JP2907975B2 - パイロット式二方口電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パイロツト式二方口電磁弁に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

パイロツト式二方口電磁弁のパイロツト部は、弁体の
作動、即ち弁開閉制御を行う。その構成は、弁体のパイ
ロツト流路の開閉を行う可動鉄芯，可動鉄芯のガイドと
なり可動鉄芯を磁力吸引する固定鉄芯を持つスリーブ、
及び磁力源の電磁コイルより成っている。可動鉄芯及び
固定鉄芯は磁気回路構成のため磁性体であるフエライト
系ステンレス鋼が使われている。また、スリーブ自体は
耐食性，耐圧強度，耐摩性を持たせるためオーステナイ
ト系ステンレス鋼が使われている。スリーブ内部には被
制御流体である高圧水が内包されるため耐圧シール性が
要求されるので、従来構造では固定鉄芯とスリーブとの
接合部は溶接構造となつていた。前述のフエライト系ス
テンレス鋼は、磁気特性に優れており広く電磁弁の磁気
回路構成部材として使われているが、熱影響性が高く特
に溶接時の入熱により熱影響部（HAZ部）の金属組織の
粗大化、即ち鋭敏化を受けやすい性質を有する。従つ
て、フエライト系、ステンレス鋼の溶接構造において
は、被制御流体中のCl等の腐食要因の存在環境下では粒
界腐食割れ（IGC）の発生可能性が潜在している。また
上記溶接構造による問題点として溶接時の熱影響による
部品仕上り寸法精度のバラツキが大きいという問題があ
つた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では接液部に溶接構造を有し、IGC防止
の点について配慮がされておらず定期的にスリーブの取
替を実施する必要があり、メンテナンス性低下、プラン
トのランニングコストアツプ、及び設備信頼性の低下の
問題があつた。また部品の製造上においては溶接熱影響
による仕上り寸法精度のバラツキが大きく歩留りが悪い
という問題があつた。

本発明の目的は、寿命を伸ばし、製品の歩留まりを向
上でき、励磁状態での電磁コイルの温度上昇を防止でき
るパイロツト式二方口電磁弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、入口流路及び
出口流路を内部に有する弁ボデイと、前記弁ボデイ内部
で軸方向に摺動可能に設けられ、軸方向に貫通するパイ
ロツト流路を有すると共に、前記入口流路と前記出口流
路とを接続状態及び非接続状態にする弁体と、前記弁ボ
デイに取付けられ、前記弁体側にのみ開口する中空部を
内部に有する鉄芯カバー部材と、前記鉄芯カバー部材の
前記中空部内に摺動可能に設けられ前記パイロツト流路
の開閉を制御する可動鉄芯と、前記鉄芯カバー部材の前
記中空部内に配置されて前記鉄芯カバー部材に取付けら
れ、前記可動鉄芯に対して前記弁体とは反対側に位置す
る固定鉄芯と、前記鉄芯カバー部材の上端部に設置され
た磁性体のガイドキヤツプと、前記鉄芯カバー部材の周
囲に設置された電磁コイルとを備える。

〔作用〕

本発明によれば、鉄芯カバー部材を弁体側にのみ開口
する中空部を内部に有する構造としたことにより、鉄芯
カバー部材を非溶接形の一体削り出しで構成できるた
め、溶接部のIGC要因が無くなるので、寿命を伸ばすこ
とができる。また、鉄芯カバー部材の製造を全て機械加
工で行えるので、仕上り寸法精度のバラツキが小さくな
り製品の歩留まりを大幅に向上できる。更に、鉄芯カバ
ー部材の上端部に磁性体のガイドキヤツプを設けること
により、可動鉄芯、固定鉄芯及び電磁コイル間の磁束の
流れを平準化できるので、励磁状態での電磁コイルの温
度上昇を防止できる。

〔実施例〕

本発明の好適な一実施例であるパイロツト式二方口電
磁弁を第１図に示す。本実施例のパイロツト式二方向電
磁弁30（以下、電磁弁30という）は、沸騰水型原子炉の
出力制御を行う制御棒を操作する制御棒駆動装置の制御
棒駆動水供給系統に設置される。第２図は、その制御棒
駆動水供給系統の概要を示す。

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器31は、内部に多数の
燃料集合体が装荷された炉心32を有する。炉心32内に挿
入される制御棒33は、制御棒駆動装置34の駆動ピストン
35に連結される。

制御棒駆動水供給系統の系統構成を以下に説明する。
制御棒駆動水供給系統は、復水貯蔵タンク36に接続され
る駆動水供給管37,駆動水供給管37に設けられたポンプ3
8,流量調節弁39,圧力調節弁40及び流量調節弁41,スクラ
ム水供給ヘツダ42,駆動水供給ヘツダ43,冷却水ヘツダ4
4,排出水ヘツダ45,引抜駆動水供給配管46,挿入駆動水供
給配管47,水圧制御ユニツト（HCUという）48を備える。
59は、原子炉格納容器である。HCU48は、４個の電磁弁3
0、すなわち電磁弁30A,30B,30C及び30Dを有する。電磁
弁30A及び電磁弁30Bは、管路49Aで連絡される。管路49A
は、電磁弁30A及び30Bの入口流路1A（後述）に連絡され
る。管路49Bは、電磁弁30C及び30Dの出口流路1B（後
述）を連絡する。引抜駆動水供給配管46は、一端が制御
棒駆動装置34の駆動ピストン35より上方の空間に連絡さ
れ、他端が電磁弁30Bの出口流路1B及び電磁弁30Dの入口
流路1Aに連絡される。挿入駆動水供給配管47は、一端が
制御棒駆動装置34の駆動ピストン35より下方の空間に連
絡され、他端が電磁弁30Aの出口流路1B及び電磁弁30Cの
入口流路1Aに連絡される。管路49Aは、配管50によつて
駆動水供給ヘツダ43に接続される。管路49Bは、配管53
によつて排出水ヘツダ45に接続される。

駆動水供給管37は、スクラム水供給ヘツダ42,駆動水
供給ヘツダ43及び冷却水ヘツダ44に接続される。冷却水
ヘツダ44に接続される配管51は、挿入駆動水供給配管47
に接続される。アキユムレータ54は、ガス加圧手段55に
よつて加圧されたスクラム水を充填する。アキユムレー
タ54は、スクラム水供給ヘツダ42と挿入駆動水供給配管
47とを連絡する配管52に接続される。スクラム水供給弁
56が、配管52に設けられる。スクラム水排出弁57を有す
る配管58が、引抜駆動水供給配管46に接続される。

ポンプ38で昇圧された復水貯蔵タンク36内の水は、流
量調節弁，圧力調節弁で原子炉圧力よりも高い所定圧力
に調整された後、駆動水または冷却水としてHCU48等を
介して制御棒駆動装置34に供給される。

制御棒駆動水供給系統の運転モードは、常駆動運転モ
ードである制御棒33の挿入モードおよび引抜きモードと
原子力プラントの異常時に原子炉を緊急停止させるため
に原子炉保護系からの信号を受けて全制御棒33を急速に
炉心32内に挿入するスクラムモードと、更に、原子力プ
ラント運転中に制御棒駆動装置34内のシール部の保護の
ため冷却水を供給する冷却モードの４モードに大別され
る。

制御棒２を炉心32内に挿入（上方向に動作）する場合
には、ポンプ38で昇圧された高圧水は、流量調節弁39,
駆動水供給ヘツダ43,HCU48内の電磁弁30Aを介して制御
棒駆動装置34の駆動ピストン35の下方に供給される。こ
のため、駆動ピストン35は押し上げられ、制御棒33が挿
入される。駆動ピストン35より上方にある制御棒駆動装
置34内の水は、引抜駆動水供給配管46より電磁弁30Dを
経て排出水ヘツダ45に流出する。電磁弁30B及び30C,ス
クラム水供給弁56、及びスクラム水排出弁57は閉じてい
る。

一方、制御棒33を炉心32より引抜く（下方に動作）場
合、ポンプ38で昇圧された高圧水は、駆動水供給ヘツダ
43,配管50を経て電磁弁30Bを介して制御棒駆動装置34の
駆動ピストン25の上方に供給され、駆動ピストン35を押
し下げる。制御棒駆動装置34内の駆動ピストン25より下
方の水は挿入駆動水供給配管47,電磁弁30Cを経て排出水
ヘツダ11に流出する。このとき、電磁弁30A及び30D,ス
クラム水供給弁56、及びスクラム水排出弁57は閉じてい
る。

制御棒駆動装置34内のシール部保護のための冷却水
は、圧力調節弁40及び流量調節弁41で圧力及び流量を所
定値に調節された後、配管51及び挿入駆動水供給配管47
を介して制御棒駆動装置34内に供給される。

原子炉スクラム時には、スクラム水供給弁56及びスク
ラム水排出弁57が開され、アキユムレータ54内の加圧水
が挿入駆動水供給配管47を介して制御棒駆動装置34内に
急速に供給される。このとき、電磁弁30A,30B,30C及び3
0Dは閉されている。

電磁弁30A〜30Dの構造を第１図に基づいて詳細に説明
する。

電磁弁30は、弁ボデイ1,弁ボデイ１内を上下に摺動す
る弁体2,ネジにより弁体２の上端部に結合されるスリー
ブ9,スリーブ９内を上下に摺動する可動鉄芯5,スリーブ
９内に取付けられた固定鉄芯9A,スリーブ９の外側を取
囲むケース13、及びケース13内に設置されてスリーブ９
を取囲む電磁コイル12を備える。弁ボデイ１は、下端部
にフランジ1Dを有し、内部に入口流路1A、出口流路1B及
び弁体摺動空間を有する。弁体摺動空間の上端で、スト
ツパ７が弁ボデイ１に取付けられる。弁ボデイ１は、弁
体摺動空間の下端にシート部1Cを形成する。弁体摺動空
間内を摺動する弁体２は、中央に軸方向に延びるパイロ
ツト流路2Aを有し外周部にピストンリング３が嵌合され
る。更に、弁体２は、その側面から上端に向つてくの字
状に貫通するオリフイス通路2Bを有する。オリフイス通
路2Bの下端は入口流路1Aに連通する。また、オリフイス
通路2Bの上端は、弁体2,可動鉄芯5,弁ボデイ１及びスリ
ーブ９で囲まれて形成された空間（弁体上部室という）
に開口する。弁体２はシート部1Cとストツパ７との間で
上下に移動する。

スリーブ９は、一体削り出しで製造され、内部の中空
部を有する。この中空部は、スリーブ９の下端でのみ開
口し、それ以外では閉じられた空間である。スリーブ９
は、下端部の外側に設けられたネジにより弁ボデイ１の
上端部に取付けられる。Ｏリング８は、弁ボデイ１とス
リーブ９との間のシールを行う。スリーブ９内の中空部
の上部に、固定鉄芯9Aが設けられる。固定鉄芯9Aのスリ
ーブ９への取付けは以下のようにして行う。固定鉄芯9A
を中空部内の所定位置に挿入した後、スリーブ９の一部
を内側に向つて押圧する。スリーブ９の押圧された部分
は、固定鉄芯9Aの表面に設けられた凹部（溝でもよい）
内に食い込む。9Bがこの食込み部である。食込み部9Bに
よつて、電磁弁30の気密性を保つた状態で固定鉄芯9Aが
スリーブ９に保持される。

中央部に軸方向に延びる孔部5Aを有し側面に軸方向に
延びる溝5Bを有する可動鉄芯５が、固定鉄芯9Aの下方で
スリーブ９内の中空部に挿入される。可動鉄芯５は、電
磁コイル12が励磁されない状態で、自重及びバネ６の力
で弁体２に押付けられ、パイロツト流路2Aの上端開口を
塞いでいる。バネ６は、孔部5A内に設置される。

ガイドキヤツプ17が、ピン18でスリーブ９の上端部に
取付けられる。電磁コイル12がヨーク12Aに巻付けられ
る。電磁コイル12及びヨーク12Aは、スリーブ９を取囲
む。このため、可動鉄芯５の大部分及び固定鉄芯9Aが、
電磁コイル12内に位置する。ヨーク12Aの上端及び下端
は、プレート10に接触する。プレート10、電磁コイル12
及びヨーク12Aは、ナツト11によつてガイドキヤツプ17
に取付けられるケース13内に設置される。電源導入用の
ケーブルコネクタ16が、ケース13に取付けられる。電磁
コイル12は、ケーブルコネクタ16に接続される。

可動鉄芯5,固定鉄芯9A及びガイドキヤツプ17は、磁気
特性に優れた（透磁率の高い）フエライト系ステンレス
鋼で作られる。スリーブ９は、耐食性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼で製作される。

弁ボデイ１のフランジ1Dは、HCU48のブロツク15にボ
ルトで取付けられる。弁ボデイ１の入口流路1A及び出口
流路1Bは、ブロツク15内に設けられた通路15A及び15Bに
連絡される。ブロツク15の通路15A及び15Bは、引抜駆動
水供給配管46,挿入駆動水供給配管47、及び管路49A及び
49Bのうちのいずれかに接続される。14は、シール用の
Ｏリングである。

通常は、電磁コイル12は非励磁状態にありパイロツト
部に磁束回路が形成されないので、可動鉄芯５は固定鉄
芯9A側に吸引されず、前述したように可動鉄芯５は弁体
２に押付けられ、パイロツト流路2Aが塞じられる。入口
流路1Aの水圧がオリフイス通路2Bを介して弁体２の上端
面に作用する。このため、弁体２は、バネ６の力と共に
水圧によつてシール部1Cに押付けられ、入口流路1Aと出
口流路1Bとの連絡が遮断される。このため、駆動水は、
入口流路1Aから出口流路1Bに向つて流れない。

電磁コイル12に電流を通すことによつて電磁コイル12
が励磁され、電磁コイル12,ヨーク12A,プレート10,ケー
ス13,可動磁芯5,固定磁芯9A,ガイドキヤツプ17,ケース1
3,プレート10,ヨーク12A及び磁気コイル12を環状に連絡
する磁気回路が構成される。可動鉄芯５は、固定磁芯9A
に吸引されバネ６の力に打勝つて固定磁芯9Aに当接する
まで移動する。このため、弁体２のパイロツト流路2Aが
開く。パイロツト流路2Aが開くと、弁体上部室の圧力が
パイロツト流路2Aにより出口流路1Bに開放され、バネ４
の力および入口流路1Aからの駆動水の圧力により弁体２
はストツパ７に当接するまで急上昇する。弁シート部1C
は全開となり、入口流路1Aから出口流路1Bに向つて駆動
水が流れる。バネ４は、圧縮バネであり弁体２及び可動
鉄芯５に係合されている。以上は通常非励磁で弁閉、励
磁で弁開の動作について述べたが、通常励磁で弁開、消
磁で弁閉の動作も前述の原理と同じである。スリーブ９
の頂部を半球形状とし、半球形状の固定磁芯9A及びガイ
ドキヤツプ17と密着嵌合する構造とした理由は、磁気コ
イル12の励磁状態での磁束の流れの遮断及び局部集中の
緩和平準化を図り、磁気抵抗の増加及び電磁コイル12の
温度上昇を防止するためである。前述のスリーブ頂部形
状は半球形に限らず円錘形，多角錘形，回転放物体形な
どでも良く、前述の効果が得られる形状とすることが可
能である。

また第３図は本発明の他の実施例である電磁弁を示
す。本実施例の電磁弁30Eはスリーブ９の頂部形状を円
筒形とし、磁束の流れの平準化を図るためガイドキヤツ
プ17の外周部にガイドブツシユ19を設けている。ガイド
ブツシユ19はガイドキヤツプ17と同様磁気特性に優れた
フエライト系ステンレス鋼を使用する。電磁弁30Eの他
の構造は、電磁弁30と同じである。本実施例はスリーブ
9,固定磁芯9A及びガイドキヤツプ17の球形部をなくし機
械加工の単純化を図りつつ前述のIGC要因を解消したも
のである。

第１図及び第３図の実施例によれば、第４図に示す従
来型のパイロツト式二方口電磁弁におけるスリーブ9Eと
固定磁芯9Fの溶接部9Gが存在しないため、HAZ部に対す
るIGCの発生要因がなくなり、スリーブ９の長寿命化が
図れる。このため、電磁弁30及び30Eは、消耗劣化部品
が減少し寿命が著しく伸びる。従つて、電磁弁30及び30
Eのメンテナンス性の向上、原子力プラント稼動率の向
上等の効果を生じる。また、製造上も溶接作業がなくな
るため部品仕上り精度の向上及び部品製作歩留りの向上
の効果がある。

これらのパイロツト式二方口電磁弁は、原子力発電設
備を始めとする他のプラントの各種水圧制御回路中に設
置使用されその用途は広範である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鉄芯カバー部材を非溶接形の一体削
り出しで構成できるため、寿命を伸ばし、製品の歩留ま
りを向上できる。これに伴い、メンテナンス性も改善で
きる。更に、鉄芯カバー部材の上端部に磁性体のガイド
キヤツプを設けることにより、励磁状態での電磁コイル
の温度上昇も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパイロツト式二方口電
磁弁の縦断面図、第２図は第１図の電磁弁を適用した沸
騰水型原子炉の制御棒駆動水供給系統の系統図、第３図
は本発明の他の実施例であるパイロツト式二方口電磁弁
の縦断面図、第４図は従来構造のパイロツト式二方口電
磁弁の縦断面図である。 １……弁ボデイ、1A……入口流路、1B……出口流路、1C
……シート部、1D……フランジ、２……弁体、2A……パ
イロツト流路、３……シールリング、４……バネ、５…
…可動鉄芯、６……バネ、７……ストツパ、８……Ｏリ
ング、９……スリーブ、9A……固定鉄芯、10……プレー
ト、11……ナツト、12……電磁コイル、13……ケース、
14……Ｏリング、16……ケーブルコネクタ、17……ガイ
ドキヤツプ、18……ピン、30,30A〜30E……パイロツト
式二方口電磁弁、34……制御棒駆動装置、48……HCU。

フロントページの続き (72)発明者 白木 智美 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 平川 博将 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 黒瀬 誠二 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番 ３号 トキコ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−65681（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−109079（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−86678（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−50590（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/06 F16K 31/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口流路及び出口流路を内部に有する弁ボ
   デイと、前記弁ボデイ内部で軸方向に摺動可能に設けら
   れ、軸方向に貫通するパイロツト流路を有すると共に、
   前記入口流路と前記出口流路とを接続状態及び非接続状
   態にする弁体と、前記弁ボデイに取付けられ、前記弁体
   側にのみ開口する中空部を内部に有する鉄芯カバー部材
   と、前記鉄芯カバー部材の前記中空部内に摺動可能に設
   けられ前記パイロツト流路の開閉を制御する可動鉄芯
   と、前記鉄芯カバー部材の前記中空部内に配置されて前
   記鉄芯カバー部材に取付けられ、前記可動鉄芯に対して
   前記弁体とは反対側に位置する固定鉄芯と、前記鉄芯カ
   バー部材の上端部に設置された磁性体のガイドキヤツプ
   と、前記鉄芯カバー部材の周囲に設置された電磁コイル
   とを備えたパイロツト式二方口電磁弁。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ガイドキヤツプと
   前記鉄芯カバー部材の外側に磁性体のガイドスリーブを
   設けたパイロツト式二方口電磁弁。