(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチームトラップへ供給される流体を減圧するように前記スチームトラップの上流側に設けられる減圧機構であって、
減圧部を備え、
前記減圧部は、流路縮小部を備え、
該流路縮小部は、たった１つの孔を区画形成し、該孔は流れ方向に延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有する、
減圧機構。
【請求項２】
スチームトラップへ供給される流体を減圧するように前記スチームトラップの上流側に設けられる減圧機構であって、
減圧部を備え、
前記減圧部は、流路縮小部を備え、
該流路縮小部は、流れ方向に延びるととともに自由な蒸気流れを常に許容する寸法を有する孔を区画形成する、
減圧機構。
【請求項３】
スチームトラップへ供給される流体を減圧するように前記スチームトラップの上流側に設けられる減圧機構であって、
減圧部を備え、
前記減圧部は、流路縮小部を備え、
該流路縮小部は、流れ方向に延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有する孔を区画形成し、
前記流路縮小部は、前記孔を有する平板状部を備え、
前記平板状部は、前記流れ方向に略直交するように延在する、
減圧機構。
【請求項４】
前記孔の内径は、該孔の上流側及び下流側の流路の内径の約１／３〜約１／５の寸法に設計されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の減圧機構。
【請求項５】
前記流路縮小部は、前記流れ方向の上流側を向く略平らな面を有している、
請求項１から４のいずれか一項に記載の減圧機構。
【請求項６】
前記孔が前記面に開口し、かつ、前記孔が前記流れ方向において略一定の断面積を有するように、前記流路縮小部は形成されている、
請求項５に記載の減圧機構。
【請求項７】
前記孔が前記面に開口し、かつ、前記孔が前記面から前記流れ方向の下流側に進むにしたがい広がるように、前記流路縮小部は形成されている、
請求項５に記載の減圧機構。
【請求項８】
複数の前記流路縮小部を備え、
複数の前記流路縮小部は、前記流れ方向において離して配置される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の減圧機構。
【請求項９】
複数の前記流路縮小部の各々における前記孔は、隣の前記流路縮小部の前記孔からずれるように配置されている、
請求項８に記載の減圧機構。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の減圧機構と、該減圧機構の下流側に配置されるスチームトラップとを備えた、スチームトラップシステム。
【請求項１１】
前記スチームトラップは、ノズル式スチームトラップである、
請求項１０に記載のスチームトラップシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧機構及び、この減圧機構とスチームトラップとを備えたスチームトラップシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を介して蒸気を加熱源として用いる工場や事務所等の様々な施設において、蒸気使用設備及びこれら設備間の蒸気輸送配管系に発生するドレン（蒸気が凝縮した復水）を自動的に系外に排出するため、スチームトラップが使用されている。
【０００３】
これは、ボイラーで得られた高温及び高圧の蒸気を、熱交換器部で使用する加熱機、乾燥機、暖房機等の蒸気使用設備、並びに、これらボイラーと蒸気使用設備を接続する蒸気輸送配管系で適切な温度条件を確保するためである。例えば、蒸気使用設備内にドレンが滞留すると、その設備の加熱効率が低下し、その生産性を著しく低下させると共に、ドレン滴による加熱ムラが生産物の品質不良を引き起こす原因となり、工場等の安定操業に支障をきたす。また、蒸気輸送配管系内に滞留しているドレンは、非常に危険なスチームハンマーの発生原因となり、工場の安全操業を阻害することがある。このスチームハンマーとは、例えば、蒸気輸送配管系内に滞留しているドレンが蒸気で押し流されながら大きな塊を作り、配管の屈曲部やバルブに衝突する現象のことをいう。あるいは、スチームハンマーとは、蒸気輸送配管系内に滞留しているドレンが蒸気と接触すると、その蒸気が一気に凝縮して蒸気体積がゼロとなり、局部的に真空状態が作られたところにドレンが押し寄せて衝突する現象のことをいう。
【０００４】
スチームトラップには種々の様式のものがある。例えば、機械工学的なメカニカルスチームトラップ（バケット式・フロート式）、サーモスタティックスチームトラップ（バイメタル式・ベローズ式）、及び、サーモダイナミックスチームトラップ（ディスク式）を、可動部を有するスチームトラップとして挙げることができる。例えば、特許文献１は、フロート式スチームトラップの一例を開示する。
【０００５】
また、可動部を特段有さないスチームトラップとしては、オリフィスノズル式、ベンチュリーノズル式、及び、トンネル構造抵抗管式に代表されるノズル式スチームトラップ（例えば特許文献２参照）がある。このノズル式スチームトラップは、流体工学的スチームトラップと呼ばれ、蒸気よりも水（液体の水）の方が微細な通路を通過するときの動粘度が低く、水が蒸気の約３０倍も流れ易いという性質を利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６３２２４７６号公報
【特許文献２】特開２０１８−８０７３１号公報
【特許文献３】特許第５６９４６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スチームトラップは、高温及び高圧の蒸気が流れる配管で使用されるので、その環境に耐え得る種々の改良が提案され、それらの一部は実用化されている。一般的には、スチームトラップを構成する部材の材質又はその可動部の接触部の形状を工夫することで、その耐久性を高め、その寿命を長くするようにしている。しかし、スチームトラップの使用場所及び環境が更なる広がりを見せる昨今、例えば、スチームトラップはより高圧の蒸気が流れる配管に適用されるようになってきていて、スチームトラップの長寿命化に対する要望が更に高まっている。
【０００８】
本発明の目的は、スチームトラップの長寿命化に貢献し得る構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の一側面は、減圧部を備え、スチームトラップの上流側に設けられる減圧機構によって例示される。
【００１０】
好ましくは、前記減圧部は、流路縮小部を備え、該流路縮小部は、流れ方向に延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有する孔を区画形成するとよい。
【００１１】
好ましくは、前記流路縮小部は、前記流れ方向の上流側を向く略平らな面を有する。この場合、前記孔が前記面に開口し、かつ、前記孔が前記流れ方向において略一定の断面積を有するように、前記流路縮小部は形成されているとよい。あるいは、前記孔が前記面に開口し、かつ、前記孔が前記面から前記流れ方向の下流側に進むにしたがい広がるように、前記流路縮小部は形成されてもよい。
【００１２】
好ましくは、前記流路縮小部は、前記孔を有する平板状部を備える。この平板状部は、前記流れ方向に略直交するように延在するとよい。
【００１３】
好ましくは、前述の減圧機構は、複数の前記流路縮小部を備え、複数の前記流路縮小部は、前記流れ方向において離して配置されるとよい。この場合、複数の前記流路縮小部の各々における前記孔は、隣の前記流路縮小部の前記孔からずれるように配置されるとよい。ただし、複数の前記流路縮小部の複数の前記孔を、流れ方向において一直線上に位置するように配置することも可能である。
【００１４】
本発明の実施形態の他の側面は、前述のいずれかの構成を備える減圧機構と、該減圧機構の下流側に配置されるスチームトラップとを備えた、スチームトラップシステムによっても例示される。例えば、前記スチームトラップは、ノズル式スチームトラップである。
【発明の効果】
【００１５】
本減圧機構によれば、スチームトラップの長寿命化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る減圧機構を備えたスチームトラップシステムの断面模式図である。
【図２】図２は、図１の減圧機構の変形例を概略的に示す断面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、図１の減圧機構の更なる変形例である、本発明の第２の実施の形態に係る減圧機構を概略的に示す図であり、図３Ａは流れ方向上流側から見た図であり、図３Ｂは流れ方向に沿った、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿ったその断面図である。
【図４】図４は、図３の減圧機構の変形例を概略的に示す図であり、図３Ａに相当する、流れ方向上流側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る減圧機構、及び、この減圧機構とスチームトラップとを備えたスチームトラップシステムについて説明する。まず、第１の実施の形態について説明する。
【００１８】
本第１の実施の形態に係る減圧機構１０は、スチームトラップ１２の上流側に設けられる。本実施の形態では、減圧機構１０は、減圧装置１１として具体化される。図１に示すスチームトラップシステム１４は、減圧機構１０を備える減圧装置１１と、その下流側に配置されたスチームトラップ１２とを備える。ここでは、減圧装置１１は、スチームトラップ１２の流体入口部１２ａにナット１６で接続されている。しかし、減圧装置１１とスチームトラップ１２との接続は、他の機械的手段等により行われてもよい。
【００１９】
ここで、まず、スチームトラップ１２について簡単に説明する。スチームトラップ１２は、ノズル式スチームトラップである。スチームトラップ１２は、流体入口部１２ａから流体出口部１２ｂまで連通する流体流路１２Ｆを有する。その流体流路１２Ｆの途中にノズル１８が配置されている。ノズル１８は、孔１８ａを有し、孔１８ａの下流端にドレンが排出されるドレン排出口としてのノズル出口１８ｂを有する。ノズル出口１８ｂはドレン貯留部２０に連通する。ドレン貯留部２０には、ドレン貯留部２０からスチームトラップ１２の系外にドレンを排出するためのドレン系外排出口２２が連通する。そして、スチームトラップ１２では、流体入口部１２ａの下流側かつノズル１８の上流側に、スクリーン２４を備えるストレーナー２６が配置されている。
【００２０】
上記構成を備えるスチームトラップ１２では、例えば高温及び高圧の蒸気が流れる配管からの蒸気及びドレンは流体入口部１２ａからその流路１２Ｆに入り、それらの中の錆や塵は微細な目を有するスクリーン２４で捕捉される。ノズル１８に区画形成された微細な孔１８ａは、蒸気よりも水（液体の水）の方が微細な通路を通過するときの動粘度が低く、水が蒸気よりも流れ易いという性質を利用して、実質的に蒸気を通過させずにドレンを通過させるような孔の大きさを有するように設計されている。したがって。ノズル１８のノズル出口１８ｂからは主にドレンのみがドレン貯留部２０に排出される。ドレン貯留部２０のドレンによって、ノズル１８が封鎖され、よって蒸気の漏洩を防止することができる。これにより、スチームトラップ１２は、実質的にドレンのみの排出を可能にする。なお、スチームトラップ１２そのものを回転させることにより、ドレン貯留部２０におけるドレン排出口１８ｂとドレン系外排出口２２との高低差を調整することができる。これにより、スチームトラップ１２からのドレン排水量を調整することができる（例えば特許文献３参照）。
【００２１】
なお、図１において、スチームトラップシステム１４の上流端及び下流端はそれぞれ配管に接続されている。それら配管との接続はここではユニオン２８で行われる。しかし、他の手段により、配管へのスチームトラップシステム１４の接続が行われてもよい。なお、符号２９はパッキンである。
【００２２】
さて、減圧機構１０が適用された減圧装置１１は、このスチームトラップ１２の上流側に設けられる。特に、図１のスチームトラップシステム１４では、スチームトラップ１２の流体入口部１２ａに隣接するように、減圧装置１１は設けられている。
【００２３】
減圧装置１１は、スチームトラップ１２の流体流路１２Ｆに連通する流路１１Ｆを区画形成する本体部１１Ｂを備える。ここでは、流路１１Ｆの上流端は図１に示すように配管に滑らかに連通し、流路１１Ｆの下流端は図１に示すように流体流路１２Ｆに滑らかに連通する。そして、その流路１１Ｆに、減圧機構１０における減圧部３０が設けられている。減圧部３０は、流路縮小部３２を備える。流路縮小部３２は、流れ方向ＦＤに延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有する孔３２Ｈを区画形成する。
【００２４】
流路縮小部３２は、孔３２Ｈを有する平板状部３４を備えて構成されている。平板状部３４は、流れ方向ＦＤに略直交するように延在する。つまり、平板状部３４は流れ方向に延びる流路１１Ｆの軸線ＡＬに略直交するように延在し、流路１１Ｆを区画形成する略円筒状の内壁１１Ｗにまで延びる。
【００２５】
ここでは、前述のように、流路縮小部３２は、平板状部３４を備える。したがって、流路縮小部３２は、流れ方向ＦＤの上流側を向く略平らな面（以下、上流側面）３２ｆを有する。なお、流路縮小部３２は、ここでは平板状部３４を備えるので、上流側面３２ｆの下流側に流れ方向の下流側を向く略平らな面も有する。
【００２６】
そして、孔３２Ｈが上流側面３２ｆに開口し、かつ、孔３２Ｈが流れ方向ＦＤにおいて略一定の断面積を有するように、流路縮小部３２は、つまり平板状部３４は形成されている。なお、図２に概略的に示す減圧装置１１の変形例としての減圧装置１１Ａのように、孔３２Ｈは、上流側面３２ｆから流れ方向ＦＤの下流側に進むにしたがい広がるように、区画形成されてもよい。
【００２７】
この孔３２Ｈは、流れ方向に延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有するように区画形成される。蒸気流れを許容するとは、ドレンのみならず、蒸気も十分に通ることを許容するということである。したがって、孔３２Ｈは、ドレンのみの優先的な通過を期待するように設計されるものではない。なお、孔３２Ｈは、流路１１Ｆの軸線ＡＬ上に位置するように略断面中心に位置づけられているが、その中心からずらして、例えば径方向にずらして位置付けられてもよい。中心からずらして孔３２Ｈが設けられる場合、孔３２Ｈは、使用時に鉛直方向において下側よりも上側に位置するように設計されるとよい。孔３２Ｈを介してのドレンの逆流を防ぐためである。
【００２８】
そして、孔３２Ｈを区画形成する流路縮小部３２は、減圧装置１１の流路１１Ｆの流れ方向において略中央に配置されている。したがって、流路縮小部３２の上流側及び下流側のそれぞれに十分な広さの空間が形成される。例えば、孔３２Ｈの内径は、その上流側及び下流側の流路１１Ｆの内径の約１／３〜約１／５の寸法に設計され、例えば約１／４の寸法を有するとよい。このように、流路縮小部３２の孔３２Ｈは、所謂オリフィスである。
【００２９】
減圧装置１１の減圧機構１０は上記のように構成されているので、高温及び高圧の蒸気は減圧装置１１の孔３２Ｈを通過することで減圧される。したがって、スチームトラップ１２には、減圧された流体、つまり蒸気とドレンが供給される。よって、スチームトラップ１２が、高温及び高圧の蒸気に曝される度合いは十分に低下し、よってその長寿命化が可能になる。このように、減圧装置１１つまり減圧機構１０は、スチームトラップ１２の長寿命化に貢献することができる。
【００３０】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態のスチームトラップシステムは、減圧機構１１０と、その下流側に設けられるスチームトラップ１２とを備える。スチームトラップ１２は既に説明したものそのものであるので、以下では、第２の実施の形態の減圧機構１１０について主として説明する。なお、以下では、既に説明した構成要素に相当する構成要素には、上記符号を同様に付して、重複説明を省略する。
【００３１】
減圧機構１１０は、減圧装置１１１として具体化される。図３に示すように、減圧装置１１１の減圧機構１１０は、減圧部３０を備え、複数の流路縮小部３２を備える。複数の流路縮小部３２は、流れ方向ＦＤにおいて離して配置されている。各流路縮小部３２は、流れ方向ＦＤに略直交するように延在する、孔３２Ｈを有する平板状部を備えて構成されている。つまり減圧機構１１０の減圧部３０は、複数段の減圧用の構成を備える。ここでは、３つの流路縮小部３２が設けられているが、その数は２つでも４つ以上であってもよい。
【００３２】
図３Ａは減圧装置１１１の流路１１１Ｆの３つの流路縮小部３２を上流側から見たところを示す概略図であり、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った減圧装置１１１の断面図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂに示すような姿勢で減圧装置１１１が用いられるとして以下説明を続ける。
【００３３】
図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、複数の流路縮小部３２の各々における孔３２Ｈは、隣の流路縮小部３２の孔３２Ｈからずれるように、つまり流路１１Ｆの軸線ＡＬに直交する方向においてずれるように配置されている。減圧装置１１１では、最も上流側の孔３２Ｈ１が略断面中央に位置付けられ、流れ方向において真ん中の孔３２Ｈ２が鉛直方向ＶＤで下側に位置するように設けられ、最も下流側の孔３２Ｈ３が鉛直方向ＶＤで上側に位置するように設けられる。したがって、１つの孔３２Ｈを通過した蒸気が直接的に次の孔３２Ｈを通過する度合いを低減することができ、よって減圧効果を高めることができる。なお、最も下流側の孔３２Ｈ３を鉛直方向上側に位置付ける理由は、図３Ｂに模式的に示すように、主に、孔３２Ｈ３を介してのドレン（つまり液体の水）の逆流を防ぐためである。
【００３４】
減圧装置１１１の減圧機構１１０は上記のように構成されているので、高温及び高圧の蒸気は複数の孔３２Ｈを段階的に通過することで減圧される。したがって、第２の実施の形態のスチームトラップシステムでは、その減圧機構１１０の複数の孔３２Ｈにより段階的に減圧された蒸気等がスチームトラップ１２に供給される。よって、スチームトラップ１２が、高温及び高圧の蒸気に曝される度合いは十分に低下し、よってその長寿命化が可能になる。
【００３５】
なお、複数の流路縮小部３２の孔３２Ｈの大きさは、減圧装置１１１では同じであるが、異なってもよい。例えば、図４に示すように、上流側の孔３２Ｈ１の径を最も大きくし、孔３２Ｈ２、孔３２Ｈ３の順番で小さくしてもよい。さらに、孔３２Ｈ１、３２Ｈ２、３２Ｈ３は、鉛直方向ＶＤにずらすのみならず、図４に示すように水平方向ＨＤにもずらしてもよい。複数の流路縮小部３２を設けるとき、その孔３２Ｈは、大きさ及び位置に関して、蒸気の減圧及びドレンの逆流の少なくともいずれか一方、好ましくは両方を考慮して設計されるとよい。なお、複数の孔３２Ｈが、流れ方向において一直線上に配置されることを、つまり、図３Ａ又は図４に相当する図面において重なるように配置されることも選択可能である。
【００３６】
以上、２つの実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明は、これらに限定されない。例えば、減圧装置１１、１１１は、スチームトラップ１２に、取り外し可能に機械式に取り付けられた。しかし、減圧装置１１、１１１は、スチームトラップ１２に、溶接等により固定されてもよい。また、上記実施の形態等では、１つの流路縮小部３２に１つの孔３２Ｈを設けた。しかし、１つの流路縮小部３２に複数の孔を設けてもよい。
【００３７】
また、減圧機構は、孔３２Ｈつまりオリフィスを備える構成に限定されず、例えば可動部を備えて構成されてもよい。例えば、減圧機構は、減圧バルブを有して、そのバルブの開度を調整することで、減圧効果を調整可能にしてもよい。
【００３８】
また、減圧機構を備えるスチームトラップシステムは、上記スチームトラップ１２と異なる構成を備えるノズル式スチームトラップを備えてもよい。あるいは、減圧機構を備えるスチームトラップシステムは、ノズル式スチームトラップ以外の様式のスチームトラップを、例えば可動部を備えるスチームトラップを備えてもよい。
【００３９】
以上、２つの実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はそれらに限定されない。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。本開示において説明した構成又は手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１１０  減圧機構
１１、１１１  減圧装置
１２  スチームトラップ
１４  スチームトラップシステム
３２  流路縮小部
３２Ｈ  孔
１８  ノズル
１８ａ  孔
２０  ドレン貯留部
２２  ドレン系外排出口
２４  スクリーン
２６  ストレーナー
２８  ユニオン
２９  パッキン
３０  減圧部
３２  流路縮小部
３２ｆ  上流側面
３２Ｈ  孔
３４  平板状部
【要約】
【課題】スチームトラップの長寿命化に貢献し得る構成を提供する。
【解決手段】本開示の実施形態に係る減圧機構１０は、減圧部を備え、スチームトラップ１２の上流側に設けられる。この減圧部は、流路縮小部３２を備え、該流路縮小部は、流れ方向に延びるととともに蒸気流れを許容する寸法を有する孔３２Ｈを区画形成する。例えば、前記流路縮小部は、前記流れ方向の上流側を向く略平らな面を有し、前記孔が前記面に開口し、かつ、前記孔が前記流れ方向において略一定の断面積を有するように、前記流路縮小部は形成される。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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