JP6446447B2 - 展開分野における分析器および真空ジャケット式小径管を用いた太陽光発電サンプル分析システム - Google Patents
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Description
本ＰＣＴ国際出願は、２０１４年１０月１６日に出願された米国出願番号１４／５１５６０３、および、２０１３年１０月１７日に出願された米国仮出願番号６１／８９２０２９から優先権を主張する。
本発明は、管理輸送箇所でのパイプライン、中間の集約箇所、隔離されたフィールド集約箇所などからの湿式ガスに特に適した、サンプル取り出しおよび分析のための操作パワー源を含む、必要とするパワーを最小限とする、自己完結型で一体型の分析システムに関する。
化学および石油化学処理において、液体試料を抽出し、気化分析を行うことは周知であり、確立されている。源から抽出された気化サンプルは、制御、汚染モニタリング、純分分析、エネルギー容量検査などを進めるために使用される。上記のような場合、気化サンプルの成分が抽出サンプルの組成に対応することが重要である。エネルギー検査目的の天然ガスパイプラインの場合、サンプル分析の抽出を、ガス供給経路の途中にある管理輸送箇所にて行うことが望ましい。前記管理輸送箇所とは、源泉、圧縮により液化する箇所、主管へ注入する箇所、再ガス化を行う箇所などである。
天然ガス工業が、急激な成長を経験し、展開分野における分析能力に対して大きなニーズを産み出していることは明確に記録されている。たとえば、米国単独では、マーセラス層（Marcellus Formation）、イーグルフォード（Eagle Ford）、バッケン（Bakken）でのシェールオイルおよびシェールガスの掘削作業により、埋蔵物が多数の新たな掘削箇所、パイプラインの注入および集合箇所、管理輸送箇所を産み出し、これらは電力源や遠隔通信などの従来のインフラストラクチャーとは離れている。結果的に一次的に電力や通信が提供されない限り、完全防御されていなければ、上記箇所でのサンプルの取り出しおよび分析操作が省略された。
このため、天然ガス工業は、サンプルの取り出しおよび分析器にパワーを供給するために、従来のガスまたはディーゼル式発電機を用いることがあった。しかしながら上記のような発電源の信頼性そのものに、合理性および持続性の問題が生じていた。まずエンジンのメンテナンスの必要性に加え、発生燃料の定期的な再供給の必要性が生じる。それらの必要性は共に、分析装置までの車両用路面上アクセスが必要となる。パイプラインを含む上記のような発電源の信頼性を得るために知られている１つの解決案として、パイプラインに直接タップを形成し、天然ガスを天然ガス駆動発生源のために抽出する。しかし上記のような配置の一つの大きな欠点は、発生源への独立したパイプラインの取り出し部の構築を必要とすることである。天然ガス分野における上記設置は、特別に訓練した技術者を必要とする。したがって、陸上電力線のような従来の電源が可能であれば、前記取り出し部は非活性化あるいは除去する必要がある。
結果的に、電力線や電話回線から離れた新たな抽出フィールドが開発されると、少なくとも一つの新たなラインが、付随する不都合な環境影響、または、分析ユニットの個別的配列の様々な流量コントロールおよび調節機器、分析器、通信、および抽出に関連するコンピューターコントロールユニットに電力を供給するための移送、配置、維持、燃料供給が必要な複数の発生源ユニットに、縛られる。コストは現在、各々の導入に約７５，０００米国ドル（５０，０００ユーロ）かかり、上記のような電力発生ユニットをあてにすることで、実質的に回収不能なコストとなっている。
油井からの湿性ガスの抽出がさらなる考察を産む。油井から得られる天然ガスは主にメタン、特定のシェールであるが、誘導されるガスは多くのＣ２〜Ｃ５の炭化水素およびＣ８の炭化水素成分まで含む重油である。最小限の重油を含む乾性ガスは、パイプラインおよび／または調節用入口および出口内の異なる温度および圧力に著しく影響されない。しかしながら湿性ガスはその性質上著しい量の重油を含むため、温度や圧力の変動により露点のドロップアウト／相転移へとつながる。たとえば、パイプラインの流れから取り出すとき、また、分析ユニットへ輸送するまでの間に液圧が減る。前記のような変動は、液相においても気相においても重油の分離を引き起こす。したがってサンプルの相に関わらず、取り出し部から気化器へ、および、気化器から分析器へ輸送する間、全体においてサンプルの温度および圧力を継続して維持することが重要である。
分析システムへの液体侵入は、システムへの被水防止のため、現在のＩＳＯ８９４３規格が調節気化器までの液量の制限を要している限り容認されない。上記要件を満足する従来のアプローチは、流れのリストリクターを装備することであった。しかしながらサンプルが湿性天然ガスの場合、ライン内の流れリストリクターがライン内の圧力変化を引き起こし、重油を識別できる量に分離／フラッシングする。したがって、重い成分から軽い成分が分離され、より軽い成分が重い成分よりも先に気化器を通る。異なる構成成分の存在は、エネルギー容量の計測の正確さと関連した内容分析の正確さをゆがめる。異なる温度および圧力により前記分離が行われる場合は、相転移カーブが犯され、分離された気相から液相へのジュール＝トムソン凝縮を引き起こす。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を分析に用いたシステムの場合、ＧＣへの液体注入が分析器を損傷する。
以上より、一体化した流体サンプル取り出し、分析システムで、自己出力型、運搬容易、２路で遠隔測定可能で、気相サンプル相の分離、凝縮、相転移のリスクを最小限とする低電力のサンプル取り出し調節器を、付随の低電力分析器に提供するシステムが必要とされている。前記システムは、好ましくは、調節および安全機能を備え、展開分野にも対応できる。前記展開分野とは、特に、従来のインフラストラクチャーから離れて位置する、新たに確立した湿式天然ガスの抽出源および輸送位置を指す。
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することである。
本発明の目的は、流体サンプルの取り出し、調節、精密な含有物分析に必要な器具を、既存の動力および通信インフラストラクチャーから離れて操作する、解決策を提供することである。
本発明の更なる目的は、精密な含有物分析行う、エネルギー自給のできる湿式または乾式のガスサンプル調節システムを提供することである。
上記およびその他の目的は本発明により満足する。本発明の第１実施形態は、パイプラインからサンプルを抽出および分析するシステムである。前記システムは、パイプラインサンプル取り出しプルーブと、前記取り出しプルーブと、電動加熱要素、圧力調節器、流量コントローラー、調節気化サンプル出力器を有するサンプル調節器とを繋げ、気化したサンプルを生成する、取り出し導管と、外部チューブケーシングの内面と、内部チューブ気化サンプル導管部材の内面および外面とにより規定され、前記内部チューブ気化サンプル導管部材が第１および第２端部を有し、前記第１端部が前記サンプル調節器の前記調節気化サンプル出力器に接し、前記内部チューブ気化サンプル導管部材を外部チューブケーシングと実質的に同延、同軸上に間隔を隔てて配置し、前記内部チューブ気化サンプル導管部材および前記外部チューブケーシングの内面の間にスペースを維持し、前記内部チューブ気化サンプル導管部材の外面および前記外部チューブケーシングの内面の間に断熱環を形成し、前記内部チューブ気化サンプル導管部材が５００ｐｓｉｇを超える、好ましくは４０００ｐｓｉｇを（３５〜２７０バール）を超える圧力に耐え得る壁厚を有し、非破壊的に曲げ可能で、さらに前記内部チューブ気化サンプル導管部材が、十分な圧力および流量を保持し、内部を輸送中にフラッシングを防止できる内径を有する、真空ジャケット式断熱チューブと、前記調節された気化サンプル内の少なくとも１つの分析物を定性および定量検出する低電力気化分析器を有する電動分析ユニットで、前記電動分析ユニットが、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の第２端部で気体が導通し前記調節された気化サンプルを受け取る注入口と、キャリアガス用の入口とを有し、前記電動分析ユニットが、気化湿式ガスサンプル内の少なくとも１つの分析物を検出し、得られた結果に対して少なくとも１つのサインを生じる電動分析ユニットと、遠隔受信装置に結果を送る電動無線通信モジュールユニットと、前記サンプル調節器、分析ユニット、無線通信モジュールユニットの各々に連結するパワーコントロールセンターを有する低電力電気コントロールユニットと、低電力コントロールユニットに連結され、電動コントロールユニットに配信する電動貯蔵配列および光電池パネルと、を有する。
本発明の第２実施形態は、前記電動分析ユニットが、フィールドタイププロセスガスクロマトグラフである本発明の第１実施形態に記載のシステムである。
本発明の第３実施形態は、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が外径１．５９〜６．３５ｍｍ（１／１６〜１／４インチ）、壁厚０．５１〜１．６５ｍｍ（０．０２〜０．０６５インチ）のステンレス鋼で、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の第１および第２端部はステンレス鋼継手であって、縮小および拡大することにより、前記湿式ガスサンプルのフラッシングを防ぐ、本発明の第１または第２実施形態の何れかに記載のシステムである。
本発明の第４実施形態は、前記真空ジャケット式チューブが、各々の分離した全天候型筐体に収容される前記サンプル調節器、前記分析ユニット、前記低電力電気コントロールユニットにパワーを供給するヒートトレースを有する、本発明の第１〜第３実施形態の何れかに記載のシステム。
流体サンプルを分析するソーラーパワーシステムにより、上記および他の目的は満足する。前記システムは、加熱流体サンプル取り出し口、加熱圧力調節器、流量調節器、調節気化サンプル出力器を有する第１筐体であって、サンプル源と連動するように配置されていて、流体から調節された気体サンプルを生成する第１筐体と、前記第１筐体に接続されて作動する第２筐体で、調節されたサンプル入力口および前記気化サンプルの組成を表す信号を出力する分析器を有する第２筐体と、通過中の前記気化サンプルの熱および流量の停滞を維持する、前記第１筐体と前記第２筐体との間の前記調節された気化ガスサンプルの通信手段と、パワーコントロールセンターと、光電池パネルと、通信手段を有するモジュールとを有する第３筐体であって、前記第１筐体および前記第２筐体の操作動力を提供し、前記分析器からの前記信号を受け取る第３筐体と、を有する。
本発明の第２実施形態は、前記流体サンプルが、天然ガス、液体天然ガス、圧縮天然ガス、低温ガス、バイオガスからなるグループから選択され、前記通信手段を有するモジュールが、前記分析器からデータを送り、また、遠隔源から指示を受け取る無線モデムを有する、本発明の第１実施形態に記載のシステムである。
本発明の第３実施形態は、前記通信手段が真空ジャケット式チューブであって、
前記真空ジャケット式チューブが、分析サイクル時間に合わせたサンプル輸送時間を提供できるよう、外径１．５９〜６．３５ｍｍ（１／１６〜１／４インチ）、壁圧０．５１〜１．６５ｍｍ（０．０２〜０．０６５インチ）のステンレス鋼製チューブのサンプル導管で、前記真空ジャケット式チューブの第１および第２端部双方に位置するステンレス鋼継手が縮小および拡大することにより、前記サンプルのフラッシングを防ぎ、非破壊的に曲げ可能な外被材を有する、本発明の第１または第２実施形態の何れかに記載のシステムである。
前記真空ジャケット式チューブが、分析サイクル時間に合わせたサンプル輸送時間を提供できるよう、外径１．５９〜６．３５ｍｍ（１／１６〜１／４インチ）、壁圧０．５１〜１．６５ｍｍ（０．０２〜０．０６５インチ）のステンレス鋼製チューブのサンプル導管で、前記真空ジャケット式チューブの第１および第２端部双方に位置するステンレス鋼継手が縮小および拡大することにより、前記サンプルのフラッシングを防ぎ、非破壊的に曲げ可能な外被材を有する、本発明の第１または第２実施形態の何れかに記載のシステムである。
本発明の第４実施形態は、前記第１筐体および前記第２筐体の間を輸送中、サンプルの温度が露点ドロップアウト温度よりも高い、本発明の第１〜第３実施形態の何れかに記載のシステム。
要するに、本発明はサンプル分析要素の配列を示唆しており、ある実施形態では一体化したサンプル取り出し分析ステーションを提供する。前記分析ステーションは、遠隔地にあるフィールドガスクロマトグラフとデジタル信号トランシーバーとを採用する。前記遠隔地のフィールドガスクロマトグラフでは、調節ガス取り出しサンプルが、サンプルの温度および圧力を輸送中に維持できる真空ジャケット式チューブ（ＶＪＴ）を通して前記分析ステーションに輸送される。前記デジタル信号トランシーバーは、前記クロマトグラフから隔離ベース収集ステーションへ、得られた分析データを無線で通信する。前記隔離ベース収集ステーションでは、全てのエネルギー消費要素がバッテリー貯蔵ソーラーパワー配列などの自立した独立型エネルギー源により電動で動く。
本発明は以下を行うために、最小限のパワーを要する、ガスサンプリングおよび分析システム用要素の組み合わせを示唆している。ソーラーエネルギーにより駆動する前記システムは、パイプラインや源泉などの源から抽出された特に重質ガスを含む湿式ガスのサンプルを得、前記サンプルを調節し、分離および／または相転移／ジュールトンプソン型凝集／露点ドロップアウトを防ぐサンプルの温度および圧力を維持しながら、前記調節サンプルを輸送し、前記抽出サンプルを分析し、隔離された情報受信および制御ステーションへ、得られた結果を通信する。
本発明は、１２または２４ボルトなど低電力で操作可能で、既存のインフラストラクチャーから離れた位置で運搬可能、展開自在、操作可能であり、且つ、適用できる安全性および定める規制に合致する。前記定める規制とは、必要であれば、防弾格納容器を含む。本発明の１２または２４ボルト直流ヒーターなどの縮小サイズ低電力要素および圧力調節器を組み込むことは、操作に必要なエネルギーおよび任意の格納ハウジングのサイズを減らすのみではなく、終端およびエンドシールの電気的道具が不必要となるという二次的な効果をもたらし、クラス１−区分１（Class 1-Division 1）の防爆閾値に対応する。
本発明の臨界値は、気化したサンプルを、取り出しから分析まで、気化成分の相転移またはフラッシング／分離を防止する温度および圧力に保持することにより、正確な計測値を保証することである。本発明の低電力で一体化した分析システムは、定期的にスケジュールされ、要求に応じて、任意には、２０１４年３月１２日に出願された共有の米国出願番号１４／２０５５２６などにも記載され、本願にも参考文献として記載されている、複合パイプラインサンプル分析を提供するために、新たに設立された天然ガス収集システム、遠方のパイプライン輸送点、および／または、主に到達しがたい場所の配置に容易に適合する。
本発明に係るシステムは実質的に３つの分離した要素を有する。第１の要素は、加熱サンプル取り出しユニットである。好ましいサンプル取り出し配列は、Mustang Sampling LLCによりＰＯＮＹ（登録商標）の名で販売され、本願でも参考文献として記載されている米国特許番号７１６２９３３に説明されている。本発明は、前記加熱サンプル取り出しユニットを、サンプル取り出しプルーブと、低電力ヒーターと、調節ガス出力器を有する低電力圧力調節器と、電動で制御するバルブ流量コントロールとを有するよう変更する。
本発明に係る第２の要素は、本願における命名法で「分析配列」と呼ぶ。分析配列は、加熱サンプル調節ユニットからの調節ガス入力、電動式ソレノイド／真空バルブポート／真空バルブポート付き真空状態指示器、低電力流量調節コントロールパネル、低電力のフィールドタイププロセスガス分析器（例えばスイス、ＡＢＢ Ｌｔｄ．製、モデルＰＧＣ１０００などのガスクロマトグラフ）、バルブで操作するキャリアガス入力ポート（手動またはソレノイド操作の）（ヘリウムなどの）、パワーケーブル入力、パワー出力用接続器、輸送中に温度を保つようヒートトレースケーブルなどの補助熱源なしでも、加熱され、調節されたサンプルガスが前記第１および第２の要素間で相転移しないための第１および第２の要素間で延びている小径真空ジャケット式チューブ接続器、を有する。
第３の要素は、パワーセンター要素と呼ぶ。前記パワーセンター要素は、パワーコントロールセンターおよび通信／遠隔測定設備に接続された、ソーラーパワー集中光電池セル配列およびディープサイクルバッテリー型エネルギー貯蔵セルを有する。したがって、電気規程（ＮＥＣ、米国）の危険範囲区分の要件に適合し、認可された様式の導管およびシールシステム内にシールされ、延長される、独立型ヒートトレースケーブルまたはワイヤを介して、各々の電気的操作可能な要素の要件を満たす。特に、好ましい実施形態では、真空ジャケット式チューブ（ＶＪＴ）を用いることで、真空ジャケット式チューブ内の温度を保つためのヒートトレースケーブルの必要性を省く。本発明においてヒートトレースは採用可能であるが、ヒートトレースがＶＪＴに置き換わった場合に必要なパワー、直線フィート（３０ｃｍ）に対して約５Ｗ、を省略することができる。
本発明の好ましい実施形態では、真空ジャケット式小径チューブを用いることで、サンプル取り出しおよび調節器の間から分析器までの接続においてヒートトレースを配置して操作させる必要性を省略する。この場合の真空ジャケット式チューブは、
長さ３０フィート（１０メートル）までの、小径ステンレス鋼チューブである。前記チューブは、好ましくは３１６ステンレス鋼から作られ、強度のために比較的厚い壁（１．６５ｍｍ（０．０６５インチ））と、気化サンプルを通すために１．５９ｍｍ（１／１６インチ）から最大９．５３ｍｍ（３／８インチ）の外径と、各分析サイクルのために、取りたてのサンプルを分析器へ導入する輸送時間を確保するように適合化されている内径とを有する。小径真空ジャケット式チューブは、調節および分析間のラグタイムを少なくし、最小限のヒートロスで輸送中に一定温度で気体を保ち、相転移カーブ上の限界圧力を維持して気体の凝縮を防ぐ。前記温度維持目的は、気体が熱いガスまたは極低温ガスであっても達成される。
長さ３０フィート（１０メートル）までの、小径ステンレス鋼チューブである。前記チューブは、好ましくは３１６ステンレス鋼から作られ、強度のために比較的厚い壁（１．６５ｍｍ（０．０６５インチ））と、気化サンプルを通すために１．５９ｍｍ（１／１６インチ）から最大９．５３ｍｍ（３／８インチ）の外径と、各分析サイクルのために、取りたてのサンプルを分析器へ導入する輸送時間を確保するように適合化されている内径とを有する。小径真空ジャケット式チューブは、調節および分析間のラグタイムを少なくし、最小限のヒートロスで輸送中に一定温度で気体を保ち、相転移カーブ上の限界圧力を維持して気体の凝縮を防ぐ。前記温度維持目的は、気体が熱いガスまたは極低温ガスであっても達成される。
サンプルを気化器へ連通するための、小口径で厚い壁のチューブにより連結されている、小口径取り出しプルーブを用いて、リストリクターを使用し、また、リストリクターを通過する液体にベンチュリ効果が生まれるのを防止することにより、内部チューブ乱流などの生成を最小限にすることで、成分／エネルギー容量分析のエラーを防ぐ。さらに、チューブ内に存在する気化サンプルのラグタイムが減少することにより、測定の信頼性および正確性が向上し、輸送中にサンプルの重いおよび軽い成分が同時に仕切り／分離するのを最小限とする。
本発明の第１実施形態では、最初の三つの要素が分離され、間隔があいている。第１および第２の要素も防爆ハウジング筐体に含まれている。本発明はまた、改造できることを期待している。例えばある実施形態では、パワーセンターが、取り出しおよび分析ハウジング筐体から離れたハウジングモジュールを形成する。新たなパワーラインなど、従来のインフラストラクチャーがシステム付近に設置されたとき、前記パワーライン源によりパワーセンターが接続されず、パワーセンターが新たなサイトに移動し、他の移動ポイントで他の隔離された取り出し／サンプル分析器に差し込まれることもある。全体改造を行うには、ヘリコプターやトラックにより選択した移動取り出し点などへの迅速な移動のため、前記要素が滑り材やトレーラに装備されていても良い。この方法に因ると本発明は、典型的なインフラストラクチャーが整っていない、新たに設立されたフィールドでも手軽に使用できる。
本発明の概要に記載する「ある実施形態」、「実施形態において」などは、本発明の少なくとも一つの実施形態が説明する特徴を有することを意味している。さらに「ある実施形態」、「実施形態」は、必ずしも全て同じ実施形態を指していないが、別途記載が無い限り、また、当業者にとって自明でない限り、何れの記載も相互に排他的ではない。したがって本発明は、本願に記載の実施形態の種々の組み合わせおよび／または統合を有する。
本願に使用する用語は、特定の実施形態を説明する目的のみに使用され、本願を限定するものではない。本願に使用される「一つの」や「前記」は、別途明確な記載が無い限り、複数形も含む。基本的な用語「含む」および／または「有する」を本願に使用するときは、記載の特徴、ステップ、操作、要素および／または成分を指すが、少なくとも一つの他の特徴、ステップ、操作、要素、成分および／またはそれらのグループを排除しない。
本願に用いる「分析物」とは、気化可能な天然ガス、液体天然ガス、天然ガス液、極低温液などを源とする組成物で、ガスクロマトグラフ、質量分析器、ラマン分光光度計、波長可変ダイオードレーザ分析器などの従来の分析器によりサンプル含有物の特徴づけ可能である。
本願に用いる「有する」「含む」「からなる」や、その他の変形用語は、非排他的に包含する。たとえば、特徴事項を有するプロセス、方法、もの、器具などは、必ずしもそれらの特徴に限定されるわけではなく、明確に例示されていない特徴や、上記プロセス、方法、もの、器具固有の特徴をも有する。
定義を目的として本願に用いる「接続」は、直接的にも間接的にも物理的に添付または調節可能で装備されている。例えば、通信ユニットとサンプル分析要素との間隔が空いていた場合、直接または従来の無線リンク装置を介して接続される。別途記載が無い限り「接続」は、どんな操作的機能的接続をも含む。
本願に用いる「プロセス収集点」および「輸送点でのプロセス」とは、従来の方法で流体分析物をある場所から他の場所へ輸送し、移動することを含む場所およびプロセスを意味する。従来の方法とは、パイプラインネットワークを介しての取り出しから伝達／輸送／貯蔵で、たとえば船、バージ、鉄道車両などの全ての輸送機関により、掘削場所の油井から、中間接触ポイントおよびプロセスラインを介して、収集点または貯蔵およびメインガス輸送ラインへの挿入を指す。
本願に用いる「または」は、別途記載が無い限り、包含的な「または」で、排他的な「または」ではない。たとえば「ＡまたはＢ」は以下の何れかを満足する。Ａが正しく（存在）Ｂが誤り（不在）、Ａが誤り（不在）Ｂが正しい（存在）、ＡおよびＢ共に正しい（存在）。
本願に用いる「実質的に」や「一般的に」および同程度の用語は、許容できる範囲で特徴の変更可能である。絶対値または前記変更した特徴に限定することを目的とはしておらず、物理的または機能的特徴を有していることを示し、好ましくは、上記のような物理的または機能的特徴に接近する、または、近づくことを示す。
以下の記載では、本発明が実施される、特定の典型的な実施形態を示す図面として提供される添付の図面を参照する。以下の図示した実施形態では、当業者が本発明を実施可能となるよう十分に説明する。他の実施形態が使用され、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、現在の構造および／または機能と同等で、構造的変更をし得る。
図１は、本発明の実施形態に係る分析システム１０の概略図である。分析システム１０は実質的に３つの独立要素からなる。図示された実施形態において、前記要素は、異なる間隔のあいたキャビネット筐体に格納されている。前記要素は、送電パイプラインＰに接続されたプルーブ取り出しユニット１２と、分析ユニット１４と、太陽光パネル１８が調整可能且つ電気的に実装されている太陽光発電装置および蓄電モジュール１６とである。
プルーブ取り出しユニット１２は、電動の加熱された圧力制御装置２０に連結した取り出し端子１３と、パイプラインＰから抽出され、分析物として少なくとも１つの成分を含むサンプルを調節するための流量コンディショナーとを有する。サンプルの露点ドロップアウトを避けるために、プルーブ取り出しユニット１２自体を加熱する。前記ユニットは、ＰＯＮＹ（登録商標）の名でMustang Sampling LLCから調達可能であり、本願で引用する米国特許番号７１６２９３３に記載されている。簡潔に述べると、ＰＯＮＹキャビネットは、ヒーターと、ガスパイプライン取り出しプルーブと、加熱制御装置と、流量コンディショナーと、調節されたガス出力器とを有する。前記要素への電力は後述する分析キャビネット１４から伝熱電線導管２２を通じて供給される。
第２の筐体キャビネット１４は、ここでは分析キャビネットと呼ぶが、選択的に掛け金が取付可能でヒンジで連結され、密閉可能なフロントドア１５と、外部掛け金１７と、調節ガス入力２２と、真空状態測定器２８が付属した真空バルブポート２６と、流量調節コントロールパネル３０と、スイスのABB Ltd.製のＰＧＣ１０００のような電動のフィールドタイププロセスガスクロマトグラフ３２と、例えばヘリウムのようなキャリアガス入力ポート３４と、パワー入力１９と、パワー出力分岐３６と、真空ジャケット式チューブ２４とを有する。真空ジャケット式チューブ２４は、第１筐体キャビネット１２および第２筐体キャビネット１４間で加熱され調節されたガスサンプルを、熱的に静的に移動する。分析装置の場合には、適切な測定を行うため、特定のサンプル滞留時間(分析装置内に留まる時間)が必要となる。サンプル滞留時間は、周期的なサンプルサイクルとなる。前記各サイクルは、新しいサンプル入力を必要とする。また、何れか又はすべての筐体キャビネットは、北米向け、最大温度レートＴ３、米国電気規程（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｄｅ）、クラス１（Ｃｌａｓｓ １）、区分１１（ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ １１）、グループＣおよびＤ、またはＡＴＥＸおよびＩＥＣ Ｚｏｎｅ １規格に適合する防爆性を持つよう構築される。
サンプル調節キャビネットおよび分析キャビネットを連結する真空ジャケット式チューブ２４(ＶＪＴ)は、例えば１２フィート（３．５ｍ)など比較的長く、外径６．３５ｍｍ（１／４インチ）、ステンレス３１６の気化サンプル導管チューブ部材２４１を用いて構築される(前記チューブ部材の長さは１０メートルまで延長可)。前記チューブ部材の長さは、ヒートトレースケーブルなどの補助熱源なしで、取り出しユニット１２およびキャビネット１４の間を輸送中、分離および／または露点での流出を防ぐことのできる圧力において、真空チューブが効果的に熱停滞を維持し、加熱されたガスサンプルを保持できる最大距離に制限される。サンプル温度を凝縮点よりも高く維持するために真空ジャケット式チューブを使用することは、輸送用チューブを加熱する必要性や独立した熱源を作動する電力が省略できるため、本発明の重要な特性である。真空ジャケット式チューブ２４の使用はさらに、分析キャビネットに到達するガスサンプルの熱容量を保持し、前記分析キャビネット内での補助熱源の必要性を省く。
気化したサンプルの導管部材５１は、好ましくは外径３．１８〜６．３５ｍｍ（１／８〜１／４インチ）、壁圧０．６４〜１．６５ｍｍ（０．０２５〜０．０６５インチ）で、４０００ｐｓｉｇ（２７０バールまで）を超え、１２０００ｐｓｉｇ（８００バールまで）までの破壊圧力を提供する。前記導管部材は、少なくとも設置している箇所では、折り畳みやつまみ無しで屈曲可能で、部材５１の内径は、前記第１端部から第２端部までの通過中に相転移および分離に因るフラッシングを回避する流量でも十分な圧力を維持できるよう選択する。本願におけるチューブ寸法のパラメーターは、測定サイクルに対応した端子から端子へのサンプル通過時間を提供し、接続する分析器に新しいサンプルを提供するよう、選択される。前記分析器での分析は、チューナブルレーザダイオードユニットのように連続的ではない。したがって、チューブ寸法は、ヤード・ポンド法で、外径１．５９〜９．５３ｍｍ（１／１６〜３／８インチ）、壁圧０．５０８〜１．６５ｍｍ（０．０２０〜０．０６５インチ）で、１０２００ｐｓｉｇ（７００バールまで）までの圧力を提供する。
チューブ部材５１の終端部以外は、同軸上に配置された外径３８．１〜５０．８ｍｍ（１．５〜２インチ）のステンレス製真空ジャケット５２により被われている。各々の前記終端部は、ステンレス製圧縮嵌め５３とステンレス製ＦＮＰＴ嵌め５４とにより密閉されている。外装の内壁と気体サンプルの導管チューブ部材の外壁との間に環状ギャップを形成し、２つの壁間で伝熱しないよう絶縁遮熱を提供する。規制目的のために必要であれば、前記環状ギャップが、周期的な内部スペースのスタンドオフまたは継続的な断熱材および断熱層を有し、チューブ部材５１の外壁を収納しても良い。
ジャケット５２の一端部近傍に、ジャケットの排出を行う真空突出し突起５５が提供される。前記真空ジャケットは、内部を真空にし、折り畳みやつまみ無しで屈曲可能とするために、潰れや内破に耐えうる十分なフープ強度を有する。組立品の実質的長さは、例えば起伏の多い補強エラストマーパイプ、または、耐錆性を有するスパイラル状の金属ジャケットなどの曲折可能または可撓な物質で形成される外部ケーシング５６により被われている。外部ケーシング５６には、同分野のインストーラーを収容可能で、少なくとも前記収容時にチューブを損傷しないでチューブ２４を曲折可能である。
真空ジャケット式チューブは、真空ポンプ（図示せず）を、真空ポート２６（図７参照）と組み合わされた突起５５に取り付けることにより真空にし、量的に十分な断熱真空を得る。真空ポート２６は真空表示器２８を有し、適切な真空であるか視覚表示する。ある実施形態における前記表示器２８は、単純仕掛けでバネ付勢の凹み可能な赤ボタンで、真空で無い場合、ケースの前面部へ移動あるいは前面部から突き出る。この場合、現場の調査員は、最小限のシステム点検によりチューブの再排出の必要性を視覚的に評価することができる（上記単純な器械表示器は、多少複雑な配線および多少多くのシステムエネルギー消費を必要とするため、低電力のLED表示器および回路検出器と置き換えられ得る。）
全天候型タンク保持ブラケット３８が、分析要素１４に取り付けられた上記キャリアガス入力ポート３４に隣接して、好ましくは内部および旋回ドア１５へ接近し干渉することを妨害するために分析要素１４の側面に配置されている。全天候型タンク保持ブラケット３８は、従来のキャリアガス（ヘリウムなど）含有タンクおよびバルブ調整を分析器１４の外部に、取り外し可能に装着する。図示されたタンク装備バルブ調整器３９は典型的な手動型で、流量調整器３０により制御しながら
内部のガスクロマトグラフ３２へヘリウムキャリアガスを供給する。必要であれば、
設備４２が前記キャビネットの操作温度、特に加熱温度に対して耐熱性を有する限り、遠隔地から制御および通信するために、分析要素１４に無線通信設備４２が組み込まれていても良い（図１参照）。
内部のガスクロマトグラフ３２へヘリウムキャリアガスを供給する。必要であれば、
設備４２が前記キャビネットの操作温度、特に加熱温度に対して耐熱性を有する限り、遠隔地から制御および通信するために、分析要素１４に無線通信設備４２が組み込まれていても良い（図１参照）。
第３の要素は太陽光発電装置および蓄電モジュールで、ディープサイクルバッテリー型エネルギー貯蔵セルの連動した配列と、パワーコントロールセンターと、筐体のバッテリー／制御装置に遮蔽を提供し、外部に装備され、電気的に接続された、パネル状の太陽電力集電光電池セル配列と、分析キャビネット１４（図１参照）に組み込まれない場合は、分析器３２から出力される分析データを送るための無線ラジオモデム４２（図３参照）とを有する。
第３の要素は、ソーラーパネル装備と、電力発生／貯蔵と、パワー制御と、通信を含むモジュール１６とを有する。図２〜４に概略を示す筐体／モジュール１６は、図２および３に示す電力制御回路４０を収納可能な耐候性筐体４８の特色をなしていて、遠隔中央制御センターからデジタルデータを送り、受け取る無線モデム４２のような通信設備、ディープサイクルの連動配列で低自己放電貯蔵バッテリーを有する。前記バッテリーは、たとえば１２ｖ〜２５０Ａｈ制御弁式鉛蓄電池（ＶＲＬＡ）密封バッテリーの貯蔵セルＢ（図の場合は８個）で、列に連結され、外装光電池パネル１８により動力を供給される。モジュール１６は、動力伝動導管１９により分析器に連結され、好ましくはヒートトレースの形を有している。
筐体４８は頑丈なベント形キャビネット形状で、好ましくはパウダーコーティングされ、溶接されたスチール製フレーム、パネル、内部へのアクセスが容易となるようヒンジが取り付けられた前面パネルを有する。前記筐体は、並んだ一連のエネルギー貯蔵バッテリー用の内部スペースを提供し、制御および通信装置の装備を確保する、適切な気流および十分な壁スペースを提供する。前記筐体は、ソーラーパネル１８をピボット装備するため角度調整機能を有し、地面とケーブルおよび配線フィードスルーに用いられる器具との接触を防ぐ。好ましくは、ソーラーエネルギー集熱を最大限に行い、不必要な発熱を防ぐため筐体にシェードを提供するようパネル１８を配置する。図示されたキャビネットは、好ましくは、前記ユニットが更に必要なバッテリーおよびモーニングスター（Morning Star）製充電および負荷制御器を有する。
図２および３に、回路４０を含むＤＰＷ Power Fab製バッテリーボックスモデルＢＢ１０―８Ｄ+４を使用した前記パワー制御ユニットの１つの配置例を示す。概略図の中では、ソーラーパネル１８は１０８０ワット配列で、米国、ペンシルバニア州、ニュートンのモーニングスター株式会社から入手できるモーニングスターモデル、ＴＳ−ＭＰＰＴ−６０などの充電制御器４４に結合されおり、図２のようにバッテリー配列Ｂが直列および並列に並べられている。前記モーニングスター制御器は、６０Ａの光電池の電流および負荷で４段階の電荷制御を提供し、データ収録機能、調整可能な設定値、温度補償を有する。
負荷制御器４６は、２４Ｖ、選択したアンペア数で、貯蔵電力を出力する。前記アンペア数は、筐体１６内部に位置する指標器具や設備、分析キャビネット１４の流量制御器および分析器、（パワー筐体１６内に配置されていない場合は、通信機器）、およびプルーブ取り出しユニット１２の熱調整器を操作するのに適したアンペア数を選択する。図示した実施形態は、モーニングプロスター３０制御器を有しており、過剰負荷、逆極性、暗電流での電流逆転、高電圧および温度からの切り離し、雷および過渡的な電圧に対するサージ保護に対する自動復旧機能と内部電気保護機能とを有している。
上記説明を鑑みると、他の実施形態が明らかとなる。例えば、多段式温度および圧力調整器は、継続した温度および圧力の入出力を維持するために、低電力ヒートブロックと連結した取り出しプルーブの上に直接位置しても良く、不均衡からくるフラッシングを防止する。他の実施形態において、条件が合致し、従来のパワー供給が可能で、パワー供給要素の分離が、前記取り出しおよび前記分析器から移動してまたは離れて行われない場合、第２の分析器および第３のパワー供給要素が共通のキャビネット内に固定されていても良い。第１および第２筐体間の上記伝熱電線導管２２および真空ジャケット式チューブ２４の他の実施形態は、真空ジャケット式チューブ内のワイヤリングケーブルおよびトレーシングケーブルを纏め、前記真空ジャケットの外管の端部に密封し、突出した適切なコネクターを有している。
本発明は、一体化した低電力ソーラーパワーサンプル取り出し分析器と、小径真空ジャケット式チューブ（ＶＪＴ）と、低電力のコントロールおよび隔離された通信要素とを結びつける。前記分析器は、従来のインフラストラクチャーから離れて配置するための分析器で、低電力のヒーターおよび圧力調節器を有することにより有効な気化サンプル構成分析を提供する。前記ＶＪＴは、調節ユニットと付随する分析器との間で重いサンプル構成成分のフラッシングを防ぐために、気化サンプルガス輸送に用いられる。本発明はまた、たとえば、一つ以上の防爆ハウジング内の筐体に必要とされる特定の安全性や規格に容易に適合し、区域区分に対応する。上記明細書には単一の実施形態のみが記されているが、当業者は本発明が属する分野において、上記明細書および付随の図面の記載から、本発明の多くの変形や実施形態を予想できる。したがって本発明は、本願に記載の特定の実施形態に限定されず、多くの変形や他の実施形態が本願の範囲に含まれることが理解できる。さらに、本願には特定の用語を記載しているが、一般的な記述的意味のみで記載しており、本発明の記載を限定する目的で使用しているわけではない。
Claims (15)
- パイプラインから湿式ガスサンプルを取り出す分析システムであって、
パイプラインサンプル取り出しプルーブと、
前記取り出しプルーブと、電動加熱要素、圧力調節器、流量コントローラー、調節気化サンプル出力器を有するサンプル調節器とを繋げ、気化した湿式ガスサンプルを生成する、取り出し導管と、
外部チューブケーシングの内面と、内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の内面および外面とにより規定され、
前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が第１および第２端部を有し、前記第１端部が前記サンプル調節器の前記調節気化湿式ガスサンプル出力器に接し、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材を外部チューブケーシングと実質的に同延、同軸上に間隔を隔てて配置し、
前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材および前記外部チューブケーシングの内面の間にスペースを維持し、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の外面および前記外部チューブケーシングの内面の間に断熱環を形成し、
前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が５００ｐｓｉｇ（３５バール）を超える圧力に耐え得る壁厚を有し、非破壊的に曲げ可能で、さらに前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が、十分な圧力および流量を保持し、内部を輸送中にフラッシングを防止できる内径を有する、真空ジャケット式断熱チューブと、
前記調節された気化湿式ガスサンプル内の少なくとも１つの分析物を定性および定量検出する低電力気化分析器を有する電動分析ユニットで、前記電動分析ユニットが、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の第２端部で気体が導通し前記調節された気化サンプルを受け取る注入口と、キャリアガス用の入口とを有し前記電動分析ユニットが、気化湿式ガスサンプル内の少なくとも１つの分析物を検出し、得られた結果に対して少なくとも１つのサインを生じる電動分析ユニットと、
遠隔受信装置に結果を送る電動無線通信モジュールユニットと、
前記サンプル調節器、分析ユニット、無線通信モジュールユニットの各々に連結するパワーコントロールセンターを有する低電力電気コントロールユニットと、
低電力コントロールユニットに連結され、電動コントロールユニットに配信する電動貯蔵配列および光電池パネルと、を有する分析システム。 - 前記電動分析ユニットが、フィールドタイププロセスガスクロマトグラフである請求項１に記載のシステム。
- 前記光電池パネルが２４ボルト以下で操作するよう構築された、請求項１または２に記載のシステム。
- 前記電動分析ユニットと前記電動無線通信モジュールユニットと前記低電力電気コントロールユニットとが共通の筐体に収容されていて、
前記筐体が前記サンプル調節器から、少なくとも３ｍ（１０フィート）、且つ、１５ｍ（５０フィート）以下で隔離されている請求項１に記載のシステム。 - 前記筐体が、防爆性を有する請求項４に記載のシステム。
- 前記真空ジャケット式チューブが有するヒートトレースが、各々の分離した全天候型筐体に収容される前記サンプル調節器、前記分析ユニット、前記低電力電気コントロールユニットにパワーを供給する、請求項１に記載のシステム。
- 少なくとも１つの前記筐体が、防爆性を有する請求項６に記載のシステム。
- 前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が外径６．３５ｍｍ（１／４インチ）、壁厚１．６５ｍｍ（０．０６５インチ）のステンレス鋼で、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の第１および第２端部はステンレス鋼継手で、縮小および拡大することにより、前記湿式ガスサンプルのフラッシングを防ぐ請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
- 前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材が外径１．５９〜６．３５ｍｍ（１／１６〜１／４インチ）、壁厚０．５１〜１．６５ｍｍ（０．０２〜０．０６５インチ）のステンレス鋼で、前記内部チューブ気化湿式ガスサンプル導管部材の第１および第２端部はステンレス鋼継手であって、縮小および拡大することにより、前記湿式ガスサンプルのフラッシングを防ぐ請求項１に記載のシステム。
- 流体サンプル内の少なくとも１つの分析物を分析する分析システムであって、
加熱流体サンプル取り出し口、加熱圧力調節器、流量調節器、調節サンプル出力器を有する第１筐体であって、サンプル源に接続されていて、流体から調節された気化サンプルを生成する第１筐体と、
前記第１筐体に接続されて作動する第２筐体で、調節されたサンプル入力口および前記気化サンプルの組成を表す信号を出力する分析器を有する第２筐体と、
通過中の前記気化サンプルの熱および流量の停滞を維持する、前記第１筐体と前記第２筐体との間の前記調節された気化サンプルの真空ジャケット式チューブと、
パワーコントロールセンターと、光電池パネルと、通信手段を有するモジュールとを有する第３筐体であって、前記第１筐体および前記第２筐体の操作動力を提供し、前記分析器からの前記信号を受け取る第３筐体と、を有する。 - 前記流体サンプルが、天然ガス、液体天然ガス、圧縮天然ガス、低温ガス、バイオガスからなるグループから選択される請求項１０に記載のシステム。
- 前記通信手段を有するモジュールが、前記分析器からデータを送り、また、遠隔源から指示を受け取る無線モデムを有する、請求項１０または１１の何れかに記載のシステム。
- 前記真空ジャケット式チューブが、分析サイクル時間に合わせたサンプル輸送時間を提供できるよう、外径１．５９〜６．３５ｍｍ（１／１６〜１／４インチ）、壁圧０．５１〜１．６５ｍｍ（０．０２〜０．０６５インチ）のステンレス鋼製チューブのサンプル導管で、
前記真空ジャケット式チューブの第１および第２端部双方に位置するステンレス鋼継手が縮小および拡大することにより、前記サンプルのフラッシングを防ぎ、非破壊的に曲げ可能な外被材を有する、請求項１０または１１の何れかに記載のシステム。 - 前記第１筐体および前記第２筐体の間を輸送中、サンプルの温度が露点ドロップアウト温度よりも高い、請求項１０に記載のシステム。
- 請求項１０に記載のシステムを利用した、サンプルの分析方法であって、
前記第１筐体および前記第２筐体の間を輸送中、サンプルの温度が露点ドロップアウト温度よりも高い、分析方法。
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