JP4488945B2 - 整圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量が変化しても圧力の変動を抑えて流体を供給するための整圧装置に関する。

従来から、都市ガスなどの流体を供給する配管路には、複数段階で、ガバナと呼ばれる整圧器を含む整圧装置が配置されている。整圧装置の整圧器では、配管系統の上流側から供給される一次圧を、予め設定される二次圧に減圧する。

図６は、都市ガスの配管路に設ける整圧装置の概略的な構成を示す（たとえば、特許文献１参照）。整圧装置では、一次管路１と二次管路２との間に主ガバナ３が設けられる。主ガバナ３は、ダイヤフラム室４内のダイヤフラム５およびばね６から作用する力に応じて開閉される。ダイヤフラム室４でダイヤフラム５によって仕切られる下側の区画へは、一次圧と二次圧との間のローディング圧がパイロット整圧器７を介して導入される。ダイヤフラム５の上側の区画には、二次圧が導入される。ダイヤフラム５は、上側と下側との圧力差とばね６の付勢とに応じて、上下に変位し、主ガバナ３の開度を変化させる。パイロット圧と二次圧との間には、オリフィスなどの絞り８が設けられる。

図６では、特許文献１で図２として開示されている構成で一次圧をパイロット整圧器７に導く経路に、減圧弁９を設けるようにしている。減圧弁９を設けることによって、パイロット整圧器７に供給する流体の圧力を調整することが可能になる。

特開２００４−９４６５７号公報（図２）

図６に示すような整圧装置において、減圧弁９の設定圧を上昇させ、パイロット整圧器７への供給圧を上げると、弁開時におけるローディング圧への圧力供給も速くなり、整圧装置としての応答性も上昇する。しかしながら、整圧装置としては敏感になり、ハンチングなどの制御不良を発生しやすくなる。たとえば設定圧より二次圧が高いときには、設定圧に急速に近付き、設定圧よりも二次圧が低くなって、再び二次圧が設定圧に向い、さらに設定圧よりも高くなってしまうような状態が繰返される。このようなハンチングを避けるために、パイロット整圧器７への供給圧を下げると、応答特性も低下させることになる。応答特性が悪くなると、二次側で、流体の大きな需要が発生すると、整圧作用が追いつかず、二次圧が瞬時低下（アンダーシュート）してしまう。これらは、相反する事象であり、両立は困難である。

本発明の目的は、応答特性が良好で、ハンチングなどの制御不良も起りにくい整圧装置を提供することである。

本発明は、一次側から供給される流体を、一次圧よりも低く設定される二次圧を保ちながら二次側に供給するように、一次側と二次側との間のパイロット経路に設けられるパイロット整圧器から出力されるローディング圧に基づいて整圧する整圧器と、
二次側での負荷発生直後に、ローディング圧の昇圧動作遅れを、予め設定される圧力よりも高い高圧力によるパイロット整圧器への流体の供給で、一時的に抑制する昇圧動作遅れ抑制手段と、
昇圧動作遅れ抑制手段でのパイロット整圧器への流体の供給によるローディング圧の昇圧動作遅れを一時的に抑制した後、パイロット整圧器へ供給する流体の供給圧を、高圧力から予め設定される圧力に低下させる圧力低下手段とを、
含むことを特徴とする整圧装置である。

本発明に従えば、整圧装置は、整圧器と昇圧動作遅れ抑制手段と圧力低下手段とを含む。整圧器は、一次側から供給される流体を、一次圧よりも低く設定される二次圧を保ちながら二次側に供給するように、一次側と二次側との間のパイロット経路に設けられるパイロット整圧器から出力されるローディング圧に基づいて整圧する。昇圧動作遅れ抑制手段は、二次側での負荷発生直後に、ローディング圧の昇圧動作遅れを、予め設定される圧力よりも高い高圧力によるパイロット整圧器への高い圧力の流体の供給で一時的に抑制するので、ローディング圧の昇圧動作遅れが抑制されている間は、整圧器の応答性を良好にすることができる。圧力低下手段は、昇圧動作遅れ抑制手段でのパイロット整圧器への高圧力の流体の供給による一時的な昇圧動作遅れ抑制後、パイロット整圧器へ供給する流体の供給圧を、高圧力から予め設定される圧力に低下させるので、供給圧が高い状態でパイロット整圧器が過敏に動作する状態を終了させ、安定な動作を継続させることができる。二次側での流体の需要が下降して、二次圧が上昇すると、パイロット整圧器の閉止およびローディング圧排出動作により、ローディング圧は下降する。パイロット整圧器が閉止すると供給圧も上昇し、昇圧動作遅れ抑制手段となるタンクなどへの蓄圧も行われる。

また本発明で、前記昇圧動作遅れ抑制手段は、前記パイロット経路に設けられ、予め流体を蓄圧しておき、二次側での流体の需要の上昇時に、蓄圧された高い圧力の流体をパイロット経路に供給してローディング圧の昇圧動作遅れを抑制するタンクと、
流体のタンクへの供給量を制限する絞りとを、
含むことを特徴とする。

本発明に従えば、昇圧動作遅れ抑制手段は、パイロット経路に設けられ、予め流体を蓄圧しておき、二次側での流体の需要の上昇時に、蓄圧された流体をパイロット経路に供給してローディング圧の昇圧動作遅れを防ぐためにタンクと、流体のタンクへの供給量を制限する絞りとを含む。タンクと絞りとを整圧装置に追加すれば、応答性が良好で、ハンチングなどの制御不良を起しにくい整圧装置を実現することができる。

また本発明で、前記圧力低下手段は、前記タンクに蓄圧用の流体を供給する蓄圧用減圧弁を含み、
前記絞りは、蓄圧用減圧弁とタンクとの間に設けられ、
蓄圧用減圧弁の圧力よりも低い圧力が設定され、設定された圧力に流体を減圧してタンクに供給する供給用減圧弁を、さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、蓄圧用減圧弁によって減圧された流体は、絞りによって流量を制限されてタンクに導かれる。タンクには絞りを介して流量が制限される流体が供給されるので、パイロット整圧器にタンク内の流体が使用され、タンク内の圧力が設定圧よりも低下しても、絞りを介する流体の供給は低速で行われる。より迅速なパイロット経路への流体の供給は、供給用減圧弁を介して行われる。ただし、供給用減圧弁の設定圧力は蓄圧用減圧の設定圧力よりも小さいので、タンクの圧力が低下すれば、パイロット整圧器への供給圧はタンクの蓄圧時よりも低下し、供給用減圧弁の設定圧力付近となり、整圧器は、ハンチングを避けて安定した二次圧の供給を行うことが可能となる。

また本発明で、前記蓄圧用減圧弁は、停止時の圧力上昇が大きく設定され、小流量時のロックアップ圧力で前記タンクに対する蓄圧を行うことを特徴とする。

本発明に従えば、蓄圧用減圧弁からの流体でタンクを蓄圧する際には、流量が小さくなるので、蓄圧用減圧弁はロックアップに近い状態となり、比較的高い圧力でタンクを蓄圧することができる。二次圧が低下して、パイロット経路に流す流体の流量を多くするようになると、蓄圧用減圧弁はロックアップ時の圧力よりも低い圧力で流体をパイロット経路に供給することができる。

また本発明で、前記圧力低下手段は、前記タンクに蓄圧用の流体を供給する蓄圧用減圧弁を含み、
前記絞りは、蓄圧用減圧弁と前記タンクとの間で、蓄圧用減圧弁によって減圧された流体のタンクへの流入抵抗となり、
絞りの両端間に設けられ、絞りによって生じる流体の圧力差が設定圧を越えると開弁するチェック弁を、
さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、蓄圧用減圧弁がタンクに蓄圧するような流体の流量が小さい時には、絞りによって生じる流体の圧力差は小さく、タンクには小流量で蓄圧用の流体が供給される。パイロット経路に供給する流体の流量が大きくなると、絞りによって生じる流体の圧力差がチェック弁の設定圧を越え、チェック弁を介して、蓄圧用減圧弁の設定圧よりもチェック弁の設定圧だけ低い圧力の流体を、タンクを介してパイロット経路に供給することができる。

本発明によれば、昇圧動作遅れ抑制手段は、パイロット経路に設けられ、二次側での負荷発生直後に、ローディング圧の昇圧動作遅れを、パイロット整圧器へ予め設定される圧力よりも高い高圧力の流体を供給して一時的に抑制するので、昇圧動作遅れが抑制されている間は、迅速にローディング圧を昇圧させて、整圧器の応答性を良好にすることができる。圧力低下手段は、昇圧動作遅れ抑制手段でのローディング圧の一時的な昇圧動作遅れ抑制後、パイロット整圧器への流体の供給圧を、高圧力から予め設定される圧力に低下させるので、供給圧が高い状態でパイロット整圧器が過敏に動作する状態を終了させ、安定な動作を継続させることができる。

また本発明によれば、パイロット経路に設けられるタンクに、予め流体を蓄圧しておき、二次側での流体の需要の上昇時に、蓄圧された流体をパイロット整圧器に供給して、迅速にローディング圧を昇圧させることができる。

また本発明によれば、タンク内に蓄圧されていた流体がパイロット整圧器に供給されて、タンク内の圧力が低下しても、絞りを介する流体の供給は低速で行われ、より迅速なパイロット整圧器への流体の供給は、供給用減圧弁を介して行われるので、パイロット整圧器への供給圧はタンクの蓄圧時よりも低下して、供給用減圧弁の設定圧力付近となり、パイロット整圧器は、過敏な動作によるハンチングを避けて安定したローディング圧を出力することが可能となる。

また本発明によれば、蓄圧用減圧弁からの流体でタンクを蓄圧する際には、蓄圧用減圧弁はロックアップ時の圧力を利用して、比較的高い圧力でタンクを蓄圧することができる。二次圧が低下して、パイロット経路に流す流体の流量を多くするようになると、蓄圧用減圧弁はロックアップ時の圧力よりも低い圧力で流体をパイロット経路に供給することができる。

また本発明によれば、蓄圧用減圧弁から小流量でタンクに蓄圧し、パイロット経路に供給する流体の流量が大きくなると、チェック弁を介して、蓄圧用減圧弁の設定圧よりもチェック弁の設定圧だけ低い圧力の流体を、タンクを介してパイロット経路に供給することができる。

図１は、本発明の実施の一形態としての整圧装置１０の概略的な配管構成を示す。この整圧装置１０は、図６に示す整圧装置と同等の構成を有する。すなわち、整圧装置１０では、一次管路１１と二次管路１２との間に主ガバナ１３が設けられる。主ガバナ１３は、ダイヤフラム室１４内のダイヤフラム１５およびばね１６から作用する力に応じて開閉される。ダイヤフラム室１４でダイヤフラム１５によって仕切られる下側の区画へは、一次圧と二次圧との間のローディング圧がパイロット整圧器１７を介して導入される。ダイヤフラム１５の上側の区画には、二次圧が導入される。ダイヤフラム１５は、上側と下側との圧力差とばね１６の付勢とに応じて、上下に変位し、主ガバナ１３の開度を変化させる。パイロット圧と二次圧との間には、オリフィスなどの絞り１８が設けられる。パイロット整圧器１７には、供給用減圧弁１９を介して流体が供給される。

整圧装置１０では、パイロット経路に供給用減圧弁１９とパイロット整圧器１７とが設けられる。パイロット経路の供給用減圧弁１９とパイロット整圧器１７との間に、タンク２０が設けられる。タンク２０は、主ガバナ１３の動作特性や、二次管路１２の負荷などの需要特性に応じて定まる容積を有する。パイロット経路では、タンク２０に対して、蓄圧用減圧弁２１および絞り２２を介して流体を供給し、供給用減圧弁１９の設定圧よりも高い圧力で流体を蓄圧することができる。絞り２２としては、オリフィスや絞り弁を用いることができる。

すなわち、整圧装置１０は、整圧器である主ガバナ１３と、タンク２０などの昇圧動作遅れ抑制手段と、供給用減圧弁１９などの圧力低下手段とを含む。主ガバナ１３は、一次管路１１側から供給される流体を、一次圧よりも低く設定される二次圧を保ちながら二次管路１２側に供給するように、一次管路１１側と二次管路１２側との間に設けられるパイロット経路のローディング圧に基づいて整圧する。タンク２０は、パイロット経路に設けられ、二次管路１２側での流体の需要の上昇時に、パイロット経路のローディング圧の昇圧動作遅れを、蓄圧された高い圧力の流体の圧力をパイロット整圧器１７に供給することにより、一時的に抑制するので、パイロット整圧器への供給圧の低下が抑制されている間は、主ガバナ１３の応答性を良好にすることができる。タンク２０内の圧力は、パイロット経路の流量が小さければ、蓄圧用減圧弁２１の設定圧力に保たれる。パイロット経路の流量が大きくなると、圧力が低下し、蓄圧用減圧弁２１は開弁状態を続けるけれども、蓄圧用減圧弁２１からパイロット経路に供給される流体は、絞り２２の圧力損失で、圧力が低下する。

供給用減圧弁１９は、タンク２０に蓄圧されている流体の圧力が設定圧よりも高いうちは閉弁状態を続ける。タンク２０内の流体がパイロット経路に流出して、パイロット経路でのローディング圧昇圧動作遅れの抑制後、供給圧が供給用減圧弁１９の設定圧よりも低下すると、供給用減圧弁１９は開弁状態となり、パイロット整圧器１７への供給圧を設定圧に保ち、整圧装置１０が、パイロット整圧器１７への供給圧が高い状態で過敏に動作する状態を終了させ、安定な動作を継続させることができる。二次管路１２側での流体の需要が下降して、流量が小さくなると、二次圧は上昇し、パイロット整圧器１７への供給圧も上昇する。パイロット整圧器１７への供給圧が上昇して、供給用減圧弁１９の設定圧に達すると、供給用減圧弁１９が閉弁状態となるが、蓄圧用減圧弁２１は閉弁とならず、絞り２２を介して、小流量でタンク２０への蓄圧が行われる。なお、小流量でのタンク２０への蓄圧には、絞り２２が設けられていればよく、蓄圧用減圧弁２１は用いなくてもよい。

以上のような構成を有する整圧装置１０は、通常時に、パイロット経路への供給圧を下げて制御不良（ハンチング）を防止し、負荷発生時の二次圧の瞬時低下（アンダーシュート）に対しては、タンク２０に予め高めの供給圧を蓄圧しておき、その蓄圧圧力値、タンク容積を適正化させることにより、負荷発生直後にのみその蓄圧された流体を使って、迅速なローディング圧供給を行い、応答性の低下を防止する。

図２は、図１の整圧装置１０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示す。一次圧は、供給用減圧弁１９と蓄圧用減圧弁２１とを介して、タンク２０に導かれる。蓄圧用減圧弁２１とタンク２０との間には、絞り２２が設けられる。タンク２０からは、パイロット整圧器１７に流体が供給される。

整圧装置１０としての稼働開始時には、設定圧の高い蓄圧用減圧弁２１によりタンク２０に蓄圧された高い圧力がパイロット整圧器１７に供給され、整圧装置１０の応答速度を上げてアンダーシュートを防止する。整圧装置１０の稼働により、タンク２０内に蓄圧されている流体を消費すると、圧力は低下する。絞り２２で、蓄圧用減圧弁２１からの流体の供給は制限されているため、設定圧の低い供給用減圧弁１９からの流体の供給が開始され、パイロット整圧器１７への供給圧が低下して、供給圧が高い状態での過剰応答による制御不良（ハンチング）を防ぐことができる。

図３は、本発明の実施の他の形態である整圧装置３０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示す。他の構成部分は、図１の整圧装置１０と同様である。図３に示す構成でも、図２に示す構成と同等である部分は、同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。整圧装置３０では、蓄圧用減圧弁３１での停止時の圧力上昇が大きく設定され、小流量時のロックアップ圧力でタンク２０に対する蓄圧を行う。

図４は、蓄圧用減圧弁３１の動作特性を示す。この蓄圧用減圧弁３１では、流量が小さい範囲を除いて、比較的安定な設定圧が得られる。流量が小さい範囲では、弁体が弁座に押付けられる際のロックアップ現象で、圧力が急激に上昇する。通常の減圧弁であれば、ロックアップ圧は設定圧の１０％程度であり、あまり大きくしないように工夫するけれども、蓄圧用減圧弁３１では、ロックアップ圧が大きくなるように、弁体や弁座などを調整する。このような蓄圧用減圧弁３１からの流体でタンク２０を蓄圧する際には、流量が小さくなるので、蓄圧用減圧弁３１はロックアップに近い状態となり、比較的高い圧力でタンク２０を蓄圧することができる。二次圧が低下して、パイロット経路に流す流体の流量を多くするようになると、蓄圧用減圧弁３１はロックアップ時の圧力よりも低い設定圧力で流体をパイロット経路に供給することができる。

整圧装置３０では、停止時の圧力昇圧が大きい（ロックアップの高い）減圧弁を蓄圧用減圧弁３１として使用する。整圧装置３０の稼働開始時には蓄圧用減圧弁３１のロックアップによりタンク２０に蓄圧された高い圧力がパイロット整圧器１７に供給され、整圧装置３０の応答性を上げてアンダーシュートを防止する。整圧装置３０の稼働により、タンク２０に蓄圧された流体を消費すると、蓄圧用減圧弁３１が設定圧力で稼働し始め、過剰応答による制御不良（ハンチング）を防ぐことができる。この蓄圧用減圧弁３１は、ロックアップ圧を図１および図２の蓄圧用減圧弁２１の設定圧と同等とし、設定圧を供給用減圧弁１９の設定圧と同等とすれば、図１の整圧装置１０と同等の動作特性で稼働させることができる。

図５は、本発明の実施のさらに他の形態である整圧装置４０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示す。他の構成部分は、図１の整圧装置１０と同様である。図５に示す構成でも、図２に示す構成と同等である部分は、同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。整圧装置４０では、蓄圧用減圧弁２１とタンク２０との間に、絞り２２とともに、チェック弁４１を設ける。チェック弁４１は上流側と下流側との間の圧力差で作動するリリーフ弁である。

整圧装置４０の稼働開始時には、設定の高い蓄圧用減圧弁２１によってタンク２０に蓄圧された高い圧力がパイロット整圧器１７に供給され、整圧装置４０の応答性を上げてアンダーシュートを防止する。パイロット経路での流体の流量が小さければ、絞り２２の両端に差圧が発生するとしても小さく、チェック弁４１の作動開始圧には達しないので、チェック弁４１は閉弁状態を続ける。整圧装置４０の稼働によってタンク２０に蓄圧されている流体を消費すると、パイロット整圧器１７に供給される流体の圧力は低下する。絞り２２で、蓄圧用減圧弁２１からの流体の供給は制限されているため、絞り２２の流体抵抗によって絞り２２の両端間に上下流間差圧が発生する。この上下流間差圧はチェック弁４１にも印加される。上下流間差圧がチェック弁４１のリリーフ弁としての設定圧を超えると、チェック弁４１が開弁するように作動して、蓄圧用減圧弁２１からの流体の供給が開始される。ただし、タンク２０には蓄圧用減圧弁２１の設定圧よりもチェック弁４１の設定圧分だけ低い圧力が常に供給されるため、過剰応答による制御不能（ハンチング）を防ぐことができる。

以上の説明では、流体として、都市ガスを一次側から二次側に供給する部分に整圧装置を設けるようにしているけれども、流体としては各種ガスなどの気体ばかりではなく、液体などであっても、同様に本発明を適用することができる。また、昇圧動作遅れ抑制手段としてタンク２０を設けているけれども、パイロット経路が二次側に接続される部分などに可変絞りなどを設け、絞り量を小さくしておいて、負荷上昇時の応答特性を向上させ、時間経過後に絞り量を大きくして、制御不良を起さないようにすることもできる。

本発明の実施の一形態としての整圧装置１０の概略的な構成を示す配管系統図である。 図１の整圧装置１０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の他の形態である整圧装置１０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示すブロック図である。 図３の蓄圧用減圧弁３１の動作特性を示すグラフである。 本発明の実施のさらに他の形態である整圧装置４０のパイロット経路での蓄圧についての機能的な構成を示すブロック図である。 従来から、都市ガスの配管路に設ける整圧装置の概略的な構成を示す配管系統図である。

符号の説明

１０，３０，４０ 整圧装置
１３ 主ガバナ
１７ パイロット整圧器
１８，２２ 絞り
１９ 供給用減圧弁
２０ タンク
２１，３１ 蓄圧用減圧弁
４１ チェック弁

Claims (5)

1. 一次側から供給される流体を、一次圧よりも低く設定される二次圧を保ちながら二次側に供給するように、一次側と二次側との間のパイロット経路に設けられるパイロット整圧器から出力されるローディング圧に基づいて整圧する整圧器と、
   二次側での負荷発生直後に、ローディング圧の昇圧動作遅れを、予め設定される圧力よりも高い高圧力によるパイロット整圧器への流体の供給で、一時的に抑制する昇圧動作遅れ抑制手段と、
   昇圧動作遅れ抑制手段でのパイロット整圧器への流体の供給によるローディング圧の昇圧動作遅れを一時的に抑制した後、パイロット整圧器へ供給する流体の供給圧を、高圧力から予め設定される圧力に低下させる圧力低下手段とを、
   含むことを特徴とする整圧装置。
2. 前記昇圧動作遅れ抑制手段は、前記パイロット経路に設けられ、予め流体を蓄圧しておき、二次側での流体の需要の上昇時に、蓄圧された流体をパイロット経路に供給してローディング圧の低下を抑制するタンクと、
   流体のタンクへの供給量を制限する絞りとを、
   含むことを特徴とする請求項１記載の整圧装置。
3. 前記圧力低下手段は、前記タンクに蓄圧用の流体を供給する蓄圧用減圧弁を含み、
   前記絞りは、蓄圧用減圧弁とタンクとの間に設けられ、
   蓄圧用減圧弁の圧力よりも低い圧力が設定され、設定された圧力に流体を減圧してタンクに供給する供給用減圧弁を、さらに含むことを特徴とする請求項２記載の整圧装置。
4. 前記蓄圧用減圧弁は、停止時の圧力上昇が大きく設定され、小流量時のロックアップ圧力で前記タンクに対する蓄圧を行うことを特徴とする請求項３記載の整圧装置。
5. 前記圧力低下手段は、前記タンクに蓄圧用の流体を供給する蓄圧用減圧弁を含み、
   前記絞りは、蓄圧用減圧弁と前記タンクとの間で、蓄圧用減圧弁によって減圧された流体のタンクへの流入抵抗となり、
   絞りの両端間に設けられ、絞りによって生じる流体の圧力差が設定圧を越えると開弁するチェック弁を、
   さらに含むことを特徴とする請求項２記載の整圧装置。

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