(57)【要約】  凝縮物トラップには、液体供給孔（１）および液体吐出孔（９）のほか、ケーシング（２）の上面に配置された蒸気吐出孔（６）が設けられている。ケーシング（２）には、膨張ピストン（３）が移動可能な円筒状チャンバ（１２）が配置されている。膨張ピストンの下面には、中空のピストンロッド（１３）が取り付けられている。液体供給孔（１）は、ピストンロッド（１３）周りでチャンバと連通する。ピストンロッド（１３）の壁は、接線方向に延びたスロットル開口（４）を有する。ピストンロッドにおけるスロットル開口（４）の下側には、サイフォン（７）が配置されている。ピストンロッドにおけるサイフォンの下側には、別のスロットル開口（８）が配置されており、膨張ピストン（３）の上方移動時に液体吐出孔（９）と連通可能である。ピストンロッドの底部の下側における別のチャンバ（１０）の空間は、チャネル（１１）を介して液体吐出孔（９）と連通する。
2014530335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁に配置された液体供給孔（１）と、当該液体供給孔の下側の側壁に配置された液体吐出孔（９）とが設けられたケーシング（２）であって、前記ケーシングは、前記液体供給孔に接続された円筒状チャンバ（１２）を有し、前記チャンバ内において、前記チャンバの下面に取り付けられた中空のピストンロッド（１３）を有する膨張ピストン（３）が移動可能であり、当該ピストンロッドが当該膨張ピストンの外径よりも小さな外径を有する一方、前記液体供給孔が前記ピストンロッドの周りで前記チャンバと連通しており、前記ピストンロッドの壁が少なくとも単一のスロットル開口（４）を有し、前記ピストンロッドにおける前記スロットル開口の下側にはサイフォン（７）が配置され、前記サイフォン（７）は、開口する上面を介して当該ピストンロッド内の空間（５）と連通するとともに開口する下面を介して当該ピストンロッドの底部上方の空間と連通する、ケーシング（２）を備え、
前記サイフォンの上面の下側における前記ピストンロッドの壁に、別のスロットル開口（８）が配置されており、前記膨張ピストンが上方へ移動することにより、前記液体吐出孔（９）と連通可能である一方、前記ピストンロッドの底部の下側における別のチャンバ（１０）の空間は、チャネル（１１）を介して前記液体吐出孔（９）と連通することを特徴とする凝縮物トラップ。
【請求項２】
前記スロットル開口（４）は、前記ピストンロッド（１３）の接線方向に延びていることを特徴とする、請求項１記載の凝縮物トラップ。
【請求項３】
前記ケーシング（２）の上面に蒸気吐出孔（６）が配置されたことを特徴とする、請求項１または２記載の凝縮物トラップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
凝縮物をより低い圧力へと送り出すための解決法は、特にスチーム技術の分野において多く知られている。
【０００２】
これらは、機械的な実施形態に限るなら、サーモスタティック、メカニカル、およびサーモダイナミックな凝縮物トラップ（凝縮物または蒸気トラップ）に細分化される。産業用冷凍工学において、これらは、高信頼性の様々な高圧フロートゲージ構成に限定される。要するに、その動作は、液面（凝縮物面）が上昇した場合にスロットル開口をさらに開くフロートが基本となる。図１は、この代表的な応用を示している。圧縮冷却ガスは、凝縮器２１で凝縮され、圧力容器２２に受け入れられる（図１参照）。この圧力容器には、フロートゲージ２３が備え付けられている。フロートゲージは、レバーによってスロットルバルブ２４に取り付けられたフロートを備えている。液面が高くなるほど、より多くの凝縮物が通過可能となる。このような考え方により、未圧縮のガスすなわち不活性ガスの通過が回避される。これは、スチーム技術において使用されるその他多くの解決法とは対照的である。そして、膨張した凝縮物は最終的に、一体型の液滴分離機／循環容器２５に到達する。スロットル動作中に発生したガスは、この容器で液体から分離される。そして、重力（熱サイフォン）の結果またはポンプ２６によって、沸騰状態の液体が蒸発器２７に取り込まれる。蒸発した液体および過剰な液体は容器に戻り、圧縮機２８によって蒸気が吸い出され、再度圧縮される。
【０００３】
凝縮物の膨張時に放出されるエネルギーを利用したい場合は、２段階膨張の利用が可能である。そして、放出ガスを用いることにより、膨張機を駆動することができる。冷凍工学においては、スクリュー圧縮機２９を用いる場合、２段階膨張を利用することが多い（図２参照）。膨張した冷却剤は最終的に、液滴分離機（エコノマイザ）３０に到達して、フラッシュガスが液体から分離されるとともに、液滴なくスクリュー圧縮機に追加される。このプロセスによって、冷凍プラント全体の冷却効率が向上する。
【０００４】
背景技術
蘭国特許出願第２００６３３２号に記載の膨張機駆動型ポンプには、同様の２段階膨張が必要である。ただし、２つのフロートゲージおよび液滴分離機を備えた上記エコノマイザシステムは、大きすぎるため、この用途には高価である。
【０００５】
発明の概要
本発明の目的は、コスト効率の良い２段階膨張用の凝縮物トラップを提供することにある。この目的のため、本発明に係る凝縮物トラップは、側壁に配置された液体供給孔と、当該液体供給孔の下側の側壁に配置された液体吐出孔とが設けられたケーシングであって、当該ケーシングが前記液体供給孔に接続された円筒状チャンバを有し、前記チャンバ内において、前記チャンバの下面に取り付けられた中空のピストンロッドを有する膨張ピストンが移動可能であり、当該ピストンロッドが当該膨張ピストンの外径よりも小さな外径を有する一方、前記液体供給孔が前記ピストンロッドの周りで前記チャンバと連通しており、前記ピストンロッドの壁が少なくとも単一のスロットル開口を有し、前記ピストンロッドにおける前記スロットル開口の下側には、サイフォンが配置され、前記サイフォンの開口する上面当該ピストンロッド内の空間と連通するとともに開口する下面を介して当該ピストンロッドの底部上方の空間と連通する、ケーシングを備え、前記サイフォンの上面の下側における前記ピストンロッドの壁には、別のスロットル開口が配置されており、前記膨張ピストンが上方へ移動することにより、前記液体吐出孔と連通可能である一方、前記ピストンロッドの底部の下側における別のチャンバの空間は、チャネルを介して前記液体吐出孔と連通することを特徴とする。
【０００６】
上記のように見出された解決法は、全く新しい種類のメカニカル凝縮物トラップであって、特定のいわゆる臨界圧力差で媒体の膨張（スロットル調整）を行った場合の質量流量の差に基づいている。特定のいわゆる臨界圧力差を超えると、チョーク流れが発生する。そして、スロットル動作のキールにおける速度は、音速となる。結果として、キールを通る体積流量は固定される。したがって、スロットル動作の結果としての質量流量は、スロットル動作開始時の媒体密度のみによって決まる。
【０００７】
本発明の一実施形態に係る凝縮物トラップは、前記スロットル開口が前記ピストンロッドの接線方向に延びたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の実施形態に係る凝縮物トラップは、前記ケーシングの上面に蒸気吐出孔が配置されたことを特徴とする。
【０００９】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る凝縮物トラップの例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】凝縮器を含む既知の環境を示す図である。
【図２】凝縮器を含む別の既知の環境を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る凝縮物トラップの縦断面図である。
【図４】図３に示す凝縮物トラップのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す凝縮物トラップのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【００１１】
図面の詳細な説明
図３〜図５は、本発明の一実施形態に係る凝縮物トラップを示している。凝縮物トラップは、側壁に配置された液体供給孔１および当該液体供給孔の下側の側壁に配置された液体吐出孔９のほか、上面に配置された蒸気吐出孔６を有するケーシング２を備えている。
【００１２】
ケーシング２は、液体供給孔に接続された円筒状チャンバ１２を収容しており、当該チャンバにおいては、膨張ピストン３が移動可能である。膨張ピストンの下面には、中空のピストンロッド１３が取り付けられている。このピストンロッドは、膨張ピストンの外径よりも小さな外径を有する。一方、液体供給孔１は、ピストンロッド１３の周りでチャンバと連通する。
【００１３】
ピストンロッド１３の壁は、接線方向に延びたスロットル開口４を有する。スロットル開口４の下側において、ピストンロッドは、サイフォン７を有する。サイフォン７は、開口する上面を介して当該ピストンロッド１３内の空間５に接続されるとともに開口する下面を介して当該ピストンロッドの底部上方の空間に接続されている。サイフォンの上面の下側におけるピストンロッドの壁には、別のスロットル開口８が配置されており、膨張ピストン３が上方へ移動することにより、液体吐出孔９と連通可能である。
【００１４】
ピストンロッドの底部の下側における別のチャンバ１０の空間は、チャネル１１を介して液体吐出孔９と連通する。
【００１５】
以下、凝縮物トラップの動作を説明する。媒体は、液体供給孔１からケーシング２に進入する。そして、媒体は、膨張ピストン３の周りのケーシング２の環状チャンバを介して、接線方向のスロットル開口４へと流れる。開口は、スロットまたは垂直方向に設けられた複数のボアであってもよく、近傍のキャビテーションに耐えるためのインサートまたはコーティングを有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００１６】
接線方向のスロットル開口４においては、媒体が膨張して、中空のピストンロッド１３内の空間５に行きわたる圧力となる（小型サイクロン）。液体供給孔１から進入する媒体が純粋な液体（凝縮物）である場合は、スロットル後にフラッシュガスが発生する。膨張した凝縮物は、接線方向のスロットル開口４によって高速回転するため、液体とフラッシュガスとが分離される。フラッシュガスは、蒸気吐出孔６から吐出される。蒸気吐出孔６は、図３に示す構成であってもよいし、空間５に接続されていてもよい。
【００１７】
液体は下方へと回転するため、サイフォン７および別のスロットル開口８を介して膨張し、液体吐出孔９において出口圧力となる。膨張ピストン３では、以下の圧力が行きわたっている。
【００１８】
１．ピストンロッドの周りおよび膨張ピストン３下側の環状チャンバにおける入口圧力（凝縮圧力）
２．膨張ピストン３の上方およびピストンロッド１３の底部上方における中間圧力（エコノマイザ圧力または膨張機供給圧力）
３．ピストンロッド１３の底部の下側における出口圧力（蒸発器圧力）。
【００１９】
スロットル開口４および別のスロットル開口８の選定と組み合わされた膨張ピストン３およびピストンロッド１３の直径の選択は、得られる中間圧力の決定要素である。
【００２０】
ここで、純粋な液体の代わりに気体が流れてきた場合、スロットル開口４を通る質量流量は、チョークによって大幅に減少する。これは、少し経つと別のスロットル開口８でも発生する。スロットル開口８における第２のスロットル動作で処理可能な質量流量は、スロットル開口４における第１のスロットル動作よりも常に少ないため、中間圧力が上昇して膨張ピストン３を強制的に押し下げ、スロットル開口を減らすことになる。ピストンロッド１３の底部の下側には、チャネル１１を介して行きわたる出口圧力が常に存在する。ここで、ピストンが両スロットル開口を閉じると、空間５の圧力が低下し、膨張ピストン３がその上方移動を再開する。
【００２１】
スロットル開口４および別のスロットル開口８のサイズの選択に伴う膨張ピストン３およびピストンロッド１３の直径の選択は、以下によって決まる。
【００２２】
１．膨張させる媒体
２．行きわたった入口圧力および出口圧力
３．望ましい中間圧力
４．フラッシュガスの吐出の有無
【００２３】
本発明に係る凝縮物トラップは、以下の点で類例が存在しない。
【００２４】
１．液体の代わりに気体のスロットル調整がなされた場合には質量流量が大幅に減少する、という原理に基づいて動作する。この基本となる物理現象は、チョーク流れと称する。ガスが通過可能となった瞬間に中間圧力が上昇するため、膨張ピストンは、力が発生することにより、下方に移動してスロットル開口を減らすことになる。
２．スクリュー圧縮機の膨張機またはエコノマイザ開口へのガス供給源として使用可能である。
３．フラッシュガスを吐出しない「一般的な」凝縮物トラップとして使用可能である。
４．可動部品は１つしか備えていない。
【００２５】
以上、図面を参照して本発明を説明したが、当然のことながら、本発明は、如何なる様態または手段によっても、図面に示した実施形態に限定されるものではない。また、本発明は、請求の範囲によって規定される趣旨および範囲内において、図面に示した実施形態から外れたすべての実施形態にも及ぶ。
【図１】
2014530335.tif 000003
【図２】
2014530335.tif 000004
【図３】
2014530335.tif 000005
【図４】
2014530335.tif 000006
【図５】
2014530335.tif 000007
【国際調査報告】
2014530335.tif 000008
2014530335.tif 000009