JP2006194377A - 球形ガスホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流入口とガス取出口のスペーサーを必要とせず、リミットスイッチなどによるガス貯留量の管理も必要とせず、ガス貯留量が少なくなっても、ガス流入速度とガス取出速度が低下しないガス充填部分がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなる球形ガスホルダーを提供する。
【解決手段】ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなり、下端にガス流入口とガス取出口を有し、ガスを完全充填したときに略球形をなすホルダーバルーンを有するガスホルダーであって、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されてなることを特徴とする球形ガスホルダー。
【選択図】図１

Description

本発明は、球形ガスホルダーに関する。さらに詳しくは、本発明は、ガス流入口とガス取出口のスペーサーを必要とせず、リミットスイッチなどによるガス貯留量の管理も必要とせず、ガス貯留量が少なくなっても、ガス流入速度とガス取出速度が低下しないガス充填部分がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなる球形ガスホルダーに関する。

都市ガスや、水素ガス、酸素ガスなどの工業用ガスなどの貯留に、球形ガスホルダーが広く使用されている。このような目的に使用される球形ガスホルダーは大型であり、材料には高張力鋼などが用いられ、耐用年数も長期にわたることが予定されている。これに対して、下水処理場や畜舎などから発生する消化ガスなどは、都市ガス、工業用ガスなどに比べて発生量が相対的に少なく、貯留設備にも長期耐久性は要求されない場合が多い。このような取り扱い量が少なく、設備更新期間も短いガス用のガスホルダーとして、ゴム引布又はプラスチック引布製のガスホルダーが開発されている。
図１０は、従来のゴム引布製のガスホルダーの一例の側面図である。この例のガスホルダーは、ゴム引布又はプラスチック引布のジャバラ構造の袋体２２が、フレーム２３内の台板２４上に設置されている。袋体の下部には、台板を貫通して、ガス流入口２５とガス取出口２６が設けられている。袋体の上には、天板２７が載置され、天板の上にさらに重り２８が載せられている。
この例のガスホルダーは、ガス取出口を閉じてガス流入口からガスを送り込むと、ジャバラ構造のゴム引布又はプラスチック引布の袋体が膨らみ、重りを載せた天板が上昇する。ガス流入口を閉じて、ガス取出口を開くと、袋体の内部のガスが重りにより与えられる圧力で流出する。袋体内部の圧力は、重りの重量によって調整することができ、この構造のガスホルダーは、内圧２ｋＰａ程度に耐える。この例のガスホルダーは、基礎工事はほとんど不要であり、使用開始時には袋体は畳まれているので、内部のガス置換も不要である。ジャバラ構造のゴム引布又はプラスチック引布の袋体を畳み、フレームを解体して運搬し、現場で組み立てて直ちに使用することができるので、簡便、容易かつ安価に設置することができる。しかし、ジャバラ構造のゴム引布又はプラスチック引布の袋体の製造にはかなり手間がかかり、補修なども容易ではないので、より簡単な球形ガスホルダーが開発された。
図１１は、従来の球形ガスホルダーの一例の側面図である。この図は、球形のホルダーバルーンにガスが完全充填された状態を示す。この球形ガスホルダーは、ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーン２９よりなり、ガスを完全充填したときにバルーンが略球形となり、バルーンの下端にガス流入口３０とガス取出口３１が設けられ、脚柱３２とリング３３からなるフレームによってバルーンの赤道部が支持されている。略球形のバルーンの赤道部に設けられたベルト（図示しない。）により、バルーンがリングに固定されている。
バルーンにガスが充填されていないとき、バルーンの上半分は内側に落ち込み、バルーンは全体として椀形をなしている。ガス取出口を閉じて、ガス流入口よりガスを送り込むと、バルーンの上半分は次第に上昇し、ガスが完全充填されたとき、バルーンの形状は略球形となる。ガス流入口を閉じてガス取出口を開くと、バルーンの上半分が下降し、ガス取出口からガスが送り出される。略球形のバルーンは、ジャバラ構造の袋体に比べて容易に製造することができ、略球形のバルーンを支持するフレームは、ジャバラ構造の袋体を支持するフレームに比べて構造が簡単なので、球形ガスホルダーは経済的に製造し、設置することができる。
しかしながら、球形ガスホルダーは、ガスの貯留量が減少すると、内側に落ち込んだバルーンの上半分によってガス流入口とガス取出口が覆われ、ガス流入速度とガス取出速度が著しく低下するという問題が生じた。この対策として、現在は、ガス流入口及びガス取出口の上部にスペーサーを設け、バルーンの上半分が下降してもガス流入口とガス取出口を覆わない状態を保つ手段、又は、リミットスイッチを設けてガスの貯留量を管理し、ガス流入口とガス取出口を覆うまでにバルーンの上半分が下降しないように制御する手段がとられている。しかし、スペーサー又はリミットスイッチを設けるためにはそれなりの費用がかかり、低コストであるという球形ガスホルダーの特質の一部が損なわれる。また、リミットスイッチによる管理では、最小容量の設定などに工数がかかるばかりでなく、球形ガスホルダーが有する本来の容量を完全に利用することができないという難点もある。

本発明は、ガス流入口とガス取出口のスペーサーを必要とせず、リミットスイッチなどによるガス貯留量の管理も必要とせず、ガス貯留量が少なくなっても、ガス流入速度とガス取出速度が低下しないガス充填部分がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなる球形ガスホルダーを提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来は作動時容量を最大にするために、バルーンの赤道部が支持されていた球形ガスホルダーにおいて、バルーンを赤道部より上部で支持することにより、バルーンの上半分が最大限に下降してもガス流入口とガス取出口を覆うことがなく、スペーサーやリミットスイッチを設けなくとも、円滑なガスの流入と取出を安定して行うことが可能となることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなり、下端にガス流入口とガス取出口を有し、ガスを完全充填したときに略球形をなすホルダーバルーンを有するガスホルダーであって、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されてなることを特徴とする球形ガスホルダー、
（２）フレームのバルーン支持リングの内径が、バルーンの赤道部の直径の１〜１.１倍である(１)記載の球形ガスホルダー、
（３）略球形のバルーンの頂点に重りを備えてなる(１)記載の球形ガスホルダー、
（４）重りが、略球形のバルーンの頂点の内側に備えられてなる(３)記載の球形ガスホルダー、
（５）バルーンの上半分の表面に、略球形のバルーンの中心軸上に中心が存在する複数個の円環状の重りが取り付けられてなる(１)記載の球形ガスホルダー、
（６）円環状の重りが、金属棒からなる(５)記載の球形ガスホルダー、
（７）円環状の重りが、金属チェーンからなる(５)記載の球形ガスホルダー、及び、
（８）略球形のバルーンの頂点にワイヤーが取り付けられ、該ワイヤーが滑車を経由して垂直に吊り下げられ、該ワイヤーの位置にもとづいてバルーン中のガス貯留量を判定する(１)記載の球形ガスホルダー、
を提供するものである。

本発明の球形ガスホルダーは、ゴム引布又はプラスチック引布を用いて経済的に製造することができ、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されているので、ガス貯留量が最小となってもガス流入口とガス取出口がバルーンの上半分により覆われることがなく、ガスの流入と取出を円滑に行うことができる。

本発明の球形ガスホルダーは、ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなり、下端にガス流入口とガス取出口を有し、ガスを完全充填したときに略球形をなすホルダーバルーンを有するガスホルダーであって、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されてなる球形ガスホルダーである。
図１は、本発明の球形ガスホルダーの一態様の側面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。本態様の球形ガスホルダーは、ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーン１よりなり、下端にガス流入口２とガス取出口３を有し、ガスを完全充填したときにバルーンが略球形となり、脚柱４とリング５からなるフレームによってバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されている。すなわち、図中に一点鎖線で示すバルーンの赤道と点線で示す支持線の間隔ｄが、５〜３０ｃｍである。バルーンは、赤道部の５〜３０ｃｍ上部に設けられたベルト（図示しない。）により、リングに固定されている。なお、赤道とは、略球形のバルーンの中心を通る水平面でバルーンを切ったときにできる円である。図２は、図１に示す球形ガスホルダーの断面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。図中の一点鎖線はバルーンの赤道であり、点線はバルーンの支持線である。以下の断面図を含めて、断面図はすべて略球形の垂直な直径を含む平面で切断した断面を示す。

本発明の球形ガスホルダーにおいて、フレームによるホルダーバルーンの支持方法に特に制限はなく、例えば、バルーンに装着された、ロープ、紐、ベルトなどを用いてバルーンをフレームのバルーン支持リングに固縛することができ、あるいは、バルーンに装着されたゴム引布などで構成された座を、ボルト、リベットなどを用いてバルーン支持リングに固定することができる。本発明においては、ガス流入口とガス取出口となるバルーンへの配管を１本とし、バルブなどの切り換えによりガス流入口及びガス取出口として兼用することができる。
図３は、図１に示す球形ガスホルダーのガス貯留量が最小となった状態を示す断面図である。ガスの貯留量が減少するにつれて、バルーンの上半分が徐々に下降する。フレームにより略球形のバルーンの赤道部を支持すると、バルーンのガス貯留量が０になったとき、バルーンの上半分はバルーンの下半分と重なり合い、略半球状の椀形となる。その結果、バルーンの上半分によってガス流入口とガス取出口が覆われ、ガスの流入速度と取出速度が著しく小さくなる。本発明の球形ガスホルダーは、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されているので、バルーンの上半分と下半分の間に間隙６が形成され、ガス流入口とガス取出口が覆われることがなく、ガス貯留量が最小になった場合でも円滑にガスの流入と取出を行うことができる。

本発明の球形ガスホルダーにおいては、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部、より好ましくは１０〜２０ｃｍ上部が支持される。図１及び図２に示す球形ガスホルダーにおいて、バルーンの赤道とバルーンの支持線との間隔をｄとすると、バルーンのガス貯留量が最小となったとき、バルーンの下半分と上半分により形成される間隔は近似的に２ｄである。フレームによる略球形のバルーンの支持線と赤道の間隔が５ｃｍ未満であると、バルーンのガス貯留量が最小となったとき、ガス流入口及びガス取出口とバルーンの上半分との間隔が小さくなり、ガスの流入及び取出が妨げられるおそれがある。フレームによる略球形のバルーンの支持線と赤道の間隔が３０ｃｍを超えると、バルーン中の取り出して利用できないガスの量が増大し、活用できないバルーンの容積が過大になるおそれがある。バルーンの赤道とバルーンの支持線との間隔ｄは、バルーンの容量、バルーンを構成するゴム引布又はプラスチック引布の材質などに応じて、適宜選択することができる。
本発明の球形ガスホルダーにおいては、フレームのバルーン支持リングの内径が、バルーンの赤道部の直径の１〜１.１倍であることが好ましく、１.０１〜１.０５倍であることがより好ましい。バルーン支持リングの内径がバルーンの赤道部の直径の１倍未満であると、支持リングが障害になってバルーンにガスを完全充填することが困難となるおそれがある。バルーン支持リングの内径がバルーンの赤道部の直径の１.１倍を超えると、ベルトなどのバルーンを固定する手段が長くなり、バルーンを安定して支持することが困難となるおそれがある。

本発明の球形ガスホルダーは、略球形のバルーンの頂点に重りを設けることができる。図４は、本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。本態様の球形ガスホルダーは、略球形のバルーン１の頂点に重り７が備えられている。略球形の頂点に重りを設け、その重量を調整することにより、ガスが充填されたバルーンの内部を所定の圧力に加圧することができる。本発明の球形ガスホルダーは、バルーン内部の圧力を３００Ｐａ程度に保つことができる。
本発明の球形ガスホルダーにおいては、重りを略球形のバルーンの頂点の内側に設置することが好ましい。重りをバルーンの内側に設置する方法に特に制限はなく、例えば、バルーンの内面と接する表面を有するゴム又はプラスチックの成形体を作製し、該成形体にフックを取り付け、該成形体をバルーンの頂点の内側に接着するとともに、該フックに重りを吊り下げることができ、あるいは、バルーンの頂点の内側にベルトを取り付け、該ベルトにより重りを装着することもできる。

図５は、本発明の球形ガスホルダーの他の態様の断面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。略球形のバルーン１の頂点の内側に、バルーンの内面と接する表面を有する成形体８が接着され、該成形体に取り付けられたフックに重り９が吊り下げられている。略球形のバルーンの頂点の内側に重りを設けることにより、ガス貯留量が減少してバルーンの上半分が下降するとき、重りは略球形のバルーンの垂直な直径上を下降する。
図６は、図４に示す球形ガスホルダーのガス貯留量が減少した状態を示す断面図である。本態様の球形ガスホルダーにおいては、ガス貯留量が減少してバルーンの上半分が下降するとき、重りは図中に一点鎖線で示す垂直な直径上を下降し、バルーンは常に垂直な直径を対称軸とする回転対称形を保つ。重りが略球形のバルーンの頂点の外側に存在する図４に示す球形ガスホルダーでは、ガス貯留量が減少してバルーンの上半分が下降するとき、重りは必ずしも略球形の垂直な直径上を下降せず、前後左右に傾いて、バルーンは不規則な形状となりやすい。

本発明の球形ガスホルダーは、バルーンの上半分の表面に、略球形のバルーンの中心軸上に中心が存在する複数個の円環状の重りを取り付けることができる。図７は、本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。本態様の球形ガスホルダーは、略球形のバルーン１の上半分の表面に、略球形のバルーンの中心軸上に中心が存在する金属棒１０、１１及び１２からなる３個の円環状の重りが取り付けられている。バルーンの下端には、ガス流入口２とガス取出口３が設けられている。略球形のバルーンの頂点には重り１３が備えられ、重りにレベル計としてワイヤー１４が取り付けられ、滑車を経由して垂直に吊り下げられたワイヤーの末端１５の位置を目盛尺１６で読み取ることにより、バルーンの頂点の位置を知ることができる。本発明において、円環状の重りを形成する金属棒に特に制限はなく、例えば、ＰＣ鋼棒、ステンレス鋼棒、冷間仕上ステンレス鋼棒などを挙げることができる。
図８は、図７に示す球形ガスホルダーのガス取出中の状態を示す断面図である。この状態において、略球形のバルーン中のガスの約５０体積％が排出されている。本態様の球形ガスホルダーは、図８に示すように、ガス取出中は、バルーンの天面１７が略水平面を保つので、バルーンの頂点の位置とバルーンの内容積との間には１対１の関係が成り立つ。したがって、バルーンの頂点の位置とバルーンの内容積との関係を示すグラフをあらかじめ作成しておき、そのグラフから球形ガスホルダーのガスの貯留量を読み取ることができ、あるいは、ワイヤーの末端１５が移動する範囲に設けた目盛尺１２の目盛を、略球形のバルーンの内容積として、ガスの貯留量を直読することもできる。

本発明の球形ガスホルダーにおいては、円環状の重りとして、金属チェーンを用いることができる。図９は、本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。本図は、バルーンにガスが完全充填された状態を示す。本態様の球形ガスホルダーは、略球形のバルーンの上半分の表面に、略球形のバルーンの中心軸上に中心が存在する金属チェーン１８、１９及び２０からなる３個の円環状の重りが取り付けられ、さらにこれらの３個の円環状の重りが６本の経方向の金属チェーン（３本は裏側にあって図示されていない。）２１で繋がれている。バルーンの下端には、ガス流入口２とガス取出口３が設けられている。略球形のバルーンの頂点には重り１３が備えられ、重りにワイヤー１４が取り付けられ、滑車を経由して垂直に吊り下げられたワイヤーの末端１５の位置を目盛尺１６で読み取ることにより、バルーンの頂点の位置を知ることができる。金属チェーンからなる重りは、金属棒からなる重りよりも、バルーンの変形に対する追随性が良好である。本発明において、円環状の重りを形成する金属チェーンに特に制限はなく、例えば、伝動用ローラチェーン、チェーンブロック用リンクチェーンなどを挙げることができる。
図９に示す態様の球形ガスホルダーも、ガス取出中は、バルーンの天面が略水平面を保つので、バルーンの頂点の位置とバルーンの内容積との間には１対１の関係が成り立つ。したがって、バルーンの頂点の位置とバルーンの内容積との関係を示すグラフをあらかじめ作成しておき、そのグラフから球形ガスホルダーのガスの貯留量を読み取ることができ、あるいは、ワイヤーの末端１５が移動する範囲に設けた目盛尺１６の目盛を、略球形のバルーンの内容積として、ガスの貯留量を直読することもできる。

本発明の球形ガスホルダーの容量に特に制限はないが、１〜３００ｍ³であることが好ましく、５〜２００ｍ³であることがより好ましい。容量１ｍ³未満のガスホルダーは、一般的な汎用品が市販されているので、市販品を購入して経済的に使用することができる。容量が３００ｍ³を超えると、ゴム引布又はプラスチック引布では強度が不足するので、圧力によっては金属製のガスホルダーを作製することが好ましい。
本発明に用いるゴム引布又はプラスチック引布の基布の材質に特に制限はなく、例えば、綿織物、ポリエステル織物、ポリアミド織物などを挙げることができる。本発明に用いるゴム引布のゴムの材質に特に制限はなく、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）などを挙げることができる。これらの中で、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンゴムを好適に用いることができる。本発明に用いるプラスチック引布のプラスチックの材質に特に制限はなく、例えば、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ニトロセルロースなどを挙げることができる。これらの中で、ポリウレタンを好適に用いることができる。

本発明に用いるゴム引布又はプラスチック引布は、もみ試験において、無荷重５００回で異常のないことが好ましく、無荷重１,０００回で異常のないことがより好ましい。無荷重５００回で異常が生ずると、ガスホルダーとしての耐久性が不足するおそれがある。本発明に用いるゴム引布又はプラスチック引布は、貯留するガスを用いたガス透過試験において、５.０ｃｍ³／(ｍ²・ｓ・Ｐａ)以下であることが好ましく、３.０ｃｍ³／(ｍ²・ｓ・Ｐａ)以下であることがより好ましく、１.０ｃｍ³／(ｍ²・ｓ・Ｐａ)以下であることがさらに好ましい。ガス透過試験の結果が５.０ｃｍ³／(ｍ²・ｓ・Ｐａ)を超えると、球形ガスホルダーからのガスの漏洩が無視し得ない量に達するおそれがある。ゴム引布又はプラスチック引布のもみ試験は、ＪＩＳ Ｋ ６４０４−６にしたがい、スコット形もみ試験機を用いて行うことができる。ゴム引布又はプラスチック引布のガス透過試験は、ＪＩＳ Ｋ ６４０４−１０にしたがい、ケンブリッジ式ガス透過試験装置を用いる試験方法Ｂ１又はマノメータ式ガス透過試験機を用いる試験方法Ｂ２により行うことができる。

本発明の球形ガスホルダーは、フレームにより略球形のホルダーバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されているので、バルーンのガス貯留量が最小になっても、バルーンの下端に設けられたガス流入口とガス取出口がバルーンの上半分によって覆われることがなく、スペーサーによるガス流入口とガス取出口の保護や、リミットスイッチによるガス貯留量の管理を行わなくても、安定してガスを流入させ、取り出すことができる。
本発明の球形ガスホルダーは、ゴム引布又はプラスチック引布を用いて経済的に製造することができ、輸送、設置、維持管理、撤去などを容易に行うことができる。本発明の球形ガスホルダーは、下水処理場、畜舎、メタン発酵槽などから発生する消化ガスなどの小規模のガスの貯留に好適に用いることができる。

本発明の球形ガスホルダーの一態様の側面図である。 図１に示す球形ガスホルダーの断面図である。 ガス貯留量が最小となった状態を示す断面図である。 本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。 本発明の球形ガスホルダーの他の態様の断面図である。 ガス貯留量が減少した状態を示す断面図である。 本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。 図７に示す球形ガスホルダーのガス取出中の状態を示す断面図である。 本発明の球形ガスホルダーの他の態様の側面図である。 従来のゴム引布製のガスホルダーの一例の側面図である。 従来の球形ガスホルダーの一例の側面図である。

符号の説明

１ バルーン
２ ガス流入口
３ ガス取出口
４ 脚柱
５ リング
６ 間隙
７ 重り
８ 成形体
９ 重り
１０ 金属棒
１１ 金属棒
１２ 金属棒
１３ 重り
１４ ワイヤー
１５ ワイヤーの末端
１６ 目盛尺
１７ バルーンの天面
１８ 金属チェーン
１９ 金属チェーン
２０ 金属チェーン
２１ 金属チェーン
２２ ジャバラ構造の袋体
２３ フレーム
２４ 台板
２５ ガス流入口
２６ ガス取出口
２７ 天板
２８ 重り
２９ バルーン
３０ ガス流入口
３１ ガス取出口
３２ 脚柱
３３ リング

Claims (8)

1. ガス充填部がゴム引布又はプラスチック引布のバルーンよりなり、下端にガス流入口とガス取出口を有し、ガスを完全充填したときに略球形をなすホルダーバルーンを有するガスホルダーであって、フレームにより略球形のバルーンの赤道部の５〜３０ｃｍ上部が支持されてなることを特徴とする球形ガスホルダー。
2. フレームのバルーン支持リングの内径が、バルーンの赤道部の直径の１〜１.１倍である請求項１記載の球形ガスホルダー。
3. 略球形のバルーンの頂点に重りを備えてなる請求項１記載の球形ガスホルダー。
4. 重りが、略球形のバルーンの頂点の内側に備えられてなる請求項３記載の球形ガスホルダー。
5. バルーンの上半分の表面に、略球形のバルーンの中心軸上に中心が存在する複数個の円環状の重りが取り付けられてなる請求項１記載の球形ガスホルダー。
6. 円環状の重りが、金属棒からなる請求項５記載の球形ガスホルダー。
7. 円環状の重りが、金属チェーンからなる請求項５記載の球形ガスホルダー。
8. 略球形のバルーンの頂点にワイヤーが取り付けられ、該ワイヤーが滑車を経由して垂直に吊り下げられ、該ワイヤーの位置にもとづいてバルーン中のガス貯留量を判定する請求項１記載の球形ガスホルダー。

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