JPH10332081A - 熱応動式蒸気トラップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱応動式蒸気トラップの全高を小さくし、か
つ圧縮ばね体の信頼性を高めながら、蒸気飽和温度曲線
に沿った開弁特性を得られるようにする。 【解決手段】 感温駆動体７とストッパ９１との間に介
装する圧縮ばね体８として、ばね定数の異なる複数のば
ね８１〜８６を用い、これらを直列または並列に配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば蒸気配管
の下流側に設けられ、蒸気と復水が混入した流体が所定
温度以下のときに開弁して、流体を外部に排出するよう
にした熱応動式蒸気トラップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱応動式蒸気トラップ
は、ボディの内部に、弁座面をもつ弁座部材と、一端に
前記弁座面に着座する弁体を、他端にストッパを設けた
弁棒と、その外周に嵌め込まれたバイメタルコラムから
なる感温駆動体と、弁棒の外周で感温駆動体とストッパ
との間に介装された単一の圧縮ばねを備えている。

【０００３】そして、ボディ内の流体温度が所定温度以
上のとき、感温駆動体が熱膨張することにより、圧縮ば
ねを介して弁棒が閉弁方向に移動し、その弁体が弁座面
に着座する。この着座により、熱膨張を続ける感温駆動
体と弁棒のストッパの間で圧縮ばねが圧縮され、この圧
縮ばねにより弁体が弁座面に圧接されて閉弁状態が維持
され、所定温度以上の流体の外部排出を阻止する。

【０００４】以上の状態から、復水の量が増加してボデ
ィ内の流体が所定温度以下に低下したとき、感温駆動体
の熱膨張力が低下し、これに伴い圧縮ばねが伸長するこ
とにより、弁棒に対する閉弁方向への押圧力が低下す
る。これら感温駆動体が弁棒を閉弁方向に移動させよう
とする力に対し、弁棒の全体に作用するボディ内の流体
圧力などにより弁棒を開弁方向に移動させようとする力
が打ち勝ったとき、弁棒が開弁方向に移動して弁体が弁
座面から離れ、所定温度以下の流体をボディから外部に
排出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な熱応動式蒸気トラップにおいては、多量の復水の滞溜
防止および省資源の観点から、流体の圧力変化にかかわ
らず、蒸気飽和温度に近く、かつこの温度よりも一定値
だけ低い温度で開弁する特性、つまり、蒸気飽和温度曲
線に沿った開弁特性を具備させることが望ましい。しか
しながら、従来のように、感温駆動体とストッパの間に
圧縮ばねを１つだけ介装した場合、蒸気飽和温度曲線に
沿った望ましい開弁特性を得るのが難しく、往々にし
て、復水の滞溜量が増加する問題がある。

【０００６】すなわち、縦軸に温度、横軸に絶対圧力を
取った図５に示すように、蒸気飽和温度曲線Ａが圧力上
昇に伴って徐々に勾配が小さくなる曲線となるのに対
し、圧縮ばね１つの場合の開弁特性曲線Ｄは、圧縮ばね
が作用し始めるＸ１点の圧力までの開弁温度が、感温駆
動体の伸張力によって一義的に決まり、Ｘ１点の圧力を
越えた領域でも、圧縮ばねが１つであるために、開弁特
性曲線Ｄの勾配が直線的になる。したがって、開弁特性
曲線ＤはＸ１点の１か所でのみ山形に折れ曲がった直線
からなるので、開弁特性曲線Ｄを蒸気飽和温度曲線Ａに
十分沿わせることができない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、蒸気飽和温度曲
線に沿った良好な開弁特性を得て、復水の滞留量を減少
させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の特徴は、感温駆動体とストッ
パとの間に介装する圧縮ばね体として、ばね定数の異な
る複数のばねを用い、これらばねを直列に接続させてい
る。

【０００９】以上の熱応動式蒸気トラップでは、流体の
温度が所定温度以上のとき、感温駆動体が熱膨張するこ
とにより、弁棒が閉弁方向に移動し、その弁体が通路の
弁座面に着座する。この着座により、熱膨張を続ける感
温駆動体とストッパの間に介装した複数のばねがそれぞ
れ圧縮され、これらのばねにより弁体が弁座面に圧接さ
れて閉弁し、所定温度以上の流体の外部排出を阻止す
る。

【００１０】一方、流体が所定温度以下になると、感温
駆動体の熱膨張力が低下し、これに伴い各ばねが伸長し
て弁棒に対する閉弁方向への押圧力が低下する。これら
感温駆動体が弁棒を閉弁方向に移動させようとする力に
対し、弁棒や弁体に作用する流体の圧力により弁棒が開
弁方向に移動しようとする力が打ち勝ったとき、この弁
棒が開弁方向に移動し、弁体が弁座面から離間すること
により開弁して、所定温度以下の流体を外部に排出す
る。

【００１１】このとき、圧縮ばね体として、ばね定数の
異なる複数のばねを用い、これら各ばねを直列に接続さ
せているので、流体の蒸気飽和温度曲線に沿った開弁特
性が得られる。つまり、流体の温度上昇に伴う感温駆動
体の熱膨張により、まず最初に、ばね定数の小さい（弱
い）ばねが主として圧縮されるので、開弁特性曲線は図
５における勾配が大きいものとなる。このばね定数の小
さいばねの圧縮が終了すると、ばね定数の大きい方のば
ねのみの圧縮に移る。この時点、つまりばね定数変化点
以降は、ばね定数が大きいから、開弁特性曲線の勾配が
小さくなる。したがって、開弁特性曲線は前記ばね定数
変化点で折れ曲がった、上に凸な形状となるから、曲線
状の蒸気飽和温度曲線に沿わせることが可能となる。

【００１２】本発明の実施形態では、複数のばねを弁棒
の軸方向に沿って直列に配置している。また、別の実施
形態では、複数のばねを互いに異なる直径として径方向
に重合状に配置し、隣接する２つのばねの一端部と他方
の他端部を連結部材により連結している。これらの構成
によれば、所期の目的が簡単な構成で達成される。ま
た、後者によれば、直径の異なる各ばねを重合状に配置
することにより、圧縮ばね体の全体長さがより短くな
る。

【００１３】請求項４記載の発明の特徴は、感温駆動体
とストッパとの間に介装する圧縮ばね体として、複数の
ばねを並列配置したものを用い、ばね定数が小さい方の
ばねを大きい方のばねよりも早期に圧縮が始まるように
設定している。

【００１４】この並列ばね型の熱応動式蒸気トラップで
は、前記場合と同様に、流体の温度や圧力に基づき弁体
が開弁したり閉弁したりする。このとき、各ばねを並列
に配置し、かつばね定数が小さい方のばねを大きい方の
ばねよりも早期に圧縮が始まるように設定しているか
ら、まず最初に、ばね定数の小さいばねが圧縮され、つ
づいて、ばね定数の大きい方のばねの圧縮が始まる。し
たがって、やはり、開弁特性曲線は複数のばねの圧縮が
始まるばね定数変化点で折れ曲がった、上に凸な形状と
なるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線に沿わせることが
可能となる。さらに、各ばねを並列に配置して圧縮ばね
体を構成したから、請求項１記載の発明よりも圧縮ばね
体の全体長さを短くできる。

【００１５】本発明の実施形態では、圧縮ばね体とし
て、直径の異なる複数のばねを用い、これらを径方向に
重合状に配置して、ばね定数の小さい方のばねの自然長
さを大きい方のばねよりも長くしている。この構成によ
れば、簡単な構成で所期の目的が達成される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、第１の発明にかかる一実施
形態を図面に基づいて説明する。図１に示す熱応動式蒸
気トラップは、左右両側に流入口１ａと排出口１ｂをも
つボディ１と、このボディ１の上部の開口部に着脱可能
にねじ連結されたカバー２とを備えている。前記ボディ
１の内部には、その底部にねじ結合された弁座部材３
と、この弁座部材３を上下方向に貫挿し、下端側に弁体
４１を取付けた弁棒４が配置されている。

【００１７】前記弁座部材３は、その上部側に弁棒４を
ガイドするスリーブ５を圧力により固定するとともに、
内方下部側には弁体４１を収納する下部開放の弁室３０
を形成し、この弁室３０の上方入口側には、下部側が径
大で上部側が径小となるテーパ面からなる弁座面３１を
形成している。また、弁座面３１の上方側には、上流端
がボディ１内に常時開口する縦孔および横孔からなる通
路３２が設けられ、弁室３０の周壁には、弁室３０と排
出口１ｂに開口する複数の流出孔３３が形成されてい
る。

【００１８】前記弁体４１には、前記弁座面３１に当接
するテーパ状の当接部４２が形成されている。また、弁
棒４におけるスリーブ５の上部側には、後述する圧縮ば
ね体８の上部側を受けるワッシャ状のばね受け部材６を
配置している。

【００１９】さらに、前記スリーブ５の外周には、複数
のバイメタルを重合したバイメタルコラムのような感温
駆動体７を上下移動可能に嵌め込む。このバイメタルコ
ラム７は、Ｃｕのような高膨張部材７１とＮｉのような
低膨張部材７２とを重合させ、高膨張部材７１が外部側
に、低膨張部材７２が内部側に位置するように２枚一組
として重ね合わせ、この２枚一組とされた複数組を前記
スリーブ５に嵌め込んで、バイメタルコラム７の下端部
を弁座部材３の上面に支持させている。

【００２０】また、前記スリーブ５の外周囲でばね受け
部材６とバイメタルコラム７の上端部との間には、圧縮
ばね体８を介装する。

【００２１】この圧縮ばね体８としては、図２で明らか
なように、ばね定数の大きな第１コイルばね８１と、こ
れよりもばね定数の小さな第２コイルばね８２を用い
る。そして、第１コイルばね８１を下方のバイメタルコ
ラム７側に、第２コイルばね８２を上方のばね受け部材
６側に置いて直列状に配置する。また、各コイルばね８
１，８２の内部でスリーブ５との間には、筒状のストッ
パスリーブ１０を配置しており、バイメタルコラム７の
熱膨張に伴い各コイルばね８１，８２が、後述するスト
ッパ９１に当接したばね受け部材６とバイメタルコラム
７との間で圧縮されるとき、まず最初に、ばね定数の小
さな第２コイルばね８２がストッパスリーブ１０とばね
受け部材６との間で圧縮され、その後は、ばね力の大き
な第１コイルばね８１のみが作用する（圧縮される）。
このストッパスリーブ１０の長さ方向中間には、径方向
に延びるつば部１０ａを一体に形成し、このつば部１０
ａを各コイルばね８１，８２の対向端部に位置させるこ
とにより、各コイルばね８１，８２を直列状に接続させ
る。

【００２２】図３の実施形態では、前記圧縮ばね体８と
して、直径が小さくてばね定数の大きな第１コイルばね
８３と、直径が大きくてばね定数の小さな第２コイルば
ね８４を用いている。そして、前記スリーブ５の外周囲
でばね受け部材６とバイメタルコラム７の間に、第１コ
イルばね８３が内部側に、第２コイルばね８４が外部側
に位置するように重合して、圧縮ばね体８の全体高さを
低くし、熱応動式蒸気トラップの全高寸法を小さくする
ようにしている。

【００２３】各コイルばね８３，８４の間には、両者を
直列状に接続するための連結部材１１を設けている。こ
の連結部材１１は、筒体１１ａの上端部に径方向内方に
向かうつば部１１ｂを、下端部に径方向外方に向かうつ
ば部１１ｃをそれぞれ一体に形成して、前記筒体１１ａ
をコイルばね８３，８４の間に介装させた状態で、これ
らコイルばね８３，８４の上下端部を各つば部１１ｂ，
１１ｃに当接させて連結することにより、各コイルばね
８３，８４を直列状に接続している。この連結部材１１
も上記したストッパスリーブ１０と同様な機能を備えて
いる。

【００２４】各図においては、ボディ１の内部に、バイ
メタルコラム７の熱膨張時における変形量を制御可能な
調整部材９を設け、熱応動式蒸気トラップを蒸気配管に
取り付ける前に、カバー２を開放した状態で調整部材９
を操作して、バイメタルコラム７の熱膨張による閉弁温
度を適宜設定（初期設定）することにより、排水する流
体の温度を任意に調整できるようにしている。

【００２５】この調整部材９は、前記弁棒４の上部側に
設けたねじ部４０に螺合され、ばね受け部材６が当接す
るナットからなるストッパ９１と、ねじ部４０のストッ
パ９１の上部側に螺合させるロックナット９２を備えて
いる。そして、ねじ部４０の上端に設けた操作溝４０ａ
にドライバなどを差し込んで螺回させながら、ねじ部４
０に対するストッパ９１の取付位置を調整し、つまり、
バイメタルコラム７の熱膨張に伴い各コイルばね８１〜
８４を介してばね受部材６が上動されるときの上限位置
を調整することにより、弁体４１の閉弁温度を任意に調
整する。この後、ロックナット９２を緊締して、ストッ
パ９１の位置ずれを防止する。

【００２６】次に、以上の構成とした熱応動式蒸気トラ
ップの作用について説明する。図１において、蒸気また
は蒸気と復水が混入した流体が、流入口１ａからボディ
１内に流入する。流入した流体の温度が所定温度以上の
とき、バイメタルコラム７の各熱膨張要素（各バイメタ
ル組）が熱膨張して上下方向（軸方向）に湾曲状に変形
する。このバイメタルコラム７の変形により、図２の場
合は、軸方向に直列に配置された第１，第２コイルばね
８１，８２がガイド部材１０とばね受け部材６を伴いな
がら上動する。また、図３の場合は、径方向に重合配置
された第１，第２コイルばね８３，８４が連結部材１１
とばね受け部材６を伴いながら上動する。

【００２７】図１のように、ばね受け部材６がストッパ
９１に当接して、弁棒４を上方の閉弁方向へと移動さ
せ、その弁体４１の当接部４２が弁座部材３の弁座面３
１に着座する。このとき、各コイルばね８１，８２およ
び８３，８４は、当接部４２の弁座面３１への着座によ
り、熱膨張を続けるバイメタルコラム７とストッパ９１
に当接したばね受け部材６との間で圧縮される。

【００２８】以上の状態から、ボディ１内に流入する復
水の量が増加して、ボディ１内の流体が所定温度以下に
低下すると、バイメタルコラム７の上下方向の変形量が
小となり、これに伴い各コイルばね８１，８２および８
３，８４が伸長することにより、弁棒４に対する開弁方
向への押圧力が増加する。バイメタルコラム７により弁
棒４を閉弁方向に移動させようとする力に対し、各コイ
ルばね８１，８２または８３，８４の上面、弁棒４の頂
面および弁体４１のテーパ面４１ａに作用するボディ１
内の流体圧力や自重などで弁棒４を下方の開弁方向に移
動させようとする力が打ち勝ったとき、この弁棒４が開
弁方向に移動して弁体４１が弁座面３１から離間するこ
とにより開弁し、所定温度以下の復水を連通路３３を経
て排出口１ｂから外部に排出する。

【００２９】このとき、各コイルばね８１，８２および
８３，８４として、それぞればね定数の異なるものを使
用し、これら各コイルばね８１，８２および８３，８４
を直列に接続しているので、流体の蒸気飽和温度曲線に
沿った開弁特性が得られる。この点に関しては後で説明
する。

【００３０】次に、第２発明の実施形態を図４に基づい
て説明する。この実施形態では、ばね受け部材６とバイ
メタルコラム７の間に介装する圧縮ばね体８として、直
径が小さくてばね定数の大きな第１コイルばね８５と、
直径が大きく、ばね定数が小さくて自然長さが第１コイ
ルばね８５よりも長い第２コイルばね８６とを用いる。
そして、前記スリーブ５の外周囲でばね受け部材６とバ
イメタルコラム７の間に、第１コイルばね８５が内部側
に、第２コイルばね８６が外部側に位置するように重合
して並列に配置する。

【００３１】また、各コイルばね８５，８６の間には、
筒状のストッパスリーブ１２を配置している。

【００３２】次に、以上の第２発明による作用について
説明する。図１の流入口１ａからボディ１内に流入した
流体の温度が所定温度以上のとき、図４のバイメタルコ
ラム７の熱膨張により、各コイルばね８５，８６、ガイ
ド部材１２およびばね受け部材６が上動し、このばね受
け部材６がストッパ９１に当接することにより、弁棒４
が閉弁方向に押し上げられて、その弁体４１の当接部４
２が弁座面３１に着座する。上記の絶対圧力がある特定
の温度よりも低い場合は、第２のばね８６のみが圧縮さ
れ、前記特定の温度よりも高い場合は、第１ばね８５と
第２ばね８５が共に圧縮される。

【００３３】また、流体が所定温度以下になって、バイ
メタルコラム７の熱膨張力が低下したとき、弁棒４や弁
体４１に作用する流体の圧力により各コイルばね８５，
８６が伸長して開弁方向への押圧力が増加し、弁棒４が
開弁方向に移動して開弁状態となる。

【００３４】図５は、縦軸に温度（℃）を、横軸に絶対
圧力（Ｋｇ・ｆ／ｃｍ²）をとった流体の蒸気飽和温度
曲線Ａと、第１および第２発明による開弁特性曲線Ｂを
示している。また、同図には、圧縮ばねを１個だけ用い
た従来の開弁特性曲線Ｄも示されている。上記各曲線Ｂ
Ｄよりも下側の領域で開弁状態が維持される。また、各
曲線Ｂ，Ｄにおいて、Ｘ１は各コイルばねの効きが開始
する点を示している。このばね動作開始点Ｘ１まではば
ね体８とストッパ９１との間に隙間が存在するために、
ばね体８は圧縮されない。ばね動作開始点Ｘ１よりも高
圧力側では、ばね体８のばね力が作用し、ばね定数が小
さいほど、つまりばねが弱いほど曲線の勾配が大きくな
る。

【００３５】この図から明らかなように、従来例を示す
曲線Ｄは、前述のとおり、ばね動作開始点Ｘ１よりも低
圧力側の開弁特性は、感温駆動体の伸張力により一義的
に決まり、動作開始点Ｘ１よりも高圧力側は１つの圧縮
ばねのばね定数により直線的に変化するので、蒸気飽和
温度曲線Ａに十分沿わせることは難しい。

【００３６】これに対し、図１〜３に示した第１発明の
場合は、圧縮ばね体８として、ばね定数の異なる複数の
ばね８１〜８４を直列接続したものを用いている。した
がって、流体の温度上昇に伴って動作開始点Ｘ10を越え
ると、まず最初に、ばね定数の小さいばね８２，８４が
主として圧縮されるので、図５に示す開弁特性曲線Ｂは
勾配が比較的大きいものとなる。このばね定数の小さい
ばね８２，８４の圧縮が終了した時点Ｘ２で、ばね定数
の大きい方のばね８１，８３のみの圧縮に移り、ばね定
数が変化する。このばね定数変化点Ｘ２以降は、ばね定
数が大きいから、開弁特性曲線Ｂの勾配が小さくなる。
したがって、開弁特性曲線Ｂは、前記動作開始点Ｘ0bと
前記ばね定数変化点Ｘ２とで折れ曲がった、上に凸な形
状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線Ａに沿わせる
ことが可能となる。つまり、Ｘ10とＸ２の２点で折れ曲
がった形状となるので、圧力上昇と共に温度上昇の勾配
が徐々に小さくなる蒸気飽和温度曲線Ａに沿わせ易くな
る。

【００３７】なお、動作開始点Ｘ１，Ｘ10の位置は、図
２に示したばね受け部材６と調整部材９のストッパ９１
との間隙の大きさを適宜変更することにより、移動す
る。

【００３８】また、図４の第２の発明では、２つの第１
および第２コイルばね８５，８６を並列に配置し、ばね
定数が小さい方のばね８６を大きい方のばね８５よりも
早期に圧縮が始まるように設定しているから、まず最初
に、ばね定数の小さいばね８６が圧縮され、つづいて、
ばね定数の大きい方のばね８５の圧縮が始まる。したが
って、図５に示した開弁特性曲線Ｂと同様な特性とな
り、動作開始点Ｘ10と両方のばね８５，８６の圧縮が始
まるばね定数変化点Ｘ２の２か所で折れ曲がった、上に
凸な形状となるから、曲線状の蒸気飽和温度曲線Ａに沿
わせることが可能となる。

【００３９】以上の各実施形態では、圧縮ばね体８とし
て、２つのコイルばねを用いたが、本発明では、３つ以
上のコイルばねを用いてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、感温駆
動体とストッパとの間に介装する圧縮ばね体として、ば
ね定数の異なる複数のばねを用いたことにより、熱応動
式蒸気トラップの全高を小さくし、かつ圧縮ばね体の信
頼性を高めながら、蒸気飽和温度曲線に近づけた開弁特
性を得て、復水の滞留量を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施形態である熱応動式蒸気ト
ラップの縦断面図である。

【図２】図１の要部を取出して示す拡大縦断面図であ
る。

【図３】他の実施形態を示す縦断面図である。

【図４】第２の発明の一実施形態である熱応動式蒸気ト
ラップの縦断面図である。

【図５】蒸気飽和温度曲線と本発明による開弁特性曲線
を示す特性図である。

【符号の説明】

１…ボディ、４…弁棒、４１…弁体、７…感温駆動体、
８…圧縮ばね体、８１〜８４…ばね、９１…ストッパ、
１１…連結部材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の温度と圧力に応じて流体の通路を
   開閉する熱応動式蒸気トラップであって、 一端に弁体を有し、他端にストッパが取付けられた弁棒
   と、 前記流体の熱を受けて熱膨張により前記弁棒の閉弁方向
   に駆動力を発生する感温駆動体と、 前記弁棒の外周に嵌め込まれて、熱膨張した感温駆動体
   と前記ストッパとの間で圧縮される圧縮ばね体とを備
   え、 この圧縮ばね体は、ばね定数の異なる複数のばねが直列
   に接続されてなる熱応動式蒸気トラップ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記複数のばねは、
   前記弁棒の軸方向に沿って直列に配置されている熱応動
   式蒸気トラップ。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記複数のばねは、
   直径が互いに異なっており、径方向に重合して配置さ
   れ、隣接する２つのばねの一方の一端部と他方の他端部
   とが連結部材によって連結されている熱応動式蒸気トラ
   ップ。
4. 【請求項４】 流体の温度と圧力に応じて流体の通路を
   開閉する熱応動式蒸気トラップであって、 一端に弁体を有し、他端にストッパが取付けられた弁棒
   と、 前記流体の熱を受けて熱膨張により前記弁棒の閉弁方向
   に駆動力を発生する感温駆動体と、 前記弁棒の外周に嵌め込まれて、熱膨張した感温駆動体
   と前記ストッパとの間で圧縮される圧縮ばね体とを備
   え、 この圧縮ばね体は、複数のばねを並列に配置してなり、
   ばね定数の小さい方のばねが大きい方のばねよりも早期
   に圧縮が始まるように設定されている熱応動式蒸気トラ
   ップ。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記複数のばねは、
   直径が互いに異なっていて、径方向に重合して配置され
   ており、ばね定数の小さい方のばねの自然長さが大きい
   方のばねよりも長く設定されている熱応動式蒸気トラッ
   プ。