JP7257826B2 - ガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、原料ガスに空気を混合して混合ガスを生成し、生成された混合ガスをガス消費装置に供給可能なガス供給装置に関し、特に都市ガスの供給が遮断されたときに使用可能な緊急対応用のガス供給装置に関する。

従来、ＬＰＧ等が収容された大容量のガスボンベに接続されるガス供給装置が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。このガス供給装置は、都市ガスの供給が遮断された供給エリアにおいて、擬似都市ガスとしての混合ガスを供給するものである。

特許文献１～３に記載のガス供給装置は、ガスボンベから供給された原料ガスと空気とを混合して混合ガスを生成するベンチュリーミキサーと、ベンチュリーミキサーで生成された混合ガスを貯留するサージタンクとを備えている。また、ガスボンベとベンチュリーミキサーとの経路上に、サージタンクが高圧になると閉弁する自動開閉弁と、ベンチュリーミキサー内の負圧が異常に低下すると原料ガスの供給を停止する負圧遮断弁とを設け、サージタンク内の混合ガスの圧力調整を行っている。

特許文献２に記載のガス供給装置は、ベンチュリー管の喉部に原料ガス吐出ノズルを臨ませて小型に構成している。特許文献３に記載のガス供給装置は、供給エリアが広い場合においてガス供給圧を確保するために、コンプレッサにより発生させた加圧空気により、ベンチュリーミキサー内の原料ガスの吐出圧を高めると共に空気吸入圧を高め、サージタンクを高圧にしている。

特開平７－１００３６４号公報 特開２００５－１７７６６５号公報 特開２０１０－２１３３号公報

しかしながら、従来のガス供給装置は、比較的広い供給エリアを対象としているため、混合ガスの圧力調整が必要となり、部品点数が増えると共に装置が大型化するといった問題があった。しかも、圧力調整のために複数の弁を利用しているため、緊急時に故障なく作動させる上で、メンテナンスに手間を要し、改善の余地があった。

そこで、簡便な構成で一般家庭に導入可能な緊急対応用のガス供給装置が望まれている。

本発明に係るガス供給装置の特徴構成は、原料ガスを供給するカセットボンベを載置可能な載置部と、前記原料ガスの流通と遮断とを切換える弁体を有する開閉弁と、前記開閉弁が開弁したときに流通する前記原料ガスの噴出圧力により空気を吸引し、前記原料ガスと前記空気とを混合して混合ガスを生成するベンチュリーミキサーと、前記ベンチュリーミキサーで生成された前記混合ガスを貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留された前記混合ガスを排出させる状態と前記混合ガスの排出を遮断する状態とに切換可能な切換弁と、を備え、
前記貯留タンクは、前記混合ガスの圧力により膨張すると共に前記混合ガスが排出されることにより縮小する可撓性部材で構成され、
前記開閉弁は、前記貯留タンクの体積変化に応じて前記弁体が移動するように構成されている点にある。

本構成では、カセットボンベの原料ガスによりガス供給装置を駆動させる。このため、ガス供給装置をガスコンロや給湯器等のガス供給口に接続し、市販のカセットボンベを家庭に用意しておけば、都市ガスの供給が遮断された場合には、カセットボンベを載置部にセットし切換弁を開弁するだけで、擬似都市ガスとして使用することができる。また、載置部，開閉弁，ベンチュリーミキサー，貯留タンク及び切換弁でガス供給装置が構成されるため、従来のように、負圧遮断弁やコンプレッサ等を必要とせず、装置を小型に構成できる。このように、簡便な構成で一般家庭に導入可能な緊急対応用のガス供給装置を提供できた。
又、本構成のように、貯留タンクを可撓性部材で構成すれば、貯留タンクの体積変化分の混合ガスを使用することが可能となる。つまり、貯留タンクを金属製で構成した場合は、タンク内圧力が所定値以下となればタンク内にガスがある場合でも使用できないが、本構成のように可撓性のあるタンクである場合、圧力が略一定のまま体積を縮小させることができるため、カセットボンベの原料ガスを無駄なく有効利用できる。
又、本構成のように、貯留タンクの体積変化に追従して開閉弁を開閉作動させることにより、貯留タンクが膨張したときに原料ガスの供給を遮断し、貯留タンクが縮小したときに原料ガスの供給を再開させるといった自動運転が可能となる。これにより、開閉弁を自動的に作動させるため複雑な機構が不要となり、装置構成が簡便なものとなる。

他の特徴構成は、前記載置部には、前記カセットボンベの冷熱が伝熱するヒートシンクが設けられている点にある。

本構成のように、カセットボンベの冷熱を逃がすヒートシンクを設ければ、カセットボンベを連続使用することができる。その結果、擬似都市ガスを所定時間供給することが可能となり、緊急対応用にガスコンロや給湯器を使用することができる。

ガス供給装置の斜視図である。 ガス供給装置のシステム構成図である。 ガス供給装置の内部を示す概略図である。 開閉弁が開弁した状態を示す図である。 開閉弁が閉弁した状態を示す図である。 ガス供給装置の運転時における圧力と温度を示す図である。

以下に、本発明に係るガス供給装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、ガス供給装置の一例として、ガスコンロ又は給湯器等で構成されるガス消費装置Ｃに対して個別にガスを供給可能なガス供給装置Ｘについて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。なお、以下の説明において、重力方向を下、重力方向と反対方向を上として説明する。

図１～図３に示すように、ガス供給装置Ｘは、装置本体１が手動式の開閉バルブＶ（切換弁の一例）により、ガス消費装置Ｃに擬似都市ガスを供給する状態と、ガス消費装置Ｃへの擬似都市ガスの供給を停止する状態とに切換え可能に構成されている。

装置本体１は、ボックス状の筺体１０と、複数（本実施形態では２つ）のカセットボンベ２を載置する載置部１１と、複数のカセットボンベ２から供給される原料ガスが合流するガス合流部１３とを備えている。また、筺体１０には、筺体１０の中央付近に固定された固定床１０ｅが形成されており、この固定床１０ｅに開閉弁３と空気供給逆止弁５とガバナ７とが支持されており、筺体１０の側壁にベンチュリーミキサー４が固定されており、筺体１０の底部に貯留タンク６が載置されている（図３参照）。

ガス合流部１３と開閉弁３とはガス供給路１４で接続されており、開閉弁３とベンチュリーミキサー４とはガス噴出路１５で接続されている。また、ベンチュリーミキサー４と空気供給逆止弁５とは空気吸入路１６で接続されており、ベンチュリーミキサー４と貯留タンク６とは混合ガス供給路１７で接続されている。さらに、貯留タンク６とガバナ７とは混合ガス排出路１８で接続されており、ガバナ７と開閉バルブＶとは擬似都市ガス供給路１９で接続されている。

カセットボンベ２は、カセットコンロに取り付けて使用される市販製品であり、原料ガスとなる液化ブタン等を収納した小型のボンベである。載置部１１は、断面Ｕ字状の熱伝導性金属材料で形成されており、２つの載置部１１が並列で配置されている。この載置部１１には、カセットボンベ２の冷熱が伝熱するヒートシンク１２が設けられている。ヒートシンク１２は、載置部１１の下部領域において、熱伝導性金属材料で形成される複数のフィンを等間隔に配置して構成されており、複数のフィンの下部には外気と連通する連通空間１２ａが設けられている（図１参照）。カセットボンベ２から原料ガスが排出されることにより発生する冷熱は、ヒートシンク１２のフィン表面を介して外気と熱交換され、外部に逃がすことが可能となっている。

このように、カセットボンベ２の冷熱を逃がすヒートシンク１２を設ければ、カセットボンベ２を連続使用することができる。その結果、擬似都市ガスを所定時間供給することが可能となり、緊急対応用にガスコンロや給湯器等を使用することができる。

ガス合流部１３には、複数のカセットボンベ２から夫々供給される原料ガスが並列で流入して合流し、合流した原料ガスが、単一の原料ガス排出口１３ａからガス供給路１４に排出される。本実施形態では、原料ガス排出口１３ａからガス供給路１４に排出されるガス圧が１５０～２００ｋＰａとなっている。

図４～図５に示すように、開閉弁３は、ガス流入室３１とガス流出室３２とが区画壁３３により区画されたボックス状の本体部３０と、区画壁３３に設けられた弁座孔部３３ａをガス流入室３１の側から閉塞可能な直動式の弁体３４とを有している。弁体３４には、ガス流出室３２を密封状態で貫通する弁棒３５の一端が固定されている。弁棒３５の他端は、支点３６ａを中心として上下方向に回動する回動体３６の中央部３６ｂに連結されている。回動体３６は、上腕部３６ｃと下腕部３６ｄとを有する断面Ｕ字状に構成されており、固定床１０ｅに固定された支柱３７により支持されている。回動体３６が上下方向に円弧状に回動することにより、中央部３６ｂに連結された弁棒３５が上下方向に直線状に移動する。

ベンチュリーミキサー４は、公知の構造であり詳細な説明を省略するが、開閉弁３が開弁したときに流通する原料ガスと空気とを混合して混合ガスを生成する。ベンチュリーミキサー４は、ノズル４１を有しており、開閉弁３が開弁したとき、ガス噴出路１５を流通する原料ガスがノズル４１から噴出されることで発生する噴出圧力により、ノズル４１の出口周辺には負圧が生じて空気供給逆止弁５が開弁して、空気吸入路１６を介して、空気がベンチュリーミキサー４に吸引される。そして、ベンチュリーミキサー４の内部で、原料ガスと空気とが混合して混合ガスが生成され、混合ガス供給路１７から排出される。

空気供給逆止弁５は、開閉弁３が閉弁しているときにはベンチュリーミキサー４に負圧が発生していないため閉弁している（図５参照）。一方、空気供給逆止弁５は、開閉弁３が開弁し、ベンチュリーミキサー４に連通する空気吸入路１６に所定の負圧が生じたときに開弁する（図４参照）。つまり、ガス供給装置Ｘの運転時にのみ空気供給逆止弁５が開弁するので、ガス供給装置Ｘが運転していないときは、空気供給逆止弁５から原料ガスが流出することがなく、ガス漏れを防止できる。

貯留タンク６は、ベンチュリーミキサー４で生成された混合ガスが混合ガス供給路１７を介して流入し、この混合ガスを貯留する。本実施形態における貯留タンク６は、混合ガスの圧力により膨張すると共に混合ガスが排出されることにより縮小するゴム等の可撓性部材で構成されている。貯留タンク６の圧力は、３～５ｋＰａとなるように開閉弁作動機構Ｌにより設定されている。本実施形態のように、貯留タンク６を可撓性部材で構成すれば、貯留タンク６の体積変化分の混合ガスを使用することが可能となる。つまり、貯留タンク６を金属製で構成した場合は、タンク内圧力が所定値以下となればタンク内にガスがある場合でも使用できないが、貯留タンク６を可撓性部材で構成する場合、圧力が略一定のまま体積を増大，減少させることができるため、カセットボンベ２の原料ガスを無駄なく有効利用できる。

図２～図３に戻り、ガバナ７は、公知の整圧器であり、貯留タンク６から混合ガス排出路１８を介して流入する混合ガスを調圧する。本実施形態では、貯留タンク６において３～５ｋＰａで貯留された混合ガスを、ガバナ７で２００ｍｍＨ_２Ｏ（約１．９６ｋＰａ）程度まで減圧することにより、ガス消費装置Ｃへの擬似都市ガスの供給を可能にしている。開閉バルブＶは、貯留タンク６に貯留された混合ガスをガバナ７で調圧して排出させる状態と、混合ガスの排出を遮断する状態とに切換可能な手動式のバルブで構成されている。開閉バルブＶは、ガス消費装置Ｃに都市ガスを供給する都市ガス供給路の開閉バルブ（不図示）よりも下流で分岐した分岐路（不図示）に接続されている。

図４～図５に示すように、開閉弁作動機構Ｌは、貯留タンク６の体積変化に応じて開閉弁３の弁体３４を上下方向に移動させる。開閉弁作動機構Ｌは、貯留タンク６を上方側から覆う可動板１０ｂと、可動板１０ｂを貯留タンク６の方向に付勢するコイルスプリング等で構成される付勢部材Ｓと、可動板１０ｂから垂直に立設するように可動板１０ｂに固定された支持柱１０ｃと、支持柱１０ｃの立設方向と垂直な方向に突出する板バネ１０ｄと、上述した回動体３６とを有している。

可動板１０ｂは、固定床１０ｅに対して上下移動自在に支持された複数の棒状部材１０ａに固定されており、固定床１０ｅと可動板１０ｂとの間にある夫々の棒状部材１０ａの外周に付勢部材Ｓが設けられている。可動板１０ｂは、貯留タンク６の上面に当接するように覆う蓋状に形成されている。

貯留タンク６の内圧が所定下限値（例えば３．５ｋＰａ）以上となると、貯留タンク６の膨張に伴い付勢部材Ｓの付勢力に対抗して可動板１０ｂが上方向に移動することにより、支持柱１０ｃ及び板バネ１０ｄも上方向に移動する。そして、板バネ１０ｄが回動体３６の上腕部３６ｃに当接し、回動体３６を上側に回動させ、中央部３６ｂに連結された弁棒３５が上方向に直線状に移動する（図５参照）。弁棒３５の上方向への移動に伴い、弁棒３５の一端に固定された弁体３４が上方向に移動し、弁体３４が弁座孔部３３ａを閉塞してガス流入室３１とガス流出室３２との連通が遮断される。その結果、カセットボンベ２からの原料ガスの供給が遮断され、空気供給逆止弁５が閉弁する。本実施形態では、弁体３４が弁座孔部３３ａに密着するときの貯留タンク６の内圧が所定上限値（例えば４．５ｋＰａ）となるように、板バネ１０ｄのバネ定数が設定されている。また、可動板１０ｂが上方向に移動し始めるときの貯留タンク６の内圧が所定下限値（例えば３．５ｋＰａ）となるように、付勢部材Ｓのバネ定数が設定されている。

本実施形態では、貯留タンク６の内圧を３．５ｋＰａ～４．５ｋＰａに設定することにより、混合ガス供給路１７を介して貯留タンク６に連通するベンチュリーミキサー４の出口側圧力を制御し、原料ガスと空気との混合比を調整している。これにより、ベンチュリーミキサー４の上流側に整圧器を設ける必要がない。また、貯留タンク６の内圧を３．５ｋＰａ～４．５ｋＰａに設定することにより、原料ガスと空気との混合比が最適なものとなり、ガス消費装置Ｃにおける燃料が良好であった。

一方、開閉バルブＶを開弁してガス消費装置Ｃに擬似都市ガスを供給すると、貯留タンク６の内圧が減少して貯留タンク６が縮小し始める。貯留タンク６の縮小に伴い可動板１０ｂが下方向に移動することにより、支持柱１０ｃ及び板バネ１０ｄも下方向に移動する。そして、板バネ１０ｄが回動体３６の下腕部３６ｄに当接し、回動体３６を下側に回動させ、中央部３６ｂに連結された弁棒３５が下方向に直線状に移動する（図４参照）。弁棒３５の下方向への移動に伴い、弁棒３５の一端に固定された弁体３４が下方向に移動し、弁体３４が弁座孔部３３ａから離間してガス流入室３１とガス流出室３２とが連通する。その結果、カセットボンベ２からの原料ガスの供給が実行され、空気供給逆止弁５が開弁して、ベンチュリーミキサー４で原料ガスと空気との混合が行われて、混合ガスが貯留タンク６に補充される。

このように、貯留タンク６の体積変化に追従して開閉弁３を開閉作動させることにより、貯留タンク６が膨張したときに原料ガスの供給を遮断し、貯留タンク６が縮小したときに原料ガスの供給を再開させるといった自動運転が可能となる。これにより、開閉弁３を自動的に作動させるため複雑な機構が不要となり、装置構成が簡便なものとなる。

図６には、ガス供給装置Ｘを運転させたときに、ガス噴出路１５を介してベンチュリーミキサー４に流入する原料ガスの圧力（一次圧）とカセットボンベ２の温度が示されている。本実施例では、ノズル４１の直径が０．５ｍｍのベンチュリーミキサー４を用い、カセットボンベ２を２本用いて、ガバナ７により擬似都市ガスを一定流量で放出した。図６に示すように、１時間連続運転した場合でも、ヒートシンク１２によりカセットボンベ２の温度低下を収束させることができた。また、適正な空気と原料ガスとの混合比を維持するために、ベンチュリーミキサー４に流入する原料ガスの圧力が０．１ＭＰａ必要であるとした場合、２０分程度の連続運転が可能であることが分かった。つまり、本実施形態におけるガス供給装置Ｘは、一般家庭に導入可能な緊急対応用のガス供給装置Ｘとして十分に利用することができる。

上述したように、本実施形態では、カセットボンベ２の原料ガスによりガス供給装置Ｘを駆動させる。このため、ガス供給装置Ｘをガスコンロや給湯器等のガス供給口に接続し、市販のカセットボンベ２を家庭に用意しておけば、都市ガスの供給が遮断された場合には、カセットボンベ２を載置部１１にセットし開閉バルブＶを開弁するだけで、擬似都市ガスとして使用することができる。また、ガス供給装置Ｘの圧力調整に際し、負圧遮断弁やコンプレッサ等を必要とせず、装置を小型に構成できる。

＜１＞
上述した開閉弁作動機構Ｌは、貯留タンク６の膨張，縮小により開閉弁３を開閉できる構成であれば特に限定されない。例えば、板バネ１０ｄに代えて、回動体３６に当接する板状部材が固定された弁棒３５を上下移動させる構成であっても良いし、板状部材が固定された弁棒３５を上下移動させ、ストッパーにより板状部材の移動範囲を規制しても良い。

＜２＞
開閉弁３は、弁体３４を直動させる構成に限定されず、弁体３４を回動させる構成であっても良い。

＜３＞
ガス供給装置Ｘの設置に際し、筺体１０を上下方向に配置せずに、斜めに配置しても良い。また、ガス供給装置Ｘに使用されるカセットボンベ２は、２つに限定されず、１つ又は３つ以上であっても良い。

＜４＞
上記実施形態では、具体的な数値を挙げてガス供給装置Ｘの運転形態について説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。

なお、上述した実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、原料ガスに空気を混合して混合ガスを生成し、生成された混合ガスをガス消費装置に供給するガス供給装置に利用可能である。

２ ：カセットボンベ
３ ：開閉弁
４ ：ベンチュリーミキサー
６ ：貯留タンク
１１ ：載置部
１２ ：ヒートシンク
３４ ：弁体
Ｖ ：開閉バルブ（切換弁）
Ｘ ：ガス供給装置

Claims (2)

1. 原料ガスを供給するカセットボンベを載置可能な載置部と、
   前記原料ガスの流通と遮断とを切換える弁体を有する開閉弁と、
   前記開閉弁が開弁したときに流通する前記原料ガスの噴出圧力により空気を吸引し、前記原料ガスと前記空気とを混合して混合ガスを生成するベンチュリーミキサーと、
   前記ベンチュリーミキサーで生成された前記混合ガスを貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクに貯留された前記混合ガスを排出させる状態と前記混合ガスの排出を遮断する状態とに切換可能な切換弁と、を備え、
   前記貯留タンクは、前記混合ガスの圧力により膨張すると共に前記混合ガスが排出されることにより縮小する可撓性部材で構成され、
   前記開閉弁は、前記貯留タンクの体積変化に応じて前記弁体が移動するように構成されているガス供給装置。
2. 前記載置部には、前記カセットボンベの冷熱が伝熱するヒートシンクが設けられている請求項１に記載のガス供給装置。

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