JP2005133785A

JP2005133785A - 供給装置

Info

Publication number: JP2005133785A
Application number: JP2003369098A
Authority: JP
Inventors: Harunobu Shimada; 晴庸島田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】天然ガスが流れるガス導管に開閉弁を備えた付臭剤供給管を接続して、付臭剤の注入量（流量）を制御する供給装置において、付臭剤の粘度を一定に保つことにより、開閉弁の開度の変動を抑えて、付臭剤の流量を正確に制御する。
【解決手段】圧送管２内を流れる第１流体１に対して、圧送管１に接続された供給管６を介して第２流体３を供給する供給装置１００において、第２流体３の粘度を一定に保つ粘度調整部１１を備えるようにする。また、粘度調整部１１は、第２流体３の温度を一定に保つ温度調整部１１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧送管内を流れる流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して他の流体を供給する供給装置に関する。

工場や家庭において燃料等として利用される天然ガスは、本来、無色無臭であるため、漏洩の発見が困難であり、惨事を招き兼ねない。そのため、付臭剤を添加して、嗅覚により、漏洩が発見できるようにしている。
このため、天然ガスに付臭剤を注入（添加）する場合には、天然ガスが流れるガス導管の途中に、付臭剤が収容された薬品タンクと付臭剤を圧送する定量ポンプとを備える付臭剤供給管を接続して、付臭剤をガス導管に注入していた。そして、ガス導管を流通する天然ガスの流量に応じて付臭剤の注入量（要求流量）が決定され、定量ポンプのストローク及び回転数を制御することにより、薬品タンク内より付臭剤供給管を通して要求流量の付臭剤がガス導管内に注入され、ガス導管内を流通する天然ガスへ所定の割合で混合するようにしていた。
更に、特許文献１に示すように、付臭剤供給管に開閉弁を設け、開閉弁の開度を調整することにより、ガス導管に注入する付臭剤の流量を制御する技術もある。
特開平８−９３９９９号公報

上述した技術では、付臭剤の流量がその粘度により変動する場合には、定量ポンプの制御や、開閉弁の制御が不安定となったり、或いは場合によっては、制御が不可能となったりする場合がある。例えば、冬季等には、付臭剤の温度が０℃程度にまで低下し、粘度が上昇してしまうので、定量ポンプの出力を上げたり、開閉弁の開度を大きくしたりする必要がある。しかしながら、定量ポンプの出力や開閉弁の開度には限界があり、大流量の付臭剤を圧送する場合には、更に、定量ポンプの出力を上げたり、開閉弁の開度を大きくしたりすることが不可能となり、付臭剤の流量制御が不安定或いは不可能となってしまうという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、天然ガスが流れるガス導管に開閉弁を備えた付臭剤供給管を接続して、付臭剤の注入量（流量）を制御する供給装置において、付臭剤の粘度を一定に保つことにより、開閉弁の開度の変動を抑えて、付臭剤の注入量（流量）を正確に制御することができる供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る供給装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、圧送管内を流れる第１流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、第２流体の粘度を調整する粘度調整部を備えるよにした。この発明によれば、第２流体の粘度が一定に保たれるようになる。
また、粘度調整部は、第２流体の温度を調整する温度調整部であるものでは、第２流体の温度が一定に保たれるようになる。
また、第２流体の温度と流量を同時に測定する測定器を備えるものでは、供給管の径が小さい場合であっても、第２流体の温度を計測することができるようになる。
また、温度調整部は、第２流体の流量が零となった際には、第２流体の温度調整を停止するものでは、第２流体の過熱が抑えられる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明は、圧送管内を流れる第１流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、第２流体の粘度を調整する粘度調整部を備えるよにした。このため、第２流体の粘度が一定に保たれて、第２流体の流量制御が安定するようになり、また、第２流体の粘度上昇により、第２流体の流量制御が不可能となる事態を回避することができる。更に、第２流体の流量が多い場合には、第２流体の粘度を低くし、一方、第２流体の流量が少ない場合には、第２流体の粘度を高くして、第２流体の流量制御を安定化させることも可能となる。
また、粘度調整部が第２流体の温度を調整する温度調整部であるようにしたので、第２流体の温度を一定に保つことにより、容易に第２流体の粘度を一定に保つことができる。更に、第２流体の流量が多い場合には、第２流体を過熱して粘度を低くし、一方、第２流体の流量が少ない場合には、第２流体の温度を冷却して粘度を高くして、第２流体の流量制御を安定化させることも可能となる。
また、第２流体の温度と流量を同時に測定する測定器を備えるようにしたので、供給管の径が小さい場合であっても、第２流体の温度を計測することができるようになるとともに、設備コストを抑えることができる。
また、温度調整部が第２流体の流量が零となった際には、第２流体の温度調整を停止するようにしたので、第２流体の気化等が抑えられる、とともに省エネルギを実現できる。

以下、本発明の注入装置（供給装置）の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の注入装置（供給装置）１００を示す概念図である。
注入装置１００は、ガス導管（圧送管）２内を圧送される天然ガス（第１流体）１に付臭剤（第２流体）３を注入する装置であり、付臭剤３を貯蔵する薬品タンク４、薬品タンク４とガス導管２とを連結する付臭剤供給管（供給管）６、付臭剤供給管６に設けた定量ポンプ５を備える。そして、定量ポンプ５を駆動することにより、薬品タンク４内の付臭剤３を付臭剤供給管６を通して圧送して、ガス導管２内に注入する。
更に、注入装置１００は、流量計７、開閉弁９、自動遮断弁１０、配管加温部１１、流量制御部１６、温度制御部１７、圧力制御部１８、ポンプ制御部１９等を備え、ガス導管２内に注入する付臭剤３の流量、圧力、温度を制御可能に構成される。

流量計７、開閉弁９、自動遮断弁１０は、付臭剤供給管６の下流側に設けられる。
流量計（測定器）７には、例えば、質量流量計が用いられる。また、流量計７は、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３の流量Ｆ_１を検出するとともに、付臭剤３の温度Ｔ_１を検出することができる。そして、流量計７に連結された変換器８により、付臭剤３の流量Ｆ_１と温度Ｔ_１とがそれぞれ流量制御部１６、温度制御部１７に送られる。
また、開閉弁９、ガス導管２を流通する天然ガス１の送ガス量の変化に追従して付臭剤３の注入量を変化させることができるように、レンジアビリティの大きいものを使用することが望ましい。ここで、レンジアビリティ（range ability）とは、開閉弁９においては、あらかじめ決められた制限内で、流量特性が維持される範囲の最大開度と最小開度の比をいう。そして、定量ポンプ５と開閉弁９とは、できるだけ近づける、すなわち、付臭剤供給管６の全長を短くすることが望ましい。付臭剤供給管６を流れる付臭剤３の圧力及び流量の制御の応答性や安定性を良好にするためである。
なお、自動遮断弁１０については後述する。

付臭剤供給管６には、付臭剤供給管６における定量ポンプ５の下流直後位置に接続されるとともに、薬品タンク４の上壁に接続される分岐管１４と、分岐管１４に設けられた圧力制御弁１５とが設けられる。そして、定量ポンプ５から付臭剤３を付臭剤供給管６を通してガス導管２に圧送する際に、圧力制御弁１５の開度を調整して、圧送される付臭剤３の一部を分岐管１４を通して薬品タンク４に戻すことにより、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１を調整することができる。
なお、圧力制御弁１５は、圧力制御部１８により開度指令Ｃ_Ｐを受けて駆動する。

また、付臭剤供給管６には、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３の圧力（以下、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１という）を検出する付臭剤圧力計１２が設けられる。付臭剤圧力計１２は、付臭剤３の圧力Ｐ_１、すなわち、開閉弁９の一次側（上流側）の圧力を検出するように、分岐管１４における圧力制御弁１５よりも上流側位置に設けられる。
一方、ガス導管２には、ガス導管２内を流れる天然ガス１の圧力（以下、ガス導管内圧力Ｐ_２という）を検出するガス圧力計１３が設けられる。ガス圧力計１３は、天然ガスの圧力Ｐ_２の圧力を検出するように、ガス導管２における付臭剤供給管６の接続部よりも上流側位置（便宜的に開閉弁９の二次側（下流側）と呼ぶ場合もある）に設けられる。
そして、付臭剤圧力計１２及びガス圧力計１３により、それぞれ検出される圧力検出信号は、圧力制御部１８に送られて、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１とガス導管内圧力Ｐ_２の差圧ΔＰが求められる。

また、付臭剤供給管６における流量計７の上流側には、配管加温部（粘度調整部）１１が設けられる。配管加温部１１は、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３を加熱して、一定温度に保温する装置であり、温水式、スチーム式、電気式のいずれであってもよい。
なお、配管加温部１１は、付臭剤３を一定温度に加熱保温するが、付臭剤３の流量が零の場合には、加熱を停止するように制御される。付臭剤３を長時間加熱することによる、付臭剤３の気化を防止するためである。

次に、各制御部１６，１７，１８，１９について詳述する。
まず、流量制御部１６は、比較器２０とＰＩＤ演算器２１を有する。そして、ガス導管２内を流通する天然ガス１の送ガス量に基づいて、図示しない要求流量指令部から、注入すべき付臭剤３の要求流量Ｆ_０が与えられた場合には、比較器２０において、要求流量Ｆ_０と流量計７により検出された流量検出値Ｆ_１とが比較され、更に比較器２０において求められた要求流量Ｆ_０と流量検出値Ｆ_１との偏差（Ｆ_０−Ｆ_１）が零になるように、ＰＩＤ演算器２１がＰＩＤ演算を行って、開閉弁９に開閉指令Ｃ_Ｆを発する。
このような構成により、開閉弁９の開度が制御される。

温度制御部１７は、演算器２２を備え、流量計７により検出された付臭剤３の温度Ｔ_１が与えられると、所定の温度Ｔ_０との偏差を求めた後に、その偏差が零になるように、演算を行って、配管加温部１１に温度指令Ｃ_Ｔを発する。
これにより、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３が一定の温度Ｔ_０に加熱され、付臭剤３の粘度も一定となって、圧送されるようになる。

圧力制御部１８は、比較器２３、比較器２４、ＰＩＤ演算器２５等を有する。そして、比較器２３は、付臭剤圧力計１２により検出される付臭剤供給管内圧力Ｐ１とガス圧力計１３により検出されるガス導管内圧力Ｐ２の測定値の差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）を求める。更に、比較器２４においては、一定の差圧ΔＰと差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）との偏差（ΔＰ−Ｐ_１＋Ｐ_２）が求められる。そして、ＰＩＤ演算器２５において、比較器２４において求められた偏差が零になるように、ＰＩＤ演算器２５がＰＩＤ演算を行って、圧力制御弁１５へ開度指令Ｃ_Ｐを発する。
このような構成により、供給する付臭剤３の流量が変化した場合には、その変化に追従して、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１とガス導管内圧力Ｐ_２の差圧が一定の差圧ΔＰとなるように制御される。
なお、圧力制御部１８には、比較器２４にて算出される偏差（ΔＰ−Ｐ_１＋Ｐ_２）の値に基づいてＰＩＤ演算を行って、ポンプ制御部１９への圧力補正信号Ｓを発するＰＩＤ演算器２６も設けられる。

ポンプ制御部１９は、演算器２７を備え、要求流量司令部から付臭剤３の要求流量Ｆ_０が与えられた際に、要求流量Ｆ_０に対し圧力制御部１８のＰＩＤ演算器２６より発せられる圧力補正信号Ｓにより補正を加えた後、定量ポンプ５のストローク及び回転数を決定すし、定量ポンプ５へ出力指令Ｃ_０を与える。
これにより、定量ポンプ５への出力指令Ｃ_０を、圧力補正を加えてなるものとして、定量ポンプ５の出口側の圧力、すなわち、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１を適正に制御することができる。

付臭剤供給管６における最下流側には、自動遮断弁１０が設けられる。また、流量制御部１６には、付臭剤３の要求流量Ｆ_０を出力するモニタスイッチ２８が設けられるとともに、圧力制御部１８には、比較器２３の下流側にて付臭剤供給管内圧力Ｐ_１とガス導管内圧力Ｐ_２の差圧を出力するモニタスイッチ２９が設けられる。更に、モニタスイッチ２８から出力される付臭剤３の要求流量Ｆ_０があり、かつモニタスイッチ２９にて付臭剤供給管内圧力Ｐ_１がガス導管内圧力Ｐ_２よりも高いことが示された場合にのみ自動遮断弁１０に開指令Ｃを与える論理回路３０が設けられる。
このような構成により、付臭剤３に要求流量Ｆ_０がない（Ｆ_０＝０）場合や、付臭剤供給管内圧力Ｐ_１がガス導管内圧力Ｐ_２よりも低い場合には、自動遮断弁１０が自動的に閉鎖されて、ガス導管２側からの天然ガス１の逆流を防止できる。
なお、上述した各制御部１６，１７，１８，１９には、一般的なシーケンサやワンループコントローラ、ＤＣＳ等を使用することができる。

続いて、上記構成を備える注入装置１００を用いて、ガス導管２を流通する天然ガス１に付臭剤３を注入する手順について説明する。
まず、ガス導管２内に天然ガス１が圧力Ｐ_２で圧送されると、要求流量司令部において、送ガス量に応じた付臭剤３の要求流量Ｆ_０が決定されて、流量制御部１６及びポンプ制御部１９に要求流量Ｆ_０が指令される。流量制御部１６及びポンプ制御部１９は、要求流量Ｆ_０を受け取ると、それぞれ開閉弁９、定量ポンプ５を駆動して、要求流量Ｆ_０に見合った付臭剤３を天然ガス１に注入し始める。なお、定量ポンプ５は、予め駆動し、付臭剤３に所定の圧力を掛けておく。
同時に、付臭剤圧力計１２により付臭剤３の圧力Ｐ_１が計測されて、圧力制御部１８に送られる。そして、圧力制御部１８は、圧力制御弁１５を駆動して、圧力Ｐ_１と圧力Ｐ_２の差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）が常にΔＰとなるように制御する。

そして、更に、流量計７において、付臭剤３の温度Ｔ_１が計測されて、温度制御部１７に送られる。そして、温度制御部１７は、配管加温部１１を駆動して、付臭剤３の温度Ｔ_１が常にＴ_０となるように制御される。
このように、付臭剤３を天然ガス１に向けて圧送する際に、付臭剤３の温度を一定にすることにより、付臭剤３の粘度も低下して一定となる。そして、付臭剤３と天然ガス１との差圧も一定となるので、開閉弁９の開度調整により、正確な流量の付臭剤３をガス導管２に注入することができる。
また、付臭剤３の粘度の変動がないため、付臭剤３の粘度変化に起因する開閉弁９の開度調整が不要となり、付臭剤３の流量制御が安定する。

次に、本発明の注入装置（供給装置）の第２実施形態について図を参照して説明する。図２は、本発明の注入装置（供給装置）２００を示す概念図である。上述した第１実施形態における注入装置１００と同一のものについては、同一の符号を付すとともに、説明を省略する。
注入装置２００における温度制御部１７は、演算器２２に加えて演算器３１を備える。演算器３１は、流量計７から付臭剤３の流量計測値Ｆ_１を受け取り、関数Ｆ（Ｆ_１）に従って、その流量に適した温度Ｔ_Ｘを算出する。そして、その値は、演算器２２に送られて、流量計７により検出された付臭剤３の温度Ｔ_１と偏差（Ｔ_Ｘ−Ｔ_１）が求められ、更に、その偏差が偏差が零になるように、演算を行って、配管加温部１１に温度指令Ｃ_Ｔを発する。
これにより、付臭剤供給管６内を流れる付臭剤３の温度Ｔ_１が、その流量Ｆ_１に見合った温度Ｔ_Ｘに調整される。

図３は、演算器３１において所望の温度Ｔ_Ｘを求める際に用いられる関数Ｆ（Ｆ_１）曲線の一例を示す図である。関数Ｆ（Ｆ_１）曲線は、付臭剤３の温度と粘度の特性に基づいて導かれる。例えば、付臭剤３が、その温度と粘度とが反比例する物質、すなわち、温度が低いと粘度が上昇し、温度が高いと粘度が低下する物質であるときには、図３に示すような曲線が導かれる。
そして、関数Ｆ（Ｆ_１）にしたがって、付臭剤３の流量Ｆ_１が少ない場合（Ｆ_Ａ）には、付臭剤３の温度を上昇（Ｔ_Ａ）させる。これにより、付臭剤３の粘度が低下して、付臭剤３が流れづらくなり、さらに流量Ｆ_１が少なくなる。したがって、開閉弁７の開度を通常よりも開けることができ、流量制御が行いやすくなる。一方、付臭剤３の流量Ｆ_１が多い場合（Ｆ_Ｂ）には、付臭剤３の温度を低下（Ｔ_Ｂ）させる。これにより、付臭剤３の粘度が上昇して、付臭剤３が流れやすくなり、さらに流量Ｆ_１が増加する。したがって、開閉弁７の開度を通常よりも閉じることができ、流量制御が行いやすくなる。
このように、付臭剤３の流量に応じて、その流量に見合った所望の温度Ｔ_Ｘを求めるようにすることにより、流量制御が安定するとともに、開閉弁９のレンジアビリティを実質的に広げることができる。
そして、関数Ｆ（Ｆ_１）曲線の水平直線部分に示されるように、要求される付臭剤３の流量が、開閉弁１１が対応できる付臭剤３の流量範囲の場合には、温度Ｔ_Ｘは、従来と同様に一定Ｔ_０に保持してもよい。
なお、図３に示した関数Ｆ（Ｆ_１）曲線は、一例であって、他の曲線を有する関数であってもよい。例えば、直線形、階段形であってもよく、また、３次曲線や４次曲線であってもよい。
また、関数Ｆ（Ｆ_１）曲線は、付臭剤３の温度と粘度の特性によって導かれるので、温度と粘度とが比例する物質、すなわち、温度が低いと粘度が低下し、温度が高いと粘度が上昇する物質であるときには、右肩上がりの曲線が導かれる。

上述した実施形態では、天然ガス１に付臭剤３を注入する場合について説明したが、これに限らない。注入物及び被注入物が圧送される場合であればよい。そして、注入物及び被注入物が、液体である場合のみならず、気体や流動体等であってもよい。また、流動体に液体を注入するような場合であってもよい。例えば、食品に添加物等を加える場合等が考えられる。

本発明は、圧送管内を流れる流体に対して、圧送管に接続された供給管を介して他の流体を供給する供給装置に利用される。

注入装置の第１実施形態を示す概念図注入装置の第２実施形態を示す概念図所望の温度を求める際に用いられる関数曲線の一例を示す図

符号の説明

１天然ガス（第１流体）
２ガス導管（圧送管）
３付臭剤（第２流体）
６付臭剤供給管（供給管）
７流量計（測定器）
９開閉弁
１１配管加温部（粘度調整部）
１６流量制御部
１７温度制御部
１００注入装置（供給装置）

Claims

圧送管内を流れる第１流体に対して、前記圧送管に接続された供給管を介して第２流体を供給する供給装置において、
前記第２流体の粘度を調整する粘度調整部を備えることを特徴とする供給装置。
前記粘度調整部は、前記第２流体の温度を調整する温度調整部であることを特徴とする請求項１に記載の供給装置。
前記第２流体の温度と流量を同時に測定する測定器を備えることを特徴とする請求項２に記載の供給装置。
前記温度調整部は、前記第２流体の流量が零となった際には、前記第２流体の温度調整を停止することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の供給装置。