JP7343901B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本願は、弁装置に関するものである。

弁装置として、蒸気システムに設けられ、蒸気の排出を抑制する一方、ドレンを排出するドレントラップが知られている。蒸気システムの運転開始時には、システム内に残存している低温ドレンに蒸気が混合することによって発生しうるウォーターハンマーを防止する観点から、残存している多量のドレンをドレントラップによっていち早く排出する必要がある。

例えば特許文献１に開示されているドレントラップは、貯留室に、大きさの異なる２つの排出孔と、各排出孔を開閉する２つのフロートとが設けられている。このドレントラップでは、運転開始時には孔径が大きい下側の排出孔からドレンが排出される。圧力が上昇し通常の運転状態になると、下側の排出孔はフロートによって閉じられる。下側の排出孔は、ドレンが溜まってきても、フロートは浮上せずに閉じられたままである。これは、排出孔の上下流の圧力差によって生じるフロートの閉弁力が、浮力によって生じるフロートの開弁力よりも大きくなるように、下側の排出孔の大きさが設定されているからである。一方、上側の排出孔は、フロートがドレンの貯留位に応じて浮上降下することにより開閉される。

特開２００７－２１８３３２号公報

上述したような弁装置では、運転が終了し圧力が低下しても、フロートが下側の排出孔に固着してしまい該排出孔が閉じられたままになる虞があった。そうすると、次回の運転開始時に下側の排出孔からドレンを排出することができない虞がある。

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、確実に運転開始時には開弁しその後の運転時には閉弁することが可能な弁装置を提供することにある。

本願に開示の技術は、ケーシングと、第１弁機構と、第２弁機構とを備えた弁装置である。前記ケーシングは、液体の流入口、該流入口に連通する液体の貯留室が設けられている。前記第１弁機構は、前記貯留室に設けられた第１弁座、前記貯留室に収容され、前記第１弁座の第１弁孔を開閉するフロートを有している。前記第２弁機構は、前記貯留室に設けられ、前記第１弁孔よりも孔径が大きい第２弁孔が上下方向に開口する筒状の第２弁座、上下動し前記第２弁座の上端に離着座することによって前記第２弁孔を開閉する板状の弁体を有している。そして、前記第２弁機構は、斜面と、環状のバイメタルとを有している。前記斜面は、前記第２弁座の外周に設けられ、該第２弁座の径方向外方に向かって昇り勾配となっている。前記バイメタルは、前記第２弁座と前記斜面との間に設けられ、温度変化によって径が変化するように構成されている。前記バイメタルは、温度が所定値まで低下すると、径が拡大することによって前記斜面に沿って上昇し上端が前記第２弁座よりも高くなる高位状態と、温度が所定値まで上昇すると、径が縮小することによって前記斜面に沿って下降し上端が前記第２弁座よりも低くなる低位状態とに切り換わる。そして、前記バイメタルおよび前記弁体の少なくとも一方は、前記高位状態の前記バイメタルの上端に前記弁体が接した際、前記貯留室の液体が前記バイメタルの内周側に流出可能な流出部を有している。

また、本願に開示の別の技術は、ケーシングと、第１弁機構と、第２弁機構とを備えた弁装置である。前記ケーシングは、液体の流入口、該流入口に連通する液体の貯留室が設けられている。前記第１弁機構は、前記貯留室に設けられた第１弁座、前記貯留室に収容され、前記第１弁座の第１弁孔を開閉するフロートを有している。前記第２弁機構は、前記貯留室に設けられ、前記第１弁孔よりも孔径が大きい第２弁孔が上下方向に開口する筒状の第２弁座、上下動し前記第２弁座の上端に離着座することによって前記第２弁孔を開閉する板状の弁体を有している。そして、前記第２弁機構は、斜面と、環状のバイメタルとを有している。前記斜面は、前記第２弁座の外周に設けられ、該第２弁座の径方向内方に向かって昇り勾配となっている。前記バイメタルは、前記斜面の外周に設けられ、温度変化によって径が変化するように構成されている。前記バイメタルは、温度が所定値まで低下すると、径が縮小することによって前記斜面に沿って上昇し上端が前記第２弁座よりも高くなる高位状態と、温度が所定値まで上昇すると、径が拡大することによって前記斜面に沿って下降し上端が前記第２弁座よりも低くなる低位状態とに切り換わる。そして、前記バイメタルおよび前記弁体の少なくとも一方は、前記高位状態の前記バイメタルの上端に前記弁体が接した際、前記貯留室の液体が前記バイメタルの内周側に流出可能な流出部を有している。

本願に開示の技術によれば、確実に運転開始時には開弁しその後の運転時には閉弁することができる。

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、実施形態に係る第２弁機構を拡大して示す図であり、図３のＡ－Ａ線における断面図である。 図３は、第２弁機構の要部を示す断面図である。 図４は、閉弁状態の第２弁機構を示す図２相当図である。 図５は、バイメタルと第２弁体とが接した状態の第２弁機構を示す図２相当図である。 図６は、図５のＢ－Ｂ線における断面図である。 図７は、その他の実施形態に係る第２弁機構を示す平面図である。

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、蒸気システム等に設けられ、ドレンが流入してきた場合にはドレンを流出させる一方、蒸気が流入してきた場合には蒸気の流出を阻止する。ドレントラップ１は弁装置の一例であり、ドレンは液体の一例である。

図１に示すように、ドレントラップ１は、液体を含む流体の流路が形成されたケーシング１０と、流路中に設けられ、流路を開閉する３つの弁機構３０，４０，５０とを備えている。ケーシング１０内に流入したドレンは、第１弁機構３０および第２弁機構４０を介してケーシング１０から流出する。第３弁機構５０は、基本的に、ケーシング１０内に流入した空気を排出する。ただし、第３弁機構５０は、ケーシング１０内に流入したドレンを排出する場合もある。

ケーシング１０は、中部１１と、該中部１１の上下に取り付けられる上部１２および下部１３とを有している。ケーシング１０には、ドレンの流入口２１および流出口２４と、ドレンの貯留室と、２つの排出通路２５，２６とが設けられている。貯留室は、流入口２１に連通する第１貯留室２２と、第１貯留室２２の下方に設けられ、第１貯留室２２と連通する第２貯留室２３とを有している。第１排出通路２５は、第１貯留室２２と流出口２４とを連通させ、第２排出通路２６は、第１貯留室２２と第１排出通路２５とを連通させている。

ケーシング１０では、流入口２１、２つの貯留室２２，２３、流出口２４および２つの排出通路２５，２６によって流路が形成される。具体的には、流路は、ドレンを排出するための第１流路および第２流路と、空気およびドレンを排出するための第３流路を有している。第１流路は、流入口２１、第１貯留室２２、第１排出通路２５および流出口２４によって形成される。第２流路は、流入口２１、第１貯留室２２および第２貯留室２３によって形成される。第３流路は、流入口２１、第１貯留室２２、第２排出通路２６、第１排出通路２５および流出口２４によって形成される。

第１貯留室２２は、中部１１と上部１２とに跨って形成され、第２貯留室２３は、下部１３に形成されている。第１貯留室２２と第２貯留室２３とは、中部１１の一部である仕切壁１１ａによって上下に区画されており、仕切壁１１ａに設けられた連通孔１４を通じて連通している。第２貯留室２３は、第１貯留室２２よりも貯留容積が小さい。第２貯留室２３は、第１貯留室２２とは異なり、第１排出通路２５および流出口２４には連通しておらず、第２弁機構４０を介してケーシング１０の外部（大気）に連通している。

流入口２１および流出口２４は中部１１に設けられ、流入口２１は第１貯留室２２の上部に連通している。流入口２１と流出口２４とは、水平に延びる同一の軸上に形成されている。第１排出通路２５は、中部１１に形成されており、上流端が第１貯留室２２の下部に接続され、下流端が流出口２４に接続されている。第２排出通路２６は、中部１１と上部１２とに跨って形成されており、上流端が第１貯留室２２の上部に接続され、下流端が第１排出通路２５に接続されている。なお、流入口２１および流出口２４は、蒸気システムの配管と接続される。

第１弁機構３０は、第１流路を開閉するものである。具体的に、第１弁機構３０は、第１貯留室２２から第１排出通路２５にドレンを流出させる一方、第１貯留室２２から第１排出通路２５への蒸気の流出を阻止する弁機構である。第１弁機構３０は、第１貯留室２２に設けられており、第１弁体３１および第１弁座３２を有している。

第１弁体３１は、中空球形のフロートであり、第１貯留室２２に自由状態で収容されている。第１弁座３２は、第１貯留室２２における第１排出通路２５の接続部に設けられている。第１弁座３２には、第１弁孔であるドレンの第１排出孔３３が形成されている。つまり、第１排出孔３３は、第１貯留室２２に設けられ、第１貯留室２２と第１排出通路２５とを連通させている。第１排出孔３３の上流端は、オリフィスを構成している。

第１弁機構３０では、第１貯留室２２におけるドレンの貯留位（ドレン水位）に応じて第１弁体３１が浮上降下し第１排出孔３３を開閉する。具体的に、第１貯留室２２のドレンが増加すると、第１弁体３１が浮上して第１弁座３２から離座し、第１排出孔３３が開放される。一方、第１貯留室２２のドレンが減少すると、第１弁体３１が下降して第１弁座３２に着座し、第１排出孔３３が閉鎖される。こうして、第１排出孔３３が開閉されることにより、第１流路が開閉される。

より詳しくは、蒸気システムの運転時には、第１排出孔３３の上流側の圧力は所定値（以下、運転時の圧力Ｐａとも言う）まで上昇する。即ち、第１排出孔３３の上下流において圧力差（上流側である第１貯留室２２の圧力と、下流側である第１排出通路２５の圧力との差）が生じる。一方、運転開始時（運転立ち上げ時）では、第１排出孔３３の上流側の圧力は直ぐには上昇しないため、第１排出孔３３の上流側の圧力は運転時の圧力Ｐａよりも低い圧力Ｐｂ（以下、運転開始時の圧力Ｐｂ）となる。即ち、運転開始時の第１排出孔３３における圧力差は運転時よりも小さくなる。

ここに、第１排出孔３３（または後述する第２排出孔４３）の上流側の圧力は、流入口２１、第１貯留室２２および第２貯留室２３の圧力とも言え、第１貯留室２２および第２貯留室２３内のドレンの圧力とも言える。

第１弁体３１には、運転時の圧力Ｐａおよび運転開始時の圧力Ｐｂによって閉弁方向の力（以下、閉弁力とも言う）が作用する。言い換えれば、第１排出孔３３において圧力差が生じることによって、第１弁体３１に閉弁力が作用する。第１弁機構３０では、第１貯留室２２のドレン水位が所定位における第１弁体３１の浮上力が、運転時の圧力Ｐａによる第１弁体３１の閉弁力よりも大きくなるように設定されている。そのため、第１弁機構３０では、運転時および運転開始時のいずれかに拘わらず、第１貯留室２２のドレン水位が所定位に達した場合、第１弁体３１が浮上し、開弁される。

なお、当然ながら、第１弁体３１は、運転開始時の圧力Ｐｂによる閉弁力よりも運転時の圧力Ｐａによる閉弁力が大きい。また、上述した第１弁体３１の浮上力は、第１弁体３１に作用する浮力から自重を差し引いたものである。

また、第１貯留室２２には、流入口２１との連通部にスクリーン２７が設けられている。スクリーン２７によって、流入口２１から第１貯留室２２への異物の流入が防止される。また、第１貯留室２２には、上部寄りに弁カバー２８が設けられている。弁カバー２８は、第１弁座３２の上方に設けられ、第１貯留室２２を上下に仕切っている。弁カバー２８は、第１弁体３１が浮上して弁カバー２８に接触することにより、第１弁体３１が所定の高さ以上に浮上するのを規制するものである。なお、図示しないが、弁カバー２８には流入口２１からのドレンが流通する貫通孔が設けられている。

第３弁機構５０は、第３流路を開閉するものである。具体的に、第３弁機構５０は、第１貯留室２２から第２排出通路２６に低温の空気やドレンを流出させる一方、第１貯留室２２から第２排出通路２６への蒸気の流出を阻止する弁機構である。第３弁機構５０は、第１貯留室２２の上部に設けられており、第３弁体５１および第３弁座５２を有している。

第３弁体５１は、温度変化によって変位する温度応動部材により構成されている。第３弁座５２は、第１貯留室２２における第２排出通路２６の接続部に設けられている。第３弁座５２には、弁孔である第３排出孔５３が形成されている。第３排出孔５３の上流端は、オリフィスを構成している。

第３弁機構５０では、温度変化によって第３弁体５１が変位し第３排出孔５３を開閉する。具体的に、第３弁体５１（第１貯留室２２）の温度が低くなると、第３弁体５１が収縮して第３弁座５２から離座し、第３排出孔５３が開放される。一方、第３弁体５１の温度が高くなると、第３弁体５１が膨張して第３弁座５２に着座し、第３排出孔５３が閉鎖される。こうして、第３排出孔５３が開閉されることにより、第３流路が開閉される。

第２弁機構４０は、第２流路を開閉するものである。具体的に、第２弁機構４０は、第２貯留室２３から直接、ケーシング１０外（大気）にドレンを流出させる一方、第２貯留室２３からケーシング１０外への蒸気の流出を阻止する弁機構である。

図２～図６にも示すように、第２弁機構４０は、第２貯留室２３に設けられており、第２弁体４１、第２弁座４２、バネ４４、邪魔板４５、斜面４２ｄおよびバイメタル４７を有している。

第２弁体４１は、本願の請求項に係る弁体に相当し、円板状（ディスク形）に形成されている。第２弁体４１は、軸心が上下方向に延びる状態で第２貯留室２３に収容されている。第２弁体４１は、上下動自在に設けられている。

下部１３は、上下方向に延びる略円筒状に形成され、内部が第２貯留室２３となっている。下部１３の内周面には、該内周面から径方向内方へ突出し且つ上下方向に延びるガイド部１３ａが設けられている。ガイド部１３ａは、下部１３の周方向において複数（本実施形態では、３つ）設けられている（図３参照）。第２弁体４１は、複数のガイド部１３ａの内側に設けられており、ガイド部１３ａに沿って上下動する。

第２弁座４２は、第２貯留室２３の底部に設けられている。第２弁座４２は、上下方向に延びる円筒状に形成されている。第２弁座４２には、第２弁孔であるドレンの第２排出孔４３が形成されている。つまり、第２排出孔４３は、第２弁座４２において上下方向に開口している。第２排出孔４３は、第２貯留室２３とケーシング１０外（大気）とを連通させている。

第２排出孔４３の上流端は、オリフィスを構成している。第２排出孔４３は、第１排出孔３３よりも孔径が大きい。ここに、孔径とは、各排出孔３３，４３の上流端の孔径（即ち、オリフィスの径）を意味する。

第２弁体４１は、第２弁座４２（第２排出孔４３）の上方に配置され、上下動することによって第２排出孔４３を開閉する。第２弁体４１は、第２弁座４２（第２排出孔４３）と同軸に設けられている。第２弁座４２の上端は、第２弁体４１が離着座するシート面４２ａとなっている。つまり、第２弁体４１は、上下動し第２弁座４２のシート面４２ａに離着座することによって第２排出孔４３を開閉する。

バネ４４は、第２弁体４１を開弁方向に付勢するものであり、コイルバネにより構成されている。バネ４４は、第２貯留室２３における第２弁体４１の下方に設けられ、第２弁体４１を上方へ付勢している。バネ４４は、一端が第２弁体４１の下面に接続されて第２弁体４１を支持している。より詳しくは、バネ４４の一端は、第２弁体４１の下面に形成された環状の凹部４１ａに嵌め込まれて接続されている。バネ４４の他端は、第２弁座４２の外周に嵌め込まれて接続されている。

邪魔板４５は、第１貯留室２２から連通孔１４を通じて第２貯留室２３に流下するドレンが第２弁体４１の上面に当たるのを阻止するものである。邪魔板４５は、第２貯留室２３における第２弁体４１の上方に設けられている。

邪魔板４５は、略円板状に形成され、軸心が上下方向に延びる状態で設けられている。邪魔板４５は、直径が第２弁体４１と略同じであり、第２弁体４１と同軸に設けられている。つまり、邪魔板４５は第２弁体４１の上面を覆うように設けられている。第２弁体４１は、開弁時にはバネ４４の付勢力によって邪魔板４５に押し付けられている。

邪魔板４５は、上下方向の位置が変更可能に設けられている。具体的に、邪魔板４５は、ねじ４６によって仕切壁１１ａに固定されている。仕切壁１１ａに対するねじ４６のねじ込み長さを変えることで、邪魔板４５の上下方向の位置が変更される。つまり、邪魔板４５は、開弁時の第２弁体４１の上限位置を規制する規制部材としても機能する。

斜面４２ｄは、第２弁座４２の外周に設けられ、第２弁座４２の径方向外方に向かって昇り勾配の斜面である。より詳しくは、斜面４２ｄは、第２弁座４２の外周に設けられている環状溝４２ｂに形成されている。環状溝４２ｂは、第２弁座４２と同軸の円環状に形成され、外径が第２弁体４１の外径よりも小さい。環状溝４２ｂでは、内周面４２ｆ側から外周面４２ｇ側に向かって順に、底面４２ｃ、斜面４２ｄおよび水平面４２ｅが形成されている。環状溝４２ｂの内周面４２ｆは、第２弁座４２の外周面でもある。

底面４２ｃは、内周面４２ｆと繋がっている水平な面であり、環状溝４２ｂにおいて最も低い位置に形成されている。斜面４２ｄは、底面４２ｃと繋がっており、外周面４２ｇ側へいくに従って上昇するテーパ状の面である。水平面４２ｅは、斜面４２ｄと外周面４２ｇとに繋がっている。内周面４２ｆおよび外周面４２ｇは、上下方向（即ち、鉛直方向）に延びる面である。

バイメタル４７は、円環状に形成されている。バイメタル４７は、熱膨張係数の異なる２種類の金属を貼り合わせて成る帯状のものを円環状に曲げて形成している。厳密には、バイメタル４７は、完全に閉じられた環状ではなく、周方向における一部が開口する平面視Ｃ字状に形成されている。以下、この開口している部分を開口４７ｂと言う（図６参照）。

バイメタル４７は、第２弁座４２と斜面４２ｄとの間に設けられている。つまり、バイメタル４７は環状溝４２ｂに挿入されている。バイメタル４７は、温度変化によって径が変化するように構成されている。具体的に、バイメタル４７は、第２貯留室２３の温度が所定値（後述する運転開始時の温度Ｔｂ）まで低下すると、径が拡大する一方、第２貯留室２３の温度が所定値（後述する運転時の温度Ｔａ）まで上昇すると、径が縮小するように構成されている。

バイメタル４７は、高位状態（図２および図５に示す状態）と低位状態（図４に示す状態）とに切り換わる。具体的に、バイメタル４７は、径が拡大することによって斜面４２ｄに沿って上昇し、上端が第２弁座４２（シート面４２ａ）よりも高くなる高位状態になる。また、バイメタル４７は、径が縮小することによって斜面４２ｄに沿って下降し、上端が第２弁座４２（シート面４２ａ）よりも低くなる低位状態になる。このように、バイメタル４７は、温度変化によって、径が拡大縮小すると共に上昇下降するように構成されている。

バイメタル４７は、高位状態では水平面４２ｅに位置し、低位状態では底面４２ｃに位置する。このように、バイメタル４７は、環状溝４２ｂ内において変位（径が変化）する。つまり、バイメタル４７の径は、第２弁体４１の外径以上に拡大することはなく、第２弁体４１の外径よりも小さい範囲で変化する。

さらに、バイメタル４７は、高位状態のバイメタル４７における第２弁座４２（シート面４２ａ）よりも高い部分に、内外を貫通して形成される溝４７ａを有している。この溝４７ａは、高位状態のバイメタル４７の上端に第２弁体４１が接した際（図５に示す状態）、第２貯留室２３のドレンがバイメタル４７の内周側に流出可能な流出部を構成している。

より詳しくは、溝４７ａは、バイメタル４７の上端に設けられている。溝４７ａは、周方向において互いに間隔を置いて複数設けられている（図６参照）。溝４７ａは、Ｖ字状に形成されている。なお、この溝の形状は、Ｖ字状に限らず、Ｕ字状や矩形状、半円状であってもよい。また、溝の大きさは、大小が混在していてもよい。

つまり、第２弁機構４０は、高位状態のバイメタル４７の上側開口が第２弁体４１によって閉塞された場合でも、第２貯留室２３のドレンが溝４７ａを通じて第２排出孔４３に流れるようになっている。

第２弁機構４０は、第２貯留室２３の圧力および温度に応じて第２弁体４１が上下動し第２排出孔４３を開閉するように構成されている。

具体的に、第２弁機構４０では、第２貯留室２３の圧力が所定値（運転開始時の圧力Ｐｂ）まで低下すると、バネ４４の付勢力によって第２弁体４１が上方へ移動して第２弁座４２のシート面４２ａから離座する。また、第２弁機構４０では、第２貯留室２３の圧力が所定値（運転時の圧力Ｐａ）まで上昇すると、該圧力によって第２弁体４１がバネ４４の付勢力に抗して下方へ移動して第２弁座４２のシート面４２ａに着座する。

より詳しくは、蒸気システムの運転時には、第１排出孔３３と同様、第２排出孔４３の上流側の圧力も運転時の圧力Ｐａまで上昇する。即ち、第２排出孔４３の上下流において圧力差（上流側である第２貯留室２３の圧力と下流側であるケーシング１０外の大気圧との差）が生じる。一方、運転開始時（運転立ち上げ時）においても、第１排出孔３３と同様、第２排出孔４３の上流側の圧力は運転時の圧力Ｐａよりも低い運転開始時の圧力Ｐｂとなる。即ち、運転開始時の第２排出孔４３における圧力差は運転時よりも小さくなる。

第２弁体４１には、第１弁体３１と同様、運転時の圧力Ｐａおよび運転開始時の圧力Ｐｂによって閉弁力が作用する。言い換えれば、第２排出孔４３において圧力差が生じることによって、第２弁体４１には閉弁力が作用する。なお、当然であるが、第２弁体４１は、運転開始時の圧力Ｐｂによる閉弁力よりも運転時の圧力Ｐａによる閉弁力が大きい。

バネ４４の付勢力は、運転開始時の圧力Ｐｂによる第２弁体４１の閉弁力よりも大きく設定されている。また、バネ４４の付勢力は、運転時の圧力Ｐａによる第２弁体４１の閉弁力よりも小さく設定されている。そのため、第２弁体４１は、運転開始時には、第２貯留室２３の圧力が運転開始時の圧力Ｐｂまで低下するので上方（開弁方向）へ移動し、その後の運転時には、第２貯留室２３の圧力が運転時の圧力Ｐａまで上昇するので下方（閉弁方向）へ移動する。

また、蒸気システムの運転時には、第２排出孔４３の上流側の圧力が運転時の圧力Ｐａまで上昇すると共に、第１貯留室２２および第２貯留室２３の温度が所定値（以下、運転時の温度Ｔａとも言う）まで上昇する。即ち、第２排出孔４３の上下流において圧力差（上流側である第２貯留室２３の圧力と下流側であるケーシング１０外の大気圧との差）が生じる。

一方、運転開始時（運転立ち上げ時）には、第２排出孔４３の上流側の圧力が運転時の圧力Ｐａよりも低い運転開始時の圧力Ｐｂになると共に、第１貯留室２２および第２貯留室２３の温度が運転時の温度Ｔａよりも低い温度（以下、運転開始時の温度Ｔｂとも言う）になる。即ち、運転開始時の第２排出孔４３における圧力差は運転時よりも小さくなる。

第２弁機構４０では、第２貯留室２３の温度が運転開始時の温度Ｔｂまで低下すると、バイメタル４７が上昇して高位状態となり第２弁体４１を上方（開弁方向）へ変位させる。これにより、第２弁体４１が第２弁座４２のシート面４２ａから離座する。また、第２弁機構４０では、第２貯留室２３の温度が運転時の温度Ｔａまで上昇すると、バイメタル４７が下降して低位状態となる。これにより、第２弁体４１が第２弁座４２のシート面４２ａに着座することが可能となる。こうして、第２弁体４１がシート面４２ａに離着座することにより、第２排出孔４３が開閉され、第２流路が開閉される。

〈運転開始時の動作〉
蒸気システムの運転開始時（運転立ち上げ時）における上述したドレントラップ１の動作について説明する。運転開始時は、第１排出孔３３および第２排出孔４３の上流側の圧力および温度は低い状態となっており、蒸気システムの配管等には低温低圧のドレンが残留している。つまり、第１貯留室２２および第２貯留室２３の圧力および温度が運転開始時の圧力Ｐｂおよび温度Ｔｂまで低下している。

第１弁機構３０では、第１貯留室２２のドレンが無い場合またはドレン水位が所定位よりも低い場合は、第１弁体３１が第１弁座３２に着座し、第１排出孔３３が閉鎖されている（図１参照）。第３弁機構５０では、第１貯留室２２の温度が低いため、第３弁体５１が第３弁座５２から離座し、第３排出孔５３が開放されている（図１参照）。

第２弁機構４０では、バネ４４の付勢力が運転開始時の圧力Ｐｂによる第２弁体４１の閉弁力よりも大きいため、第２弁体４１がシート面４２ａから離座し、第２排出孔４３が開放されている（図２参照）。このとき、バイメタル４７は上昇して高位状態になるところ、第２弁体４１はバネ４４によってバイメタル４７の上端よりも十分に高い位置まで上昇しているので、第２排出孔４３に向かうドレンの流通面積が十分に確保される。

こうして、運転開始時には、第２弁機構４０および第３弁機構５０が開弁しており、蒸気システムの残留ドレンがドレントラップ１に流入する。ドレントラップ１では、流入口２１から流入したドレンが、第１貯留室２２から連通孔１４を通じて第２貯留室２３に流れ、第２排出孔４３からケーシング１０外に流出する（排出される）。第２排出孔４３は第１排出孔３３よりも孔径が大きいため、多量のドレンが素早く排出される。

なお、蒸気システムの配管等に存在している空気も、残留ドレンと共にドレントラップ１に流入する。ドレントラップ１に流入した空気は、第１貯留室２２から第３弁機構５０を介して第２排出通路２６に流出し、第１排出通路２５を通って流出口２４から流出していく。

このように、ドレントラップ１は、運転開始時には、蒸気システム内に残留している低温ドレンおよび空気をいち早く排出する。

また、ドレンが第１貯留室２２から第２貯留室２３へ流下する際、ドレンが第２弁体４１の上面に当たることを邪魔板４５によって阻止することができる。そのため、ドレンが第２弁体４１の上面に当たることによって発生しうる第２弁体４１の揺れが防止される。さらに、図２に示すように、第２弁体４１は、バネ４４の付勢力によって邪魔板４５に押し付けられているため、これによっても、ドレンが当たることに起因する第２弁体４１の揺れが防止される。

〈運転時の動作〉
蒸気システムの運転時における上述したドレントラップ１の動作について説明する。運転時は、第１排出孔３３および第２排出孔４３の上流側の圧力および温度は高い状態となり、高温高圧のドレンがドレントラップ１に流入してくる。つまり、第１貯留室２２および第２貯留室２３の圧力および温度が運転時の圧力Ｐａおよび温度Ｔａまで上昇する。

第２弁機構４０では、バネ４４の付勢力が、運転時の圧力Ｐａによる第２弁体４１の閉弁力よりも小さいため、運転時の圧力Ｐａによって第２弁体４１が下方（閉弁方向）へ移動する。このとき、バイメタル４７は低位状態になりバイメタル４７の上端がシート面４２ａよりも低くなっているため、第２弁体４１はシート面４２ａに着座し、第２排出孔４３が閉鎖される（図４参照）。つまり、第２弁機構４０は閉弁する。そのため、ドレントラップ１に流入したドレンは、第１貯留室２２から第２貯留室２３に流れて貯留されていく。

第２貯留室２３のドレンが満杯になると、第１貯留室２２にドレンが溜まり始める。第１弁機構３０では、第１貯留室２２のドレン水位が所定位まで上昇すると、第１弁体３１が浮上して第１弁座３２から離座し、第１排出孔３３が開放される。つまり、第１弁機構３０は開弁する。そうすると、第１貯留室２２のドレンは、第１弁機構３０を介して第１排出通路２５に流れて流出口２４から流出していく。

また、ドレンと共にドレントラップ１に流入した空気は、第１貯留室２２の上部に滞留する。このとき、空気の温度がかなりの高温でない限り、第３弁体５１の膨張量は小さく、第３弁体５１は第３弁座５２から離座したままである。つまり、第３弁機構５０は開弁したままである。そのため、空気は、第３弁機構５０を介して第２排出通路２６に流出し、第１排出通路２５を通って流出口２４から流出していく。

また、第１弁機構３０からのドレンの流出量に対して流入口２１から第１貯留室２２へのドレンの流入量が多い場合には、第１貯留室２２においてドレンは上部まで溜まる。そうすると、第３弁体５１の温度はドレンの温度に近づくが、この場合でも、第３弁体５１の膨張量は小さく、第３弁体５１は第３弁座５２から離座したままである。そのため、ドレンは、第３弁機構５０を介して第２排出通路２６に流出し、第１排出通路２５を通って流出口２４から流出していく。

一方、流入口２１から第１貯留室２２に高温高圧の蒸気が流入した場合、第１貯留室２２のドレンは、第１弁機構３０から流出して減少していき、やがて第１弁体３１が第１弁座３２に着座する。こうして、第１弁機構３０が閉弁し、第１排出孔３３からの蒸気の流出が阻止される。また、第１貯留室２２に蒸気が流入した場合、第３弁体５１の温度が上昇する。そうすると、第３弁体５１は膨張して第３弁座５２に着座する。こうして、第３弁機構５０が閉弁し、第３排出孔５３からの蒸気の流出が阻止される。

このように、ドレントラップ１は、運転時には、流入してきた高温ドレンおよび空気を下流側へ流出させる一方、流入してきた蒸気の流出を阻止する。また、運転時では、第２弁機構４０は閉弁状態に維持され、第２貯留室２３にはドレンが満杯に溜まったままである。

蒸気システムの運転が停止すると、第１排出孔３３および第２排出孔４３の上流側の圧力および温度は次第に低下していく。そして、第２貯留室２３の圧力および温度が運転開始時の圧力Ｐｂおよび温度Ｔｂまで低下すると、第２弁体４１はバネ４４の付勢力によって上昇し第２弁座４２から離座する。なお、バイメタル４７は高位状態になる。こうして、第２弁機構４０が開弁することで、第２貯留室２３に溜まっていたドレンが第２排出孔４３からケーシング１０外に排出される。第２弁機構４０は、次回の運転開始時まで開弁状態に維持される。

〈過渡期の動作〉
上述した運転開始時から運転時へ移行する過渡期の動作について説明する。この過渡期では、第１排出孔３３および第２排出孔４３の上流側の圧力は高い状態になる一方、第１排出孔３３および第２排出孔４３の上流側の温度は低い状態のままであり、低温高圧のドレンがドレントラップ１に流入してくる。つまり、第１貯留室２２および第２貯留室２３の圧力は運転時の圧力Ｐａまで上昇し、第１貯留室２２および第２貯留室２３の温度は運転開始時の温度Ｔｂのままである。

このような過渡期が生じるのは、圧力と熱（温度）とで伝達速度が異なるためである。このような過渡期において、第２貯留室２３に流入してくる低温のドレンは、運転開始時と同様に外部に排出する必要がある。

第２弁機構４０では、バネ４４の付勢力が、運転時の圧力Ｐａによる第２弁体４１の閉弁力よりも小さいため、運転時の圧力Ｐａによって第２弁体４１が下方（閉弁方向）へ移動する。一方、バイメタル４７は、第２貯留室２３の温度が運転開始時の温度Ｔｂのままであるため、運転開始時と同様、上端がシート面４２ａよりも高い高位状態になっている。そのため、図５に示すように、第２弁体４１はバイメタル４７の上端に接した状態になる。

第２弁体４１がバイメタル４７の上端に接した状態では、第２貯留室２３と第２排出孔４３とはバイメタル４７の複数の溝４７ａを介して連通している。つまり、第２弁機構４０は、実質、開弁している。そのため、第２貯留室２３に流入してきた低温のドレンは、複数の溝４７ａを介して第２排出孔４３に流れ、ケーシング１０外に流出する（排出される）。なお、第２貯留室２３に流入してきた低温のドレンは、溝４７ａだけでなく開口４７ｂも介して第２排出孔４３に流れる。

このように、ドレントラップ１は、運転開始時から運転時へ移行する過渡期においても、第２弁機構４０が開弁しており、確実に低温ドレンを排出する。

以上のように、上記実施形態のドレントラップ１（弁装置）は、ケーシング１０と、第１弁機構３０と、第２弁機構４０とを備える。ケーシング１０は、ドレンの流入口２１、流入口２１に連通するドレンの貯留室２２，２３が設けられている。第１弁機構３０は、貯留室２２に設けられた第１弁座３２、貯留室２２に収容され、第１弁座３２の第１排出孔３３を開閉する第１弁体３１（フロート）を有する。第２弁機構４０は、貯留室２３に設けられ、第１排出孔３３よりも孔径が大きい第２排出孔４３が上下方向に開口する筒状の第２弁座４２、上下動し第２弁座４２のシート面４２ａ（上端）に離着座することによって第２排出孔４３を開閉する板状の第２弁体４１を有する。

そして、第２弁機構４０は、斜面４２ｄと、環状のバイメタル４７とをさらに有する。斜面４２ｄは、第２弁座４２の外周に設けられ、第２弁座４２の径方向外方に向かって昇り勾配となっている。バイメタル４７は、第２弁座４２と斜面４２ｄとの間に設けられ、温度変化によって径が変化するように構成されている。バイメタル４７は、温度が所定値（運転開始時の温度Ｔｂ）まで低下すると、径が拡大することによって斜面４２ｄに沿って上昇し上端が第２弁座４２よりも高くなる高位状態と、温度が所定値（運転時の温度Ｔａ）まで上昇すると、径が縮小することによって斜面４２ｄに沿って下降し上端が第２弁座４２よりも低くなる低位状態とに切り換わる。そして、バイメタル４７は、高位状態のバイメタル４７の上端に第２弁体４１が接した際、貯留室２３のドレンがバイメタル４７の内周側に流出可能な流出部（溝４７ａ）を有する。

上記の構成によれば、運転開始時には、バイメタル４７が高位状態になることによって第２弁体４１を押し上げて第２弁座４２から離座させることが可能である。その際、貯留室２３のドレンをバイメタル４７の流出部（溝４７ａ）を介して第２排出孔４３から排出可能である。また、運転時には、バイメタル４７の上端が第２弁座４２よりも低くなるため、第２弁体４１が運転時の圧力Ｐａによって第２弁座４２に着座することができる。

このように、第２弁機構４０において確実に運転開始時には開弁させ運転時には閉弁させることができる。そのため、運転開始時に、蒸気システム内に残留している多量の低温ドレンおよび空気をいち早く排出することができる。したがって、低温ドレンに蒸気が混合することによって発生しうるウォーターハンマーを未然に防止することができる。

さらに、運転開始時から運転時へ移行する過渡期においても、バイメタル４７が高位状態に維持されるため、運転開始時と同様、第２弁機構４０を開弁させることができる。そのため、過渡期においても確実に低温ドレンを排出することができる。

また、上記実施形態のドレントラップ１において、流出部は、高位状態のバイメタル４７における第２弁座４２よりも高い部分に、内外を貫通して形成される溝４７ａである。この構成によれば、簡易な構成で低温ドレンを排出することができる。

また、上記実施形態のドレントラップ１において、貯留室は、流入口２１に連通すると共に、第１弁機構３０が設けられる第１貯留室２２と、第１貯留室２２の下方に設けられ第１貯留室２２と連通すると共に、第２弁機構４０が設けられる第２貯留室２３とを有している。

上記の構成によれば、２つの弁機構３０，４０がそれぞれの貯留室２２，２３に設けられるので、例えば１つの貯留室に２つの弁機構を設ける場合と比べて、フロートである第１弁体３１を第２弁機構４０との干渉を気にすることなく貯留室に自由状態で収容することができる。

また、第２貯留室２３が第１貯留室２２の下方に設けられることにより、第２貯留室２３のドレンには第１貯留室２２のドレンの水頭が付加されるため、運転開始時において第２弁機構４０によるドレンの排出能力が高くなる。

また、上記実施形態のドレントラップ１において、第２弁機構４０は、第２弁体４１を上方へ付勢するバネ４４を有し、第２貯留室２３の圧力が所定値（運転時の圧力Ｐａ）まで上昇すると、該圧力によって第２弁体４１がバネの付勢力に抗して下方へ移動するように構成されている。

上記の構成によれば、運転開始時には、第２弁体４１をバネ４４の付勢力によって高位状態のバイメタル４７よりも高い位置に移動（上昇）させることが可能である。そのため、第２排出孔４３に向かうドレンの流通面積を十分に確保することができる。したがって、運転開始時において第２弁機構４０によるドレンの排出能力が高くなる。

また、上記実施形態のドレントラップ１において、第２弁座４２（第２排出孔４３）は第２貯留室２３の底部に設けられているので、第２貯留室２３のドレンの水頭をできるだけ稼ぐことができ、第２弁機構４０によるドレンの排出能力がより高くなる。

また、上記実施形態のドレントラップ１において、バネ４４は、一端が第２弁体４１の下面に接続されて第２弁体４１を支持している。第２弁機構４０は、第２貯留室２３における第２弁体４１の上方に設けられ、第１貯留室２２から第２貯留室２３に流下するドレンが第２弁体４１の上面に当たるのを阻止する邪魔板４５を有している。

上記の構成によれば、第２弁機構４０が開弁状態において、第１貯留室２２から流下するドレンが第２弁体４１の上面に当たることによって発生しうる第２弁体４１の揺れを防止することができる。第２弁体４１が不規則に揺れると、第２排出孔４３へ向かうドレンの流れが乱れてしまい、それによってドレンの排出効率が損なわれる虞があるが、本実施形態ではそれを防止することができる。特に、第２弁体４１は下面に接続されたバネ４４によって支持されていることから揺れの発生が顕著になる虞があるところ、それを効果的に防止することができる。

さらに、上記実施形態のドレントラップ１では、第２弁体４１がバネ４４の付勢力によって邪魔板４５に押し付けられているので、これによっても、ドレンが当たることに起因する第２弁体４１の揺れを防止することができる。

（その他の実施形態）
なお、本願に開示の技術は、上記実施形態のドレントラップ１について、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態のドレントラップ１では、斜面４２ｄは第２弁座４２の径方向外方に向かって昇り勾配のものとしたが、斜面は第２弁座４２の径方向内方に向かって昇り勾配のものとしてもよい。その場合、バイメタルは、斜面の外周に設けられる。そして、バイメタルは、温度が所定値（運転開始時の温度Ｔｂ）まで低下すると、径が縮小することによって斜面に沿って上昇し上端が第２弁座４２よりも高くなる高位状態と、温度が所定値（運転時の温度Ｔａ）まで上昇すると、径が拡大することによって斜面に沿って下降し上端が第２弁座４２よりも低くなる低位状態とに切り換わる。この形態の場合も、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、バイメタル４７は流出部として溝４７ａを有するようにしたが、バイメタル４７は流出部として孔を有するようにしてもよい。この孔は、高位状態のバイメタルにおける第２弁座４２よりも高い部分に、内外を貫通して形成される貫通孔である。この孔は、上記実施形態の溝４７ａと同様、バイメタルの周方向において互いに間隔を置いて複数設けられることが好ましい。この形態の場合も、高位状態のバイメタルの上端に第２弁体４１が接した際、第２貯留室２３のドレンは、孔を介してバイメタルの内周側に流出し第２排出孔４３から排出される。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、流出部をバイメタル４７に設けるようにしたが、第２弁体に設けるようにしてもよい。

例えば、図７に示すように、第２弁機構４０において、第２弁体４８は流出部として切除部４８ａを有している。切除部４８ａは、第２弁体４８の外縁部の一部が切除されてなる。切除部４８ａは、第２弁体４８の周方向において１つまたは複数設けられる。第２弁体４８は、第２弁座４２のシート面４２ａに着座するために必要な領域を確保するように切除部４８ａが設けられている。また、バイメタル４９は、上記実施形態と同様、平面視Ｃ字状に形成され、開口４９ａを有している。

上記の構成によれば、図７に示すように、高位状態のバイメタル４９の上端に第２弁体４８が接した際、第２貯留室と第２排出孔４３とは第２弁体４８の切除部４８ａを介して連通している。つまり、第２弁機構４０は、実質、開弁している。そのため、第２貯留室に流入してきた低温のドレンは、切除部４８ａを介してバイメタル４９の内周側に流出し第２排出孔４３から排出される。このように、第２弁体４８に流出部を設けた場合も、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、流出部をバイメタル４７のみに設けたが、バイメタルおよび第２弁体の両方に設けるようにしてもよい。つまり、本願に開示の技術は、バイメタルおよび第２弁体の少なくとも一方が流出部を有していればよい。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、第２弁機構４０においてバネ４４を省略するようにしてもよい。その場合、バイメタル４７の上昇する力（即ち、バイメタル４７の径の拡大する力）は、例えば運転開始時の圧力Ｐｂによる第２弁体４１の閉弁力よりも大きくなるように設定される。

また、上記実施形態のドレントラップ１は、蒸気の流出を阻止するスチームトラップに限らず、空気の流出を阻止するエアトラップ、またはガスの流出を阻止するガストラップ等であってもよい。

また、上記実施形態のドレントラップ１では、バネ４４を第２弁体４１の下方に設けたが、第２弁体の上方に設けるようにしてもよい。その場合、バネは、第２弁体を開弁方向（上方）に付勢する引っ張りバネとして構成される。

また、上記実施形態では、弁装置の一例としてドレントラップ１について説明したが、本願の弁装置は、例えば、蒸気の圧力を調節する減圧弁や、ドレンと空気を分離する気液分離器にも適用することができる。

本願に開示の技術は、弁装置について有用である。

１ ドレントラップ（弁装置）
１０ ケーシング
２１ 流入口
２２ 第１貯留室（貯留室）
２３ 第２貯留室（貯留室）
３０ 第１弁機構
３１ 第１弁体（フロート）
３２ 第１弁座
３３ 第１排出孔（第１弁孔）
４０ 第２弁機構
４１，４８ 第２弁体
４３ 第２排出孔（第２弁孔）
４４ バネ
４７，４９ バイメタル
４７ａ 溝（流出部）
４８ａ 切除部（流出部）

Claims (5)

1. 液体の流入口、該流入口に連通する液体の貯留室が設けられたケーシングと、
   前記貯留室に設けられた第１弁座、前記貯留室に収容され、前記第１弁座の第１弁孔を開閉するフロートを有する第１弁機構と、
   前記貯留室に設けられ、前記第１弁孔よりも孔径が大きい第２弁孔が上下方向に開口する筒状の第２弁座、上下動し前記第２弁座の上端に離着座することによって前記第２弁孔を開閉する板状の弁体を有する第２弁機構とを備え、
   前記第２弁機構は、
   前記第２弁座の外周に設けられ、該第２弁座の径方向外方に向かって昇り勾配の斜面と、
   前記第２弁座と前記斜面との間に設けられ、温度変化によって径が変化するように構成され、温度が所定値まで低下すると、径が拡大することによって前記斜面に沿って上昇し上端が前記第２弁座よりも高くなる高位状態と、温度が所定値まで上昇すると、径が縮小することによって前記斜面に沿って下降し上端が前記第２弁座よりも低くなる低位状態とに切り換わる環状のバイメタルとを有し、
   前記バイメタルおよび前記弁体の少なくとも一方は、前記高位状態の前記バイメタルの上端に前記弁体が接した際、前記貯留室の液体が前記バイメタルの内周側に流出可能な流出部を有している
   ことを特徴とする弁装置。
2. 液体の流入口、該流入口に連通する液体の貯留室が設けられたケーシングと、
   前記貯留室に設けられた第１弁座、前記貯留室に収容され、前記第１弁座の第１弁孔を開閉するフロートを有する第１弁機構と、
   前記貯留室に設けられ、前記第１弁孔よりも孔径が大きい第２弁孔が上下方向に開口する筒状の第２弁座、上下動し前記第２弁座の上端に離着座することによって前記第２弁孔を開閉する板状の弁体を有する第２弁機構とを備え、
   前記第２弁機構は、
   前記第２弁座の外周に設けられ、該第２弁座の径方向内方に向かって昇り勾配の斜面と、
   前記斜面の外周に設けられ、温度変化によって径が変化するように構成され、温度が所定値まで低下すると、径が縮小することによって前記斜面に沿って上昇し上端が前記第２弁座よりも高くなる高位状態と、温度が所定値まで上昇すると、径が拡大することによって前記斜面に沿って下降し上端が前記第２弁座よりも低くなる低位状態とに切り換わる環状のバイメタルとを有し、
   前記バイメタルおよび前記弁体の少なくとも一方は、前記高位状態の前記バイメタルの上端に前記弁体が接した際、前記貯留室の液体が前記バイメタルの内周側に流出可能な流出部を有している
   ことを特徴とする弁装置。
3. 請求項１または２に記載の弁装置において、
   前記貯留室は、
   前記流入口に連通すると共に、前記第１弁機構が設けられる第１貯留室と、
   前記第１貯留室の下方に設けられ前記第１貯留室と連通すると共に、前記第２弁機構が設けられる第２貯留室とを有している
   ことを特徴とする弁装置。
4. 請求項３に記載の弁装置において、
   前記流出部は、前記高位状態の前記バイメタルにおける前記第２弁座よりも高い部分に、内外を貫通して形成される溝または孔である
   ことを特徴とする弁装置。
5. 請求項３に記載の弁装置において、
   前記第２弁機構は、前記弁体を上方へ付勢するバネを有し、前記第２貯留室の圧力が所定値まで上昇すると、該圧力によって前記弁体が前記バネの付勢力に抗して下方へ移動するように構成されている
   ことを特徴とする弁装置。

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