JP6654100B2 - ドレントラップの診断装置およびドレントラップ - Google Patents

Description

本願は、ドレントラップの診断装置およびそれを備えたドレントラップに関する。

例えば特許文献１には、ドレントラップの動作を診断する診断装置が開示されている。ドレントラップは、流入した流体のうち蒸気等の気体を内部に閉じ込め、該流体のうちドレン等の液体を排出するものであり、気体の漏れを防止することが要求される。特許文献１に開示の診断装置は、ドレンが流れるときに発生するドレントラップの振動レベルと蒸気圧力とに基づいて、蒸気漏れが生じているか否かを判定する。

特開平８−４９９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示の診断方法では、ドレントラップからの気体漏れを正確に判定することができない場合がある。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレントラップからの気体漏れの有無を精度良く診断することにある。

本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、排出通路を流れる流体と接する熱伝導部材の熱伝導量から、該流体が有する潜熱量を把握するようにした。

具体的に、本願のドレントラップの診断装置は、流体温度センサおよび流体圧力センサと、熱伝導部材と、部材温度センサと、診断部とを備えている。上記流体温度センサはドレントラップの排出通路を流れる流体の温度を検出するものであり、上記流体圧力センサは上記流体の圧力を検出するものである。上記熱伝導部材は、一方の面が上記流体に接し、他方の面が上記ドレントラップの外部に面するものである。上記部材温度センサは、上記熱伝導部材の他方の面の温度を検出するものである。上記診断部は、上記流体温度センサの検出温度が上記流体圧力センサの検出圧力に相当する飽和温度と同じ場合で、上記部材温度センサの検出温度が所定の判定閾値を超えているときは上記ドレントラップからの気体漏れが生じていると診断するものである。

また、本願のドレントラップは、ケーシングと、弁座部材と、弁体とを備えている。上記ケーシングは、液体の貯留室および排出通路が形成されている。上記弁座部材は、弁口を有し、上記貯留室の液体が上記弁口を通じて上記排出通路に流れるものである。上記弁体は、上記貯留室に配置され、上記弁座部材の弁口を開閉するものである。そして、本願のドレントラップは、上述した診断装置を備えている。

以上のように、本願の診断装置によれば、流体温度センサの検出温度が上記流体圧力センサの検出圧力に相当する飽和温度と同じで、上記部材温度センサの検出温度が所定の判定閾値を超えているときはドレントラップからの気体漏れが生じていると診断するため、気体漏れの有無を精度良く診断することができる。

図１は、実施形態に係るドレントラップの概略構成を示す断面図である。 図２は、診断装置の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、診断装置の診断動作を示すフローチャートである。 図４は、排出通路を流れるドレンの状態を説明するためのＴ−Ｓ線図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、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。

本実施形態のドレントラップ１は、フリーフロート式のスチームトラップを構成し、例えば蒸気システムに設けられ、蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が貯留され自動的に排出されるものである。図１に示すように、ドレントラップ１は、密閉容器であるケーシング１０と、フロート１６と、弁座部材２０と、排出機構３０と、診断装置４０とを備えている。なお、本実施形態において、蒸気は本願の請求項に係る気体に相当する。

ケーシング１０は、本体部１１に蓋部１２がボルトで締結されてなり、内部に液体であるドレンの貯留室１３が形成されている。本体部１１は、ドレンの流入通路１４および排出通路１５を有している。貯留室１３の上部には、スクリーン１７が設けられている。流入通路１４は貯留室１３の上部に連通しており、流入通路１４のドレンはスクリーン１７を通過して貯留室１３に貯留される。フロート１６は、中空球形に形成され、貯留室１３に自由状態で設けられている。フロート１６は、貯留室１３のドレン水位に応じて上昇下降し、弁座部材２０に離着座する弁体を構成している。

弁座部材２０は、貯留室１３の下部に位置しており、貯留室１３の壁部に固定されている。弁座部材２０は、貯留室１３と排出通路１５とを連通させる排出路２１を有しており、貯留室１３のドレンが排出路２１を介して排出通路１５に排出される。なお、排出通路１５には排出管５１を介して逆止弁５２が接続されている。逆止弁５２は、上流側から下流側へ（図１において左側から右側へ）向かう流体の流れのみを許容する。弁座部材２０では、排出路２１の入口側端部（貯留室１３側の端部）が弁口２２となっている。弁口２２は、フロート１６が弁座部材２０に離着座することにより開閉される。

排出機構３０は、貯留室１３の上部に設けられており、貯留室１３内の低温の空気や低温のドレンを排出通路３４に排出する低温流体用の排出機構である。排出機構３０は、弁座部材３１と、温度応動部材３３とを備えている。弁座部材３１には排出通路３４に連通する排出孔３２が形成されており、その排出孔３２は温度応動部材３３によって開閉される。温度応動部材３３は、略円板状の密閉カプセルであり、図示しないが、内部に薄板ダイヤフラムと熱膨張収縮液が収容されている。排出通路３４は、蓋部１２に形成されており、連通路３５を介して上述した排出通路１５に接続されている。排出機構３０では、貯留室１３内の温度が高くなると、温度応動部材３３が膨張して排出孔３２を閉じる。貯留室１３内の温度が低くなると、温度応動部材３３は収縮して排出孔３２を開き、貯留室１３のドレンや空気が排出孔３２から排出通路３４に排出される。

上述したドレントラップ１では、貯留室１３のドレン水位が低い場合、フロート１６が弁座部材２０に着座し、弁口２２が閉じられる（図１に示す状態）。貯留室１３のドレン水位が上昇すると、フロート１６が上昇して弁座部材２０から離座し、弁口２２が開く。そうすると、貯留室１３のドレンは、弁口２２から排出通路１５に流出し、排出管５１に排出される。

〈診断装置の構成〉
図２にも示すように、診断装置４０は、温度圧力センサ４１と、温度センサ４２と、熱伝導部材４３と、診断部４５とを備えており、ドレントラップ１の動作状態を診断するものである。

温度圧力センサ４１は、排出通路１５を流れる流体（ドレン）の温度および圧力の２つのパラメータを検出するものであり、本願の請求項に係る流体温度センサおよび流体圧力センサを構成している。温度圧力センサ４１は、排出通路１５に対応するケーシング１０を貫通して設けられており、排出通路１５の流体に接している。

熱伝導部材４３は、一方の面が排出通路１５の流体に接し、他方の面がドレントラップ１の外部に面し、上記流体の熱が一方の面から他方の面に伝導するものである。具体的に、熱伝導部材４３は、水平方向（図１紙面に対し鉛直方向）に延びる円筒状に形成されており、排出通路１５を横断し、両端がドレントラップ１の外部に開口している。熱伝導部材４３は、内方面４３ａ（筒状の外周面）が上記一方の面を構成し、外方面４３ｂ（筒状の内周面）が上記他方の面を構成している。つまり、熱伝導部材４３は、内方面４３ａが流体に接し、外方面４３ｂが外気に接している。熱伝導部材４３は、ケーシング１０の本体部１１と一体に形成されており、排出通路１５を形成するケーシング１０の一部を構成している。なお、図１では上下が上下方向を示す。

温度センサ４２は、熱伝導部材４３の外方面４３ｂに取り付けられ、外方面４３ｂの温度を検出するものであり、本願の請求項に係る部材温度センサを構成している。温度センサ４２は、複数（本実施形態では６つ）設けられている。熱伝導部材４３は、熱伝導部材４３の外方面４３ｂにおいて上流側と下流側とに３つずつ設けられ、筒状の軸方向に並んで設けられている。

診断部４５は、温度圧力センサ４１の検出温度（以下、流体温度Ｔ２ともいう。）および検出圧力（以下、流体圧力Ｐ２ともいう。）と、温度センサ４２の検出温度（以下、部材温度Ｔ３ともいう。）とが各センサ４１，４２から送られる。診断部４５は、流体温度Ｔ２、流体圧力Ｐ２および部材温度Ｔ３に基づいて、ドレントラップ１の動作状態を診断するように構成されている。また、診断部４５は、６つの温度センサ４２の検出温度の平均値を算出し、その平均温度を部材温度Ｔ３として用いる。こうすることで、例えば温度センサ４２を１つだけ設けた場合に比べて、熱伝導部材４３の外方面４３ｂにおける温度ムラの影響を低減することができる。

具体的に、診断部４５は、図３に示すフローチャートに従って診断動作を行う。先ず、診断部４５は、流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度よりも低いか否かを判定する（ステップＳＴ１）。流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度よりも低い場合は「異常」と診断される。つまり、診断部４５は弁口２２が詰まっていると診断する（ステップＳＴ３）。弁口２２が異物によって詰まると、ドレンは貯留室１３から排出通路１５に全くないし殆ど流出しないため、排出通路１５内の温度（即ち、流体温度Ｔ２）は低下する。ステップＳＴ１において流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度以上であると判定されると、ステップＳＴ２へ移行する。ここで、実際、ドレントラップ１において流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度よりも高くなる（即ち、過熱状態の蒸気になる）ことはない。そのため、ステップＳＴ１において「ＮＯ」と判定された場合、流体温度Ｔ２は流体圧力Ｐ２の相当飽和温度と同じであるとして、ステップＳＴ２へ移行する。

ステップＳＴ２では、部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓ以下であるか否かが判定される。部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓ以下である場合は「正常」と診断される（ステップＳＴ５）。部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓを超えている場合は「異常」と診断される。つまり、診断部４５は貯留室１３から排出通路１５に蒸気が漏れていると診断する（ステップＳＴ４）。このように、診断部４５は、流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２に相当する飽和温度と同じ場合で、部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓを超えているときはドレントラップ１からの蒸気漏れ（気体漏れ）が生じていると診断する。

図４に示すように、通常、ドレン（図４に示すＡ１の状態、温度Ｔ１、圧力Ｐ１）は、弁口２２から排出通路１５に流出する際、減圧減温されて湿り蒸気（図４に示すＡ２の状態、温度Ｔ２、圧力Ｐ２）となる。つまり、ドレンは、弁口２２から流出する際、一部が再蒸発する。一方、蒸気（図４に示すＢ１の状態、温度Ｔ１、圧力Ｐ１）は、弁口２２から排出通路１５に流出する（漏れる）と、同様に減圧減温されて湿り蒸気（図４に示すＢ２の状態、温度Ｔ２、圧力Ｐ２）となる。このように、正常にドレンが弁口２２から流出した場合も、蒸気が弁口２２から流出した（漏れた）場合も、温度および圧力が同じ湿り蒸気となるため、流体温度Ｔ２および流体圧力Ｐ２を検出するだけでは、蒸気漏れか否かを区別することはできない。なお、圧力状態を例示すると、ドレントラップ１の一次圧力（圧力Ｐ１に相当）が１ＭＰａ、二次圧力（逆止弁５２の下流側圧力）が０．５ＭＰａの場合、流体圧力Ｐ２は０．５ＭＰａ〜１ＭＰａになる。

そこで、本実施形態では部材温度Ｔ３を加味するようにした。ドレンが弁口２２から流出した場合、蒸気の潜熱量ｈａを保有する湿り蒸気（図４に示すＡ２）となる。一方、蒸気が弁口２２から流出した場合、上記の潜熱量ｈａよりも高い蒸気の潜熱量ｈｂを有する湿り蒸気（図４に示すＢ２）となる。つまり、蒸気が流出してなる湿り蒸気は、ドレンが流出してなる湿り蒸気よりも保有する熱量が高い。そのため、蒸気が流出した（漏れた）ときの部材温度Ｔ３は、ドレンが流出したときの部材温度Ｔ３よりも高くなる。したがって、流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度と同じ場合では、部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓを超えているか否かを判定することにより、蒸気漏れが生じているか否かを正確に区別することができる。

また、診断部４５では、流体圧力Ｐ２に応じて判定閾値Ｔｓが変更される。例えば、診断部４５は、流体圧力Ｐ２に応じて設定された複数の判定閾値Ｔｓを予め記憶している。流体圧力Ｐ２が変化すると、その相当飽和温度（流体温度Ｔ２）も変化し、湿り蒸気が保有する潜熱量も変化するため、それに応じて部材温度Ｔ３も変化する。したがって、流体圧力Ｐ２に応じて判定閾値Ｔｓを変更することにより、より正確に蒸気漏れが診断される。

以上のように、上記実施形態によれば、内方面４３ａ（一方の面）が排出通路１５の流体（ドレン）に接し、外方面４３ｂ（他方の面）がドレントラップ１の外部に面する熱伝導部材４３を備えるようにしたため、熱伝導部材４３の外方面４３ｂの温度（部材温度Ｔ３）を検出することにより、排出通路１５の流体（湿り蒸気）における蒸気の潜熱量を把握することができる。

そして、上記実施形態によれば、流体温度Ｔ２が流体圧力Ｐ２の相当飽和温度と同じで、部材温度Ｔ３が所定の判定閾値Ｔｓを超えているときは蒸気漏れ（気体漏れ）が生じていると診断するようにしたため、蒸気漏れの有無を精度良く診断することができる。

また、上記実施形態によれば、判定閾値Ｔｓを流体圧力Ｐ２に応じて変更するようにしたため、蒸気漏れの有無をより精度良く診断することができる。

また、上記実施形態によれば、ドレントラップ１において排出通路１５を形成するケーシング１０の一部を熱伝導部材４３として用いるので、熱伝導部材を別途設けなくてすむ。

また、上記実施形態によれば、熱伝導部材４３を円筒状に形成し、その外周面に排出通路１５の流体が接するようにしたため、熱伝導部材４３において熱伝導を効果的に行わせることができる。排出通路１５の流体における蒸気の潜熱量をより正確に把握することができる。

なお、上記実施形態では以下のように構成するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態では、１つの温度圧力センサ４１で流体の温度および圧力を検出するようにしたが、流体の温度および圧力をそれぞれ別々のセンサで検出するようにしてもよい。

また、温度センサ４２は、１つでもよいし、上述した数量以外の複数であってもよい。

また、上記実施形態の診断動作では、流体圧力Ｐ２に相当する飽和温度をそのまま用いるようにしたが、これに代えて、流体圧力Ｐ２に相当する飽和温度に安全率（例えば、０．９）を乗算した値を上記の相当飽和温度として用いるようにしてもよい。つまり、本願に開示の技術において、流体圧力Ｐ２に相当する飽和温度とは、流体圧力Ｐ２に相当する飽和温度そのものの値でもよいし、その飽和温度そのものの値に所定の安全率を乗算した値でもよい。

また、上記実施形態では、熱伝導部材４３を水平方向に延びる筒状に形成するようにしたが、これに代えて、熱伝導部材４３を鉛直方向（図１において上下方向）に延びる筒状に形成するようにしてもよい。この場合、熱伝導部材４３の外方面４３ｂ側（筒状内部）において温められた空気が上方へ流れやすくなる。これにより、熱伝導部材４３の外方面４３ｂ側において対流が促進され、放熱効果を増大させることができる。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、ドレン（復水）と蒸気を対象流体としたが、他の液体とその蒸発気体を対象流体としてもよい。

本願に開示の技術は、ドレントラップの診断装置およびそれを備えたドレントラップについて有用である。

１ ドレントラップ
１０ ケーシング
１３ 貯留室
１５ 排出通路
１６ フロート（弁体）
２０ 弁座部材
２２ 弁口
４０ 診断装置
４１ 温度圧力センサ（流体温度センサ、流体圧力センサ）
４２ 温度センサ（部材温度センサ）
４３ 熱伝導部材
４３ａ 内方面（一方の面、外周面）
４３ｂ 外方面（他方の面、内周面）
４５ 診断部
Ｔｓ 判定閾値

Claims (5)

1. ドレントラップの排出通路を流れる流体の温度および圧力を検出する流体温度センサおよび流体圧力センサと、
   一方の面が上記流体に接し、他方の面が上記ドレントラップの外部に面する熱伝導部材と、
   上記熱伝導部材の他方の面の温度を検出する部材温度センサと、
   上記流体温度センサの検出温度が上記流体圧力センサの検出圧力に相当する飽和温度と同じ場合で、上記部材温度センサの検出温度が所定の判定閾値を超えているときは上記ドレントラップからの気体漏れが生じていると診断する診断部とを備えている
   ことを特徴とするドレントラップの診断装置。
2. 請求項１に記載のドレントラップの診断装置において、
   上記診断部は、上記流体圧力センサの検出圧力に応じて上記判定閾値を変更する
   ことを特徴とするドレントラップの診断装置。
3. 請求項１または２に記載のドレントラップの診断装置において、
   上記熱伝導部材は、上記ドレントラップにおける上記排出通路を形成するケーシングの一部である
   ことを特徴とするドレントラップの診断装置。
4. 請求項３に記載のドレントラップの診断装置において、
   上記熱伝導部材は、上記ドレントラップの排出通路を横断し、両端が上記ドレントラップの外部に開口する筒状に形成され、該筒状の外周面が上記一方の面を構成し、該筒状の内周面が上記他方の面を構成している
   ことを特徴とするドレントラップの診断装置。
5. 液体の貯留室および排出通路が形成されたケーシングと、
   弁口を有し、上記貯留室の液体が上記弁口を通じて上記排出通路に流れる弁座部材と、
   上記貯留室に配置され、上記弁座部材の弁口を開閉する弁体と、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の診断装置とを備えている
   ことを特徴とするドレントラップ。
   

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