(57)【要約】【課題】高速流およびフラッシュ蒸気に起因するエロージョン・コロージョンによって発生する本体ケーシングの減肉を抑制するディスク式スチームトラップを提供する。【解決手段】このディスク式スチームトラップは、蒸気および／または復水を含む一次側流体が流入する一次側流路２１と、復水を流出させる二次側流路２２とを有して、第１の素材からなる本体１と、一次側流路２１の出口である弁口７を開閉するディスク形の弁体１２とを備える。二次側流路２２の出口部分が流出方向に向かって曲げられて曲がり部２７を形成し、この曲がり部２７よりも下流側の流路２８が上流部の流路２９よりも絞られており、曲がり部２７を含む出口部分が形成される下流領域が第２の素材からなる肉盛溶接部分２９で形成されており、第２の素材が第１の素材よりも耐食性が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気および／または復水を含む一次側流体が流入する一次側流路と、
前記復水を流出させる二次側流路とを有し、第１の素材からなる本体と、
前記一次側流路の出口である弁口を開閉するディスク形の弁体とを備え、
前記二次側流路の出口部分が流出方向に向かって曲げられて曲がり部を形成し、この曲がり部よりも下流側の流路が曲がり部の上流側の流路よりも絞られており、
前記曲がり部を含む前記出口部分が形成される下流領域が第２の素材からなる肉盛溶接で形成されており、
前記第２の素材が前記第１の素材よりも耐食性が高い、ディスク式スチームトラップ。
【請求項２】
請求項１に記載のディスク式スチームトラップにおいて、第１の素材が炭素鋼であり、第２の素材がステンレス鋼である、ディスク式スチームトラップ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のディスク式スチームトラップにおいて、前記二次側流路における前記出口部分は、前記一次側流路における出口部分と流路面積が同じまたは小さい、ディスク式スチームトラップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気配管系で用いられて、発生する復水を自動的に排出し、蒸気は閉じ込めるディスク式スチームトラップに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を使用するシステムでは、蒸気配管系の適所に、例えばディスク式のようなスチームトラップが備えられ、蒸気配管系内で発生した復水を蒸気配管系外へ自動的に排出できるようになっている。
【０００３】
このディスク式スチームトラップは、図２に示すように、本体３０とその上部にねじ連結された蓋体３１とを備え、本体３０に、蒸気配管系で発生した蒸気および／または復水（以下、「蒸気等」という。）を内部に取り入れる流入口３２と、復水を蒸気配管系外へ排出する流出口３３とが形成され、頂部に弁座３４が設けられている。本体３０にはさらに、流入口３２からの蒸気等を流入させる一次側流路３５と、この一次側流路３５の下流側先端に開口し、弁座３４に設けられた弁口３６と、この弁口３６の周りの弁座３４に設けられた環状溝３７と、この環状溝３７と流出口３３との間を連通して復水を流出させる二次側流路３８とが設けられている。弁口３６および環状溝３７が形成された弁座３４の上側には弁口３６を開閉するディスク形の弁体４０が配設されている。この弁体４０が本体３０と蓋体３１との間に形成された変圧室４２に収納されている。二次側流路３８は一次側流路３５よりも若干小径に設定されている。一次側流路３５内に溜まった復水の量が増大すると、弁体４０を押し上げて開弁させ、復水が二次側流路３８を経て流出口３３から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１―６４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このディスク式スチームトラップの場合、図２の矢印ａ，ｂで示すように、圧力差によって一次側流路３５から、二次側流路３８へ復水が流れ出るが、二次側流路３８に流入した直後に流路面積が急激に減少する部位や、流速が速くなる部位（符号Ｂで示す）では、短時間でエロージョン・コロージョンによる流路壁の減肉が進行する場合がある。流速が急激に速くなる部位Ｂにおいては、圧力の急低下が起こす復水の再蒸発現象によって、流路壁面で発生した気泡によりキャビテーションが起こる。その衝撃と高速流による機械的摩耗が複合的に作用し、二次側流路３８の金属表面の減肉が進行すると考えられる。これらの要因による減肉を抑制するためには、二次側流路３８の通路面積を変えて該当部位Ｂの流速を緩和することが容易で効果的な方法である。しかしながら、ディスク式スチームトラップは流体力学的理論を作動原理としており、流路の形状や通路面積の設計によって作動特性が変化する。したがって、製品特性（作動特性）に影響してしまう二次側流路の径の変更によって問題を解決することが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、高速流およびフラッシュ蒸気に起因するエロージョン・コロージョンによって発生する本体ケーシングの減肉を抑制するディスク式スチームトラップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係るディスク式スチームトラップは、蒸気および／または復水（蒸気等）を含む一次側流体が流入する一次側流路と、前記復水を流出させる二次側流路とを有し、第１の素材からなる本体と、前記一次側流路の出口である弁口を開閉するディスク形の弁体とを備え、前記二次側流路の出口部分が流出方向に向かって曲げられて曲がり部を形成し、この曲がり部よりも下流側の流路が曲がり部の上流側の流路よりも絞られており、前記曲がり部が形成される下流領域が第２の素材からなる肉盛溶接で形成されており、前記第２の素材が前記第１の素材よりも耐食性が高い。
【０００８】
この構成によれば、作動時、ディスク形の弁体の開閉により、一次側流路に流入した蒸気等を含む一次側流体が二次側流路に流入したとき、二次側流路の曲がり部よりも上流側の部分が下流側の部分よりも流路が広いので、曲がり部まで緩慢な流速を確保しつつ、下流側の絞られた流路によって作動特性が確保されるので、作動特性を低下させることなく二次側流路の出口から復水を排出させることができる。このとき、曲がり部を含む出口部分は、一次側流体の衝撃と高速流による機械的摩耗という複合的要因に晒されるが、この出口部分が形成される下流領域が本体を形成する第１の素材よりも耐食性が高い第２の素材で形成されているので、減肉が抑制される。また、下流領域は肉盛溶接で形成されているから、製造が容易である。
【０００９】
本発明のディスク式スチームトラップにおいて、第１の素材が炭素鋼であり、第２の素材がステンレス鋼であるのが望ましい。スチームトラップの大部分を占める本体を炭素鋼(第１の素材)により形成するので、強度向上および生産性向上を図れる鍛造法を採用し、さらに、二次側流路の曲がり部を含む出口部分をステンレス鋼（第２の素材）により本体に対してスポット的に肉盛り溶接できるので、製造が容易である。
【００１０】
本発明のディスク式スチームトラップにおいて、二次側流路における前記出口部分は、前記一次側流路における出口部分と流路面積が同じまたは小さいことが望ましい。このように二次側流路を絞ることで、一次側流路からの一次側流体が二次側流路に入りにくくして、その分だけ変圧室へ回り込み易くし、弁体上側の圧力を上昇させることで、スムースな閉弁動作が行える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、作動時、ディスク形の弁体の開閉により、蒸気等を含む一次側流体が二次側流路に流入するとき、二次側流路の曲がり部よりも上流側部分が下流側の部分よりも流路が広いので、曲がり部まで緩慢な流速を確保しつつ、曲がり部の下流側の絞られた流路によって作動特性が確保されるので、作動特性を低下させることなく二次側流路の出口から復水を排出させることができる。このとき、曲がり部を含む出口部分は、一次側流体の衝撃と高速流による機械的摩耗という複合的要因に晒されるが、本体を形成する第１の素材よりも耐食性が高い第２の素材で形成されているので、減肉が抑制される。また、出口部分は肉盛溶接で形成されているから、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい実施形態にかかるディスク式スチームトラップの縦断面図である。
【図２】従来のディスク式スチームトラップの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態について図１を参照しながら説明する。同図に示すように、本発明の第1実施形態のディスク式スチームトラップは、本体１と、その上部にねじ連結された蓋体５とを備えている。本体１は、蒸気配管系で発生した蒸気等を内部に取り入れる流入口２と、復水を蒸気配管系外へ排出する流出口３とを有する。本体１の上部には、弁座６と、その中央部に開口した弁口７と、弁座６における弁口７の外周に形成されて上方に開口する環状溝１０とが形成されている。弁座６における弁口７の外周側が中央弁座面６１を形成し、環状溝１０の外周側が外側弁座面６２を形成する。
【００１４】
蓋体５の内側には、ディスク形の弁体１２を収納する変圧室１３が形成されている。弁体１２は弁座６に対して着座および離間することにより、弁口７および環状溝１０を開閉する。本体１には、さらに、流入口２の下流に連通するストレーナ室１５が形成され、このストレーナ室１５に異物を除去する筒形のストレーナ１６が収納されている。ストレーナ室１５の外部への開口はねじ連結されたプラグ１７により閉止されている。
【００１５】
本体１には、ストレーナ室１５と弁口７を連通する一次側流路２１と、環状溝１０と流出口３を連通する二次側流路２２とが形成されている。したがって、弁体１２が開弁状態では、流入口２と変圧室１３がストレーナ室１５および一次側流路２１を介して連通し、流出口３と変圧室１３が二次側流路２２を介して連通する。一次側流路２１および二次側流路２２は横断面円形である。一次側流路２１の下流端に一次側の絞り部１１が形成されて、その出口が弁口７となっている。
【００１６】
変圧室１３内で弁座６の外周には、バイメタルリング２４と、その上部に載置された押上げリング２５とが配置されている。本体１の上部外周における弁座６の下方には、下方に向かって末広がりに傾斜した傾斜面２６が形成されており、この傾斜面２６にバイメタルリング２４の下端部が接触している。蒸気配管系に蒸気がなく、スチームトラップが低温状態にあるとき、バイメタルリング２４が収縮して傾斜面２６に沿って上方に移動し、押上げリング２５によって弁体１２を押し上げて開弁させる。これにより、引き続く蒸気の流入の際に一次側流路２１および二次側流路２２を含む蒸気通路内の空気を排出して、蒸気の流入を円滑化する。蓋体５の上部には保温用のキャップ２３が取り付けられている。
【００１７】
二次側流路２２の出口部分には流出方向に向かって曲げられて曲がり部２７が形成され、この曲がり部２７よりも下流側の流路２８が絞られて、上流側の流路２９よりも小径、つまり通路面積が小さくなっている。このとき、二次側流路２２の曲がり部２７を除く大部分は一次側流路２１と同様、予め、予定寸法に切削加工（例えばドリル加工）されて形成されており、曲がり部２７およびその下流側の流路２８は図１のハッチングで示す下流領域Ａを本体１の形成段階で空洞としておき、この下流領域Ａ(空洞)に本体１を形成する素材よりも耐食性のある素材からなる肉盛溶接によって肉盛溶接部分３１を形成し、この肉盛溶接部分３１に曲がり部２７およびその下流側の流路２８、さらに上流側の通路２９を切削加工により形成している。
【００１８】
この場合、本体１の形成材料は、第１の素材として、安価で鍛造加工に適する、炭素（Ｃ）の含有率が０．１〜１．５％程度、例えば０．３５％程度の炭素鋼を用いており、肉盛溶接部分３１を形成する材料は、第２の素材として、例えば１３％程度のニッケル（Ｎｉ）および２４％程度のクロム（Ｃｒ）を含む合金鋼であるステンレス鋼を用いる。
【００１９】
また、一次側流路２１と、二次側流路２２と、曲がり部２７およびその下流側の流路２８、つまり出口部分との寸法関係は次の通りである。すなわち、一次側流路２１の内径をＤ１、二次側流路２２の内径をＤ２、曲がり部２７または下流側の流路２８の内径をＤ３としたとき、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３に設定されている。一次側流路２１の出口部分である弁口７をＤ４とすると、Ｄ４はＤ３とほぼ同一径であるか、またはＤ２＞Ｄ４＞Ｄ３に設定されている。前記内径Ｄ３は、曲がり部２７とその下流側の流路２８からなる出口部分の最小内径である。
【００２０】
次に、このディスク式スチームトラップの動作について説明する。蒸気配管系、例えば蒸気と冷水との熱交換により温水を製造する蒸気給湯装置の蒸気配管に、図１のスチームトラップが取り付けられている。運転時、装置内で発生した蒸気等は、流入口２に取り入れられ、ストレーナ１６で異物が取り除かれたのち、一次側流路２１に矢印ａで示すように流入する。一次側流路２１内に復水が多量に流入すると、その圧力によって弁体１２が開弁する。これによって、復水が変圧室１３および環状溝１０を経て二次側流路２２に流入する。このとき、一次側流路２１の出口部分である弁口７付近には一次側の絞り部１１が形成されており、これにより、弁口７からの流体による開弁力を変化させて、復水排出特性をコントロールしている。また、弁体１２に接触する弁座面６１，６２が弁体１２の中央部と外周部とにまたがるので、弁体１２の姿勢が安定する、つまり、着座性がよくなる。また、弁座面６１，６２の面積が小さくなるので、開弁時の応答性に優れる。
【００２１】
二次側流路２２の大部分は一次側流路２１よりも小径であるが、従来よりも大径に形成されていることから、流速は緩慢となるので、エロージョン・コロージョンによる二次側流路２２の減肉が防止される。また、二次側流路２２の出口部分（絞り部）２８の流路が絞られて小径（通路面積小）となっているので、一次側流路２１と二次側流路２２間の通路面積のバランスによる作動特性に変化を与えない。曲がり部２７では復水が衝突するが、曲がり部２７およびその下流側の流路２８は本体１に比べて、耐食性が高いステンレス鋼のような肉盛り溶接部分２９で形成されているので、減肉を抑制できる。
【００２２】
考察するに、減肉の発生を抑制するには、図２に示した二次側流路３８の内径Ｄ１２をエロージョン・コロージョンを発生させない大きさに設定するのが最も容易な方法であるが、通常、この種ディスク式スチームトラップの作動特性は経験的に見て、一次側流路３５の内径Ｄ１１とのバランスが重要であり、むやみに二次側流路３８の内径Ｄ１２を変更できない。このため、製品の作動特性を保持するため重要寸法であるＤ１２を維持するために、図１に示す二次側の絞り部２８のＤ３をＤ１２とほぼ同一に設定する一方で、二次側流路２２における減肉などの不具合発生部位（図２のＢ）の流路径をＤ２に拡大するとともに、流速が急激に増大する部位を肉盛り溶接部分２９で形成したので、減肉を抑制できる。
【００２３】
以上のように構成されるディスク式スチームトラップによれば、図１に示すように、システムの運転時、ディスク形の弁体７の開閉により、一次側流路２１に流入した蒸気等を含む一次側流体が二次側流路２２に流入したとき、二次側流路の曲がり部よりも上流側部分が下流側の部分よりも流路が広いので、曲がり部まで緩慢な流速を確保しつつ、曲がり部の下流側の絞られた流路によって作動特性が確保される。したがって、作動特性を低下させることなく、二次側流路２２の出口２８ａから復水を排出させることができる。このとき、曲がり部２７を含む出口部分を形成する肉盛り溶接部分２９は、一次側流体の衝撃と高速流による機械的摩耗という複合的要因に晒されるが、本体１を形成する第１の素材よりも耐食性が高い第２の素材で形成されているので、減肉が抑制される。
【００２４】
また、このディスク式スチームトラップは、第１の素材が炭素鋼であり、第２の素材がステンレス鋼である。このように、スチームトラップの大部分を占める本体１が炭素鋼(第１の素材)により形成されているので、強度向上および生産性向上を図れる鍛造法を採用できる。しかも、スチームトラップの一部である二次側流路２２の曲がり部２７を含む出口部分をステンレス鋼（第２の素材）により本体１に対してスポット的に肉盛り溶接部分２９を形成できる。したがって、スチームトラップの生産性がよい。
【００２５】
また、二次側流路２２における出口部分２７、２８は、一次側流路２１における出口部分１１と流路面積が同じまたは小さいから、一次側流路２１からの一次側流体が二次側流路２２に入りにくくなり、その分だけ変圧室１３へ回り込み易くし、弁体（ディスク）１２の上側の圧力を上昇させることで、スムースな閉弁動作が行える。
【００２６】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣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。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。
【符号の説明】
【００２７】
１…ディスク式スチームトラップ
２…流入口
３…流出口
５…蓋体
６…弁座
７…弁口
１０…環状溝
１１…一次側の絞り部
１２…弁体
２１…一次側流路
２２…二次側流路
２７…曲がり部
２８…二次側の絞り部（曲がり部の下流側の流路）
２９…二次側の上流側の流路
３１…肉盛溶接部
６１，６２…弁座面
Ａ…下流領域
【図１】
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【図２】
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