JP3502716B2 - ガス導管用のボール弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス供給用導管の
管路上にガスの遮断弁あるいは流量調整弁として使用す
るボール弁に関し、さらに詳しくは、貫通孔を有する球
状の弁体内に流量検出センサを内蔵して弁本来の機能の
他にガスの流量測定が同時に行えるボール弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なガスの供給系統は、図１１に示
すように、工場１で生産されたガス（圧力＝１０ｋｇｆ
／ｃｍ² （１ＭＰａ）以上）が高圧導管２を介してガバ
ナステーション３に送られ、ガバナステーション３で減
圧されたガス（圧力＝１０ｋｇ／ｃｍ² （１ＭＰａ）未
満〜１ｋｇ／ｃｍ² （０．１ＭＰａ）以上）が中圧導管
４を介して各消費エリアの地区ガバナ５に配送され、地
区ガバナ５においてさらに減圧されたガス（１ｋｇ／ｃ
ｍ² （０．１ＭＰａ）未満）が低圧導管６を介して各消
費先７に供給されるものとなっている。

【０００３】このようなガス供給系統は、地震等の災害
時対策として、中央監視センター８からの指令に基づい
てガスの供給を遮断することができるようになってい
る。すなわち、高圧導管２には緊急遮断弁１０が設けら
れて、工場１から送り出されるガスを遮断し得るように
なっている。さらに、各消費エリアの地区ガバナ５に至
る中圧導管４には地域ブロック弁１１（遮断弁）が設け
られて、そこでもガスを遮断し得るようになっている。
なお、地域ブロック弁１１は、これがガバナステーショ
ン３から各消費エリア毎に分れた地区ガバナ５の手前に
各別に設けられるものであることから、その設置個数が
５０００個を超えるものである。

【０００４】 また、かかるガス供給系統には、上述し
たガス遮断機能に加えて、供給ガスが下流の各消費エリ
アに安定して供給されているか否かを管理するために、
ガスの流量を測定する機能も備えられている。そのた
め、地域ブロック弁１１が設置されている設置ピット
（くぼみ，穴）１２内には、通常、図１２に示すよう
に、地域ブロック弁１１が介挿された管路から流量測定
用のガスを取出すホットタッピング１３や、ガスの圧力
計１４が併設されている。これらは、同一管路において
地域ブロック弁１１の近傍に配設されている。

【０００５】ホットタッピング１３には、公知のガス流
量計（例えば特開平４−２９２２号公報参照）に見られ
るように、中圧導管２の管路内に流量検出用センサ１５
を垂下させ、このセンサ１５によって得たガスの静圧と
動圧とを、導圧管１６，１７経由で地上の信号処理部１
８に導いて両者の差圧からガスの流量を算出し得るよう
にした流量計測手段が設けられている。なお、この流量
検出用センサ１５にガス中の水蒸気やタール分が付着す
ると誤差が生じることから、清掃，交換等のメンテナン
ス作業を可能・容易にするために、上述のホットタッピ
ング１３には、ガス取出し通路に開閉バルブ１９が介挿
され、さらにこのバルブ位置より上方に保守点検用の空
間部２０が形成されている。そして、この空間部２０の
内部に流量検出用センサ１５を引上げてメンテナンス作
業を行うことができるように、ホットタッピング１３
は、上下方向に比較的長い形態のものとなっている。

【０００６】この流量検出センサ１５は、ガス導管が直
径の１０倍以上の長さを持った直管部に配設される。管
路内のある一点の流速を測定して流量を算出するには管
路断面における流速分布を知っている必要があり、流速
分布を既知のパターンに安定させるにはガスの流れを層
流状態または発達した乱流状態にさせる必要があり、そ
のためには所定長さの直管部が必要なのである。

【０００７】なお、所要の直管部が得られない場合は、
流量検出センサとして体積式流量計や相関式流量計が用
いられることもある。体積式流量計は流速分布に依存し
ないで流量を検出でき、相関式流量計は複数の流量計を
組み合わせて流速分布の変化による変動を抑制できるか
らである。もっとも、体積式流量計には、応答速度が遅
い，圧力損失が大きい，既存の管路への組み込みが困難
である等の欠点があり、相関式流量計には、高コスト，
複雑などの欠点があり、何れも限定的にしか使用されな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のガ
ス導管用のボール弁を用いる際には、多くの場合、ボー
ル弁に加えて流量検出センサ等が同一ピット内に併設さ
れるとともに、その設置場所が所定長さの直管部に限ら
れる。

【０００９】しかし、同一ピット内に複数の機材を併設
したのでは、ピットを大きくしなければならない。この
ため、ピット施工の工事費が嵩むばかりか、設置場所も
制約を受ける。特に個数の多い地域ブロック弁の設置に
ついては施工費が膨大となってしまうので問題が大き
い。

【００１０】また、ガス導管の場合、長さが直径の１０
倍以上に至る直管部は、ほとんど存在していない。この
ため、設置場所が限定されてしまうので、あるいは設置
場所が存在しないことさえあるので、設置場所の選定が
困難を極めるという問題もある。

【００１１】この発明は、かかる未解決の課題に鑑みて
なされたものであり、設置場所を選ばないガス導管用の
ボール弁を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明されたガス導管用のボール弁について、そ
の構成および作用効果を以下に説明する。

【００１３】 一つには、本発明のガス導管用のボール
弁は、ガス導管に介挿される弁本体と、ガス流通用の貫
通孔が形成され且つ前記弁本体内に収納された球状の弁
体とを具備し、この弁体を回転させて前記ガス導管にお
けるガス流の遮断または流量を制御するガス導管用のボ
ール弁において、基板上に配置された複数の熱式流量検
出素子を有する流量検出体を前記貫通孔内に備え、前記
熱式流量検出素子を前記貫通孔の直径に近い長さの直線
上に複数個並べることで、この流量検出体によって前記
貫通孔内のガス流量に応じた物理量を検出し、前記弁体
は弁本体に内装される上側ステム軸及び下側ステム軸に
支持され、前記上側ステム軸を着脱自在に構成し、前記
流量検出体を前記上側ステム軸に連結する構成としたこ
とを特徴とするものである。

【００１４】ガス導管内のガス流量の計測に当たって
は、その流量検出体によって貫通孔内のガス流量に応じ
た物理量が検出される。貫通孔内のガス流量が計測され
ると、ガス導管の径に拘らず、ガス導管内のガス流量が
計測される。ここで、貫通孔の断面形状は既知であり、
しかも貫通孔内には複数の熱式流量検出素子が配設され
ていることから、一点計測のときとは異なり貫通孔内の
流速分布が変化した場合にはその変化に応じて複数の熱
式流量検出素子の検出物理量もそれぞれ変化する。これ
により、貫通孔内のガス流が層流であっても発達した乱
流であってもさらにはこれらの中間状態の乱流等であっ
ても、かなり正確に貫通孔内のガス流量を計測すること
が可能となる。そこで、ガス導管の径に制約されること
なく、且つガス導管の曲折状態に制約されることもな
く、任意に選定したガス導管の部位にボール弁を介挿設
置することができる。

【００１５】したがって、この発明によれば、設置場所
を選ばないため、必ずしもピット内に設置する必要がな
く、例えば直埋設型，ガバナステーション等の前後弁に
設置することができる。また設置したボール弁より下流
のガス供給系に対しては、ガスの遮断と流量測定とが系
統毎に行えるからガス供給系統における導管網の形成が
容易となる。さらに、各消費先に対してのガス安定供給
の管理および保安管理も容易に行えるようになる。

【００１６】 更には、このようなガス導管用のボール
弁にあっては、着脱自在な上側ステム軸に流量検出体を
連結する構成としたことから、簡単に流量検出体を挿抜
することが可能である。これにより、ボール弁と流量検
出体との一体構造であっても、流量検出体のメンテナン
スを容易にすることができる。

【００１７】 したがって、この発明によれば、設置場
所を選ばないことに加えて流量検出体のメンテナンスも
容易なガス導管用のボール弁を実現することができる。

【００１８】 また一つには、本発明のガス導管用のボ
ール弁は、前述した特徴を前提として、前記流量検出体
は、前記熱式流量検出素子表面の保護カバーと、前記熱
式流量検出素子と前記保護カバーとの間に流体の流路を
形成するための間隔保持部材とを有することを特徴とす
る。

【００１９】 これによると、熱式流量検出素子と保護
カバーとの間の空間を複数の熱式流量素子に対して共通
の流体流路にすることができる。

【００２０】 また一つには、本発明のガス導管用のボ
ール弁は、上述した特徴のガス導管用のボール弁であっ
て、前記流量検出体は、前記複数の熱式流量検出素子が
並列に接続されていて定電圧駆動されるものであること
を特徴とする。

【００２１】 このようなガス導管用のボール弁にあっ
ては、複数の熱式流量検出素子の全体に供給される電流
が、ガス流量の変化に応じて変化する。しかも、その電
流値にはガスの流速分布に対応した各検出素子ごとの電
流も反映されている。これにより、全供給電流に基づく
簡易な演算手段等で容易にガス流量を計測することがで
きる。

【００２２】したがって、この発明によれば、設置場所
を選ばないことに加えてガス流量の計測も容易なガス導
管用のボール弁を実現することができる。

【００２３】 また一つには、本発明のガス導管用のボ
ール弁は、上述したガス導管用のボール弁であって、前
記流量検出体は、前記複数の熱式流量検出素子が直列に
接続されていて定電流駆動されるものであることを特徴
とする。

【００２４】 このようなガス導管用のボール弁にあっ
ては、複数の熱式流量検出素子の全体に印加される電圧
が、ガス流量の変化に応じて変化する。しかも、その電
圧値にはガスの流速分布に対応した各検出素子ごとの印
加電圧も反映されている。これにより、全印加電圧に基
づく簡易な演算手段等で容易にガス流量を計測すること
ができる。

【００２５】したがって、この発明によれば、設置場所
を選ばないことに加えてガス流量の計測も容易なガス導
管用のボール弁を実現することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明のガス導管用のボール弁の
実施形態について、その具体的な構成を、図面を引用し
て説明する。図１は、その全体図である。

【００２７】このボール弁は、上流側の中圧導管４ａと
下流側の中圧導管４ｂとに対する接続ポートを持った弁
本体２０と、球形の弁体２２とを備えたものである。弁
体２２は、通常のボール弁に見られるように、弁本体２
０に内装されている。そして、その上下が上側ステム軸
２４と下側ステム軸２３とに連結され、これらを介して
弁本体２０に支持されて、双方向回転可能なものとなっ
ている。

【００２８】また弁体２２には、貫通孔２５が穿孔され
ていて、貫通孔２５が中圧導管４ａ，４ｂの軸線と同一
方向に位置する状態では弁が開位置となり、貫通孔２５
が中圧導管４ａ，４ｂの軸線に対し直角に位置する状態
では弁が閉位置となる。これにより、このボール弁は、
弁体２２を回転させてガス導管におけるガス流の遮断ま
たは流量を制御するものとなっている。

【００２９】弁本体２０の上部には、フランジ２６，２
７を介してギヤボックス２８が接続され、このギヤボッ
クス２８内に上側ステム軸２４の一端が突入して支持さ
れている。該上側ステム軸２４は、通常のボール弁構造
と同様に、Ｏリング２４ａを介して弁本体２０に回度可
能及び着脱可能に支持されており、該上側ステム軸２４
は上方へ抜き取ることが可能なように構成されている。
また、上側ステム軸２４の一端部にはピニオンギヤ３２
が連結され、ピニオンギヤ３２はギヤボックス２８内で
不図示のウオームギヤと噛み合っている。このウオーム
ギヤには、ギヤボックス２８に付設したギヤドモータ３
０及びハンドル３１の回転軸が連結されている。そし
て、ギヤドモータ３０或いはハンドル３１の回転操作に
より、ピニオンギヤ３２等や上側ステム軸２４を介し
て、弁体２２が回転駆動されるものとなっている。

【００３０】上側ステム軸２４は、軸芯に中空通路３３
が穿孔されて、中空軸に形成されている。そして、この
中空通路３３内には、前記上側ステム軸２４の下端部に
ボルト等で連結される流量検出体１００から地上に出る
信号線１０９が挿通されており、また、該中空通路３３
内には、ハウメチックシール等のシール構造２４ｂが設
けられており、ガスが中空通路３３内から地上へ放出す
るのを防止している。

【００３１】なお、ボール弁の外部に信号処理部１０８
が設けられ、熱式流量検出体１００から出た信号線１０
９が前記信号処理部１０８に接続されている。これによ
り、熱式流量検出体１００は、信号線１０９によって信
号処理部１０８と接続されて、信号送受等可能なものと
なっている。

【００３２】次に、熱式流量検出体１００について、そ
の構成を詳述する。図２は、その斜視図であり、図３
は、その断面図である。また、図４は、そのうちの熱式
流量検出素子の平面図および断面図である。さらに、図
５は、信号処理部１０８も含めた回路のブロック図であ
る。

【００３３】熱式流量検出体１００は、熱式流量検出素
子１０４を貫通孔２５の直径に近い長さの直線上に複数
個並べるとともに、これらの素子を並列接続して構成さ
れている。詳しくは、鋼や不錆鋼などの硬質材料からな
る支持部材１０２と、この支持部材１０２によって支持
されたガラス基板１０３と、このガラス基板１０３に貼
り付けられた複数個の熱式流量検出素子１０４と、熱式
流量検出素子１０４表面の保護カバー１０５と、熱式流
量検出素子１０４と保護カバー１０５との間に流体の流
路を形成するための間隔保持部材１０６と、流体の温度
を検出するためにガラス基板１０３の上に設けられた温
度検出素子１０７とから構成されている。

【００３４】ガラス基板１０３の表面には、例えば蒸着
によって形成された金属膜をフォトリソグラフィ及びエ
ッチング処理によって形成された配線パターン１３１並
びに配線パターン側接続パッド１３２及び接続端子用パ
ッド１３３が設けられている。各熱式流量検出素子１０
４のコンタクトパッド１４４と上記の配線パターン側接
続パッド１３２とは、金線１４６で接続されている。さ
らに、ガラス基板１０３の表面には温度検出用のパッド
１３４も設けられている。そして、接続端子用パッド１
３３及び温度検出用パッド１３４は、上述した信号線１
０９を介して信号処理部１０８に接続されている。な
お、ガラス基板１０３は、ガラス以外の不導体物質で構
成してもよいものである。

【００３５】熱式流量検出素子１０４と信号処理部１０
８とからなる回路構成を説明する。各熱式流量検出素子
１０４すなわち熱式流量検出素子１０４−１〜１０４−
ｎが一列に並べられていて、これらに含まれている各ヒ
ータ線１４３すなわちヒータ線１４３−１〜１４３−ｎ
が並列に接続されているので、等価回路としては、それ
ぞれの抵抗ｒ１〜ｒｎが並列接続されたものとなってい
る。

【００３６】信号処理部１０８は、定電圧源１８１と、
演算回路１８２と、表示部１８３と、電流電圧変換用抵
抗１８４とを具備している。そして、各熱式流量検出素
子１０４のヒータ線１４３には、定電圧源１８１の出力
電圧Ｖｃが電流電圧変換用抵抗１８４を介して印加され
る。これにより、電流電圧変換用抵抗１８４の両端に現
れる電圧Ｖｓは、抵抗ｒ１〜ｒｎの合成抵抗の変化に依
存した出力が得られる。このような回路構成は、各熱式
流量検出素子１０４−１〜１０４−ｎのヒータ線１４３
−１〜１４３−ｎの何れかが断線したときでも、合成抵
抗値を補正することで、測定を継続することができるも
のである。

【００３７】この実施例のガス導管用のボール弁につい
て、その具体的な使用態様および動作を説明する。

【００３８】このボール弁を、土中に埋設された中圧導
管（４）に対し設置ピット１２内において従来の地域ブ
ロック弁（１１）等に代えて設置する。すなわち、設置
ピット１２内を横断する上流側の中圧導管４ａと下流側
の中圧導管４ｂとの間に弁本体２０を介挿させるため
に、基台２１をピット１２の底部に載置し、その上に弁
本体２０を載置して、中圧導管４ａ，４ｂの上流側と下
流側とが連通するように接続する。さらに、必要により
取着部３７を操作して、熱式流量検出体１００の各熱式
流量検出素子１０４の表面がガスの流れ方向と平行にな
るように調整を行う。

【００３９】そして、信号処理部１０８に電力を供給す
ると、各熱式流量検出素子１０４−１〜１０４−ｎに一
定の電圧Ｖｃが印加されて、各熱式流量検出素子１０４
−１〜１０４−ｎのヒータ線１４３−１〜１４３−ｎ部
分が例えば１００°Ｃになる。このとき、ガス流に接し
ているヒータ線１４３−１〜１４３−ｎから各部の流速
に応じて熱が奪い去られる。熱を奪われてヒータ線１４
３の温度が下がると、ヒータ線１４３の抵抗値が低下し
て、各熱式流量検出素子１０４を流れる電流値が増加す
る。ここで、各熱式流量検出素子１０４が並列接続され
ているので、定電圧源１８１から供給される電流値Ｉｓ
は各熱式流量検出素子１０４を流れる電流値の総和に等
しい。そこで、この電流値Ｉｓを電流電圧変換用抵抗１
８４により電圧Ｖｓとして検出し、これに演算回路１８
２で実験式等に基づく所定の演算を施して、ガスの流量
値が得られる。これは表示部１８３に表示される。ある
いは、図１１の中央監視センター８等に送られることも
ある。

【００４０】こうして、このガス導管用のボール弁を用
いることにより、ガス流の遮断または流量制御に加え
て、ガス導管内のガス流量を計測することができる。

【００４１】なお、図６に示した回路は、熱式流量検出
素子１０４−１〜１０４−ｎを直列接続した場合の構成
例であり、図５の回路に代わるものである。この場合、
信号処理部１０８は、定電圧源１８１に代えて定電流源
１８１’を具備し、電圧Ｖｓを定電流源１８１’の出力
端子間で検出するようになっている。この回路構成によ
っても、抵抗ｒ１〜ｒｎの合成抵抗の変化に依存した値
の電圧Ｖｓを得ることができる。

【００４２】また、図７に示した熱式流量検出体は、不
所望な振動の原因となるカルマン渦の発生を抑制するた
めに、部材の重心をその断面位置によって変えたもので
ある。具体的には、支持部材１０２の厚さを先端部で薄
く根元部で厚く徐々に変化させたものである。図８に示
した熱式流量検出体は、同じ目的で、支持部材１０２の
幅を先端部で狭く根元部で広く徐々に変化させたもので
ある。

【００４３】さらに、図９に示した熱式流量検出体は、
管路の軸線に沿った断面が表されているが、支持部材１
０２をその断面が楔形になるように形成したものであ
る。これは、その鋭角部１１１がガス流の上流側を向く
ように、ボール弁に取着される。これにより、熱式流量
検出体の存在に起因するガス流の圧力損失を少なくする
ことができる。

【００４４】また、図１０に示した熱式流量検出体は、
支持部材１０２をその外部形状が概ね流線形になるよう
に形成したものである。この場合、不所望な浮力を打ち
消すために保護カバー１０５も対称な流線形に形成し、
流れの乱れを防止するために熱式流量検出素子１０４等
は埋め込む。これにより、熱式流量検出体の存在に起因
するガス流の圧力損失を極めて少なくすることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のガス導管用のボール弁にあっては、流量検出体をボー
ル弁内部に組み込んで別個に設置する必要をなくしたこ
と、及び貫通孔内の流速分布変化にも対応して貫通孔内
のガス流量を計測し得る構成の流量検出体を採用したこ
とにより、設置する場所はピット内に限らず、直埋設
型，あるいはガバナ等の前後弁等に設置することができ
る。

【００４６】 また、本発明のガス導管用のボール弁に
あっては、上方から簡単に流量検出体を挿抜しうるよう
にしたことにより、流量検出体のメンテナンスを容易に
することもできた。

【００４７】 また、本発明のガス導管用のボール弁に
あっては、全供給電流または全印加電圧に基づいてガス
流量を算出し得るようにしたことにより、容易にガス流
量を計測することもできるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガス導管用のボール弁の実施例に
ついて、設置時の全体図である。

【図２】 その熱式流量検出体の斜視図である。

【図３】 同じく断面図である。

【図４】 その熱式流量検出素子の平面図および断面
図である。

【図５】 定電圧駆動方式の回路ブロック図である。

【図６】 定電流駆動方式の回路ブロック図である。

【図７】 熱式流量検出体の変形例である。

【図８】 熱式流量検出体の変形例である。

【図９】 熱式流量検出体の変形例である。

【図１０】 熱式流量検出体の変形例である。

【図１１】 ガスの供給系統を説明する概略図である。

【図１２】 従来の地域ブロック弁の設置形態を示す概
略図である。

【符号の説明】

１ 工場 ２ 高圧導管 ３ ガバナステーション ４ 中圧導管 ５ 地区ガバナ ６ 低圧導管 ７ 消費先 ８ 中央監視センター １０ 緊急遮断弁 １１ 地域ブロック弁 １２ ピット １３ ホットタッピング １４ 圧力計 １５ 流量検出センサ １６，１７ 導圧管 １８ 信号処理部 １９ バルブ ２０ 弁本体 ２１ 基台 ２２ 弁体 ２３ 下側ステム軸 ２４ 上側ステム軸 ２５ 貫通孔 ２６，２７ フランジ ２８ ギャボックス ３０ ギヤドモータ ３１ ハンドル ３２ ピニオンギャ ３３ 中空通路 ３７ 取着部 １００ 熱式流量検出体 １０２ 支持部材 １０３ ガラス基板 １０４ 熱式流量検出素子 １０５ 保護カバー １０６ 間隔保持部材 １０７ 温度検出素子 １０８ 信号処理部 １０９ 信号線 １１１ 鋭角部 １３１ 配線パターン １３２ 配線パターン側接続パッド １３３ 接続端子用パッド １３４ 温度検出用パッド １４１ シリコン基板 １４２ 保護膜 １４３ ヒータ線 １４４ コンタクトパッド １４５ 凹部 １４６ 金線

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−5431（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−178035（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275317（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−2922（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231551（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−29776（ＪＰ，Ｕ) 特公 平３−21794（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭55−15063（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 5/00 - 5/22 F16K 37/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス導管に介挿される弁本体と、ガス流
   通用の貫通孔が形成され且つ前記弁本体内に収納された
   球状の弁体とを具備し、この弁体を回転させて前記ガス
   導管におけるガス流の遮断または流量を制御するガス導
   管用のボール弁において、基板上に配置された複数の熱式流量検出素子を有する 流
   量検出体を前記貫通孔内に備え、前記熱式流量検出素子
   を前記貫通孔の直径に近い長さの直線上に複数個並べる
   ことで、この流量検出体によって前記貫通孔内のガス流
   量に応じた物理量を検出し、 前記弁体は弁本体に内装される上側ステム軸及び下側ス
   テム軸に支持され、前記上側ステム軸を着脱自在に構成
   し、前記流量検出体を前記上側ステム軸に連結する構成
   とした ことを特徴とするガス導管用のボール弁。
2. 【請求項２】 前記流量検出体は、前記熱式流量検出素
   子表面の保護カバーと、前記熱式流量検出素子と前記保
   護カバーとの間に流体の流路を形成するための間隔保持
   部材とを有することを特徴とする請求項１に記載された
   ガス導管用のボール弁。
3. 【請求項３】 前記流量検出体は、前記複数の熱式流量
   検出素子が並列に接続されていて定電圧駆動されるもの
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたガ
   ス導管用のボール弁。
4. 【請求項４】 前記流量検出体は、前記複数の熱式流量
   検出素子が直列に接続されていて定電流駆動されるもの
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載されたガ
   ス導管用のボール弁。