JP2023121959A - レバーフロート式蒸気トラップの弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の立ち上げ時間を短縮できるレバーフロート式蒸気トラップの弁機構を提供する。【解決手段】本発明のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構ＶＭは、フロート１に連結されて支点Ｐ１の回りに揺動するレバー８と、弁体１０が着座する弁座３２を形成する弁座部材３４と、弁体１０を保持して上下方向に移動自在なバルブホルダ５０と、バルブホルダ５０とレバー８を連結してレバー８の揺動によりバルブホルダ５０を上下方向に移動させて弁体１０による開閉動作を行わせる弁軸部５２と、弁軸部５２に設けられた感温式の伸縮機構７０とを備えている。感温式の伸縮機構７０は、低温時に弁体１０が開く方向に作用し、高温時に弁体１０が閉じる方向に作用する。【選択図】図２

Description

本発明は、レバーの一端にフロートが設けられ、他端に弁体が設けられ、フロートの浮力により弁体の開閉を行うレバーフロート式蒸気トラップの弁機構に関するものである。

レバーフロート式蒸気トラップでは、フロートと弁機構とがレバーで連結され、フロートの浮力を開弁方向の力として作用させて、弁の開閉が行われる（例えば、特許文献１）。特許文献１のような弁機構では、ケース内に一定水位以上のドレンが溜まり、弁を開けるのに必要なフロートの浮力が発生すると、ドレンが排出される。

特開２０２１－１２４１３８号公報

レバーフロート式蒸気トラップでは、ドレンの温度に拘わらず、蒸気が液化した凝縮水を外部に排出する。よって、使用蒸気圧力における飽和温度以下のドレンは、迅速に排出されることが望ましい。特に、通気開始直後は配管内に低温のドレンが滞留しているので、急激に昇圧すると、ウォータハンマが発生する恐れがある。そのため、低い圧力から徐々に昇圧させて、初期ドレンの排出と配管の暖機を行う必要がある。その結果、システムの立ち上げに時間を要する。

本発明は、装置の立ち上げ時間を短縮できるレバーフロート式蒸気トラップの弁機構を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のレバーフロート式蒸気トラップの弁機構は、フロートに連結されて支点の回りに揺動するレバーと、弁体が着座する弁座を形成する弁座部材と、前記弁体を保持して上下方向に移動自在なバルブホルダと、前記バルブホルダと前記レバーを連結して前記レバーの揺動により前記バルブホルダを上下方向に移動させて前記弁体による開閉動作を行わせる弁軸部と、弁軸部に設けられた感温式の伸縮機構とを備えている。前記感温式の伸縮機構は、低温時に前記弁体が開く方向に作用し、高温時に前記弁体が閉じる方向に作用する。感温式の伸縮機構は、例えば、感温体であるバイメタルを有している。

レバーフロート式蒸気トラップにおいて、飽和温度以下のドレンが存在する場合には閉弁する必要がない。この構成によれば、弁機構の弁軸部に、感温式の伸縮機構が組み込まれているので、低温時は内部の水位に関わらず弁体は開弁状態を維持する。これにより、フロートの浮力を利用することなく、ドレンを排出できる。特に、通気開始直後に内部の水位によらずドレンを排出できるので、システムの立ち上げに時間を短縮できる。

また、レバーフロート式蒸気トラップでは、システムの停止時は蒸気が止められ低温になる。そのため、蒸気が凝縮してドレン化し、内部に溜まる。従来のレバーフロート式蒸気トラップでは、水位が一定以上とならない限り、このようなドレンは排出されない。内部に溜まったドレンが長時間放置されると、ケースの錆の原因となる。そのため、従来は、ケースに設けられたドレン孔からドレンを抜いていた。しかしながら、このようなドレン抜き作業が増えるうえに、この作業を忘れると、ケースの錆の原因となる。

上記構成によれば、低温時に内部の水位に関わらず弁体の開弁状態が維持されているので、システム停止時にも内部に滞留したドレンを排出できる。したがって、ドレン抜き作業が省略できるうえに、ケースの錆も防ぐことができる。

本発明において、前記バルブホルダが、前記弁軸部に高さ調整自在に連結されていてもよい。この構成によれば、前記バルブホルダの高さを調整することで、弁体が開く温度を調整できる。

この場合、前記感温式の伸縮機構は、前記弁軸部に取り付けられた複数のバイメタルを有していてもよい。この構成によれば、バルブホルダの高さ調整に加えて、バイメタルの枚数を変更することで、弁体が開く温度を調整できる。

本発明のレバーフロート式蒸気トラップの弁機構によれば、通気開始直後に内部の水位によらずドレンを排出できるので、システムの立ち上げに時間を短縮できる。

本発明の第１実施形態に係る弁機構を備えたレバーフロート式蒸気トラップを示す縦断面図である。 同レバーフロート式蒸気トラップの要部を示す断面図である。 低温時の同弁機構を拡大して示す縦断面図である。 高温時の同弁機構を拡大して示す縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上流」「下流」とは、流体の流れ方向の「上流」「下流」をいう。

図１は本発明の第１実施形態に係る弁機構ＶＭを備えたレバーフロート式蒸気トラップを示す構成図である。レバーフロート式蒸気トラップは、フロート１の浮力により排水弁２の開閉を行って復水（ドレン）Ｄを排水する。レバーフロート式蒸気トラップは、フロート１を収納するフロート室４を形成するケース６と、前端部（一端部）にフロート１が連結されたレバー８とを有している。

レバー８は、前端部８ａでフロート１に連結され、支点Ｐ１の回りに揺動する。つまり、レバー８は、公知の構造により、支点Ｐ１の回りに揺動自在にケース６に支持されている。レバー８における前端部８ａと支点Ｐ１の間で、支点Ｐ１の近傍に排水弁２の弁体１０が取り付けられている。レバー８に、排水弁２の弁体１０の開動作を補助する錘９が取り付けられている。錘９は、レバー８における支点Ｐ１よりも後方に設けられている。錘９の重さは、使用圧力、例えば弁構造、サイズ等によって大きく変化し、これらを考慮して適宜設定される。

フロート室４内のドレンＤの液位が上昇するとフロート１が上昇し、レバー８が矢印Ａ１方向に支点Ｐ１の回りに揺動する。これにより、排水弁２の弁体１０が上昇して開弁し、ドレンＤが排出される。フロート室４内のドレンＤの液位が下降するとフロート１が下降し、レバー８が矢印Ａ２方向に支点Ｐ１の回りに揺動する。これにより、排水弁２の弁体１０が下降して閉弁する。排水弁２の詳細は、後述する。

外装体を構成するケース６は、一端部（図の左端部）が開口したケース本体１２のフランジ部１４に、カバー体１６がボルトのような締結部材１８で結合されている。ケース本体１２とカバー体１６とで囲まれた領域により、フロート室４が形成されている。フロート室４内に、蒸気がトラップされる。ケース本体１２の上部に、フロート室４に蒸気およびドレンＤを含む１次側流体を導入する入口１００が形成されている。

カバー体１６は、ケース６の一端部（左端部）の開口部を塞ぐ形状の部材である。カバー体１６の内部に、ドレンＤを排出するための横断面円形の流出路２０が形成されている。流出路２０の上側に、流出路下流部２０ａが接続されている。流出路下流部２０ａは、外部への排出口（図示せず）に連通している。さらに、カバー体１６における流出路２０の下端部近傍に、連通路２２が設けられている。連通路２２は、フロート室４と流出路２０とを連通させている。

連通路２２は、排水弁２とカバー体１６との間に介在するスペーサ２４により形成されている。スペーサ２４は、図１の左右方向に延びる筒状の部材で、長手方向の一端側がフロート室４に開口し、他端側が流出路２０に開口している。スペーサ２４における長手方向の一端部（フロート室４側）に第１フランジ２６が形成され、長手方向の中間部に第２フランジ２８が形成されている。第２フランジ２８に複数のボルト挿通孔２８ａが形成されている。ボルト挿通孔２８ａに挿通されたボルト３０により、スペーサ２４がカバー体１６に結合されている。

フロート室４におけるスペーサ２４の上流側（フロート室４側）に、排水弁２が配置されている。排水弁２は、フロート室４内に流入して溜まったドレンＤを排出する。排水弁２は、スペーサ２４の第１フランジ２６にボルト連結されている。

図３に示すように、排水弁２は、前記弁体１０と、弁座部材３４とを有している。弁座部材３４は、弁体１０が着座する弁座３２を形成している。弁座部材３４は、その内部に弁孔３６が形成され、弁孔３６の上端（上流端）が弁座３２に連通している。つまり、弁体１０が弁座３２に着座すると、弁孔３６が閉止されてドレンＤが流れなくなる（閉状態）。弁体１０が弁座３２から離間すると、弁孔３６が開放されてドレンＤが流れる（開状態）。

弁孔３６の下端（下流端）は、図１の連通路２２を介して流出路２０に連なっている。排水弁２は、バルブケース３８を備えている。バルブケース３８は、弁体１０を上下方向に移動自在に支持するとともに、弁座部材３４を相対移動不能に支持する

バルブケース３８は、その内部の上側に上流側通路４０が形成され、内部の下側に下流側通路４２が形成されている。上流側通路４０はフロート室４に連通し、下流側通路４２は連通路２２に連通している。図２のバルブケース３８の内部に、上流側通路４０と下流側通路４２を連通する弁座部材取付孔４４が形成されている。詳細には、弁座部材取付孔４４に弁座部材３４が装着されており、弁座部材３４の弁孔３６により上流側通路４０と下流側通路４２が連通している。

バルブケース３８の上部に、弁体挿通孔４６が形成されている。弁体挿通孔４６は、フロート室４と上流側通路４０とを上下方向に連通している。本実施形態では、弁体挿通孔４６は、バルブケース３８に装着されたブッシュ４５により形成されている。この筒状のブッシュ４５の中空孔（弁体挿通孔）４６を弁体１０が通過する。

図１のバルブケース３８に、ねじ挿通孔（図示せず）が形成されており、スペーサ２４の第１フランジ２６にボルト２５で連結されている。スペーサ２４とバルブケース３８との間に、ガスケット４８が介在されている。このように、弁座３２を有するバルブケース３８がスペーサ２４を介してカバー体６に取り付けられている。

つぎに、弁体１０を説明する。図３に示すように、排水弁２は、さらに、バルブホルダ５０と、弁軸部５２とを備えている。バルブホルダ５０は、弁体１０を保持し、弁体挿通孔４６内を上下方向に移動自在である。弁軸部５２は、バルブホルダ５０とレバー８を連結し、レバー８の揺動によりバルブホルダ５０を上下方向に移動させて弁体１０による開閉動作を行わせる。つまり、弁体１０は、弁軸部５２およびバルブホルダ５０を介してレバー８に接続されている。

弁軸部５２は、上端部が第１連結ピン５４によりレバー８に連結され、下端部が弁体１０に連結されている。弁軸部５２は、レバー８に連結される連結部材５５と、弁体１０に連結される弁軸部材５６とを有し、これら連結部材５５と弁軸部材５６が連結されている。詳細には、連結部材５５は、上端部がレバー８に連結され、下部にバルブホルダ５０が固定されている。連結部材５５の下部の周面に、図３に示す雄ねじ５５ａが形成されている。また、連結部材５５の下面に、上下方向に延びる軸挿通孔５５ｂが形成されている。

弁軸部材５６は、上端部が連結部材５５に連結され、下端部が弁体１０に連結されている。詳細には、弁軸部材５６の上端部が連結部材５５の軸挿通孔５５ｂに挿通され、下端部が鍔状のフランジ部材６５を介して弁体１０に連結されている。つまり、弁軸部材５６は、連結部材５５に対して上下方向に移動自在である。フランジ部材６５の外径は、弁体１０の外径よりも大きい。

バルブホルダ５０が、弁軸部５２の連結部材５５に高さ調整自在に連結されている。詳細には、バルブホルダ５０の上部に、上方に開口するねじ孔５０ａが形成されており、このねじ孔５０ａに連結部材５５の雄ねじ５５ａが上方から螺合されている。連結部材５５の雄ねじ５５ａは、バルブホルダ５０のねじ孔５０ａよりも十分に長く形成されている。これにより、バルブホルダ５０の高さが調整自在となっている。一方、バルブホルダ５０は、弁体挿通孔４６内を上下方向に移動する。

バルブホルダ５０の下部に、上下方向に延びる弁体挿通孔５８が形成されている。本実施形態では、弁体挿通孔５８は段付きの貫通孔である。つまり、弁体挿通孔５８は、段部６０を挟んで上側の大径孔６２と、下側の小径孔６４とを有している。小径孔６４の下端部に、径方向内側に突出する環状の受部６６が形成されている。つまり、受部６６が、小径孔６４よりも小径に形成されている。

弁体１０は、上下方向に長い円柱形状で、その下端部１０ａが下方に向かって縮径するテーパ形状に形成されている。この下端部１０ａが、弁座３２に着座することで、弁孔３６が閉止される。弁体１０の上端部は、前記フランジ部材６５に連結されている。

弁体１０の外径は、受部６６の内径よりも小さく形成されている。フランジ部材６５の外径は、小径孔６４の直径よりも大きく、大径孔６２の直径よりも小さく形成されている。したがって、弁体１０が下降すると、フランジ部材６５の下面が段差６０に当接する。つまり、フランジ部材６５が、バルブホルダ５０に対する弁体１０の下限位置を規制するストッパ６５を構成している。受部６６とストッパ（フランジ部）６５との間に、圧縮ばね６８が介挿されている。

フロート１が連結されたレバー８、弁座３２を形成する弁座部材３４、弁体１０を保持するバルブホルダ５０、レバー８とバルブホルダ５０を連結する弁軸部５２、および圧縮ばね６８により、レバーフロート式蒸気トラップの弁機構ＶＭが構成されている。

弁機構ＶＭは、さらに、感温式の伸縮機構７０を備えている。伸縮機構７０は、弁軸部５２に設けられ、低温時に弁体１０が開く方向に作用し（図３の状態）、高温時に弁体１０が閉じる方向に作用する（図４の状態）。弁体１０が閉じる閉弁温度は、例えば、９０℃である。ただし、閉弁温度は、これに限定されない。

感温式の伸縮機構は、例えば、感温体であるバイメタル６９である。本実施形態では、感温式の伸縮機構７０は、弁軸部５２に取り付けられた複数のバイメタル６９を有している。詳細には、複数の環状のバイメタル６９が、弁軸部５２の弁軸部材５６に取り付けられている。

バイメタル６９は、その一端面（図３の上面）が弁軸部５２の連結部材５５の下面に当接し、他端面（図３の下面）がストッパ部（フランジ部）６５の上面に当接している。詳細には、複数のバイメタル６９が上下方向に重ねられており、最も上側のバイメタル６９の上面が弁軸部５２の連結部材５５の下面に当接し、最も下側のバイメタル６９の下面がストッパ部（フランジ部）６５の上面に当接している。

弁軸部５２の弁軸部材５６は、連結部材５５に対して上下方向に移動自在に連結されている。したがって、図３に示す低温時にバイメタル６９が収縮すると、弁体１０は上方に移動する。図４に示す高温時にバイメタル６９が膨張して椀状に変形すると、弁体１０は下方に移動する。

つぎに、本実施形態のレバーフロート式蒸気トラップの作用について説明する。システムの立ち上げ時、フロート室４の内部が閉弁温度以上であれば、図４のように弁体１０が閉じており、閉弁温度以下であれば、図３のように弁体１０は開いている。図１のフロート室４に、高温の蒸気を含んだ１次側流体が流入し、この１次側流体に混入したドレンＤがフロート室４内に溜まる。このドレンＤが設定水位以下である場合には、フロート１が、図１に２点鎖線で示す下限位置に保持される。このとき、排水弁２は、図３の弁孔３６が弁体１０で閉塞された閉弁状態となり、１次側流体に含まれる高温の蒸気がフロート室４内にトラップされる。

フロート室４内に溜まったドレンＤが設定水位を越えると、図１に実線で示すように、このドレンＤから浮力を受けてレバー８が支点Ｐ１周りに矢印Ａ１の方向に回動し、フロート１と一体的に上方へ移動する図３の弁体１０が弁孔３６を開放する。これにより、排水弁２が開弁状態となって、ドレンＤを含んだ流体が弁孔３６、バルブケース３８内部の下流側通路４２、図１のスペーサ２４内部の連通路２２および流出路２０を通って流出路下流部２０ａから蒸気トラップの外部へ排出される。

フロート室４内のドレンＤが排出によって減少すると、フロート１が自重で下降し、レバー８が支点Ｐ１周りに矢印Ａ２の方向に回動して全閉状態となる。

システムが停止すると、蒸気（１次側流体）のフロート室４への流入が止まり、フロート室４内の温度が下がる。そのため、蒸気が凝縮してドレン化し、フロート室４内に溜まる。フロート室４内のドレン水位が一定以下で、フロート室４の温度が高いとき、図４に示すようにバイメタル６９が膨張して排水弁２は閉状態である。

フロート室４内の温度がさらに下がり、フロート室４内のドレン水位が一定以下で、フロート室４内が低温になると、図３に示すようにバイメタル６９が収縮して排水弁２は開状態となる。これにより、フロート室４内のドレンが排出される。

上記構成によれば、伸縮機構７０により、低温時は内部の水位に関わらず弁体１０は開弁状態を維持する。したがって、フロート１の浮力を利用することなく、ドレンを排出できる。特に、通気開始直後に内部の水位によらずドレンを排出できるので、システムの立ち上げに時間を短縮できる。

また、低温時に内部の水位に関わらず弁体１０の開弁状態が維持されているので、システム停止時にも内部に滞留したドレンＤを排出できる。したがって、ドレン抜き作業が省略できるうえに、ケース６の錆も防ぐことができる。

バルブホルダ５０は、弁軸部５２の連結部材５５に高さ調整自在に連結されている。これにより、バルブホルダ５０の高さを調整することで、弁体１０が開く温度を調整できる。

伸縮機構７０は、弁軸部材５６に取り付けられた複数のバイメタル６９を有している。これにより、バルブホルダ５０の高さ調整に加えて、バイメタル６９の枚数を変更することで、弁体１０が開く温度を調整できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ フロート
８ レバー
１０ 弁体
３２ 弁座
３４ 弁座部材
５０ バルブホルダ
５２ 弁軸部
６９ バイメタル
７０ 感温式の伸縮機構
ＶＭ 弁機構

Claims (3)

1. フロートに連結されて支点の回りに揺動するレバーと、
   弁体が着座する弁座を形成する弁座部材と、
   前記弁体を保持して上下方向に移動自在なバルブホルダと、
   前記バルブホルダと前記レバーを連結して前記レバーの揺動により前記バルブホルダを上下方向に移動させて前記弁体による開閉動作を行わせる弁軸部と、
   弁軸部に設けられた感温式の伸縮機構と、
   を備え、
   前記感温式の伸縮機構は、低温時に前記弁体が開く方向に作用し、高温時に前記弁体が閉じる方向に作用するレバーフロート式蒸気トラップの弁機構。
2. 請求項１に記載のレバーフロート式蒸気トラップの弁機構において、前記バルブホルダが、前記弁軸部に高さ調整自在に連結されているレバーフロート式蒸気トラップの弁機構。
3. 請求項２に記載のレバーフロート式蒸気トラップの弁機構において、前記感温式の伸縮機構は、前記弁軸部に取り付けられた複数のバイメタルを有しているレバーフロート式蒸気トラップの弁機構。

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