JP2015108443A - シール部材及びそれを用いたトラップ - Google Patents

Abstract

【課題】トラップの内部温度などを正確かつ簡便に測定することができる、シール部材を提供する。【解決手段】フープ２２とフィラー２３とを交互に重ね合わせ渦巻き状に巻きつけた渦巻き形ガスケット２１の内周面及び外周面に内輪２４及び外輪２５が取り付けられ、表面温度を測定するための熱電対の測温接点２６が、渦巻き形ガスケット２１の外輪２５に設けられている。【選択図】図３

Description

本願は、シール部材及びそれを用いたトラップに関し、例えば渦巻き形ガスケットの外輪に熱電対の測温接点を設けたシール部材及びそれを用いたスチームトラップに関する。

蒸気輸送管や蒸気使用機器等の蒸気配管系に発生するドレン（復水）を自動的に排出し、蒸気は漏らさないようにした自動弁としてスチームトラップが知られている。例えばフロート式スチームトラップは、入口が上部に開口した弁室と、この弁室から隔てられ出口が上部に開口した出口通路とをケーシングに形成し、弁室側端に弁口が開口し出口通路側端に分岐孔が開口した弁座部材を出口通路の下部に設けて弁室と出口通路を連通し、弁口を開閉する弁部材を弁室内に配置し、出口側端の排出孔を出口に向けて開口させた耐浸食性を有する管部材を出口通路内に配置して、管部材の内側を通して分岐孔と出口側を連通するものである（例えば特許文献１参照。）。

従来、スチームトラップの内部温度測定は、本体の入口側上面を平面に削り出した部分である測定箇所に押し当て式表面温度計の検出部を面接触させることにより行っていた。

しかしながら、上記測定箇所は外気に曝される環境にあるため、雨、風、季節（特に夏と冬）などによる外気温の変化により、スチームトラップの表面温度の測定誤差が生じることがあった。また、化学薬品やゴミなどの異物の付着により、スチームトラップの測定箇所の表面が汚れた場合には、表面の汚れを拭き取ってから温度測定を行う必要があり、測定作業が煩雑となる問題があった。さらに、測定作業者の違いにより押し当て式表面温度計の面接触の精度に差が生じるおそれがあるため、表面温度の測定結果にバラツキが生じることがあった。さらに、押し当て式表面温度計による測定では、測定箇所を予め平面に加工しておくことが必要であり、コスト高となる問題もあった。

特開２００２−２７６８９３号公報

本願は、このような事情に鑑みなされたもので、挟持された金属の温度を正確かつ簡便に測定することができるシール部材及びそれを用いたトラップの提供をその目的とする。

上記の課題を解決するために、以下に開示するシール部材は、２つの金属部材の間に挟持されるシール部材であって、前記シール部材は、前記金属部材の温度を測定する熱電対の測温接点を含む。

また、以下に開示するトラップは、上記シール部材を介して本体と蓋部材とが固定され、熱電対を用いた温度測定が可能である。

以上説明したように、本願明細書の開示によれば、シール部材そのものに熱電対の測温接点を組み込んでいるため、従来のような押し当て式表面温度計による温度測定が不要で、トラップの内部温度などを正確かつ簡便に測定することができる。

スチームトラップの一例を示す断面図である。 渦巻き形ガスケットの一例を示す斜視図である。 図２に示すIII−III部の拡大断面図である。

以下、本願の実施形態について、図１、図２及び図３を参照して説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。なお、本実施形態において、熱電対の測温接点を単に熱電対という場合がある。本実施形態の熱電対付き渦巻き形ガスケット（熱電対付きシール部材）は、フリーフロート式スチームトラップに適用したものである。図１に示すように、本体１に蓋部材２をボルト３で締結してケーシングＣを形成する。ケーシングＣの内部は仕切壁４で、入口５に連通する弁室６と出口７に連通する出口通路８とに区画される。入口５と出口７は同一軸上に形成する。入口５は、スクリーン９を介して弁室６の上部に連通する。弁室６は、フロートカバー１１によって上部と下部とに区画され、その上部と下部とはフロートカバー１１に形成された通孔１０によって連通する。

本体１の側壁開口から仕切壁４を貫通して先端が弁室６に突出する略円柱状の弁座１２を仕切壁４にねじ結合して取り付ける。弁座１２は軸方向の中心に貫通した弁口１３を有する。弁室６内に弁部材としての中空球形のフロート１４を自由状態で配置する。フロート１４は弁室６の液位に従って浮上降下し、その外表面で弁口１３を開閉する。本体１の底壁にフロート座１５を形成する。フロート１４はフロート座１５に接した位置で弁口１３を完全に閉じる。

本実施形態においては、本体１の上面１ａと蓋部材２の下面２ａとの隙間に、図２に示す熱電対付き渦巻き形ガスケット２１が設けられている。

図２に示す熱電対付き渦巻き形ガスケット２１は、Ｖ字型断面（図３参照）に成型したテープ状のフープ（金属薄板）２２と、クッション性、シール性を兼ね備えたフィラー（非金属材料）２３とを交互に重ね合わせ渦巻き状に巻きつけ、巻き始めと巻き終わりのみフープ２２をスポット溶接などで固定したセミメタルガスケットである。

渦巻き形ガスケット２１の内周面及び外周面には、内輪２４及び外輪２５が取り付けられている。このようなガスケットを、特に「内外輪付き渦巻き形ガスケット」というが、本明細書においては、単に「渦巻き形ガスケット」という場合もある。内輪２４は、締付圧力によるガスケットの変形を防止する補強材としての役目を持つ。一方、外輪２５は、ガスケットをフランジにセットする時、適切な位置になるようにセンタリングする役目と、締付力によるガスケットの変形を防止する補強材としての役目を持つ。このような内外輪付き渦巻き形ガスケットは、高温高圧まで使用でき、しかもシール性に優れた高性能なガスケットであるため、石油精製、石油化学、発電所（電力、ガス）、ＬＮＧ基地、船舶、製鉄など各種産業の配管フランジや熱交換器などに使用することができる。特に高温、高圧の蒸気や、ＬＮＧ、液体窒素、液体水素などの極低温のガスケットとして最適に使用することができる。

本実施形態においては、渦巻き形ガスケット２１の外輪２５に、熱電対の測温接点２６が設けられている。

まず、渦巻き形ガスケット２１の構成材料について説明する。

フープ２２材料としては、金属材料が好ましく、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、アルミニウム、チタン、ニッケル、モネルメタル、ハステロイ、インコネル、銅、インコロイなどがあげられる。これらの中から、使用流体、使用温度、圧力に応じて、適切な材料を選定して使用するが、ガスシール性、耐熱性、耐薬品性などの観点から、ステンレス鋼が好ましい。

フィラー２３材料としては、非金属材料が好ましく、膨張黒鉛（ピラーフォイル）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アラミド繊維などがあげられるが、ガスシール性、耐圧性などの観点から、膨張黒鉛が好ましい。

内輪２４及び外輪２５の材質としては、炭素鋼、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）などがあげられる。

なお、渦巻き形ガスケット２１は、図２及び図３に示した内外輪付き渦巻き形ガスケット以外にも、内輪付き、外輪付き、内外輪なしなどの種類があるが、シール性などの観点から、内外輪付き（図２、図３参照）のものが好ましい。

渦巻き形ガスケット２１の使用流体は、特に限定はなく、水系流体、油系流体、ガス系流体のいずれにも適用することができる。

渦巻き形ガスケット２１の使用温度範囲は、フープ、フィラー、内外輪の材質によって異なるが、通常、―２００℃〜＋６００℃の範囲である。

また、渦巻き形ガスケット２１の圧力限界は、フープ、フィラー、内外輪の材質によって異なるが、通常、３０ＭＰａ（約３０６ｋｇｆ／ｃｍ２）以下である。

渦巻き形ガスケット２１の厚さは、通常、１〜１０ｍｍである。また、渦巻き形ガスケット２１の内径（すなわち、内輪２４の内径）は、通常、１０〜４０ｍｍである。なお、渦巻き形ガスケット２１の形状は真円形状に限定されず、長円形、楕円形、角形等であっても差し支えない。

つぎに、表面温度を測定するための熱電対について説明する。

熱電対とは、２種類の異なる素線（金属線）２６ａ，２６ｂで閉回路を作り、両端の２つの接点（測温接点及び基準接点）を異なる温度に保つと温度差に対応した電流が流れ、また一端を切り開くと温度差に対応した熱起電力が生じる現象（ゼーベック効果）を利用した温度センサである。

本願の熱電対は、例えばクロメル（ニッケル及びクロムを主とした合金）及びアルメル（ニッケルを主とした合金）からなるＫ型（クロメル−アルメル型）熱電対を用いることができる。例えば金属からなる測温接点２６において、クロメルとアルメルとを結合する。

本願の熱電対を構成する測温接点２６は、渦巻き形ガスケットのシール性などの観点から、薄型のものが好ましく、具体的には、本体部の厚さが１ｍｍ以下のものが好ましく、厚さ０．１ｍｍ以下のものが特に好ましく、厚さ０．０１ｍｍ以下のものが最も好ましい。なお、測温接点２６の厚さは、測温接点２６を取り付ける渦巻き形ガスケット２１の外輪２５の厚さに応じて、適宜調整される。

また、測温接点２６の大きさ（直径方向、周方向）は、渦巻き形ガスケット１のシール性などの観点から小型のものが好ましく、本体１の上面１ａもしくは蓋部材２の下面２ａに接して表面温度を測定することができる大きさがあれば充分である。

測温接点２６の渦巻き形ガスケット２１への取り付け方法としては、例えば、渦巻き形ガスケット２１の外輪２５の下面２５ａもしくは上面２５ｂの一部を所定の大きさに切欠き、その切欠き部に、測温接点２６を溶接する方法や、測温接点２６をシリコン系粘着剤などにより貼り付ける方法があげられる。測温接点２６の表面は、渦巻き形ガスケット２１の外輪２５の下面２５ａもしくは上面２５ｂと同一平面上に形成されることが好ましい。

なお、測温接点２６は、渦巻き形ガスケット２１の内輪２４、外輪２５のいずれに設けてもよいが、測温接点２６を内輪２４に取り付けようとすると、熱電対素線２６ａ，２６ｂがシール性に悪影響を与えるおそれがあるため、シール性の観点から、測温接点２６は渦巻き形ガスケット２１の外輪２５の一部にのみ設けることが好ましい。このように、シール部材の全体ではなく、シール部材のごく一部にのみ測温接点２６を設けているため、シール性能を阻害するおそれもない。

熱電対素線２６ａ，２６ｂは、ペンレコーダーや、データロガーなどのデータ記録システム（レコーダー）のリード線（導線）の端子（図示せず）に接続し、常時、温度変化を監視できるようにしておくことが好ましい。

また、測温接点２６は、保護管に保護されたものであっても、露出したものであっても差し支えない。保護管には金属（例えば、銅、ステンレス、カンタル、インコネル、チタン、ハステロイ）、非金属（例えば、硬質ガラス、高純度アルミナ、石英、ジルコニア、窒化ケイ素、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））などが用いられる。

以上のように、本願のシール部材を、フリーフロート式スチームトラップに適用することが好ましく、この場合、例えばトラップの温度を正確かつ簡便に測定することができるようになる。

しかも、前述のように、常時、熱電対の温度変化を監視するシステムを構築すると、トラップの内部温度が変化した場合、これをいち早く感知することができ、トラップの異常や故障に即座に対応することができるようになる。

以下、フリーフロート式スチームトラップの作動について説明する。蒸気と復水及び空気が入口５から弁室６に流入し、蒸気と空気が上部に復水が下部に分離して溜まる。弁室６内の温度が高い場合、測温接点２６を含む熱電対により高温が検知される。弁室６内の温度が低くなると、測温接点２６を含む熱電対により低温が検知される。これは、弁室６の上部及び入口５に空気（エア）が溜まり、入口５側配管からの蒸気及びドレンの流入が阻止されるからである（エアバインディング）。このような場合、熱電対の低温検出によるアラームを認識した作業者が、ボルト１８を回して排気弁口１６を開き、弁室６内の空気を、排気通路１７を通して排出させる。

空気が排出されると入口５から蒸気及びドレンが流入して弁室６内の液位が上昇する。弁室６内の液位が上昇すると、フロート１４が浮上して弁口１３を開き、弁室６内の下部に溜まった復水を弁口１３から出口通路８を介して出口７へ排出する。復水の排出によって弁室６内の液位が低下すると、フロート１４は降下して外表面で弁口１３を直接閉じる。なお、図１は、フロート１４が降下して弁口１３を閉じた閉弁状態を示している。

以上説明したように、熱電対の測温接点２６は本体１の上面１ａに接しているため、測定箇所が外気に曝されることはない。また、測温接点２６の上部は渦巻き形ガスケット２１に覆われているため、測温接点自体が外気温の変化による影響を受け難い。さらに、測温接点２６は、弁室６の近傍に位置する渦巻き形ガスケット２１の一部を切り欠いた位置に設けられているため、弁室６上部の温度変化を精度よく捉えることができる。このため、トラップの内部温度を正確かつ簡便に測定することができる。

上記においては、渦巻き形ガスケット２１の入口５側の一部に測温接点２６を設ける例を説明したが、測温接点２６を設ける渦巻き形ガスケット２１の位置はこれに限定されない。例えば出口７側の一部（図１のＹに示す隙間）に測温接点２６を設けてもよい。また、入口５側と出口７側のいずれの渦巻き形ガスケット２１に測温接点２６を設けてもよい。この場合、入口５側の温度変化と出口７側の温度変化の両方を捉えることができるため、遠隔においてスチームトラップの状態を的確に認識することが可能となる。

上記実施の形態では、シール部材として渦巻き形ガスケットを例示したが、本願のシール部材はこれに限定されるものではなく、渦巻き形以外のガスケット（例えば、ゴム系ガスケット、メタル系ガスケット）や、パッキン（例えば、Ｏ−リング、オイルシール、ダイアフラム）などにも適用することができる。

また、上記実施の形態ではフリーフロート式スチームトラップを例示したが、本願はレバーフロート式やフリーバケット式やレバーバケット式あるいはディスク式その他の型式のトラップにも適用することができる。また、本願は、上記のスチームトラップに限らず、ガスに混入した液体を排出するガストラップや、圧縮空気系から凝縮水を排出するエアトラップにも適用することができる。

本願のシール部材は、スチームトラップ本体の上面と、スチームトラップ蓋体の下面との隙間のシール部に適用することができる。

２１ 渦巻き形ガスケット
２５ 外輪
２６ 測温接点

Claims (4)

1. ２つの金属部材の間に挟持されるシール部材であって、
   前記シール部材は、前記金属部材の温度を測定する熱電対の測温接点を含むことを特徴とするシール部材。
2. 前記シール部材は、渦巻き形ガスケットである、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記熱電対は、渦巻き形ガスケットの外輪に設けられている、請求項２に記載のシール部材。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシール部材を介して本体と蓋部材とが固定され、前記熱電対により温度が測定されるトラップ。

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