JP6944205B2 - 凝縮水蓄積管 - Google Patents

Description

本発明は、凝縮水蓄積管に係り、凝縮水の排出に電源を必要とせず、高圧下でも凝縮水排出口の弁を開いて凝縮水を排出できる凝縮水蓄積管に関する。

一般に、蒸気管に発生する凝縮水を排出するため、スチームトラップという装置が広く使用される。スチームトラップには、機械式かつ間欠式のものと、ノズル式のように、ノズル孔から凝縮水を蒸気に変換して排出する連続式のものとがある。

本出願人は、特許文献１、２に示す凝縮水排出装置を提案した。この凝縮水排出装置はノズル式のスチームトラップで、長さが２０〜４０ｍｍ、孔径が０．２〜１８ｍｍのノズルが備えられる。これにより蒸気管内に発生した凝縮水が蒸気となって連続的に外部に排出される。蒸気配管設備での凝縮水の発生は、大きく変動することがあり、増えた場合に備えて凝縮水排出装置には、凝縮水蓄積管が設けられる。

特許文献２では、凝縮水蓄積管に水位を検知する上限センサと下限センサを設け、水位が上限センサを超えると電磁弁の排出バルブを開き、蒸気にして逃がすノズルをバイパスして凝縮水を排出できるようにした。この機構は、電気を必要とするので、近くに給電設備がない場合は、例として温度差を利用した発電モジュールを用意する必要がある。

一方、特許文献１では、凝縮水蓄積管の水位が上がるとフロートが上昇して錘の弁が排出口から離れ、凝縮水が排出され、水位が下がるとフロートが下降して錘の弁が排水口を塞ぐ機械式で間欠式の水位調節機構が設けられる。この機構は、給電設備を必要としないが、管内の蒸気圧が１〜３ＭＰａと高圧のような場合、弁が排出口に押し付けられる力が非常に強く、引き離すには大きな形状のフロートが必要になる。

特開２０１５−１３７７４５号公報 特開２０１６−０８０００２号公報

本発明の目的は、凝縮水の排出に電源を必要とせず、高圧下でも凝縮水排出口の弁を開いて凝縮水を排出できる凝縮水蓄積管を提供することにある。

本発明による凝縮水蓄積管は、蒸気又は凝縮水が流れ込む入口（１）と、スチームトラップ（３０）への連結口（６）と、凝縮水排出口（１５）が設けられたプラグ（１４）と、を備えた凝縮水蓄積管であって、本体部（５）の内部に装着され、フロート（９ａ）と凝縮水排出口（１５）を開閉する弁部（９ｂ）からなるフロート体（９）と、本体部（５）内部に固定して設けられ、フロート体（９）の上限位置を規制するストッパ（３）と、蒸気圧により弁部（９ｂ）が凝縮水排出口（１５）を閉じると、圧縮又は伸長されてフロート体（９）に付勢力を付与するバネ（１３）と、が備えられることを特徴とする。

前記弁部（９ｂ）は、連結ロッド（１２）と円錐状の弁（４）で形成されることを特徴とする。

前記バネ（１３）に上端支持部（１０）と下端支持部（１１）が設けられ、下端支持部（１１）は、リング状の高さの異なる複数の下端支持部（１１）からなり、交換可能であることを特徴とする。

前記フロート体（９）は、フロート（９ａ）が長尺円筒状に形成され、弁部（９ｂ）がフロート（９ａ）の底部で兼用されることを特徴とする。

本発明の凝縮水蓄積管によれば、
（１）蒸気圧で弁部（９ｂ）が凝縮水排出口（１５）を閉じると、閉じる力に抗して、フロート（９ａ）に付勢力を与えるバネ（１３）を設けたので、フロート（９ａ）の浮力を蒸気圧に相当する大きな形状とする必要がない。フロート（９ａ）に浮力が発生すると、フロート体（９）が上昇し、弁部（９ｂ）は凝縮水排出口（１５）を開くので、凝縮水が排出できる。
（２）フロート体（９）のフロート（９ａ）を浮力で上昇させるので、電気を必要としないで弁部（９ｂ）が凝縮水排出口（１５）から離れ、凝縮水排出口（１５）を開くことができる。
（３）ストッパ（３）は、フロート（９ａ）の上限位置を規制すると共に、落下してくる凝縮水がフロート（９ａ）を叩いて誤動作が起きないようにできる。
（４）プラグ（１４）は、取り外せるので、凝縮水排出口（１５）が摩耗して交換するような場合に便利である。メンテナンスが容易にできる。
（５）スチームトラップ（３０）の凝縮水排出量を適切に設定することで、凝縮水が常に溜まった状態で運転でき、また、凝縮水蓄積管は凝縮水でオーバーフローしないので、スチームトラップ（３０）のノズルからの蒸気漏れを少なくできる。

弁部（９ｂ）が、連結ロッド（１２）と円錐状の弁（４）で形成されるので、蒸気圧で、凝縮水排出口（１５）を良好に閉じることができる。

バネ（１３）の下端支持部（１１）を、リング状の交換可能な高さの異なる複数の下端支持部（１１）で構成したので、バネ（１３）力を調節できる。

フロート体（９）は、フロート（９ａ）が長尺円筒状に形成され、弁部（９ｂ）がフロート（９ａ）の底部で兼用される構成としたので、弁部（９ｂ）に連結ロッド（１２）と弁（４）を設ける必要がなく、フロート（９ａ）をより大きな形状にできる。

凝縮水蓄積管の内部構造を示す断面図である。実施例１ バネの下端支持部が複数の種類からなることを示す図である。 凝縮水蓄積管が使用される凝縮水排出装置の全体図である。 図３のノズル式のスチームトラップの内部構造図である。 図１の凝縮水蓄積管の動作説明図である。 図１の凝縮水蓄積管の動作説明図である。 図１の凝縮水蓄積管の動作説明図である。 図１の凝縮水蓄積管の動作説明図である。 凝縮水蓄積管の内部構造を示す断面図である。実施例２ 凝縮水蓄積管の内部構造を示す断面図である。実施例３

以下、図面を参照して、本発明による凝縮水蓄積管を詳しく説明する。

図１は、凝縮水蓄積管１００の内部構造を示す断面図である。凝縮水蓄積管１００は、管状の本体部５を有する。本体部５の上部には、引込み管２と連結する連結管８が設けられ、配管設備からの蒸気又は凝縮水が流れ込む入口１がある。本体部５の側部には、凝縮水を蒸気にして排出するスチームトラップ３０への連結口６がある。本体部５の底部には、凝縮水排出口１５が設けられたプラグ１４が装着される。

本体部５の内部には、凝縮水で浮力を発生するフロート体９が設けられる。フロート体９は、フロート９ａと弁部９ｂからなる。弁部９ｂは、フロート部９ａの下端に連結される連結ロッド１２と、連結ロッド１２の下端に設けられ、凝縮水排出口１５を開閉する弁４からなる。さらに、本体部５の内部に固定して設けられ、フロート９ａの上限位置を規制するストッパ３と、蒸気圧で弁４が閉じられると、フロート体９を上方向に付勢するバネ１３と、が備えられる。ストッパ３には貫通孔が設けられており、蒸気又は凝縮水が通過できる。バネ１３は、一端がフロート９ａに連結され、他端がプラグ１４の上面に支持されて、蒸気圧で弁４が下方に押圧されると縮む圧縮バネである。

図１に示すように、本体部５の内部に蒸気圧がない状態では、フロート９ａは、レベル（ＭＡＸ）の位置にある。バネ１３は所定の長さで、下端がリング状の下端支持部１１で支持され、上端が同様にリング状の上端支持部１０で支持される。上端支持部１０は、フロート９ａの側面に取り付けられており、下端支持部１１はプラグ１４の上面に接して支持される。本体部５の内部に蒸気圧がかると、弁４が蒸気圧で押し下げられ、プラグ１４の凝縮水排出口１５に入り込み、円錐状の孔の底部に係合して凝縮水排出口１５を塞ぐ。

連結口６の先には、ノズル式のスチームトラップ３０が連結される。連絡口６は、外部に開口するものではなく、本体部５の内部には、配管設備の蒸気圧がかかる。弁４が凝縮水排出口１５を塞ぐと、フロート９ａは連結ロッド１２で弁４に連結されているので、レベル（ＭＩＮ）の位置まで下がる。フロート９ａが下降しても、バネ１３の下端は動かないので、バネ１３は圧縮されて縮む。バネ１３が圧縮されることで、フロート体９には上方向への付勢力が付与される。

図２は、バネ１３の下端支持部が複数の種類からなることを示す図である。下端支持部１１は、高さｈ１、ｈ２、ｈ３の異なる３種類の下端支持部１１ａ、１１ｂ、１１ｃが交換可能に用意される。下端支持部１１の高さが異なると、例えばｈ１より高さのあるｈ２を装着すると、バネ１３の上端はフロート９ａに連結され、フロート９ａはストッパ３で押さえられているので、バネ１３は圧縮されて縮む。これによりバネ１３に、初期状態での荷重を与え、バネ１３がより強い蒸気圧に対応できるようになる。

図３は、凝縮水蓄積管１００が使用される凝縮水排出装置２００の全体図である。凝縮水排出装置２００は、蒸気の配管設備から凝縮水を蒸気に変換して除去する装置で、引込み管２から流れ込む凝縮水を一時溜め込む凝縮水蓄積管１００と、凝縮水蓄積管１００に連結され、凝縮水を蒸気に変換して第１排出管２０を介して、第２排出管２１に排出するノズル式のスチームトラップ３０と、を備える。凝縮水は、凝縮水蓄積管１００の連結口６を出て、スチームトラップ３０に入る。なお、第１排出管２０の凝縮水は、スチームトラップ３０のノズルで蒸気にされた後に凝縮され、塵やゴミが混入していない。そのため、第１排出管２０を第２排出管２１に合流させず、再利用先に配管してもよい。

図３に示すように、第１バルブ２５は手動式のもので、凝縮水蓄積管１００に流入する凝縮水を遮断できる。第１バルブ２５は、運転中は開状態とされる。第２バルブ２６も手動式のもので、スチームトラップ３０の第１排出管２０を遮断できる。第２バルブ２６は、運転中は開放状態にされる。第３バルブ２７も手動式のもので、運転中は閉状態にされ、メンテナンス時に開状態とされる。開状態とすることで、スチームトラップ３０に底部に溜まった凝縮水を第２排出管２１に排出できる。凝縮水蓄積管１００に、所定のレベル以上の凝縮水が溜まると、凝縮水が第２排出管２１に排出されるように構成される。

図４は、図３のノズル式のスチームトラップ３０の内部構造図である。スチームトラップ３０は、入口部３０ａと、本体部３０ｂと、出口部３０ｃと、凝縮水抜き取り部３０ｄと、からなる。入口部３０ａには、凝縮水蓄積管１００との連結パイプ３５が設けられる。本体部３０ｂには、フィルタ３１が設けられ、蒸気発生ノズル３２に押し出される凝縮水１６を浄化する。出口部３０ｃには、第１排出管２０が連結される。凝縮水１６は、蒸気発生ノズル３２で再蒸発３３し、温度が低下して再凝縮３８し、第１排出管２０に排出される。凝縮水抜き取り部３０ｄには、フィルタ交換用のプラグ３６が設けられ、フィルタ３１の取り出し口になる。本体部３０ｂの凝縮水１６は、蒸気発生ノズル３２の性能にもよるが、運転中は一定量が溜まっており、蒸気が凝縮水で邪魔されて、蒸気発生ノズル３２から直接出て行くことがないようにされる。

蒸気発生ノズル３２は、長さが２０〜４０ｍｍで、中央に孔径が０．２〜１８ｍｍのノズル孔を有する。凝縮水１６は、蒸気発生ノズル３２を通過する時、流速が速くなって圧力が下がり再蒸発３３するので、体積が増し抵抗が増す。蒸気の抵抗を利用することで、ノズル孔の径をより大きくできる利点がある。つまり凝縮水１６の排出量を大きくできる。

図５〜８は、図１の凝縮水蓄積管１００の動作説明図である。図５は、本体部５の内部に蒸気圧がない状態を示す。フロート体９は、高い位置にあり、フロート９ａの上端がストッパ３に接している。バネ１３は所定の長さで、下端支持部１１と上端支持部１０で支持される。上端支持部１０は、フロート９ａの側面に取り付けられ、下端支持部１１はプラグ１４の上面に載置される。

図６は、本体部５の内部に蒸気圧がかかっている状態を示す。円錐状の弁４が蒸気圧で押し下げられ、プラグ１４の凝縮水排出口１５に入り込み、円錐状の孔に係合して凝縮水排出口１５を塞ぐ。弁４が凝縮水排出孔１５を塞ぐと、フロート９ａと弁４が連結ロッド１２で連結されているので、フロート９ａは、低い位置（図１のレベル（ＭＩＮ）参照）まで下がる。フロート９ａが下がっても、バネ１３の下端はプラグ１４の上面に当接していて動かないので、バネ１３が圧縮されて縮む。

図７は、本体部５の内部に凝縮水１６が配管設備から急激に入り込んだ状態を示す。その場合、フロート９ａに浮力ｇが上向きに働く。すると、バネ１３を縮める力ｆがｆ−ｇと小さくなるのでバネ１３が伸びる。バネ１３が伸びると、図８に示すように、弁４が上昇する。弁４が凝縮水排出口１５を塞がないので、つまり凝縮水排出口１５を開くので、凝縮水排出口１５から凝縮水１６が第２排出管２１に排出される。水位が下がれば、フロート９ａが水面の上に出て浮力が失われるので、バネ１３は再び縮む。すると、弁４は下方向に押し下げられ、凝縮水排出口１５を塞いで閉じる。

図９は、凝縮水蓄積管１００の内部構造を示す断面図である。実施例２の凝縮水蓄積管１００は、実施例１と同様に、凝縮水が流れ込む入口１と、スチームトラップ３０への連結口６と、プラグ１４に装着される凝縮水排出口１５と、が備えられる。

本体部５の内部には、凝縮水で浮力を発生するフロート体９と、フロート体９の上限位置を規制するストッパ３と、フロート体９を上方向に付勢するバネ１３と、を備える。フロート体９は、フロート９ａと弁部９ｂからなる。フロート９ａは、長尺円筒状に形成されて、半球状の底部が弁部９ｂを兼ねている。実施例１のような弁４はなく、連結ロッド１２もない。

図９に示すように、本体部５の内部に蒸気圧がない状態では、バネ１３は、所定の長さで、フロート体９のフロート９ａがストッパ３に当接している。バネ１３は、下端支持部１１と上端支持部１０で支持される。上端支持部１０は、フロート９ａの側面に取り付けられており、下端支持部１１はプラグ１４の上面に接している。

本体部５の内部に蒸気圧がかると、フロート９ａが蒸気圧で押し下げられ、底部がプラグ１４の凝縮水排出口１５に入り込み、凝縮水排出口１５の底部に係合して凝縮水排出口１５を塞ぐ。フロート９ａの底部が、凝縮水排出口１５を塞ぐように下降するが、バネ１３の下端がプラグ１４に当接していて動かないので、バネ１３は圧縮されて縮む。バネ１３は圧縮バネである。実施例２は、弁がフロート（９）の底部で兼用されるので、連結ロッドがなくフロート９ａを浮力の大きな長尺円筒状にできる。

図９で、本体部５の内部に凝縮水１６が配管設備から入り込むと、凝縮水によりフロート９ａに浮力ｇが上向きに働く。すると、バネ１３を縮める力ｆがｆ−ｇと小さくなるのでバネ１３が伸びる。バネ１３が伸びると、フロート９が上昇する。フロート９ａが上昇すると、フロート９の弁を兼ねる底部が凝縮水排出口１５を塞がなくなるので、凝縮水１６が第２排出管２１に排出される。凝縮水が排出されて、凝縮水の水位が下がれば浮力が失われ、バネ１３が蒸気圧で再び縮み、フロート９が下方向に押し下げられ、凝縮水排出口１５を塞ぐ。

図１０は、凝縮水蓄積管１００の内部構造を示す断面図である。この構成は、バネ１３が引っ張りバネである。図１０に示すように、バネ１３は、一端がフロート９ａの下部に設けられる逆Ｔ字型部材１７のフランジ上面１７ａに固定され、他端がプラグ１４の開口部１８の内側天井面１８ａに連結される。蒸気圧でフロート体９の弁部９ｂが、凝縮水排出口１５を閉じると、バネ１３が引っ張られて伸長し、フロート体９に上方向への付勢力を付与する。

実施例１〜３の凝縮水蓄積管１００によれば、バネ１３を設けたので、弁４を閉じる蒸気圧に抗して、フロート９を上方向に付勢できる。フロート９は、浮力を得るため蒸気圧に相当する大きな形状とする必要がない。

本発明は、凝縮水の排出に電源を必要とせず、高圧下でも凝縮水排出口の弁を開いて凝縮水を排出できる凝縮水蓄積管として好適である。

１ 入口
２ 引込み管
３ ストッパ
４ 弁
５ 本体部
６ 連結口
８ 連結管
９ フロート体
９ａ フロート
９ｂ 弁部
１０ 上端支持部
１１ 下端支持部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ （高さの異なる）下端支持部
１２ 連結ロッド
１３ バネ
１４ プラグ
１５ 凝縮水排出口
１６ 凝縮水
１７ 逆Ｔ字型部材
１７ａ フランジ上面
１８ 開口部
１８ａ 内側天井面
２０ 第１排出管
２１ 第２排出管
２５ 第１バルブ
２６ 第２バルブ
２７ 第３バルブ
３０ スチームトラップ
３０ａ 入口部
３０ｂ 本体部
３０ｃ 出口部
３０ｄ 凝縮水抜取り部
３１ フィルタ
３２ 蒸気発生ノズル
３３ 再蒸発
３４ プラグ
３５ 連結管
３６ プラグ
３７ 連結管
３８ 再凝縮
１００ 凝縮水蓄積管
２００ 凝縮水排水装置

Claims (4)

1. 蒸気又は凝縮水が流れ込む入口（１）と、スチームトラップ（３０）への連結口（６）と、凝縮水排出口（１５）が設けられたプラグ（１４）と、を備えた凝縮水蓄積管であって、
   本体部（５）の内部に装着され、フロート（９ａ）と凝縮水排出口（１５）を開閉する弁部（９ｂ）からなるフロート体（９）と、
   本体部（５）内部に固定して設けられ、フロート体（９）の上限位置を規制するストッパ（３）と、
   蒸気圧により弁部（９ｂ）が凝縮水排出口（１５）を閉じると、圧縮又は伸長されてフロート体（９）に付勢力を付与するバネ（１３）と、
   が備えられることを特徴とする凝縮水蓄積管。
2. 前記弁部（９ｂ）は、連結ロッド（１２）と円錐状の弁（４）で形成されることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水蓄積管。
3. 前記バネ（１３）に上端支持部（１０）と下端支持部（１１）が設けられ、下端支持部（１１）は、リング状の高さの異なる複数の下端支持部（１１）からなり、交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水蓄積管。
4. 前記フロート体（９）は、前記フロート（９ａ）が長尺円筒状に形成され、弁部（９ｂ）がフロート（９ａ）の底部で兼用されることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水蓄積管。

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