JP6681510B1 - スチームトラップ - Google Patents

Abstract

【課題】閉塞しにくくドレン量の変化に追従しやすく、長期に亘り性能を維持するスチームトラップを提供する。【解決手段】 スチームトラップであって、断面が真円であり、径が１１ｍｍ以下であり、経路長が２ｍｍ以上のオリフィス孔が形成された蓋部と、前記蓋部とで内部空間を形成する壁部と、を有するオリフィス部材が少なくとも４つ以上設けられている、スチームトラップ。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気使用機器や蒸気配管系などで生じるドレンを排出するためのスチームトラップに関するものである。

従来、蒸気使用機器や蒸気配管系などにおいて、生じたドレンを自動的に排出するためにスチームトラップが使用されてきた。スチームトラップとしては、蒸気とドレンの比重差をフロートによって検知して弁を開閉するフロート型のものや、蒸気とドレンの熱力学特性差を利用したディスク型のものが使用されてきた。近年では、部品点数が少なく比較的に簡単な構造のものとして、オリフィス型のスチームトラップも使用されてきている。

例えば、特許文献１には、小径のオリフィスを配してドレンを外部に排出するスチームトラップと、スチームトラップに接続されるドレン流入管と、ドレン流入管の分岐通路に接続されるエゼクタ部材と、エゼクタ部材の吸込室とオリフィス入口側とを連通するオリフィス連通路と、を備えたスチームトラップ装置が開示されている。

特開平４−９５６９４号公報

ところで、特許文献１に開示されるような従来のオリフィス型のスチームトラップでは、ドレン量が少なくなると蒸気漏れが徐々に増加することがわかっている。そのため、ドレン量の変化に追従しやすいスチームストラップが望まれている。

また、エロージョンにより、オリフィス孔が大きくなってしまうため、経年により初期性能から性能が大きく劣化するという問題点を有していた。

そこで、本発明は、閉塞しにくくドレン量の変化に追従しやすく、長期に亘り性能を維持するスチームトラップを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のスチームトラップは、断面が真円であり、径が１１ｍｍ以下であり、経路長が２ｍｍ以上のオリフィス孔が形成された蓋部と、前記蓋部とで内部空間を形成する壁部と、を有するオリフィス部材が少なくとも２つ以上設けられている。

本発明の一実施形態によると、閉塞しにくくドレン量の変化に追従しやすく、長期に亘り性能を維持するスチームトラップを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスチームトラップ装置全体の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係るスチームトラップの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るスチームトラップのオリフィス部の概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係るスチームトラップの概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係るスチームトラップのオリフィス部の概略斜視図及び一部断面図である。

以下、本実施形態に係るスチームトラップについて図面を参照して説明する。

（全体構成）
まず、図１を参照することにより、本実施形態に係るスチームトラップを備えるスチームトラップ装置の全体構成を説明する。図１に、本発明の一実施形態に係るスチームトラップ装置全体の概略側面図を示す。

図１に示すように、本実施形態に係るスチームトラップ装置１は、Ｙ形ストレーナ１０と、スチームトラップ２０と、を含んで構成されている。

Ｙ形ストレーナ１０は、ドレン流入口１１と、ドレン流出口１２と、分岐口１３と、ドレン流入口１１及び分岐口１３にその両端部が接続された筒形フィルタ１４と、を有する。

筒形フィルタ１４は、円筒形状を有し、その側面には多数の小孔を有するフィルタが張られている。また、Ｙ形ストレーナ１０の分岐口１３には、ボール弁などの開閉弁１５が接続されている。この開閉弁１５は、常時は閉鎖されている。

ドレンは、ドレン流入口１１から筒形フィルタ１４内部に流れ込み、フィルタの小孔からＹ形ストレーナ１０内の中空部に出る。この際、ドレンに含まれている鉄粉、錆などの異物はフィルタによって捕捉される。このようにして異物を除去されたドレンはＹ形ストレーナ１０の中空部から流出口１３を経て排出される。

また、流入するドレンの圧力が高い場合、ドレンは、ドレン流入口１１を経て筒形フィルタ１４に接触して粉状になり、ドレンに含まれている一部の異物（主にスケールや錆）は、フィルタを突き抜けてドレンと一緒にＹ形ストレーナ１０の中空部に出る。

図１に示す例では、Ｙ形ストレーナ１０のドレン流入口１１には、上流配管を接続するための雌ネジ付きソケットが取り付けられている。同様に、ドレン流出口１２にも、オリフィス形のスチームトラップ２０を接続するための雌ネジ付きソケットが取り付けられている。しかしながら、ドレン流入口１１と上流配管との接続、及び／又は、ドレン流出口１２とスチームトラップ２０との接続は、使用する蒸気の圧力域に応じて変更され得る。例えば、最高使用圧力が１．６ＭＰａ（クラス３００）以下の場合、上記の説明したように、雌ネジ及び雄根ネジのねじ込みを利用した接続形式を採用することが好ましい。一方、例えば、最高使用圧力が１．６ＭＰａ（クラス３００）を超える場合、ドレン流入口１１と上流配管との接続、及び／又は、ドレン流出口１２とスチームトラップとの接続は、ＬＡＰフランジを用いて接続することが好ましい。ＬＡＰフランジを用いた接続については、図４を参照して後述する。

（実施例１のスチームトラップの構成）
次に、図２を参照して、本実施形態に係るスチームトラップの構成例について説明する。図２に、本発明の一実施形態に係るスチームトラップの概略断面図を示す。

図２に示すスチームトラップ２０ａは、特に、最高使用圧力が１．６ＭＰａ（クラス３００）以下の場合に好ましく使用することができるスチームトラップであり、上記説明したように、雌ネジ及び雄根ネジのねじ込みを利用した接続形式で、ドレン流出口１２とスチームトラップ２０ａとが接続される。

図２に示すスチームトラップ２０ａは、スチームトラップ機能を有するオリフィス部３０が、ケーシング５０に収容された構成を有する。オリフィス部３０の詳細な構造については、図３を参照して後述する。

ケーシング５０は、金属等によって略円筒形状に形成されるものであり、上流側の先端５１及び下流側の後端５２は開口している。

先端５１の円形の開口の内径は、通常、オリフィス部材３０の外径よりも小さく絞られている。また、後端５２の円形の開口の内径は、通常、オリフィス部材３０の外径よりも大きくされている。そして、ケーシング５０の内面の後端５２寄りには、ネジ溝が螺刻されている。

次に、図３を参照して、図２のスチームトラップ２０ａのオリフィス部３０に配置されるオリフィス部材の詳細構成について、図３を参照して説明する。図３に、本発明の一実施形態に係るスチームトラップのオリフィス部の概略断面図を示す。

オリフィス部材４０は、壁部３１及び蓋部３２（及び隣接するオリフィス部材４０の蓋部３２）によって内部空間３５を形成する構造を有する。そして、蓋部３２には、この内部空間３５に連通するオリフィス孔３４を形成するオリフィス孔形成部３３が設けられている。より具体的には、オリフィス孔形成部３３は、蓋部３２の一部と、蓋部３２からドレン流入の上流側に設けられたオリフィス孔上流側突出部３３ａと、蓋部３２からドレン流入の下流側、即ち、内部空間３５側に設けられたオリフィス孔下流側突出部３３ｂと、によって構成される。

オリフィス孔形成部３３によって形成されるオリフィス孔３４は、断面が真円であり、その径Ｄ１は１１ｍｍ以下とし、その経路長Ｌ１は２ｍｍ以上とすることが好ましく、経路長Ｌ１は５ｍｍ以上とすることが特に好ましい（通常、オリフィス部材４０の幅Ｄ２は１５ｍｍ程度である）。蒸気（気体）の流速は、ドレン（液体）の数十倍速いため、その蒸気（気体）の流速をオリフィス孔３４内に発生する毛細管現象によるドレン（液体）によって減速させることで、次の内部空間における減圧効果が大きくなる。すなわち、オリフィス孔３４を出たドレンは次の内部空間で断熱膨張して圧力が低下し、ドレンの一部は再び蒸気に変わる。そのため、いっそうオリフィス部材を通りにくくなる（毛細管現象）。さらに、オリフィス孔の中でドレンが表面張力作用に起因する毛細管現象を生じて流れるが、流れる速度の遅いドレンが断面を閉塞して流れるため、数百倍に膨張した蒸気の通過速度も遅くなる。したがって、漏洩蒸気量は重量としてはきわめて微量になる（ドレンシール効果）。本実施形態に係るスチームトラップ２０ａでは、毛細管現象を利用して、液体ドレンによってオリフィス孔３４を閉塞させ、ドレン流速のシール効果を蒸気漏洩防止に活用している。オリフィス孔３４の径Ｄ１が１１ｍｍを超える場合、液体ドレンによるオリフィス孔の閉塞効果が減少して、ドレンと蒸気の２層流体となるため、漏洩量が蒸気の流速と共に大きくなってしまう。また、経路長Ｌ１が２ｍｍ未満の場合、流路長が短路すぎるため、上記の毛細管現象によるドレン流速のシール効果が発動しない場合がある。

また、本実施形態に係るオリフィス孔形成部３３は、蓋部３２からドレン流入の下流側、即ち、内部空間３５側に設けられたオリフィス孔下流側突出部３３ｂを有する。内部空間３５の一部をオリフィス孔３４としているため、オリフィス部材４０のコンパクト化及び軽量化を実現することができる。

具体的には、オリフィス孔下流側突出部３３ｂの長さは、例えば、オリフィス孔３４の長さの全長に対して３０％以上７０％以下とすることができ、一例として、壁部３１の長さを１０ｍｍとし、オリフィス孔３４の長さＬ１を５ｍｍとした場合に、オリフィス孔形成部３３ａの長さは１ｍｍ、オリフィス孔下流側突出部３３ｂの長さは２ｍｍ、蓋部の長さは２ｍｍとすることができる。

最上流に位置するオリフィス部３０は、より高温高圧下に晒されるため、オリフィス孔上流側突出部３３ａの外周形状を、上流側に突出した切頭円錐（先端を切り落とした円錐）とすることが好ましい。これにより、エロージョンによってオリフィス孔が大きくなることを防止することができる。同様に、最上流のオリフィス部３０以外のオリフィス部３０においても、オリフィス孔上流側突出部３３ａの外周形状を、内周側が突出するように円錐台形状とすることが好ましい。

本実施形態に係るスチームトラップ２０ａのオリフィス部３０には、使用される圧力に応じて２つ以上（低圧の場合）のオリフィス部材４０を、好ましくは４つ以上（高圧の場合）のオリフィス部材４０を直列に配置された構造を有する。本実施形態に係るオリフィス部３０は、径Ｄ１が１１ｍｍ以下であり、経路長Ｌ１が２ｍｍ以上のオリフィス孔を有するオリフィス部材４０を有することにより、上記説明した、ドレンによる気密保持に起因する蒸気漏洩防止効果と、入口・出口間の差圧に起因する一定流速保持効果と、の２つの効果を奏する。これにより、１つのオリフィス部材４０で、ドレン排出能力の５０％の負荷率において、従来のスチームトラップの初期性能とほぼ同等のスチーム漏洩率である４％リークを実現可能である。しかしながら、オリフィス部材４０を直列に複数並べることにより、上記２つの効果はその個数分だけ掛け算されていき、大きな負荷変動にも対応可能かつ非常に少ないスチーム漏洩率（ほぼ０％リーク）を実現可能なスチームトラップを得ることができる。そのため、オリフィス部材４０の数は、２つ以上、好ましくは４つ以上である。但し、２つ以上のオリフィス部材４０において、経路長さＬ１及び径Ｄ１は一定とすることが好ましい。２つ以上のオリフィス部材４０において、経路長さＬ１及び径Ｄ１が異なる場合、排出能力のバラつきが発生するため、各オリフィス部材４０の差圧の割合を同じにして一定能力を確保するためにも、経路長さＬ１及び径Ｄ１は一定とすることが好ましい。

（実施例２のスチームトラップの構成）
次に、図４を参照して、実施例２に係るスチームトラップの構成例について説明する。図４に、本発明の他の実施形態に係るスチームトラップの概略断面図を示す。

図４に示すスチームトラップ２０ｂは、特に、最高使用圧力が１．６ＭＰａ（クラス３００）以上の場合に好ましく使用することができるスチームトラップであり、上記説明したようにドレン流出口１２とスチームトラップ２０ｂとの接続は、ＬＡＰフランジ１９０を用いてＬＡＰ接続することが好ましい。

実施例２に係るスチームトラップ２０ｂは、先端にスタブエンド１６０が形成された円筒形状のケーシング１５０内に、上流側からドレン流入部１８０及びオリフィス部１３０が形成されている。

ドレン流入部１８０には、メッシュフィルタ１７０を設けることが好ましい。最高使用圧力が１．６ＭＰａ以上の使用環境においては、ドレンに含まれている鉄粉、錆などの異物の量が多い。そのため、メッシュフィルタによって異物を捕捉することが好ましい。

実施例２におけるオリフィス部１３０においても、図３を参照して説明したオリフィス部材４０を配置することができる。なお、オリフィス部材４０は、上述したように、複数の、例えば２つ〜９つ程度のオリフィス部材４０を直列に配置することが好ましい。

（実施例２のスチームトラップのオリフィス部材の変形例）
次に、図５を参照して、実施例２に係るスチームトラップ２０ｂのオリフィス部１３０に配置されるオリフィス部材の変形例について説明する。図５（ａ）に、本発明の他の実施形態に係るスチームトラップのオリフィス部の概略斜視図を示し、図５（ｂ）にそのＶｂ断面図、図５（ｃ）にＶｃ断面図を示す。

上述したように、図３を参照して説明したオリフィス部材４０のオリフィス孔３４は、断面が真円であり、その径Ｄ１は１１ｍｍ以下とし、その経路長Ｌ１は２ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、オリフィス孔３４の径Ｄ１が１１ｍｍを超える液体ドレンの排出能力が求められる場合であっても、オリフィス孔３４の径Ｄ１を１１ｍｍ以上とすることは、オリフィス孔の閉塞効果が減少するため好ましくない。そのため、オリフィス孔３４の径Ｄ１が１１ｍｍを超える液体ドレンの排出能力が求められる場合、図５に示すように、複数のオリフィス孔２１０が設けられた円柱体のオリフィス部材２００と、オリフィス孔２１０と連通する内部空間２２０が設けられた円筒体のスペーサ部材３００と、を交互に設けることが好ましい。オリフィス部材２００とスペーサ部材３００とを交互に設けることにより、本実施形態においても、ドレンによる気密保持に起因する蒸気漏洩防止効果と、入口・出口間の差圧に起因する一定流速保持効果と、得ることができる。

この実施例においては、オリフィス孔２１０の長さＬ２は、オリフィス部材２００の長さと同じであり、その長さは５ｍｍ以上とすることが好ましく、例えば１０ｍｍとすることができる。

また、同様に、スペーサの長さＬ３も、５ｍｍ以上とすることが好ましく、例えば１０ｍｍとすることができる。

オリフィス孔２１０の長さＬ２及びスペーサの長さＬ３は同一とすることが好ましい。オリフィス孔２１０の長さＬ２とスペーサの長さＬ３とが異なる場合、排出能力のバラつきが発生するため、各オリフィス部材の差圧の割合を同じにして一定能力を確保するためにも、オリフィス孔２１０の長さＬ２及びスペーサの長さＬ３は一定とすることが好ましい。

さらに、オリフィス孔２１０の径Ｄ４は、液体ドレンによるオリフィス孔の閉塞効果のために１１ｍｍ以下とすることが好ましい。

オリフィス部１３０に配置するオリフィス部材２００及びスペーサ３００の数は、少なくとも２セット以上とすることが好ましく、４セット以上とすることが特に好ましい。上述したように、ドレンによる気密保持に起因する蒸気漏洩防止効果と、入口・出口間の差圧に起因する一定流速保持効果とは、その個数分だけ掛け算されていく。閉塞しにくくドレン量の変化に追従しやすく、長期に亘り性能を維持するスチームトラップを得るためには、オリフィス部材２００及びスペーサ３００の数は、少なくとも２セット以上とすることが好ましい。

オリフィス孔３４の径Ｄ１が１１ｍｍを超える液体ドレンの排出能力が求められる場合における、従来の多量トラップでは、内部滞留ドレン量による機械的作動の為、構造上大型になる。そのため、従来の多量トラップでは、水平及び垂直方向の設置上の制約が発生する。本実施例２に係るスチームトラップ２０ｂは、ドレン量により本体を小型化、軽量化することができ、差圧によりオリフィスを選定する為に設置制約はない。即ち、設置範囲が３６０度どの角度範囲でも可能となるため、設備自体の制約が軽減される。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

１ スチームトラップ装置
１０ Ｙ形ストレーナ
１１ ドレン流入口
１２ ドレン流出口
１３ 分岐口
１４ 筒形フィルタ
１５ 開閉弁
２０ スチームトラップ
３０ オリフィス部
３１ 壁部
３２ 蓋部
３３ オリフィス孔形成部
３３ａ オリフィス孔上流側突出部
３３ｂ オリフィス孔下流側突出部
３４ オリフィス孔
３５ 内部空間
４０ オリフィス部材
５０ ケーシング
１３０ オリフィス部
１５０ ケーシング
１６０ スタブエンド
１７０ メッシュフィルタ
１８０ ドレン流入部
１９０ ＬＡＰフランジ
２００ オリフィス部材
２１０ オリフィス孔
２２０ 内部空間
３００ スペーサ部材

Claims (3)

1. スチームトラップであって、
   断面が真円であり、径が１１ｍｍ以下であり、経路長が２ｍｍ以上のオリフィス孔が形成された蓋部と、前記蓋部とで内部空間を形成する壁部と、を有するオリフィス部材が少なくとも２つ以上設けられており、
   前記オリフィス孔は、前記蓋部の一部と、前記蓋部から上流側に設けられたオリフィス孔上流側突出部と、前記蓋部の下流側に設けられたオリフィス孔下流側突出部とによって形成されている、
   スチームトラップ。
2. 前記オリフィス孔上流側突出部の外周形状は、内周側が突出する円錐台形状を有する、
   請求項１に記載のスチームトラップ。
3. スチームトラップであって、
   断面が真円であり、径が１１ｍｍ以下であり、経路長が３ｍｍ以上のオリフィス孔が複数形成された円柱体のオリフィス部材と、前記オリフィス孔と連通する内部空間が設けられた円筒体のスペーサ部材と、が交互に４つ以上設けられている、
   スチームトラップ。