JP3946830B2 - 熱応動式蒸気トラップ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば蒸気配管の下流側に設けられ、蒸気と復水が混入した流体が所定温度以下のときに開弁して、流体を外部に排出するようにした熱応動式蒸気トラップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の熱応動式蒸気トラップは、ボディの内部に、弁座面をもつ弁座部材と、一端に前記弁座面に着座する弁体を、他端にストッパを設けた弁棒と、その外周に嵌め込まれたバイメタルコラムからなる感温駆動体と、弁棒の外周で感温駆動体とストッパとの間に介装された単一の圧縮ばねを備えている。
【０００３】
そして、ボディ内の流体温度が所定温度以上のとき、感温駆動体が熱膨張することにより、圧縮ばねを介して弁棒が閉弁方向に移動し、その弁体が弁座面に着座する。この着座により、熱膨張を続ける感温駆動体と弁棒のストッパの間で圧縮ばねが圧縮され、この圧縮ばねにより弁体が弁座面に圧接されて閉弁状態が維持され、所定温度以上の流体の外部排出を阻止する。
【０００４】
以上の状態から、復水の量が増加してボディ内の流体が所定温度以下に低下したとき、感温駆動体の熱膨張力が低下し、これに伴い圧縮ばねが伸長することにより、弁棒に対する閉弁方向への押圧力が低下する。これら感温駆動体が弁棒を閉弁方向に移動させようとする力に対し、弁棒の全体に作用するボディ内の流体圧力などにより弁棒を開弁方向に移動させようとする力が打ち勝ったとき、弁棒が開弁方向に移動して弁体が弁座面から離れ、所定温度以下の流体をボディから外部に排出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような熱応動式蒸気トラップにおいては、多量の復水の滞溜防止および省資源の観点から、流体の圧力変化にかかわらず、蒸気飽和温度に近く、かつこの温度よりも一定値だけ低い温度で開弁する特性、つまり、蒸気飽和温度曲線に沿った開弁特性を具備させることが望ましい。しかしながら、従来のように、感温駆動体とストッパの間に圧縮ばねを１つだけ介装した場合、蒸気飽和温度曲線に沿った望ましい開弁特性を得るのが難しく、往々にして、復水の滞溜量が増加する問題がある。
【０００６】
すなわち、縦軸に温度、横軸に絶対圧力を取った図５に示すように、蒸気飽和温度曲線Ａが圧力上昇に伴って徐々に勾配が小さくなる曲線となるのに対し、圧縮ばね１つの場合の開弁特性曲線Ｄは、圧縮ばねが作用し始めるＸ１点の圧力までの開弁温度が、感温駆動体の伸張力によって一義的に決まり、Ｘ１点の圧力を越えた領域でも、圧縮ばねが１つであるために、開弁特性曲線Ｄの勾配が直線的になる。したがって、開弁特性曲線ＤはＸ１点の１か所でのみ山形に折れ曲がった直線からなるので、開弁特性曲線Ｄを蒸気飽和温度曲線Ａに十分沿わせることができない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、蒸気飽和温度曲線に沿った良好な開弁特性を得て、復水の滞留量を減少させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明の特徴は、感温駆動体とストッパとの間に介装する圧縮ばね体として、ばね定数の異なる複数のばねを用い、これらばねを直列に接続させている。
【０００９】
以上の熱応動式蒸気トラップでは、流体の温度が所定温度以上のとき、感温駆動体が熱膨張することにより、弁棒が閉弁方向に移動し、その弁体が通路の弁座面に着座する。この着座により、熱膨張を続ける感温駆動体とストッパの間に介装した複数のばねがそれぞれ圧縮され、これらのばねにより弁体が弁座面に圧接されて閉弁し、所定温度以上の流体の外部排出を阻止する。
【００１０】
一方、流体が所定温度以下になると、感温駆動体の熱膨張力が低下し、これに伴い各ばねが伸長して弁棒に対する閉弁方向への押圧力が低下する。これら感温駆動体が弁棒を閉弁方向に移動させようとする力に対し、弁棒や弁体に作用する流体の圧力により弁棒が開弁方向に移動しようとする力が打ち勝ったとき、この弁棒が開弁方向に移動し、弁体が弁座面から離間することにより開弁して、所定温度以下の流体を外部に排出する。
【００１１】
このとき、圧縮ばね体として、ばね定数の異なる複数のばねを用い、これら各ばねを直列に接続させているので、流体の蒸気飽和温度曲線に沿った開弁特性が得られる。つまり、流体の温度上昇に伴う感温駆動体の熱膨張により、まず最初に、ばね定数の小さい（弱い）ばねが主として圧縮されるので、開弁特性曲線は図５における勾配が大きいものとなる。このばね定数の小さいばねの圧縮が終了すると、ばね定数の大きい方のばねのみの圧縮に移る。この時点、つまりばね定数変化点以降は、ばね定数が大きいから、開弁特性曲線の勾配が小さくなる。したがって、開弁特性曲線は前記ばね定数変化点で折れ曲がった、上に凸な形状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線に沿わせることが可能となる。
【００１２】
本発明の実施形態では、複数のばねを弁棒の軸方向に沿って直列に配置している。また、別の実施形態では、複数のばねを互いに異なる直径として径方向に重合状に配置し、隣接する２つのばねの一端部と他方の他端部を連結部材により連結している。これらの構成によれば、所期の目的が簡単な構成で達成される。また、後者によれば、直径の異なる各ばねを重合状に配置することにより、圧縮ばね体の全体長さがより短くなる。
【００１３】
請求項４記載の発明の特徴は、感温駆動体とストッパとの間に介装する圧縮ばね体として、複数のばねを並列配置したものを用い、ばね定数が小さい方のばねを大きい方のばねよりも早期に圧縮が始まるように設定している。
【００１４】
この並列ばね型の熱応動式蒸気トラップでは、前記場合と同様に、流体の温度や圧力に基づき弁体が開弁したり閉弁したりする。このとき、各ばねを並列に配置し、かつばね定数が小さい方のばねを大きい方のばねよりも早期に圧縮が始まるように設定しているから、まず最初に、ばね定数の小さいばねが圧縮され、つづいて、ばね定数の大きい方のばねの圧縮が始まる。したがって、やはり、開弁特性曲線は複数のばねの圧縮が始まるばね定数変化点で折れ曲がった、上に凸な形状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線に沿わせることが可能となる。さらに、各ばねを並列に配置して圧縮ばね体を構成したから、請求項１記載の発明よりも圧縮ばね体の全体長さを短くできる。
【００１５】
本発明の実施形態では、圧縮ばね体として、直径の異なる複数のばねを用い、これらを径方向に重合状に配置して、ばね定数の小さい方のばねの自然長さを大きい方のばねよりも長くしている。この構成によれば、簡単な構成で所期の目的が達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、第１の発明にかかる一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す熱応動式蒸気トラップは、左右両側に流入口１ａと排出口１ｂをもつボディ１と、このボディ１の上部の開口部に着脱可能にねじ連結されたカバー２とを備えている。前記ボディ１の内部には、その底部にねじ結合された弁座部材３と、この弁座部材３を上下方向に貫挿し、下端側に弁体４１を取付けた弁棒４が配置されている。
【００１７】
前記弁座部材３は、その上部側に弁棒４をガイドするスリーブ５を圧力により固定するとともに、内方下部側には弁体４１を収納する下部開放の弁室３０を形成し、この弁室３０の上方入口側には、下部側が径大で上部側が径小となるテーパ面からなる弁座面３１を形成している。また、弁座面３１の上方側には、上流端がボディ１内に常時開口する縦孔および横孔からなる通路３２が設けられ、弁室３０の周壁には、弁室３０と排出口１ｂに開口する複数の流出孔３３が形成されている。
【００１８】
前記弁体４１には、前記弁座面３１に当接するテーパ状の当接部４２が形成されている。また、弁棒４におけるスリーブ５の上部側には、後述する圧縮ばね体８の上部側を受けるワッシャ状のばね受け部材６を配置している。
【００１９】
さらに、前記スリーブ５の外周には、複数のバイメタルを重合したバイメタルコラムのような感温駆動体７を上下移動可能に嵌め込む。このバイメタルコラム７は、Ｃｕのような高膨張部材７１とＮｉのような低膨張部材７２とを重合させ、高膨張部材７１が外部側に、低膨張部材７２が内部側に位置するように２枚一組として重ね合わせ、この２枚一組とされた複数組を前記スリーブ５に嵌め込んで、バイメタルコラム７の下端部を弁座部材３の上面に支持させている。
【００２０】
また、前記スリーブ５の外周囲でばね受け部材６とバイメタルコラム７の上端部との間には、圧縮ばね体８を介装する。
【００２１】
この圧縮ばね体８としては、図２で明らかなように、ばね定数の大きな第１コイルばね８１と、これよりもばね定数の小さな第２コイルばね８２を用いる。そして、第１コイルばね８１を下方のバイメタルコラム７側に、第２コイルばね８２を上方のばね受け部材６側に置いて直列状に配置する。また、各コイルばね８１，８２の内部でスリーブ５との間には、筒状のストッパスリーブ１０を配置しており、バイメタルコラム７の熱膨張に伴い各コイルばね８１，８２が、後述するストッパ９１に当接したばね受け部材６とバイメタルコラム７との間で圧縮されるとき、まず最初に、ばね定数の小さな第２コイルばね８２がストッパスリーブ１０とばね受け部材６との間で圧縮され、その後は、ばね力の大きな第１コイルばね８１のみが作用する（圧縮される）。このストッパスリーブ１０の長さ方向中間には、径方向に延びるつば部１０ａを一体に形成し、このつば部１０ａを各コイルばね８１，８２の対向端部に位置させることにより、各コイルばね８１，８２を直列状に接続させる。
【００２２】
図３の実施形態では、前記圧縮ばね体８として、直径が小さくてばね定数の大きな第１コイルばね８３と、直径が大きくてばね定数の小さな第２コイルばね８４を用いている。そして、前記スリーブ５の外周囲でばね受け部材６とバイメタルコラム７の間に、第１コイルばね８３が内部側に、第２コイルばね８４が外部側に位置するように重合して、圧縮ばね体８の全体高さを低くし、熱応動式蒸気トラップの全高寸法を小さくするようにしている。
【００２３】
各コイルばね８３，８４の間には、両者を直列状に接続するための連結部材１１を設けている。この連結部材１１は、筒体１１ａの上端部に径方向内方に向かうつば部１１ｂを、下端部に径方向外方に向かうつば部１１ｃをそれぞれ一体に形成して、前記筒体１１ａをコイルばね８３，８４の間に介装させた状態で、これらコイルばね８３，８４の上下端部を各つば部１１ｂ，１１ｃに当接させて連結することにより、各コイルばね８３，８４を直列状に接続している。この連結部材１１も上記したストッパスリーブ１０と同様な機能を備えている。
【００２４】
各図においては、ボディ１の内部に、バイメタルコラム７の熱膨張時における変形量を制御可能な調整部材９を設け、熱応動式蒸気トラップを蒸気配管に取り付ける前に、カバー２を開放した状態で調整部材９を操作して、バイメタルコラム７の熱膨張による閉弁温度を適宜設定（初期設定）することにより、排水する流体の温度を任意に調整できるようにしている。
【００２５】
この調整部材９は、前記弁棒４の上部側に設けたねじ部４０に螺合され、ばね受け部材６が当接するナットからなるストッパ９１と、ねじ部４０のストッパ９１の上部側に螺合させるロックナット９２を備えている。そして、ねじ部４０の上端に設けた操作溝４０ａにドライバなどを差し込んで螺回させながら、ねじ部４０に対するストッパ９１の取付位置を調整し、つまり、バイメタルコラム７の熱膨張に伴い各コイルばね８１〜８４を介してばね受部材６が上動されるときの上限位置を調整することにより、弁体４１の閉弁温度を任意に調整する。この後、ロックナット９２を緊締して、ストッパ９１の位置ずれを防止する。
【００２６】
次に、以上の構成とした熱応動式蒸気トラップの作用について説明する。
図１において、蒸気または蒸気と復水が混入した流体が、流入口１ａからボディ１内に流入する。流入した流体の温度が所定温度以上のとき、バイメタルコラム７の各熱膨張要素（各バイメタル組）が熱膨張して上下方向（軸方向）に湾曲状に変形する。このバイメタルコラム７の変形により、図２の場合は、軸方向に直列に配置された第１，第２コイルばね８１，８２がガイド部材１０とばね受け部材６を伴いながら上動する。また、図３の場合は、径方向に重合配置された第１，第２コイルばね８３，８４が連結部材１１とばね受け部材６を伴いながら上動する。
【００２７】
図１のように、ばね受け部材６がストッパ９１に当接して、弁棒４を上方の閉弁方向へと移動させ、その弁体４１の当接部４２が弁座部材３の弁座面３１に着座する。このとき、各コイルばね８１，８２および８３，８４は、当接部４２の弁座面３１への着座により、熱膨張を続けるバイメタルコラム７とストッパ９１に当接したばね受け部材６との間で圧縮される。
【００２８】
以上の状態から、ボディ１内に流入する復水の量が増加して、ボディ１内の流体が所定温度以下に低下すると、バイメタルコラム７の上下方向の変形量が小となり、これに伴い各コイルばね８１，８２および８３，８４が伸長することにより、弁棒４に対する開弁方向への押圧力が増加する。バイメタルコラム７により弁棒４を閉弁方向に移動させようとする力に対し、各コイルばね８１，８２または８３，８４の上面、弁棒４の頂面および弁体４１のテーパ面４１ａに作用するボディ１内の流体圧力や自重などで弁棒４を下方の開弁方向に移動させようとする力が打ち勝ったとき、この弁棒４が開弁方向に移動して弁体４１が弁座面３１から離間することにより開弁し、所定温度以下の復水を連通路３３を経て排出口１ｂから外部に排出する。
【００２９】
このとき、各コイルばね８１，８２および８３，８４として、それぞればね定数の異なるものを使用し、これら各コイルばね８１，８２および８３，８４を直列に接続しているので、流体の蒸気飽和温度曲線に沿った開弁特性が得られる。この点に関しては後で説明する。
【００３０】
次に、第２発明の実施形態を図４に基づいて説明する。
この実施形態では、ばね受け部材６とバイメタルコラム７の間に介装する圧縮ばね体８として、直径が小さくてばね定数の大きな第１コイルばね８５と、直径が大きく、ばね定数が小さくて自然長さが第１コイルばね８５よりも長い第２コイルばね８６とを用いる。そして、前記スリーブ５の外周囲でばね受け部材６とバイメタルコラム７の間に、第１コイルばね８５が内部側に、第２コイルばね８６が外部側に位置するように重合して並列に配置する。
【００３１】
また、各コイルばね８５，８６の間には、筒状のストッパスリーブ１２を配置している。
【００３２】
次に、以上の第２発明による作用について説明する。
図１の流入口１ａからボディ１内に流入した流体の温度が所定温度以上のとき、図４のバイメタルコラム７の熱膨張により、各コイルばね８５，８６、ガイド部材１２およびばね受け部材６が上動し、このばね受け部材６がストッパ９１に当接することにより、弁棒４が閉弁方向に押し上げられて、その弁体４１の当接部４２が弁座面３１に着座する。上記の絶対圧力がある特定の温度よりも低い場合は、第２のばね８６のみが圧縮され、前記特定の温度よりも高い場合は、第１ばね８５と第２ばね８５が共に圧縮される。
【００３３】
また、流体が所定温度以下になって、バイメタルコラム７の熱膨張力が低下したとき、弁棒４や弁体４１に作用する流体の圧力により各コイルばね８５，８６が伸長して開弁方向への押圧力が増加し、弁棒４が開弁方向に移動して開弁状態となる。
【００３４】
図５は、縦軸に温度（℃）を、横軸に絶対圧力（Ｋｇ・ｆ／ｃｍ²）をとった流体の蒸気飽和温度曲線Ａと、第１および第２発明による開弁特性曲線Ｂを示している。また、同図には、圧縮ばねを１個だけ用いた従来の開弁特性曲線Ｄも示されている。上記各曲線ＢＤよりも下側の領域で開弁状態が維持される。また、各曲線Ｂ，Ｄにおいて、Ｘ１は各コイルばねの効きが開始する点を示している。このばね動作開始点Ｘ１まではばね体８とストッパ９１との間に隙間が存在するために、ばね体８は圧縮されない。ばね動作開始点Ｘ１よりも高圧力側では、ばね体８のばね力が作用し、ばね定数が小さいほど、つまりばねが弱いほど曲線の勾配が大きくなる。
【００３５】
この図から明らかなように、従来例を示す曲線Ｄは、前述のとおり、ばね動作開始点Ｘ１よりも低圧力側の開弁特性は、感温駆動体の伸張力により一義的に決まり、動作開始点Ｘ１よりも高圧力側は１つの圧縮ばねのばね定数により直線的に変化するので、蒸気飽和温度曲線Ａに十分沿わせることは難しい。
【００３６】
これに対し、図１〜３に示した第１発明の場合は、圧縮ばね体８として、ばね定数の異なる複数のばね８１〜８４を直列接続したものを用いている。したがって、流体の温度上昇に伴って動作開始点Ｘ10を越えると、まず最初に、ばね定数の小さいばね８２，８４が主として圧縮されるので、図５に示す開弁特性曲線Ｂは勾配が比較的大きいものとなる。このばね定数の小さいばね８２，８４の圧縮が終了した時点Ｘ２で、ばね定数の大きい方のばね８１，８３のみの圧縮に移り、ばね定数が変化する。このばね定数変化点Ｘ２以降は、ばね定数が大きいから、開弁特性曲線Ｂの勾配が小さくなる。したがって、開弁特性曲線Ｂは、前記動作開始点Ｘ0bと前記ばね定数変化点Ｘ２とで折れ曲がった、上に凸な形状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線Ａに沿わせることが可能となる。つまり、Ｘ10とＸ２の２点で折れ曲がった形状となるので、圧力上昇と共に温度上昇の勾配が徐々に小さくなる蒸気飽和温度曲線Ａに沿わせ易くなる。
【００３７】
なお、動作開始点Ｘ１，Ｘ10の位置は、図２に示したばね受け部材６と調整部材９のストッパ９１との間隙の大きさを適宜変更することにより、移動する。
【００３８】
また、図４の第２の発明では、２つの第１および第２コイルばね８５，８６を並列に配置し、ばね定数が小さい方のばね８６を大きい方のばね８５よりも早期に圧縮が始まるように設定しているから、まず最初に、ばね定数の小さいばね８６が圧縮され、つづいて、ばね定数の大きい方のばね８５の圧縮が始まる。したがって、図５に示した開弁特性曲線Ｂと同様な特性となり、動作開始点Ｘ10と両方のばね８５，８６の圧縮が始まるばね定数変化点Ｘ２の２か所で折れ曲がった、上に凸な形状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線Ａに沿わせることが可能となる。
【００３９】
以上の各実施形態では、圧縮ばね体８として、２つのコイルばねを用いたが、本発明では、３つ以上のコイルばねを用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、感温駆動体とストッパとの間に介装する圧縮ばね体として、ばね定数の異なる複数のばねを用いたことにより、熱応動式蒸気トラップの全高を小さくし、かつ圧縮ばね体の信頼性を高めながら、蒸気飽和温度曲線に近づけた開弁特性を得て、復水の滞留量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の一実施形態である熱応動式蒸気トラップの縦断面図である。
【図２】図１の要部を取出して示す拡大縦断面図である。
【図３】他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】第２の発明の一実施形態である熱応動式蒸気トラップの縦断面図である。
【図５】蒸気飽和温度曲線と本発明による開弁特性曲線を示す特性図である。
【符号の説明】
１…ボディ、４…弁棒、４１…弁体、７…感温駆動体、８…圧縮ばね体、８１〜８４…ばね、９１…ストッパ、１１…連結部材。

Claims (5)

1. 流体の温度と圧力に応じて流体の通路を開閉する熱応動式蒸気トラップであって、
   一端に弁体を有し、他端にストッパが取付けられた弁棒と、
   前記流体の熱を受けて熱膨張により前記弁棒の閉弁方向に駆動力を発生する感温駆動体と、
   前記弁棒の外周に嵌め込まれて、熱膨張した感温駆動体と前記ストッパとの間で圧縮される圧縮ばね体とを備え、
   この圧縮ばね体は、ばね定数の異なる複数のばねが直列に接続されてなる熱応動式蒸気トラップ。
2. 請求項１において、前記複数のばねは、前記弁棒の軸方向に沿って直列に配置されている熱応動式蒸気トラップ。
3. 請求項１において、前記複数のばねは、直径が互いに異なっており、径方向に重合して配置され、隣接する２つのばねの一方の一端部と他方の他端部とが連結部材によって連結されている熱応動式蒸気トラップ。
4. 流体の温度と圧力に応じて流体の通路を開閉する熱応動式蒸気トラップであって、
   一端に弁体を有し、他端にストッパが取付けられた弁棒と、
   前記流体の熱を受けて熱膨張により前記弁棒の閉弁方向に駆動力を発生する感温駆動体と、
   前記弁棒の外周に嵌め込まれて、熱膨張した感温駆動体と前記ストッパとの間で圧縮される圧縮ばね体とを備え、
   この圧縮ばね体は、複数のばねを並列に配置してなり、ばね定数の小さい方のばねが大きい方のばねよりも早期に圧縮が始まるように設定されている熱応動式蒸気トラップ。
5. 請求項４において、前記複数のばねは、直径が互いに異なっていて、径方向に重合して配置されており、ばね定数の小さい方のばねの自然長さが大きい方のばねよりも長く設定されている熱応動式蒸気トラップ。

Images