JP5414849B2 - 液化ガス供給方法及び液化ガス供給システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の液化ガス容器の加熱調温による液化ガス供給方法及び液化ガス供給システムの制御装置に関する。

常温では蒸気圧が低く蒸発量が少ない液化ガスを大量に消費する場面において、蒸発能力を上げるために、液化ガスの蒸発表面積を増やしたり、液化ガスの温度を上げたり、という方法が取られる。またそれを実現するための手段として、液化ガスの充填容器の胴経を大きくするか標準的なサイズの容器を複数本並列にすること、液化ガスの入っている容器を加熱することがある。そこでそれらを組み合わせた、手軽に入手できる標準的なサイズの容器を複数本並列にし、又は加熱を併用して、蒸発能力を維持しつつ、大量の液化ガスを安定供給できるシステムが検討されてきた。

図７は、従来の液化ガス供給装置の制御方法を示す公知例１の図である（特許文献１）。図７に示すようにこの液化ガス供給装置の制御方法は、複数本の充填容器内の液化ガス（内容物）の残量を、各々に設けられた残量計にて監視しており、各々の残量があらかじめ設定された所定の基準値を下回った容器から、個々に設けられた自動遮断弁が順次閉じていき、吐出を停止していくものである。これによって各容器内の液化ガスの減り方が異なる場合でもすべての容器の液化ガスを最小限の残量まで使い切るようにしたものである。ただし、この公知例１では充填容器内の液化ガスを加熱する手段はない。

図８は、従来の液化ガス供給システム及び供給方法を示す公知例２の図である（特許文献２）。図８に示すようにこの液化ガス供給システム及び供給方法は、液化ガスを貯蔵する複数の容器とこれらの容器のガス供給管路を介して後流側に設けた圧力調整器の間に貯留部を設けている。容器から常温気化した液化ガスは、供給管路を経て貯留部に蓄えられる。この貯留部は、貯留容積が供給先側の急激な消費量変動に対して対応可能なバッファーとしての容量をもち、ガス供給管路を介して圧力調整器より供給先側へ供給するものである。ただし、この公知例２の場合でも容器内の液化ガスを加熱する手段はない。さらに容器内の液化ガスの残量を検出する手段については対象外としている。

図９は、従来の液化ガス供給方法を示す公知例３の図である（特許文献３）。図９に示すようにこの液化ガス供給方法は、液化ガス充填容器１００とその供給管路である第１の配管１０５と第２の配管１０６、および流量検出手段１０４を有しており、液化ガス充填容器１００と第１の配管１０５、第２の配管１０６は、それぞれ第１の加熱手段１０１から第２の加熱手段１０２、そして第３の加熱手段１０３によりその発生熱量を流量検出手段１０４の計測値に応じて制御し供給するものである。または流量検出手段１０４の代わりに第２の配管１０６の後段に設けた複数の分岐バルブ１３１〜１４０にて、バルブが開いている数に応じて発生熱量を制御し供給するものである。また、この供給方法には、最低１つ以上の分岐バルブを通過させて常にガスが供給されているという条件下で加熱手段を制御するものになっている。ただし、この公知例３は液化ガス充填容器１００が単体であり、複数容器からの同時供給は行っていない。また、液化ガス充填容器１００に入っている液化ガスの残量を検出する手段については対象外としている。

図１０は、従来の複数容器からなる液化ガス供給システムを示す一般的な従来例４の図である。図１０に示すようにこのシステムは、標準的なサイズの容器を複数本並列に接続して、液化ガスの入っている各容器を個々に加熱し、各容器内の液化ガス残量は重量計等の計量器で計測するという従来技術の組み合わせで構成している。なお、加熱源３−１〜３−ｎ、加熱量計測センサー４−１〜４−ｎ、温調器５−１〜５−ｎ、加熱出力器６−１〜６−ｎの加熱制御系と、計量器２−１〜２−ｎの容器内液化ガス量の計測系は、各容器ごとに独立している。

特開平１１−２２６３８６号公報 特開２００３−２８３９５号公報 特開２００６−１６１９３７号公報

図７に示す従来の液化ガス供給装置の制御方法では、もともと特定容器内液化ガス（内容物）２の片減りがあることを前提とし、各々の残量があらかじめ設定された所定の基準値を下回った容器から順次吐出停止となるため、蒸発能力を維持するための条件である蒸発表面積が停止した容器の分だけ少なくなっていき、少量本数では供給能力不足を招くという問題がある。さらに加熱手段をもたないため、常温での蒸発量しかとれないことも供給できる容器本数が少なくなると供給能力不足を加速するという問題もある。

図８に示す従来の液化ガス供給システムおよび供給方法では、貯留部４という大容量の貯留容積が必要となることや、この貯留部４の温度が大元の容器１の温度より低い場合は、容器１で気化して蓄えられた貯留部４のガスが再液化してしまうという問題がある。言い替えると貯留部４に再液化した状態は、容器１から貯留部４へ移充填したことと同じであり、急激な消費量変動に対して対応可能なバッファーとしての容量をもつ単一大型容器からの供給になってしまう。したがって、貯留部４での再液化防止のためには貯留部４の温度を容器１側より常に高く維持する温度環境を作らなければならないという条件があり、容器１と貯留部４の設置環境に問題が発生する。また、容器１が複数本の場合、容器１それぞれの環境温度が微妙に異なれば容器内部の液化ガス蒸気圧も異なり、圧力の高い容器の液化ガスが先に貯留部４に蓄えられるため、複数容器を同時に交換した場合、公知例１（図７）のような手段がない限り液化ガスの残量が大きくばらつくという問題がある。

図９に示す従来の液化ガス供給方法では、供給流量に応じた液化ガスの蒸発熱量を加熱手段１０１、１０２、１０３にて発生するように各加熱手段を制御しているが、加熱手段だけで供給能力を上げるには加熱温度の上限があり、自ずと限界がある。また、この方法で蒸発表面積を増やすために複数本の液化ガス充填容器１００を加熱手段１０１で加熱した場合、個々の容器の加熱手段の制御量は同じであっても実際の液化ガス温度を監視していないため、容器毎に温度差が生じて均等な蒸発量は得られず、加熱温度が高く蒸気圧の高い容器だけが減っていくという片減りの問題がある。

図１０に示す従来の複数容器からなる液化ガス供給システムでは、各容器を加熱する温調器は容器の表面温度を検知し温度制御を行うものである。しかし、このような制御を行っているにも関わらず、実際には片減りや液化ガスの容器間移動（移充填）してしまうといった問題がある。

発明者らの知見によれば、容器間のごくわずかな温度の違い、例えば容器室内の風の流れの影響によっても液化ガスが容器間を移動（移充填）する。そのため、液化ガスそのものの温度を計測し加熱制御できれば良いのだが、実際には容器内の液化ガスそのものの温度計測が困難なために、実現が困難な状況であった。

以上のように従来技術では、液化ガスが入った複数の容器を並列に連結して供給する場合、加熱手段のあるなしを問わずいずれの場合でも容器ごとに異なる微妙な温度差から、供給時には蒸発圧力の高い容器だけ減っていくという片減りが発生すること、そして供給停止時は、容器の連結部を通じて蒸発圧力の高い容器から低い容器へ移充填されるという問題を共通して抱えていた。

本発明の目的は、大量の液化ガスを安定供給するため、複数の液化ガス容器内の液化ガスを最後まで均等に供給することができる、液化ガス供給システム及び供給方法を提供することである。

上記の課題は、あらかじめ定めた数値を基準にして個々の液化ガス容器を調節するのではなく、そのつど全ての容器からの検出情報から得られた数値を基準にして、個々の容器の調節を行うことで解決できる。

すなわち、第１の視点において、本発明は複数の液化ガス容器と、各容器に設置した液化ガス量測定用の検出器と、各容器に設置した加熱装置と、各検出器からの情報を処理し、各加熱装置を制御する制御装置とを含む液化ガス供給システムであって、制御装置が、各検出器からの情報を総合処理して得た数値を基準にして、各加熱装置を制御することを特徴とする。

液化ガス量の測定項目として、重量測定でも良いし、体積測定でも良い。また、液面高さとして間接的に測定しても良い。測定方法は公知のあらゆる方法が適用可能である。

第２の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムは、各検出器が重量測定器であることを特徴とする。

第３の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムは、数値が各容器内の液化ガスの平均重量であり、各容器ごとの液化ガス重量と平均重量との差が所定値以下になるように各加熱装置を制御することを特徴とする。

第４の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムは、各検出器が液化ガスの液面高さ検出器であることを特徴とする。

第５の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムは、数値が各容器内の液化ガスの平均液面高さであり、各容器ごとの液化ガスの液面高さと平均液面高さとの差が所定値以下になるように各加熱装置を制御することを特徴とする。

第６の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムは、液化ガスの送気側遮断弁と連動して、各容器の連結を遮断する連結遮断弁を有することを特徴とする。

第７の視点において、本発明は、複数の液化ガス容器のそれぞれに設置した液化ガス量測定用の検出器からの情報を処理し、液化ガス容器のそれぞれに設置した加熱装置を制御することによってガスを供給する、液化ガス供給方法であって、各検出器からの情報を総合処理して得た数値を基準にして、各加熱装置を制御することを特徴とする。

第８の視点において、本発明に係る液化ガス供給方法は、各検出器が、重量測定器及び液面高さ検出器のうちのいずれかであることを特徴とする。

第９の視点において、本発明は、複数の液化ガス容器のそれぞれに設置した液化ガス量測定用の検出器からの情報を処理し、液化ガス容器のそれぞれに設置した加熱装置を制御する、液化ガス供給システムの制御装置であって、各検出器からの情報を総合処理して得た数値を基準にして、各加熱装置を制御することを特徴とする。

第１０の視点において、本発明に係る液化ガス供給システムの制御装置は、各検出器が、重量測定器及び液面高さ検出器のうちのいずれかであることを特徴とする。

本発明により、複数の容器に入っている液化ガスは、最後まで均等に減っていく。したがって複数本並列に連結した容器すべてが連結を維持しつつ最後まで均等に蒸発表面積を確保しながら同時に減っていくため、所要の液温度での蒸発能力を供給開始時から終了まで維持することができる。

以下に、本発明に係る液化ガス供給システムと温度制御方法の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係る液化ガス供給システムの実施例１の構成を示す図である。図１に示すように本発明の液化ガス供給システムは、複数（ｎ個）の容器１−１〜１−ｎ（１個目の容器を１−１、ｎ個目の容器を１−ｎのようにサブ符号を付けて表記する。以下同様である。）、計量器２−１〜２−ｎ、加熱源３−１〜３−ｎ、加熱量計測センサー４−１〜４−ｎ、温調器５−１〜５−ｎ、加熱出力器６−１〜６−ｎ、計量値演算比較器７、連結管８、遮断弁９、そして各容器内の液化ガス１０−１〜液化ガス１０−ｎで構成される。

容器１−１〜１−ｎは、手軽に入手できる標準的なサイズのものですべて同じ容量のものであり、本供給システムに取り付け前にそれぞれの容器内液化ガス１０−１〜１０−ｎの量（本実施例１では重量）が分かっている。各容器１−１〜１−ｎは、連結管８にて並列接続され、ガスの送気供給ラインにある遮断弁９へと導かれている。

この状態にてそれぞれの容器の容器内液化ガスの量（本例では重量）を計量器２−１〜２−ｎにて常時計測し、その計測値は計量値演算比較器７に送られる。また、各容器には加熱源３−１〜３−ｎ、加熱量計測センサー４−１〜４−ｎが取り付けられている。事前に得られた当該液化ガスの蒸気圧と温度との相関から導かれる所要の液温度を温調器５−１〜５−ｎに設定し、計量値演算比較器７が加熱出力器６−１〜６−ｎを介して加熱源３−１〜３−ｎにて容器内液化ガス１０−１〜１０−ｎの温度をＰＩＤ制御する。計量値演算比較器７は、取り込まれた計測値を演算し、所定の条件で比較判定して得られた出力信号を温調器５−１〜５−ｎから出力される制御信号に割り込ませ、加熱出力器６−１〜６−ｎの出力に補正をかける制御を行う。

図２〜図４は本発明に係る実施例１の動作を説明する図である。図２〜図４を用いて動作について説明する。

図２は、計量値演算比較器７へ取り込まれる複数（ｎ）の計量器２−１〜２−ｎの計測値をＷ−１〜Ｗ−ｎ、計量値演算比較器７で演算される全計測値の平均値をＷａ、計量値演算比較器７のあらかじめ設定した判定値をＤ、この判定により計量値演算比較器７から出力される停止信号をＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎとして、計量値演算比較器７によって処理される信号を示した図である。

また、各温調器５−１〜５−ｎから出力される制御信号出力をＳ−１〜Ｓ−ｎ、加熱出力器６−１〜６−ｎから加熱源３−１〜３−ｎへ最終的に出力される加熱出力をＰ−１〜Ｐ−ｎとして示した。

図３は、本発明における加熱制御のフローチャートである。各温調器５−１〜５−ｎから加熱出力器６−１〜６−ｎへ出力される制御信号出力Ｓ−１〜Ｓ−ｎに対して、計量値演算比較器７で各計測値Ｗ−１〜Ｗ−ｎと平均値Ｗａとの差を演算し、判定値Ｄと比較することにより判定した結果により停止信号ＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎを割り込ませ、加熱源３−１〜３−ｎの出力Ｐ−１〜Ｐ−ｎを制御する一連の処理の流れを示している。

図４は、各温調器５−１〜５−ｎから加熱出力器６−１〜６−ｎへ出力される制御信号出力Ｓ−１〜Ｓ−ｎと、計量値演算比較器７で演算し判定した結果の停止信号を加熱出力器６−１〜６−ｎの出力に割り込ませる停止信号ＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎと、そして各加熱出力器６−１〜６−ｎから加熱源３−１〜３−ｎに最終的に出力される加熱出力Ｐ−１〜Ｐ−ｎのＯＮ／ＯＦＦ信号状態の一例を示すタイミングチャートおよびそれに対応する容器内液化ガスの量を示した図である。

従来の方法では、各々の容器は加熱量計測センサー４−１〜４−ｎで計測した温度が設定温度になるように温調器５−１〜５−ｎで温度制御するだけであった。言い替えれば、容器個々に独立した温度制御となっており、実際の容器内液化ガスの温度は微妙に差が出るため、液化ガス温度の高い容器から低い容器へ液化ガスが移動（移充填）したり、送気している場合は温度の高い容器の液化ガスだけ減っていくという現象（片減り）が発生する。

これに対し、本発明の実施例１においては、それぞれの容器の容器内液化ガスの重量を計量器２−１〜２−ｎにて常時計測し、各容器内液化ガス量が総合的に処理されたある量（平均値）に対してあらかじめ設定した判定値（Ｄ）以上に少ない容器の加熱を強制的に停止し、蒸発量を抑えている。これをあらかじめ決めた一定間隔で計測比較し、その都度、少ない容器の加熱をその計測比較の間隔で停止するものである。

図４では、容器１−１が最も減り方が多いため、強制加熱停止（ＯＦＦ−１）が多く働いており、容器１−２は逆に減り方が少なく、強制加熱停止（ＯＦＦ−２）は働いていない状況を示している。また、容器１−ｎはわずかに平均値より減った程度であるため、強制加熱停止（ＯＦＦ−ｎ）の頻度は容器１−１より少ないことを示す。

前述したように、一定間隔で各容器内液化ガスの量を演算比較し蒸発量が多く平均より少ない量の容器の加熱出力を強制的に停止することにより、一方の容器のみ減少することなく、複数の容器１−１〜１−ｎに入っている液化ガス１０−１〜１０−ｎは、最後まで均等に減っていく。したがって複数本並列に連結した容器すべてが連結を維持しつつ最後まで均等に蒸発表面積を確保しながら同時に減っていくため、所要の液温度での蒸発能力を供給開始時から終了まで維持できる。

本実施例１においては、各容器の容量は同一としているが、必ずしも同一でなくとも良い。ただしその場合、各容器内の液化ガス量の平均値を基準にすることができなくなる。この場合、例えば各容器ごとに容器の全容量と残存液化ガス量との比率を計算し、それを平均して基準値とする等の修正により、実施例１と同様に実施可能である。

なお、液化ガスの量として重量ではなく、体積を測定する方法であっても良い。その場合は、実施例１において重量を体積に置き換えて同様に実施可能である。

図５は、本発明に係る液化ガス供給システムの実施例２の構成を示す図である。これは前述した図１における計量器２−１〜２−ｎの代わりに、容器内の液化ガス残量計測手段として液化ガスの液面レベル（残量）を検知する液面センサー１１−１〜１１−ｎを有するものである。また前述した図２における、計量値演算比較器７へ取り込まれる複数（ｎ）の計量器２−１〜２−ｎの計測値を、液面センサー１１−１〜１１−ｎの計測値としてＬ−１〜Ｌ−ｎに置き替え、計量値演算比較器７で演算される全計測値の平均値をＬａ、計量値演算比較器７の判定値をＤ、この判定により計量値演算比較器７から出力される停止信号をＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎとした。なお、図５では液面を検知する例としてフロート式の液面センサーを代表例として図示したが、非接触の超音波式や放射線式の液面センサーを用いてもよい。

実施例２を図５を用いて説明する。各容器内液化ガスの量として液面レベルを計量値として連続的に監視し、計量値演算比較器７に取り込む。計量値演算比較器７では、その平均値（Ｌａ）に対して個々に差（Ｌａ−（Ｌ−１）〜Ｌａ−（Ｌ−ｎ））を計算する。計量値演算比較器７の判定値としてＤを、この判定による差がＤより大きい場合に計量値演算比較器７から該当する容器の加熱出力器へ停止信号としてＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎが出力される。以下の動作は前述の図３及び図４と同様であり、ＷａをＬａに、Ｗ−１をＬ−１に、Ｗ−ｎをＬ−ｎに読み替える。

実施例２では、液面センサーによって容器内液化ガスの残量を直接的に計測する。液化ガスの液面レベルを直接的に計測することで実施例１のような重量等を計測する場合と異なり、容器の重量計測に影響する接続配管等の外乱要因が少ない。また、液面レベルを検知しているため、容器胴径や底部形状のばらつきで重量的な残量が異なる場合であっても、液面レベルが容器底部に達するまで均等に減らす制御ができる。

図６は、本発明に係る液化ガス供給システムの実施例３の構成を示す図である。これは、前述した図１に連結遮断弁１２−１〜１２−ｎを追加したものである。

以下に実施例３を図６を用いて説明する。通常の供給状態にある場合の動作は前述の図１、図２で説明したとおりであるが、各容器が連結した状態にて、かならずしも供給状態にあり液化ガスが減っていくとは限らず、消費側が停止し送気ガス供給の流れが長期間途絶えている場合や遮断弁９が閉じて待機中の場合もある。

この状態では、各容器内の液化ガスはそれぞれの温度で決まる微妙な蒸気圧の違いによって、圧力の高い方から低い方へ互いに容器間を行き来するといった移充填を繰り返し、均等を保っている。特に遮断弁９が閉じており明らかに送気を停止している場合においては、この繰り返し移充填で均等を保つことは不要であり、これを避けるために、連結遮断弁１２−１〜１２−ｎは遮断弁９と連動して閉じ、各容器の連結を一時的に遮断するものである。なお、連結遮断時の動作は、強制加熱停止（ＯＦＦ−１〜ＯＦＦ−ｎ）は行わず、温調器５−１〜５−ｎで温度制御するだけである。

実施例３では、特に各容器の液化ガスが満杯状態で待機している時に、万が一にも本発明の均等を保つ演算比較と強制加熱停止機能が作動しなかった場合や加熱源３−１〜３−ｎが不測に故障した場合など、各容器内の液化ガスはそれぞれの温度で決まる微妙な蒸気圧の違いによって生ずる移充填によって、温度の低い容器の液化ガスがあふれてしまうという危険性があるが、連結遮断弁１２−１〜１２−ｎによって各容器の連結を遮断してしまうことにより、安全性が確保できる。

以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

本発明に係る液化ガス供給システムの実施例１の構成を示す図である。 本発明における計量値演算比較器によって処理される信号を示す図である。 本発明における加熱制御のフローチャートである。 本発明における制御信号の一例を示すタイミングチャートと液化ガス量を示す図である。 本発明に係る液化ガス供給システムの実施例２の構成を示す図である。 本発明に係る液化ガス供給システムの実施例３の構成を示す図である。 従来の液化ガス供給装置の制御方法を示す公知例１の図である。 従来の液化ガス供給システム及び供給方法を示す公知例２の図である。 従来の液化ガス供給方法を示す公知例３の図である。 従来の複数容器からなる液化ガス供給システムを示す一般的な公知例４の図である。

１ （液化ガス）容器
２ 計量器
３ 加熱源
４ 加熱量計測センサー
５ 温調器
６ 加熱出力器
７ 計量値演算比較器
８ 連結管
９ 遮断弁
１０ 液化ガス
１１ 液面センサー
１２ 連結遮断弁
Ｗ 重量の計測値
Ｗａ 重量の計測値の平均値
ＯＦＦ 停止信号
Ｓ 制御信号出力
Ｐ 加熱出力
Ｌ 液面レベルの計測値
Ｌａ 液面レベルの計測値の平均値
Ｄ 判定値

Claims (2)

1. 複数の液化ガス容器のそれぞれに設置した液化ガス量測定用の検出器からの情報を処理し、該液化ガス容器のそれぞれに設置した加熱装置を制御することによって該複数の液化ガス容器が並列に連結して液化ガスを供給する、液化ガス供給方法であって、
   重量測定器である各該検出器からの情報を総合処理して得た数値である前記各容器内の液化ガスの平均重量を基準にして、前記各容器ごとの液化ガス重量と該平均重量との差が所定値以下になるように各該加熱装置を制御することを特徴とする、液化ガス供給方法。
2. 並列に連結して液化ガスを供給する複数の液化ガス容器のそれぞれに設置した液化ガス量測定用の検出器からの情報を処理し、該液化ガス容器のそれぞれに設置した加熱装置を制御する、液化ガス供給システムの制御装置であって、
   重量測定器である各該検出器からの情報を総合処理して得た数値である前記各容器内の液化ガスの平均重量を基準にして、前記各容器ごとの液化ガス重量と該平均重量との差が所定値以下になるように各該加熱装置を制御することを特徴とする、液化ガス供給システムの制御装置。

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