(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を受けて開弁するトラップ装置であって、
弁室に、排出口に連通する内方空間を有する筒形の弁体が収納され、
前記弁室の入口に、前記弁体の上部の当接部と当接する弁座面が形成され、
この弁座面の下流における弁体と弁室の内面との間に流入空間が形成され、
前記弁体における前記当接部の下流側の周壁に、前記流入空間から流体を弁体の内方空間に導く導入孔が形成されており、
前記弁体の周壁における前記導入孔の下流側に、下流に向かって径方向外方にテーパ筒状に膨出するスカート部が形成され、
前記スカート部の下端部外周面と弁室の内面との隙間が、この隙間からの流体の流出を抑制するように、前記周壁における流入空間を形成する中間部と弁室の内面との間隔よりも小さく設定されているトラップ装置。
【請求項２】
流体の圧力を受けて開弁するトラップ装置であって、
弁室に弁体が収納され、
前記弁室の入口に、前記弁体の上部の当接部と当接する弁座面が形成され、
弁体における前記当接部の下流側に円柱状の中間部が形成され、
この中間部の下流側に、下流に向かって径方向外方に膨出するスカート部が形成され、
弁室の出口に、スカート部との隙間が弁体の閉弁方向への移動とともに小さくなるような曲面状の流出調整面が形成されているトラップ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記弁体のスカート部に、前記隙間を周方向の一部において広げる切欠部が設けられているトラップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばスチームトラップなど流体の圧力に応じて開閉するトラップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のトラップ装置として、次のような第１，第２形態のものがある。第１形態のものは、図６に示すように、ボディ１の内部に、弁室５１をもち、その入口側にテーパ状の弁座面５２を形成した弁座部材５０と、弁室５１に収容し、弁座面５２に着座する当接部６１をもつ弁体６０とを備えている。また、弁座部材５０における弁座面５２の上流側には、弁室５１をボディ１内に開口する通路５３を設けるとともに、弁座面５２の下流側の周壁には、弁室５１を排出口１ｂに常時開口する複数の開口部５４を形成している。
【０００３】
前記通路５３内の流体圧力で弁体６０が下方に押され、当接部６１が弁座面５１から離間して開弁する。この開弁により、ボディ１内の流体は、矢印Ａで示すように、弁座部材５０の通路５３、弁座面５２と当接部６１の間、弁体６０の外周面と弁室５１の内周面との間に形成した環状の隙間Ｓを経て排出口１ｂに排出され、また、流体の一部は開口部５４を経て排出口１ｂに排出される。
【０００４】
第２形態のものは、図７に示すように、前記弁座面５２を角形状とし、前記弁体６０の全体を半球形状としている。そして、弁体６０が下方に押されて開弁したとき、ボディ１内の流体を、矢印Ａのように、弁体６０と弁室５１間の隙間Ｓから弁室５１の下方を経て排出口１ｂに排出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上の各形態では、前記弁体６０の周囲の隙間Ｓが大きいので、流体が弁体６０の周方向に不均一に流れると、弁体６０が径方向に移動して、いわゆる弁体６０のセンタリング機能が低下する。このため、特に閉弁時に、弁体６０が弁座面に局部的当接して、完全な閉止が困難になるほど、弁体６０の開閉動作が不安定となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、弁体の開閉動作を安定して行えるようにする点にある。
【０００７】
【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のトラップ装置は、弁室に、排出口に連通する内方空間を有する筒形の弁体を収納し、弁室の入口には、弁体の上部の当接部と当接する弁座面を形成して、この弁座面の下流における弁体と弁室の内面との間に流入空間を形成するとともに、弁体における当接部の下流側の周壁には、流入空間から流体を弁体の内方空間に導く導入孔を形成しており、前記弁体の周壁における前記導入孔の下流側に、下流に向かって径方向外方にテーパ筒状に膨出するスカート部が形成され、前記スカート部の下端部外周面と弁室の内面との隙間が、この隙間からの流体の流出を抑制するように、前記周壁における流入空間を形成する中間部と弁室の内面との間隔よりも小さく設定されている。
【０００８】
この構成によれば、流体の圧力で弁体が押されて、その当接部が弁座部材の弁座面から離間したとき、弁室の入口側の流体は、当接部と弁座面の間を経て、この弁座面の下流側に形成した流入空間に流入する。そして、流入空間から導入孔を経て弁体の内方空間に導入され、この内方空間から排出口に排出される。このような経路で流体の排出を行うことにより、弁体の下流端部の外周面と弁室の内周面との隙間から排出される流体の量が抑制されるので、流体流量の周方向へのアンバランスに起因する弁体の径方向への振れが抑制されて、弁体の開閉動作が安定する。
【０００９】
また、流入空間からの流体流出時に、弁体の周壁下部と弁室の内面との間の小さな隙間が絞り効果を発揮することになるので、この隙間からの流体の外部流出が一層抑制される結果、流入空間に流入した流体の大部分は、導入孔および弁体の内方空間を経て排出口へと排出される。従って、弁体の径方向への振れが一層効果的に抑制されて、弁体の開閉動作がより安定する。
【００１０】
請求項２のトラップ装置は、弁体における当接部の下流側に円柱状の中間部を形成し、この中間部の下流側に下流に向かって径方向外方に膨出するスカート部を形成するとともに、弁室の出口を、この内面とスカート部との隙間が弁体の閉弁方向への移動とともに小さくなるような曲面状の流出調整面を形成している。
【００１１】
この構成によれば、閉弁時、弁室の内面と弁体のスカート部との間の隙間が小さくなる。その結果、この隙間を流れる流体の速度が増大するので、弁体の軸心が弁室の軸心に対してわずかでもずれると、前記隙間を流れる流体の動圧が大きく変化し、弁体を元に戻す方向に作用する。こうして弁体がセンタリングされるので、弁体の閉弁時の動作が安定する。また、開弁時には、弁体の開弁方向への移動とともに前記隙間が大きくなるので、この隙間から流体を円滑に排出できる。このとき、弁室の内部には、その上流側の１次圧力よりも小さく、下流側の２次圧力よりも大きな３次圧力が発生する。この３次圧力でスカート部が開弁方向に押されるので、弁体の開弁が促進される。
【００１２】
前記弁体のスカート部に、前記隙間を周方向の一部において広げる切欠部を設けるのが好ましい。これにより、スカート部の上流側の中間部に作用する流体の圧力が過度に上昇して閉弁動作の妨げとなるのを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、トラップ装置として、例えば蒸気配管の下流側に取付けられるトラップ装置を示している。このトラップ装置は、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の上方開口部に着脱可能にねじ連結されたカバー２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、下端側にほぼ円筒形の弁体４１を設けた弁棒４を配置している。
【００１４】
前記弁座部材３は、その内方下部側に弁体４１を収納する弁室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。前記弁室３０は、円筒面からなる内周面を有し、下端出口が開口している。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を設けている。
【００１５】
前記弁体４１には、図２で明らかなように、その上部（上流部）に弁座面３１に当接して着座するテーパ状の当接部４２を形成し、内部には排出口１ｂ（図１）に常時連通する内方空間４３を設ける。また、弁体４１の周壁４４の外周面と弁室３０の内面との間には、当接部４２が弁座面３１から離間したとき、通路３２から流体が流入する流入空間４５を形成するとともに、周壁４４の上部に、当接部４２の下流側で、その近接部位には、流入空間４５に流入した流体を弁体４１の内方空間４３に導入する導入孔４６を形成する。
【００１６】
この導入孔４６は、その４個を周方向に等間隔で形成することが好ましい。このようにすれば、流入空間４５の流体を各導入孔４６を介してバランス良く弁体４１の内方空間４３に案内できるので、開弁状態の弁体４１がより安定する。
【００１７】
前記弁体４１の周壁４４として、図の実施形態では、その上部側（上流側）に形成され、弁室３０の径よりも小径で導入孔４６が設けられる円筒状の第１壁部４４ａと、この第１壁部４４ａから下方（下流）に向かって径方向外方に膨出し、下端側を弁室３０の径よりもやや小径としたテーパ筒状（末広がり状）の第２壁部４４ｂと、その下部側に設けられた円筒状の第３壁部４４ｃとを形成している。そして、弁体４１の下動により当接部４２が弁座面３１から離間して開弁したとき、弁室３０の内周面と第１壁部４４ａの外周面との間に形成される間隔Ｔ1に対し、弁室３０の内周面と第２壁部４４ｂの下端部（最大径部分）外周面との間に形成される隙間Ｔ2が十分小さくなるようにする。
【００１８】
図１の実施形態では、弁座部材３の上部側に、弁棒４をガイドするスリーブ５を、圧入により固定している。また、弁棒４におけるスリーブ５の上方側には、ワッシャ状の２つのばね受け部材６，６を挿嵌させ、これら各部材６，６間で後述する圧縮ばね体８を受けるようにしている。
【００１９】
さらに、前記スリーブ５の外周で弁座部材３と下部側のばね受け部材６の間には、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んでいる。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に嵌め込んでいる。
【００２０】
また、前記スリーブ５の外周で上，下ばね受け部材６，６の間には、圧縮ばね体８を介装している。この圧縮ばね体８は、互いにばね定数が異なり、直径が異なる２つのコイルばね８１，８２を並列に配置したものであり、このようにすれば、圧縮ばね体８の全体高さを低くし、トラップ装置の高さ寸法を小さくできる。前記コイルばね８１，８２の間には、バイメタルコラム７の熱膨張に伴い各コイルばね８１，８２が各ばね受け部材６，６の間で圧縮されるとき、これら両者間に当接して各コイルばね８１，８２の過度な圧縮を阻止する筒状のストッパスリーブ１０を配置している。
【００２１】
また、図１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、トラップ装置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。
【００２２】
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、上部側のばね受け部材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４０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８１，８２を介して上部側ばね受部材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。
【００２３】
次に、以上の構成としたトラップ装置の作用について説明する。
蒸気または蒸気と復水の混入した流体が、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には、図１のように、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、ガイド部材１０と各ばね受け部材６，６を伴いながら、各コイルばね８１，８２が上動する。そして、上部側のばね受け部材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、弁体４１の当接部４２が弁座部材３の弁座面３１に着座し、閉弁状態となる（図２の仮想線状態）。
【００２４】
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したときには、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。これらバイメタルコラム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の上面、弁棒４の頂面４ａおよび弁体４１の当接部４２に作用する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、弁棒４が開弁方向へと移動し、図２の実線で示すように、弁体４１が弁座面３１から離間して開弁する。
【００２５】
この弁体４１の開弁により、ボディ１内の主として復水からなる流体が、弁座部材３の通路３２、弁体４１の当接部４２と弁座面３１の間、流入空間４５、各導入孔４６、弁体３１の内方空間４３を経て排出口１ｂへと排出される。
【００２６】
このとき、弁体４１の周壁４４に設けた第２壁部４４ｂの下端部外周面と弁室３０の内周面との間の隙間Ｔ2が、第１壁部４４ａの外周面と弁室３０の内周面との間の間隔Ｔ1よりも小（Ｔ2＜Ｔ1）となるように設定されているので、小さく設定された前記隙間Ｔ2が絞り効果を発揮する。従って、この隙間Ｔ2からの流体の外部流出が少なくなり、流入空間４５に流入した流体の大部分は、各導入孔４６および弁体４１の内方空間４３を経て排出口１ｂへと排出される。このため、弁体４１の下端部外周面と弁室３０の内周面との間から大量の流体が周方向に不均な分布で流出することはなくなるので、流体流量の周方向へのアンバランスに起因する弁体４１の径方向への振れが効果的に抑制され、弁体４１の開閉動作が安定化される。
【００２７】
ここで、前記Ｔ2＜Ｔ1の関係は必ずしも必要ではなく、隙間Ｔ2の大小に関わりなく、弁体４１に導入孔４５を設けたことによって、前記隙間Ｔ2からの流体の流出量が抑制される結果、弁体４１の径方向への振れが抑制される。
【００２８】
図３は、本発明の別の実施形態を示している。その特徴は、軸対称形の弁体４１をその周壁に導入孔がない形状とし、その上部（上流部）に上記実施形態の場合と同様な当接部４２を設け、この当接部４２の下部側（下流側）に円柱状の中間部４７を形成するとともに、その下部側に下方に向かって径方向外方に膨出する末広がりのスカート部４８を形成している。また、スカート部４８の下部は、円柱部４８ａとなっている。さらに、弁室３０の出口の内面部には、円弧状の曲面からなる流出調整面３３を形成する。この流出調整面３３は、弁体４１の閉弁方向（上方）への移動に伴い、弁室３０の流出調整面３３と弁体４１のスカート部４８との間の隙間（最小間隔）Ｔ3が徐々に小さくなるように形成する。また、閉弁状態での隙間Ｔ3は、前記弁室３０の内周面と中間部４７の外周面との間の隙間をＴ4としたとき、この隙間Ｔ4の１／３〜１／７程度となるように形成することが好ましい。隙間Ｔ3、Ｔ4は弁体４１の周方向に沿ってそれぞれ一定である。
【００２９】
弁体４１が上動して閉弁するとき、前記隙間Ｔ3が徐々に小さくなり、これに伴い、隙間Ｔ3を流れる流体の速度が増大する。したがって、弁体４１の軸心が弁室３０の軸心に対してわずかでもずれると、この隙間Ｔ3を流れる流体の動圧が大きく変化し、弁体４１を元に戻す方向に作用する。例えば、隙間Ｔ3が小さくなった場所では、流速の増大によりスカート部４８に作用する動圧が増大し、隙間Ｔ3を元に戻す、つまり弁体４１を弁室３０と同心位置に戻す方向に押圧する。こうして弁体４１がセンタリングされる結果、弁体４１の開閉動作が安定する。
【００３０】
弁体４１が下動して開弁するとき、前記隙間Ｔ3が大となり、この隙間Ｔ3から弁室３０に導入された流体が排出口１ｂに排出される。このとき、弁室３０の上流側（通路３２側）の１次圧力をＰ1、弁室３０の下流側（排出口１ｂ側）の２次圧力をＰ2としたとき、弁室３０の内部には、Ｐ1よりも小さくＰ2よりも大きな３次圧力Ｐ3が発生する（Ｐ1＞Ｐ3＞Ｐ2）。この３次圧力Ｐ3がスカート部４８を下方の開弁方向へと押圧し、弁体４１の開弁を促進する。
【００３１】
図４，図５の実施形態では、弁体４１のスカート部４８の下端部（下流端部）に、前記隙間Ｔ3より広い隙間Ｔ5を形成する切欠部５１が設けられている。同各図では、弁体４１の下端周壁部の互いに径方向に対向する４個所を弦の形に切欠いて、前記切欠部４１ａを形成し、この各切欠部４１ａにより合計４個の隙間Ｔ5を周方向に同一間隔をおいて形成している。その他の構成は図３の実施形態と同一である。
【００３２】
このようにすれば、弁体４１が閉弁方向に移動する際に、弁室３０の内部圧力の低下により復水が再蒸気化し、これに伴いＰ3が過度に上昇しようとするとき、その圧力の一部を前記隙間Ｔ5から排出口１ｂ側に逃がすことにより、上記再蒸気化が閉弁を阻害したりすることなく、閉弁をスムーズに行える。特に、以上のように、合計４個の隙間Ｔ5を同一間隔をおいて形成することにより、閉弁を一層スムーズに安定して行える。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、弁体の開閉動作を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるトラップ装置の縦断面図である。
【図２】図１の要部を取出して示す拡大した縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す要部の縦断面図である。
【図４】他の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】弁体の下面図である。
【図６】従来例を示す縦断面図である。
【図７】別の従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ｂ…排出口、３０…弁室、３１…弁座面、３３…流出調整面、４１…弁体、４１ａ…切欠部、４２…当接部、４３…内方空間、４４…周壁、４５…流入空間、４６…導入孔、４７…中間部、４８…スカート部、Ｔ1…間隔、Ｔ2…隙間。
【図１】
0004054400.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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