KR20210074175A - 스팀 트랩 - Google Patents

Abstract

(과제)
본 발명은, 폐쇄되기 어렵고 드레인양의 변화에 추종하기 쉬우며 장기간에 걸쳐 성능을 유지하는 스팀 트랩을 제공한다.
(해결수단)
스팀 트랩으로서, 단면이 진원이며 지름이 11㎜ 이하이고 경로의 길이가 2㎜ 이상인 오리피스 구멍이 형성된 뚜껑부와, 상기 뚜껑부와 함께 내부공간을 형성하는 벽부를 구비하는 오리피스 부재가 적어도 2개 이상 설치되어 있으며,
상기 오리피스 구멍은, 상기 뚜껑부의 일부와, 상기 뚜껑부에서 상류측에 설치된 오리피스 구멍 상류측 돌출부와, 상기 뚜껑부의 하류측에 설치된 오리피스 구멍 하류측 돌출부에 의해 형성되어 있는 스팀 트랩.

Description

스팀 트랩{STEAM TRAP}

본 발명은, 증기 사용 기기나 증기 배관계 등에서 발생하는 드레인을 배출하기 위한 스팀 트랩에 관한 것이다.

종래에, 증기 사용 기기나 증기 배관계 등에 있어서, 발생한 드레인을 자동적으로 배출하기 위해서 스팀 트랩이 사용되어 왔다.

스팀 트랩으로는, 증기와 드레인의 비중 차이를 플로트에 의해 검출해서 밸브를 개폐하는 플로트형이나, 증기와 드레인의 열역학 특성 차이를 이용한 디스크형이 사용되어 왔다. 최근에는, 부품수가 적고 비교적 간단한 구조의 오리피스형 스팀 트랩도 사용되고 있다.

예를 들면 특허문헌1에는, 소경(小徑)의 오리피스를 배치해서 드레인을 외부로 배출하는 스팀 트랩과, 스팀 트랩에 접속되는 드레인 유입관과, 드레인 유입관의 분기통로에 접속되는 이젝터 부재와, 이젝터 부재의 흡입실과 오리피스 입구측을 통하게 하는 오리피스 연통로를 구비한 스팀 트랩 장치가 개시되어 있다.

일본국 공개특허 특개평4-95694호 공보

그런데 특허문헌1에 개시된 것과 같은 종래의 오리피스형의 스팀 트랩에서는, 드레인양이 적어지면 증기누설이 서서히 증가하는 것으로 알려져 있다. 그 때문에 드레인양의 변화에 추종하기 쉬운 스팀 트랩이 요구된다.

또한 침식(侵蝕)에 의하여 오리피스 구멍이 커져버리기 때문에, 경년(經年)에 따라 초기성능보다 성능이 크게 열화된다고 하는 문제점을 가지고 있었다.

그래서, 본 발명은, 폐쇄되기 어렵고 드레인양의 변화에 추종하기 쉬우며 장기간에 걸쳐 성능을 유지하는 스팀 트랩을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스팀 트랩은, 단면이 진원(眞圓)이며 지름이 11㎜ 이하이고 경로의 길이가 2㎜ 이상인 오리피스 구멍이 형성된 뚜껑부와, 상기 뚜껑부와 함께 내부공간을 형성하는 벽부를 구비하는 오리피스 부재가 적어도 2개 이상 설치되어 있으며,

상기 오리피스 구멍은, 상기 뚜껑부의 일부와, 상기 뚜껑부에서 상류측에 설치된 오리피스 구멍 상류측 돌출부와, 상기 뚜껑부의 하류측에 설치된 오리피스 구멍 하류측 돌출부에 의해 형성되어 있다.

본 발명의 1실시형태에 의하면, 폐쇄되기 어렵고 드레인양의 변화에 추종하기 쉬우며 장기간에 걸쳐 성능을 유지하는 스팀 트랩을 제공 할 수 있다.

도1은 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩 장치 전체의 개략적인 측면도다.
도2는 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩의 개략적인 단면도다.
도3은 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩의 오리피스부의 개략적인 단면도다.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 스팀 트랩의 개략적인 단면도다.
도5는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 스팀 트랩의 오리피스부의 개략적인 사시도 및 일부 단면도다.

이하, 본 실시형태에 관한 스팀 트랩에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(전체 구성)

우선 도1를 참조함으로써, 본 실시형태에 관한 스팀 트랩을 구비하는 스팀 트랩 장치의 전체 구성을 설명한다. 도1에, 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩 장치 전체의 개략적인 측면도를 나타낸다.

도1에 나타나 있는 바와 같이 본 실시형태에 관한 스팀 트랩 장치(1)는, Y형 스트레이너(10)와, 스팀 트랩(20)을 포함해서 구성되어 있다.

Y형 스트레이너(10)는, 드레인 유입구(11)와, 드레인 유출구(12)와, 분기구(13)와, 드레인 유입구(11) 및 분기구(13)에 그 양단부가 접속된 통형 필터(14)를 구비한다.

통형 필터(14)는, 원통 형상을 가지며, 그 측면에는 다수의 소공(小孔)을 가지는 필터가 부착되어 있다. 또한 Y형 스트레이너(10)의 분기구(13)에는, 볼 밸브 등의 개폐밸브(15)가 접속되어 있다. 이 개폐밸브(15)는 통상은 폐쇄되어 있다.

드레인은, 드레인 유입구(11)로부터 통형 필터(14) 내부로 유입되어, 필터의 소공을 지나 Y형 스트레이너(10) 내의 중공부로 나온다. 이 때, 드레인에 포함되어 있는 철분, 녹 등의 이물질은 필터에 의해 포착(捕捉)된다. 이렇게 하여 이물질이 제거된 드레인은 Y형 스트레이너(10)의 중공부에서 유출구(13)를 거쳐서 배출된다.

또한 유입되는 드레인의 압력이 높은 경우, 드레인은, 드레인 유입구(11)를 거쳐 통형 필터(14)에 접촉해서 분말상태가 되며, 드레인에 포함되어 있는 일부의 이물질(주로 스케일이나 녹)은, 필터를 뚫고 나가서 드레인과 함께 Y형 스트레이너(10)의 중공부로 나온다.

도1에 나타내는 예에서는, Y형 스트레이너(10)의 드레인 유입구(11)에는, 상류배관을 접속시키기 위한 너트 부착 소켓이 부착되어 있다.

마찬가지로, 드레인 유출구(12)에도, 오리피스형의 스팀 트랩(20)을 접속시키기 위한 너트 부착 소켓이 부착되어 있다.

그러나 드레인 유입구(11)와 상류배관의 접속 및/또는 드레인 유출구(12)와 스팀 트랩(20)의 접속은, 사용하는 증기의 압력 범위에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면 최고 사용 압력이 1.6MPa(Class 300) 이하인 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 너트 및 볼트의 비틀어 넣기를 이용한 접속형식을 채용하는 것이 바람직하다.

한편, 예를 들어 최고 사용 압력이 1.6MPa(Class 300)를 넘을 경우, 드레인 유입구(11)와 상류배관의 접속 및/또는 드레인 유출구(12)와 스팀 트랩의 접속은, LAP 플랜지를 사용해서 접속시키는 것이 바람직하다. LAP 플랜지를 사용한 접속에 대해서는, 도4를 참조해서 후술한다.

(실시예1의 스팀 트랩의 구성)

다음으로 도2를 참조하여 본 실시형태에 관한 스팀 트랩의 구성예에 대해서 설명한다. 도2에, 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩의 개략적인 단면도를 나타낸다.

도2에 나타내는 스팀 트랩(20a)은, 특히, 최고 사용 압력이 1.6MPa(Class 300) 이하인 경우에 바람직하게 사용할 수 있는 스팀 트랩이며, 상기에서 설명한 바와 같이, 너트 및 볼트의 비틀어 넣기를 이용한 접속형식으로 드레인 유출구(12)와 스팀 트랩(20a)이 접속된다.

도2에 나타내는 스팀 트랩(20a)은, 스팀 트랩 기능을 구비하는 오리피스부(30)가, 케이싱(50)에 수용된 구성을 구비한다. 오리피스부(30)의 상세한 구조에 대해서는, 도3를 참조해서 후술한다.

케이싱(50)은, 금속 등에 의해 대략 원통 형상으로 형성되는 것으로, 상류측의 선단(51) 및 하류측의 후단(52)은 개구하고 있다.

선단(51)의 원형의 개구의 내경은, 보통 오리피스 부(30)의 외경보다도 작고 좁게 되어 있다. 또한 후단(52)의 원형의 개구의 내경은, 보통 오리피스 부(30)의 외경보다도 크게 되어 있다. 그리고 케이싱(50)의 내면의 후단(52)측에는 나사홈이 형성되어 있다.

다음으로 도3를 참조하여 도2의 스팀 트랩(20a)의 오리피스부(30)에 배치되는 오리피스 부재의 상세구성에 대해서 설명한다. 도3에, 본 발명의 1실시형태에 관한 스팀 트랩의 오리피스부의 개략적인 단면도를 나타낸다.

오리피스 부재(40)는, 벽부(31) 및 뚜껑부(32)(및 인접하는 오리피스 부재(40)의 뚜껑부(32))에 의해 내부공간(35)을 형성하는 구조를 구비한다. 그리고 뚜껑부(32)에는, 이 내부공간(35)으로 통하게 하는 오리피스 구멍(34)을 형성하는 오리피스 구멍 형성부(33)가 설치되어 있다.

더 구체적으로는, 오리피스 구멍 형성부(33)는, 뚜껑부(32)의 일부와, 뚜껑부(32)로부터 드레인 유입의 상류측에 설치된 오리피스 구멍 상류측 돌출부(33a)와, 뚜껑부(32)로부터 드레인 유입의 하류측, 즉 내부공간(35)측에 설치된 오리피스 구멍 하류측 돌출부(33b)로 구성된다.

오리피스 구멍 형성부(33)에 의하여 형성되는 오리피스 구멍(34)은, 단면이 진원(眞圓)이며, 그 지름(D1)은 11㎜ 이하로 하고 그 경로의 길이(L1)는 2㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 경로의 길이(L1)는 5㎜ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다(통상, 오리피스 부재(40)의 폭(D2)은 15㎜ 정도다).

증기(기체)의 유속은, 드레인(액체)의 몇십배 빠르기 때문에, 그 증기(기체)의 유속을 오리피스 구멍(34) 안에서 발생하는 모세관 현상에 의한 드레인(액체)에 의해 감속됨으로써, 다음 내부공간에 있어서의 감압효과가 커지게 된다. 즉, 오리피스 구멍(34)을 나간 드레인은 다음 내부공간에서 단열 팽창하여 압력이 저하되고, 드레인의 일부는 다시 증기로 변한다. 그 때문에 한층 더 오리피스 부재를 지나기 어려워진다(모세관 현상).

또한 드레인은, 오리피스 구멍의 안에서 표면 장력 작용에 기인하는 모세관 현상을 일으키며 흐르지만, 흐르는 속도가 느린 드레인이 단면을 폐쇄하며 흐르기 때문에, 몇백배로 팽창한 증기의 통과속도도 느려진다. 따라서 누설 증기량은 중량으로서는 극히 미량이 된다(드레인 밀봉 효과).

본 실시형태에 관한 스팀 트랩(20a)에서는, 모세관 현상을 이용하여 액체 드레인에 의해 오리피스 구멍(34)을 폐쇄시켜 드레인 유속의 밀봉 효과를 증기누설방지에 활용하고 있다.

오리피스 구멍(34)의 지름(D1)이 11㎜을 넘을 경우, 액체 드레인에 의한 오리피스 구멍의 폐쇄효과가 감소하여 드레인과 증기의 2층 유체가 되기 때문에, 누설량이 증기의 유속과 함께 늘어나 버린다.

또한 경로의 길이(L1)가 2㎜ 미만인 경우, 유로 길이가 너무 짧아서, 상기한 모세관 현상에 의한 드레인 유속의 밀봉 효과가 발동하지 않는 경우가 있다.

또한 본 실시형태에 관한 오리피스 구멍 형성부(33)는, 뚜껑부(32)로부터 드레인 유입의 하류측, 즉 내부공간(35)측에 설치된 오리피스 구멍 하류측 돌출부(33b)를 구비한다. 내부공간(35)의 일부가 오리피스 구멍(34)으로 되어 있기 때문에, 오리피스 부재(40)의 컴팩트화 및 경량화를 실현할 수 있다.

구체적으로는, 오리피스 구멍 하류측 돌출부(33b)의 길이는, 예를 들면 오리피스 구멍(34)의 전체 길이에 대하여 30% 이상 70% 이하로 할 수 있으며, 일례로서, 벽부(31)의 길이를 10㎜로 하고 오리피스 구멍(34)의 길이(L1)를 5㎜로 한 경우에, 오리피스 구멍 형성부(33a)의 길이는 1㎜, 오리피스 구멍 하류측 돌출부(33b)의 길이는 2㎜, 뚜껑부의 길이는 2㎜로 할 수 있다.

최상류에 위치하는 오리피스부(30)는, 보다 고온고압하에 노출되기 때문에, 오리피스 구멍 상류측 돌출부(33a)의 외주형상을 상류측으로 돌출한 절두원뿔(선단을 자른 원뿔) 형태로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 침식(侵蝕)에 의해 오리피스 구멍이 커지게 되는 것을 방지할 수 있다.

마찬가지로, 최상류의 오리피스부(30) 이외의 오리피스부(30)에 있어서도, 오리피스 구멍 상류측 돌출부(33a)의 외주형상을, 내주측이 돌출되도록 원뿔대 형상으로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 관한 스팀 트랩(20a)의 오리피스부(30)에는, 사용되는 압력에 따라 2개 이상(저압의 경우)의 오리피스 부재(40)를, 바람직하게는 4개 이상(고압의 경우)의 오리피스 부재(40)를 직렬로 배치한 구조를 구비한다.

본 실시형태에 관한 오리피스부(30)는, 지름(D1)이 11㎜ 이하이며 경로의 길이(L1)가 2㎜ 이상인 오리피스 구멍을 가지는 오리피스 부재(40)를 구비함으로써, 상기에서 설명한 드레인에 의한 기밀유지에 기인하는 증기누설방지 효과와, 입구·출구 간의 차이압력에 기인하는 일정 유속유지 효과라는 2개의 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라 1개의 오리피스 부재(40)로, 드레인 배출능력의 50%의 부하율에 있어서, 종래의 스팀 트랩의 초기성능과 거의 동등한 스팀 누설율인 4% 리크를 실현할 수 있다.

그러나 오리피스 부재(40)를 직렬로 복수 배열함에 따라, 상기 2개의 효과는 그 개수분만큼 곱해져서, 큰 부하변동에도 대응 가능하며 또한 매우 적은 스팀 누설율(거의 0% 리크)을 실현가능한 스팀 트랩을 얻을 수 있다.

그 때문에 오리피스 부재(40)의 수는, 2개 이상 바람직하게는 4개 이상이다. 단, 2개 이상의 오리피스 부재(40)에 있어서, 경로의 길이(L1) 및 지름(D1)은 일정하게 하는 것이 바람직하다.

2개 이상의 오리피스 부재(40)에 있어서, 경로의 길이(L1) 및 지름(D1)이 다른 경우, 배출능력의 불균일성이 발생하기 때문에, 각 오리피스 부재(40)의 차이압력의 비율을 동일하게 해서 일정 능력을 확보하기 위해서도, 경로의 길이(L1) 및 지름(D1)은 일정하게 하는 것이 바람직하다.

(실시예2의 스팀 트랩의 구성)

다음으로 도4를 참조하여 실시예2에 관한 스팀 트랩의 구성예에 대해서 설명한다. 도4에, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 스팀 트랩의 개략적인 단면도를 나타낸다.

도4에 나타내는 스팀 트랩(20b)은, 특히 최고사용 압력이 1.6MPa(Class 300) 이상인 경우에 바람직하게 사용할 수 있는 스팀 트랩이며, 상기설명한 바와 같이 드레인 유출구(12)와 스팀 트랩(20b)의 접속은, LAP 플랜지(190)를 사용해서 LAP 접속시키는 것이 바람직하다.

실시예2에 관한 스팀 트랩(20b)은, 선단에 스터브 엔드(Stub end)(160)가 형성된 원통 형상의 케이싱(150) 내에, 상류측에서부터 드레인 유입부(180) 및 오리피스부(130)가 형성되어 있다.

드레인 유입부(180)에는, 메시필터(170)를 설치하는 것이 바람직하다. 최고사용압력이 1.6MPa 이상인 사용환경에 있어서는, 드레인에 포함되어 있는 철분, 녹 등의 이물질의 양이 많다. 그 때문에 메시필터로 이물질을 포착하는 것이 바람직하다.

실시예2에서의 오리피스부(130)에 있어서도, 도3를 참조하여 설명한 오리피스 부재(40)를 배치할 수 있다.

또한, 오리피스 부재(40)는, 상기한 바와 같이 복수의, 예를 들면 2개∼9개 정도의 오리피스 부재(40)를 직렬로 배치하는 것이 바람직하다.

(실시예2에 관한 스팀 트랩의 오리피스 부재의 변형예)

다음으로 도5를 참조하여 실시예2에 관한 스팀 트랩(20b)의 오리피스부(130)에 배치되는 오리피스 부재의 변형예에 대해서 설명한다.

도5(a)에, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 스팀 트랩의 오리피스부의 개략적인 사시도를 나타내고, 도5(b)에 그 Vb단면도, 도5(c)에 Vc단면도를 나타낸다.

상기한 바와 같이 도3를 참조하여 설명한 오리피스 부재(40)의 오리피스 구멍(34)은, 단면이 진원이며, 그 지름(D1)은 11㎜ 이하로 하고 그 경로의 길이(L1)는 2㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

하지만 오리피스 구멍(34)의 지름(D1)이 11㎜를 넘는 액체 드레인의 배출능력이 요구될 경우라도 오리피스 구멍(34)의 지름(D1)을 11㎜ 이상으로 하는 것은, 오리피스 구멍의 폐쇄 효과가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.

그 때문에 오리피스 구멍(34)의 지름(D1)이 11㎜을 넘는 액체 드레인의 배출능력이 요구될 경우, 도5에 나타내는 바와 같이 복수의 오리피스 구멍(210)이 형성된 원기둥의 오리피스 부재(200)와, 오리피스 구멍(210)과 연통하는 내부공간(220)이 형성된 원통체의 스페이서 부재(300)를 교대로 설치하는 것이 바람직하다.

오리피스 부재(200)와 스페이서 부재(300)를 교대로 설치함으로써, 본 실시형태에 있어서도, 드레인에 의한 기밀유지에 기인하는 증기누설방지 효과와, 입구·출구 간의 차이압력에 기인하는 일정 유속유지 효과를 얻을 수 있다.

이 실시예에 있어서 오리피스 구멍(210)의 길이(L2)는, 오리피스 부재(200)의 길이와 같고, 그 길이는 5㎜ 이상인 것이 바람직하며, 예를 들면 10㎜로 할 수 있다.

또한 마찬가지로, 스페이서의 길이(L3)도 5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면 10㎜로 할 수 있다.

오리피스 구멍(210)의 길이(L2) 및 스페이서의 길이(L3)는 동일하게 하는 것이 바람직하다.

오리피스 구멍(210)의 길이(L2)와 스페이서의 길이(L3)가 다른 경우, 배출능력의 불균형이 발생하기 때문에, 각 오리피스 부재의 차이압력의 비율을 동일하게 해서 일정 능력을 확보하기 위해서도, 오리피스 구멍(210)의 길이(L2) 및 스페이서의 길이(L3)는 일정하게 하는 것이 바람직하다.

또한 오리피스 구멍(210)의 지름(D4)은, 액체 드레인에 의한 오리피스 구멍의 폐쇄 효과 때문에 11㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

오리피스부(130)에 배치되는 오리피스 부재(200) 및 스페이서 부재(300)의 수는, 적어도 2세트 이상으로 하는 것이 바람직하고, 4세트 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다.

상기한 바와 같이 드레인에 의한 기밀유지에 기인하는 증기누설방지 효과와, 입구·출구 간의 차이압력에 기인하는 일정 유속유지 효과는, 그 개수분만큼 곱해진다.

폐쇄되기 어렵고 드레인양의 변화에 추종하기 쉬우며 장기간에 걸쳐 성능을 유지하는 스팀 트랩을 얻기 위해서는, 오리피스 부재(200) 및 스페이서 부재(300)의 수는, 적어도 2세트 이상으로 하는 것이 바람직하다.

오리피스 구멍(34)의 지름(D1)이 11㎜를 넘는 액체 드레인의 배출능력이 요구될 경우에 있어서, 종래의 다량 트랩은, 내부체류 드레인양에 의한 기계적 작동 때문에 구조상 대형이 된다. 그 때문에 종래의 다량 트랩에서는, 수평 및 수직방향에서의 설치상의 제약이 발생한다.

본 실시예2에 관한 스팀 트랩(20b)은, 드레인양에 따라 본체를 소형화, 경량화할 수 있고, 차이압력에 따라 오리피스를 선정하기 때문에 설치상의 제약은 없다.

즉 설치범위가 360° 어느 각도범위에서도 가능하게 되기 때문에, 설비자체의 제약이 경감된다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하였지만 구체적인 구성은 이 실시예에 한하지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 정도의 설계적 변경은 본 발명에 포함된다.

1 : 스팀 트랩 장치
10 : Y형 스트레이너
11 : 드레인 유입구
12 : 드레인 유출구
13 : 분기구
14 : 통형 필터
15 : 개폐밸브
20 : 스팀 트랩
30 : 오리피스부
31 : 벽부
32 : 뚜껑부
33 : 오리피스 구멍 형성부
33a : 오리피스 구멍 상류측 돌출부
33b : 오리피스 구멍 하류측 돌출부
34 : 오리피스 구멍
35 : 내부공간
40 : 오리피스 부재
50 : 케이싱
130 : 오리피스부
150 : 케이싱
160 : 스터브 엔드
170 : 메시필터
180 : 드레인 유입부
190 : LAP 플랜지
200 : 오리피스 부재
210 : 오리피스 구멍
220 : 내부공간
300 : 스페이서 부재

Claims (3)

1. 스팀 트랩으로서,
   단면이 진원(眞圓)이며 지름이 11㎜ 이하이고 경로의 길이가 2㎜ 이상인 오리피스 구멍이 형성된 뚜껑부와,
   상기 뚜껑부와 함께 내부공간을 형성하는 벽부를
   구비하는 오리피스 부재가 적어도 2개 이상 설치되어 있고,
   상기 오리피스 구멍은, 상기 뚜껑부의 일부와, 상기 뚜껑부에서 상류측에 설치된 오리피스 구멍 상류측 돌출부와, 상기 뚜껑부의 하류측에 설치된 오리피스 구멍 하류측 돌출부에 의해 형성되어 있는
   스팀 트랩.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 오리피스 구멍 상류측 돌출부의 외주형상은, 내주측이 돌출된 원뿔대 형상을 가지는
   스팀 트랩.
   
3. 스팀 트랩으로서,
   단면이 진원이며 지름이 11㎜ 이하이고 경로의 길이가 3㎜ 이상인 오리피스 구멍이 복수 형성된 원기둥의 오리피스 부재와, 상기 오리피스 구멍과 연통하는 내부공간이 형성된 원통체의 스페이서 부재가 교대로 4개 이상 설치되어 있는
   스팀 트랩.

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