サーモスタット式スチームトラップは、スチームと冷却ドレンおよび空気との温度差の概念を利用して作動するスチームトラップである。このタイプのトラップでは、蒸気が恒温エレメント内の圧力を増加させます。これによりサーモスタット式スチームトラップが閉じます。冷却脚内の非凝縮性ガスと凝縮ガスが逆流すると、温度が下がり始め、サーモスタットエレメントが接触してバルブが開きます。サーモスタット式スチーム・トラップの前方に逆流するドレンの量は、蒸気圧力、負荷条件、配管サイズによって決まる。サーモスタット式スチームトラップは、蒸気のシステムから空気を通すためにも使用される。空気が集まると温度が下がり、空気排出口が全運転圧力範囲を通じて蒸気温度より適度に低い温度で自動的に空気を排出します。サーモスタット式スチーム・トラップには、ウェーハ型エレメントまたはバランス圧ベローズがあります。これらのスチーム・トラップは、炭素鋼、ステンレス鋼、青銅などのさまざまな材料で製造されます。サーモスタット式スチームトラップは、軽いドレン負荷を処理するために使用されます。
図:サーモスタット式スチームトラップ。
サーモスタット式スチームトラップは、バランス圧ベローズを使用して作動することができる。この場合、トラップはまず空気とドレンをトラップ経由で蒸気より先に押し出すことで作動を開始します。サーモスタット・エレメントは全体的に収縮し、同時にバルブは蒸気がトラップに近づく時点まで開いた状態に保たれます。サーモスタット・スチーム・トラップ内の温度が上昇すると、直ちにチャージされたエレメントが加熱され、内部の蒸気圧が上昇します。エレメント内の圧力がトラップ本体のシステム圧力と釣り合うと、エレメントが膨張し、バルブが閉じます。トラップ内部の温度が飽和蒸気温度より数度低くなると、エレメントのベローズが不均衡な圧力によって収縮し、弁が開きます。
バランス圧ベローズを使用した恒温蒸気トラップの作動
サーモスタット式スチーム・トラップのもう1つの運転方法は、バランス圧式ウェーハの運転方法である。この方法はバランス圧ベローズと似ている。ウェハーの一部は液体で満たされています。トラップ内の温度が上昇すると、チャージされたウェハーが加熱され、内部の蒸気圧が上昇します。ウェハー内の圧力が周囲の蒸気圧以上になると、ウェハーの膜が弁座に押されて弁が閉じます。凝縮水または非凝縮性ガスから発生する降温により、ウェハー内圧が冷却され、ウェハーが弁座から離れる。
液膨張式サーモスタット・スチームトラップは吐出温度が一定であるため、シャットダウンドレイン式サーモスタットトラップとして使用することができます。この場合、排出口は下図に示すように常に上を向いています。これにより、エレメントの連続的なオイル浸漬を促進することができます。このトラップは、60℃から60℃の間の温度で排出することができます。 oCから100 oCは始動時にのみ正常に開くことができる。液体膨張サーモスタット式スチームトラップの設置は、通常ドレンの戻りラインに配管されるメイントラップと並行して行うことができる。
液体膨張式恒温蒸気トラップの使用図
バランス圧サーモスタット式スチームトラップは、液体膨張式サーモスタット式スチームトラップの改良型です。このトラップの作動温度は周囲の蒸気圧に影響されます。このトラップは、水と水より沸点の低い特殊な液体を混合したカプセルであるエレメントを使用して作動します。始動時は低温状態であり、カプセルは弛緩している。このトラップはバルブが大きく開き、シートから外れている。これにより、無制限に空気を抜くことができる。この特徴は全バランス型圧力スチーム・トラップの特徴であり、このトラップが空気抜きに適している理由でもあります。
交換可能なカプセルを備えたバランス圧サーモスタット式スチームトラップ。
このトラップにドレンが流れると、カプセル内の液体に熱が伝わります。そして蒸気がトラップに到達する前に液体が気化する。カプセルの蒸気圧によって膨張し、バルブが閉じます。平衡恒温蒸気トラップから失われた熱は、蒸気が凝縮してカプセルが凝縮する間に、このカプセルを取り囲んでいる水を冷却します。これによりバルブが開き、蒸気が再び発生するまで凝縮水を放出し、サイクルが新たに始まります。
バランス圧サーモスタット式スチームトラップの作動
現在、バランス圧サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは、ステンレス鋼を使用してこれらのトラップを設計している。当初、サーモスタット・スチーム・トラップ・メーカーは非鉄材料を使用していたが、後にウォーター・ハンマーによる損傷を受けやすいことが判明した。ステンレス鋼の使用により、このトラップはより信頼性が高くなり、腐食、過熱、ウォーター・ハンマーによる損傷に強くなった。
これはサーモスタット式スチーム・トラップの一種で、2枚の異なる金属片を溶接して1つのエレメントにしたものです。このエレメントは、下図のように加熱されるとたわむことがあります。
バイメタル・サーモスタット式スチームトラップ(ストリップは加熱され、常温に保たれている
この種のトラップに使われるシンプルな要素は、主に2つの要素を考慮している:
スチームトラップの性能は、スチーム飽和曲線上の応答をチェックすることによって決定することができる。適切な反応とは、曲線に忠実に従い、その真下にあるものである。基本的なバイメタル素子は、温度の変化に対して直線的に反応します。下図に示すように、いくつかのバイメタル式サーモスタット・スチーム・トラップは、異なる温度で作動する1つのスタックに2つの異なるバイメタル・リーフを使用しています。
より優れたバイメタル・サーモスタット式スチーム・トラップは、ディスク・スプリングのサーモスタット・エレメントを採用している。このエレメントはバイメタル・ディスクで構成されている。ディスクが弁座と弁軸の間に直接作用する場合、圧力の変化に応じてドレン排出温度を直線的に変化させる。シートリセスとディスクの間にスプリングワッシャーを組み込むと、低圧時のバイメタルからの膨張の一部を吸収するのに役立ちます。これにより、圧力の変化に伴う温度の変化をより大きくすることができる。スプリングワッシャーの形状は、直線的な速度に比べて速度を増加させる指数関数的に力を開発することができるので、コイルスプリングと比較して好ましい。このような効果は、スプリングが凹部の底にたわむまで、約1.5メガパスカルで起こることができます。これにより、ドレン排出温度が蒸気の飽和曲線により正確に追従することが可能になります。ドレン排出速度は、バング排出を起こしやすいダイナミッククラックを使用することによっても改善することができる。
バイメタルディスク付きサーモスタット式スチームトラップ
サーモスタット式スチームトラップは、スチームと冷却ドレンおよび空気との温度差原理を利用して作動するトラップである。サーモスタット・エレメントの中で蒸気圧が上昇します。これによりトラップは閉じます。このトラップを開くには、冷却脚内の凝縮水と非凝縮性ガスが逆流し温度が下がるため、サーモスタットエレメントが収縮して弁が開きます。サーモスタット式スチームトラップには、平衡圧式サーモスタット式スチームトラップ、液膨張式サーモスタット式スチームトラップ、バイメタル式サーモスタット式スチームトラップの3種類があります。これらの3つのトラップはそれぞれ特定のタイプの用途に適するように無差別に作動します。
サーモスタット式スチーム・トラップは、ステンレス鋼、炭素鋼、青銅など、さまざまな丈夫で耐食性のある材料を使用して製造されています。これらのトラップは、ドレン負荷が軽い場合に使用されます。サーモスタット式スチームトラップは、ラジエーター、滅菌器、トレーサーライン、加熱コイル、蒸発器、調理釜など様々な用途で使用されます。これらのスチームトラップは、高効率、容易なメンテナンス、容易な設置、ウォーターハンマーを減少させる空気や他のガスを排出する能力、とりわけ高い排出率を達成できるなど、多くの面で有利です。