JP5547608B2

JP5547608B2 - 整圧装置

Info

Publication number: JP5547608B2
Application number: JP2010247744A
Authority: JP
Inventors: 智朗竹内; 良一鳥海; 廣夫島田; 雄二鈴木; 武志加覧
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: JP2012099018A

Description

本発明は、流体導管に装備され、上流側流体導管の高圧流体を整圧して下流側流体導管に供給する整圧装置に関するものである。

パイプラインによる都市ガス等の流体供給方式としては、上流側の高圧流体を段階的に減圧して下流側に供給する方式が採用されている。この際、減圧のための各段階には流体導管に整圧装置（ガバナ）が装備され、下流側の圧力を設定圧力に調整することが行われている。以下の説明では、整圧装置の上流側流体導管内の圧力を一次圧といい、整圧装置によって設定される下流側流体導管内の圧力を二次圧という。

整圧装置は、上流側流体導管の圧力変動や負荷流量に関係なく、下流側導管内の二次圧が設定圧力になるように調整する。この整圧装置は、一般的に、比較的小さい流量の流体導管に装備される簡易な構造のものとして直動式があり、比較的大きな流量の流体導管に装備されるものとしてパイロット式がある（例えば、下記特許文献１参照）。

図１は、従来のパイロット式整圧装置の構成例を示した説明図である。流体導管１に装備される整圧装置Ｊ１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。パイロット流路１２は上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流路である。パイロットガバナ１３は、パイロット流路１２に設けられ、二次圧検出流路１４を介して検出される二次圧に応じて開閉してパイロット流路１２を流れる流体の流量を調整するものである。メインガバナ１１は、パイロット流路１２から分岐した駆動圧流路１５を介して駆動圧が駆動部１１Ａに供給され、駆動圧が低下すると上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流通部の開度が大きくなるように作動する弁機構を備える。

このような整圧装置Ｊ１０によると、パイロット流路１２で増幅された駆動圧によってメインガバナ１１の開度を制御することができる。すなわち、下流側での流体消費によって二次圧が低下すると、パイロットガバナ１３のダイヤフラムにかかる圧力が低下してパイロットガバナ１３の弁が開き、パイロット流路１２の流量が増加する。パイロット流路１２には抵抗部（絞り）１２Ａが設けられているので、パイロット流路１２の流量が増すと抵抗部１２Ａによる圧力損失が大きくなり、駆動圧流路１５によってメインガバナ１１の駆動部に供給される駆動圧が低下する。これによってメインガバナ１１の流通部の開度が大きくなり、この流通部を介して二次側に流れる流量が増加する。二次圧が設定圧まで上昇すると新たな定常状態に達し、二次圧が設定圧に保持される。

特開２００３−２８８１２４号公報

前述した従来の整圧装置では、メインガバナの開度を制御する駆動圧はパイロット流路から出力される。そして、パイロット流路に設ける抵抗部による圧力損失でどれだけ駆動圧を低下させることができるかで、メインガバナの開度を高めるための駆動力が確保されることになる。しかしながら、駆動圧は一次圧と二次圧の間の圧力になるので、一次圧が低下して一次圧と二次圧の差が小さくなった場合には、パイロット流路の流量を大きくできず、抵抗部の圧力損失によって十分に駆動圧を下げることができない。よって、メインガバナを全開にするだけの駆動力が得られない問題が生じる。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、メインガバナの開度を制御する駆動圧をパイロット流路から出力する整圧装置において、一次圧と二次圧の差が小さい場合であっても、メインガバナの開度を十分な駆動力で制御することができること、が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による整圧装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を下流側流体導管における二次圧に整圧する整圧装置であって、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管の間に装備されるメインガバナと、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管とを連通するパイロット流路とを備え、前記メインガバナは、前記パイロット流路から出力される駆動圧によって開度調整を行う駆動部を備え、前記パイロット流路に、パイロットガバナと当該パイロット流路の流量に応じて前記駆動圧を設定する抵抗部を設け、前記パイロットガバナは、前記下流側流体導管に連通する二次圧検出流路によって検出される二次圧に基づいて前記パイロット流路の流量を調整し、前記下流側流体導管において前記二次圧検出流路の上流側に位置する前記パイロット流路の連通部に、前記下流側流体導管内の圧力を部分的に前記二次圧より低下させる負圧発生手段を設けることを特徴とする整圧装置。

このような特徴を備えた本発明の整圧装置によると、パイロット流路の下流側連通部の圧力が二次圧より低くなることで、一次圧と二次圧の差が小さい場合であっても、パイロット流路の流量を高めることができ、メインガバナの開度を十分な駆動力で制御することができる。

従来のパイロット式整圧装置の構成例を示した説明図である。本発明の一実施形態に係る整圧装置の全体構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る整圧装置の動作を説明する説明図である（本発明と比較するため示した負圧発生手段を備えない従来技術の動作例）。本発明の実施形態に係る整圧装置の動作を説明する説明図である（負圧発生手段を備えた本発明の実施形態の動作例）。本発明の実施形態における負圧発生手段の形態例を示した説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する（なお、従来と同一の部分には同一の番号を付して重複した説明は省略する。）。図２は本発明の一実施形態に係る整圧装置の全体構成を示す説明図である。

流体導管１に装備される整圧装置１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。パイロット流路１２はメインガバナ１１を介することなく上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流路である。パイロットガバナ１３は、パイロット流路１２に設けられ、二次圧検出流路１４を介して検出される二次圧に応じて開閉してパイロット流路１２を流れる流体の流量を調整するものである。パイロット流路１２には抵抗部（絞りなど）１２Ａが設けられ、抵抗部１２Ａの下流側のパイロット流路１２が分岐して駆動圧流路１５になっている。

メインガバナ１１は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂを連通する流通部１１Ｂと、流通部１１Ｂの開度を調整する主弁１１Ｃと、主弁１１Ｃを駆動する駆動部１１Ａを備えている。駆動部１１Ａは、駆動膜（ダイアフラム膜）１１Ａ３によって駆動圧室１１Ａ１と一次圧室１１Ａ２が分離されており、駆動圧室１１Ａ１には駆動圧流路１５が連通し、一次圧室１１Ａ２には一次圧が供給されている。これによると、駆動膜１１Ａ３に接続された主弁１１Ｃには、一次圧と駆動圧との差圧によって発生する駆動力が加わることになる。

そして、本発明の実施形態に係る整圧装置１０は、下流側流体導管１Ｂにおけるパイロット流路１２の連通部１２Ｂに、下流側流体導管１Ｂ内の圧力を部分的に二次圧より低下させる負圧発生手段２０を設けている。負圧発生手段２０は圧力損失が少ないもので、下流側流体導管１Ｂの流れによって固定的且つ部分的に二次圧が減圧されるものが好ましいが、多少の圧力損失が生じたとしても、その下流側の圧力が二次圧としてパイロットガバナ１３に繋がる二次圧検出流路１４に供給される。

図３及び図４によって、本発明の実施形態に係る整圧装置の動作を説明する。ここで、図３は負圧発生手段２０を備えない従来技術の動作例であり、図４は負圧発生手段２０を備えた実施形態の動作例である。この図３及び図４は、整圧装置のパイロット流路を流れる流体の圧力状態と主弁を駆動する駆動力との関係を示している。

図３において、一端が上流側流体導管１Ａに接続され、他端側が下流側流体導管１Ｂに接続されるパイロット流路１２は、一端側の圧力が一次圧Ｐ₁になり、他端側の圧力が二次圧Ｐ₂になる。パイロット流路１２の一端から他端に至る流路には抵抗部１２Ａとパイロットガバナ１３が存在するので、パイロット流路１２の一端側における一次圧Ｐ₁は、抵抗部１２Ａでの圧力損失とパイロットガバナ１３での圧力損失を経て他端側の二次圧Ｐ₂になる。パイロット流路１２における抵抗部１２Ａより下流側でパイロットガバナ１３より上流側の箇所から駆動圧流路１５が分岐しているので、メインガバナ１１の駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧Ｐｃは、一次圧Ｐ₁と二次圧Ｐ₂の間の圧力であって、一次圧Ｐ₁から抵抗部１２Ａによる圧力損失を差し引いた値になる。

一方、メインガバナ１１の主弁を作動させる駆動力Ｆは、駆動部１１Ａの駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧Ｐｃと一次圧の差圧である。この駆動力Ｆは、パイロット流路１２を流れる流量を大きくして、抵抗部１２Ａによる圧力損失を増大させ、駆動圧Ｐｃをより小さくすることで、大きな駆動力Ｆが得られる。すなわち、設定圧力である二次圧にＰ₂（例えば、１５０ｋＰａＧ）に対して一次圧Ｐ₁が十分に高い圧力（例えば、７００ｋＰａＧ）である場合には、一次圧と二次圧の差圧を利用してパイロット流路１２の流量を増大させることができ、十分に大きな駆動力Ｆを発生させることができる。

しかしながら、設定圧力である二次圧Ｐ₂（例えば、１５０ｋＰａＧ）に対して、一次圧が低下した場合（例えば、低下した一次圧Ｐ₁’＝３００ｋＰａＧ）には、駆動力Ｆ’（Ｆ’＝Ｐ１’−Ｐｃ’）は一次圧が高い場合に比べて小さくなって、メインガバナ１１の主弁を全開にするだけの駆動力を得ることができない場合が生じる。

これに対して、図４に示したように、下流側流体導管１Ｂに負圧発生手段２０を設けた本発明の実施形態では、負圧発生手段２０の圧力低減効果によって、パイロット流路１２と下流側流体導管１Ｂとの連通部１２Ｂの圧力Ｐ_2Sを二次圧Ｐ₂より低下させることができる。これによると、一次圧Ｐ₁が十分に高い場合には、一次圧Ｐ₁と連通部１２Ｂの圧力Ｐ_2Sとの間に駆動圧Ｐｃを設定して十分な駆動力Ｆ_Sを得ることができる。更に、一次圧が低下して二次圧Ｐ₂に近い圧力Ｐ₁’になったとしても、一次圧Ｐ₁’と連通部１２Ｂの圧力Ｐ_2Sとの差圧によってパイロット流路１２の流量をある程度大きくできるので、主弁１１Ｃを作動させる駆動力Ｆ_S’を、負圧発生手段２０を設けていない従来例の駆動力Ｆ’に比べて十分に大きい値にすることができる。これによって、一次圧Ｐ₁と二次圧Ｐ₂の差が小さい場合であっても、十分な駆動力によって主弁１１Ｃを全開にして、整圧装置１０の送出能力を十分に発揮することができる。

図５は、本発明の実施形態における負圧発生手段２０の形態例を示した説明図である。同図（ａ）に示した例は、下流側流体導管１Ｂ内に配備されるアスピレータ２０Ａによって負圧発生手段２０を構成している。同図（ｂ）に示した例は、下流側流体導管１Ｂ内に配備されるノズル２０Ｂによって負圧発生手段２０を構成している。同図（ｃ）に示した例は、下流側流体導管１Ｂ内に配備されるベンチュリ２０Ｃによって負圧発生手段２０を構成している。アスピレータ２０Ａ、ノズル２０Ｂ、ベンチュリ２０Ｃは、何れも圧力損失が小さい負圧発生手段であるため、整圧装置１０の二次圧送出能力に影響を与えることが少ない。また、何れの例も、パイロット流路１２と下流側流体導管１Ｂとの連通部１２Ｂが下流側流体導管１Ｂ内で流速を高められた部分になっている。これによるとベンチュリ効果によって、二次圧Ｐ₂に対して低い圧力Ｐ_2Sをパイロット流路１２の下流側端部の圧力にすることができる。

１：流体導管，１Ａ：上流側流体導管，１Ｂ：下流側流体導管，
１０：整圧装置，
１１：メインガバナ，１１Ａ：駆動部，１１Ｂ：流通部，１１Ｃ：主弁，
１２：パイロット流路，１２Ａ：抵抗部，１２Ｂ：連通部，
１３：パイロットガバナ，１４：二次圧検出流路，１５：駆動圧流路，
２０：負圧発生手段

Claims

流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を下流側流体導管における二次圧に整圧する整圧装置であって、
前記上流側流体導管と前記下流側流体導管の間に装備されるメインガバナと、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管とを連通するパイロット流路とを備え、
前記メインガバナは、前記パイロット流路から出力される駆動圧によって開度調整を行う駆動部を備え、
前記パイロット流路に、パイロットガバナと当該パイロット流路の流量に応じて前記駆動圧を設定する抵抗部を設け、
前記パイロットガバナは、前記下流側流体導管に連通する二次圧検出流路によって検出される二次圧に基づいて前記パイロット流路の流量を調整し、
前記下流側流体導管において前記二次圧検出流路の上流側に位置する前記パイロット流路の連通部に、前記下流側流体導管内の圧力を部分的に前記二次圧より低下させる負圧発生手段を設けることを特徴とする整圧装置。
前記負圧発生手段は、前記下流側流体導管内に配備されるノズルであることを特徴とする請求項１記載の整圧装置。
前記負圧発生手段は、前記下流側流体導管内に配備されるアスピレータであることを特徴とする請求項１記載の整圧装置。
前記負圧発生手段は、前記流側流体導管内に配備されるベンチュリであることを特徴とする請求項１記載の整圧装置。