JP7010771B2 - 過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置 - Google Patents

Description

本発明は配管内の過流量を遮断する過流量阻止弁及びその点検装置に関する。

一般に、原子力発電プラント等の圧力容器内に接続されている計装配管には下流側の計装配管の破断等による圧力容器内の汚染水の系外流出を防ぐ為、計装配管の上流側に過流量防止弁を取り付けする計装配管構成となっている。

この過流量阻止弁は弁本体と弁本体に設けられた圧縮コイルバネにより上流側に固定されたポペット弁が、上下流間の差圧に応じて下流側に移動可能になるよう概略構成されている。

プラントの通常運転前には、実際に計装配管内部流体の流れを作り、過流量阻止弁が健全か否かを確認するため過流量阻止弁を動作させる。この場合、人為的に動作確認を行う為には過流量阻止弁の上下流に差圧を発生させる必要があり、この際に圧力容器内の高線量の水を排水する必要がある。

また、これらの動作点検方式は圧力容器内の圧力がある一定の圧力以上必要であるという特性上、原子力発電プラント等のプラントの停止期間中に行う定期検査の終了間際でないと過流量阻止弁の動作点検を行うことができない。

これにより、過流量阻止弁の点検期間が限定的となる上、動作点検時に過流量阻止弁に不具合があった場合には、原子力発電所等のプラントの定検期間が終了直前に延長する可能性もある。

このため、特許文献１に記載の技術にあっては、過流量阻止弁の下流側に可搬型の真空ポンプラインを接続し、計装配管内部の流体を吸い出す方式により、原子力発電プラント等のプラントの停止期間中であれば時期に拘らず過流量阻止弁の動作点検を行っていた。

特開２００６－２２６９４７号公報

しかしながら、上記した従来技術で、過流量阻止弁の点検を実施するためには、計装配管内に満たされている原子炉内水の排水処理が必要なことに関しては解決していない。

また、可搬型の真空ポンプライン設備はその構成上設備が煩雑となり点検作業に多大な工数がかかる。

よって、従来技術にあっては、過流量阻止弁の点検は、プラントの停止期間に行わねばならず、多くの時間と労力が必要であった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的は、過流量阻止弁の動作点検を、プラントの排水処理を必要とせず、時期に拘らず行え、短時間のうちに実行可能な過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置を実現することである。

本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。

過流量阻止弁は、弁本体と、弁本体の内部に移動可能に配置される弁棒と、弁棒の一方端に配置され、弁本体に形成された弁座に着座及び弁座から離間する弁体と、弁体を弁座から離間する方向に押圧する弾性部材と、弁棒の他方端に配置される永久磁石ポペット弁と、弁棒の、弁体と永久磁石ポペット弁との間に配置される永久磁石を備える。

過流量阻止弁を点検する過流量阻止弁点検装置において、永久磁石ポペット弁の周囲を取り囲むように配置される動作試験用コイルと、動作試験用コイルに電流を供給する電流供給部と、永久磁石の周囲を取り囲むように配置される動作検知用コイルと、動作検知用コイルに発生する電流を検知する検知器と、磁性体の周囲を取り囲むように配置される一次コイルおよび二次コイルを有する差動トランスと、差動トランスに流れる電流の値及び電流供給部から動作試験用コイルに供給される電流の値が伝達され、差動トランスに流れる電流の値を微分した値と、動作試験用コイルに供給される電流の値を微分した値と、を比較して、過流量阻止弁の劣化を予兆する予兆診断部と、を備える。

また、過流量阻止弁は、弁本体と、弁本体の内部に移動可能に配置される弁棒と、弁棒の一方端に配置され、弁本体に形成された弁座に着座及び弁座から離間する弁体と、弁体を弁座から離間する方向に押圧する弾性部材と、弁棒の他方端に配置される永久磁石ポペット弁と、弁棒の、弁体と永久磁石ポペット弁との間に配置される永久磁石と、を有する。

また、過流量阻止弁を点検する過流量阻止弁点検装置において、永久磁石ポペット弁の周囲を取り囲むように配置される動作試験用コイルと、動作試験用コイルに電流を供給する電流供給部と、永久磁石の周囲を取り囲むように配置される動作検知用コイルと、動作検知用コイルに発生する電流を検知する検知器と、弁体と弁本体に形成された弁座との間隔を測定する間隔測定センサと、間隔測定センサの出力信号及び電流供給部から動作試験用コイルに供給される電流の値が伝達され、間隔測定センサの出力信号が示す間隔値を微分した値と、動作試験用コイルに供給される電流の値を微分した値と、を比較して、過流量阻止弁の劣化を予兆する予兆診断部と、を備える。

本発明によれば、過流量阻止弁の動作点検を、プラントの排水処理を必要とせず、時期に拘らず行え、短時間に実行可能な過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置を実現することができる。

本発明の実施例１による過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置の概略構成を示す図である。 実施例１による過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置の動作説明図である。 本発明の実施例２による過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置の概略構成図である。 本発明の実施例３による過流量阻止弁及び過流量阻止弁点検装置の概略構成図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による過流量阻止弁１００及び過流量阻止弁点検装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本実施例１の過流量阻止弁１００は、弁体２、圧縮コイルバネ（圧縮部材）３、永久磁石ポペット弁４、中空の弁棒５を備え、弁体２、圧縮コイルバネ３、永久磁石ポペット弁４及び中空の弁棒５は、中空状の弁本体１の内部に移動可能に配置されている。

弁体２は、弁棒５の一方端に配置され、永久磁石ポペット弁４は、弁棒５の他方端に配置されている。

弁本体１内を通過する流体の上流側（弁棒５の他方端側）には、計装配管１８が取付けられ、流体の下流側（弁棒５の一方端側）には計装配管１９が取付けられている。

上流側の計装配管１８は、例えば、原子炉圧力容器に接続され、下流側の計装配管１９は、圧力計や差圧計等に接続される。

中空の弁棒５は非磁性体からなり、内部に永久磁石８が配置されている。永久磁石８は、弁棒５の永久磁石ポペット弁４と弁体２との間に配置され、永久磁石８の周囲を取り囲むように動作検知用コイル１２が弁本体１の外周部に配置されている。

また、動作検知用コイル１２には、検知器１１が接続されている。この検知器１１は、永久磁石８が動作検知用コイル１２の内周側を移動することにより、動作検知用コイル１２に発生する電流を検知する。検知器１１は、永久磁石８が移動したとき、光や音を発生するように構成することができる。

また、永久磁石ポペット弁４の周囲を取り囲むように動作試験用コイル１０が弁本体１の外周部に配置されている。動作試験用コイル１０は、直流電源９に接続されている。

直流電源９は、図示するように、整流素子、交流電源、コンデンサ、電流計を備えている。

また、直流電源９は、駆動部１５からの駆動信号に従って駆動する。駆動部１５は指令部１６からの指令により、直流電源９を駆動し、動作試験用コイル１０に電流を供給する。これにより、永久磁石ポペット弁４が移動し、弁体２も移動する。

動作検知用コイル１２と、検知器１１と、動作試験用コイル１０と、直流電源９と、駆動部１５と、指令部１６とにより、過流量阻止弁点検装置が構成される。

通常時は、圧縮コイルバネ３の反力により弁体２は、弁本体１に形成された弁座１ａから離間する方向に押圧され、上流側で位置が固定され、流体内部流が上流側の計装配管１８から下流の計装配管１９側へ通過する。

下流側の計装配管１９の破断等により過流量阻止弁１００の上下流に差圧が発生したとき、弁体２に加わる動水圧により圧縮コイルバネ３が過流量阻止弁１００の下流側に移動し弁体２は弁本体１に形成された弁座１ａに着座し、過流量阻止弁１００が閉止される。

このとき、中空の弁棒５に挿入されている永久磁石８が動作検知用のコイル１２内を移動するため過流量阻止弁１００が作動したことを検知器１１により、電気的に検出することができる。

図２は、実施例１による過流量阻止弁１００の動作点検時における過流量阻止弁１００の及び過流量阻止弁点検装置の動作を説明する図である。ただし、図２においては、図面の簡略化のため、図１に示した駆動部１５及び指令部１６は省略してある。

図２において、操作者が指令部１６により、点検指令を指示すると、駆動部１５が直流電源９を駆動する。これにより、動作試験用コイル１０に通電し、電磁力により永久磁石ポペット弁４を移動させ、弁体２を移動させて弁座１ａに着座させ、過流量阻止弁１を閉の状態とすることができる。つまり、過流量阻止弁１００の上下流に差圧が発生していない状態であっても、弁体２を移動させ、過流量阻止弁１を閉の状態とすることができる。

弁体２が正常に動作した場合は、図２に示すように、永久磁石８の一部が動作検知用コイル１２に包囲されない状態となり、非磁性体である中空の弁棒５の一部７が動作検知コイル１２に包囲される状態となるように永久磁石８が移動する。永久磁石８が移動したことは、検知器１により検知され、光や音を発生することにより、過流量阻止弁１００が正常であると判断することができる。

弁体２が正常に動作しなかった場合は、検知器１により、永久磁石８が移動したことが検知されないため、光や音が発生されない。これにより、過流量阻止弁１００が正常ではないと判断することができる。

検知器１１は、指令部１６からの指令を受信し、その時から、所定時間以内に電流を検知しなかった場合は、異常であることを報知するように（例えば、赤色の表示を行う）構成し、所定時間以内に電流を検知した場合は、正常であることを報知するように（例えば、青色の表示を行う）構成することも可能である。

なお、過流量阻止弁１００の点検時における動作確認は、数１０秒程度で終了可能であるから、原子力プラント等のプラントの通常運転を停止することなく、点検動作が可能である。

以上のように、本発明の実施例１によれば、指令部１６の指令に基づき、動作試験用コイル１０により弁体２を移動可能とし、弁体２が移動したことを検知器１１により検知することが可能なように構成したので、過流量阻止弁１００の動作点検を、プラントの排水処理を必要とせず、時期に拘らず行え、短時間に行うことが可能な過流量阻止弁点検装置を実現することができる。

また、過流量阻止弁１００の中空の弁棒５に、永久磁石ポペット弁４及び永久磁石８を配置するように構成したので、過流量阻止弁点検装置により、プラントの排水処理を必要とせず、時期に拘らず行え、短時間に実行可能な過流量阻止弁を実現することができる。

例えば、原子力発電所には、多数の過流量阻止弁が存在するため、本発明の実施例１によれば、過流量阻止弁１００の点検を、原子力発電所等のプラントの運転を停止することなく、短時時間で実施可能である。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図３は、本発明の実施例２による過流量阻止弁１０１及び過流量阻止弁点検装置の概略構成図である。

実施例１と実施例２との相違は、実施例２においては、中空の弁棒５の永久磁石ポペット弁４と永久磁石８との間に磁性体６が配置され、この磁性体６を包囲するように配置された、一次コイル２１と、二次コイル２０ａ、２０ｂとを有する差動トランス１３が配置されており、さらに、予兆診断部１４が配置されている点である。

その他の構成は、実施例１と実施例２とは同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例２における過流量阻止弁１０１は、弁本体１、弁体２、圧縮コイルバネ３、永久磁石ポペット弁４、中空の弁棒５、中空の弁棒５の略中央部分に磁性体６、永久磁石８が配置されている。

また、実施例２における過流量阻止弁点検装置は、動作検知用コイル１２と、検知器１１と、動作試験用コイル１０と、直流電源９と、駆動部１５と、指令部１６と、差動トランス１３と、予兆診断部１４とにより、過流量阻止弁点検装置が構成される。

図３において、指令部１６から点検指令が指示されると、駆動部１５は、直流電源９の動作を制御して、直流電源９から動作点試験用コイル１０に流れる電流を零電流から連続的に傾斜状に上昇させる。

直流電源９から動作試験用コイル１０に供給される電流の値（電流供給部から動作試験用コイル１０に供給される電流の値）は、直流電源９から予兆診断部１４に伝達される。

また、差動トランス１３に流れる電流の値も、差動トランス１３から予兆診断部１４に伝達される。

予兆診断部１４は、直流電源９から伝達され、変化する電流値を微分する。また、予兆診断部１４は、差動トランス１３から伝達される電流値を微分する。差動トランス１３から伝達される電流値の変化は、磁性体６の移動速度、つまり、弁体２の主弁開度の変化速度に対応することから、直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、差動トランス１３から伝達される電流値を微分した値とを比較することにより、過流量阻止弁１０１の圧縮コイルバネ３の劣化（へたり）やスラッジ等が過流量阻止弁１０１内に存在することを予測でき、過流量阻止弁１０１の劣化を予兆することができる。

つまり、劣化していない状態の過流量阻止弁１０１における、直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、差動トランス１３から伝達される電流値を微分した値との比例関係を予兆診断部１４に記憶させておき、過流量阻止弁１０１の点検時に検出した直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、差動トランス１３から伝達される電流値を微分した値との比例関係とを比較することにより、主弁開度（弁体２の弁開度）を連続して測定して、弁開度速度を計測して、過流量阻止弁１０１の劣化状態を診断し、予兆することができる。

予兆診断部１４は、上記比較結果により、両者の比例関係に一定値以上の差が生じたと判定した場合は、過流量阻止弁１０１の劣化を発光又は音により、操作者に報知する。

指令部１６により動作指令が行われたにも拘わらず、過流量阻止弁１０１が動作しない場合は、実施例１と同様に検知器１１により、過流量阻止弁１０１の故障を検知することができる。

本発明の実施例２によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、過流量阻止弁１０１が、故障に至る前に劣化状態を診断することができ、新たな過流量阻止弁１０１に交換することができる。

故障に至る前の過流量阻止弁１０１の劣化についての点検は、本発明の実施例２が適用されない場合は、過流量阻止弁１０１を分解して確認する必要がある。過流量阻止弁は、原子力発電所等のプラントには、多数個存在するため、本発明の実施例２が適用されない場合は、過流量阻止弁の分解確認作業は多大な時間と労力が必要である。

本発明の実施例２によれば、過流量阻止弁１０１を分解することなく、過流量阻止弁１０１の劣化についての点検を行うことができ、故障に至る前に早期に過流量阻止弁１０１を交換することが可能となる。

なお、上述した例では、劣化していない状態の過流量阻止弁１０１における、直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、差動トランス１３から伝達された電流値を微分した値との比例関係を予兆診断部１４に記憶させておき、過流量阻止弁１０１の点検時に検出した直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、差動トランス１３から伝達される電流値を微分した値との比例関係とを比較するように構成したがその他の構成とすることも可能である。

一例としては、直流電源９から伝達される電流値は、差動トランス１３から伝達される電流値の計測開始の判断として用い、差動トランス１３から伝達される電流値のみを微分して弁体２の弁開度の変化速度を演算し、演算した弁開度変化速度と健全な過流量阻止弁１０１の弁開度の変化速度と比較して、過流量阻止弁１０１の劣化を診断するように構成することも可能である。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。

図４は、本発明の実施例３による過流量阻止弁１０２及び過流量阻止弁点検装置の概略構成図である。

実施例２と実施例３との相違は、実施例３においては、中空の弁棒５の略中央部分に磁性体は配置されておらず、一次コイル２１と、二次コイル２０ａ、２０ｂとを有する差動トランス１も配置されておらず、弁本体１の弁体２の弁座１ａには、弁体２と上記弁座１ａとの間隔を測定する間隔測定センサ２２が配置され、間隔測定センサ２２からの出力（弁座１ａと間隔センサ２２との距離を示す信号）が予兆診断部１４に伝達されるように構成されている点である。

その他の構成は、実施例２と実施例３とは同様となっているので、図示及び詳細な説明は省略する。

実施例３における過流量阻止弁１０２は、弁本体１、弁体２、圧縮コイルバネ３、永久磁石ポペット弁４、中空の弁棒５、永久磁石８が配置されている。

また、実施例３における過流量阻止弁点検装置は、動作検知用コイル１２と、検知器１１と、動作試験用コイル１０と、直流電源９と、駆動部１５と、指令部１６と、予兆診断部１４と、間隔測定センサ２２とにより、過流量阻止弁点検装置が構成される。

図４において、指令部１６から点検指令が指示されると、駆動部１５は、直流電源９の動作を制御して、直流電源９から動作試験用コイル１０に流れる電流を零電流から連続的に傾斜状に上昇させる。

直流電源９から動作試験用コイル１０に供給される電流の値は、直流電源９から予兆診断部１４に伝達される。

また、間隔測定センサ２２からの出力信号も、予兆診断部１４に伝達される。

予兆診断部１４は、直流電源９から伝達され、変化する電流値を微分する。

また、予兆診断部１４は、間隔測定センサ２２から伝達される信号が示す間隔値を微分する。間隔測定センサ２２から伝達される間隔値の変化は、弁体２の移動速度の変化であることから、直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、間隔センサ２２から伝達される信号の値を微分した値とを比較することにより、過流量阻止弁１０２の圧縮コイルバネ３の劣化（へたり）やスラッジ等が過流量阻止弁１０２内に存在することを予測でき、過流量阻止弁１０２の劣化を予兆することができる。

つまり、劣化していない状態の過流量阻止弁１０２における、直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、間隔測定センサ２２から伝達される信号の値を微分した値との比例関係と、予兆診断部１４に記憶させておき、過流量阻止弁１０２の点検時に検出した直流電源９から伝達される電流値を微分した値と、間隔測定センサ２２から伝達される信号の値を微分した値との比例関係とを比較することにより、過流量阻止弁１０２の劣化状態を診断し、予兆することができる。

予兆診断部１４は、上記比較結果により、両者の比例関係に一定値以上の差が生じたと判定した場合は、過流量阻止弁１０２の劣化を発光又は音により、操作者に報知する。

指令部１６により動作指令が行われたにも拘わらず、過流量阻止弁１０２が動作しない場合は、実施例１及び実施例２と同様に検知器１１により、過流量阻止弁１０２の故障を検知することができる。

本発明の実施例３によれば、実施例２と同様な効果を得ることができる他、過流量阻止弁１０２が、故障に至る前に劣化状態を診断することができ、新たな過流量阻止弁１０２に交換することができる。

間隔測定センサ２２は、例えば、弁体２と弁座１ａとの間の静電容量を測定する静電容量式センサや渦電流変位センサ等を使用することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、主弁動作点検時に印加する直流電源９は、零電流から連続的に上昇させる必要があるが、その電源は、図１に記載した三相全波整流回路に接続された三相交流電源によるものではなく、可変抵抗器を接続したバッテリー等で実現してもよい。

つまり、直流電源９は、三相交流電源や、可変抵抗器を接続したバッテリー等を使用する可変電流源とすることができる。

また、圧縮コイルバネ３は、コイルバネのみならず、板バネやその他の弾性部材を用いることができ、それらを含めて弾性部材と定義することができる。

また、上述した実施例においては、直流電源９は、指令部１６からの指令に従って動作する駆動部１５により、動作するように構成したが、指令部１６からの指令によらず、駆動部１５は定期的に直流電源９が動作するように構成することも可能である。よって、直流電源９と、駆動部１５と、指令部１６とを電流供給部と定義し、この電流供給部は、指令部１６とを含む例と含まない例とが存在する。

１・・・弁本体、 ２・・・弁体、 ３・・・圧縮コイルバネ、 ４・・・永久磁石ポペット弁、 ５・・・中空の弁棒、 ６・・・磁性体、 ７・・・弁棒の一部、 ８・・・永久磁石、 ９・・・直流電流源、 １０・・・動作試験用コイル、 １１・・・検知器、 １２・・・動作検知用コイル、 １３・・・差動トランス、 １４・・・予兆診断部、 １５・・・駆動部、 １６・・・指令部、 １８、１９・・・計装配管、 ２０ａ、２０ｂ・・・二次コイル、 ２１・・・一次コイル、 １００、１０１、１０２・・・過流量阻止弁

Claims (4)

1. 弁本体と、
   前記弁本体の内部に移動可能に配置される弁棒と、
   前記弁棒の一方端に配置され、前記弁本体に形成された弁座に着座及び前記弁座から離間する弁体と、
   前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する弾性部材と、
   前記弁棒の他方端に配置される永久磁石ポペット弁と、
   前記弁棒の、前記弁体と前記永久磁石ポペット弁との間に配置される永久磁石と、
   前記弁棒の、前記永久磁石ポペット弁と前記永久磁石との間に配置される磁性体と、
   を有する過流量阻止弁を点検する過流量阻止弁点検装置であって、
   前記永久磁石ポペット弁の周囲を取り囲むように配置される動作試験用コイルと、
   前記動作試験用コイルに電流を供給する電流供給部と、
   前記永久磁石の周囲を取り囲むように配置される動作検知用コイルと、
   前記動作検知用コイルに発生する電流を検知する検知器と、
   前記磁性体の周囲を取り囲むように配置される一次コイルおよび二次コイルを有する差動トランスと、
   前記差動トランスに流れる電流の値及び前記電流供給部から前記動作試験用コイルに供給される電流の値が伝達され、前記差動トランスに流れる電流の値を微分した値と、前記動作試験用コイルに供給される電流の値を微分した値と、を比較して、前記過流量阻止弁の劣化を予兆する予兆診断部と、
   を備えることを特徴とする過流量阻止弁点検装置。
2. 弁本体と、
   前記弁本体の内部に移動可能に配置される弁棒と、
   前記弁棒の一方端に配置され、前記弁本体に形成された弁座に着座及び前記弁座から離間する弁体と、
   前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する弾性部材と、
   前記弁棒の他方端に配置される永久磁石ポペット弁と、
   前記弁棒の、前記弁体と前記永久磁石ポペット弁との間に配置される永久磁石と、
   を有する過流量阻止弁を点検する過流量阻止弁点検装置であって、
   前記永久磁石ポペット弁の周囲を取り囲むように配置される動作試験用コイルと、
   前記動作試験用コイルに電流を供給する電流供給部と、
   前記永久磁石の周囲を取り囲むように配置される動作検知用コイルと、
   前記動作検知用コイルに発生する電流を検知する検知器と、
   前記弁体と前記弁本体に形成された弁座との間隔を測定する間隔測定センサと、
   前記間隔測定センサの出力信号及び前記電流供給部から前記動作試験用コイルに供給される電流の値が伝達され、前記間隔測定センサの出力信号が示す間隔値を微分した値と、前記動作試験用コイルに供給される電流の値を微分した値と、を比較して、前記過流量阻止弁の劣化を予兆する予兆診断部と、
   を備えることを特徴とする過流量阻止弁点検装置。
3. 請求項１または２に記載の過流量阻止弁点検装置において、
   前記電流供給部は、可変電流源と、前記可変電流源を駆動する駆動部と、前記駆動部に前記可変電流源を駆動することを指令する指令部とを有することを特徴とする過流量阻止弁点検装置。
4. 請求項３に記載の過流量阻止弁点検装置において、
   前記可変電流源は、直流電源であることを特徴とする過流量阻止弁点検装置。

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