JP7099931B2 - 排気機構を有するスチームトラップ - Google Patents

Description

本願に係る排気機構を有するスチームトラップは、空気障害等を解消するための排気機構を有するスチームトラップの技術に関する。

産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気等を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。そして、この配管内で蒸気が液化しドレン（蒸気の凝縮水）が発生した場合、蒸気等の移送の障害になるため、適宜、ドレンを配管外に排出する必要がある。

このため、配管系統の随所にスチームトラップが設けられている。フロート式スチームトラップは弁室内に中空のフロートを内蔵しており、スチームトラップの弁室に流入したドレンの滞留に従ってこのフロートが浮上し、弁室の下部に設けられたドレン排出口を開放することによって自動的にドレンを配管外に排出するようになっている。ドレン排出後はフロートが下降してドレン排出口を閉塞するため、蒸気漏れは生じない。

ところで、蒸気移送の初期段階や蒸気移送中の作動状況によっては、配管内に不凝縮ガス（例えば空気）が介在することがある。そして、スチームトラップの弁室内に空気が侵入した場合、密閉状態の弁室へのドレンの流入が阻止され、フロートが浮上しない結果、ドレンを排出することができなくなるというエアバインディング（空気障害）が発生する。

このようなエアバインディングを解消するため、弁室上部に排気路を設け、ここからエアーを排気するスチームトラップがある。この排気路には排気弁が取り付けられており、必要に応じて開弁することによって排気を行う。

このような排気機構を有するスチームトラップとして、後記特許文献1に開示された技術がある。この特許文献1に開示されたフロート式スチームトラップは、第２図に示されているように復水溜り室5の上部に位置するように、本体1に排気孔30を形成して排気弁機構29を設け、ここからドレンの排出路である出口11（第１図）に向けて空気を排気する。

特開昭53-18819号公報

しかし、前述の特許文献１に開示された技術においては、排気孔30を形成した排気弁座31にはガスケット32が取り付けられており、弁棒35を支持しているプラグ33にはガスケット34が取り付けられている。そして、これらのガスケット32、34には常時、復水溜り室5内の蒸気等の圧力による負荷が加わっている。このため、ガスケット32、34の劣化が発生し得る。

そこで本願に係る排気機構を有するスチームトラップは、これらの問題を解決するため、ガスケット等のシール部材の劣化を抑えることができる排気機構を有するスチームトラップの提供を課題とする。

本願に係る排気機構を有するスチームトラップは、
弁室空間を備えた本体であって、弁室空間に流体を流入させる流入経路、及び弁室空間に流入した流体を流出させる流出経路を備えた本体、
弁室空間と流出経路とを連通させる気体排出経路であって、弁室空間に侵入した気体を流出経路に向けて排出する気体排出経路、
気体排出経路に働きかける気体排出弁手段であって、弁室空間と流出経路との連通を閉塞する閉弁状態、及び弁室空間と流出経路との連通を開放する開弁状態とに変位する気体排出弁手段、
気体排出弁手段に対して設けられており、弁室空間の気密性を保持するためのシール手段、
を備えた排気機構を有するスチームトラップにおいて、
前記シール手段は、閉弁状態にある気体排出弁手段によって、気体排出経路から遮断される個所に配置されている、
ことを特徴とする。

本願に係る排気機構を有するスチームトラップにおいては、シール手段は、閉弁状態にある気体排出弁手段によって、気体排出経路から遮断される個所に配置されている。このため、気体排出弁手段が閉弁状態にあるとき、シール手段は、弁室空間から気体排出経路を通じて加えられる流体の圧力を受けない。したがって、シール手段の劣化を抑えることができる。

本願に係る排気機構を有するスチームトラップの第1の実施形態を示すスチームトラップ1の断面図である。 図1に示すエアバルブ4近傍の拡大断面図である。

［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係る排気機構を有するスチームトラップの下記の要素に対応している。
球体弁2・・・弁体
球体弁2及びエアバルブ4・・・気体排出弁手段
グランドパッキン6・・・シール手段
屈曲点20・・・屈曲基点
排気路21（第一排気路21a及び第二排気路21b）・・・気体排出経路
ボディー30及びカバー40・・本体
流入口31及び流入路33・・・流入経路
排出口32及び排出路34・・・流出経路
弁室37・・・弁室空間
図１に示す閉弁時・・・閉弁状態
図２に示す開弁時・・・開弁状態
ドレン・・・流体
空気・・・気体

［第１の実施形態］
本願に係る排気機構を有するスチームトラップの第１の実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。この配管内で蒸気が液化するとドレン（蒸気の凝縮水）が発生し、ドレンが過度に滞留すると蒸気移送の障害となる。このような事態を回避するために、配管には随所に多数のスチームトラップが設けられている。

（スチームトラップ1の全体構成の説明）
図１は本実施形態におけるスチームトラップ1の断面図である。スチームトラップ1は、フロート式スチームトラップであり、ボディー30及びカバー40を備えている。カバー40は、弁室37の気密性を保持するため、ガスケット43、44を介して取り付けられており、固定ボルト42によってボディー30に固定されている。

配管の主管（図示せず）には支管81が連通して設けられており、この支管81にボディー30に設けられた流入口31が接続される。そして、流入路33を通じて、弁室37に蒸気やドレンが矢印101方向に流入する。流入路33にはゴミやスケール等の異物を捕捉するためのスクリーン39が設けられている。なお、蒸気や空気は弁室37上部の補助流入路35からも流入する。

弁室37の下方にはオリフィス体65が取り付けられている。このオリフィス体65にはドレンを排出するためのオリフィス66が形成されており、オリフィス66は排出路34から排出口32に接続された排出管82に通じている。なお、通常時（閉弁時）においては、図1に示すようにオリフィス66はフロート60によって塞がれており、蒸気漏れが生じないようになっている。フロート60は中空の球状体として構成されている。

弁室37に高温・高圧の蒸気と共にドレンが流入し、滞留したドレン水量が一定レベルに達した場合、フロート60はこれにともなって浮上しオリフィス66を開放して開弁する。これによってドレンは、配管内の高圧に基づく勢いに従い、オリフィス66から排出路34を通して矢印102方向に抜け、排出管82に排出される。

ところで、蒸気移送の初期段階や蒸気移送中の作動状況によっては、配管内に空気が介在することがある。スチームトラップ1の弁室37に空気が侵入した場合、弁室37へのドレンの流入が空気圧によって阻止され、フロート60が浮上しない結果、ドレンを排出することができなくなるというエアバインディングが発生する。

このようなエアバインディングを解消するため、弁室37の上部におけるカバー40には、円筒状の第一排気路21a及び第二排気路21bが形成されている。第一排気路21aと二排気路21bとは、屈曲点20（図２）を境に直角に屈曲して配置されているが、互いに連通しており、一体となって排気路21を構成する。

さらに、カバー40には円筒状のバルブ空間4Sが形成されており、このバルブ空間4Sは排気路21に連通している。また、バルブ空間4Sの中心軸は、屈曲する第一排気路21a及び第二排気路21bによって形成される直角に対し、45度の角度に位置するラインL1（図２）に沿って配置されている。

そして、バルブ空間4Sには、球体弁2が挿入されており、さらにネジ部9を介して、エアバルブ4のバルブバー5が螺入されている。バルブバー5の先端面は中央に凹みを有しており、この凹みに球体弁2が当接する。通常時においては、図１に示すように、エアバルブ4が限界まで締め込まれており、バルブバー5の先端面が球体弁2を押圧して第一排気路21a及び第二排気路21bを閉塞している。このとき、球体弁2が完全に第一排気路21a及び第二排気路21bを閉塞するように、球体弁2の大きさが設定されている。

バルブ空間4Sには固定部4aが嵌め込まれて固定されている。そして、バルブ空間4Sには、ガスケット11を介在させて、外側からパッキン押え7が螺入されている。このパッキン押え7は、グランドパッキン6を収納している。パッキン押え7及びグランドパッキン6の中心穴にはエアバルブ4のバルブバー5が貫通した状態で配置される。なお、グランドパッキン6の介在によって、弁室37の気密性が保持される。

本実施形態で用いるグランドパッキン6は、断面が略正方形の編組紐に、潤滑剤による処理を施して形成されており、これを輪形状に接続して構成されている。グランドパッキン6は、４つが重畳的に配列して用いられている。パッキン押え7をバルブ空間4Sに対して締め込むことによって、グランドパッキン6はパッキン押え7と固定部4aとの間で圧縮され、バルブバー5に向けて大きな面圧が生じる。これによって、グランドパッキン6は、矢印111又は矢印112に摺動するバルブバー5に対して高いシール性を保持する。

なお、通常時においては、球体弁2が第一排気路21a及び第二排気路21bを閉塞しているため、蒸気圧や空気圧が排気路21を通じてバルブ空間4Sに加わることはなく、グランドパッキン6が圧迫されることはない。このため、グランドパッキン6の劣化を抑えることができる。

（排気動作の説明）
次に、本実施形態におけるスチームトラップ1の排気動作を説明する。たとえば、蒸気移送の初期段階においては、スチームトラップ1の弁室37に空気が存在しているため、空気抜きを行う必要がある。

この場合、工具等を用いてエアバルブ4を回転操作して緩める。これによって、エアバルブ4のバルブバー5は矢印112方向に移動し、球体弁2に対する加圧が解除される。そして、配管系統の蒸気移送に従って、弁室37の圧力が高まることによって、球体弁2は図１に示す状態から矢印112方向に向けて加圧され、図２に示すように第一排気路21a及び第二排気路21bを開弁する。この開弁によって、弁室37内の空気は排気路21を通じて排出路34に排気される。

弁室37の空気を排気した後は、工具等を用いてエアバルブ4を回転操作して限界まで締め込み、バルブバー5を矢印111方向に移動させて、再び球体弁2を排気路21の屈曲点20に侵入させる。これによって、球体弁2は、図１に示す第一排気路21a及び第二排気路21bを閉塞した通常時（閉弁時）の状態に復帰し、蒸気漏れが防止される。前述のように、バルブ空間4Sの中心軸がラインL1方向に配置されていることによって、球体弁2も45度のラインL1に沿って屈曲点20に侵入する。

以上のように、本実施形態においては、球体弁2が排気路21の屈曲点20に侵入することによって閉弁を行っている。ここで、排気路21を流れる空気や蒸気の流速は、排気路21が直角に屈曲している屈曲点20において低滅する。このため、流速の低滅する屈曲点20に球体弁2を侵入させて閉弁することによって、より確実に空気や蒸気を遮ることができ、グランドパッキン6への圧迫を回避することができる。

また、本実施形態においては、屈曲する第一排気路21a及び第二排気路21bが形成する直角に対して、45度の角度に位置するラインL1（図２）に沿って球体弁2を侵入させている。これは、スチームトラップ1の設置状況によっては、第二排気路21bに、排出路34から空気や蒸気等が逆流することがあるが、球体弁2が45度の角度で屈曲点20に侵入することによって、第一排気路21aからの蒸気や空気の圧力と、第二排気路21bに逆流が生じた場合の蒸気や空気の圧力のいずれに対しても、均等に閉塞作用を生じさせることができ、より確実な閉弁を行うことができるからである。

［その他の実施形態］
前述の実施形態においては、フロート式スチームトラップに本願に係る排気機構を有するスチームトラップを適用した例を掲げたが、他の種類のスチームトラップに適用することもできる。

また、前述の実施形態においては、第一排気路21aと第二排気路21bとが、屈曲点20において直角を形成するよう屈曲した例を掲げたが、直角とは異なる角度をもって屈曲するようにしてもよい。

さらに、角を形成する屈曲ではなくカーブを描いて屈曲する構成を採用することもできる。この場合、カーブを描いて連通する第一排気路21aと第二排気路21bの配置ラインに対し、前述の実施形態と同様に、同じ角度になる方向に沿って球体弁2（弁体）を浸入させることもできる。

また、前述の実施形態においては、4つのグランドパッキン6を重畳的に配列した例を掲げたが、3つ以下又は5つ以上を配列することもできる。さらに、シール手段としてグランドパッキン6を例示したが、弁室37（弁室空間）の気密性を保持するものであれば、他のシール手段を採用することができる。また、球状の球体弁2を例示したが、異なる形状、作用のものを用いてもよい。

2：球体弁 4：エアバルブ 6：グランドパッキン 20：屈曲点
21：排気路 21a：第一排気路 21b：第二排気路 30：ボディー
31：流入口 33：流入路 32：排出口 34：排出路 37：弁室
40：カバー

Claims (4)

1. 弁室空間を備えた本体であって、弁室空間に流体を流入させる流入経路、及び弁室空間に流入した流体を流出させる流出経路を備えた本体、
   弁室空間と流出経路とを連通させる気体排出経路であって、弁室空間に侵入した気体を流出経路に向けて排出する気体排出経路、
   気体排出経路に働きかける気体排出弁手段であって、弁室空間と流出経路との連通を閉塞する閉弁状態、及び弁室空間と流出経路との連通を開放する開弁状態とに変位する気体排出弁手段、
   気体排出弁手段に対して設けられており、弁室空間の気密性を保持するためのシール手段、
   を備えた排気機構を有するスチームトラップにおいて、
   前記シール手段は、閉弁状態にある気体排出弁手段によって、気体排出経路から遮断される個所に配置されている、
   ことを特徴とする排気機構を有するスチームトラップ。
2. 請求項１に係る排気機構を有するスチームトラップにおいて、
   前記気体排出経路は、屈曲基点を境に屈曲しており、
   前記気体排出弁手段は、気体排出経路に働きかける弁体を備えており、当該弁体が屈曲基点に対して侵入することによって閉弁状態となり、当該弁体が屈曲基点から退避することによって開弁状態となる、
   ことを特徴とする排気機構を有するスチームトラップ。
3. 請求項２に係る排気機構を有するスチームトラップにおいて、
   前記気体排出経路は、屈曲基点を境に直角又は略直角に屈曲している、
   ことを特徴とする排気機構を有するスチームトラップ。
4. 請求項３に係る排気機構を有するスチームトラップにおいて、
   前記弁体は、前記気体排出経路が屈曲する直角又は略直角に対して、45度又は略45度の角度に沿って侵入する、
   ことを特徴とする排気機構を有するスチームトラップ。
   
   

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