熱力学的スチームトラップ

熱力学的スチームトラップとは何ですか？

熱力学的スチームトラップは1つの可動部で構成されています。この部分はステンレス鋼製の円板で、弁の役割を果たします。このスチーム・トラップはフラッシュ蒸気の力学的効果を利用して作動します。熱力学的スチームトラップは設計が簡単で、中圧および高圧の用途に適しています。このスチーム・トラップは小型で、ウォーター・ハンマー効果がなく、垂直または水平のどの位置にも設置できます。サーモダイナミック・スチーム・トラップ・メーカーは、トラップをコンパクトに設計し、幅広い圧力範囲に対応する汎用性を備えています。このような特性により、熱力学式スチーム・トラップはトレース、特定のライト・プロセス、ドリップ・スチーム用途で広く使用されるようになりました。

図：熱力学的スチームトラップ。

熱力学的スチームトラップの仕組みは？

熱力学的スチームトラップの2つの主なタイプは、熱力学的ディスク・スチームトラップと熱力学的インパルス・スチームトラップです。ディスク・タイプのトラップは、平らなディスク・バルブで起こる力の変化に従って開閉するバルブを備えています。インパルス・トラップは、ピストン・ディスクの動きを利用して流量を制御します。熱力学的インパルス・スチーム・トラップは、流量を増加または減少させるように調節することができます。これらのタイプの熱力学的スチーム・トラップはいずれも、断続的にドレンを排出します。 

サーモダイナミックスチームトラップのディスクタイプとインパルスタイプの働き

熱力学的スチームトラップの種類

熱力学的スチームトラップには、熱力学的ディスク・スチームトラップと熱力学的インパルス・スチームトラップの2種類があります。この二つのトラップの中で最も一般的なものはディスクトラップです。インパルス・トラップは蒸気が漏れやすく、パイロット・チャンネルに少量のゴミが詰まると故障することがあるため、一般的ではありません。 

熱力学的ディスク式スチームトラップにおけるディスク弁の開閉

蒸気が弁体の下を高速で移動すると、弁体下の圧力が低下する。このため、チャンバー内の大きな圧力によって弁体が弁座に押し付けられ、弁が閉じられます。熱力学的ディスク・スチーム・トラップでは、制御される蒸気はライブスチームまたはフラッシュスチームである。ドレンがスチームトラップに入って圧力低下により相変化する場合は、フラッシュスチームという。ドレンの負荷が非常に小さい場合、またはトラップ設計がスチーム損失を防止しないほど妥協されている場合は、ライブスチームと呼ばれます。熱力学的ディスク・スチーム・トラップの製造業者は、可能な限り蒸気を使用してトラップを作動させることができるように、ライブスチームの使用を排除または最小化するのに役立つ最良の設計を使用する傾向があります。圧力室制御蒸気は、圧力と面積の積（圧力*面積）に等しい力を弁ディスク上面に下向きに及ぼします。弁体下面では、制御された蒸気が高速のため弁体下面の圧力を減少させます（ベルヌーイの原理から、速度の増加は圧力の減少につながります）。熱力学的ディスク・スチーム・トラップ・メーカーは、蒸気温度付近でドレンを閉じるようにトラップを設計します。これは蓄積されたドレンが排出されるときに起こります。閉弁力の大きさが開弁力に打ち勝つのに十分大きくなると、弁は閉じます。 

熱力学的ディスク・スチームトラップの働き

熱力学的インパルス・スチーム・トラップ 

熱力学的インパルス・スチーム・トラップは、密閉遮断ができないスチーム・トラップです。そのため、市場で一般的な熱力学的ディスク・スチーム・トラップと比較すると、その使用は制限されます。 

熱力学的インパルス・スチームトラップの仕組みは？ 

1. 熱力学的インパルス・スチーム・トラップは中空ピストンで構成されている。ピストンは、ガイドとして機能するテーパーピストンで働くピストンディスクと関連しています。 
2. このトラップの始動時には、メインバルブがシートに着座する。これにより、ピストンとシリンダーのクリアランスとピストントップ部の穴を経由して流路を残す。 
3. 凝縮水とエアフローが増加すると、ピストンディスクに力がかかり、メインバルブがシートから浮き上がり、流量が増加します。 
4. 凝縮水のもう一部は、ディスクとピストンの隙間を通り、E点を通って出口から流出する。 
5. 凝縮水が蒸気の温度に近づくと、その一部が隙間を通って蒸気に変化する。 
6. これはF点の穴から排出されますが、ピストンの上に中間圧が発生します。これはメインバルブを効果的に位置決めし、負荷を満たすのに役立ちます。 
7. トラップは、ピストン上の点Bをトラップシートに対して相対的に移動させることで変更できる。しかし、トラップは背圧の影響を受けることがある。     

熱力学的ディスク・スチーム・トラップ 

熱力学的ディスク・スチーム・トラップは、弁座に対して開閉する弁体によってドレンの流れを制御する。このトラップでは、弁体はトラップの他の部分から切り離され、弁座の上に載っている。弁座は、内側リングと外側リングの2つのシートリングで構成されています。インナーリングは、流体の流入孔と流出孔を分離するために使用されます。これにより、蒸気が出口に短絡するのを防ぎます。ディスク上の圧力室から出口部への蒸気漏れは、外側リングによって制御されます。 

熱力学的ディスク・スチームトラップの仕組みは？ 

このタイプのトラップは、不規則で周期的な動作特性を持つ。シートリングとディスクで構成されるバルブ機構は、凝縮水を排出するために数秒間開いた後、新しい排出サイクルが始まるまで長い時間閉じるために使用される。開閉の動作は、弁体の下部と上部に作用する力の差から生じる。作用する力は主に、凝縮水、空気、蒸気といった一般的な流体の圧力と運動エネルギーの変化に依存する。始動時、流入する流体（空気、ドレン、蒸気）は弁体下面に持ち上げ／開放力を作用させる。これにより、弁が持ち上がり開く。これによりドレンが流れます。開位置にある間、円板弁には、円板上部の蒸気圧による力と円板下部の蒸気による力の2つの主要な力が作用する。ディスク・バルブの開閉に作用する蒸気はコントロール・スチームと呼ばれる。

サーモダイナミックスチームトラップの利点

熱力学ディスク・スチームトラップの利点 

• このタイプのスチームトラップは、内部部品を調整したり変更したりする必要なく、全使用範囲で機能する。 
• 軽量、コンパクト、シンプルな設計で、大きな開口部により大量の凝縮水を収容できる。 
• 過熱蒸気や高圧蒸気でも作動し、振動やウォーターハンマーによる損傷もない。 
• 高強度、高耐食性で知られるステンレス鋼などの鉄系材料を使用。 
• 凝縮水の凍結に強く、ディスクを垂直に設置すれば凍結することはほとんどない。 
• 可動部はディスクのみで、トラップをラインから取り外すことなく、ネジやボルトで固定されたトップキャップを取り外すだけでメンテナンスができるため、非常に簡単である。 
• 開閉時のクリック音。これは事前に罠をテストするのに役立ちます。

熱力学ディスク式スチームトラップの欠点 

• このスチームトラップのディスクを閉じるには、ディスクより下の圧力を低くする必要がある。これはディスク・バルブ下の流速が速い場合にのみ可能である。流速が速いと、より高い差圧が必要となる。このように、熱力学的ディスク・スチーム・トラップは、差圧が非常に低い場合にはうまく機能しません。 
• 始動時に大量の空気を排出するのは、吸入圧がゆっくりと蓄積するときです。しかし、圧力が急激に上昇すると、高速の空気がトラップを閉め、エアバインドを起こします。蒸気を使用する場合も同様です。 
• 騒音が大きいため、手術室や病棟の外など一部の場所での使用が制限される傾向がある。熱力学ディスク式スチームトラップを使用しなければならない場合は、排出時の騒音を低減するためにディフューザーが必要になります。  
• オーバーサイズの熱力学的ディスク・スチーム・トラップの設計は、トラップの摩耗を増加させるサイクルを完了するまでの時間を増加させる傾向がある。 

熱力学的インパルス・スチームトラップの利点 

• その大きさの凝縮水を処理する高い能力。 
• これらのスチーム・トラップは、空気を拘束することなく空気を排出することができる。 
• 過熱蒸気や高圧蒸気の用途に使用できる。 
• バルブサイズを変更することなく、幅広い圧力範囲で使用可能。 

熱力学的インパルス・スチームトラップの欠点 

• しっかりしたシャットオフができず、ごく軽い負荷でも蒸気が吹き出す。 
• 入口圧力の40%を超える背圧では作動しません。
• 熱力学的インパルス・スチーム・トラップは、シリンダーとピストンの間のクリアランスが非常に小さいため、汚れの影響を受けやすい。 
• このようなスチームトラップの脈動は、騒音、機械的損傷、ウォーターハンマーの原因となる。

熱力学的スチームトラップの用途 

• ドリップの用途熱力学的スチーム・トラップは、スチームが熱エネルギーを失った後にスチーム・ラインに形成されるドレンを除去するために広く使用されます。これらのトラップは、配管システムから空気を除去する配管内の通気孔により、ドリップ用途に広く使用されています。 
• トレーサー排出時の高温または蒸気流出。 
• プロセスへの応用熱力学的スチームトラップは、熱交換器やラジエーターなどの熱伝達プロセスで、空気と凝縮水の両方を除去するために使用されます。 

熱力学的スチームトラップのトラブルシューティング 

トラップが冷えていて排出がない場合 

• 非常に高い圧力 

• オリフィスが磨耗により大きくなっ ている。バルブを交換する。 
• 減圧弁が故障している。バルブを正常な状態にする。 
• 圧力計の故障。ゲージ圧を低めに設定する。 
• リターンラインの真空圧が非常に高い。推奨されるように真空圧をチェックしてください。 

• 熱力学的スチームトラップに来る蒸気やドレンがゼロであること。 

• パイプラインが詰まっている。詰まっているものを取り除く。 
• スチームトラップ前方のバルブが故障している。バルブを交換する。 
• ストレーナーが詰まっている。ストレーナーに詰まったゴミや物を取り除く。 

• トラップの内部メカニズムに不具合

• 熱力学的スチームトラップの壊れた内部部品を交換する。 

• トラップ本体は不要な素材で満たされている 

• トラップ内の汚れや不要物をチェックし、取り除く。 
• トラップを使用する前にストレーナーを設置すること。 
• 必要に応じてトラップストレーナーを清掃する。

トラップが高温で放電がない場合 

• 凝縮水がトラップに来ない 

• サーモダイナミクスのスチームトラップ バイパスバルブが漏れている。バルブをチェックし、修理する。
• サイフォンパイプが破損している。破損したパイプを交換する。 
• 給湯器の真空が排水を止めている。トラップと熱交換器の間にバキュームブレーカーを設置する必要がある。 

熱力学的スチームトラップは高温で、蒸気を失っている。

• バルブが固定されていない 

• バルブ部品が摩耗している。バルブを交換する。
• オリフィスに汚れが詰まった。汚れを取り除く。 

連続フローを体験する熱力学的スチームトラップ 

• トラップのサイズは非常に小さい

• 大きめの罠を使うか、一列に多くの罠を並べる。 

概要 

サーモダイナミック・スチーム・トラップは、幅広い圧力用途に対応する多用途でコンパクトなチーム・トラップです。これらのトラップはシンプルなデザインを採用し、垂直または水平位置で作動することができます。このような特徴により、熱力学式スチーム・トラップは、リップ、トレース、その他の軽プロセス・アプリケーションなどのさまざまなアプリケーションでの使用が一般的になっています。熱力学的スチームトラップには熱力学的ディスク式スチームトラップと熱力学的インパルス式スチームトラップの2種類があります。インパルス式はパイロット蒸気が漏れやすく、わずかな汚れでも故障することがあるためです。 

熱力学ディスク・スチーム・トラップでは、弁座に対して開閉する弁ディスクによってドレン流が制御される。この弁はトラップの他の部分から切り離され、弁座上で静止する。熱力学的インパルス・スチーム・トラップの始動時、弁座に静止している弁は、シリンダーとピストンの間のクリアランスを介して流路を残す。ドレンと空気の流量が増加すると、バルブが持ち上がって流量が増加します。これらの熱力学的スチームトラップは、トレーサー排出、ドリップ排水、プロセス用途など、さまざまな用途で使用されます。熱力学式スチーム・トラップには、大流量への対応能力、過熱・高圧での作動能力、空気抜きへの対応能力、広い圧力範囲での作動能力など、他のトラップと比較していくつかの利点をもたらす優れた特徴があります。