JP5744476B2 - 減圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体導管に装備され、上流側流体導管の流体圧力を減圧して下流側流体導管に供給する減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減圧装置（ガバナ）が装備される。

以下の説明では、減圧装置の上流側の流体導管内の圧力を一次圧といい、下流側の流体導管内の圧力を二次圧という。減圧装置は、一般に、上流側の流体導管と下流側の流体導管を連通するオリフィスの開度を調整自在な弁（主弁）を備え、二次圧を検知して前述した弁の開度を自動調整することで二次圧を設定圧に保つ自動圧力調整機構を具備している。

減圧装置の下流側圧力である二次圧は、流体導管末端での流体の消費量によって変化する。減圧装置を介して流れる流体の流量は、流体導管末端での流体の消費量等を把握する上で重要である。この流量を計測するには、弁の開度を何らかの機構を用いて計測し、弁の上流側・下流側の圧力差と弁の開度から流量を推定する方式（ガバナ開度方式）と、減圧装置の機構とは無関係に減圧装置の上流側又は下流側に流量計を設置する方式（流量計挿入方式）がある。下記特許文献１には、減圧装置における弁の開度を計測するためのガバナ開度計が記載されている。

特開２０００−１８９８６号公報

減圧装置を介して流れる流体の流量を計測するために、前述したガバナ開度方式を採用すると、弁の開度を計測するために複雑な機構を減圧装置の弁動作機構に組み込むことが必要になるので、メンテナンスの煩雑さや減圧装置のコストアップを招く問題が生じる。

一方、減圧装置を介して流れる流体の流量を計測するために、前述した流量計挿入方式を採用すると、一次圧や二次圧の圧力損失が問題になる。流量計としては、一般に差圧式流量計やカルマン渦式流量計等が用いられるが、これらの流量計は流路中に抵抗要素を含むので大流量通過時には抵抗要素による圧力損失が大きくなる。このため、減圧装置の上流側に流量計を設置した場合には、流量計の圧力損失で一次圧が低下し、流体を下流側に送出する輸送能力が低下してしまう問題が生じる。また、減圧装置の下流側に流量計を設置した場合には、減圧装置によって設定した二次圧に流量計による圧力損失が加わるので、所望の二次圧で下流側へ流体供給を行うことができない問題が生じる。

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、減圧装置を装備した流体導管の流量計測を行うに際して、減圧装置に複雑な機構を組み込むことなく流量計測を行うことができ、一次圧や設定した二次圧に圧力損失を生じさせることなく流量計測を行うことができること、等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、本発明による減圧装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
パイプラインによる都市ガスの流体供給方式において流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を減圧して下流側流体導管に二次圧の流体を供給する減圧装置であって、前記二次圧を検出する二次圧検出部と、前記二次圧検出部で検出された二次圧に基づいて流量抵抗を可変調整する可変抵抗部と、前記可変抵抗部の下流側に設けられ、一定の流量抵抗を有する固定抵抗部とを備え、前記可変抵抗部と前記固定抵抗部との合成抵抗によって、前記一次圧を前記二次圧に減圧し、前記固定抵抗部による発生差圧を検出する差圧検出部を備え、前記発生差圧によって前記流体導管の流量を求めることを特徴とする減圧装置。

このような特徴を有する減圧装置では、固定抵抗部による発生差圧を検出することで、既知の固定抵抗部の流量抵抗と検出した発生差圧とによって流体導管の流量を求めることができる。これによると、減圧装置を装備した流体導管の流量計測を行うに際して、減圧装置に複雑な機構を組み込むことなく流量計測を行うことができ、一次圧や設定した二次圧に圧力損失を生じさせることなく流量計測を行うことができる。

本発明の実施形態に係る減圧装置を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態に係る減圧装置を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態に係る減圧装置を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る減圧装置の基本構成を示した説明図である。減圧装置１０は、流体導管１に装備され、流体導管１の上流側流体導管１ｕにおける一次圧を減圧して下流側流体導管１ｄにおける二次圧を得るものである。

この減圧装置１０は、可変抵抗部１１、固定抵抗部１２、二次圧検出部１３を備えている。可変抵抗部１１は、二次圧検出部１３で検出された二次圧に基づいて流量抵抗を可変調整することができるものであり、開度を調整することで流量抵抗を可変調整する弁機構によって構成されている。一例としては、オリフィス開口部１１ａとオリフィス開口部１１ａの開度を調整する弁機構１１ｂと弁機構１１ｂを駆動する駆動部１１ｃを備えている。図示の例では、二次圧検出部１３で検出された二次圧が駆動部１１ｃの駆動圧になっており、駆動部１１ｃの動作によって流量抵抗が可変調整される。この可変抵抗部１１は、二次圧が低下すると弁機構１１ｂを動作させてオリフィス開口部１１ａの開度を開き、二次圧を設定圧に保つ自動調整機能を具備している。

固定抵抗部１２は、可変抵抗部１１の下流側に設けられ、一定の流量抵抗を有するものである。この固定抵抗部１２は、これによる発生差圧と流量との関係を予め計測したものであれば何でも良く、オリフィス（絞り）やベンチュリー等によって構成することができる。減圧装置１０は、可変抵抗部１１と固定抵抗部１２の合成抵抗によって上流側流体導管１ｕ内の一次圧を下流側流体導管１ｄ内の二次圧に減圧している。

このような減圧装置１０によると、固定抵抗部１２による発生差圧を検出することで流体導管１の流量を推定することができる。より具体的には、固定抵抗部１２による発生差圧を検出する差圧検出部１２ａを備え、検出された発生差圧ΔＰによって流体導管１の流量Ｑを求める。固定抵抗部１２は、流量Ｑと発生差圧ΔＰとの関係（流量抵抗）が予め計測されているので、この関係を用いて検出された発生差圧ΔＰから流量Ｑを求めることができる。

このような実施形態に係る減圧装置１０によると、一次圧の流体が流れる上流側流体導管１ｕには流量計が設置されないので、一次圧が流量計の圧力損失によって低下することがない。また、二次圧の流体が流れる下流側流体導管１ｄにも流量計が設置されないので、二次圧が流量計の圧力損失によって低下することもない。更には、オリフィス開口部１１ａの開度を調整する弁機構１１ｂの動作とは無関係に、二次圧の調整時にも不変の抵抗を有する固定抵抗部１２の発生差圧で流体導管１の流量を求めることができるので、減圧装置１０に弁動作を計測する複雑な機構を付加する必要がない。

図２及び図３は、本発明の他の実施形態を示した説明図である（前述した実施形態と共通する部位には同一符号を付して重複説明を一部省略する）。この実施形態に係る減圧装置１０も、図１に示した実施形態と同様に、可変抵抗部１１、固定抵抗部１２、二次圧検出部１３を備えている。

そして、可変抵抗部１１は、上流側流体導管１ｕと下流側流体導管１ｄとを連通するパイロット流路２０の流量を二次圧に基づいて可変調整し、パイロット流路２０の流量に応じて変化する駆動圧によって動作する駆動部１１ｃの動作によって流量抵抗を可変調整する。すなわち、上流側流体導管１ｕと下流側流体導管１ｄとを連通するパイロット流路２０には、パイロット弁１４が設けられる。

このパイロット弁１４は、二次圧検出部１３によって検出された二次圧を駆動圧として弁の開度を調整し、パイロット弁１４の開度によってパイロット流路２０を流れる流体の流量が変化する。パイロット流路２０を流れる流体の流量が変化するパイロット弁１４及び抵抗部１５での損失圧力が変わるので、パイロット流路２０から分岐した駆動圧流路２１の駆動圧が変化する。この駆動圧の変化によって可変抵抗部１１の駆動部１１ｃが動作する。

したがって、図２に示した実施形態では、二次圧が低下すると、パイロット弁１４が開き、パイロット流路２０の流量が上昇し、パイロット流路２０の流量上昇によって駆動圧流路２１の駆動圧が低下し、駆動部１１ｃが弁機構１１ｂを開方向に動作させる。これによって二次圧を設定圧に自動調整する。この減圧装置１０も、図１に示した実施形態と同様に、可変抵抗部１１と固定抵抗部１２の合成抵抗によって一次圧を二次圧に減圧している。

一方、図３に示した実施形態では、二次圧が低下すると、パイロット弁１４が開き、これにより、パイロット弁１４での圧力損失が低下し、駆動圧流路２１の駆動圧が増加し、駆動部１１ｃが弁機構１１ｂを開方向に動作させることで二次圧を設定圧に自動調整する。この減圧装置１０も、図１に示した実施形態と同様に、可変抵抗部１１と固定抵抗部１２の合成抵抗によって一次圧を二次圧に減圧している。

図２及び図３に示した実施形態においても、固定抵抗部１２は、可変抵抗部１１の下流側に設けられ、固定抵抗部１２による発生差圧を検出することで流体導管１の流量を推定することができる。より具体的には、固定抵抗部による発生差圧を検出する差圧検出部１２ａを備え、検出された発生差圧ΔＰによって流体導管１の流量Ｑを求める。固定抵抗部１２は、流量Ｑと発生差圧ΔＰとの関係（流量抵抗）が予め計測されているので、この関係を用いて検出された発生差圧ΔＰから流量Ｑを求めることができる。

このような実施形態に係る減圧装置１０においては、流量計測による圧力損失が一次圧にも二次圧にも影響しない。したがって、流量計測とは無関係にパイロット流路２０の流量変化によって可変抵抗部１１を動作させることができる。また、前述した実施形態と同様に、一次圧の流体が流れる上流側流体導管１ｕには流量計が設置されないので、一次圧が流量計の圧力損失によって低下することがなく、二次圧の流体が流れる下流側流体導管１ｄにも流量計が設置されないので、二次圧が流量計の圧力損失によって低下することもない。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る減圧装置１０によると、固定抵抗部１２による発生差圧を検出することで、既知の固定抵抗部１２の流量抵抗と検出した発生差圧とによって流体導管の流量を求めることができる。これによると、減圧装置１０を装備した流体導管１の流量計測を行うに際して、減圧装置１０に複雑な機構を組み込むことなく流量計測を行うことができるだけでなく、一次圧や設定した二次圧に圧力損失を生じさせることなく流量計測を行うことができる。

１：流体導管，１ｕ：下流側流体導管，１ｄ：上流側流体導管，
１０：減圧装置，
１１：可変抵抗部，
１１ａ：オリフィス開口部，１１ｂ：弁機構，１１ｃ：駆動部，
１２：固定抵抗部， １２ａ：差圧検出部，
１３：二次圧検出部，１４：パイロット弁，
２０：パイロット流路，２１：駆動圧流路

Claims (4)

1. パイプラインによる都市ガスの流体供給方式において流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を減圧して下流側流体導管に二次圧の流体を供給する減圧装置であって、
   前記二次圧を検出する二次圧検出部と、
   前記二次圧検出部で検出された二次圧に基づいて流量抵抗を可変調整する可変抵抗部と、
   前記可変抵抗部の下流側に設けられ、一定の流量抵抗を有する固定抵抗部とを備え、
   前記可変抵抗部と前記固定抵抗部との合成抵抗によって、前記一次圧を前記二次圧に減圧し、
   前記固定抵抗部による発生差圧を検出する差圧検出部を備え、
   前記発生差圧によって前記流体導管の流量を求めることを特徴とする減圧装置。
2. 前記可変抵抗部は、開度を調整することで流量抵抗を可変調整する弁機構によって構成されることを特徴とする請求項１記載の減圧装置。
3. 前記可変抵抗部は、前記二次圧検出部で検出された二次圧を駆動圧とする駆動部の動作によって流量抵抗を可変調整することを特徴とする請求項１又は２記載の減圧装置。
4. 前記可変抵抗部は、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の流量を前記二次圧に基づいて可変調整し、前記パイロット流路の流量に応じて変化する駆動圧によって動作する駆動部の動作によって、流量抵抗を可変調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の減圧装置。

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