JP7292900B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電磁弁に関する。

原子力発電プラント、特に沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の安全弁として、強制開作動ができる逃し弁である主蒸気逃し安全弁（以下、ＳＲＶという。）が設けられている。福島第一原子力発電所で発生したような過酷事故（以下、ＳＡ時という。）が発生した場合において、ＳＲＶに様々な機能が要求される。例えば、原子炉への低圧注水が達成可能なように、原子炉を減圧するための強制開機能、即ち逃し弁機能である。ＳＲＶにおいて、逃し弁機能を達成するための主要部品として電磁弁がある。

従来の電磁弁では、設計基準事故（例えば、１７１℃、０．４７２ＭＰａ、飽和蒸気圧環境下）条件を考量した設計がなされている。しかし、ＳＡ時の要求仕様（例えば、１７８℃、０．８５４ＭＰａ、飽和蒸気圧環境下）では満足できない可能性がある。そこで、近年では、１７８℃を基準温度として電磁弁の耐熱温度が、この基準温度以上であることが求められる。また、高温条件に加えて、１７８℃で０．８５４ＭＰａにおける飽和蒸気圧環境下、即ち多湿環境下での正常動作が求められる。さらに、２００℃で０．８５４ＭＰａにおける条件下でも動作が求められる場合もある。

電磁弁において、高温によるコイルの絶縁低下を防ぐために、モールド材、コイル被覆の強化、リード性の接続方式を変更したものがある。さらに、放射線環境下での性能を考慮したシール材を選定し、１７１℃で０．４７２ＭＰａにおける飽和蒸気圧環境下でのシール性、作動性能を達成しているものがある。

実開昭６３－１５３７１号公報 特開２０１８－６２９９６号公報

従来の耐熱性を満たしたとしても、近年では、さらに要求される耐熱性が高くなる傾向となる。特に、２００℃で０．８５４ＭＰａにおける条件下でも動作が求められる場合がある。そのため、さらなるシール性能の向上、作動性能の向上が求められる。

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、高温環境下においても正常に作動させることができる電磁弁を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る電磁弁は、制御用の電気信号の供給により励磁される電磁コイルと、前記電磁コイルの中心軸に設けられ、前記電磁コイルに対する前記電気信号の供給により前記中心軸に沿って移動可能な作動鉄心と、前記作動鉄心の一端に連結され、パイロット弁座から離れる離間位置と前記パイロット弁座に接触する接触位置との間で移動可能なパイロット弁体と、前記パイロット弁体が前記離間位置にあるときに、ガス供給源から作動ガスが供給されるシリンダ部と、前記シリンダ部に供給される前記作動ガスの圧力により移動されるピストン部と、前記ピストン部に主弁棒を介して連結され、主弁座から離れる開放位置と前記主弁座に接触する閉鎖位置との間で移動可能な主弁体と、前記主弁体が前記開放位置にあるときに、前記ガス供給源から前記作動ガスを目的の機器に向けて導出するガス導出口と、外部から延びて前記電気信号が供給される信号線と前記電磁コイルから延びるコイル導線とを互いに接続させるターミナル部と、前記電磁コイルと前記ターミナル部とを一体的に収容するターミナルボックスと、少なくとも前記主弁体を収容する主筐体と、前記主筐体の上面であり、前記ターミナルボックスの下端縁が密着される平坦面を成すボックス密着面と、前記ボックス密着面の中央部から突出される前記電磁コイルを上方から覆うように前記ターミナルボックスが被せられており、前記電磁コイルを囲むように配置され、かつ前記ターミナルボックスと前記ボックス密着面との間に設けられるボックスシール材と、を備え、前記目的の機器は、原子炉圧力容器の主蒸気配管に設けられる主蒸気逃し安全弁であり、前記主蒸気逃し安全弁が前記作動ガスの圧力により開放されるものである。

本発明の実施形態により、高温環境下においても正常に作動させることができる電磁弁が提供される。

閉鎖状態の電磁弁を示す正面視の断面図。 開放状態の電磁弁を示す正面視の断面図。 閉鎖状態の電磁弁を示す側面視の部分断面図。 開放状態の電磁弁を示す側面視の部分断面図。 第１方向にターミナルボックスを向けた状態の電磁弁を示す平面図。 第２方向にターミナルボックスを向けた状態の電磁弁を示す平面図。 第３方向にターミナルボックスを向けた状態の電磁弁を示す平面図。 第４方向にターミナルボックスを向けた状態の電磁弁を示す平面図。

以下、図面を参照しながら、電磁弁の実施形態について詳細に説明する。図１は、閉鎖状態（無励磁状態）の電磁弁を示す正面視の断面図である。図２は、開放状態（励磁状態）の電磁弁を示す正面視の断面図である。図３は、閉鎖状態（無励磁状態）の電磁弁を示す側面視の部分断面図である。この図３は、図１の矢印ＩＩＩの方向から見た矢視図である。図４は、開放状態（励磁状態）の電磁弁を示す側面視の部分断面図である。この図４は、図２の矢印ＩＶの方向から見た矢視図である。図５から図８は、電磁弁の平面図（上面図）である。

図１の符号１は、本実施形態の電磁弁である。この電磁弁１は、原子力発電プラント、特に沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器の主蒸気配管に設けられている主蒸気逃し安全弁の開閉を制御するために用いられる。電磁弁１が開放状態（励磁状態）となったときに、この電磁弁１から作動ガスが主蒸気逃し安全弁に供給され、この作動ガスの圧力により主蒸気逃し安全弁が開放される。この主蒸気逃し安全弁が本実施形態の目的の機器となっている。

なお、作動ガスが主蒸気逃し安全弁の動力源となっており、電磁弁１によって、主蒸気逃し安全弁に対する作動ガスの供給と停止とを制御することで、主蒸気逃し安全弁の開閉が制御される。

主蒸気逃し安全弁は、主蒸気配管を流れるガスの圧力が上昇した場合に開放され、原子炉の蒸気を圧力抑制プールに逃がすことで原子炉の圧力の上昇を抑制する。主蒸気逃し安全弁は、スプリングにより自動的に作動する安全弁機能と、制御用の電気信号により強制的に作動する逃し弁機能とを有している。

図１に示すように、電磁弁１は、主弁２とピストン弁３とパイロット弁４とを備える。電磁弁１には、高圧窒素ガスタンクなどの図示しないガス供給源から作動ガスＧ（窒素ガス）が供給される。主弁２は、作動ガスＧの圧力により作動する。この主弁２に対する作動ガスＧの供給の有無をパイロット弁４が制御する。パイロット弁４は、外部から送信される制御用の電気信号により作動する。

なお、本実施形態の電磁弁１は、ノーマルクローズ型電磁弁である。パイロット弁４（電磁弁１）が無励磁状態である場合には、主弁２が閉鎖される。パイロット弁４（電磁弁１）が励磁状態である場合には、主弁２が開放される。

電磁弁１は、主弁２およびピストン弁３を収容する角柱状を成す主筐体５を備える。この主筐体５は、平面視（上面視）で四角形状（正方形状）を成す（図５参照）。なお、主筐体５は、筐体本体６と、筐体本体６の上面を閉塞する上面板７と、筐体本体６の下面を閉塞する下面板８とで形成される。なお、上面板７が複数の螺合部材９を用いて筐体本体６に固定されるとともに（図５参照）、下面板８も、複数の螺合部材１０を用いて筐体本体６に固定される。そして、主筐体５の下面板８が所定の支持部材（図示略）に連結されることで、電磁弁１が固定される。なお、筐体本体６と、上面板７または下面板８とが接触する部分には、所定のシール材が設けられている。

図１および図３に示すように、主筐体５には、ガス供給源から作動ガスＧが供給されるガス供給管（図示略）がそれぞれ接続される２つのガス導入口１１が設けられている。

また、図２および図４に示すように、電磁弁１が開放状態であるときに、主蒸気逃し安全弁に向けて作動ガスＧを導出するガス導出口１２が設けられている。このガス導出口１２には、主蒸気逃し安全弁に接続されるガス導出管（図示略）が接続される。ガス導出口１２から主蒸気逃し安全弁に作動ガスＧを供給することで、主蒸気逃し安全弁が作動ガスの圧力により開放される。

さらに、図１および図３に示すように、主筐体５には、電磁弁１が開放状態から閉鎖状態に変化したときに、主蒸気逃し安全弁に向けて導出した作動ガスＧを排気するガス排気管（図示略）が接続されるガス排気口１３が設けられている。主蒸気逃し安全弁に向けて導出した作動ガスＧは、ガス導出口１２から主筐体５の内部に戻り、ガス排気口１３から排気される。主蒸気逃し安全弁から戻ってきた作動ガスＧをガス排気口１３から排気することで、主蒸気逃し安全弁に供給される作動ガスの圧力が下がり、主蒸気逃し安全弁が閉鎖される。

主筐体５の下部には、ガス導入口１１に連通され、ガス供給源から供給される作動ガスＧが充填されるガス充填室１４が設けられている。また、主筐体５の中央部には、ガス導出口１２に連通されるガス導出室１５が設けられている。さらに、主筐体５の上部には、ガス排気口１３に連通されるガス排気室１６が設けられている。

ガス充填室１４とガス導出室１５とを隔てる第１壁部１７には、主弁座１８が設けられる第１開口部１９が形成されている。そして、ガス充填室１４の内部には、主弁２を構成する主弁体２０が設けられる。この主弁体２０は、第１開口部１９の主弁座１８から離れる開放位置（図２および図４参照）と、主弁座１８に接触する閉鎖位置（図１および図３参照）との間で移動可能となっている。なお、主弁体２０には、主弁座１８に接触する位置にシール材２１が設けられる。

また、主筐体５の下面板８には、主弁体２０を上下方向（軸方向）に移動可能な状態で保持する弁保持部２２が設けられる。この弁保持部２２には、主弁体２０を主弁座１８に向けて付勢する付勢部材としてのコイルバネ２３が設けられる。電磁弁１が無励磁状態である場合には、コイルバネ２３の付勢力により、主弁体２０が主弁座１８に押し付けられ、主弁２（電磁弁１）が閉鎖状態となる。

ガス導出室１５とガス排気室１６とを隔てる第２壁部２４には、ピストン弁座２５が設けられる第２開口部２６が形成されている。そして、ガス排気室１６の内部には、ピストン弁３を構成するピストン弁体２７が設けられる。このピストン弁体２７は、第２開口部２６のピストン弁座２５から離れる開放位置（図１および図３参照）と、ピストン弁座２５に接触する閉鎖位置（図２および図４参照）との間で移動可能となっている。なお、ピストン弁体２７には、ピストン弁座２５に接触する位置にシール材２８が設けられる。

また、主筐体５の内部には、ピストン弁体２７を上下方向に移動可能な状態で保持するシリンダ部２９が設けられる。ピストン弁体２７は、シリンダ部２９に供給される作動ガスＧの圧力により移動される。なお、ピストン弁体２７が本実施形態のピストン部となっている。

主弁体２０は、ピストン弁体２７に主弁棒３０を介して連結される。シリンダ部２９に作動ガスＧが供給されと、その圧力によりピストン弁体２７が降下し、このピストン弁体２７とともに主弁体２０が降下する。つまり、コイルバネ２３の付勢力に抗して主弁体２０およびピストン弁体２７が降下する。

ピストン弁体２７が降下してピストン弁座２５に接触すると、ピストン弁３が閉鎖される。主弁体２０が降下して主弁座１８に接触すると、主弁２が開放される。そして、ガス充填室１４の作動ガスＧがガス導出室１５に流れる。そして、ガス導出口１２から作動ガスＧが主蒸気逃し安全弁に向けて導出される。つまり、ガス導出口１２は、主弁体２０が開放位置にあるときに、ガス供給源から作動ガスＧを目的の機器である主蒸気逃し安全弁に向けて導出する。

また、シリンダ部２９に供給される作動ガスＧが無くなると、コイルバネ２３の付勢力により、主弁体２０が上昇し、この主弁体２０とともにピストン弁３が上昇する。主弁体２０が上昇して主弁座１８に接触すると、主弁２が閉鎖される。そして、ガス充填室１４からガス導出室１５に流れる作動ガスＧが停止される。また、ピストン弁体２７が上昇してピストン弁座２５に接触すると、ピストン弁３が開放される。さらに、主蒸気逃し安全弁からガス導出口１２を介してガス導出室１５に戻ってきた作動ガスＧは、ガス排気室１６に流れる。そして、ガス排気口１３から作動ガスＧが排気される。

主筐体５の上部の上面板７は、肉厚を有する部材である。この上面板７の内部には、パイロット室３１が設けられる。パイロット室３１は、シリンダ部２９の内部空間と連通路３２を介して連通されている。パイロット室３１には、パイロット弁座３３が設けられる。さらに、パイロット弁座３３から離れる離間位置（図２参照）とパイロット弁座３３に接触する接触位置（図１参照）との間で移動可能なパイロット弁体３４が設けられる。なお、パイロット弁体３４の先端は、パイロット弁座３３の開口を塞ぐためのシール材で構成される。

主筐体５には、ガス充填室１４からパイロット室３１に向けて作動ガスＧを導くための第１流入経路３５が形成されている。この第１流入経路３５から第２流入経路３６を介してパイロット弁座３３まで作動ガスＧが導かれる。パイロット弁体３４が上昇して、パイロット弁座３３から離れると、第２流入経路３６からパイロット室３１に作動ガスＧが流入される。そして、パイロット室３１から連通路３２を介してシリンダ部２９の内部空間に作動ガスＧが供給される。つまり、シリンダ部２９には、パイロット弁体３４が離間位置にあるときに、ガス供給源から作動ガスＧが供給される。この作動ガスＧの圧力によりピストン弁体２７が押し下げられる。

第２流入経路３６には、金属材で形成されるメッシュ状の配管用フィルタ３７が設けられる。このようにすれば、例えば、作動ガスＧに塵が含まれている場合であっても、配管用フィルタ３７により塵が捕獲されるため、パイロット弁体３４の動作に影響を与えずに済む。なお、第２流入経路３６は、外部と連通可能となっている。この第２流入経路３６の外部に開放された開口部は、栓部材３８で閉鎖されている。メンテナンス時には、この栓部材３８を外して配管用フィルタ３７の交換作業を行うことができる。

なお、配管用フィルタ３７は、線材の線径が０．１～０．３ｍｍ、線材同士の間の目開きが０．２～１．３ｍｍ、１インチ（２５．４ｍｍ）あたりの線材の本数が６０本以下（例えば、１０～６０本）、開口率が５０％以上（例えば、５０～７０％）であることが好ましい。このようにすれば、メッシュが粗くなることで、作動ガスＧの圧力損失を低減させることができる。このように、配管用フィルタ３７により適切な差圧とすることで、電磁弁１の作動スピードを制御することができる。

なお、上面板７の内部には、メンテナンス時において、パイロット室３１に外部から手動操作で作動ガス（窒素ガス）を流入させるためのメンテナンス用流路３９が形成されている。通常時において、メンテナンス用流路３９は、栓部材４０で閉鎖されている。

パイロット弁４は、制御用の電気信号の供給により励磁される電磁コイル４１と、電磁コイル４１の中心軸に設けられ、電磁コイル４１に対する電気信号の供給により中心軸に沿って移動可能な作動鉄心４２とを備える。

パイロット弁体３４は、作動鉄心４２の一端（下端）に連結される。電磁コイル４１の中心軸であり、かつ作動鉄心４２の上方側には、固定鉄心４３が設けられる。この固定鉄心４３は、電磁コイル４１に対して固定される。作動鉄心４２と固定鉄心４３との間には、作動鉄心４２を下方に向けて付勢する付勢部材としてのコイルバネ４４が設けられる。電磁コイル４１が無励磁状態である場合には、コイルバネ４４の付勢力により、作動鉄心４２が降下し、この作動鉄心４２の下端のパイロット弁体３４がパイロット弁座３３に押し付けられる。そして、パイロット弁４が閉鎖状態となる（図１参照）。

電磁コイル４１が励磁されると、作動鉄心４２が磁化されて固定鉄心４３に引き寄せられる。つまり、コイルバネ４４の付勢力に抗して作動鉄心４２が上昇し、パイロット弁体３４がパイロット弁座３３から離れる。そして、パイロット弁４が開放状態となり、パイロット室３１に作動ガスＧが流入する。このパイロット室３１の作動ガスＧがシリンダ部２９に流入し、ピストン弁３を押し下げて主弁２が開放状態となる（図２参照）。

本実施形態の作動鉄心４２は、１８Ｃｒ－２Ｓｉ－２Ｍｏを主成分として含む電磁ステンレス鋼により形成される。このようにすれば、作動鉄心４２の作動性能を向上させることができる。

なお、固定鉄心４３には、作動鉄心４２（パイロット弁体３４）が配置される空間と、外部空間とを連通させるパイロットエキゾースト４５が設けられる。パイロットエキゾースト４５から作動鉄心４２が配置される空間の空気が抜けるため、作動鉄心４２が上昇し易くなっている。

図１および図２に示すように、電磁コイル４１は、上面板７の上方側に設けられる。つまり、電磁コイル４１は、主筐体５の外部に設けられる。なお、電磁コイル４１は、コイルケース４６に収容された状態で、上面板７の中央部に固定される。

また、外部の所定の制御機器から延びて電気信号が供給される信号線４７が電磁コイル４１に向かって延びている。この信号線４７を用いて送られる電気信号であって、開動作信号に基づく励磁電流が送られる。この励磁電流は、電磁コイル４１に流入して磁場を発生させる。

また、電磁コイル４１からコイル導線４８が延びている。コイル導線４８とは、捲回されて電磁コイル４１を構成する導線のうち、電磁コイル４１から導出された部分（巻回されていない部分）を示す。

本実施形態の電磁弁１は、信号線４７とコイル導線４８とを互いに接続させるターミナル部４９と、電磁コイル４１とターミナル部４９とを一体的に収容するターミナルボックス５０とを備える。

なお、ターミナルボックス５０は、電磁コイル４１から側方に向かって延び、その先端部に、信号線が導入される信号線導入口５１が形成されている。ターミナルボックス５０の先端部には、信号線４７を収容した状態で導くための信号線チューブ５２が接続される。なお、信号線導入口５１が開口されるターミナルボックス５０の先端部は、円筒形状を成す部分となっている。そのため、信号線チューブ５２を接続しつつ、シール性を向上させることができる。

信号線４７およびコイル導線４８は、耐熱温度が２００℃以上の絶縁材で被覆される。従来の電磁弁では、耐熱温度が１８０℃程度の絶縁材を使用していたため、高温環境下では、従来の絶縁材が溶けてしまい、電磁コイル４１が短絡してしまうおそれがある。短絡が生じると作動鉄心４２が充分に固定鉄心４３に引き寄せられず、パイロット弁４を開放することができないので、電磁弁１が作動しなくなる。

本実施形態では、耐熱温度が２００℃以上の絶縁材を用いることで、高温環境下においても正常に電磁弁１を作動させることができる。本実施形態の絶縁材には、例えば、ポリイミドまたはガラスクロスが用いられる。このようにすれば、周囲環境が高温蒸気下になった場合でも、電磁コイル４１の絶縁性を維持することができる。つまり、電磁弁１の動作に必要な電磁力を発生させ、２００℃以上の高温条件下においても正常に作動することができる。

信号線４７およびコイル導線４８は、補強線材とともに捩られツイスト構造にされて、ターミナル部４９に接続される。このようにすれば、信号線４７およびコイル導線４８を補強することができる。

ターミナル部４９には、ターミナルボックス５０の内面に接着剤を用いて固定される台部５３が設けられる。この台部５３は、ジアリルフタレート樹脂で形成される。この台部５３には、信号線４７とコイル導線４８とを接続する接続ネジ５４が設けられる。

電磁コイル４１は、上面板７のボックス密着面５５の中央に設けられる。ターミナルボックス５０の下面には、コイル開口部５６が形成されている。そして、ターミナルボックス５０は、上面板７の中央部の電磁コイル４１を上方から覆うように被せられる。なお、固定鉄心４３の上端部はターミナルボックス５０の上端の円形開口部５７に、保持部材５８を介して保持される。保持部材５８は、パイロットエキゾースト４５を外部に露出させつつ、円形開口部５７を閉塞する。

また、円形開口部５７と保持部材５８との間には、円形シール材５９が設けられる。なお、円形シール材５９は、耐熱温度が２００℃以上となっている。さらに、コイル開口部５６から信号線導入口５１までのターミナルボックス５０の内部空間は、逆Ｌ字状を成す。このようにすれば、内部空間の形状がシンプルな形状となるため、シール性能を向上させることができる。

主筐体５の外面の一部を形成する上面板７の上面側は、ターミナルボックス５０が密着される平坦面を成すボックス密着面５５となっている。このボックス密着面５５にターミナルボックス５０の下端縁が密着される。このようにすれば、ターミナルボックス５０と主筐体５との間のシール性能を向上させることができる。

なお、上面板７が加熱されて熱膨張しても、ボックス密着面５５の平坦な形状は変化し難い。このように、ボックス密着面５５が平坦を成すことで、熱膨張に起因するターミナルボックス５０と主筐体５との間の部分に歪みが生じ難くなり、シール性能を維持することができる。

また、ターミナルボックス５０のコイル開口部５６の周縁とボックス密着面５５との間には、ボックスシール材６０が設けられる。なお、ボックスシール材６０は、ボックス密着面５５から突出される電磁コイルを囲ように配置される。つまり、ボックスシール材６０は、平面視で環状を成す配置となっている。このようにすれば、ターミナルボックス５０にて最も大きな開口であって、電磁コイル４１が配置される部分のシール性能を向上させることができる。なお、ボックスシール材６０は、耐熱温度が２００℃以上となっている。

ターミナルボックス５０は、電磁コイル４１から側方向、即ちボックス密着面５５に対して平行な方向に延びている。このようにすれば、ターミナルボックス５０および主筐体５の総表面積を小さくできるため、周囲の雰囲気が高温になっても、雰囲気から伝達される熱量を低減させることができる。また、主筐体５に対して側方から信号線４７を導入させることができる。

図５から図８に示すように、本実施形態では、ボックス密着面５５の中央部、即ち電磁コイル４１（図１参照）を中心として、ターミナルボックス５０が延びる方向を変更可能となっている。例えば、図５に示すように、紙面左方側の第１方向にターミナルボックス５０の先端を向けることができる。図６に示すように、紙面上方側の第２方向にターミナルボックス５０の先端を向けることができる。図７に示すように、紙面右方側の第３方向にターミナルボックス５０の先端を向けることができる。図８に示すように、紙面下方側の第４方向にターミナルボックス５０の先端を向けることができる。

このように、ターミナルボックス５０が延びる方向を９０度ずつ変更することができる。このようにすれば、シール性能を維持しつつ、信号線４７が延びる方向に合わせてターミナルボックス５０の向きを変えることができる。つまり、電磁弁１の設置場所に応じてターミナルボックス５０の向きを変えることができる。前後左右のいずれの方向から信号線４７を電磁弁１に接続しても良い。

また、電磁弁１は、ターミナルボックス５０をボックス密着面５５に固定する螺合部材６１と、螺合部材６１が挿通され、ボックス密着面５５に密着されるフランジ部６２とを備える。このようにすれば、ターミナルボックス５０とボックス密着面５５との間のシール性能を向上させることができる。なお、本実施形態の螺合部材９，１０，６１には、例えば、六角ボルト、六角穴付ボルト(キャップボルト)、ネジなどの部材を適用することができる。

本実施形態では、４本の螺合部材６１によりターミナルボックス５０が上面板７に固定される（図５参照）。また、螺合部材６１を外すことで、ターミナルボックス５０をボックス密着面５５から外すことができる。そのため、メンテナンス性を向上させることができる。なお、螺合部材６１の配置形態に応じて上面板７に雌ネジ部が形成される。

図１に示すように、電磁弁１は、ターミナルボックス５０のボックス密着面５５に対向する面の反対の面に開口され、ターミナル部４９にアクセス可能なアクセス部６３と、アクセス部６３を塞ぐ蓋部材６４とを備える。このようにすれば、ターミナルボックス５０が延びる方向が、いずれの方向に変更されても、蓋部材６４を開放してターミナル部４９にアクセスすることができる。

蓋部材６４は、平面視で正方形状を成す（図５参照）。そして、蓋部材６４は、四隅の蓋用ネジ６５によりターミナルボックス５０に取り付けられる。

本実施形態では、ボックス密着面５５が上方を向いているため、アクセス部６３がターミナルボックス５０の上方に開口されている。このアクセス部６３から蓋部材６４を取り外すことで、作業者が接続ネジ５４にアクセスすることができる。

アクセス部６３の周縁と蓋部材６４との間には、アクセス部シール材６６が設けられる。なお、アクセス部シール材６６は、耐熱温度が２００℃以上となっている。アクセス部シール材６６としては、例えば、ニチアス株式会社のＥＰ－１７６などのエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）が用いられる。

なお、主弁２、ピストン弁３、主弁棒３０、筐体本体６、下面板８は、ステンレス鋼で形成される。ターミナルボックス５０、上面板７は、アルミニウム材で形成される。

従来の電磁弁では、外部から接続される信号線が天井から延び、電磁弁の上方から配線される設置例が多かった。そのため、ターミナルボックスを２個連結して組み合わせることで、天井方向より信号線を電磁弁に接続していた。そのため、ターミナルボックスに開口される開口部が５箇所以上あり、リークのポテンシャルが高い状態にあった。

これに対して本実施形態のターミナルボックス５０に開口される部分は、信号線導入口５１とコイル開口部５６と円形開口部５７とアクセス部６３の４箇所で済む。そのため、ターミナルボックス５０の密封性を向上させることができる。このようにすれば、リークポテンシャルを低減させることができる。

また、従来の電磁弁では、２００℃以上の高温環境で、シール材が熱劣化により破損し、シール機能が損なわれることがある。そして、蒸気がターミナルボックス内に流入してコイル導線に付着することで、短絡して通電できなくなる。

これに対して本実施形態の電磁弁１では、電磁コイル４１とターミナル部４９とを一体的に収容するターミナルボックス５０を備えることで、シール性能を向上させるようにしている。

また、電磁弁１の作動性能向上のためには、電磁弁１の内部圧損を低減と作動鉄心４２の動作速度を向上させる必要がある。電磁弁１のような機器の磁心に使用する場合において、作動鉄心４２の動作速度向上のためには、作動鉄心４２の保磁力が小さい方が良い。この作動鉄心４２には、例えば、東北特殊鋼株式会社のＫ－Ｍ３８などの電磁ステンレス鋼が用いられる。

また、電磁弁１の作動ガスＧの流路に設けられる配管用フィルタ３７は、可能な限り網目を粗くした方が良い。

発明者らは、本実施形態の作動鉄心４２（実施例１）と従来の作動鉄心（比較例１）との比較試験を行った。表１は、作動鉄心４２の性能比較試験の一例を示す。この表１では、作動鉄心４２に採用した材料の性能比較と、電磁弁１を励磁してから模擬シリンダの圧力が０．１５ＭＰａに到達するまでの時間を示す。

実施例１では、保磁力が８０Ａ／ｍで、１８Ｃｒ－２Ｓｉ－２Ｍｏで形成された本実施形態の作動鉄心４２を用いる。比較例１では、保磁力が１０５Ａ／ｍで、１３Ｃｒ－２Ｓｉで形成された作動鉄心を用いる。

表１に示すように、比較例１のよりも、実施例１の方が、パイロット弁４の動作時間を短くできることが分かった。

配管用フィルタ３７は、１００メッシュ（１インチあたりの線材の本数が１００本）の比較例１のよりも、５５メッシュ（１インチあたりの線材の本数が５５本）の実施例１の方が、パイロット弁４の動作時間を短くできることが分かった。

例えば、電磁弁の動作時間は、メーカ工場出荷時は、０．２秒以下であることが求められる。ＳＡ時での状況を考慮すると、この動作時間に３倍以上の裕度が必要である。そこで、実施例１の仕様とすることで、この動作時間が充分に達成可能であることが分かった。

さらに、発明者らは、多数の試験を行った結果、配管用フィルタ３７は、線材の線径が０．１～０．３ｍｍ、線材同士の間の目開きが０．２～１．３ｍｍ、１インチあたりの線材の本数が６０本以下（例えば、１０～６０本）、開口率が５０％以上（例えば、５０～７０％）であることが好ましいことが分かった。

本実施形態の電磁弁１を用いることで、原子力発電プラントの過酷事故時の高温環境下においも正常に主蒸気逃し安全弁を開放させることができる。

原子力発電プラントでは、放射線による劣化が知られており、非金属材料であるゴム部品は、シール材として使用される箇所を低減することが望ましい。そこで、パイロット弁４の電磁コイル４１とターミナル部４９とを収容するターミナルボックス５０を、一体的に成形することで、シール材の部品点数の低減が可能になる。

また、電磁コイル４１の作動性能向上のためには、作動鉄心４２の動作速度向上が必要である。電磁弁１のような機器の磁心に使用する場合には、保磁力が小さい方が良い。さらに、電磁弁１の作動ガスＧの圧損を低減させることが良い。このようにすれば、作動鉄心４２の作動スピードを向上させるが可能になる。

本実施形態の電磁弁１では、ＳＡ時の要求仕様（例えば、１７８℃、０．８５４ＭＰａ、飽和蒸気圧環境下）を超えた条件（例えば、２００℃、０．８５４ＭＰａ、飽和蒸気圧環境下）でもシール性、作動性を確保することができる。

なお、本実施形態では、目的の機器として主蒸気逃し安全弁を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、原子力発電プラント以外の他の汽力発電プラントの配管に設けられる弁が目的の機器でも良い。

なお、本実施形態では、ノーマルクローズ型電磁弁を例示しているが、ノーマルオープン型電磁弁に本実施形態を適用しても良い。

なお、螺合部材６１の配置形態がボックス密着面５５の上面視で回転対称となっていても良い。このようにすれば、同一の螺合部材６１および雌ネジ部を用いて、任意の向きにターミナルボックス５０を向かせてボックス密着面５５に固定することができる。

以上説明した実施形態によれば、電磁コイルとターミナル部とを一体的に収容するターミナルボックスを備えることにより、高温環境下においても正常に作動させることができる。

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。

１…電磁弁、２…主弁、３…ピストン弁、４…パイロット弁、５…主筐体、６…筐体本体、７…上面板、８…下面板、９，１０…螺合部材、１１…ガス導入口、１２…ガス導出口、１３…ガス排気口、１４…ガス充填室、１５…ガス導出室、１６…ガス排気室、１７…第１壁部、１８…主弁座、１９…第１開口部、２０…主弁体、２１…シール材、２２…弁保持部、２３…コイルバネ、２４…第２壁部、２５…ピストン弁座、２６…第２開口部、２７…ピストン弁体、２８…シール材、２９…シリンダ部、３０…主弁棒、３１…パイロット室、３２…連通路、３３…パイロット弁座、３４…パイロット弁体、３５…第１流入経路、３６…第２流入経路、３７…配管用フィルタ、３８…栓部材、３９…メンテナンス用流路、４０…栓部材、４１…電磁コイル、４２…作動鉄心、４３…固定鉄心、４４…コイルバネ、４５…パイロットエキゾースト、４６…コイルケース、４７…信号線、４８…コイル導線、４９…ターミナル部、５０…ターミナルボックス、５１…信号線導入口、５２…信号線チューブ、５３…台部、５４…接続ネジ、５５…ボックス密着面、５６…コイル開口部、５７…円形開口部、５８…保持部材、５９…円形シール材、６０…ボックスシール材、６１…螺合部材、６２…フランジ部、６３…アクセス部、６４…蓋部材、６５…蓋用ネジ、６６…アクセス部シール材、Ｇ…作動ガス。

Claims (8)

1. 制御用の電気信号の供給により励磁される電磁コイルと、
   前記電磁コイルの中心軸に設けられ、前記電磁コイルに対する前記電気信号の供給により前記中心軸に沿って移動可能な作動鉄心と、
   前記作動鉄心の一端に連結され、パイロット弁座から離れる離間位置と前記パイロット弁座に接触する接触位置との間で移動可能なパイロット弁体と、
   前記パイロット弁体が前記離間位置にあるときに、ガス供給源から作動ガスが供給されるシリンダ部と、
   前記シリンダ部に供給される前記作動ガスの圧力により移動されるピストン部と、
   前記ピストン部に主弁棒を介して連結され、主弁座から離れる開放位置と前記主弁座に接触する閉鎖位置との間で移動可能な主弁体と、
   前記主弁体が前記開放位置にあるときに、前記ガス供給源から前記作動ガスを目的の機器に向けて導出するガス導出口と、
   外部から延びて前記電気信号が供給される信号線と前記電磁コイルから延びるコイル導線とを互いに接続させるターミナル部と、
   前記電磁コイルと前記ターミナル部とを一体的に収容するターミナルボックスと、
   少なくとも前記主弁体を収容する主筐体と、
   前記主筐体の上面であり、前記ターミナルボックスの下端縁が密着される平坦面を成すボックス密着面と、
   前記ボックス密着面の中央部から突出される前記電磁コイルを上方から覆うように前記ターミナルボックスが被せられており、前記電磁コイルを囲むように配置され、かつ前記ターミナルボックスと前記ボックス密着面との間に設けられるボックスシール材と、
   を備え、
   前記目的の機器は、原子炉圧力容器の主蒸気配管に設けられる主蒸気逃し安全弁であり、前記主蒸気逃し安全弁が前記作動ガスの圧力により開放されるものである、
   電磁弁。
2. 前記ターミナルボックスが前記ボックス密着面に対して平行な方向に延び、この延びる方向の先端に設けられ、前記信号線が導入される信号線導入口を備える、
   請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記電磁コイルが前記ボックス密着面の中央に設けられ、前記電磁コイルを中心として前記ターミナルボックスが延びる方向を変更可能となっている、
   請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記ターミナルボックスを前記ボックス密着面に固定する螺合部材と、
   前記螺合部材が挿通され、前記ボックス密着面に密着されるフランジ部と、
   を備える、
   請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記ターミナルボックスの前記ボックス密着面に対向する面の反対の面に開口され、前記ターミナル部にアクセス可能なアクセス部と、
   前記アクセス部を塞ぐ蓋部材と、
   を備える、
   請求項３または請求項４に記載の電磁弁。
6. 前記作動鉄心は、１８Ｃｒ－２Ｓｉ－２Ｍｏを主成分として含む電磁ステンレス鋼により形成される、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電磁弁。
7. 前記ガス供給源から前記パイロット弁座まで繋がる前記作動ガスの流入経路に設けられるメッシュ状の配管用フィルタを備える、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電磁弁。
8. 前記配管用フィルタは、線材の線径が０．１～０．３ｍｍ、前記線材同士の間の目開きが０．２～１．３ｍｍ、１インチあたりの前記線材の本数が６０本以下、開口率が５０％以上である、
   請求項７に記載の電磁弁。

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