JP4499453B2 - 整圧器周りの配管設計装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、流体を所定の圧力で負荷に供給するための整圧器周りの配管設計装置およびプログラムに関する。

従来から都市ガスなどの流体の供給経路にはガバナとも呼ばれる整圧器が設けられ、流体を使用する負荷に対して所定の圧力で流体を供給可能にしている。流体を使用する負荷、たとえば都市ガスを燃料とする燃焼機器などでは、供給される圧力が一定であることを前提に、流量調整などを行っている。供給される圧力が変動すると、流量が増大して過剰な燃焼の状態になったり、流量が減少して燃焼の継続が困難になったりするおそれがある。ただし、負荷である燃焼機器などでは、流体の使用量を変化させる必要もあり、たとえば点火と消火とのような急変や、熱量を少しずつ調整するような緩慢な変化などが生じうる。整圧器は、二次側の圧力変動を抑え、二次側で流体の使用量に変化があっても、供給する流体の圧力をほぼ一定に保つために設けられる（たとえば、特許文献１参照。）。

広い地域に都市ガスを安定に供給するためには、圧力のレベルを複数段階に変化させ、圧力を変化させる部分に整圧器を設ける。都市ガスはほとんど燃料として使用されるので、最終的に需用者に供給する圧力は、大気圧程度で、大気圧よりも少し高くしておく必要がある。供給経路の最後に使用する整圧器は、ガバナとも呼ばれる。ガバナは、都市ガスの配管網で、最終的に需用者に供給する圧力である低圧よりも一段階高い圧力の配管経路と、専用の配管経路との間に設けられる。

特公昭６３−８１１号公報

都市ガスを使用する機器や装置を新設したり、既設の機器や装置を変更したりして、都市ガスに対する新たな需要が生じる場合、専用ガバナの機種を選択し、専用の配管経路を設計する必要がある。整圧器周りの配管設計を行う場合、動的または静的のいずれの性能を重視するかなどを用途に応じて決定し、必要な流量から適正な整圧器機種、および専用配管の口径を選択する必要がある。整圧器には、動的な負荷変動への追従性能を重視して製造されている機種や、負荷変動が小さいときに圧力変動も小さくなるように静的な負荷変動状態での安定性を重視して製造されている機種があるからである。また、使用量が急変する負荷があると、整圧器が追従することができず、整圧不良を起こすおそれがある。急変負荷に対しては、整圧器のみで追従させることは困難であり、配管容積を大きくして、充分なバッファを取る必要がある。このとき、必要な配管容積は、整圧器機種、圧力、急変負荷量、および配管の形状などが関係し、複雑な条件を満たすようにしなければならない。

このような配管設計において、従来は、設計者の経験に頼る部分が大きい。整圧器の機種が負荷に対応することができなかったり、配管容積が不足すると、機器や装置を本来の性能で動作させることができなくなってしまう。整圧器の供給能力が負荷に対して過剰になると、負荷として整圧が必要な流量範囲での性能が充分ではなくなるので、適正な整圧器の機種選択が必要となる。また、配管経路の設置では、管路の口径や延長距離が大きくなることによって、たとえば地下に埋設する工事費用などが増大してしまうので、適正な配管容積を選択する必要がある。

本発明の目的は、流体を使用する条件を入力すれば、適正な整圧器の機種および配管容積などを知ることができる整圧器周りの配管設計装置およびプログラムを提供することである。

本発明は、一次管路から供給される流体を整圧器によって整圧して二次管路を経て負荷へ供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置であって、
整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを、予め入力されるデータに基づいて構築するデータベース構築手段と、
流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付ける条件入力手段と、
条件入力手段へ入力操作される流体を使用する条件に適合する流体供給条件を導き、データベース構築手段によって構築されている性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するデータベース参照手段とを含み、
前記性能データベースは、整圧器の機種毎に、負荷の急変量をパラメータとして、負荷の急変量を緩和するために必要な二次管路の配管容積についてのデータを含むことを特徴とする整圧器周りの配管設計装置である。

本発明に従えば、整圧器周りの配管設計装置は、流体を整圧して供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置であり、データベース構築手段と、条件入力手段と、データベース参照手段とを含む。データベース構築手段は、整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を緩和するために必要な二次管路の配管容積についてのデータを含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを構築しておくので、複数の設計者の経験を越える情報の蓄積も容易であり、種々の流体を供給する条件に合わせて、適正な整圧器の仕様と配管形状との組合わせを含むような性能データベースを構築することができる。条件入力手段は、流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付けるので、入力操作で流体を使用する条件を入力するだけで、配管設計を行うことができる。データベース参照手段は、流体を使用する条件の入力に基づき、流体を使用する条件から流体供給条件を導き、性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するので、流体を使用する条件についての必要事項を入力すれば、容易に整圧器の仕様と配管形状とを自動的に設計することができる。

また本発明は、一次管路から供給される流体を整圧器によって整圧して二次管路を経て負荷へ供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置であって、
整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを、予め入力されるデータに基づいて構築するデータベース構築手段と、
流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付ける条件入力手段と、
条件入力手段へ入力操作される流体を使用する条件に適合する流体供給条件を導き、データベース構築手段によって構築されている性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するデータベース参照手段とを含み、
前記条件入力手段で受付けられる流体を使用する条件に、配管の口径または延長距離のうちの一方の条件が含まれているときに、他方の条件を、前記データベース参照手段によって選択される配管形状に含まれる配管容積に基づいて算出する配管条件算出手段をさらに含むことを特徴とする整圧器周りの配管設計装置である。

本発明に従えば、配管条件算出手段は、適正なものとして選択される配管形状に含まれる配管容積に基づいて、配管の口径または延長距離のうちの一方から他方を算出するので、誰でも簡単に配管設計を行うことができる。

さらに本発明は、コンピュータを、前述のいずれかに記載の整圧器周りの配管設計装置として機能させるためのプログラムである。

本発明に従えば、コンピュータを利用して、整圧器周りの配管設計装置として機能させることができるので、誰でも簡単に整圧器の仕様選定や配管設計を行うことができるようになる。

本発明によれば、データベース構築手段によって、整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を緩和するために必要な二次管路の配管容積についてのデータを含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを構築しておくので、複数の設計者の経験を越える情報の蓄積を容易に行うことができる。条件入力手段は、流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付け、データベース参照手段は、流体を使用する条件から流体を供給する条件を導き、性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するので、流体を使用する条件についての必要事項を入力すれば、容易に整圧器と配管容積とを自動的に設計することができる。

また本発明によれば、適正な配管容積に基づいて、配管の口径または延長距離のうちの一方から他方を算出するので、誰でも簡単に配管設計を行うことができる。

さらに本発明によれば、コンピュータを利用して、誰でも簡単に整圧器の機種選定や配管設計を行うことができる。

図１は、本発明の実施の一形態である配管設計システム１の概略的な構成を示す。配管設計システム１では、パーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータ２で、整圧器周りの配管設計を自動的に行う。コンピュータ２には、ＣＰＵ３、ＲＯＭ４およびＲＡＭ５などが含まれる。ＣＰＵ３は、予めＲＯＭ４に格納してあるプログラムに従って基本的な処理や制御を行う。配管設計のためのプログラムは、たとえばハードディスクなどの不揮発性記憶装置６にインストールされており、プログラムの少なくとも一部がＲＡＭ５によって形成されるメモリ領域に展開されて起動される。プログラムのインストールは、各種光ディスクなどの記録媒体を着脱可能な記録媒体ドライブ装置７にプログラムが予め記録してある記録媒体を装着してプログラムを読取るか、通信インタフェース８を介して、インターネットなどの通信ネットワーク上からプログラムをダウンロードすればよい。コンピュータ２と利用者とのインタフェースとしては、入力装置９および表示装置１０が設けられる。

配管設計システム１では、一次管路１１と二次管路１２との間に整圧器１３を設けて負荷１４に流体を供給する際に、整圧器１３の機種の選定と二次管路１２の配管容積の算出とを行う。都市ガスを負荷１４に供給する配管設計の場合、一次管路１１は、たとえば数１００ｋＰａの圧力となる。二次管路１２は、たとえば大気圧よりも数１０ｋＰａ程度高い圧力となる。整圧器１３は、負荷１４での都市ガス使用量に変動があっても、二次管路１２の圧力変動が小さくなるように弁開度調整するように動作する。ただし、負荷１４の急激な変動に対しては、整圧器１３での弁の開度調整だけでは追従することができず、二次管路１２の配管容積がバッファとして機能し、圧力変動を緩和する。二次管路１２は、都市ガス配管網の一部である一次管路１１から負荷１４までの間に敷設される。配管容積は、二次管路１２の口径によって定る断面積と二次管路１２の延長距離との積で求められる。二次管路１２の延長距離は、負荷１４と都市ガスの配管網との距離に近い。二次管路１２の口径は、たとえば１００Ａや２００Ａなど、公称の直径に応じて規格化されている。不揮発性記憶装置６には、整圧器１３の機種と二次管路１２の形状とに基づく負荷急変量との関係を示す性能データベース２０も記憶されている。性能データベース２０には、二次管路１２の口径と最大流量との関係も含まれる。

図２は、図１の不揮発性記憶装置６などに構築される性能データベース２０の概略的な構成を示す。性能データベース２０は、例えば整圧器１３の機種毎に、負荷１４の急変量をパラメータとして、急変量を緩和するために必要な二次管路１２の配管容積についてのデータを蓄積して構築する。整圧器１３に使用実績がある場合、二次管路１２の配管形状や負荷１４の動作状態についての情報を収集し、分析して性能データベース２０としてまとめる。整圧器１３が新規に開発され、使用実績がない場合は、類似の性能で使用実績がある整圧器１３と整圧性能についての比較試験を行い、比較試験の結果に基づいて、使用実績のある整圧器１３についてのデータを修正して利用することができる。同一の機種を複数基同時に使用する場合は、異なる機種として性能データベース２０に含ませておく。

すなわち、配管設計システム１は、流体を整圧して供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置である。配管設計システム１は、整圧器１３の機種と適正な二次管路１２の配管容積との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを、予め入力装置９への操作で入力されるデータに基づいて構築するデータベース構築手段としてＣＰＵ３が動作する。急変負荷量は、たとえば負荷１４に点火して都市ガスを燃焼させるオン状態と、負荷１４を消火して都市ガスが不要になるオフ状態とでの負荷の変動量である。

図３は、図１の表示装置１０で配管設計システム１を利用するための入力画面の例を示す。利用者は、負荷１４の運転状態を予想して、最大流量、オンオフ流量、圧力変動幅、専用配管の延長距離などの使用条件に基づき、キーボードやマウスなどを含む入力装置９から必要入力項目に対する入力を行う。

図４は、図１のＣＰＵ３による処理手順の例を示す。ステップｓ０で、たとえば利用者がプログラムを起動して処理手順が開始される。ステップｓ１では、表示装置１０に図３に示すような入力画面を表示し、利用者からは入力装置９を介して整圧器１３を使用する条件が入力される。ステップｓ２では、図２の性能データベース２０を、ステップｓ１で入力される使用条件のうち、オンオフ流量などに基づいて検索する。ステップｓ３では、オンオフ流量が図２の負荷変動量に近い整圧器１３の機種や口径を含む仕様と二次管路１２の配管容量や分岐・エルボなどの有無を含む配管形状との組合わせデータを候補として選択する。ステップｓ４では、ステップｓ３で選択される候補を、ステップｓ１で入力される他の使用条件などに基づいて選択する。したがって、選択される候補の組合わせとして含まれている仕様が整圧器１３として選定されることになる。また、ステップｓ５では、選択される候補に含まれる配管形状も選定する。

ステップｓ６では、図３の入力画面中に含まれる二次管路１２の口径が入力されているか否かを判断する。口径は必ずしも入力する必要がない事項であるけれども、入力されていれば不足しない限り、その口径を使用する。口径が入力されていれば、ステップｓ７で、最大流量を流し得る口径であるか否かを判断する。最大流量に対して口径が不足すれば、ステップｓ８で、最大流量に適合する口径に修正する。口径が最大流量を流し得るようになると、ステップｓ９で配管容積と口径とに基づいて二次管路１２としての延長距離を算出する。ステップｓ１０では、延長距離が整圧器１３と負荷１４との距離として入力されている距離に比較して短いか否かを判断する。延長距離が短いときは、二次管路１２が負荷１４まで届かないので、ステップｓ１１で整圧器１３の仕様を変更し、ステップｓ７に戻る。

ステップｓ６で口径が入力されていないと判断するときは、ステップｓ１２で最大流量を流し得る口径を選択し、ステップｓ９に移って延長距離を算出する。ステップｓ１０で延長距離が整圧器１３と負荷１４との距離以上であると判断するときは、ステップｓ１３で検索結果と算出結果とを表示装置１０に表示し、ステップｓ１４で処理手順を終了する。

以上のように、配管設計システム１は、整圧器周りの配管設計装置として、都市ガスなどの流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付ける条件入力手段としての入力装置９と、条件入力手段へ入力操作される流体を使用する条件に適合する流体を供給する条件を導き、データベース構築手段である不揮発性記憶装置６によって構築されている性能データベース２０を参照して、適正な整圧器１３の機種および配管容積を選択するデータベース参照手段であるＣＰＵ３とを含む。データベース構築手段は、整圧器１３の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体を供給する条件をパラメータとする性能データベース２０を構築しておくので、複数の設計者の経験を越える情報の蓄積も容易であり、種々の流体を供給する条件に合わせて、適正な整圧器１３の仕様と配管形状との組合わせを含むような性能データベース２０を構築することができる。条件入力手段である入力装置９は、流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付けるので、入力操作で使用条件を入力するだけで、配管設計を行うことができる。データベース参照手段は、流体を使用する条件の入力に基づき、流体を使用する条件から流体を供給する条件を導き、性能データベース２０を参照して、適正な整圧器１３の仕様および配管形状を選択するので、流体を使用する条件についての必要事項を入力すれば、容易に整圧器１３と配管容積とを自動的に設計することができる。

また、ＣＰＵ３は、適正なものとして選択される配管形状に基づいて、配管の口径または延長距離のうちの一方から他方を算出する配管条件算出手段としても機能するので、誰でも簡単に配管設計を行うことができる。

なお、配管設計システム１は、プログラムによって汎用のコンピュータ２を、整圧器周りの配管設計装置として機能させている。配管設計システム１は、専用の配管設計装置として形成することもできる。

さらに、配管設計システム１は、都市ガスばかりではなく、他の気体や液体などの流体にも、同様に適用することができる。また、配管設計システム１は、インターネットなどの情報通信ネットワークに接続し、整圧器周りの配管設計サービスを提供するようにしてもよい。

本発明の実施の一形態である配管設計システム１の概略的な構成を示すブロック図である。 図１の不揮発性記憶装置６などに構築される性能データベース２０の概略的な構成を示す図表である。 図１の表示装置１０で配管設計システム１を利用するための入力画面の例を示す図である。 図１のＣＰＵ３による処理手順の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 配管設計システム
２ コンピュータ
３ ＣＰＵ
６ 不揮発性記憶装置
９ 入力装置
１０ 表示装置
１１ 一次管路
１２ 二次管路
１３ 整圧器
１４ 負荷
２０ 性能データベース

Claims (3)

1. 一次管路から供給される流体を整圧器によって整圧して二次管路を経て負荷へ供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置であって、
   整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを、予め入力されるデータに基づいて構築するデータベース構築手段と、
   流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付ける条件入力手段と、
   条件入力手段へ入力操作される流体を使用する条件に適合する流体供給条件を導き、データベース構築手段によって構築されている性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するデータベース参照手段とを含み、
   前記性能データベースは、整圧器の機種毎に、負荷の急変量をパラメータとして、負荷の急変量を緩和するために必要な二次管路の配管容積についてのデータを含むことを特徴とする整圧器周りの配管設計装置。
2. 一次管路から供給される流体を整圧器によって整圧して二次管路を経て負荷へ供給する整圧器周りの配管設計を行う際に利用する装置であって、
   整圧器の仕様と適正な配管形状との組合わせに対し、急変負荷量を含む流体供給条件をパラメータとする性能データベースを、予め入力されるデータに基づいて構築するデータベース構築手段と、
   流体を使用する条件について、利用者からの入力操作を受付ける条件入力手段と、
   条件入力手段へ入力操作される流体を使用する条件に適合する流体供給条件を導き、データベース構築手段によって構築されている性能データベースを参照して、適正な整圧器の仕様および配管形状を選択するデータベース参照手段とを含み、
   前記条件入力手段で受付けられる流体を使用する条件に、配管の口径または延長距離のうちの一方の条件が含まれているときに、他方の条件を、前記データベース参照手段によって選択される配管形状に含まれる配管容積に基づいて算出する配管条件算出手段をさらに含むことを特徴とする整圧器周りの配管設計装置。
3. コンピュータを、請求項１または２記載の整圧器周りの配管設計装置として機能させるためのプログラム。

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