JP7233721B2 - レバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、レバーの一端にフロートが設けられ、他端に弁体が設けられ、フロートの浮力により弁体の開閉を行うレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構に関するものである。

レバーフロート式蒸気トラップでは、フロートと開閉弁機構とがレバーで連結され、フロートの浮力を開弁方向の力として作用させて、弁の開閉が行われる（例えば、特許文献１）。特許文献１のような弁機構では、弁孔に着座する弁体と、弁軸が不可分一体に形成されている。このため、閉弁時に弁軸が傾いた場合、弁体が弁孔にスムーズに着座できず、閉弁不良を起こす懸念がある。このような閉弁不良が起こると、蒸気漏れにつながる恐れがある。特に、高圧環境下では、弁孔を通過する流体の速度が大きくなるので、閉弁不良により蒸気漏れが発生すると、流体による弁体および弁孔の浸食が加速される可能性がある。

特開２０１０－２４２９２３号公報

また、閉弁状態では、内部圧力により弁体が弁孔に押し付けられる力が、閉弁力として作用している。弁体と弁軸の一体設計では、閉弁時の衝撃により、弁軸に大きな負荷がかかる懸念がある。

本発明は、スムーズな閉弁動作を実現できるレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構は、フロートに連結されて支点の回りに揺動するレバーと、弁体が着座する弁座を形成する弁座部材と、前記弁体を保持して上下方向に移動自在なバルブガードと、前記バルブガードと前記レバーを連結して前記レバーの揺動により前記バルブガードを上下方向に移動させて前記弁体による開閉動作を行わせる連結部材とを備えている。前記連結部材は、前記バルブガードに傾動自在に連結されている。

この構成によれば、弁軸を構成する連結部材と弁体が別体で構成され、連結部材が、弁体を保持するバルブガードに傾動自在に連結されている。つまり、連結部材の傾きが、バルブガードの傾動により吸収され、弁体自体は鉛直方向（上下方向）にしか動作しない。これにより、弁体が傾いた状態で着座することがなくなる。したがって、スムーズな閉弁動作が実現されて、閉弁不良の発生を防ぐことができる。

本発明において、さらに、前記バルブガードを上下方向に移動自在に支持し、前記弁座部材を相対移動不能に支持するホルダを備えていてもよい。この構成によれば、簡単な構造で、閉弁動作がスムーズな開閉弁機構を実現できる。

本発明において、前記弁体に、前記バルブガードに係合して前記バルブガードに対する前記弁体の下限位置を規制するストッパが設けられていてもよい。この構成によれば、弁体が下方へ過度に移動するのを防ぐことができるので、弁体に作用する負荷が軽減される。

この場合、さらに、前記弁体の上部の外周に嵌合されたリングを備え、前記リングと前記ストッパとの間に、圧縮ばねが介挿されていてもよい。この構成によれば、着座時および着座状態で弁体が受ける負荷が、圧縮ばねにより吸収されるので、弁体および弁軸への負荷を軽減することができる。

本発明において、前記バルブガードと前記連結部材は、前記連結部材を貫通するピンにより連結されていてもよい。この構成によれば、連結部材の傾きを連結ピンの回転で吸収することができる。これにより、簡単な構造で、スムーズな閉弁動作を実現できる。

本発明のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構によれば、弁体が傾いた状態で着座することを防いで、スムーズな閉弁動作を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る開閉弁機構を備えたレバーフロート式蒸気トラップを示す縦断面図である。 同レバーフロート式蒸気トラップの要部を示す平面図である。 同レバーフロート式蒸気トラップの排水弁を拡大して示す縦断面図である。 同レバーフロート式蒸気トラップのスペーサを示す斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上流」「下流」とは、流体の流れ方向の「上流」「下流」をいう。

図１は本発明の第１実施形態に係る開閉弁機構ＶＭを備えたレバーフロート式蒸気トラップを示す構成図である。レバーフロート式蒸気トラップは、フロート１の浮力により排水弁２の開閉を行って復水（ドレン）Ｄを排水するもので、フロート１を収納するフロート室４を形成するケース６と、前端部（一端部）にフロート１が連結されたレバー８とを有している。レバー８は、前端部８ａでフロート１に連結され、支点Ｐ１の回りに揺動する。つまり、レバー８は、公知の構造により、支点Ｐ１の回りに揺動自在にケース６に支持されている。レバー８における前端部８ａと支点Ｐ１の間で、支点Ｐ１の近傍に排水弁２の弁体１０が取り付けられている。

図２に示すように、本実施形態では、レバー８は、左右一対のレバー片９，９を有している。詳細には、レバー８は、一対のレバー片９，９の前端部が連結片１１で連結された平面視でＵ字形状である。つまり、レバー８の連結片１１が、フロート１に連結される前端部８ａを構成している。

図１に示すフロート室４内のドレンＤの液位が上昇するとフロート１が上昇し、レバー８が矢印Ａ１方向に支点Ｐ１の回りに揺動する。これにより、排水弁２の弁体１０が上昇して開弁し、ドレンＤが排出される。フロート室４内のドレンＤの液位が下降するとフロート１が下降し、レバー８が矢印Ａ２方向に支点Ｐ１の回りに揺動する。これにより、排水弁２の弁体１０が下降して閉弁する。排水弁２の詳細は、後述する。

外装体を構成するケース６は、一端部（図の左端部）が開口したケース本体１２のフランジ部１４に、カバー体１６がボルトのような締結部材１８で結合されている。ケース本体１２とカバー体１６とで囲まれた領域により、前記フロート室４が形成されている。フロート室４内に、蒸気がトラップされる。ケース本体１２の上部に、フロート室４に蒸気およびドレンＤを含む１次側流体を導入する入口１００が形成されている。

カバー体１６は、ケース６の一端部（左端部）の開口部を塞ぐ形状の部材であり、カバー体１６の内部に、ドレンＤを排出するための横断面円形の流出路２０が形成されている。流出路２０の上側には、外部への排出口（図示せず）に連通する流出路下流部２０ａが接続されている。さらに、カバー体１６における流出路２０の下端部近傍に、フロート室４と流出路２０とを連通させる連通路２２が設けられている。

連通路２２は、排水弁２とカバー体１６との間に介在するスペーサ２４により形成されている。スペーサ２４は、図１の左右方向に延びる筒状の部材で、長手方向の一端側がフロート室４に開口し、他端側が流出路２０に開口している。スペーサ２４の円筒部２７における長手方向の一端部（フロート室４側）に鍔状の第１フランジ２６が形成され、長手方向の中間部に鍔状の第２フランジ２８が形成されている。第２フランジ２８に複数のボルト挿通孔２８ａが形成されており、ボルト挿通孔２８ａに挿通されたボルト３０により、スペーサ２４がカバー体１６に結合されている。

フロート室４におけるスペーサ２４の上流側（フロート室４側）には、前記排水弁２が配置されている。排水弁２は、フロート室４内に流入して溜まったドレンＤを排出する。スペーサ２４の第１フランジ２６には、排水弁２を連結するための複数の雌ねじ２６ａ（図４）が形成されている。

図３に示すように、排水弁２は、前記弁体１０と、弁体１０が着座する弁座３２を形成する弁座部材３４とを有している。弁座部材３４は、その内部に弁孔３６が形成され、弁孔３６の上端（上流端）が弁座３２に連通している。つまり、弁体１０が弁座３２に着座すると、弁孔３６が閉止されてドレンＤが流れなくなる（閉状態）。弁体１０が弁座３２から離間すると、弁孔３６が開放されてドレンＤが流れる（開状態）。

弁孔３６の下端（下流端）は、図１の連通路２２を介して流出路２０に連なっている。詳細には、排水弁２は、弁体１０を上下方向に移動自在に支持するとともに、弁座部材３４を相対移動不能に支持するホルダ３８を備えている。

ホルダ３８は、その内部の上側に上流側通路４０が形成され、内部の下側に下流側通路４２が形成されている。上流側通路４０はフロート室４に連通し、下流側通路４２は連通路２２に連通している。図３のホルダ３８の内部に、上流側通路４０と下流側通路４２を連通する弁座部材取付孔４４が形成されている。詳細には、弁座部材取付孔４４に弁座部材３４が装着されており、弁座部材３４の弁孔３６により上流側通路４０と下流側通路４２が連通している。

ホルダ３８の上部に、弁体挿通孔４６が形成されている。弁体挿通孔４６は、フロート室４と上流側通路４０とを上下方向に連通している。本実施形態では、弁体挿通孔４６は、ホルダ３８に装着されたブッシュ４５により形成されている。この筒状のブッシュ４５の中空孔（弁体挿通孔）４６を弁体１０が通過する。

図１のホルダ３８に、ねじ挿通孔（図示せず）が形成されている。スペーサ２４の第１フランジ２６の雌ねじ２６ａ（図４）に、ホルダ３８のねじ挿通孔を通してボルト２５を螺合することで、弁座３２を有するホルダ３８がスペーサ２４を介してカバー体６に取り付けられている。スペーサ２４とホルダ３８との間に、ガスケット４８が介在されている。

つぎに、弁体１０を説明する。図３に示すように、排水弁２は、さらに、バルブガード５０と、連結部材５２とを備えている。バルブガード５０は、弁体１０を保持し、弁体挿通孔４６内を上下方向に移動自在である。連結部材５２は、バルブガード５０とレバー８を連結し、レバー８の揺動によりバルブガード５０を上下方向に移動させて弁体１０による開閉動作を行わせる。つまり、弁体１０は、連結部材５２およびバルブガード５０を介してレバー８に接続されている。

連結部材５２は、第１連結ピン５４によりレバー８に連結されている。詳細には、図２に示すように、連結部材５２が左右のレバー片９，９の間に配置され、第１連結ピン５４が左右のレバー片９，９および連結部材５２を貫通している。

連結部材５２は、バルブガード５０に傾動自在に連結されている。詳細には、バルブガード５０と連結部材５２は、連結部材５２を貫通する第２連結ピン５６により連結されている。バルブガード５０の上部に、上方に開口する挿通孔５０ａが形成されており、この挿通孔５０ａに連結部材５２が上方から挿通されている。この状態で、第２連結ピン５６が、バルブガード５０と連結部材５２を貫通している。挿通孔５０ａの直径は連結部材５２の外径よりも大きく形成されており、連結部材５２が第２連結ピン５６回りを揺動自在に構成されている。一方、バルブガード５０は、弁体挿通孔４６内をほぼ上下方向に移動する。

バルブガード５０の下部に、上下方向に延びる弁体挿通孔５８が形成されている。本実施形態では、弁体挿通孔５８は段付きの貫通孔である。つまり、弁体挿通孔５８は、段部６０を挟んで上側の大径孔６２と、下側の小径孔６４とを有している。大径孔６２の周壁の上部に、環状の係止溝６２ａが形成されている。小径孔６４の下端部に、径方向内側に突出する環状の受部６６が形成されている。つまり、受部６６が、小径孔６４よりも小径に形成されている。

弁体１０は、上下方向に長い円柱形状で、その下端部１０ａが下方に向かって縮径するテーパ形状に形成されている。この下端部１０ａが、弁座３２に着座することで、弁孔３６が閉止される。弁体１０の上下方向中間部に、径方向外側に突出する鍔状のフランジ部６５が形成されている。

弁体１０の外径は、受部６６の内径よりも小さく形成されている。フランジ部６５の外径は、受部６６の内径よりも大きく、小径孔６４の直径よりも小さく形成されている。したがって、弁体１０が下降すると、フランジ部６５の下面が受部６６の上面に当接する。つまり、フランジ部６５が、バルブガード５０に対する弁体１０の下限位置を規制するストッパ６５を構成している。

弁体１０の上部の外周に、リング６８が嵌合されている。本実施形態では、リング６８は、ワッシャで構成されている。リング６８の外径は、大径孔６２の直径よりも若干小さく形成されている。リング６８の内径は、弁体１０の外径よりも若干大きく形成され、小径孔の直径よりも小さく形成されている。

大径孔６２の周壁の係止溝６２ａに、Ｃリング６９が係合されている。Ｃリング６９により、弁体１０およびリング６８が上方に抜け出るのを防いでいる。リング６８とストッパ（フランジ部）６５との間に、圧縮ばね７０が介挿されている。これにより、弁体１０に作用する力が吸収される。

フロート１が連結されたレバー８、弁座３２を形成する弁座部材３４、弁体１０を保持するバルブガード５０、レバー８とバルブガード５０を連結する連結部材５２、および圧縮ばね７０により、レバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構ＶＭが構成されている。ただし、圧縮ばね７０はなくてもよい。

つぎに、弁体１０の開動作を補助する錘７２について説明する。図１に示すように、錘７２は、レバー８における支点Ｐ１よりも後方に設けられている。錘７２は、耐食性材料が好ましく、例えば、ＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系ステンレスである。ただし、錘７２の材質はこれに限定されない。錘７２の重さは、使用圧力、例えば弁構造、サイズ等によって大きく変化し、これらを考慮して適宜設定される。

図２に示すように、錘７２は、左右一対の錘部品７４，７４を有している。左右の錘部品７４，７４は、左右のレバー片９，９の外面にそれぞれ取り付けられている。左右の錘部品７４，７４は、同一形状で同じ重さであることが好ましい。本実施形態では、各錘部品７４は、段付きの円柱形状である。具体的には、各錘部品７４は、レバー片９に当接する第１の円柱部分７６と、第１の円柱部分７６よりも大径の第２の円柱部分７８とを有している。

第２の円柱部分７８は、第１の円柱部分７６におけるレバー片９と反対側に設けられている。第１の円柱部分７６と第２の円柱部分７８とが、円錐台部分８０により連結されている。円錐台部分８０の小径側端面が第１の円柱部分７６に連接され、円錐台部分８０の大径側端面が第２の円柱部分７８に連接されている。つまり、円錐台部分８０は、第１の円柱部分７６から第２の円柱部分７８に向かって徐々に拡径するテーパ形状である。本実施形態では、第１の円柱部分７６、第２の円柱部分７８および円錐台部分８０が、不可分一体に形成されている。ただし、錘部品７４の構造、形状はこれに限定されない。

さらに、左右一対のレバー片９，９の間に、追加の錘部品８２が設けられている。本実施形態では、追加の錘部品８２は円盤形状である。ただし、追加の錘部品８２の形状はこれに限定されない。

左右の錘部品７４，７４および追加の錘部品８２は、第３連結ピン８４によりレバー８に取り付けられている。詳細には、第３連結ピン８４が、左右の錘部品７４，７４、左右のレバー片９，９および追加の錘部品８２を貫通して延びている。ただし、錘７２の支持構造は、これに限定されない。

図１のレバーフロート式蒸気トラップは、さらに、レバー８上での錘７２の移動を規制するストッパ部材８５を備えている。本実施形態では、スペーサ２４の一部が、ストッパ部材８５を構成している。詳細には、スペーサ２４の第１フランジ２６および円筒部２７が、ストッパ部材８５を構成している。

図４に示すように、第１フランジ２６および第２フランジ２８は、軸方向から見て長円形状に形成されている。詳細には、第１フランジ２６は、軸方向から見て、上面２６ｕと下面２６ｄが直線状に延びており、左右の側面２６ｓ、２６ｓが外側方へ膨らんだ曲面で形成されている。同様に、第２フランジ２８は、軸方向から見て、上面２８ｕと下面２８ｄが直線状に延びており、左右の側面２８ｓ，２８ｓが外側方へ膨らんだ曲面で形成されている。第２フランジ２８は、支持剛性を確保するために、上面２８ｕの中間部から上方に突出する追加のフランジ部２９が形成されている。

図１に示すように、本実施形態では、第１フランジ２６の上面２６ｕ、２６ｕおよび円筒部２７の上面がストッパ部材８５を構成している。詳細には、錘部品７４の第１の円柱部分７６が第１フランジ２６の上面２６ｕ、２６ｕに当接し、追加の錘部品８２の下面が円筒部２７の上面に当接する。

図２に示すように、円錐台部分８０のテーパ形状と、第１および第２フランジ２６，２８の側面２６ｓ、２８ｓの曲面形状を調整することで、錘部品７４が第１および第２フランジ２６，２８に干渉するのを避けることができるうえに、錘７２の重量を確保しつつ、目標のレバー角度で錘７２をストッパ部材８５に当てることができる。また、スペーサ２４がストッパ部材８５を兼用しているので、部品点数の増加が抑制されるうえに、構造も簡単になる。

つぎに、本実施形態のレバーフロート式蒸気トラップの作用について説明する。図１のフロート室４に、高温の蒸気を含んだ１次側流体が流入し、この１次側流体に混入したドレンＤがフロート室４内に溜まる。このドレンＤが設定水位以下である場合には、フロート１が、図１に２点鎖線で示す下限位置に保持される。このとき、排水弁２は、図３の弁孔３６が弁体１０で閉塞された閉弁状態となり、１次側流体に含まれる高温の蒸気がフロート室４内にトラップされる。

フロート室４内に溜まったドレンＤが設定水位を越えると、図１に実線で示すように、このドレンＤから浮力を受けてレバー８が支点Ｐ１周りに矢印Ａ１の方向に回動し、フロート１と一体的に上方へ移動する図３の弁体１０が弁孔３６を開放する。これにより、排水弁２が開弁状態となって、ドレンＤを含んだ流体が弁孔３６、ホルダ３８内部の下流側通路４２、図１のスペーサ２４内部の連通路２２および流出路２０を通って流出路下流部２０ａから蒸気トラップの外部へ排出される。

このとき、錘７２の自重により、レバー８に矢印Ａ３方向の力、つまり、開弁方向の力が作用する。したがって、高温高圧環境下であっても、弁体１０の開動作がスムーズになる。

フロート室４内のドレンＤが排出によって減少すると、フロート１が自重で下降し、レバー８が支点Ｐ１周りに矢印Ａ２の方向に回動して全閉状態となる。このとき、図３の連結部材５２が第２連結ピン５６回りを揺動するので、連結部材５２の傾きが吸収され、弁体１０は鉛直方向（上下方向）に動作する。これにより、弁体１０が傾いた状態で弁座３２に着座することがなくなって、スムーズな閉弁動作が実現される。また、着座時および着座状態で弁体１０が受ける負荷が圧縮ばね７０により吸収されるので、弁体１０への負荷が軽減される。

高温高圧環境下では、内部のドレンＤの密度が小さくなるので、浮力が小さくなる。また、閉弁状態で弁体１０に作用する力は、内部圧力により弁体１０を弁孔３６に押し付ける力であり、開弁するためにはそれ以上の力が必要となる。そのため、高温高圧環境下では、開弁するために大きな力が必要となる。上記構成によれば、フロート１の浮力を補助する力として、フロート１に連結されたレバー８上に、開弁方向に作用する錘７２が取り付けられている。したがって、フロート１のサイズや、支点Ｐ１からフロート１までのレバー８長さが大きくなるのを抑制しつつ、高温高圧環境下での開弁力を確保できる。また、ストッパ部材８５により、錘７２の移動が規制されているので、錘７２が過度に移動して他の部品に干渉するのを防ぐことができる。

図２に示すように、錘７２は、左右一対の錘部品７４を有していているので、錘部品７４一つの大きさが小さくなるから、錘７２の大きさ（重さ）を調整しやすい。また、レバー８が左右一対のレバー片９，９を有していているので、左右の錘部品７４をバランスよく配置しやすい。さらに、左右一対のレバー片９，９の間に、追加の錘部品８２が設けられていているので、錘７２の重さの調整が一層容易になる。

ケース６にスペーサ２４が取り付けられ、スペーサ２４にガスケット４８を介してホルダ３８が取り付けられている。このスペーサ２４が、ストッパ部材８５を構成している。これにより、簡単な構成で、錘付きのレバーフロート式蒸気トラップを実現できる。

図３に示すように、弁軸を構成する連結部材５２と弁体１０が別体で構成され、連結部材５２が、弁体１０を保持するバルブガード５０に傾動自在に連結されている。つまり、連結部材５２の傾きが、バルブガード５０に対する傾動により吸収され、弁体１０自体は鉛直方向（上下方向）にしか動作しない。これにより、弁体１０が傾いた状態で弁座３２に着座することがなくなる。したがって、スムーズな閉弁動作が実現されて、閉弁不良の発生を防ぐことができる。

また、ホルダ３８が、バルブガード５０を上下方向に移動自在に支持するとともに、弁座部材３４を相対移動不能に支持している。これにより、簡単な構造で、閉弁動作がスムーズな開閉弁機構ＶＭを実現できる。

弁体１０に、バルブガード５０に係合してバルブガード５０に対する弁体１０の下限位置を規制するストッパ６５が設けられている。これにより、弁体１０が下方へ過度に移動するのを防ぐことができるので、弁体１０に作用する負荷が軽減される。

さらに、弁体１０の上部の外周にリング６８が嵌合され、リング６８とストッパ６５との間に圧縮ばね７０が介挿されている。したがって、着座時および着座状態で弁体１０が受ける負荷が圧縮ばね７０により吸収されるので、弁体１０および連結部材５２への負荷を軽減することができる。

バルブガード５０と連結部材５２は、連結部材５２を貫通する第２連結ピン５６により連結されている。これにより、連結部材５２の傾きが第２連結ピン５６の回転で吸収することができるので、簡単な構造で、スムーズな閉弁動作を実現できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、錘７２はなくてもよい。この場合、スペーサ２４も省略され、ホルダ３８がケース６に接続される。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ フロート
８ レバー
１０ 弁体
３２ 弁座
３４ 弁座部材
３８ ホルダ
５０ バルブガード
５２ 連結部材
５６ 第２連結ピン（ピン）
６５ フランジ部（ストッパ）
６８ リング
７０ 圧縮ばね
Ｐ１ 支点
ＶＭ 開閉弁機構

Claims (5)

1. フロートに連結されて支点の回りに揺動するレバーと、
   弁体が着座する弁座を形成する弁座部材と、
   前記弁体を保持して上下方向に移動自在なバルブガードと、
   前記バルブガードと前記レバーを連結して前記レバーの揺動により前記バルブガードを上下方向に移動させて前記弁体による開閉動作を行わせる連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、前記バルブガードに傾動自在に連結されているレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構。
2. 請求項１に記載のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構において、さらに、前記バルブガードを上下方向に移動自在に支持し、前記弁座部材を相対移動不能に支持するホルダを備えたレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構。
3. 請求項１または２に記載のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構において、前記弁体に、前記バルブガードに係合して前記バルブガードに対する前記弁体の下限位置を規制するストッパが設けられているレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構。
4. 請求項３に記載のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構において、さらに、前記弁体の上部の外周に嵌合されたリングを備え、
   前記リングと前記ストッパとの間に、圧縮ばねが介挿されているレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構において、前記バルブガードと前記連結部材は、前記連結部材を貫通するピンにより連結されているレバーフロート式蒸気トラップの開閉弁機構。

Images