JP6049104B2 - 蒸気配管系の凍結防止システム - Google Patents

Description

本発明は、蒸気配管系が凍結するのを防止するためのシステムに関する。本発明における蒸気配管系には、蒸気配管本管の他、蒸気配管本管に接続される蒸気トラップ、蒸気配管枝管が含まれる。

工場等では加熱や動力源等の種々の用途に蒸気が用いられており、このような場合には、工場内に蒸気配管（本管および枝管）を張り巡らせ、蒸気配管を介して、ボイラで生成された蒸気が使用箇所に供給されている。

一方、特に寒冷地において冬期に気温が氷点下になると、蒸気配管中に残存した水分が凍結して、蒸気配管が使用不能になる事態がしばしば生ずる。
従来は、蒸気配管が凍結した場合には、凍結した配管を外部からバーナーで直接加熱することによって、凍結部を融解させていた。

しかしながら、バーナーで直接加熱する作業は、非常に手間がかかるうえ、火災が発生するおそれもあるため、蒸気配管系の凍結を効率的に防止することができるシステムが望まれている。

本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、蒸気配管が凍結するのを効率的に防止するための凍結防止システムを提供することを目的としている。

本願請求項１に記載された凍結防止システムは、蒸気配管本管の所定箇所に配置された少なくとも１基の第１凍結防止弁と、前記少なくとも１基の第１凍結防止弁の下流側にそれぞれ配置されたトラップ部とを備え、前記第１凍結防止弁が配置される箇所が、対応する前記トラップ部から上流側に向かって１０メートル以内の最も高い箇所であり、前記少なくとも１基のトラップ部が、前記蒸気配管本管に直列に接続された蒸気トラップと、前記蒸気トラップのストレーナと連通するように接続された第２凍結防止弁とをそれぞれ有しており、
前記少なくとも１基の第１凍結防止弁および第２凍結防止弁が、前記蒸気配管本管内が所定圧力以下又は所定温度以下になると開放するようにそれぞれ構成されており、蒸気配管系への蒸気の供給が停止されると、前記蒸気配管本管内の圧力および温度が前記所定圧力以下又は前記所定温度以下になって前記第１凍結防止弁および前記第２凍結防止弁が開放状態になり、次いで前記蒸気配管本管内がほぼ真空状態になると、前記第１凍結防止弁から前記蒸気配管本管内に取り入れられた空気が、前記蒸気配管系のドレンとともに、前記蒸気トラップを経て前記第２凍結防止弁から排出されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、蒸気配管内の水分が自動的に外部に排出されるので、効率的な凍結防止が可能となる。本発明のシステムは、構造が比較的簡単であるため、製造コストを安価に抑えることができるとともに、保守管理も容易である。

本発明の好ましい実施の形態に係る凍結防止システムが組み込まれた蒸気配管系を示した模式図である。 第１凍結防止弁を示した拡大断面図である。 図３（ａ）はトラップ部を示した拡大図、図３（ｂ）は蒸気トラップの断面図である。 図１の凍結防止システムの作動を説明するための一連の図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る凍結防止システムが組み込まれた蒸気配管系の別の例を示した模式図である。

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る蒸気配管系の凍結防止システム（以下、単に「凍結防止システム」という）について詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る凍結防止システムが組み込まれた蒸気配管系を示した模式図である。図１に示される蒸気配管系では、蒸気配管本管が、蒸気ボイラおよび蒸気ヘッダ（いずれも図示せず）から延び、＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞を経てドレンに至っているとともに、蒸気配管本管から蒸気配管枝管Ａ及び蒸気配管枝管Ｂがそれぞれ分岐している。

図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る凍結防止システムは、蒸気配管本管の所定箇所に配置された第１凍結防止弁１２と、第１凍結防止弁１２の下流側に配置されたトラップ部１４とを備えている。第１凍結防止弁１２が配置される所定箇所は、トラップ部１４から上流側に向かって約１０メートル以内の最も高い箇所が好ましい。第１凍結防止弁１２が近い程、空気の取り入れがし易い。第１凍結防止弁１２の配置箇所を「トラップ部１４から上流側に向かって約１０メートル以内」としたのは、本発明者が行った種々の実験の結果、トラップ部１４からの距離が約１０メートルを超えると後述する第１凍結防止弁１２からの空気の取り入れの影響がトラップ部１４に到達しにくい場合があることが判明したためであり、「最も高い箇所」としたのは、第１凍結防止弁１２からの空気の取り入れに伴い、配管内に残存した水分を流下し易くすることを考慮したためである。ここで、「上流側」とは、蒸気が流れてくる方向を意味し、「下流側」とは、蒸気が流れていく方向を意味する。

図２は、第１凍結防止弁１２を示した拡大断面図である。第１凍結防止弁１２は、一端（上端）が開放し、他端（下端）が蒸気配管本管と連通する円筒形の本体１２ａと、本体１２ａ内に収容された球体１２ｂと、球体１２ｂに連結された引張コイルバネ１２ｃと、球体１２ｂが本体１２ａの外部に移動するのを防止するためのストッパ１２ｄとを有している。球体１２ｂは、本体１２ａ内を自由に移動できるように、本体１２ａの内径よりも僅かに小さな直径を有している。また、引張コイルバネ１２ｃのばね力は、球体１２ｂに作用する圧力が所定値を超えると球体１２ｂが移動してストッパ１２ｄに当接し、弁を閉鎖させるように選定されている。

第１凍結防止弁１２を以上のように構成したことにより、蒸気配管本管内の蒸気圧が所定値以上のときは引張コイルバネ１２ｃのばね力に抗して球体１２ｂが移動してストッパ１２ｄに当接し、弁が閉鎖される（図２（ｂ）参照）。一方、蒸気配管本管内の蒸気圧が所定値に達しないときは球体１２ｂが移動せず、従って弁は開放状態になる（図２（ａ）参照）。

なお、第１凍結防止弁１２を図２に示されるものと異なる構造にしてもよい。また、図２に示される第１凍結防止弁１２は、配管内が所定圧力以下になると弁が開放するように構成されているが、例えば、バイメタルを利用して、配管内が所定温度以下になると弁が開放するような型式のものを使用してもよい。

図３（ａ）は、トラップ部１４を示した拡大断面図である。トラップ部１４は、蒸気配管本管に直列に接続された蒸気トラップ１６と、第２凍結防止弁１８とに大別される。

蒸気トラップ１６は、図３（ｂ）に示されるように、本体１６ａと、弁座１６ｂと、ディスク１６ｃと、バイメタル１６ｄと、ストレーナ１６ｅとを有している。ストレーナ１６ｅの先端は、開口部１６ｆ１付きのストレーナ・キャップ１６ｆで被覆されており、ストレーナ・キャップ１６ｆに接続された配管が、第２凍結防止弁１８に接続されている。これにより、蒸気トラップ１６と、第２凍結防止弁１８とは連通している。

図３（ｂ）に示される蒸気トラップ１６自体は、いわゆるディスク式蒸気トラップと呼ばれる公知の部品である。なお、本システム１０で使用される蒸気トラップ１６として、サーモスタティック式蒸気トラップを採用してもよい。

第２凍結防止弁１８は、第１凍結防止弁１２と実質的に同一の構造のものを使用してよい。すなわち、第２凍結防止弁１８は、一端が開放し、他端が蒸気トラップ１６と連通する配管に接続された円筒形の本体１８ａと、本体１８ａ内に収容された球体１８ｂと、球体１８ｂに連結された引張コイルバネ１８ｃと、球体１８ｂが本体１８ａの外部に移動するのを防止するためのストッパ１８ｄとを有しており、引張コイルバネ１８ｃのばね力は、球体１８ｂに作用する圧力が所定値を超えると球体１８ｂが移動してストッパ１８ｄに当接し、弁を閉鎖させるように選定されている。

次に図４を参照して、凍結防止システム１０の作動について説明する。工場の操業時には、蒸気配管系に蒸気が常時供給される（図５（ａ）参照）が、夜間になり工場の操業が停止すると、蒸気配管系への蒸気の供給も停止される。すると、蒸気配管本管内の圧力が徐々に低下し、ついにはほぼ真空状態になる。一方、蒸気配管本管内の圧力が低下して所定値になると、第１凍結防止弁１２が開放状態になり（図５（ｂ）参照）が、さらに蒸気配管本管内がほぼ真空状態になると、第１凍結防止弁１２から蒸気配管本管内に空気が取り入れられる（図５（ｃ）参照）。蒸気配管本管内に取り入れられた空気は、＜３＞、＜４＞を経て蒸気トラップ１６に入り、蒸気トラップ１６のストレーナ１６ｅを介して、開放状態にある第２凍結防止弁１８から蒸気配管系のドレン（水分）とともに外部に排出される（図５（ｄ）参照）。このようにして蒸気配管本管及び蒸気トラップ１６内に残存している水分が外部に完全に排出されるので、蒸気配管本管及び蒸気トラップ１６内における凍結が回避される。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、前記実施の形態では、１基の第１凍結防止弁１２および１基のトラップ部１４を備えた凍結防止システム１０として説明されているが、第１凍結防止弁１２およびトラップ部１４の基数は１基に限定されるものではない。図５に示される蒸気配管系では、蒸気配管本管が、蒸気ボイラおよび蒸気ヘッダ（いずれも図示せず）から延び、＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞を経て一旦下り配管となり、＜５＞、＜６＞、＜７＞、＜８＞を経て上り配管に転じ、＜９＞、＜１０＞、＜１１＞を経てドレンに至っているとともに、蒸気配管本管＜２＞〜＜３＞から蒸気配管枝管Ａ、蒸気配管本管＜６＞〜＜７＞から蒸気配管枝管Ｂがそれぞれ分岐している。そして、蒸気配管本管＜２＞〜＜３＞に第１凍結防止弁１２が配置され、この第１凍結防止弁１２の下流側に、これに対応するトラップ部１４が配置されている。また、蒸気配管本管＜９＞〜＜１０＞に別の第１凍結防止弁１２が配置され、この別の第１凍結防止弁１２の下流側に、これに対応するトラップ部１４が配置されている。

図５に示される例で分かるように、蒸気配管系が複雑になる（例えば、配管の距離が長くなったり配管の上り下りが続いたりする）と、凍結防止を確実に行うために、第１凍結防止弁１２とこれに対応するトラップ部１４を複数基設けるのが好ましい。このような場合における第１凍結防止弁１２の配置箇所は、上述の第１凍結防止弁１２／トラップ部１４が１基の場合と同様に、それぞれのトラップ部１４から上流側に向かって約１０メートル以内の最も高い箇所が好ましい。

１０ 凍結防止システム
１２ 第１凍結防止弁
１２ａ 本体
１２ｂ 球体
１２ｃ 引張コイルバネ
１２ｄ ストッパ
１４ トラップ部
１６ 蒸気トラップ
１６ａ 本体
１６ｂ 弁座
１６ｃ ディスク
１６ｄ バイメタル
１６ｅ ストレーナ
１６ｆ ストレーナ・キャップ
１８ 第２凍結防止弁
１８ａ 本体
１８ｂ 球体
１８ｃ 引張コイルバネ
１８ｄ ストッパ

Claims (1)

1. 蒸気配管系の凍結防止システムであって、
   蒸気配管本管の所定箇所に配置された少なくとも１基の第１凍結防止弁と、
   前記少なくとも１基の第１凍結防止弁の下流側にそれぞれ配置されたトラップ部とを備え、
   前記第１凍結防止弁が配置される箇所が、対応する前記トラップ部から上流側に向かって１０メートル以内の最も高い箇所であり、
   前記少なくとも１基のトラップ部が、前記蒸気配管本管に直列に接続された蒸気トラップと、前記蒸気トラップのストレーナと連通するように接続された第２凍結防止弁とをそれぞれ有しており、
   前記少なくとも１基の第１凍結防止弁および第２凍結防止弁が、前記蒸気配管本管内が所定圧力以下又は所定温度以下になると開放するようにそれぞれ構成されており、
   蒸気配管系への蒸気の供給が停止されると、前記蒸気配管本管内の圧力および温度が前記所定圧力以下又は前記所定温度以下になって前記第１凍結防止弁および前記第２凍結防止弁が開放状態になり、次いで前記蒸気配管本管内がほぼ真空状態になると、前記第１凍結防止弁から前記蒸気配管本管内に取り入れられた空気が、前記蒸気配管系のドレンとともに、前記蒸気トラップを経て前記第２凍結防止弁から排出されるように構成されている
   ことを特徴とするシステム。

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