JPH0257778A - 空気作動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉による原子力発電プラント（以
下、ＢＷＲ型発電プラントと呼ぶ）において、制御棒駆
動用に使用される空気作動弁に関する。

（従来の技術） ＢＷＲ型発電プラントにおいては、原子炉制御棒の炉心
への緊急挿入を空気゛作動弁によって行っている。すな
わち、アキュムレータ内に高圧水の形でエネルギを蓄積
しておき、平常は液圧作動の制御棒駆動機構と前記アキ
ュムレータ間を空気作動弁によって遮断しておく、而し
て、緊急時には前記空気作動弁を開放して前記アキュム
レータ内に蓄積したエネルギを、制御棒駆動機構に一挙
に投入し制御棒の緊急挿入を行うようにしている。

第４図は従来の空気作動弁による制御棒緊急挿入系の系
統図を示す。この図において、原子炉圧力容器１内には
炉心２が収容され、３として１箇のみ代表として示す多
数の原子炉制御棒は、それぞれに対応する制御棒駆動機
構４によって炉心２に対して挿抜され、炉心２の反応度
を制御するものである。

制御棒駆動機構４は上面に炉水圧力が作用し、下面に配
管５を通じて印加される後述の駆動水圧系１１の駆動水
圧が作用するピストン４ａを有するものとしてあり、制
御棒３に対する駆動力は前記面圧力の差圧によって発生
される。

前記駆動水圧系１１は、高圧の窒素が充填された金属タ
ンク６と、・内部に浮遊ピストン７を具えたアキュムレ
ータ８と、このアキュムレータ８のピストン７下方部分
を前記金属タンク６に連通させる配管９と、前記配管５
に設けた空気作動弁１０とにより構成されている。なお
、空気作動弁１０は平常は閉状態に保持されている。配
管５のアキュムレータ８と空気作動弁１０との間で、高
圧水を吐出する加圧ポンプ１３の吐出口に連通ずる配管
１２が分岐されている。前記の高圧水によって前記アキ
ュムレータ８内の浮遊ピストン７は押し下げられ、金属
タンク６からの高圧窒素の圧力と前記高圧水の圧力とが
均衡する位置で停止している。

ＢＷＲ型発電プラントの正常運転中、駆動水圧系１１は
前記の状態に維持される。今、原子炉を緊急に停止すべ
き事態が発生したとする。この時は、空気作動弁１０に
対して開信号が発せられる。

前記信号によって空気作動弁１０が開くと、アキュムレ
ータ８内、の高圧水は浮遊ピストン７下面に作用してい
る窒素ガスの圧力により、配管５を通じて制御棒駆動機
構４に向けて急激に放出され、ピストン４ａ上下面の差
圧を上向きのものとし、制御棒３を炉心２内に緊急挿入
して原子炉を安全に停止させる。

第５図は前記駆動水圧系１１において使用されている空
気作動弁１０の詳細を、弁開放状態で示す縦断面図であ
る。この図において、空気作動弁１ｏは、弁棒１４の下
端に形成された弁体１４ａと協働する弁シート１５を有
するボディ１６と、ボディ１４上面を閉鎖し弁体１４を
可摺動に貫通させるボンネット１７と、このボンネット
上端に設けられ前記弁体１４をシールするグランドパッ
キング１９ａと、このグランドパッキングを押圧する押
え板１９ｂと、前記ボンネット１７に逆Ｕ字状の脚片１
８ａ下端において取り付けられ、上部に円筒状のばね室
１８ｂを具えたヨーク１８と、このヨーク上端に設けら
れ下面を大気中に開放した浅い円筒状のダイヤフラム取
付体２２ａと、前記逆Ｕ字状の脚片の間で連結板２０を
介して前記弁体１４と連結され、ばね室１８ｂ底面に螺
スされたばね受２１を可・摺動に貫通し、その上端に前
記ダイヤフラム取付体２２ａ上面に装着したダイヤフラ
ム２２と協働する作動板２３を固着された上部軸２４と
、ダイヤフラム２２上面を覆ってダイヤフラムとの間に
空室２５を形成する上Ｍ２６と、上蓋２６中心に設けら
れ空室２５に連通ずる空気供給口２７と、前記ばね室１
８ｂ内のばね受２１上面と前記作動板２３下面との間に
装着されたばね２８とを有する。なお、ボディ１６の側
周面には前記弁シート１５上方の空間に連通ずる開口２
９が、また前記ボディ１６下面には弁シート１５下方の
空間に連通ずる開口３０がそれぞれ設けられている。な
お、空気作動弁閉状態において開口２９は第４図に示す
ように制御棒駆動機構４に連通され、弁シート１５上部
の空間には原子炉圧力容器内の水圧が作用し、開口３０
はアキュムレータ８に連通し弁シート１５下方の空間に
は高圧が作用している。

上記構成の従来の空気作動弁１０は次のように作動する
。すなねち、空気供給口２７から圧力空気が供給される
と、ダイヤフラムは空室２５内の圧力上昇によって下方
に凸にたわみ、作動板２３を介して上部軸２４．弁体１
４を押し下げ、弁体１４ａを弁シート１５に押圧接触さ
せ、開口２９．３０間を遮断し空気作動弁１０を図示の
開状態から閉状態に移行させる。なお、この弁閉状態を
形成するのに必要な空気圧は、ばね受２１を回動させて
その軸方向位置を調整し、作動板２３に印加される上向
きのばね力を調整することによってなされる。

一方、空気作動弁１０を図示の開状態に復帰させるには
、空室２５内の空気を排除すればよい。

前記の空気を排除すれば、ばね２８が作動板２３に印加
しているばね力によって上部軸２４．弁体１４は押し上
げられ、弁体１４ａは弁シート１５から離れて開口２９
．３０間は連通され空気作動弁１０は開状態に復帰され
る。

なお、前記空室２５に対する空気圧の供給、排除は、原
子炉緊急事態の発生とその修復とに基づいてなされる。

（発明が解決しようとする課題） 上記構成の従来の空気作動弁を有する制御棒緊急挿入駆
動系においては、アキュムレータ８内の高圧水は、原子
炉圧力容器内が高圧となる原子炉定格運転時にも、制御
棒を十分に仕様値内で炉心に挿入することができる一定
の値に保持されなければならない。

一方、原子炉圧力容器内の圧力はその起動時の大気圧か
ら定格運転時の高圧状態まで広範囲に変化する。ところ
が、前記のように緊急挿入駆動系のアキュムレータ８内
の高圧水は、原子炉圧力容器内が最高圧力の時でも制御
棒の挿入がなされる一定値に保持されているため、原子
炉圧力容器内の圧力如何によって制御棒緊急挿入速度に
遅速を生じる。すなわち、原子炉圧力容器内圧力が低圧
であれば、アキュムレータ８内の蓄積エネルギは相対的
に大であるため大きな挿入速度が得られ、原子炉圧力容
器内の圧力が高圧であれば、前記の逆となって制御棒挿
入速度が低下するものである。

第６図は横軸を原子炉圧力容器内圧力とし、縦軸を制御
棒挿入速度として両者の関係を示すグラフで、このグラ
フからも原子炉圧力容器内圧力が高くなるにつれ、制御
棒挿入速度が低下することが分かる。

前記の大きな速度で制御棒が緊急挿入される時、制御棒
その他に加わる挿入時および停止時の衝撃力も大きくな
り、それ等に機械的に悪影響をおよぼすおそれがある。

本発明は上記の事情に基づきなされてもので、原子炉圧
力容器内の圧力の低い場合には制御棒挿入速度を制限す
ることができる空気作動弁を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （ｍ１題を解決するための手段） 本発明の空気作動弁は、弁棒の下端に形成された弁体と
協働する弁シートを有するボディと、ボディ上面を閉鎖
し弁棒を可摺動に貫通させるボンネットと、このボンネ
ット上端に設けられ前記弁棒をシールするグランドパッ
キングと、このグランドパッキングを押圧する押え板と
、前記ボンネットに逆Ｕ字状の脚片下端において取り付
けられ。

上部に円筒状のばね室を具えたヨークと、このヨーク上
端に設けられ下面を大気中に開放した浅い円筒状のダイ
ヤフラム取付体と、前記逆Ｕ字状の脚片の間で連結板を
介して前記弁体と連結され、ばね室底面に螺入されたば
ね受を可摺動に貫通し、その上端に前記ダイヤフラム取
付体上面に装着したダイヤフラムと協働する作動板を固
着された上部軸と、ダイヤフラム上面を覆ってダイヤフ
ラムとの間に空室を形成する上蓋と、上蓋中心に設けら
れ空室に連通する空気供給口と、前記ばね室内のばね受
止面と前記作動板下面との間に装着されたばねとを有す
るものにおいて、前記脚片の一方には突出方向にばね圧
を印加した作動子を可摺動に収容したシリンダを設け、
前記シリンダ内下方に向けたばね圧を印加され下面に空
気作動弁の開放時原子炉容器内圧力が印加されるピスト
ンを設け、このピストンにはピストン下降時前記作動子
を前進位置に位置させて前記連結板と協働して前記弁棒
の上昇を制限し、ピストン上昇時前記作動子を後退位置
に位置させて前記連結板との協働を解除させる板カムを
設けたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明空気作動弁においては、原子炉圧力容
器内圧力が低圧の時は空気作動弁の弁の開度を定める弁
棒の上昇を、前記突出位置にある作動子が前記連結板と
協働して制限し弁開度を制限するから、圧力容器内と制
御棒駆動系との相対的圧力差が大であっても、アキュム
レータから前記制御棒駆動機構への駆動流体の速度は制
限され。

制御棒が過大な速度で挿入されることはない。

（実施例） 第５図と同一部分には同一符号を付した第１図は、本発
明一実施例全体の縦断面図、第２図、第３図はその要部
を拡大して示す縦断面図である。

先ず、第１図においてヨーク１８の一方の脚片１８ａに
は、第２図、第３図につき後に詳細を説明する構成で、
連結板２０と協働して弁棒の動きを制限する弁開度制限
機構３１が設けられている。

この開度制限機構３１は、原子炉圧力容器１内の圧力が
低圧の場合には、その先端を前記ばね受２１下端と連結
板２０上端との間に臨ませた作動子３２が前進位置にお
かれ、前記圧力が高圧の場合には構体位置にあるように
されている。

その構造を第２図、第３図につき説明する。第２図にお
いて、前記作動子３２は例えば角柱状とされ同じく角筒
状のシリンダ３３内に可摺動に収容され、シリンダ３３
内に設けたばね３４により突出方向のばね力を印加され
ている。また、シリンダ３３の周壁にはその上下面に軸
方向の長孔３３ａが対向してそれぞれ設けられている。

また。

作動子３２にはその突出端側を作動子細に垂直な壁面３
５ａとし、その反対側を下に向けて前記壁面３５ａとの
距離を漸増するように傾斜した壁面３５ｂとした長孔３
５が、前記シリンダの長孔３３ａに対応する位置に穿設
されている。

先端に前記壁面３５ａに平行な細長い先端部３６ａを具
え、壁面３５ａ側を直線状縁部とし反対側を前記壁面３
５ｂに対応する傾斜縁部としたカム部３６ｂを具えた板
カム３６は、その基端においてシリンダ３７内のピスト
ン３８の中心に垂直に立設され、その先端部３６ａを前
記作動子３２の長孔３５に臨ませている。

シリンダ３７内のピストン３８下面には、配管３０によ
って空気作動弁１０の二次側、すなわち駆動水圧系１１
の配ＩＷ１２に連通されている。また、ピストン３８上
面にはばね４０によって下向きのばわ力が印加されてい
る。なお１図中４１はバッキングを示す。

上記構成の空気作動弁は次のように作動する。

先ず、空気作動弁１０開状態（制御棒緊急挿入時）にお
いてピストン３８下面に作用する圧力、すなわち原子炉
圧力容器ｌ内の圧力が低い場合には、第２図に示すよう
にピストン３８はばね４０のばね力により圧下されてお
り、板カム３６のカム部３６ｂはシリンダ３３の下面壁
の長孔より下方に位置している。そのため、作動子３２
はばね３４により突出されており、作動子３２の先端は
上部軸２４に近接されている。弁棒１４が前記説明した
順序によって上昇し、空気作動弁１０を開状態とするに
際して前記作動子３２の先端は連結板２０の上面と当接
し、弁棒１４の上昇を停止させ空気作動弁１０の開度を
制限する。

一方、前記原子炉圧力容器１内の圧力が高い場合には、
第３図に示すようにピストン３８ばばね４０のばね力に
抗して押し上げられ、板カム３６も上昇する。而して、
板カムのカム３６ｂの斜面部は１作動子３２の長孔３５
の傾斜した壁面３５ｂと協働して作動子３２を後退させ
る。これにより、連結板２０に対する拘束は消失し弁棒
１４は限度−杯まで上昇し、空気作動弁１０は全開され
る。

上記のように原子炉圧力容器１内が低圧の時には空気作
動弁１０の開度を制限して、制御棒駆動機構４への高圧
流体の流入を制限しているので。

制御棒挿入速度が過当に大となるおそれはない。

また、前記原子炉圧力容器１内の圧力が高い場合には空
気作動弁１０を全開させて本来の速度で制御棒の挿入を
行わせることができる。

上記のように本発明の空気作動弁においては。

原子炉圧力容器内の圧力が低圧である場合に制御棒挿入
速度が過大とならないようにすることができるので、挿
入時、停止時に制御棒その他が衝撃によって破壊される
おそれはない。

なお、上記実施例において原子炉圧力容器内のどの圧力
値から空気作動弁の開度制限を行うかは。

シリンダ３７内のピストン３８に圧下刃を印加するばね
４０を適宜選定することによって定めることができる。

［発明の効果］ 本発明の空気作動弁は、原子炉圧力容器内の圧力一定値
以下においてその開度が自動的に制限されるので、これ
を使用した制御棒駆動水圧系によれば原子炉圧力容器内
低圧時の制御棒駆動速度を制限することができ、過大な
挿入速度に基づく制御棒その他の破壊、損傷を未然に防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の縦断面図、第２図はその要部
の縦断面図、第３図は前記要部の他の状態における縦断
面図１．第４図はＢＷＲの概略と制御棒駆動系とを示す
模式図、第５図はその空気作動弁の縦断面図、第６図は
第４図における制御棒駆動系の問題点を説明するグラフ
である。 １・・・・・・原子炉圧力容器　２・・・・・・炉心　
３・・・・・・制御棒　４・・・・・・制御棒駆動機構
　６・・・・・・金属タンク７・・・・・・浮遊ピスト
ン　８・・・・・・アキュムレータ１０・・・・・・空
気作動′弁　１３・・・・・・ポンプ　１４・・・・・
・弁体　１４ａ・・・・・・弁体　１５・・・・・・弁
シート　１６・・・・・・ボディ　１７・・・・・・ボ
ンネット　１８・・・・・・ヨーク　１８ａ・・・・・
・逆Ｕ字状脚片　１８ｂ・・・・・・ばね室１９ａ・・
・・・・グランドパッキング　１９ｂ・・・・・・押え
板　２０・・・・・・連結板　２１・・・・・・ばね受
　２２・・・・・・ダイヤフラム　２２ａ・・・・・・
ダイヤフラム取付体２３・・・・・・作動板　２４・・
・・・・上部軸　２５・・・・・・空室　２６・・・・
・・上蓋　２７・・・・・・空気供給口　２８・・・・
・・ばね　２９．３０・・・・・・開口限機構　３２・
・・・・・作動子 ３１・・・・・・弁開度制

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁棒の下端に形成された弁体と協働する弁シートを有す
   るボディと、ボディ上面を閉鎖し弁棒を可摺動に貫通さ
   せるボンネツトと、このボンネツト上端に設けられ前記
   弁棒をシールするグランドパッキングと、このグランド
   パッキングを押圧する押え板と、前記ボンネツトに逆Ｕ
   字状の脚片下端において取り付けられ、上部に円筒状の
   ばね室を具えたヨークと、このヨーク上端に設けられ下
   面を大気中に開放した浅い円筒状のダイヤフラム取付体
   と、前記逆Ｕ字状の脚片の間で連結板を介して前記弁棒
   と連結され、ばね室底面に螺入されたばね受を可摺動に
   貫通し、その上端に前記ダイヤフラム取付体上面に装着
   したダイヤフラムと協働する作動板を固着された上部軸
   と、ダイヤフラム上面を覆ってダイヤフラムとの間に空
   室を形成する上蓋と、上蓋中心に設けられ空室に連通す
   る空気供給口と、前記ばね室内のばね受上面と前記作動
   板下面との間に装着されたばねとを有するものにおいて
   、前記脚片の一方には突出方向にばね圧を印加した作動
   子を可摺動に収容したシリンダを設け、前記シリンダ内
   下方に向けたばね圧を印加され下面に空気作動弁の開放
   時原子炉容器内圧力が印加されるピストンを設け、この
   ピストンにはピストン下降時前記作動子を前進位置に位
   置させて前記連結板と協働して前記弁棒の上昇を制限し
   、ピストン上昇時前記作動子を後退位置に位置させて前
   記連結板との協働を解除させる板カムを設けたことを特
   徴とする空気作動弁。