナンスがしやすいように、部屋の壁４にシールされている。熱バルブの入口２は、冷却剤の供給モードにおいて機能し得るように、冷却剤の容器５と接続されている。

この非常用熱バルブは、待機モードと冷却剤供給モードとの２つのモードで以下のように機能する。

待機モードでは、出口３における熱物理学的パラメータの値は、ヒューズリンクの第２部分７を溶融させるほど高くない。このヒューズリンクは貫通流路の断面を覆って、冷却剤が容器５から流出することを防止する。この場合、ヒューズリンクは、本体１とヒューズリンクとを接続する接着力により、好ましくは、ヒューズリンクにおける棟および横方向のリブの配置にもより、容器５内の冷却剤の静水圧および出口３から受けると計算される衝撃に伴う荷重に耐える。

さらに、待機モードでは圧力の跳び等の衝撃に伴う荷重が生じ得る。これは、出口３において熱物理学的パラメータが特定の値に到達するまで、非常用熱バルブが構造の一体性を確保しなければならない場合である。すなわち、容器５の中の冷却剤が入口２から出口３まで流れるのを熱バルブが妨げなければならない場合である。衝撃に伴う荷重は主にヒューズリンクの第２部分７によって吸収される。熱物理学的パラメータの値が高い環境と第２部分が直に接触することによる。

この非常用熱バルブは、規格に従って定期的に点検され、交換される受動的な装置である。この非常用熱バルブのヒューズリンク付き実施形態は、バルブの貫通流路を完全に覆う数個の部品から成り、機械的に運動する装置を含まない。これにより、バルブのメンテナンスの可能性が改善され、メンテナンスの手順が単純化される。それ故、非常用熱バルブの信頼性および効率が改善される。

この熱バルブを起動させる事象、すなわち、熱バルブを待機モードから冷却剤供給モードへ移行させる事象は、貫通流路の出口３の近傍における熱物理学的パラメータ、特に温度の上昇である。熱バルブが開く（待機モードから冷却剤供給モードへ移行する）温度の値（以下、「開放温度」という。）は、熱バルブの製造工程の間に、ヒューズリンクの各部の材料を選択することによって設定される。

非常用熱バルブは以下のように起動する。出口３において媒体の温度がヒューズリンクの第２部分７の融点以上に達すると、第２部分７が溶融して破断する。この破壊の瞬間の前までヒューズリンクは冷却剤の容器５内の静水圧を維持しているので、第２部分７の破壊は主に出口３での高温媒体との接触によって始まる。この場合、ヒューズリンクの第１部分６は、第２部分７が完全に溶融して破壊されるまで、第２部分７を冷却剤と接触させない断熱材として働く。これにより、冷却剤供給モードへの移行に伴って熱バルブが開けば、第２部分７が当初（待機モードにおいて）位置していた場所における熱バルブの貫通流路の断面が最大限に開放される。

ヒューズリンクの第２部分７が破壊された後、ヒューズリンクの第１部分６と高温媒体が直に接触する。熱物理学的パラメータの値が高い媒体との接触が、容器５内の冷却剤の静水圧と共に、第１部分６を急速に溶融させて破壊する。これは、第１部分６の融点が第２部分７の融点よりも低いが、冷却剤の温度よりもわずかに高いという事実による。ヒューズリンクの破壊が終わると、非常用熱バルブの貫通流路が入口２から出口３まで開放される。非常用熱バルブを通る冷却剤の流れに障害物はない。したがって、熱バルブは、図２に示されるように、貫通流路の全断面を通じて容器５から熱物理学的パラメータの値が高い領域へ冷却剤を供給する。これにより、非常用熱バルブの高い信頼性と効率とが保証される。入口２での冷却剤の移動は容器５内の静水圧によって引き起こされることを、今一度強調しておく。

圧力が大幅に低下する状況下でヒューズリンクの強度を上昇させることは、横方向のリブで熱バルブの待機モードにおいてはヒューズリンクの強度を上昇させ、冷却剤供給モードにおいては流れの断面内の大きな詰まりを防ぐことにより可能となる。

非常用熱バルブの貫通流路の断面は、貫通流路の軸方向において変化していてもよい。これは、例えば、ヒューズリンクの位置に棟を１つ以上設けることによって可能である。この場合、熱物理学的パラメータの値が高い領域において圧力が緊急に降下すると、待機モードの熱バルブが制限可能な圧力降下量が増大する。これは、ヒューズリンクが、ヒューズリンクと本体１との境界で生じる接着力に加えて、ヒューズリンクと棟との機械的な接触によって固定されるからである。本発明の好ましい実施形態では、棟は非常用熱バルブのヒューズリンクの第２部分７に位置する。

提案の非常用熱バルブは、熱バルブが開く際に動くべき機械的な要素を使用することなく設計されている。これにより、熱バルブの動作の信頼性を高めることができる。この設計は、大きさが同じ熱バルブの流断面の拡大、または冷却剤の流量が一定であれば熱バルブの小型化を可能にする。非常用熱バルブの重量及び全体の特性を最適化することも、熱バルブの製造コストの低減を確実にする。

提案された単動式の非常用熱バルブは信頼性が高く、冶金工業、石油工業、ガス工業、原子力産業（特に原子力発電所）、および他の技術分野において、緊急事態に熱物理学的パラメータの値が高い領域へ冷却剤を供給する必要がある場合に使用することができる。

Claims (3)

1. 冷却剤を入口から出口へ向かって供給するための貫通流路を含む本体と、前記本体の貫通流路の中に配置されたヒューズリンクとを備えた単動式の非常用熱バルブであって、
   前記ヒューズリンクは少なくとも２つの部分から成り、これらの部分は、前記貫通流路の断面を完全に覆っており、融点の異なる材料から成り、前記貫通流路の中で直列に、前記貫通流路の入口から出口へ向かって融点が上昇するように並んでいる
   ことを特徴とする熱バルブ。
2. 前記本体には、前記ヒューズリンクの位置を横断するリブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱バルブ。
3. 前記本体は、前記ヒューズリンクの位置を横断する棟を有することを特徴とする請求項１に記載の熱バルブ。

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